淺析分布式發電及其對系統規劃的影響

于希軍

【摘 要】社會科技的進步和經濟的變革，必然會對傳統的模式產生沖擊，為了推動節能減排的進行，我國在2013年發布了《分布式發電管理暫行辦法》，其中規定，電網企業應該根據其接入方式、電量使用范圍，提供高效的分布式發電并網服務，同時出臺相關政策，對于企業、個人等主體進行投資建設的分布式發電進行補貼。這一舉措給我國電力供應部門造成了很大沖擊，對于電網系統的影響同樣巨大。本文在分布式發電即將主導全國發電供應的背景下，對分布式發電進行探討，對其將要產生的影響進行研究，以促進我國早日進行分布式發電的全國普及，進行節能減排方面的改進。

【關鍵詞】分布式發電 系統規劃 影響

目前全世界有90%以上的電力生產和電力運輸分配是通過集中發電、遠距離輸電和大電網互聯的方法進行的，但是，它具有不能靈活跟蹤負荷變化、局部事件容易擴散成大面積停電的弱點，尤其是電力系統越龐大，其發生事故的幾率也就越大，給我國電力安全造成影響。對于新技術和新方發的實行就成了我國生產建設迫在眉睫的事情。

1分布式發電種類

分布式發電技術多種多樣，目前在我國主要存在著6種發電方法，分別是往復式發電、斯特林發電機發電、微汽輪機發電、天然氣燃汽輪機發電、燃料電池、光伏發電。

1.1往復式發電

往復式發電機發電是以傳統的柴油、天然氣作為主要原料，具有安裝費用低、機械效率高、開停機簡單方便等優點，是目前應用最廣泛的傳統分布式發電方式。由于柴油對環境影響比較大，天然氣為燃料的發電機因為其良好的性能應用越來越廣，主要輸出功率在0.5kW-到6.5MW之間[1]。往復式發電機是常見的內燃機，其運作方式如圖一所示：

圖一：往復式發電及運作過程

往復式發電機安裝費用低，易于維護，供電可靠性高，發電效率可達到30-40%。柴油發電機主要用于工業和商業的緊急備用負荷，而天然氣往復式發電機的應用正在逐漸擴大，能夠作為連續供電和削峰機組，也能應用在熱電聯產裝置中。

1.2斯特林發電機

斯特林發電機是一種外燃的封閉式循環往復活塞式熱力發電機，容量范圍在1kW-25kW之間，對于燃料沒有要求，可以選擇任何一種燃料或者是高溫資源，其構造如圖二所示：

圖二：斯特林發電機構造

斯特林發電機構造簡單，所用燃料廣，免維護、可靠性高、使用壽命長，但是發電效率較低，比較適合辦公室或者是家庭供電。在資源緊缺的發展中國家，也具有廣闊的使用前景，特別是可以使用太陽能、沼氣、植物垃圾熱解氣體作為燃料[2]。

1.3微汽輪機

微汽輪機是以天然氣、甲烷、柴油等為燃料的小型汽輪機，功率只有五百瓦到數百千瓦之間它的結構簡單、技術操作容易，并且安裝前導時間極短，是短期分布式發電供電最好的選擇。其發電基本過程如圖三所示：

圖三：微汽輪機運行原理

微汽輪機安裝費用較高，發電效率在26-30%，小于其他分布式發電方式和大型集中供電電站，但是具有污染小、結構簡單、可靠性高等優點，主要應用于居民家庭和商業小區的負荷冷熱電聯產裝置，目前還缺乏實踐運用經驗和技術。

1.4天然氣汽輪機

天然氣燃氣機輪是一種燃燒天然氣的大型燃氣機輪，其構造簡單、效率高，可以廢熱利用，容量在0.5MW-40MW之間，是市場上應用最廣泛的發電機。

天然氣燃汽機輪環境污染少、廢熱再利用、可靠性高，發電效率可以達到50-60%，耗水量小，占地面積小被大量運用在緊急供電設備中。

1.5燃料電池

燃料電池是新型的發電技術，可以將化學能直接轉化為電能，發電量高達65%，幾乎沒有污染和噪聲。它燃料范圍廣，適用范圍也極強，容量范圍在100-3000kW內。但是技術還不成熟，安裝、維修都非常昂貴，工作時，由外界供給燃料和氧化劑進行反應，起反應過程如下：

負極：H2+2OH- 2H2O+2e-

正極：1/2O2+H2O+2e- 2OH-

電池反應：H2+1/2O2==H2O

因為其昂貴的成本，燃料電池的推廣條件還不具備，但是，世界主要電力公司已經對其進行研究，希望通過降低成本，來使這種污染小、效率高的發電技術普及[3]。

1.6太陽能發電

太陽能發電技術是最實用和最輕便的可再生能源發電技術，無需燃料，包括光伏發電和太陽熱發電兩種。光伏發電技術分為獨立光伏和并網光伏兩種，分別如圖四，圖五所示

圖四：獨立光伏發電

圖五：并網光伏發電

光伏發電可直接用在住宅區，在偏遠地區也組喲為主要供電來源。太陽能熱發電是將太陽能聚集起來，加熱工質，驅動汽輪機發電，功率在50-100MW之間。太陽能熱發電成本較低，吸引了許多國家進行研究，有較好的應用前景。

除此之外，還有風能發電、海洋能發電、地熱發電、生物質能發電小型水利發電等。

2對系統規劃造成的影響

配電系統規劃的主要任務是根據在規劃期間的網絡中空間負荷的預測結果和現有網絡技術的基本情況確定最合適的系統建設方案，能夠滿足負荷增長和安全用電的需求，并把配電系統的建設和運行費用減到最小。涉及到大規模的優化組合，當前采用的電網擴展方法有：線性規劃法、動態規劃法、基于Bender分解的整數規劃法等。

分布式發電是未來電力系統發展的主流，但短時間內不可能代替集中式發電，給系統規劃可主要分為以下幾個方面：一、分布式電源的出現會使電力系統的負荷預測、規劃、運行帶來更多的不確定性。這主要是因為分布式電源的增多，對于位置和規模要求嚴格，一旦出現問題，極易造成電能損耗的增加；二、系統規劃一般要考慮5-20年的用電規劃，假定每年用電需求都會增加，那么在此年限內。就需要增加一個或者多個變電所；由于大量的分布式電源的安裝，必然會造成對大型發電廠依賴的減少，原有單向電源饋電潮流特性將發生變化，為了維護電網的安全和平穩，分布式電源必須要能夠接受調度，那么就需要分布式電源單元集成到現有配電系統中，這不僅需要對現有的配電系統改造，還要主動的管理地網；四、由于分布式電源能源多樣化，如何對這些能源統籌和規劃成為必須解決的問題，國家能源政策和規劃，將影響系統整體規劃。

3結語

雖然我國的分布式發電還沒有要進行大規模的使用，但未雨綢繆，通過對分布式發電和其對系統規劃產生的影響進行研究，能夠讓我們在未來掌握先機，促進分布式發電的順利普及。

參考文獻：

[1]薛曉強.基于改進微分進化算法的配電網分布式電源優化規劃[D].華北電力大學（北京），2009.

[2]張惠卿，李燕青，劉朝霞.配電網中基于改進的多種群遺傳算法的分布式發電規劃[J].電力科學與工程，2010，12：4-8.

[3]楊素萍.我國分散發供電與集中供電協調規劃理論及應用研究[D].華北電力大學（北京），2008.