分布式電源的柔性接入

2022-11-27 05:06:05 字數 3380 閱讀 7734

分布式電源本身並非一種全新的電源形式,過去,在醫院、礦山等一些重要的部門或場所,使用者往往自行安裝一些小型發電裝置作為緊急備用電源,目的是為增加可靠性和安全性。目前所謂的分布式電源通常並非指採用柴油發電機組的緊急備用電源或燃煤的自備電廠小熱電,而是指以天然氣為燃料的燃氣輪機、內燃機、微型汽輪機發電、風能發電、光伏發電、生物質能發電等。由於其在效率、能源多樣化、環保、節能等多方面的優越性,再加上能源問題日益突出、電力市場化快速發展,以及分布式電源技術的發展,使分布式電源獲得廣泛的關注。

然而,分布式電源的並網執行會給主網帶來一系列問題,包括電壓波動、逆潮流、諧波等問題。這些問題的嚴重程度與所聯網的電壓等級、短路容量、聯網的裝置及其控制方法、電源的性質及其容量等密切相關。為適應我國分布式電源的發展,保證分布式電源接入情況下電網的電能質量水平,必須建立相應的指導性規範。

從經濟性角度看,採用以天然氣為燃料的燃氣輪機、內燃機、微型燃氣輪機等發電系統的分布式電源前景並不是很光明。因為我國天然氣這種非可再生能源的儲量有限,主要還需供居民生活用,隨著城鎮化程度越來越高,城鎮家庭對天然氣的使用需求會不斷增加,天然氣的**還是要上公升的。即使國家提出要建設1000個天然氣發電試點,實施起來恐怕也有相當大的難度。

此外,採用生物質能發電的分布式電源也很難推廣,因為中國的生物質能發電本身缺原料,而且原料的收集半徑較大,運輸成本較高。此外,生物質能發電的餘熱利用並不充分,這導致採用生物質能發電的分布式電源效率並不高。

還有就是採用太陽能光伏發電的分布式電源。第一,光伏發電成本較高;第二,雖然中國的太陽能光伏發電裝置的**下降較快,這是個好事,但是我們沒有足夠的安裝空間。目前,安裝太陽能光伏發電並申請入網的個人還是少數。

我們可以算一筆賬,一套三室一廳的房子,要滿足家庭所有電器的使用需要,至少要安裝8千瓦的太陽能光伏發電裝置。目前,安裝一套4千瓦的太陽能光伏發電裝置大約需要人民幣8萬元左右,安裝8千瓦的裝置需要16萬元左右。這些家庭如果直接從電網購電的話,一年的電費也就是3千元左右,16萬元能用購買近50年的用電量。

而太陽能光伏發電裝置的壽命也就是2023年。所以,從經濟性角度來說安裝不合算。

而且,太陽能光伏發電的占地面積非常大。目前,1平方公尺太陽能光伏電池板每小時大約發電100瓦,乙個家庭如果要安裝4千瓦的太陽能光伏電池板則,需要占地40平公尺,占地面積還是比較大的。但即便如此,在中國,分布式光伏電源也只能解決較小比例的用電問題。

因為中國的居民生活用電只佔全社會用電量的10%12%,即使中國所有的家庭的屋頂全部安裝分布式電源,全部自給自足,也只不過解決了10%的用電問題。而佔全社會用電量70%的是工業用電,要依靠分布式電源解決工業用電問題恐怕很難實現。中國的用電情況和國外不同,在美國,其商業用電、工業用電、居民用電各占全社會用電量的三分之一。

風能是一種沒有汙染全產業鏈環保的可再生綠色新能源,大力發展風能發電被認為是一種有效的環保措施,也是**、企業開展節能減排工作的一種重要手段。風電和水電一樣,都是一次能源開發和建設同時完工的專案,沒有火電所需要的化石能源開採,以及運輸煤炭、石油和天然氣所要求的投資。風電的優點是蘊藏量大、可再生、無汙染、占地少、建設周期短、投資靈活、自動控制水平高、執行管理人員少等,而傳統以煤炭、天然氣、石油等化石燃料進行的發電,會產生大量溫室氣體;光伏發電因太陽能電池板的費用較高,光電轉換效率低下,占用土地,只適合在偏遠地區推廣。

全球風能資源評估可開發風能資源為72萬億千瓦,中國風能資源世界第三,陸地加海上可開發風能資源約10萬億千瓦,發展潛力巨大。統計資料顯示,「十一五」期間我國風電裝機容量連續5年實現翻番,至2023年底已達到4473.3萬千瓦,超過美國成為世界第一,成為全球最大的風力發電國家。

大力發展分布式風能已經成為一種趨勢。

當分布式電源與配電網併網執行時會產生—些問題。由於分布式電源是由客戶來控制的,因此將根據其自身的需要起動和停運分布式電源,這可能使配電網的電壓常常發生波動。分布式電源的頻繁起動會使配電線路上的負荷潮流變化大,從而加大電壓調整的難度,調節不好會使電壓超標。

當分布式電源切換成孤島方式執行時,如果無儲能元件或其能量太小,就易使客戶負荷發生電壓閃變。此外,電力電子型的分布式電源還易產生諧波,造成諧波汙染。此外,配電網中大量的繼電保護裝置早已存在,不可能為了新增的分布式電源而做大量改動,分布式電源必須與之配合並適應它。

當分布式電源的功率注入電網時,會使原來的繼電器保護區縮小,從而影響繼電保護裝置正常工作。

雖然在許多情況下,分布式電源接入配電網側裝有逆功率繼電器,正常執行時不會向電網注入功率,但當配電系統發生故障時,短路瞬間會有分布式電源的電流注入電網,增加了配電網開關的短路電流水平,可能使配電網的開關短路電流超標。因此,大功率分布式電源接入電網時,必須事先進行電網分析和計算,以確定分布式電源對配電網短路電流水平的影響程度。當分布式電源通過變壓器、電纜線路、開關等與配電網相連時,一旦配電網發生故障而系統側開關斷開時,分布式電源側開關也會斷開,假如此時分布式電源變壓器未接負荷,變壓器的電抗與電纜的大電容可能發生鐵磁諧振而造成過電壓,還可能引起大的電磁力,使變壓器發出雜訊或使變壓器損壞。

國家科技部風力發電「十二五」規劃中提出在開展風力發電關鍵技術研究開發的同時,積極推進整合示範工程建設,形成多能互補發電系統和分布式發電系統等標誌性示範工程,著重對中小型風電非並網接入技術、風電直接工業應用技術的研發提出了要求。

南京蘇特電氣股份****早在2023年就開始分布式電源利用的研究,2023年提出的 「不儲能、不上網」 風電就地消納,直接工業使用。優先使用風電。風力發電機發出的電能,優先給企業使用,不足部分由網電補充,若能滿足使用者全部用電,則全部使用風電,富餘電能可以併網發電,若無風能時,則全部由網電供給。

該系統採用多電源系統的交流互補方式。通過江蘇省科技情報研究所查新諮詢中心國內外查新,發現未見國內外相關相同報道,尚屬國內外首例。並由江蘇省計量科學研究院進行資料測試,完全達到預期效果。

這項技術的突破將促進分布式電源在電力產業、工業企業的持續、健康發展。

江蘇省***也邀請了省高校的風電專家及省電力設計院等部門對南京蘇特電氣股份****提出的「分布式電源的柔性接入系統」這一技術進行了專家鑑定,一致認為該技術符合國家風電「十二五」規劃、分布式接入風電專案開發建設指導意見、國家電網關於分布式電源併網工作指導意見。對促進新能源利用和節能減排具有積極地作用,實現了風電就地消納,降低了企業的用電成本,提高了企業經濟效益。

該技術通過將網電、風電、使用者安全隔離。減少饋電線路或風力發電機系統短路故障給使用者帶來的危害,有效地抑制電網電壓諧波,提高功率因數,抑制逆變器的直流分量,通過控制可以使風機工作在並網或非併網狀態。

近些年,一些專家學者提出了模擬電站和微網概念,可運用到分布式電源管理中,把具有隨機性的風電和具***出力的電源整合在一起,作為整體的模擬電站或者微網,整合到當今的電力生產和傳輸框架內。該技術還可提供多種功能,如風電饋送到電網以及作為有源濾波器改善電網電能質量。當在配電網電壓和頻率跌落時,通過潮流控制增加有功出力,當配電網三相電壓不平衡時,系統可針對性地送出三相不平衡電流,部分補償配電網三相電壓不平衡,吸收饋電線路多餘的部分無功或者輸送饋電線路缺乏的部分無功。

該技術適合如風能、太陽能、天然氣、生物質等多種能源的接入,廣泛應用於企業自備電廠、海水淡化、製氫、鹽業化工、油田等多種領域。

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作者 馮菊 華中電力 2014年第03期 摘要 本文分析了分布式電源對配電系統規劃的影響,並進行了總結和分析,指出了現階段分布式電源規劃研究的不足,展望了分布式電源規劃未來的研究方向。關鍵詞 分布式電源 配電網規劃 模型 演算法 准入容量 1 分布式電源對配電網規劃的影響 隨著分布式電源在電力系統中...

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