分布式供電技術(shù)

與集中供電電站相比，分布式供電具有以下優(yōu)勢：沒有或很低輸配電損耗；無需建設(shè)配電站，可避免或延緩增加的輸配電成本；適合多種熱電比的變化，可使系統(tǒng)根據(jù)熱或電的需求進行調(diào)節(jié)從而增加年設(shè)備利用小時；土建和安裝成本低；各電站相互獨立，用戶可自行控制，不會發(fā)生大規(guī)模供電事故，供電的可靠性高；可進行遙控和監(jiān)測區(qū)域電力質(zhì)量和性能；非常適合對鄉(xiāng)村、牧區(qū)、山區(qū)、發(fā)展中區(qū)域及商業(yè)區(qū)和居民區(qū)提供電力；大量減少了環(huán)保壓力。

1、滿足特殊場合的需求

分布式供電可以滿足特殊場合的需求，如：不適宜鋪設(shè)電網(wǎng)的西部等偏遠地區(qū)或散布的用戶；對供電安全穩(wěn)定性要求較高的特殊用戶如醫(yī)院、銀行等；能源需求較為多樣化的用戶，需要電力的同時還需要熱或冷能的供應(yīng)。因為它最大的優(yōu)點是不需遠距離輸配電設(shè)備，輸電損失顯著減少，運行安全可靠，并可按需要方便、靈活地利用排氣熱量實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)或熱電冷三聯(lián)產(chǎn)，提高能源利用率。

2、安全穩(wěn)定性方面

分布式供電方式可以彌補大電網(wǎng)在安全穩(wěn)定性方面的不足：在世界上大型火電廠建設(shè)的趨勢有增無減之時，電網(wǎng)的急速膨脹對供電安全與穩(wěn)定性帶來很大威脅，而各種形式的小型分布式供電系統(tǒng)，使國民經(jīng)濟、國家安全至關(guān)重要而又極為脆弱的紐帶--大電網(wǎng)，不再孤立和笨拙。

3、大大地提高供電可靠性

直接安置在用戶近旁的分布式發(fā)電裝置與大電網(wǎng)配合，可大大地提高供電可靠性，在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害（例如地震、暴風(fēng)雪、人為破壞、戰(zhàn)爭）情況下，可維持重要用戶的供電。分布式供電方式為能源的綜合梯級利用提供了可能：常規(guī)的集中供電方式能量形式相對單一，當(dāng)用戶不僅僅需要電力，而且需要其它能量形式如冷能和熱能的供應(yīng)時，僅通過電力來滿足上述需要時難以實現(xiàn)能量的綜合梯級利用，而分布式供電方式以其規(guī)模小、靈活性強等特點，通過不同循環(huán)的有機整合可以在滿足用戶需求的同時實現(xiàn)能量的綜合梯級利用，并且克服了冷能和熱能無法遠距離傳輸?shù)睦щy。

4、開辟新的方向

分布式供電方式為可再生能源的利用開辟了新的方向：相對于化石能源而言，可再生能源能流密度較低、分散性強，而且目前的可再生能源利用系統(tǒng)規(guī)模小、能源利用率較低，作為集中供電手段是不現(xiàn)實的。而分布式供電方式為可再生能源利用的發(fā)展提供了新的動力。我國的可再生能源資源豐富，發(fā)展可再生能源是21世紀(jì)減少環(huán)境污染和溫室氣體排放以及替代化石能源的必然要求，因此為充分利用量多面廣的可再生能源發(fā)電，方便安全地向偏僻少能源地區(qū)供電，現(xiàn)在建設(shè)可再生能源分布式供電的呼聲漸漸高漲。

還應(yīng)指出，對目前世界能源產(chǎn)業(yè)面臨亟待解決的四大問題：合理調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、進一步提高能源利用效率、改善能源產(chǎn)業(yè)的安全性、解決環(huán)境污染，單一的大電網(wǎng)集中供電解決上述問題存在困難，而分布式供電系統(tǒng)恰好可以在提高能源利用率、改善安全性與解決環(huán)境污染方面做出突出的貢獻。因此，大電網(wǎng)與分散的小型分布式供電方式的合理結(jié)合，被全球能源、電力專家認(rèn)為是投資省、能耗低、可靠性高的靈活能源系統(tǒng)，成為21世紀(jì)電力工業(yè)的發(fā)展方向。這就是說，世界電力工業(yè)已經(jīng)開始向傳統(tǒng)電力工業(yè)的模式告別，走向依靠大型發(fā)電站和小型分布式供電廣泛結(jié)合的過渡的“分散式”電力系統(tǒng)，從而大大改善供電效率、供電品質(zhì)和減輕當(dāng)今電力行業(yè)對環(huán)境影響形成的負(fù)擔(dān)、減少興建和改善輸配電線路。而且，由于近來發(fā)生的加州供電危機，國外有的觀點甚至認(rèn)為今后在大力發(fā)展分布式供電的情況下，大型中心電站將走向衰落。

分布式發(fā)電方式多種多樣，根據(jù)燃料不同，可分為化石能源與可再生能源；根據(jù)用戶需求不同，有電力單供方式與熱電聯(lián)產(chǎn)方式（CHP），或冷熱電三聯(lián)產(chǎn)方式（CCHP）；根據(jù)循環(huán)方式不同，可分為燃?xì)廨啓C發(fā)電方式，蒸汽輪機發(fā)電方式或柴油機發(fā)電方式等。表1列出了主要的分布式供電方式。在產(chǎn)業(yè)革命后的200年中，煤炭一直是世界范圍內(nèi)的主要能源，而隨著科技、經(jīng)濟的發(fā)展，石油在一次能源結(jié)構(gòu)中的比例不斷增加，于20世紀(jì)60年代超過煤炭。此后，石油、煤炭所占比例緩慢下降，天然氣比例上升；同時，新能源、可再生能源逐步發(fā)展，形成了當(dāng)前的以化石燃料為主和新能源、可再生能源并存的格局。然而，雖然可再生能源是取之無盡的潔凈能源，但其能源密度低，穩(wěn)定性較差，需要蓄能調(diào)節(jié)，長期穩(wěn)定運行困難，且由于技術(shù)不夠成熟，可再生能源一次投資較大，經(jīng)濟性差；而化石能源的發(fā)電技術(shù)不僅更加成熟，而且效率更高。因此，作為分布式供電的發(fā)電技術(shù)，化石能源是主要方向。

分布式電源大都為分散的小規(guī)模電源，根據(jù)發(fā)電所用的燃料進行劃分，主要包括各種可再生新能源分布式電源(太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、小水電、海洋能等)和燃用化石能源的微型燃?xì)廨啓C等。

(1)燃用化石能源的微型燃?xì)廨啓C

微型燃?xì)廨啓C(microturbine)是一類新發(fā)展起來的，以天然氣、丙烷、汽油、柴油等化石能源為主要燃料的小型熱力發(fā)動機，功率范圍一般為20—500kW。它的發(fā)電效率雖然不高，但可實現(xiàn)熱電互聯(lián)運行，提高化石能源利用率，且具有很好的可操控性和連續(xù)性，是目前開發(fā)的最具有商業(yè)競爭力的分布式電源之一。微型燃?xì)廨啓C的工作原理如圖所示。

圖中可以看出:空氣先由離心式壓縮機壓縮為高壓氣體，然后在回?zé)崞鲀?nèi)被渦輪機排放的熱氣預(yù)熱后作為氧化劑進入燃燒器內(nèi)與燃料混合燃燒，燃燒后的高溫燃?xì)庾鳛闅鈩恿ν苿酉蛐氖綔u輪機做功，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。渦輪機做功后排放的余熱氣體除了預(yù)熱高壓空氣外，還通過熱交換器向外界供熱，從而實現(xiàn)了能源的多級利用和熱電聯(lián)產(chǎn)。

與柴油機發(fā)電機組相比，微型燃機具有以下一系列先進技術(shù)特征：

（1）運動部件少，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，重量輕，是傳統(tǒng)燃機的1/4；

（2）可用多種燃料，燃料消耗率低、排放低，尤其是使用天然氣；

（3）低振動、低噪音、壽命長、運行成本低；

（4）設(shè)計簡單、備用件少、生產(chǎn)成本低；

（5）通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，即使不是滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，效率也非常高；

（6）可遙控和診斷；

（7）可多臺集成擴容。

因此，先進的微型燃?xì)廨啓C是提供清潔、可靠、高質(zhì)量、多用途的小型分布式供電的最佳方式，使電站更靠近用戶，無論對中心城市還是遠郊農(nóng)村甚至邊遠地區(qū)均能適用。制造商們相信，一旦達到適當(dāng)?shù)呐?，微型燃?xì)廨啓C有能力與中心發(fā)電廠相匹敵。對終端用戶來說，與其它小型發(fā)電裝置相比，微型燃?xì)廨啓C是一種更好的環(huán)保型發(fā)電裝置。

(2)太陽能發(fā)電

太陽能發(fā)電又分為太陽能熱能發(fā)電和光伏發(fā)電2類。太陽能熱能發(fā)電原理與傳統(tǒng)的熱發(fā)電相似，只不過這里產(chǎn)生蒸汽動力的熱源為通過集熱器收集來的太陽能;太陽能光伏發(fā)電利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。太陽能發(fā)電技術(shù)受地域限制性小、建設(shè)靈活、無污染，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｄ壳拔覈柲茈姵氐漠a(chǎn)量約為1100MW，居世界第1位。但是太陽能發(fā)電也存在能量密度較低，容易受天氣等因素影響，初期投入成本高等不利因素，這些都是我們未來分布式太陽能發(fā)電技術(shù)研究、改進的方向。

(3)風(fēng)力發(fā)電機組

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是通過風(fēng)電動力裝置將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，再經(jīng)過風(fēng)電機組轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，所發(fā)電力經(jīng)整流、逆變或與電網(wǎng)直接連接。目前先進的變速風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具備效率可調(diào)整和可優(yōu)化的特點，能夠最大限度地利用風(fēng)能。

大中型風(fēng)電機組并網(wǎng)發(fā)電，已經(jīng)成為世界風(fēng)能利用的主要形式。但是風(fēng)力發(fā)電可靠性還不高，這是掣肘風(fēng)力發(fā)電技術(shù)大規(guī)模并網(wǎng)應(yīng)用的一個關(guān)鍵性因素，也是今后風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要研究方向。

針對以上所述的太陽能與風(fēng)力發(fā)電各自優(yōu)缺點，近年發(fā)展起來的風(fēng)—光互補發(fā)電系統(tǒng)可將二者合理配置，兼顧可靠性的提高和運行成本的降低。

該系統(tǒng)利用太陽能電池組和風(fēng)力發(fā)電機將交流電通過整流裝置變?yōu)橹绷麟妰Υ娴叫铍姵刂小．?dāng)負(fù)載需要供電時，控制器將儲存的直流電通過通過逆變器供給交流負(fù)載。而對于直流負(fù)載來說，則通過斬波裝置獲得電能。

(4)海洋能發(fā)電站

海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能和鹽差能等多種能源形態(tài)，但整體而言海洋能發(fā)電技術(shù)還處于初步發(fā)展階段，相比而言，潮汐能的應(yīng)用規(guī)模最大。

(5)地?zé)岚l(fā)電

地?zé)岚l(fā)電是以地下熱水和蒸汽為動力源，其工作原理與火力發(fā)電相似。相對于太陽能熱力發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電的不穩(wěn)定性來說，地?zé)崮馨l(fā)電的輸出功率較為穩(wěn)定，但受地域限制性大。對于地?zé)豳Y源豐富的地區(qū)，地?zé)岚l(fā)電是解決當(dāng)?shù)仉娔軉栴}的一個不錯選擇。

(6)生物質(zhì)能發(fā)電機組

生物質(zhì)能發(fā)電是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可驅(qū)動發(fā)電機的能量形式(如沼氣、燃?xì)?、燃油、酒精?，再按照常規(guī)發(fā)電技術(shù)進行發(fā)電。生物質(zhì)能分布最為廣泛，總量十分豐富，常?？梢浴白儚U為寶”，尤其是在山區(qū)、農(nóng)村等農(nóng)業(yè)地區(qū)應(yīng)用前景廣闊。

(7)燃料電池

燃料電池是一種直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它的工作原理是電解水的逆過程，即通過氫和氧的化合釋放出電能，排放物為水蒸氣，因此對環(huán)境無污染且無噪聲。但是成本較高，目前還不能廣泛地作商業(yè)化應(yīng)用。

雖然回?zé)岬扔行岣呶⑿腿細(xì)廨啓C系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)功效率的手段得到應(yīng)用，微型燃機發(fā)電效率已從17%~20%上升到當(dāng)前的26%~30%，但以微型燃?xì)廨啓C作為動力的簡單的分布式供電系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)功效率依然遠小于大型集中供電電站。如何有效提高分布式供電系統(tǒng)的能量利用效率是當(dāng)前分布式供電技術(shù)發(fā)展所面臨的主要障礙之一。

正如常規(guī)的集中供電電站可以通過功熱并供提高能源利用率一樣，分布式供電系統(tǒng)在用戶需要的情況下，同樣可以在生產(chǎn)電力的同時提供熱能或同時滿足供熱、制冷兩方面的需求。而后者則成為一種先進的能源利用系統(tǒng)-冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。與簡單的供電系統(tǒng)相比，冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可以在大幅度提高系統(tǒng)能源利用率的同時，降低環(huán)境污染，明顯改善系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性。因此，三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是目前分布式供電發(fā)展的主要方向之一。

目前我國正處在經(jīng)濟高速發(fā)展時期，提高資源綜合利用效率，是我國能源工業(yè)能否持續(xù)支撐國家現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵所在。我國能源利用水平距世界發(fā)達國家還有很大的差距，日益增長的電力需求遠未得到滿足，“大機組、大電廠、大電網(wǎng)”的大規(guī)模、集中式的電網(wǎng)供電依然是我國目前能源工業(yè)的主要發(fā)展方向。

但是，我國需要分布式供電。這是因為：

（1）我國幅員遼闊，但物產(chǎn)資源相對貧乏，而且經(jīng)濟發(fā)展不平衡。對于西部等偏遠、落后地區(qū)而言，由于其遠離經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，形成一定規(guī)模的、強大的集中式西北電網(wǎng)系統(tǒng)需要很長時間和巨額的投資，這無法滿足目前西部經(jīng)濟快速發(fā)展的需要。而分布式供電系統(tǒng)可以借助西部天然氣資源豐富、可再生能源有多種多樣的優(yōu)勢，在短時間內(nèi)，以較小的投資為代價，為西部經(jīng)濟發(fā)展提供有利的支撐；對于東南沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，由于生活水平的日益提高，已經(jīng)出現(xiàn)了類似于西方發(fā)達國家的對于能源產(chǎn)品需求多樣化的趨勢，與集中式供電相比，分布式供電可以為解決上述問題提供更加圓滿的方案。

（2）隨著經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，我國集中式供電電網(wǎng)的規(guī)模迅速膨脹。這種發(fā)展所帶來的安全性問題是不容忽視的，如紐約市、臺灣島二次大停電已為我們敲響了警鐘。為了及時抑制這種趨勢的蔓延，只有合理地調(diào)整供電結(jié)構(gòu)、有效地將分布式供電和集中式供電結(jié)合在一起，構(gòu)架更加安全穩(wěn)定的電力系統(tǒng)。

（3）縱觀西方發(fā)達國家的能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程，可以發(fā)現(xiàn)：它經(jīng)歷了從分布式供電到集中式供電，又到分布式供電方式的演變。造成這種現(xiàn)象不僅僅是由于生活水平的需求，而且也是集中式供電方式自身所固有的缺陷造成的。毋庸置疑，隨著社會的發(fā)展，我國能源產(chǎn)業(yè)也將面臨類似的問題。因此，雖然從目前能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況來看，集中式供電是我國能源系統(tǒng)發(fā)展的主要方向，但從長遠看，構(gòu)造一個集中式供電與分布式供電相結(jié)合的合理的能源系統(tǒng)，增加電網(wǎng)的質(zhì)量和可靠性，將為我國能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

所以，我國近期應(yīng)發(fā)展大機組、大電廠，同時，不失時機、因地制宜地興建分布式供電設(shè)施?？梢灶A(yù)見，隨著西部大開發(fā)的深入進行，特別是“西氣東輸”工程的開展，我國沿線區(qū)域和邊遠地區(qū)的分布式供電將得到極大的發(fā)展。 2100433B

自供電技術(shù)屬于新能源技術(shù)，有著無法估量的市場前景。節(jié)能環(huán)保呼聲日益高漲，省電需求從節(jié)省多少電源到不用電源的高級階段邁進。據(jù)悉，采用自供電技術(shù)開發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品，每年將為國家節(jié)約一座長江三峽電站的發(fā)電量。2100433B

自供電技術(shù)，其實質(zhì)是一種震動自發(fā)電機。發(fā)明人從小孩子常玩的手持溜溜球中得到靈感，認(rèn)為各種專利證明機械能都可以最終轉(zhuǎn)化成電能，從而使電子元件不需要借助外部電源就能運行。經(jīng)過實驗和驗證，該項技術(shù)已成功運用于低功耗的電子設(shè)備。

本教材在編寫的過程中力求突出以下特色：

1．簡練實用。目前我國高校注重實踐教學(xué)，課內(nèi)學(xué)時有所減少，為了適應(yīng)新的教學(xué)計劃，本教材不追求內(nèi)容龐雜，以簡練實用為目的。文字?jǐn)⑹錾钊霚\出，相關(guān)計算以必需、夠用為度，去掉了繁瑣的理論推導(dǎo)，強調(diào)實際應(yīng)用性。

2．與時俱進。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些新技術(shù)、新設(shè)備應(yīng)用于供電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的供電技術(shù)理論知識有必要進行更新。為了適應(yīng)現(xiàn)代供電技術(shù)的發(fā)展，本教材適當(dāng)刪減了陳舊的知識，如第8章著重介紹了變電站的綜合自動化，對傳統(tǒng)的變電站自動化內(nèi)容進行了適當(dāng)刪減。本教材加強了基本理論的闡述，并增加了一些新技術(shù)與新方法的應(yīng)用。