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1、分布式发电与微电网 Distributed Generation & Microgrid,鲁宗相 2007-9,4 How: Method and Techniques for DG & Microgrid Problem 分布式发电和微电网的研究思路及方法,3 What: Themes of DG & Microgrid RD&D 分布式发电和微电网的研究内容,5 Vision & Roadmap of DG & Microgrid 分布式发电和微电网的发展前景和技术路线图,1 Glossary & Basic Conception 术语和基本概念,2 Why: the Origin of
2、DG & Microgrid 分布式发电和微电网的兴起,1,1 Glossary & Basic Conception 术语和基本概念,分布式发电 新能源发电 微电网,2,DG的定义,国内： 分布式发电（Distributed Generation）是指功率不大（一般几十kW到几十MW）、建设在负荷中心附近的、模块式采用先进信息控制技术的、清洁环保、经济、高效、可靠的自主智能发电形式。 国外： DR (Distributed Resource)-分布式电源，非直接接入大输电系统的电源，包括发电机和储能 DG (Distributed Generation)-分布式发电，是分布式电源DR的一个子
3、集 DG（Dispersed Generation) 分散式发电,3,新能源发电VS.分布式发电,新能源发电分布式发电：概念和内容上有发展 DG大多利用新的能源和新型发电技术； 利于环保； 电源容量小，电压等级低； 接近负荷中心，接入配电网； 电力生产者和消费者合一，功率双向流动； 运行方式灵活，可连接于配电网，也可不联网； 比集中发电更可靠；在一批小型发电机组成的系统中发生大的停电（高负荷、风暴、地震、恐怖袭击、战争）几率较小；,4,分布式发电技术分类,燃气轮机(Gas Turbine，Combustion Turbine Generators) 微燃机(Micro-turbine) 内燃机
4、(Gas Engine，Internal Combustion Reciprocating Engines and Generators) 燃料电池(Full cell) 太阳能光伏电池(Photo-voltaic panel） 风能（Wind Power) 生物质能(Biomass Energy),5,微电网的概念,双重 角色,对于电力部门,对于用户,Model citizen,Good citizen,两个 特征,紧紧围绕全网的能量需求,个性化电能供给,单一可控的单元 同时向用户供给电和热,CERTS的微电网示范网络结构,7,具有分布式发电的示范配电系统,8,2 Why: the Orig
5、in of DG & Microgrid 分布式发电和微电网的兴起,9,（1）从电力工业的发展历史规律看DG兴起的必然性 （2）DG兴起的原因 （3）DG的发展现状,大机组、大电厂、大系统、高电压，资金密集，技术密集，高度信息化；复杂系统特性突出，石化能是主要一次能源,分散式，小容量发电机，低电压，小系统，交、直流输电,和谐、可持续发展成为发展目标，传统发电方式追求清洁高效，新发电方式应用高技术获得发电、环保、经济的综合效益,电力工业发展的历史,产生与兴起阶段,现代化工业阶段,可持续发展阶段,10,电力工业发展的轨迹,能源利用多样化，新发电方式层出不穷，朝着可持续能源利用方向发展； 小机组、小
6、电厂、小系统集中发电大机组（高参数）、大电厂、高电压、大系统（互联）分散的小发电系统、微型电网（联网或不联网）快速发展，成为现代电力系统的有力补充； 简单技术先进技术高技术 电力生产者和消费者的分离与结合； 电网由单一的供电网，单向输电 混合能源网，双向输电,11,电力工业走向何方？,大系统与小系统？ 大机组、大电厂、大电网、大电流、高电压 独立电力系统、分布式发电、微型电力系统 集中与分散？ 强大与脆弱系统？,12,美国GRID2030的电网蓝图,（1）Electricity Backbone （2）Regional Interconnection （3）Local Distribution
7、 （4）Mini-Grids （5）Micro-Grids,2.2 DG兴起的现实原因,（1）电力用户对供电可靠性的更高的要求 传统的电网不能提供超过”3个九或4个九”的供电可靠性，这种限制主要是电力系统不确定、不可控制的事件如天气和设计电网的成本。 家庭用户希望达到99.9999%(“6个九”)的可靠性，也就是平均一年停电30秒 某些灵敏的电子设备，需要至少99.9999999% %(“9个九”)的供电可靠性 分布式发电和传统的电网结合起来达到更高的可靠性是可能的； （2）新材料和新型的发电技术为分布式发电提供了技术上的支持； （3）解决能源危机的一个途径； （4）环保要求； （5）电力市场
8、要求进行分布式发电，打破垄断,13,DG的优点,（1）投资和风险：分布式发电本身投资和风险都要很小； （2）安全及可靠性：与电网配合，可以大大提高供电的可靠性，在电网崩溃或者发生意外灾害（战争、台风、地震、恐怖活动等）的情况下，继续维持重要用户的供电。 分布式发电可以满足特殊场合的需求，如在大型集会或庆典场合，安排处于热备用状态的移动分散式发电车，则可以大大提高供电可靠性。 （3）环保 （4）电力市场：适应电力市场发展需要，多家办电，打破电力部门垄断,14,分布式发电优点（续）,（5）经济：能源综合利用，提高能源利用效率（60%-90%）。电、冷、热三联产，为能源的综合利用提供了可能，具有较高
9、的能源利用率。 （6）由于分散式发电装置工作流程简单，参与运行的系统少，因而启动和停机快速，与电网配合使用时具有良好的调峰性能，且便于实现全自动控制。（“即用即插式”，“友好发电方式”） （7）扶贫：解决边远地区供电困难 相对于化石能源而言，可再生能源密度较低、分散性强，不太方便作为集中供电的能源，已开发的可用电量有限。,15,2005年可再生能源容量（GW）,16,1995-2005年可再生能源年投资量（10亿美元）,17,世界风电发展快速,18,1995-2005年太阳能光伏电池容量（MW）,19,2005年太阳能热水器/供热容量（总容量=88GWth）,20,3 What: Themes
10、 of DG & Microgrid RD&D 分布式发电和微电网的研究内容,21,（1）新能源发电方式 （2）DG接入系统及微电网,3.1 分布式发电技术,22,分布式发电装置,23,主要分布式发电特性比较,24,风力发电场 (wind power farm),25,风力发电的优点,风力发电在全世界获得快速发展，除了能源需求增加，环保压力加大外，重要的是风能本身所具有的独特点优点。 归纳起来风电具有下列优点： （1）风能资源丰富。（2） 风能是可再生能源。 （3）清洁无污染。 （4）施工周期短。 （5）投资少，投资回收快。 （6）实际占地少，对场地要求低。 （7）运行管理简单。（8）风力发电
11、技术比较成熟。 （9）风力发电具有经济性。 装一台风机相当于栽一棵摇钱树 仙人岛风电场总经理,26,风电的局限性,（1）风能的能量密度小。为了获得相同的发电容量，风力发电机的风轮尺寸比相应的水轮机大几十倍。如3000kW的风轮机直径已达100m.。风力发电单机极限约为10MW，对电力系统而言，风力发电机组只能是小机组。 （2）风能的大小不稳定。一般风机的起动风速为3 m/s，停机风速为25 m/s，即325 m/s为有效风力区。为得到稳定的出力，调节控制十分困难。 （3）至今，风能不能大量储存。小型风电机可配置蓄电池，大型风电机必须和大电网并网运行。 （4）风轮机的效率较低，风轮机实际效率只有
12、理论最大效率的50%。风电机组风能利用率约为40%。 （5）有一定的噪声（机械的和电磁的），不宜安装在居民区。 （6）接入电网时，对电网有不利的影响。,27,风机结构及风电基本原理,28,风力发电基本原理,1 Oil cooler 2 Water cooler for generator 3 High voltage transformer 4 Ultrasonic wind sensors 5 VMP-Top controller with converter 6 Service crane 7 OptiSpeed generator 8 Composite disc coupling 9
13、Yaw gears 10 Gearbox 11 Mechanical disc brake 12 Machine foundation 13 Blade bearing 14 Blade hub 15 Blade 16 Pitch cylinder 17 Hub controller,Vestas 3.0MW风机结构示意图,风力发电系统主要类型,（1）恒速恒频风力发电机系统 （3）双馈感应发电机系统 （2）风轮机直接驱动的同步发电机系统,29,风力发电的关键技术,大功率风轮机（MW）制造技术 最大功率跟踪控制技术 并网技术（电压、频率、电能质量、 保护、可靠性） 风电场价值分析 风电的预测和调
14、度,30,太阳光发电系统光伏电池 （Photo Voltage Cell）,光伏电池是利用某些半导体物质在太阳光的照射条件下，在p型和n型晶结两端产生电动势，将光能直接转化成电能的装置。,31,太阳能光伏发电的优点,太阳能取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类消耗的能量大6000倍。只要在美国阳光丰富的西南部沙漠地区，建立一个面积为100mile100mile的巨型光伏电站，所发电力可以满足全美国的用电需要. 太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击. 太阳能随处可得，可就近供电，不必长距离输送，因而避免了输电线路等电能损失. 太阳能不用燃料，运行成本很小. 太阳能
15、发电没有运动部件，不易损坏，维护简单. 太阳能发电不产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源.,32,世界主要国家PV的发展趋势,无锡尚德光伏电池生产世界前10名，在纽约上市,33,太阳能光伏发电关键技术,高效光伏电池制造 最大功率跟踪技术 并网技术 风/光/柴/水互补技术,34,燃料电池(Fuel Cell-FC）,燃料电池是一种将化学能转化成电能的新型能源生产方式，它利用氢和氧两种元素相互作用产生电流。 氧气可以直接从空气中提取，氢气要从酒精、汽油、天然气或其它炭氢化合物中提取。,35,FC电极反应,负极： （碱性电解液） （酸性电解液） 正极： （碱性电解
16、液） （酸性电解液） 电池反应：,36,FC特点,燃料电池能量转换效率高（实际效率58%以上），无污染、无噪声，无震动，安全可靠 燃料电池最大的优点是：输出功率平稳可靠，跟随负荷变化能力强（1秒内跟随50%的负荷变化）。 燃料电池的安装费用高。每千瓦30004000美元。 容量范围2-250MW或更大MW级；模块化的，搭积木，满足大容量负荷需要,37,燃料电池系统及其应用,燃料电池系统,应用 （1）便携式动力装置(portable power)：包括笔记本电脑、移动电话(手机)、助听器、真空吸尘器 （2）小汽车与公共汽车：可使用甲醇来产生氢气； 形成无数个“汽车发电站”，发出目前全球10倍的发电量； （3）大型发电装置(1arge power generation)：新型的燃料电池发电系统，除发出电力外，还可利用燃料电池中产生的热和水，去驱动蒸汽轮机，产生更多的电力。作医院和和工场的后备电源。 （4）家用发电装置(home elec
