分布式能源的冷热电联产系统

【摘 要】从我国经济发展趋势以及我国能源局势来看，分布式能源供电系统与电力系统并网必然成为未来发展趋势。虽然，分布式能源供电系统的并入对电力系统的电量质量、系统故障、潮流计算以及其它方面产生一定的影响，但是依旧不能阻挡历史的车轮，分布式能源供电与电力系统的并网运行将越来越普遍。本文主要对分布式能源的冷热电联产系统进行了分析研究。

【关键词】分布式能源；冷热电联产；问题对策；持续发展

一、分布式能源供电系统在电力系统并网的作用

1、提高供电稳定性

分布式能源供电系统与电力系统并网后，可显著提高电力系统的可靠性。即使电网断电，分布式能源供电系统可凭借自身新工艺和新技术继续保持供电，从而确保连续供电；和传统电力系统能源供应相比，分布式能源供电系统采用多元化的能源利用类型和供应渠道以及多样化的发电能源供应战略，有效保证能源供应的安全性，有效缓解传统能源紧缺造成电力能源紧缺问题；最后，分布式能源供电系统的规模小且分散，发生意外事故或电力灾害的可能性更小，比传统供电系统的安全性更高，供电也更加稳定。

2、减少污染

从分布式能源供电系统的定义可以看出，分布式能源供电系统利用废弃能源生产可再生能源，分布式能源也使用清洁能源发电，因此分布式能源供电系统可以减少污染物排放量。同时分布式能源供电系统无需重新建设高压输电线路，可减少新建高压输电线路带来的电磁污染，降低分布式能源供电系统对输电周边自然环境产生的危害。最后，分布式能源供电系统与电力系统并网可以减少传统电力资源的利用，减少生产传统电力资源带来的环境污染危害。

3、降低成本

一是减少电能损耗。分布式能源供电系统多位于用靠近用户的负荷中心，可以减少运输电网带来的损耗；二是减少建设成本。分布式能源供电系统设施对土地和空间体积需求更小，可以减少前期建设分布式能源供电系统的资金投入，降低成本；建设分布式能源的周期短，可根据系统负荷增长进行扩建，可减少投足资金损耗，提高资金利用率。三是降低维护成本。分布式能源供电系统的安全性高、可靠性强，系统发生故障几率更低，维修几率也更低。同时即使发生故障，维修难度更小，维修成本也更低。

二、分布式能源系统

集中式与分布式有机结合是21世纪能源工业重要发展方向，新的能源系统将可能影响到人类的生活方式和社会发展的进程。相对于传统的集中式供电方式，分布式能源系统是一种建立在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。

1、发电方式

分布式发电系统自身的特点决定了它不是采用煤作为一次能源，而是大量采用环境友善的可再生能源。可以说，分布式发电技术是与新能源技术密切相关的。目前，比较常见的发电方式有以下几种。

1.1微型燃气轮机发电

微型燃气轮机主要组成部分包括微型燃气轮机、发电机和数字电力控制器等，以天然气、甲烷、汽油、柴油等为燃料，具有高可靠、寿命长、噪声低、重量轻、体积小、污染低、油耗低等一系列优点，是目前应用较为广泛的一种分布式能源方式。

1.2风能发电

风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，是一种清洁能源。它的输出功率由风能决定。风力发电是目前新能源开发技术中最成熟、最具规模化商业开发前景的发电方式。

1.3太阳能光伏发电

太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转化为电能。在使用时将光伏电池封装成组件，然后根据需要将组件串并联组成方阵。

2、优点

分布式能源系统的最主要优点是用在冷热电联产中。但是热，尤其是冷，不像电能那样可以较长距离有效地输送。因为大电厂设址有其自身的要求，一般来说，附近难以有足够大量合适的冷、热能用户，无法进行有效的联产。

分布式能源系统却正好相反，按需就近设置，可以尽可能与用户配合好，也没有远距离输送冷、热能的问题，大电网的输电损失问题也不存在了。所以，虽然分布式能源系统纯动力装置本身效率低、价钱贵，但可以充分发挥其联产的优点，保证使用单位的各种二次能源能够充分利用。

3、缺点

在使用中，对于分布式的控制系统也出现了很多不足，尤其是在供电性能上只能单点供应，同时输出的功率也较小，比起以往单机功率在百万千瓦的电源在效能少就略显劣势。因此大机组单位功率的售价相比小机组要低得多，相差近几倍。大机组集中在一起，有专门高级技工运行维护，安全性、工作寿命都应该更有保证。所以，要对纯发电成本和单位初投资作比较，分布式能源系统的经费投入要大大高于现在的大电力系统。

三、分布式能源供电系统与电力系统并网存在的问题及对策分析

1、对电量质量的影响及对策分析

电能质量是反映设备正常运行状态下的相关电能指标发生偏差的程度，如电压波动情况、谐波、过电压、电压跌落或涌流等电能指标，当分布式能源供电系统与电力系统并网会导致电压发生异常波动，并出现谐波和电压跌落或涌流等问题，而影响电能质量。针对电能质量问题，首先应使用短路比和刚性率分析并评估分布式能源供电系统个电网系统的电能质量带来的影响，再使用旋转型和逆变型电源分析评估分布式能源供电系统对电力系统电压的影响，例如常用于控制分布式能源发电过程产生的电能波动对电压的影响可采用相关存储方法解决。

2、对引起系统故障的影响及对策分析

分布式能源供电系统并入电力系统会影响配电网拓扑结构和短路电流，并导致数据发生变化，最终引起设备出现运行故障。由于分布式能源供电系统的差异，分布式能源供电系统并入电力系统引起的故障类型和故障排除方法也不同。如传统旋转式分布式能源供电系统会产生较大的短路电流，而逆变器并网分布式能源供电系统产对发电机产生故障有不同的特征，并产生较小的短路电流。系统出现故障后，可采用多代理技术恢复故障，可提高故障处理效率和成功率。还需要改进原有保护策略，制定新的电网配置保护方案，如设置故障限流器，降低故障后的电流，避免电流过高影响保护配置。

3、对潮流计算的影响及对策分析

分布式能源供电系统并入电力系统是配电网电源配置结构的变化，电源配置结果变化必然引起潮流计算发生相应的变化。当分布式能源供电系统并入后，潮流计算模型以及节点类型与计算模型和节点类型差异较大，因而可采用收敛性更好的计算方法。

四、推广使用冷热电联产技术的重要性

1、提高能源利用率

CCHP系统安装在居民用户附近，是合理的能源梯度利用方式（如图2所示）。它不仅提供电力，还满足冷量和热能的要求，为分布式能源的广泛应用建立模型，并将大大缓解集中电网建设投资压力，避免远距离输配电损失。CCHP系统贴近用户进行能量转换，将温度向下利用，利用发电后的余热，不是用电来交换，而通过提高能源的综合利用率弥补发电的低效率。虽然CCHP系统设备的发电效率较低，但综合利用效率达到80%～90%。

2、缓解电力短缺

CCHP系统不仅能缓解电力短缺，平衡电力峰谷差，还能提高建筑供电的可靠性和安全性，避免电空调与电网争电的局面，有效改善电网负荷的不平衡性，提高发电厂设备的负荷率。CCHP系统利用燃气或发电余热制冷制热，填补了夏季燃气用量的严重不足，改善了电力和燃气不合理的能源结构状况。

3、安全可靠

CCHP系统提供了可靠的供电安全和品质保证，尤其是对供电安全和稳定性要求较高的用户，摆脱了电网拉闸限电、崩溃和意外灾害（如地震、风雪、人为破坏、战争等）等突发性事故带来的供电危机，避免了因停电造成的经济损失。CCHP系统一般采取并网方式设计，大电网与三联供发电机组互为备用，因此相当于用户增加了一路常用供电系统，提高了用户供电的可靠性；用户常规冷热的空调系统一般由电空调和锅炉组成，采用三联供系统后可以使用发电机的余热供冷或供热，对于用户来说，相当于在常规调峰设备以外增加了一套空调冷热源系统，对于使用电空调的用户，更是将供冷动力由原来的单一用电变为了可以同时用电和燃气，提高了用户的冷热供应可靠性。

4、良好的经济性

随着电力供应的日趋紧张，全国各地纷纷实行了峰谷电价。采用传统电空调除了增加电网的负担外，用户还承担着高额的运行费。采用CCHP系统利用发电后余热来供热供冷，整个系统能源效率提高，其能源供应成本大大下降，在能源价格不断增长的体系下具有良好的经济效益。

五、分布式新能源可持续发展

1、分布式新能源：新颖的能源供应模式

分布式能源作为一种新颖的能源供应模式，近年来备受各国政府和企业的关注。它是一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，因地制宜地将用户光伏、风能以及生物质能等多种新能源配置状况进行系统整合优化的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。分布式能源技术是未来世界能源技术的重要发展方向，具有能源利用效率高、环境负面影响小、提高能源供应可靠性和经济效益好的特点。

发达国家分布式能源发展迅猛，通过规划引领、技术支持、优惠政策以及建立合理的价格机制和统一的并网标准，有效地推动分布式能源的发展。分布式能源系统在整个能源系统中占比不断提高，欧盟占比约达10%。近年来，在政府和企业的大力支持下，我国分布式新能源项目逐步推广，在能源系统中的比例不断提高。一年多以来，各地做了大量工作，除国家给予0.42元每度电的补贴支持外，部分省分又配套出台了额外补贴，鼓励放开电网，联合国土、扶贫办、银行等部门制定相应的支持政策。

2、我国布式新能源发展存在的问题

国家能源局2014年11月公布的数据显示，2014年前3季度我国新增光伏发电并网容量仅有3.79GW（10亿瓦特单位，1GW=1000兆瓦），新增分布式光伏并网容量1.34GW。实际完成量距离年初制定的14GW目标差距很大，尤其是分布式并网目标更是远未达到年初设定的8GW目标。分析表明，我国分布式能源发展存在以下问题。

2.1分布式光伏发电项目投资

利润空间偏低。目前，集中式地面电站由于具有较好的规模效益，投资收益已达到或超过了投资商的预期。然而，对分布式而言，项目投资利润空间偏低，前期要面对太多的业主，关系复杂、协调面广、施工分散，导致成本增加；后期运维管理尤其是电费回收工作量和难度相应增加。

2.2政策落实有难度

新下达的支持政策受制于之前的一些老政策，尤其是国土和林业传统政策的制约。20兆瓦规模的分布式很难找到合适场地，农地或林地，目前都存在土地性质变更这个无法逾越的法律及政策鸿沟。

2.3分布式光伏规模化以后的并网难题亟须解决

目前看，适合光伏发电的地块稀少了。屋顶光伏发电并网存在因部分屋顶业主企业变压器容量有限，无法全部利用。同时，存在上一级的线路容量是否够用等问题。随着国家、省、市政府能源发展战略的推进及相关政策的落实，光伏等分布式新能源项目呈几何级数发展，光伏发电固有的间歇式能源的波动性和不稳定性，其大规模并网对电网的稳定安全将带来愈来愈大的影响。这需要行业主管部门、科技、电力等方面积极应对。

3、对策建议

毋庸置疑，分布式新能源行业已成为新兴产业，发展潜力巨大。同时要清醒地认识到，光伏发电投资和设备生产行业不是暴利行业，盲目投资、市场血拼、不顾及上下游、牺牲产品质量等都是短视行为，光伏发电市场需要业界维护，共同理性、有序地推动整个行业的可持续发展。分布式光伏发电的处于发展期，必然存在政府、投资商、设备生产企业协调探索的过程，应积极引入PPP模式，发挥政府主导协调的优势，营造良好的积极互动氛围。

3.1开拓国内终端市场

这是光伏产业生存的发展的根本出路。要学习和借鉴嘉兴模式和PPP模式，由政府对工业园区屋顶进行统一协调和管理，以解决分布式前期单独由投资商面对和说服诸多业主的问题，避免无序竞争，形成各方多赢的模式并付诸实施，走出以应用带动产业、以产业促进创新、以创新推动发展的良性循环之路。

3.2化整为零，寻找适合光伏发电投资的公共机构和场所

光伏产品和解决方案需在保持现有产品持续进步的基础上，着眼未来3～5年的技术方向探讨和研发项目储备。只有以智能配网智能调度与新能源控制技术的应用融合为出发点，不断提升产品性能、品质和服务的新能源控制监测产品，才能在给客户带来更大的投资回报的同时获得企业、产业的良性发展。

结束语

随着我国经济的持续发展，能源消费总量的不断增加，分布式能源的潜在价值逐渐显现。文章简单介绍了分布式能源的系统概念及其优缺点，综述分布式能源的发展及应用情况现状，深入分析分布式能源在现阶段发展过程中遇到的问题，特别是并网运行的影响并提出相应的解决思路。

参考文献：

[1]谭朝华.分布式能源接入电力系统的影响[J].中国高新技术企业，2014，（17）.

[2]张岩波.分布式能源接入对配电网的影响[J].现代电子技术，2012，（21）.

[3]胡波，汪少勇.分布式发电接入政策措施研究[J].电力勘测设计，2011，（02）.

推荐访问:联产 分布式 热电 能源 系统