分布式电源在居民楼发电系统中的应用研究

摘 要：随着我国经济的飞速发展，对能源的需求不断加大，传统火电不仅带来环境污染，同时传输过程中损耗很大，而分布式电源具有清洁、高效等特点，作为大电源的重要补充，将成为我国促进节能减排和应对气候变化的重要措施之一，本文提出了利用居民楼中的房顶及排水等系统发电，通过理论分析证明了该发电系统的可行性。

关键词：分布式电源；居民楼；发电；节能减排

0 引言

分布式电源是促进风电、太阳能等分散式可再生能源的开发利用、提高清洁能源利用效率、解决能源短缺及偏远地区电力供应问题的重要途径。在当今能源和环境压力日益增加的背景下，推动分布式电源发展已成为世界各国促进节能减排、应对气候变化的重要措施之一。分布式电源作为我国电力系统的有机组成部分，是大电源的重要补充，与大电源、大电网有机统一，缺一不可。

20世纪八十年代，随着适合分散利用的光伏发电、风电和微小型天然气发电技术的逐步成熟，出现了分布式电源的概念。分布式电源通常指分散式可再生能源发电、工业余热余压余气等资源。

综合利用各种清洁能源发电，主要是为了利用分散资源和满足本地用户的能源需求，通常规模小、接入电压等级低。我国和其他国家一样，早有应用，如我国分布式利用的小水电装机容量和发电量均居世界首位。

本文分析研究了如何利用居民楼屋顶及排水等系统发电，使局部地区电力能够自给自足，起到了节能减排，资源合理利用的功能。

1 分布式电源的定义

目前关于分布式电源的最大容量、接入方式、电压等级、电源性质等相关界定标准方面，国际上还没有通用权威定义。不仅不同国家和组织，甚至是同一国家的不同地区对分布式电源的理解和定义都不尽相同。

国际能源机构（IEA）对分布式电源的定义为服务于当地用户或当地电网的发电站，包括内燃机、小型或微型燃气轮机、燃料电池和光伏发电系统以及能够进行能量控制及需求侧管理的能源综合利用系统。美国电气和电子工程师协会（IEEE）对分布式电源的定义为接入当地配电网的发电设备或储能装置。德国对分布式电源的定义为位于用户附近，接入中低压配电网的电源，主要为光伏发电和风电。

2 居民楼顶发电系统

居民楼楼顶发电系统主要由分布在楼顶的太阳能发电系统和小型风电机发电系统组成。当晴天阳光充足时，主要利用太阳能发电系统给居民楼供电；当多云阴天有风时，可利用小型风电机给居民楼供电。

居民楼顶太阳能发电系统通常由光伏组件、组件支架、防雷系统、直流配电柜、光伏逆变器、交流配电柜、并网变压器等组成。系统中将光伏组件及支架按屋顶自然条件进行合理布置，形成屋顶光伏阵列，用于太阳能的获取及光电转换，然后根据屋顶光伏系统的特点将光伏组件进行合理串并联后，接入防雷汇流箱，根据光伏逆变器的容量配置分别接入直流配电柜，就完成了光伏直流电源的汇集过程。直流配电柜的出口按额定功率匹配接入并网逆变器，经过逆变器将直流电流转换为并入电网的交流电流，如逆变器的输出电压和并网电压不相等，就需要经过变压器转换为同步的交流电压后再并入电网[2]。

居民楼顶小型风电机发电系统的小型风机采用额定功率一般在100-400W之间的机型，该机型起动风速低，风能利用率高，体积小，外型美观、运行振动低，安装简单，维护和检修方便。采用新型集电环电源输出装置，克服传统小型风力机迎风时电缆缠绕。风轮叶片采用新工艺经精密注射成型，配以优化的气动外形设计和结构设计，风能利用系数高，增加了年发电量。发电机采用永磁转子交流发电机，配以特殊的定子设计，有效地降低发电机的阻转矩，同时使风轮与发电机具有更为良好的匹配特性，通过在楼顶进行合理布局，能够使机组发挥最大效率。

3 居民楼排水发电系统

居民楼排水发电系统原理是在楼顶排水管道及居民楼屋内下水管道底端安装一个采用超滑材料覆盖的叶轮，当水到达底端时，就会冲击叶轮的叶片，叶片旋转带动潜伏式水流小型水利发电机的转子部分，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电动势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。然后通过导线把电流储存在电容器里。

居民楼楼层越高改排水发电系统效果越明显。人们日常生活中冲马桶的水，那么居民洗澡的水等生活废水可通过下水系统排到居民楼排水发电系统；同时当雨季来临的时候，居民楼顶会储存大量的水，这些水也可以通过排水系统排到居民楼排水发电系统。这些水在高处有很大的重力势能，进入到排水发电系统中就会推动水轮机做功，进而发电供居民日常使用。比如当污水从十三楼的居民家中排下来。1水箱的冲马桶水就约有势能4387.5J，依次推算的话，十二楼约为4050J，十一楼约为3715J，而且这仅仅是一户居民中的一个人用的冲马桶的水，那么居民洗澡的水等生活废水及雨季到来楼顶所存下的水就可产生更多的电能，在一幢楼有很多下水管道及楼顶排水管道，将这些管道里产生的电通过电路传输到一起储存起来，就可以有很多的电可以利用了。

4 居民楼沼气发电系统

居民楼沼气发电系统能够集环保和节能于一体，实现对废弃能源的综合利用。它利用居民生活中的大量有机废弃物（例如：生活垃圾和污水等）经厌氧发酵处理产生的沼气，驱动沼气发电机组发电，并可充分利用发电机组的余热用于沼气生产，使综合热效率达80%左右。

沼气发电系统能够合理利用生活垃圾等，不仅变废为宝产生了电能，同时能够将垃圾分解，减少了对环境的污染，也起到了节能减排的效果。

5 结论

本文提出的居民楼发电系统作为分布式电源的一种，围绕居民楼所产生的各种资源进行综合利用，不仅能够缓解能源紧张的现状，还能够对环境保护做出一定的贡献，间接地减少了污染物的排放，是一种可行的能源利用手段。

参考文献

[1] 李琼慧，黄碧斌，蒋莉萍.国内外分布式电源定义及发展现况对比分析[J].中国能源，2012，34（8）：31-34.

[2] 李宁峰，于国才，屋顶太阳能光伏发电系统的设计[J].江苏电机工程，2012，31（3）：22-25.

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