劉衛(wèi)華

（濟(jì)南巨能電力工程有限公司）

0 引言

2005年5月25 日，莫斯科南部、西南和東南市區(qū)發(fā)生大面積停電事故。2007年4月26日哥倫比亞發(fā)生大規(guī)模停電事故，導(dǎo)致全國(guó)80%以上地區(qū)的各行業(yè)陷入癱瘓達(dá)3個(gè)多小時(shí)，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。2012年7月30日，印度遭遇大面積停電，逾3.7億人受到影響。這是世界上近二十年來發(fā)生的較大規(guī)模大電網(wǎng)出現(xiàn)的主要問題。網(wǎng)架模式的單一性是這些事故發(fā)展的主要原因，傳統(tǒng)的發(fā)電模式雖然看起來成熟，但是卻十分脆弱。這是因?yàn)殡娋W(wǎng)中的單鏈條和環(huán)形模式之間常常存在相互影響，一旦某一點(diǎn)發(fā)生故障并不能及時(shí)修復(fù)，就可能導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的崩潰。因此，為了避免這種情況的發(fā)生，人們正在努力尋找途徑來加強(qiáng)電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)抵御能力，而分布式發(fā)電和微網(wǎng)技術(shù)可以有效解決這些問題，并為電力系統(tǒng)帶來許多優(yōu)勢(shì)。

1 分布式發(fā)電技術(shù)概況

在美國(guó)在分布式發(fā)電技術(shù)方面也取得了重要進(jìn)展，尤其是在太陽能光伏和風(fēng)能領(lǐng)域。許多州實(shí)施了支持分布式發(fā)電的政策，促進(jìn)了可再生能源的發(fā)展和利用。在日本由于資源有限，對(duì)分布式發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了積極探索和應(yīng)用。太陽能光伏發(fā)電、海洋能發(fā)電和小型水電站等技術(shù)被廣泛采用，使得分布式發(fā)電在日本成為一種重要的能源供應(yīng)方式。

近年來，我國(guó)積極推動(dòng)分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，取得了顯著的進(jìn)展。分布式發(fā)電技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在鄉(xiāng)村、小城鎮(zhèn)和遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地區(qū)。太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、沼氣發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等分布式發(fā)電方式被大量采用，提供了可靠的電力供應(yīng)。分布式發(fā)電技術(shù)分類如表1。

表1 分布式發(fā)電技術(shù)的主要技術(shù)類型

表2 四種發(fā)電方式的經(jīng)濟(jì)比較

分布式發(fā)電技術(shù)是指將發(fā)電設(shè)備部署在用電負(fù)荷點(diǎn)附近或能源資源豐富的地區(qū)，實(shí)現(xiàn)近距離發(fā)電和供電的一種電力供應(yīng)模式。下面是分布式發(fā)電技術(shù)的主要幾種：

1.1 光伏發(fā)電技術(shù)

光伏發(fā)電技術(shù)是指利用光伏效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。光伏電池是光伏發(fā)電技術(shù)的核心部分，它能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為直流電能，主要有單晶硅、多晶硅和非晶硅等材料制成。為了提高發(fā)電效率和功率輸出，多個(gè)光伏電池被組合在一起形成光伏電池陣列。不同類型的電池陣列配置方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。光伏電池產(chǎn)生的電能為直流電，而大部分電力系統(tǒng)使用的是交流電。逆變器的作用是將光伏電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)匹配的交流電，以供應(yīng)給家庭、工業(yè)和商業(yè)用電等需求［1］。太陽能跟蹤系統(tǒng)可根據(jù)太陽的位置和角度來調(diào)整光伏電池板的朝向，以最大程度地接收太陽輻射，提高發(fā)電效率。光伏發(fā)電系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理，以確保其安全運(yùn)行和最大效益。這包括對(duì)光伏電池陣列、逆變器、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷等。

1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電是通過風(fēng)力渦輪機(jī)（通常稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)）將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)力渦輪機(jī)通常由風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組成。風(fēng)輪通過受到風(fēng)力的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)將轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力傳遞給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)則將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。開發(fā)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目時(shí)，需要對(duì)風(fēng)能資源進(jìn)行充分評(píng)估和分析，確定適宜的區(qū)域和設(shè)備類型。風(fēng)能資源的評(píng)估包括風(fēng)能密度、風(fēng)速分布等參數(shù)的測(cè)定和驗(yàn)證。風(fēng)力渦輪機(jī)類型主要有水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)和垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)兩種類型［2］。水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)是目前最常見的類型，其中又分為大型商業(yè)風(fēng)力渦輪機(jī)和小型戶用風(fēng)力渦輪機(jī)。垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但在商業(yè)應(yīng)用中較少見。風(fēng)力發(fā)電具有較低的運(yùn)營(yíng)成本和較短的能源回收期。它是一種環(huán)境友好的能源選擇，減少了對(duì)化石燃料的依賴，減少了溫室氣體排放和環(huán)境污染。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)的功率 cараcity 增加，風(fēng)電場(chǎng)可以由多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)組成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并集中連接到電力系統(tǒng)中。

1.3 微型燃?xì)廨啓C(jī)

微型燃?xì)廨啓C(jī)利用燃?xì)庠谌紵覂?nèi)的高溫高壓膨脹作用，使得輪盤高速旋轉(zhuǎn)。然后，在輪盤上的渦輪將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，并通過連接的發(fā)電機(jī)將其轉(zhuǎn)化為電能。具有體積小、重量輕、啟動(dòng)快、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。由于其緊湊的結(jié)構(gòu)和高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，微型燃?xì)廨啓C(jī)適用于分布式發(fā)電場(chǎng)景，尤其是在對(duì)高效能量轉(zhuǎn)換和低排放要求較高的環(huán)境中。廣泛應(yīng)用于需要小功率電力供應(yīng)的領(lǐng)域，如住宅、工業(yè)園區(qū)、商業(yè)建筑、農(nóng)村地區(qū)等。它可以作為獨(dú)立發(fā)電設(shè)備，也可以與其他能源系統(tǒng)（如光伏、風(fēng)能等）相結(jié)合，構(gòu)建微網(wǎng)系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備，微型燃?xì)廨啓C(jī)具有高效率、低排放、燃料適應(yīng)性強(qiáng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)。其高效率可以提供更好的能源利用效果，低排放使得環(huán)境影響減少，燃料適應(yīng)性強(qiáng)意味著可以使用多種類型的燃?xì)?，響?yīng)速度快可以滿足對(duì)電力供應(yīng)的即時(shí)需求。隨著能源需求的增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，微型燃?xì)廨啓C(jī)作為一種高效清潔的分布式發(fā)電技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，微型燃?xì)廨啓C(jī)的性能和穩(wěn)定性還將得到進(jìn)一步提升。

2 微網(wǎng)技術(shù)概述

微網(wǎng)技術(shù)是指在電力系統(tǒng)中，基于分布式發(fā)電和能量?jī)?chǔ)存設(shè)備構(gòu)成的一種小型、自治和可控制的能量管理系統(tǒng)。它通過將分布式發(fā)電、能量?jī)?chǔ)存和負(fù)載進(jìn)行互聯(lián)互通，形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的能源子系統(tǒng)，可以與傳統(tǒng)中央化電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)或者在不聯(lián)網(wǎng)的情況下獨(dú)立運(yùn)行。

微網(wǎng)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

微網(wǎng)采用分散式發(fā)電系統(tǒng)，如太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等，將電力的產(chǎn)生地點(diǎn)逐漸從傳統(tǒng)的中央化電廠轉(zhuǎn)移到用戶附近，減少輸電損耗和線路壓降。微網(wǎng)中集成了能量?jī)?chǔ)存裝置，如電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、超級(jí)電容器等，用于儲(chǔ)存多余的電能以應(yīng)對(duì)高負(fù)荷或緊急情況下的電力需求，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性［4］。微網(wǎng)通過智能能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化調(diào)度，具備靈活性和自主性，可以根據(jù)需求進(jìn)行容量擴(kuò)增、電力配置和運(yùn)行控制策略的調(diào)整。微網(wǎng)可以在與傳統(tǒng)電網(wǎng)斷開或自給自足的情況下獨(dú)立運(yùn)行，對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)、島嶼、軍事設(shè)施和特殊需求場(chǎng)景具有很高的適用性，提供可靠的電力供應(yīng)。微網(wǎng)還可以與傳統(tǒng)中央化電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)，在需求低峰時(shí)向中央電網(wǎng)輸送多余電能，在需求高峰時(shí)從中央電網(wǎng)獲取不足的電能，實(shí)現(xiàn)能源的共享和優(yōu)化分配。

3 分布式發(fā)電與微網(wǎng)技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

3.1 減少傳輸損耗

傳統(tǒng)的中央化電廠通常位于城市遠(yuǎn)離用戶的地方，電能需要通過長(zhǎng)距離的輸電線路輸送到用戶區(qū)域。而分布式發(fā)電將發(fā)電設(shè)備直接安裝在用戶附近，使得電能可以更近距離地供應(yīng)到用戶處，因此減少了輸電距離。輸電線路在輸送電能的過程中會(huì)存在一定的電阻損耗，這是由于導(dǎo)線電阻造成的。傳統(tǒng)中央化電廠的輸電線路通常較長(zhǎng)，導(dǎo)致輸電損耗較大。而分布式發(fā)電由于距離用戶近，輸電距離縮短，減少了輸電線路上的電阻損耗，從而有效降低了輸電損耗。長(zhǎng)距離輸電線路容易受到外界環(huán)境和電源波動(dòng)的影響，因此可能造成電能質(zhì)量的下降，如電壓波動(dòng)、諧波擾動(dòng)等。分布式發(fā)電將發(fā)電設(shè)備安裝在用戶附近，可以減少輸電線路對(duì)電能質(zhì)量的影響，提高供電穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。

3.2 提高電力供應(yīng)可靠性

微網(wǎng)技術(shù)將分布式發(fā)電系統(tǒng)與能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)結(jié)合，當(dāng)傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)生故障或停電時(shí)，微網(wǎng)可以自主運(yùn)行，通過本地的分布式發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)為用戶提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)。這種自主運(yùn)行的能力大大減少了用戶在電網(wǎng)故障期間的停電時(shí)間和供電不穩(wěn)定問題。通過智能電力管理系統(tǒng)對(duì)能源的管理和優(yōu)化調(diào)度，能夠根據(jù)用戶需求和供需情況，靈活地調(diào)整分布式發(fā)電和能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的配置和運(yùn)行策略。該能力使得微網(wǎng)能夠應(yīng)對(duì)突發(fā)負(fù)荷、區(qū)域斷電等情況，保持電力供應(yīng)的平穩(wěn)和可靠性。通過分布式發(fā)電系統(tǒng)可以通過能量互補(bǔ)和共享的方式，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

3.3 促進(jìn)清潔能源利用

分布式發(fā)電系統(tǒng)利用太陽能、風(fēng)能等可再生能源進(jìn)行發(fā)電，減少了對(duì)有限化石能源的依賴，為電力供應(yīng)提供了可持續(xù)性解決方案。通過微網(wǎng)技術(shù)將分布式發(fā)電系統(tǒng)整合到電力系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)清潔能源的廣泛利用，并逐步減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的需求。可再生能源如太陽能和風(fēng)能在發(fā)電過程中不產(chǎn)生污染物和溫室氣體，相較于傳統(tǒng)化石能源，其碳排放量較低。通過分布式發(fā)電系統(tǒng)和微網(wǎng)技術(shù)，大規(guī)模利用可再生能源可以顯著減少環(huán)境污染和溫室氣體排放，對(duì)改善空氣質(zhì)量和減緩全球氣候變暖具有積極影響。通過微網(wǎng)技術(shù)，將分布式發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相互連接和整合。

4 結(jié)束語

分布式發(fā)電與微網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用具有重要意義和廣闊前景。通過分布式發(fā)電設(shè)備的部署和能量?jī)?chǔ)存設(shè)備的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的分布式供電和靈活調(diào)度，提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。分布式發(fā)電和微網(wǎng)技術(shù)能夠促進(jìn)能源的可持續(xù)利用和能源轉(zhuǎn)型。通過利用分布式發(fā)電設(shè)備如太陽能光伏、風(fēng)力發(fā)電等清潔能源進(jìn)行發(fā)電，可以減少對(duì)傳統(tǒng)化石燃料的依賴，降低碳排放，從而推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和環(huán)境保護(hù)。