隨著我國經濟的發(fā)展,對電力的需求也越來越多。中國的電力目前主要依靠常規(guī)一次化石能源:煤、石油和天然氣等獲得,這些短期內不可再生的能源,其總量隨著人們的大量開采逐步減少,開發(fā)及應用新能源已是人類所共同需要解決的問題。同時,利用這些化石能源引起的酸雨、溫室效應和臭氧層破壞等環(huán)境污染問題也已成為制約全球經濟發(fā)展的重要因素,引起了各國政府、科技界和民眾的普遍重視。因此,大力發(fā)展新能源發(fā)電勢在必行。
近年來,分布式發(fā)電因具有初期建設投資低、發(fā)電方式靈活等特點在全球范圍內越來越受到重視,給電力系統(tǒng)的運行和控制帶來了巨大的變化,研究利用新能源分布式發(fā)電對解決電力和能源問題都具有重要意義。
1.新能源的開發(fā)利用
目前,新能源主要是指可再生能源,常見的有太陽能、風能、水能、生物能、地熱能、海洋能等。近年來,我國正大力開發(fā)利用新能源。2000年我國進口原油達7000多萬噸,預計到2020年我國的GDP可達5萬億美元,能源缺口將進一步擴大。因此不僅要大力開發(fā)利用新能源,而且此項工作十分緊迫。
太陽能:它是一種極其豐富,取之不盡,用之不竭的清潔能源。在環(huán)境污染日趨嚴重的今天,開發(fā)和利用太陽能顯得尤為重要。目前其開發(fā)利用已經受到人們的高度重視,并取得較大的進展。可以預見,未來的太陽能一定有廣闊的應用前景。風能:風能是一次能源,也是可再生能源,與太陽能一樣,它也是一種清潔能源。全球的風能資源約為27400億kW,其中可利用的風能為200億kW,比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大l0倍。據(jù)估計,到2020年,風能將可提供世界電力需求的l0%,并在全球范圍內減少二氧化碳排放100多億噸。我國風能資源總量為l6億kW,約有10%可供開發(fā)利用,特別是內蒙古、新疆、青海、甘肅等省風能資源豐富.用風能發(fā)電.可達到經濟發(fā)展與環(huán)境保護雙贏之目的。
生物質能:指以生物質為原料,通過燃燒秸桿、焚燒垃圾利用熱能發(fā)電,通過酶法生物制取燃料乙醇、生物柴油、沼氣.利用地溝油和煎炸油為原料提取生物柴油的能源提取利用方式。生物質能的利用是對化石(石油、煤炭)能源的良好補充。生物質能的有效利用,對變廢為寶、環(huán)境保護、處理和調節(jié)糧食與能源作物的平衡關系具有十分重大的意義。
地熱能:主要是來自地下的熱能,即地球內部的熱能。地熱能在我國已經投入開發(fā)利用20多年,近年發(fā)展最快的是中、低溫地熱利用,采暖、醫(yī)療、旅游、種養(yǎng)業(yè)、地熱采暖已發(fā)展到800多萬m2。在地熱利用中,能源利用率、資源的梯級開發(fā)和尾水回灌等技術,還有待進一步重視和提高。
海洋能:主要包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能、鹽差能以及海洋風能和太陽能等,對這些新能源進行研究和開發(fā)利用,可為我國沿海及海島農村提供新能源,對保持海洋經濟社會的持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調發(fā)展意義重大。
2.利用新能源的分布式發(fā)電技術
分布式發(fā)電(Distributed Generation,DG)是指直接布置在配電網或分布在負荷附近的發(fā)電設施,經濟、高效、可靠地發(fā)電。分布式電源,(Distributed Gendration Resources,DGRs)通常指主要利用可再生新能源且發(fā)電功率為幾kW至50 MW小型模塊式、與環(huán)境兼容的獨立電源,可以滿足電力系統(tǒng)和用戶特定要求。
2.1 太陽能光伏發(fā)電技術
太陽能的轉換和利用方式有光熱轉換、光電轉換和光化學轉換等。目前,技術比較成熟、應用廣泛的是太陽能光伏發(fā)電技術,即光電轉換。太陽能光伏發(fā)電技術是利用半導體材料的光電效應直接將太陽能轉換為電能。具有無噪聲、無污染、能量隨處可得、不受地域限制、不消耗燃料、運行成本低、建設周期短、規(guī)模設計自由度大、可就地使用、不需長距離輸送、方便與建筑物相結合等優(yōu)點,是常規(guī)發(fā)電方式所不能比擬的。因此,開發(fā)利用太陽能已成為世界上許多國家可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略決策。隨著人們對可再生能源認識的提高以及太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)價格的下降,太陽能發(fā)電技術的應用前景將是十分廣闊的。
2.2風力發(fā)電
風力發(fā)電技術是將風能轉化為電能的發(fā)電技術,其輸出功率由風能決定。風速作用在風力機的葉片上產生轉矩,該轉矩驅動輪盤轉動,通過齒輪箱高速軸、剎車盤和聯(lián)軸器再與異步發(fā)電機轉子相聯(lián),從而發(fā)電運行。它最有希望的應用前景是用于無電網地區(qū),為邊遠農村、牧區(qū)和海島居民提供生活和生產所需的電力。風力發(fā)電技術在新能源領域已經比較成熟,經濟指標逐漸接近清潔煤發(fā)電。
2.3生物質能發(fā)電
生物質能發(fā)電主要包括畜禽養(yǎng)殖場廢水、工業(yè)廢水、垃圾填埋場沼氣發(fā)電.以及農業(yè)秸稈、糧食加工廢棄物、林業(yè)生產和木材加工廢棄物發(fā)電.城市生活垃圾焚燒發(fā)電。這些廢棄物都有能源利用價值,但燃料不適宜遠距離運輸,分散利用較為合理,適宜建設小型發(fā)電設施,電力基本上就地消化,這也是一種典型的分布式發(fā)電.對電力供應和環(huán)境保護有著雙重意義。
2.4地熱能發(fā)電
地熱能發(fā)電是指利用地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發(fā)電技術.其與火力發(fā)電的基本原理一樣,都是將蒸汽的熱能經過汽輪機轉變?yōu)闄C械能。然后帶動發(fā)電機發(fā)電。所不同的是.地熱發(fā)電不像火力發(fā)電那樣要具有龐大的鍋爐,也不需要消耗燃料。
2.5海洋能發(fā)電
目前,海洋能發(fā)電多數(shù)處在實驗階段,比較成熟的是潮汐能發(fā)電技術。潮汐能發(fā)電和水力發(fā)電廠相似,就是利用海水漲落及其所造成的水位差來推動水輪機,再由水輪機帶動發(fā)電機來發(fā)電。
3.研究利用新能源DG技術的意義
(1)能源結構變化。DG技術是最有效利用新能源的方式,其研究對新能源的利用和能源結構的變化帶來了重大意義。
(2)經濟性。由于DG使用的是可再生的新能源且可用發(fā)電的余熱來制熱、制冷,因此能源得以合理利用,從而提高能源的利用效率.并可降低初投資費用和網損。
(3)可靠性。DG是大電網的有益補充,當大電網出現(xiàn)大面積停電事故時,具有特殊設計的DG系統(tǒng)仍能保持正常運行,可提高供電的安全性和可靠性,是解決電力安全問題的有效途徑。
(4)環(huán)保性。DG采用天然氣做燃料及太陽能、風能等新能源.大大減少了污染物的排放總量。此外,大量的就近供電減少了大容量長距離高電壓輸電線的建設,由此不但減少了高壓輸電線電磁污染,也減少了高壓輸電線征地面積。
(5)調峰作用。夏季和冬季通常是負荷的高峰期,如采用以天然氣為燃料的燃氣輪機等冷、熱、電三聯(lián)供電系統(tǒng),不但可解決夏冬季的供冷和供熱的需要,同時也提供了一部分電力,可降低電力峰荷,起到電力調峰的作用。
(6)邊遠地區(qū)的供電問題。我國許多邊遠及農村遠離大電網.采用太陽能光伏發(fā)電、風力發(fā)電和生物質能發(fā)電等獨立發(fā)
電系統(tǒng)成為一種可選方法。很好的解決了邊遠地區(qū)供電問題。
4.新能源分布式發(fā)電應用障礙和瓶頸
盡管世界上分布式發(fā)電技術發(fā)展十分迅速,但其在我國的發(fā)展還剛剛起步,且存在不少障礙和瓶頸。
(1)技術局限問題。與國外相比,我國的DG研究尚處于起步階段,許多發(fā)電技術尚處于實驗室應用階段,發(fā)電效率不高且存在許多不確定性,有些核心技術需從國外引進,這樣成本將大大升高,導致電價大大提高。
(2)與配電網聯(lián)網問題。當電網中存在較多的DG單元或者存在大容量的DG單元時,對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制和繼電保護都有較大影響。如何消除或減少其負面影響將是未來電力科技人員研究的課題。
(3)政策許可問題。目前,DG在獲得行政許可方面的困難大于常規(guī)電力項目,原因是缺乏對DG政策許可的規(guī)定,即便是與常規(guī)電力項目在行政許可方面一樣對待也是不公平的,因為DG項目規(guī)模小、投資少,完全套用常規(guī)發(fā)電項目,其行政許可前期準備費用相對過高。
(4)融資問題。在目前市場條件下,DG的社會效益沒有內部化,政策不完善,項目不確定因素多,金融部門認為風險高,而且投資者中小公司多。資金實力弱,融資資信低。
5.應用前景
利用新能源的DG技術是一種很有發(fā)展前途的發(fā)電和能源綜合利用方式。但DG對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、電力系統(tǒng)控制和繼電保護都有負面影響,且其發(fā)展障礙還包括政策、市場規(guī)則、技術性能和經濟性諸多方面,因此這種電源在我國僅占極小的比例。但隨著DG技術的發(fā)展,各種分布式電源設備性能不斷改進、效率不斷提升、成本不斷降低,加上各項政策體制的不斷完善,其應用范圍將不斷擴大,DG作為一種具有競爭力的發(fā)電方式必將在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中占有越來越重要的地位,應用前景廣闊。