分布式能源系统的复杂性特征分析--《中国矿业》2010年02期
分布式能源系统的复杂性特征分析
【摘要】：在全球提倡节能减排的大环境下,分布式能源系统更凸显其优越性。全面深刻剖析其复杂性特征,将有助于促进分布式能源系统的发展。从动态性、系统性、不确定性等方面,分析了分布式能源系统在发电、提高能源效率、保护环境等方面的功能。以复杂系统理论为指导,将分布式能源系统、大电网、政府、市场等作为独立的主体,通过各主体间的交互作用来分析各因素对分布式能源的影响,为分布式能源系统提供一种新的研究视角。
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【分类号】：TK019【正文快照】：
分布式能源系统是指分布在用户侧的能源梯级利用系统,能够减少中间输送环节的损耗,实现对资源利用的最大化。相对于集中发电、远距离输电和大电网互联,分布式能源系统能够解决大电网所面临的一些问题,如不能灵活跟踪负荷的变化;局部事故极易扩散,导致大面积停电;环境污染严重
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分布式能源
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&在国际上，较有影响力的机构采用不同的名词来描述分布式能源。分布式能源至今没有一个在世界共同认可的定义，在英语中对应的专有缩略词有以下几个：DG（Distributed/Decentralized Generation）、DP（Distributed/Decentralized Power）、DER（Distributed/Decentralized Energy Resource）。它们分别被翻译成分布式能源资源、分布式电力、分布式供能。
44.14.24.34.44.54.64.74.84.94.10
分布式能源行业定义及分类分布式能源行业定义在国际上，较有影响力的机构采用不同的名词来描述分布式能源。分布式能源至今没有一个在世界共同认可的定义，在英语中对应的专有缩略词有以下几个：DG（Distributed/Decentralized Generation）、DP（Distributed/Decentralized Power）、DER（Distributed/Decentralized Energy Resource）。它们分别被翻译成分布式能源资源、分布式电力、分布式供能。对以上三种专有名词比较具有代表性的定义有：（1）DG的定义为：存在于传统公共电网以外，任何能发电的系统，原动机包括内燃机、燃气轮机、微型燃气轮机、燃料电池、小型水利发电系统以及太阳能、风能、垃圾、生物能等的发电系统。（2）DP的定义为：包含所有DG的技术，并且能将电能通过蓄电池、飞轮、再生型燃料电池、超导磁力储存设备、水电储能设备等将电能储存下来的系统。（3）DER的定义为：在用户当地或靠近用户的地点生产电或热能，提供给用户使用的能力供应和存储系统。其包含了DG和DP的所有技术，并且包含那些与公共电网相连接的系统，用户可将本地多余的电能通过连接线路，出售给公共电力公司。由上可知，DG、DP、DER所指的范畴由狭义趋向广义，这可以从下图得到直观的了解。图表1：DG、DP、DER三者的关系图&资料来源：前瞻产业研究院分布式能源行业研究小组整理图表2：欧美一些机构组织对分布式能源系统的定义 机构名称对分布式能源系统的定义 US Department of Energy IDP是产生或储存电能的系统，通常位于用户附近，包括燃气轮机、微型燃气轮机、内燃机、太阳能发电和光伏电池、燃料电池、风能发电、生物能发电及存储控制的技术。分布式能源系统可以连接电网，也可以独立工作。区别于大型的集中式电站，分布式能源系统的容量一般从1kw到几十MW不等。 US Department of Energy IIDER指的是一系列小型的、模块化的、产生电能的技术，容量范围从几千瓦到50MW，包含许多供应侧的和用户侧的技术，一般位于需要能源的地点或附近。 Electric Power Research Institute（EPRI）DER是小型的能量产生和存储系统，一般用在用户或配电站附近，单个设备的容量在20MW以下，总容量1kW-50MW，可采用供应侧及用户侧的管理技术。 American Gas AssociationDG是小型电能发电设备，建在用户附近或公共电网的变电站附近，他包括多种技术，燃气内燃机、内燃机、燃料电池、微型燃气轮机、风力发电和光伏电池。 The European Association for the Promotion of CogenerationDG是有一切连接分布式电网、拥有用户侧管理的发电装置组成，主要是可再生能源系统和热电联系统，一般单个装置发电量不超过10MW。 The International Energy AgencyDG是服务于当地用户或支持电网的发电站，与公共电网以传输电压进行连接。主要采用技术是内燃机、小型或微型燃气轮机、燃料电池和光伏发电系统。由于风力发电厂一般不面向当地用户需求，因此不包括这项技术。DP是将DG加上能量储存技术，如飞轮、大型再生燃料电池和空气压缩存储。DER是DG加上需求侧管理。 资料来源：前瞻产业研究院分布式能源行业研究小组整理综上所述，分布式能源系统（Distributed Energy System，简称DES）是一种建立在能量梯级利用概念基础之上，分布安置在需求侧的能源梯级利用，以及资源综合利用和可再生能源设施。它通过在需求现场根据用户对能源的不同需求，实现温度对口供应能源，将输送环节的损耗降至最低，从而实现能源利用效能的最大化。分布式能源是以资源、环境和经济效益最优化来确定机组配置和容量规模的系统，它追求终端能源利用效率的最大化，采用需求应对式设计和模块化组合配置，可以满足用户多种能源需求，能够对资源配置进行供需优化整合。分布式能源依赖于先进的信息技术，采用智能化、网络化控制和远程遥控技术，可实现现场无人职守。同时，它也依靠于能源服务公司体系的社会化能源技术服务体系，实现投资、建设、运行和管理的专业化运作，以保障各能源系统的安全可靠运行。分布式能源系统的工艺流程是通过冷、热、电三联供技术，利用先进的燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气发电，再对做功后的余热进一步回收，用来制冷、供暖和生活热水，从而实现对能源的梯级利用，能够提高能源利用效率至80%-90%。图表3：天然气分布式能源的梯级利用&资料来源：前瞻产业研究院分布式能源行业研究小组整理分布式电源产品分类分布式电源通常是指分散布置在电力负荷附近、容量在数千瓦至数十兆瓦之间、为环境兼容、节能的发电装置。如燃气轮机、内燃机、太阳光伏、燃料电池、风力发电等。图表4：分布式能源分类 分类标准种类 容量单机或多机总容量为数十兆瓦的微型电厂 &容量为数千瓦至数千千瓦的分布式电源 使用能源利用天然气等不可再生但属于清洁能源的分布式电源 &利用可再生能源的分布式电源，如太阳能、水力、风能、地热和生物质能等 &利用氢气等新型能源通过直接化学反应的分布式电源 发电类型使用同步发电机的分布式电源 &使用非同步发电机的分布式电源 &采用逆变器的分布式电源 是否反送功率经电网接入点向电网反送功率的分布式电源 &接入电网但不向电网反送功率的分布式电源 资料来源：前瞻产业研究院分布式能源行业研究小组整理分布式能源行业政策环境分析分布式能源行业相关政策发展分布式能源是节能减排的重要途径之一。节能减排作为约束性指标纳入我国&十二五&规划，&十二五&期间单位GDP能耗要下降17%，分布式能源作为提高能源利用效率的一种重要方式，国家出台了一系列政策鼓励和支持分布式能源发展。图表5：分布式能源相关政策 时间政策内容 2010年8月《分布式电源接入电网技术规定》该规定从接入系统原则、电能质量、功率控制和电压调节、电压电流与频率响应特性、继电保护与安全自动装置、通信、电能计量、并网监测等九个方面明确了分布式能源介入35kV及以下电压等级电网应满足的技术要求 日《燃气冷热电三联供工程技术规程》该规程适用于以燃气为一次能源，发电机总容量小于或等于15MW，新建、改建、扩建的冷热电分布式能源系统的设计、施工、验收和运行，并规定联供系统的年平均综合利用率应大于70%。 日《&十二五&节能减排综合性工作方案》到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤（按2005年价格计算）。&十二五&期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。2015年，全国化学需氧量和SO2排放总量分别控制在2347.6万吨、2086.4万吨；全国氨氮和NOx排放总量分别控制在238.0万吨、2046.2万吨。 2012年7月《分布式发电管理办法》、《分布式发电并网管理办法》明确鼓励各类法人以及个人投资分布式发电：鼓励具有法人资格的发电投资商、电力用户、微电网经营企业、专业能源服务公司和具备一定安装使用规模的个人投资建设分布式发电。 2011年10月《关于发展天然气分布式能源的指导意见》提出我国在&十二五&初期将启动一批天然气分布式能源示范项目，&十二五&期间建设1000个左右天然气分布式能源项目，并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域。 日《分布式电源上网管理办法》国家能源局支持分布式能源无障碍、无缝隙并网发电，国家能源局也正在对《电力法》的修改进行相关工作，通过小范围修改，支持我国分布式能源发展。 资料来源：前瞻产业研究院分布式能源行业研究小组整理分布式能源行业并网标准发展分布式能源的最大障碍是并网和上网，最大的阻力来自于电力系统。在&十二五&促进能源生产与利用方式转变的大好形势下，电力系统的态度正快速发生转变，由先前的担忧与排斥变为积极主动地迎合参与。目前，国家电网公司在对分布式电源接入电网的相关技术进行研究的基础上，还制定出《分布式电源接入电网技术规定》。目前该规定已上报国家能源局进行审批。根据《分布式电源接入电网技术规定》，分布式电源接入电网系统的原则是，电源并入网后能有效输送电力并能确保电网的安全稳定运行，当公共连接点处并入一个以上电源时，应总体考虑影响，原则上电源总容量不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%。其中200kV及以下分布式能源接入0.37kV电压等级电网；200kV以上分布式电源接入10kV以上电压等级电网。另有更具体的技术标准规范，包括分布式电源并网特性测试系列标准、分布式电源并网运行系列标准、分布式电源监控系统功能规范、分布式电源监控设备等已经制定规划，将分别发布。分布式能源行业发展状况分析我国分布式能源起步较晚，仅北京、上海、广东、四川等地发展相对较快。十几年来，我国已建了约40多个天然气分布式能源项目。约半数在运行，半数因电力并网、效益或技术等问题处于停顿状态。目前已建成投运的、影响力较大的项目主要有：北京奥运媒体村、中关村软件园、上海浦东国际机场、环球国际金融中心、北京燃气集团大楼、上海理工大学、广州大学城、四川大陆希望集团深蓝绿色能源中心、湖南长沙机场。据统计，目前国内已建和在建分布式能源项目装机总容量约540万千瓦，均以天然气分布式能源方式建设。图表6：截至2012年8月分布式能源总的情况（单位：万KW） 名称项目容量 上海市已建和在建项目20余个估计容量2万KW 北京市已建和在建项目10余个估计容量90多万KW 广东省广州大学城、顺德清远经济合作区、坪山项目等估计容量16万KW，另有柴油机改造216万KW 四川省工程总计106800KW估计容量13.2万KW 其他省、市、区胜动机械集团生产的燃气内燃机已销往全国29个省市的煤气、瓦斯气、焦化尾气、沼气、炭黑气、油、田面岩气、酒精气等发电市场152KW估计容量200万KW 总计约540万KW 资料来源：前瞻产业研究院分布式能源行业研究小组整理分布式能源系统可将高品质的电与低品质的冷和热这三种能量需求有效地统一，实现能源的梯级利用，使能源综合利用率进一步提高，可达到75%-90%，随着节能减排压力加大，全国各地分布式能源需求较大。2012年8月，陕西省表示将在&十二五&期间建设西安北客站、延安北新区等24个分布式能源项目，建成投产后，可实现年发电量67.4亿千瓦时，供热约3000万平方米。广州规划拟建49个分布式能源项目，&十二五&期间完成十个。具体内容详见前瞻产业研究院发布的《》。分布式能源行业国内领先企业达尔凯（中国）能源管理有限公司施耐德电气（中国）有限公司上海申能能源服务有限公司北京恩耐特分布能源技术有限公司新奥能源服务有限公司华电新能源发展有限公司宁波热电股份有限公司远大能源利用管理有限公司国能生物发电集团有限公司山东京能生物质发电有限公司&
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分布式能源系统的特征
&&&&&& &作为新一代供能模式，分布式能源系统是集中式供能系统的有力补充。它有以下四个主要特征：
&&&&&&& ①作为服务于当地的能量供应中心，它直接面向当地用户的需求，布置在用户的附近，可以简化系统提供用户能量的输送环节，进而减少能量输送过程的能量损失与输送成本，同时增加用户能量供应的安全性。
&&&&&&& ②由于它不采用大规模、远距离输出能量的模式，而主要针对局部用户的能量需求，系统的规模将受用户需求的制约，相对目前传统的集中式供能系统而言均为中、小容量。
&&&&&& ③随着经济、技术的发展，特别是可再生能源的积极推广应用，用户的能量需求开始多元化；同时伴随不同能源技术的发展和成熟，可供选择的技术也日益增多。分布式能源系统作为一种开放性的能源系统，开始呈现出多功能的趋势，既包含多种能源输入，又可同时满足用户的多种能量需求。
&&&&&& ④人们的观念在不断转变，对能源系统不断提出新的要求(高效、可靠、经济、环保、可持续性发展等)，新型的分布式能源系统通过选用合适的技术，经过系统优化和整合，可以更好地同时满足这些要求，实现多个功能目标。
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集中式及分布式光伏发电系统的特点及优缺点
根据光伏发电接入不同可分为集中式光伏发电和，其各自的特点及优、缺点如下。&&1.集中式光伏发电特点及优、缺点特点：所发电能被直接输送到大电网，由大电网统一调配向用户供电，与大电网之间的电力交换是单向的。优点：(1)选址灵活，光伏出力稳定，削峰作用明显。(2)运行方式灵活，相对于分布式光伏可以更方便进行无功和电压控制，易实现电网频率调节。(3)建设周期短，环境适应能力强，不需要水源、燃煤运输等原料保障，运行成本低，便于集中管理，受到空间的限制小，可以很容易地& 实现扩容。缺点：(1)依赖长距离输电线路送电入网，易出现输电线路损耗、电压跌落、无功补偿等问题。(2)大容量的集中式光伏接入需要有低电压穿越(IVRT)等新的功能。2.分布式光伏发电特点及优、缺点特点：将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统，遵循就近发电、就近并网、就近转换、就近使用的原则。优点：(1)分布式光伏发电系统不受地域限制，在偏远山区、岛屿等地可以局部缓解用电紧张状况。(2)分布式光伏发电接入配电网，要求尽可能就地消纳所发电能，能减小电能在传输过程中的损耗。缺点：(1)分布式光伏发电系统接入将向电网输送电能，引起配电网潮流复杂化(2)分布式光伏发电系统接入羞影响单向保护的灵敏性和可靠性(3)分布式光伏发电系统给传统配电网运维检修带来困难。&&&#xe621; 上传我的文档
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