基于可再生能源的分布式发电技术的应用及前景

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科技信息
○本刊重稿○
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
２００７ 年 第 ３２ 期
我国风能储量大分布广， 随着经济的发展， 风能市场发展迅速。“十 五 ”期 间 ， 中 国 的 并 网 风 电 得 到 迅 速 发 展 ， 全 国 风 电 装 机 总 容 量 达 到 １２６０ＭＷ， 位居世界第 ８ 位， 亚洲第 ２ 位， 成为继欧洲、美国之后发展风 电的主要市场之一。我国风能的发展目标是到 ２０２０ 年装机发电容量 达到 ３０ＧＷ， 并在 ２０３０ 年达到 １００ＧＷ。
【关键词】可再生能源； 分布式发电； 环境保护
在我国煤炭是电力生产主要的一次能源， 直接燃煤导致的环境问 题日益突出， 二氧化硫、氮氧化物的大量排放造成了严重的大气污染， 排放的二氧化碳等温室气体也对全球气候产生了较大影响， 环境承受 能力已不堪重负。我国目前处于经济高速发展期， 对电力的需求进一 步加大， 但由于我国常规能源资源相对不足， 人均占有量仅为世界平 均水平的一半， 能源需求与能源供给的矛盾十分突出。在有限资源和 环境保护的双重制约下， 要想保持经济的高速可持续发展， 就必须未 雨绸缪， 及早寻求和开发可再生的清洁能源作为替代能源， 从而实现 可持续发展。
日本不仅是亚洲能源利用率最高的国家， 在全世界也位居前列。 日本是一个常规能源极度短缺贫乏的国家， 形成了日本珍惜常规能 源、循环利用可再生能源的可持续发展观念。为节约常规能源， 日本大 力发展对太阳能、风能和生物质能的开发利用。从 ２０００ 年起， 日本太 阳能发电量一直居世界首位， 计划到 ２０１０ 年达到 ４８２０ＭＷ。
２．１ 太阳能光伏发电技术 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换为电能。光伏发电具有不消耗燃料、 不 受 地 域 限 制 、规 模 灵 活 、无 污 染 、安 全 可 靠 、维 护 简 单 等 优 点 。太 阳 能 光 伏 发 电 系 统 分 为 独 立 运 行 和 并 网 运 行 两 种 方 式 。独 立 运 行 的 光 伏 发 电系统需要有蓄电池作为储能装置， 主要用于无电网的边远地区和人 口分散地区； 并网运行的光伏发电系统用于有公共电网的地区， 与电
１．分布式发电技术简介 分 布 式 发 电 是 指 在 用 户 现 场 或 靠 近 现 场 配 置 的 较 小 发 电 机 组 （一 般 低 于 ３０ＭＷ）， 以 满 足 特 定 用 户 的 需 要 ， 支 持 现 存 电 网 的 运 行 ， 或 同
时 满 足 这 两 个 方 面 的 要 求 。以 可 再 生 能 源 为 一 次 能 源 的 分 布 式 发 电 包 括： 太阳能光伏发电、风 力 发 电 、生 物 质 能 发 电 、垃 圾 废 弃 物 发 电 和 沼 气发电等， 发电装置由于靠近负荷中心， 可提高供电的可靠性和电力 质量。分布式发电系统具有以下优点：
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２００７ 年 第 ３２ 期
基于可再生能源的分布式发电技术的应用及前景
白 明 崔新雨 董红海 侯延进 （ 山东省科学院能源研究所 山东 济南 ２５００１４）
【摘 要】对以可再生能源为基础的分布式发电技术进行了介绍， 分析了分布式发电的优势和推广应用的必要性， 介绍了国内外分布式发 电系统的应用状况以及我国分布式发电的前景和发展目标， 讨论了我国可再生能源分布式发电存在的问题。
在德国， ２００６ 年德国利用风能、水力、太阳能、沼气等 可 再 生 能 源 发 电 和 供 热 ， 已 占 能 源 供 应 市 场 份 额 的 ７．７％， 据 计 算 ， 去 年 减 少 二 氧 化碳排放 １０００ 万吨。在太阳能光伏并网发电方面， 德国新增安装容量 列世界首位。自 ９０ 年代以来， 德国政府对风力发电的发展就非常重 视， 风电装机平均每年以 ３３％以上的速率增长， 预计到 ２０１０ 年德国风 电装机容量将达到 ２３０００ＭＷ， 届时可以提供德国 ８％的电力需求。
３．２ 我国可再生能源分布式发电发展状况及前景 近年来我国政 府高度重视可再生能源的利用开发， 把加快发展风能、太阳能、生物质 能等可再生能源作为“十一五”时期能源发展的一项重要任务， 采取了 一系列措施， 提出了明确的发展目标， 制定了具体的行动计划， 提供有 效的政策支持， 为可再生能源的发展迎来了良好的机遇。
我国太阳能资源非常丰富， 太阳能资源开发利用的潜力非常广 阔。近年来， 在世界市场的拉动下， 我国光伏产业发展迅速， 仅次于日 本和欧洲。但是， 与光伏产业形成巨大反差的是， 我国的光伏并网发电 系统的应用却进展缓慢， 尚处于研究和示范阶段， 发电容量较大的只 有几个示范项目， 如深圳园艺博览园 １ＭＷｐ 并网光伏电站等。
目前， 电 力 是 以 大 容 量 集 中 发 电 、高 压 输 电 和 大 电 网 联 网 运 行 的 方式进行电能的生产、输送 和 分 配 ， 全 世 界 ９０％的 电 力 都 由 这 种 集 中 单一的大电网提供的。近年来， 以可再生能源为主的分布式发电技术 得到了快速发展， 与传统电力系统相比克服了大系统的一些弱点， 成 为电能供应不可缺少的有益补充， 二者的有机结合将是新世纪电力工 业和能源产业的重要发展方向。２００３ 年以来发生的美加等 地 的 大 停 电事故， 为当前的电力生产和供应模式敲响了警钟， 发展分布式发电 系统的推动力越来越大。在这种形势下， 分布式发电以其优良的环保 性能和与大电网良好的互补性， 成为世界能源系统发展的热点之一， 也为可再生能源的利用开辟了新的方向。
１．３ 节约投资 与传统的大型电厂相比， 分布式发电系统的投资 成本低、风险小、占地 少 、建 设 周 期 短 ， 由 于 分 布 式 发 电 系 统 建 在 负 荷 中心附近， 无需建设昂贵的输电网和变电站， 输配电损耗低， 减少了长 距离输电带来的巨大投资和电力损耗。
２．基于可再生能源的分布式发电技术
４．２ 产业与应用矛盾突出 从我国光伏 发 展 方 面 看 ， ２００６ 年 我 国 太阳电池产量已 经 超 过 美 国 ， 成 为 日 本 、欧 洲 之 后 的 第 三 大 太 阳 电 池 生 产 国 。但 我 国 光 伏 产 业 的 快 速 发 展 主 要 依 靠 国 外 快 速 发 展 的 光 伏 市 场所拉动， 我国生产的光伏产品 ９５％以上都用于出口。我国自身光伏 应用市场发展缓慢， 与光伏产业的快速发展形成了极大的反差， 产业 和 市 场 的 严 重 失 衡 不 利 于 光 伏 产 业 的 持 续 健 康 发 展 。当 前 影 响 光 伏 电 池大规模应用的主要障碍是其制造成本太高， 在众多发电技术中太阳 能光伏发电仍是价格最高的一种。
可再生能源大都直接或间接地来自太阳， 包括太阳能、风能、水能、 生物质能和地热能等， 是洁净能源， 对环境不产生或很少产生污染。随 着我国经济的高速发展， 综合国力的提高和人们环保意识的增强， 近 年来以可再生能源为基础的分布式发电技术发展迅速， 主要包括太阳 能 光 伏 发 电 、风 力 发 电 和 生 物 质 能 发 电 等 。
１．１ 安全可靠 分布式发电系统相互独立， 电网一旦发生故障时， 分布式发电可以保证其用户的供电不受影响， 可避免一些灾难性后果 的发生。同时， 多数分布式发电系统需要与电网并网运行， 在自身出现 问题不能正常运行时电网可以提供保障。因此， 直接安置在用户侧的 分布式发电与大电网配合， 可以大大提高整个能源系统， 尤其是电力 系统运行的安全性和可靠性。
２．３ 生物质能发电技术 生物质能源是通过植物的光合作用贮存 在植物中的太阳能， 是一种可再生能源。生物质资源分为四大类： 固体 生 物 质 、液 体 生 物 燃 料 、沼 气 和 垃 圾 。 固 体 生 物 质 包 括 农 林 废 弃 物 、能 源植物等。主要指农业林业生产加工过程中形成的废弃物， 如秸秆、稻 壳 、锯 末 等 。 生 物 质 能 发 电 是 利 用 生 物 质 燃 烧 或 将 生 物 质 转 化 为 可 燃 气体燃烧发电的技 术 ， 主 要 有 直 接 燃 烧 发 电 、混 合 燃 烧 发 电 和 气 化 发 电 三 种 方 式 。 生 物 质 能 发 电 在 可 再 生 能 源 发 电 中 具 有 电 能 质 量 好 、可 靠性高、技术比较成熟的特点， 与太阳能、风能相比可实现连续稳定发 电。
３．可再生能源分布式发电在国内外的发展状况与前景 自上个世纪 ９０ 年代以来， 可再生能源发展迅速， 世界上许多国家
都把可再生能源作为能源政策的基础， 已经成为世界各国可持续发展 的标尺。从世界可再生能源的利用与发展趋势看， 风能、太阳能和生物 质能发展最快， 产业前景最好， 其开发利用的增长率远高于常规能源。
我国是农业大国， 秸杆、林业废弃物等生物质能资源非常丰富， 每 年无法处理的 剩 余 秸 杆 、在 田 间 直 接 焚 烧 的 就 超 过 ２ 亿 吨 ， 既 浪 费 了 能源， 又严重污染了环境。因此， 因地制宜地采用生物质能发电可以变 废为宝。我国自行开发的中小规模生物质气化发电技术具有投资少， 灵活性好的特点， 是同类技术中最有竞争力的技术之一， 具有广泛的 适 用 性 。生 物 质 发 电 项 目 不 仅 可 以 解 决 农 村 焚 烧 秸 秆 产 生 的 环 境 危 害 问题， 而且还可增加农民收入， 其经济和社会效益十分可观， 具有重要 的示范和推广价值。国家确定的发展目标是： 到 ２０１０ 年， 生物质发电 达到 ５５００ＭＷ， ２０２０ 年发电装机为 ３０ＧＷ， 生物质能发电与风力发电 同居可再生能源发电的第二位。
３．１ 国 外 分 布 式 发 电 发 展 状 况 丹 麦 是 世 界 上 公 认 的 将 经 济０ 年以来， 丹 麦的大型发电厂容量没有增加， 新增电力主要依靠安装在用户侧的分 布式发电（ 热电站） 和可再生能源项目提供。同时， 丹麦还是使用风力 发电最早的国家之一， 其风电技术居世界领先水平， 最早的并网型风 机就出自丹麦。