分布式能源系统的并网运行朱守真清华大学电机系2003年4月135发展背景国内外现状并网基本要求建议和发展2发展背景小型分布式发电系统与电网联运的意义（1）国家战略需求--能源结构调整•[2000]1268号文”批准下发《关于发展热电联产的规定》•战略措施“西气东输”;奠定了一定的物质基础•节约能源是可持续发展的经济有效途径4（2）电力改革发展的需要影响•石油冲击“石油冲击”和“能源危机”把“燃料”变成“能源”。革新且有创见性观点：“能源不仅应包括能源供应也应包括能源消费”•环境污染---酸雨原因明显地是由于工业、电厂和汽车排放的硫化物和氮氧化合物。“洁净煤”技术的发展，尤其在“流化床燃烧”（FBC）和“整体气化联合循环”（IGCC）。61改变规则—实行电力市场•“自由市场”反对直接卷入和干预经济活动。•智利，接着在英国，开始将国有资产售与私人投资者。这种意识形态理由也因更加实际的收益考虑而加强了：出售的过程能够降低税收，也能赢得选票。•挪威，瑞典和芬兰组成了一个叫“Nordpool”的国际电力市场，其中三国的发电商根据三国联合的计划要求，通过竞争出售电力。•1996年12月，欧盟成员国达成协议，从1998年1月1日逐步在欧盟内进行电力销售的竞争。•美国的电力系统开始狂热地重组，自由化和进行竞争，以加州为先导，许多其它州紧随其后。7减小规模•风机、燃料电池和其它革新形式的发电技术与系列化的生产，新的小规模的发电技术涌现出来，可能改变电力系统的形式。•一个世纪的电站系统的发展。燃气轮机是第一个打破这种情况的形式，•正将传统的电站系统不论在技术上还是在制度上改变成不可预料的新形式。•一段有趣得谈话•无论如何，事实上我们都不需要更多的发电容量了，既不需要燃煤电厂也不需要核电，也不需要水电。•怎么会这样？•看看你周围。看见这里的电灯，吧台后面的冷却器，以及墙上的音响系统了吗？他们都是用在地下室里的天然气燃料电池来供电的，建筑物里的其它地方也是这样。在城市的这个地区，很多建筑都采用同样的方式。它们并不是都用燃料电池，有一些用的是天然气微型涡轮机。它们大多数都有自己的当地发电机。有一些还有光电屋顶和外表面，通过电线和建筑物内9的系统连接起来。评价•传统的电力系统模式有两个相互支撑的支柱：远离负荷中心的集中控制的大规模同步交流发电机组，和在垄断下投资、建设和运行电力系统的财务系统。现在技术革新正在破坏第一个支柱。制度的革新则在破坏第二个。革新意味着变化，用新代替原来的，这是完全不同的。•那就是电力制度的变革将使决策的制定脱离原来的集中模式，向地区和两个方向发展。更多的参与者参加进来，彼此之间有截然不同的利益。同时，竞争也为那些制定决策的人带来风险和好处。他们制定的有关投资、燃料购买、雇佣、合同、商业关系以及其他活动的决策都将发生相应的变化。11•“燃料”变成“能源”, 能源的供应与消费。•需求侧的管理模式。表计后面的用户“节能和负荷管理”逐渐被接受成电力公司一种新的行为。电力公司积极地关心表计的用户侧，即“需求侧”的需要，如提供节能灯和其它终端设备。新的行为被称为：“需求侧管理”或者DSM。节能的方法简单、廉价且有效。用户和电力公司都满意。•改革的重要步骤是推进了电力市场，其根本目标是：引入竞争机制，达到提高效率、降低电价、改善服务、持续发展。分布式能源顺应了这种需求8•电力国际化•完成的大多数国际交易实际上并不涉及建造新的设备。相反，它们参与购买被私有化的现存设备：发电厂、输配电网络，有时是整个电力系统。•一些分析家预测：2010年世界电力形势将被八家或更少的公司垄断10（3）节约能源综合利用资源•垃圾发电热效率30%•风电成本预计达4美分/KW（4）和紧急后备支持•反恐、突发事件、北京供电模式（5）奥运会及环保的需求•绿色能源、清洁能源122研究现状和发展趋势分布式能源包括：•发电•储存•负荷控制•能源管理13美国•世界上开发新能源和可再生能源发电最多的国家•建立了相当数量的商业运行和试点的分布式发电系统。•制定了，1978年颁布了《公用事业管制法案》（Public Utilities Regulatory Policies Act，PURPA）•2001年完成了DG互联的标准P1547•通过了有关法令让部分分布式发电上网运行。•研制、开发了分布式发电产品上，目前全球绝大多数的商用分布式发电设备均由美国提供。•规划: 将在今后10-15年DR占美国发电量10%-20%•风险投资:将在今后5-7年达到$600亿15•分布式发电在发电总容量中的比例高于一成18%;•有双向交易，通过法律规定合格的热电联产可以并网运行，多余电量由电网收购且没有电量，但自用电量需要上报主管部门审批;•投资和燃料优惠，电价是按上网分时电价扣除输配电、销售费用和替代相当电源的平均发电成本为制定原则，适当考虑指导，电网向合格热电联产购电的全部电量的20%是依平均售电价格，余下的80%按平均售价的85%。•专门部门管理; 热电联产和电网之间的相互购电必须上报、备案。17全球对分布式能源增长需求14日本•将燃气热电分布式发电划分为工业用途和民用两种，民用多为小型/微型燃气轮机用于小区或楼宇热电联产，•措施上也是有条件有限度的允许这些分布式发电系统上网，•其次就是通过优惠的环保资金予以支持。日本和美国的一些地区，屋顶太阳能光伏发电设备已经与当地电网相联。白天向用户直接供电，晚间从电网购电供给用户。16其它国家、地区•俄罗斯–联电联产普遍、稳定•德国–并网、双向交易–不并网，高额补贴•英国–并网，保障用户电力的连续性；–单向交易，禁止向电网输出电力；–热电联产成本低于电网平均成本•丹麦–风力发电占全电量35%183国内状况•起步，调研、研究•领先机构：电机工程学会热电专委会、北京市科委可持续发展中心，中国能源网等•中国部分大城市有少量的热电厂•七十年代在山东、、内蒙建立并网型风力发电，1998年计委“乘风计划”推动，装机容量200MW•急计基础[2000]1268号文“关于发展热电联产的规定”•其它形式的新能源涌现•缺少明确性法律法规指导–经营管理、并网运行、市场开发、投资融资等19并网基本要求分布式发电系统自身条件–技术指标、可靠性和成熟度•并网运行对电网的潜在影响–继电保护–电压调整–电能质量•来自电力企业和管理部门–建立相关的管理条例、技术•投资收益和补贴–原料价格–附加和配套的投资–补贴–确定入网认证的模式21分布式发电商+热价•(可比)电价天然气价格值越高，投资收益越明显•谋求下调一次能源指导性价格•拉进天然气资本•自行开发热/电负荷•多样化经营•提供定制的综合能源解决方案23•上海–3个燃气小型分布式电源，–在国内，上海走在了发展分布式发电的前列，先后投建了多座1000-4000kW的小型天然气分布式发电系统•北京–对地方120MW的小电机已有管理办法，对新型发电能源有专门机构协调–燃气、太阳能、垃圾等20分布式发电与电网连接的形式•运行•并网；单向交易，正常状况下不从电网取电•并网；单向交易，但不向电网售电•并网；双向交易有–交易量和交易时间•并网自由交易–隐藏需求，固定成本上升–税费难于计算22电力公司•经济威胁–减少乃至替代人们对于传统电力公司集中供电服务的需求–竞争成本的升高–隐性地分担并网成本•没有必要直接拥有，但需要有效控制•不情愿地接受第三方认证244补贴•投资贴息•税收优惠•减免费用•转移费用–向房地产开发商征收输电线路延伸和新建的费用–申请和审批过程中的费用256、故障条件下的影响（1）暂态的电压恢复（2）故障等级（3）冲击的大小，系统无功的波动允许（7-8%）7、接入点的电压特性，系统的灵敏度8、系统故障时DR对故障的贡献9、分段隔离开关、自动继电器、断路器在反潮流时影响10、可靠性11、电压和频率控制12、稳定13、暂态电能质量SegsSwells Momentary interruptions 14 谐波15、过压2729分布式发电与电网的相互影响1、DR的接入点（一次、二次线）2、与原有变压器的配套接地能力问题（1）四线制系统接地故障过压；（2）小发电机及接地故障过压（3）变压器和接地（4）三相变压器与用户的（5）单相DR型变压器（6）变压器绕组中的回路电流3、无功潮流和损耗4、继电保护整定（过压、距离保护等）5、在损耗方面功率因数的影响26Bus FactorSensitivity1.01.00.80.80.60.60.40.40.20.20.0Bus0.0Bus23456710111213142345671011121314Fig. IEEE-14母线参与因子(I=c)Fig. 全局无功对各母线无功灵敏度比较(I=c) 28305电能质量（Power Quality）•(1)现代用电设备对电能质量的要求比传统设备更高。•(2)对电力系统运行总效率的重视程度不断加强,特别在用电设备方面表现突出。但这些设备的使用又会导致电网谐波污染,致使供电电压干扰水平加重。•(3)电力用户已提高了对电能质量的认识,正在了解如供电间断、电压凹陷、电路通断引起的暂态现象等实际问题。•(4)电力网的各个部分都是相互联系的,因此综合协调处理至关重要31电能质量评价指标体系国家标准ＧＢ12325-90《电能质量供电电压容许偏差》ＧＢ12326-90《电能质量电压容许波动和闪变》ＧＢ/Ｔ14549-93《电能质量公用电网谐波》ＧＢ/Ｔ15543-1995《电能质量三相电压容许不平衡度》ＧＢ/Ｔ15945-1995《电能质量电力系统频率容许偏差国际标准IEEE第22标准协调委员（Standards Coordinating Committee 22）国际电工委员会（IEC）33谢谢！35电能质量（Power Quality）•一个计算中心失去电源2ｓ就可能破坏几十小时的数据处理结果或上百万元的经济损失•在大型机器制造厂,0.1ｓ的电压突降就可能造成异常的生产状况和质量破坏。•当今自动化设备控制的连续精加工生产线,它们对配电系统中的干扰异常敏感,几分之一秒的不正常供电就可能在工厂内部造成混乱,其损失是难以估量的。•谐波的严重危害和所造成的损失经常被人们所提及，而无人值守变电站中计算机系统突然出现的死机现象，大多属于电能质量问题。32建议和发展1、出面成立各部委的协调机构，确定我国的分布式发电的战略方针，明确各部委目标，划定责权利界限。2、组织以技术、管理人员参加的研究队伍，制定技术标准和详细。3、规范化并网设备的指标和配置。4、建议以局部地区、新能源类型为试点，总结经验，以利推广。346
