分布式能源的应用分析及研究

分布式能源的应用分析及研究

李宗香，回金一

国网冀北承德供电公司，河北省 承德市 067000

摘要：环境污染和能源供应问题已经成为制约我国经济可持续发展的一个重要瓶颈，而分布式能源是一种集经济、节能和环保等优势于一体的新型能源供应方式，是解决当前环境污染和能源供应问题最有效的途径之一。本文主要围绕分布式能源发展的可行性和必要性、发展前景以及分布式能源的控制方式展开研宄，重点对微电网进行详细阐述。通过对分布式能源的理论研究，为分布式能源的实践应用打下良好的理论基础，对分布式能源的实践应用具有重要的现实意义。

关键词：能源；分布式能源；前景；现实；意义；

0 绪论

当今社会的发展和人类文明的进步都离不开能源的支撑，能源的开发利用是人类文明进步的基础，也是社会发展的基本条件，对能源的合理开发与有效利用是人类社会持续发展的重要保证。

1 分布式能源

目前，对分布式能源仍然还没有一个精准的定义，一般采用美国或者欧洲国家对分布式能源系统的定义。美国能源部对分布式能源系统的定义：产生或储存电能的系统，通常位于用户附近，包括燃气轮机发电、内燃发电机组、太阳能或风能发电系统、燃料电池、光伏电池、生物质能发电以及生产能量的存储与控制的技术发电^[2]。分布式能源发电系统既可独立运行工作，也可选择并入电网与协同工作，其能源站的发电量通常比较小。分布式能源系统由发电设备、余热利用设备、管道连通系统和智能控制系统四部分组成。其中，发电设备可以是内燃发电机、燃气轮机或燃料电池以及与汽轮机联合发电装置中的一种或多种；余热利用设备一般有溴化锂吸收式冷热水机组或除湿装置。分布式能源系统的运行原理是：通过燃料燃烧的高品位的蒸汽或燃气带动发电机发电或利用燃料电池等其他技术供应电力，燃料燃烧发电后的余热进行二次利用，对余热利用设备提供热量来源，对附近建筑提供电力、冷量、热量等能源供应，从而实现分布式能源发电。

2 分布式能源发展的可行性和必要性

2.1 发展的可行性

分布式能源是一种综合效率最高的能源利用方式，其独立运行模式特别适合大电网不能覆盖地区的单独供电情况，既能够降低供电成本，也可以缓解当地的能源贫困问题；其能效高、损耗小和经济性好等优点在实际生产中，输配电损耗显著降低，具有明显的经济优势；分布式能源可以将能源利用率提升一倍以上，不仅能满足经济发展对能源需求的增加，还可以改善我国传统能源结构；带动相关设备制造技术并推动机械工业的创新发展，形成相关产业链，促进世界资本流动，成为未来世界经济的新增长点；发展分布式能源更加有利于推广清洁能源和可再生能源，满足我国节能减排和环境保护的需要。

2.2 发展的必要性

分布式能源站是一个相对独立的能源供应系统，它可以通过与大电网的互补而帮助电网解决供电的安全性问题，大大增强电网供电可靠性。如果与电网配合供电，其供电可靠性将会进一步提高，一些灾难性后果可以直接避免。通过综合统计分析分布式能源综合利用率，得出分布式能源电站发电的成本价格为0.4~0.5元，其经济效益远优于传统的供电方式。其清洁化程度极高，可极大缓解我国乃至世界各国低碳减排压力，是我国乃至世界各国发展清洁能源和绿色能源的最优选择。

3 分布式能源发展前景

我国电网建设取得了长足的发展和进步，基本形成资源丰富地区集中发电，远距离高压输配电的大型发电网络^[3]。

基于分布式发电技术的微电网系统是智能电网的重要组成部分。它以分布式发电装置、分布式储能装置为主体，运用先进的测控和控制技术，形成一个独立的电能应用系统，可以实现故障诊断和自愈，实时监控、数据分析等功能，并可根据需要将运行状态设置为并网运行和独立运行两种，既可为微电网区域内用户提供高质量电能，又可将多余电能输送到大电网^[4]。此外，微电网的两个重要特征是紧紧围绕全电网系统能量需求进行设计和向用户提供多样化电能质量的供电理念。微电网可以分担大电网承受的电压供应压力，将用电负荷增长分散到各个独立的微电网，化整为零，为用户提供灵活、安全、可靠的电能，在从根本上改变了传统电网应对负荷增长的方式，未来具有巨大发展潜力。

4 分布式能源控制方式

分布式电源通过接口逆变器接入电网，控制方法可以分为恒压恒频控制、恒功率控制和下垂控制三种控制方式。

4.1 恒压恒频控制

恒压恒频控制一般从控制结构微网中主控制单元的控制策略，提供孤岛运行时微网的电压和频率支撑，保证系统的稳定运行^[5]。恒压恒频控制的功能就是维持DG并网逆变器输出电压和频率的稳定，不主动控制输出功率而是随负荷的变化而变化。采用恒压恒频控制方式一般在直流侧并联储能装置，维持直流电压恒定。

4.2 恒功率控制

恒功率控制在分布式发电并网逆变器中应用广泛，技术也比较成熟。该控制策略主要按照调度指令输出恒定有功功率和无功功率，或基于最大功率点跟踪技术输出最大捕获功率，前一种模式一般用于可调度的具有储能装置的并网逆变器，如锂电池、飞轮储能等，后一种模式一般用于不可调度的基于可再生能源的并网逆变器，如风力发电、光伏并网发电等。该控制策略将有功功率和无功功率解耦，通过控制逆变器输出的有功电流来维持输出功率；通过控制逆变器输出的无功电流来控制并网功率因数。

4.3 下垂控制

下垂控制是一种典型的对等控制方法，不需要通信联系就能实现合理的负荷功率分配，更重要的是可以实现DG的即插即用，灵活方便地组网。下垂控制主要作为对等控制结构微网中DG的本地控制策略，在微网孤岛运行时可充当电压源的角色，但是这种电压频率的调节不是通过给定参考指令控制跟踪实现的，而是通过与传统发电机相似的频率与有功功率、电压幅值与无功功率之间的下垂特性来实现的。通过合理设计逆变器闭环控制器参数，使得逆变器输出阻抗呈感性，力求使常规的下垂控制特性在低压微网系统中同样适用。

5 结论

分布式能源是未来社会发展的必然选择，是解决能源短缺和环境问题的最佳途径，也是人类能源可持续发展的必经之路。分布式能源系统因在经济性、环保性、安全性、可操作性等方面的独到优势而具有广阔的发展前景，未来我国将会迎来一个分布式能源发展的高峰期，分布式能源发展的大趋势已不可逆转。

参考文献

[1] 刘惠萍,基于区域分布式能源系统的智能微电网能源管理[J].沈阳工程学院学报,2011,7(10):294-297.

[2] 刘殿海.电源优化规划理论研究及应用[D].北京:华北电力大学,2006.

[3] 杨占刚.微网实验系统研究天津大学[D].天津:天津大学,2010.

[4] 张颖媛.微网系统的运行优化与能量管理研究[D].安徽:合肥工业大学,2015.

[5] 何源.分布式能源系统的分析及优化[D].天津:天津大学,2007.