概述
分布式发电（distributed generation，DG）是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的、模块式的、清洁环保的、发电功率在几十千瓦到几十兆瓦范围内的发电设施，目的是满足特定用户的需要或支持现存配电网的经济运行。
加入分布式发电的集中供电系统一般有以下优点：
①分布式发电系统中各电站相互独立，由于用户可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性较高。安全、不间断地供电且可保证电力质量。
②分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，已成为集中供电方式不可缺少的重要补充。
③非常适合向农村、牧区、山区，发展中的中、小城市或商业区的居民供电，可大大减小环
保压力。
④较少或者根本不需要输配电设施，因而输配电损耗很低，甚至没有，无需建配电站，可降低或避免附加的输配电成本，同时土建和安装成本低。
⑤就地安装，方便实现热电联供，模块化的设计便于灵活建设，维修简单。
⑥调峰性能好，系统尖峰负荷的持续时间很短，分布在配电网中的分布式发电起到承担峰荷的作用，避免了输电线路的大规模投资。
技术原理
（1）微型燃气轮机发电技术：
微型燃气轮机是目前最成熟、最有商业竞争力的分布式发电设备，具有以下四方面的优点:体积小，重量轻;建造成本和运行成本都极具竞争力;发电效率高，污染少;微型燃气轮机单独用于发电，效率可达30%，可与大型火电厂媲美;若实行热电联产，效率可提高到75%;运行维护简单。微型燃气轮机发电单元运行时既可在本地监控，也可由中心监控站来管理;当出现故障时，由于重量轻，安装快，可以马上整机替换，然后把故障机组整体运往维修中心维修。
（2）燃料电池发电技术：
燃料电池可按电解质分为许多类，其中磷酸型燃料电池(pafc)最接近商业化，新一代的熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)和固体氧化物燃料电池(sofc)则被认为最值得推荐用于电力系统发电。燃料电池具有其潜在价值的优点:效率高且不受负荷变化的影响;适应负荷变化的能力极强;清洁无污染;占地少、建设快、检修维护容易及燃料适应性强等。
（3）太阳能光伏电池发电技术：
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。在美国和日本的一些地区，已经有由屋顶式光伏电池发电设备联成的PV(photovoltaic)系统与当地电网相联。白天发电的盈余倒送电网，晚间用户从电网取电，在供电企业和用户间形成了一种新型的关系。
（4）风力发电系统：
风力发电是一种干净的可再生能源，它没有常规能源所造成的环境污染，而且技术成熟，单机容量大，建设周期短，完全是一种安全可靠的能源。
（5）生物质能发电系统：
世界上生物质资源数量庞大，形式繁多，其中包括薪柴，农林作物，尤其是为了生产能源而种植的能源作物，农业和林业残剩物，食品加工和林产品加工的下脚料，城市固体废弃物等等。
生物能具备下列优点:提供低硫燃料;提供廉价能源;将有机物转化成燃料可减少环境公害(如垃圾燃料);与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。
（6）冷热电联产：
冷热电联产(CCHP)是-种建立在能的梯级利用概念基础上，将制冷、供热(采暖和供热水)及发电过程-体化的多联产总能系统，目的在于提高能源利用效率，减少碳化物及有害气体的排放。与集中式发电-远程送电比较，CCHP可以大大提高能源利用效率:大型发电厂的发电效率-般为35%～55％，扣除厂用电和线损率，终端的利用效率只能达到30%～47%。而CCHP的能源利用率可达到90%，没有输电损耗。
（7）地热发电系统：
地热发电实际上是通过打井找到正在上喷的天然热水流，用蒸汽动力发电。由于水是从1-4km的地下深处上来的，所以水是处在高压下。一眼底部直径25cm的井每小时可生产20万—80万kg的地热水与蒸汽。由于水温的不同，5-10眼井产出的蒸汽可使一个发电装置产出55MW的电。为了给一台汽轮发电机蒸汽，抽出的地热水在称为闪蒸罐的容器表面释放出来，一部分水（约占35%，取决于它的温度）闪蒸（沸腾）为蒸汽进入汽轮发动机带动一台发电机发电，闪蒸罐内剩余的水在沸腾阶段之后又注入热库边缘的地下，它有助于维持热库的压力并补充对流的水热系统。
（8）海洋能发电：
海洋能是一种蕴藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪、海洋温差、海流引起的机械能和热能。
海洋温差发电工作原理与火力、核能发电原理类似，首先利用表层海水蒸发工作流体如氨、丙烷或氟氯昂使其汽化推动涡轮发电机发电，然后利用深层冷海水冷却工作流体成液态，以反复使用。
波浪发电使用波浪发电装置将海浪动能转换成电能，其中波浪发电装置运转方式完全一句波浪上下振动特性而设计，从而能有效吸收波能。
海水水位因引力作用产生高低落差现象即为潮汐，潮汐发电便是利用该势能转换为动能带动发电机旋转获得电能。双向流发电装置是目前潮汐发电的主要应用方式，它可以实现涨潮和退潮时均能推动水轮机发电。
海流发电是利用海洋中海流的流动动力推动水轮机发电，一般与海流流经处设置截流装置，并在其内设置水轮发电机。
国内发展和应用现状
中国的分布式发电技术尚处在起步阶段，但发展很快。在中国小水电和风力发电已经得到了广泛的应用，但还有很大的潜力。如风力发电。中国风能资源丰富，可开发的装机容量约2. 53 亿kW。截止到2003 年底，全国风能资源丰富的14个省(自治区)已建成风电场40 座，累计运行风力发电机组1042台，总容量达567. 02MW (以完成整机吊装作为统计依据)。其它几种分布式发电方式(除往复式发动机技术)中国也在进行着积极的研究或商业示范运行。
为了支撑中国经济增长的持续发展，中国需要增加电力装机容量，扩大电力生产。据专家预测，2020年中国的发电装机容量预计为10亿kW，年发电量46000亿kW·h。如果用传统的发电方式，将对中国的能源供应造成极大威胁。另一不容忽视的制约是大量化石能源消耗造成的严重环境污染和大量温室气体排放。要满足中国经济发展的电力需求，可以从2方面来解决。①中国应该同世界其他各国一样，应该积极利用可再生能源。在2005年3月28日中国已经颁布了可再生能源法，旨在推动对可再生能源的利用。②积极进行新的发电方式的研究与推广，如: 燃气轮机发电、燃料电池发电等。这些发电方式的特点是效率高(特别是冷、热、电联产时)、电站容量小，对环境影响小。因此，要使中国的电力能够满足经济的发展，需要大力发展分布式发电。
国外发展和应用现状
分布式发电的地位在每个国家都不同。经济性是一个重要的影响因素, 还有一些其他因素。
1、日本
日本电力工业由10个垂直一体化的私有电力公司支撑, 这些电力公司服务于所有电力用户, 其总发电容量约为253GW,年实际发电量约为1062TWh。
日本的电价很高, 这反映出该国的发电、输电、配电设备成本及土地成本都很高。高电价使得日本的很大一部分工业企业自己发电。制造业30%以上的用电都是由当地发电机供给, 发电容量约为28 GW, 年实际发电量约为116 TWh, 构成了日本总电力消耗的12%。这些大型工业用发电厂都以煤作燃料, 其中约有六分之一的电力都以热电联产的形式供应。日本的电力市场已经逐渐自由化, 自2000 年起, 构成总电力消耗30%的超高压用户已经可以自由地选择供电商。
通常存在以下3 种分布式发电形式: ①单一的燃油发电形式, 用作削峰; ②使用内燃机和燃气轮机的燃油热电联产形式; ③使用发动机、燃气轮机或蒸汽轮机的热电联产。由于日本的天然气价格很高, 所以燃气发电很不经济( 日本天然气热电联产的相关经济性数据见表1) 。
据日本联合发电中心数据显示, 日本现在约有5 486 MW的联合发电, 其中4 371 MW用作工业用电, 1 115 MW用作商业用电。从20 世纪80 年代开始, 热电联产系统以平均每年360 MW以上的速度在增长。
日本热电联产发电的发展得益于以下2 方面:高折旧或初始低税贷款刺激了投资动机, 日本发展银行还为其提供低息贷款; 给地方主要供热和制冷项目以投资成本15%的补助, 而单一发电形式没有。
尽管分布式发电系统用户需要支付大量的备用容量费, 但其仍然比采用常规发电系统费用低。总之, 在日本, 分布式发电在促进用电市场竞争方面已经起到很大的作用, 主要表现在: 增强市场自由化,允许更多的用户参与选择、产出及输出能源; 促进备用容量、输配电及辅助服务合理定价的形成。
2、美国
美国的电力系统结构非常复杂, 这也反映了该国多联邦的特点。能源的低成本限制了分布式发电特别是热电联产的普及, 其中热电联产发电容量仅为50.4 GW, 约占总发电容量的6%。工业用热电联产占总热电联产的90%, 而80%的工业用电分布在造纸、化学、炼油和食品加工4 大工业中。在美国, 应急用电是分布式发电的一个主要应用方面。建在工业及商业点的柴油应急发电机组的发电容量超过100 GW。据加州能源委员会的一份详细的调查显示, 仅加州的备用机组就提供了3.2 GW的电力, 占该州高峰用电需求的6%以上。
在美国, 分布式发电存在的主要问题如下:
（1）有必要提高成本效力
相对低的电价和较高的天然气价格限制了分布式发电的发展。据美国能源部估计, 到2020 年, 需要增加的分布式发电容量为热电联产20 GW、“分布式发电”( 主要为公共事业单位调峰用的燃气发电)12.7 GW以及太阳能光伏发电0.54 GW。燃料电池和微汽轮机发电成本的逐步降低有望使得它们更有竞争力, 所以在2015 年以后, 可以在商业部门计划这方面的新增容量。
（2）准入程序
美国对分布式发电系统的许可程序阻碍了对其建设的积极性。
（3）不确定的联网标准
目前尚没有关于分布式发电上网的国家标准。对分布式发电上网缺乏经验的公共事业单位会对小机组采用与大机组一样的上网规定, 给小机组上网造成障碍。据一项关于化石燃料和可再生能源的研究显示,分布式发电项目的联网成本是变化的, 上网对高技术的要求会直接导致成本增加, 例如一个500 kW热电联产系统项目的上网成本达到了1 000 美元/kW。
（4）不完善的管制改革
许多州还没有实行电力市场自由化。政府通常会给公共事业单位规定一些公共服务责任, 如指定电源选择等。分布式发电机通常很难得到配电单位的配合。另一方面, 公有和私有的配电单位都担心用户自己发电将导致电价升高。
（5）环境标准
首先, 环境规范都是在各州内部根据当地情况制定的, 发电公司不能简单地规定管制人员采用统一的标准。其次, 一些管制公司已经根据污染排放量制订了标准, 如以每千瓦时多少磅来计算, 而非使用规模标准。
（6）技术局限
与欧洲相比, 在美国, 放射状电网的应用很广泛, 这给技术上提出了挑战。这种放射状电网并不适合潮流的反向流动, 特别是对于小型输配电单位,很难处理分布式发电的入网问题。当有大量分布式发电上网时, 需要有高额投资来升级配电网。
3、荷兰
荷兰的电力系统主要由4 家发电公司构成, 这4 家公司提供了总发电量中近一半的发电量。荷兰政府规定要减少二氧化碳的排放量并加强能源的可持续性利用, 这一政策对电力部门的影响很大。自1990 年以来, 热电联产的发电量翻了一番, 造成这一结果的各种激励政策包括: ①达17.5%的政府投资津贴( 截止到1995 年) ; ②规定发电公司有义务以新型集中式发电设备的发电量估算总成本来购买这些设备的过剩电力( 截止到1995 年) ; ③50%的国家燃气厂商以优惠价格提供天然气( 截止到2000 年) ;④免收备用容量和辅助服务费用(截止到1997年) 。
荷兰的大多数分布式发电厂都是配电方与工业联合投资的。电力市场自由化的分离要求使得热电联产的所有权和运行权与电网的所有权是分开的。这种分离加强了竞争但却使配电方减少了为支持地方电网所做的投资。
市场规则给分布式发电带来以下好处: ①小型分布式发电并不需支付入网和系统使用费用, 而集中式发电需要为使用输电系统支付费用; ②一些小型电厂按规定将电力直接卖给有购电义务的地方配电公司; ③不平衡电力的收费规则已经被调整以促进分布式发电的发展, 例如荷兰在2001 年颁布了《新电力交易协议》, 规定会给在输出电力2 h 以前不能准确预测其发电量的发电厂一定的处罚, 而这一点对分布式发电很不利, 因而系统运行部门重新调整了规则, 允许发电商在输出电力之前1 h 对其预测作最后的调整。
鉴于热电联产机组所面临的财政困难, 政府在2000 年底采取了一些措施来支持热电联产, 包括:①给新建的热电联产电厂增加能源投资补贴; ②免收热电联产电力消耗的管制能源税; ③给发电量达到200 GWh 以上的热电联产电厂以2.28 欧元/MWh的财政支持。
这些措施促进了热电联产投资项目的发展, 有助于实现政府所提出的提高效率的目标。在2001年, 一些新规则相继出台, 为热电联产电厂增加了财政支持。如果机组达到了预期的效率目标, 给热电联产发电定价为5.7 欧元/MWh, 限每个电厂最大发电量为1 000 GWh。
3、英国
自1999 年起, 英国电力市场已经逐渐放开, 许多分布式发电政策的制定都主要着眼于环保, 特别是对气候变化的影响。除采纳了一些支持可再生能源的政策, 政府还提出了以下一些支持热电联产的政策: ①提出到2010 年将热电联产增加至10 GW的目标; ②对其所用燃料免收气候变化税; ③免收热电联产厂的商业税; ④对安装了热电联产装置的工业部门征收80%的气候变化税; ⑤对现代化的供热系统提供支持。
《新电力交易规则》规定: 所有发电机组至少需要提前3.5 h 预测其发电输出量; 如果实际输出量低于预测量需要交罚金, 继续输出的电量也只会得到很小补偿。设计这些规则的初衷是为了调动起各发电厂平衡自身发电量的积极性, 但一些热电联产发电厂认为新规则给分布式发电带来了一定负担。
在2001 年9 月, 英国的管制部门分析了在分布式发电方面的价格控制问题和配电网运行人员的积极性问题: ①鼓励配电网运行部门降低入网费用, 并允许其通过收取系统使用费回收这些成本; ②要求配电网运行部门公布对嵌入式发电厂联入电网及使用配电系统收费的依据; ③要求对微型发电机组实行简约、标准的入网程序和收费制度; ④要求对从分布式发电处输入和向分布式发电输出的电力实行分开计量; ⑤给预计运行的发电机组更多的关于网络发展要求方面的技术信息。
供应商信息
深圳市勤实电力科技有限公司
浙江朗呈新能源有限公司
北京昊华远航工程技术有限公司
瑞士ABB公司
意大利GW公司
参考文献
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