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散布式電源互補運轉與電能質量改良

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隨著世界經濟的疾速發展和工業化過程的加速,動力需求壹日千裏,可再生動力因其資本豐碩、無凈化等長處最近幾年來獲得疾速發展,而可再生動力發電出現的部分不穩固性和全體紀律性使得分歧的動力之間的互補運轉可以獲得更好的有用應用。在此配景下,起首剖析了散布式電源互補運轉的需要性,對散布式電源互補表現的長處停止了總結;其次對互補發電的罕見類型停止了論述,剖析了分歧散布式電源互補運轉的可行性,並羅列出了散布式電源互補發電的實例;最初對散布式電源接入電力體系可改良電能質量的才能和潛力停止了剖析,對散布式電源的現實運用具有參考價值。

引言

動力是人類生計和發展的基本,人類的每次提高都離不開動力構造的發展和改良。隨著經濟的發展,人類對動力的需求賡續增長,凈化加重,追求和應用新動力成爲最好處理辦法,是以資本豐碩、無凈化的可再生動力的發展逐步獲得看重。而散布式發電技術可以當場向鄰近用戶供電,改良電壓動搖和電能傳輸消耗,使可再生動力獲得了有用應用。但是,風能、太陽能等幹凈動力具有不穩固性,自力運轉的單一散布式電源的棄風、棄光景象嚴重,很難保持全部供電體系的頻率、電壓穩固和保證系動力的應用效力。

散布式電源具有多樣性,並且它們的變更紀律各不雷同,好比風能應用普通在早晨,而光伏發電應用在日間,二者結合運轉可以到達互補的後果,同時風景也存在季候性的互補,光伏發電發生的能量在春季更豐碩,風能相反,在秋冬更豐碩。是以在闊別大電網的隱藏山區,普通可以采取多種散布式電源結合運轉,讓各類發電方法在一個體系內互爲彌補,經由過程它們的調和合營來供給穩固靠得住的、質量較高的電能,在顯著進步可再生動力靠得住性的同時,還能進步動力的綜合應用率。這類多類型散布式電源結合運轉的方法,我們稱之爲互補發電或許散布式電源的互補運轉。

本文針對散布式電源對體系電能質量的影響成績,對散布式電源互補運轉的需要性停止剖析,並對國際一些相幹運用實例停止引見,將互補發電的罕見類型停止總結,最初對散布式電源運用帶來的電能質量改良成績停止了剖析。

1散布式電源互補運轉的需要性

1.1罕見的散布式電源特征

我國版圖廣闊,地形多樣,是以風能、太陽能資本非常豐碩。風能和太陽能是今朝浩瀚可再生新動力中,運用潛力最大、最具開辟價值的兩種,取之不盡,用之不竭。近年我國風力發電和太陽能光伏發電技術的發展都很快,其自力運用技術曾經日益成熟,風機和光伏發電的裝機容量也逐年遞增,轉變了傳統的集中式發電方法。

我國某地一天內風能和太陽能變更曲線如圖1所示。應用風能、太陽能的互補特征,可以取得比擬穩固靠得住的功率輸入,在包管異樣供電的情形下,可大大削減儲能蓄電池的容量。風力發電、光伏發電在近幾年發展敏捷,也帶動了風-光互補發電的發展運用,在將來將有著偉大的貿易開辟遠景。關於用電量大、用電請求高,闊別大電網,而風能資本和太陽能資本又比擬豐碩的地域,風-光互補供電無疑是最好選擇。

在碰到風力發電的範圍較大的情形,在現有的經濟技術前提下,用光伏發電停止互補的後果將會遭到限制。斟酌我國的水資本豐碩,且具有顯著的季候特征,夏日和春季處于豐水的狀況,夏季和春季屬于枯水的狀況,這與我國大陸季風性氣象構成的冬春季風資本豐碩,夏春季風資本較少的狀況構成互補,是以在我國某些沒法完成風景互補的地域可以斟酌停止風—水互補。

但是,在許多遙遠或孤登時區,柴油發機電組是供給需要生涯和臨盆用電的經常使用發電設備。不外,柴油價錢高,運輸未便,有時還供給重要,因此柴油機發電的本錢很高,常常還不克不及包管電力供給的靠得住性。而在這些遙遠地域,特別是平地和海島,常常太陽能和風能資本比擬豐碩,可以隨機應變地用這些可再生新動力與柴油機結合發電運轉。風電或光伏發電與柴油發機電組並聯運轉,一方面可以節儉燃料柴油,下降發電本錢;另外壹方面,還可以充足應用可再生動力,加重發電能夠釀成的情況凈化,並包管供電的持續性和靠得住性。

除風能、太陽能等可再生動力之外,燃料電池也能夠用于互補結合發電體系。燃料電池發電是今朝世界上最早進的高效幹凈發電方法之一,技術曾經漸趨成熟。而屬于慣例發電方法的燃氣輪機發電,技術曾經比擬完美,效力較高(與其他方法結合運轉時效力可高達60%-70%),並且氮化物、一氧化碳等凈化物的排放量也很少。

圖1我國某地風景功率變更

1.2散布式電源互補的需要性

散布式電源(特別是基于可再生動力的散布式電源)互補發電,具有顯著的長處,如表1所示。

2互補發電的罕見類型

實際上,只需資本前提許可,任何幾種新動力發電方法都可以互補運用。但是因為各類各樣的前提限制,今朝新動力互補發電方法中,現實運用較多的是風能—太陽能互補發電、風能—水能互補發電等。別的,新動力發電也能夠與燃氣輪機等小型慣例發電方法互補運用。

2.1風-光互補發電

風-光互補發電體系,普通由風力發機電組、太陽能光伏電池組件、儲能裝配(蓄電池組)、電力變換裝配(整流器、逆變器等)、直流母線及掌握器等部門組成,向各類直流或交換用電負載供電。圖2爲風-光互補發電體系的根本構造表示圖。

圖2風-光互補供電體系的根本構造表示圖

風機電組和光伏電池用于將風能和太陽能停止轉換。蓄電池組等儲能裝配的感化是暫時貯存多余的電能,並在須要時釋放出來,包管全部體系供電的持續性和穩固性。直流母線和掌握器的感化是對發電、用電、儲能停止能量治理和調劑。風力發電輸入的電能通常為交換電,光伏發電輸入的電能通常為直流電。在停止能量治理和向交直流負荷供電時,常常須要停止電力變換(把交換電變成直流電的進程稱爲整流,所用的裝配是整流器;把直流電變成交換電的進程稱爲逆變,所用的裝配是逆變器)。逆變器可以轉換電流情勢,向浩瀚罕見的交換用電設備供給高質量的電能,同時還具有主動穩壓功效,可改良風-光互補發電體系的供電質量。

風—光互補實例:台灣省黃南藏族自治州澤庫縣和日鄉葉貢多寄宿小學的4千瓦風-光互補發電體系,完成體系裝置調試並投入運轉。該體系由台灣省科技廳援建,總投資25萬元的,由2千瓦太陽能電池板光伏陣列及扭轉式光伏陣列支架、2千瓦風力發機電及支架、蓄電池、充電器、逆變器、掌握體系等構成,一舉處理了葉貢多寄校近200名師生的教授教養、生涯用電成績。

位于基隆縣噴鼻茂鄉的風-光互補發電站,總投資210萬元,由20套1千瓦的戶用型風力發電體系和20千瓦風-光互補型集中供電體系構成,總功率爲40千瓦,單台風機功率爲10千瓦和5千瓦。該電站戶用體系分離采取400瓦光伏、600瓦風能和300瓦光伏、700瓦風能兩組風-光互補組合體。該電站的建成和投入應用,將處理該村58戶近400人的用電成績。

鳳山臺中風電基地二期8000MW風電開辟建立計劃中,配套建立1250MW光電,個中,光電450MW安排于風間帶,既勤儉了地盤資本,又可與風電共用輸電線路,進步了輸電線路應用率。

2.2風-水互補發電

在我國某些沒法完成風景互補的地域,經由具體的調研,停止公道的發電容量設置裝備擺設,可以充足施展風能和水力資本的各自優勢,經由過程兩種可再生新動力的互補,在必定水平上處理新動力發電的間歇性和動搖性成績。風-水互補發電,可以免水力發電在枯水季候發電量缺乏的成績,也能夠經由過程共用輸配電設備節儉建立投資,是一種比擬經濟有用的大範圍新動力應用方法。

風—水互補發電的另外壹種情勢是抽水蓄能與風電互補,其重要感化方法是應用蓄能電站的儲能感化,停止風能的貯存和轉化。抽水蓄能電站建立所在有更大的選擇余地,經由過程接收風電過剩的輸入電量完成抽水功效,在當地電網內與風電互補,停止低谷蓄能、岑嶺發電,作爲風電的“蓄電池”和“調理庫”,可平抑風力的不穩固性對電網的影響,進步當地電網回收風電才能,進步電力體系平安穩固經濟性。

風—水互補實例:鳳山新店抽水蓄能電站位于烏昌電網,距負荷中心較近,達坂城、小草湖風電場間隔烏昌電網較近,新店抽水蓄能電站建成後,除承當體系調峰、填谷、調頻、緊迫變亂備用外,將可協助消納風電4000MW,進步烏昌電網回收風電的才能和平安穩固經濟性。

2.3風-光-柴互補發電

光伏-柴油混雜型發電體系同風力-柴油結合發電體系的設計思惟和根本特色是相似的。不外,個中光伏發電體系對逆變器的請求較高,既要有較高的效力和靠得住性,還要能順應因光照變更釀成的直流電壓變更。其發展在必定水平上取決于光伏逆變器的技術程度和本錢。固然也能夠采取風-光-柴結合發電運轉的方法,如圖3所示。這類多動力互補體系與風—柴結合發電比擬,更能削減發電的柴油用量和情況凈化。另外,還可使用沼氣發電等取代柴油發機電組。在體系設計時應恰當選擇柴油發機電組的容量,特別是要斟酌風-光互補性較差的時段和季候,和負載供電持續性和穩固性的請求。

圖3風-光-柴互補結合發電體系構造圖

新動力與柴油發機電組結合發電,曾經成爲世界列國在風能和太陽能應用方面頗受註視的偏向之一。其長處包含:結合運轉,互補發電,供電的持續性和靠得住性好,在新動力發電輸入隨機變更的情形下,也能夠24小時不連續供電,而且可以具有較好的電能質量;節儉燃料動力,情況凈化少,通俗的風柴互補體系可以節儉30-100%的柴油用量;功率更改規模小,所需的儲能設備(蓄電池等)容量小;投資少,奏效快;對燃料的依附水平低,對新動力綜合開辟應用,實用規模很廣。

風—光—柴互補實例:台灣某地域建成了4千瓦的風—光—柴互補供電體系,個中柴油機重要用作備用電源。該體系運轉優越,靠得住地處理了建立單元的平常用電成績。今朝,正在運轉的比擬先輩的風—光—柴互補發電體系,有我國建造的30千瓦的風—光互補結合發電體系,德國的風—光—蓄(電池)結合體系,等等。

2.4微型燃氣輪機-燃料電池互補發電

燃料電池與微型燃氣輪機結合發電體系,有著異常好的發展遠景。特別是低溫燃料電池的任務溫度與燃氣輪機的任務溫度相婚配,二者構成結合發電體系具有更高的效力。商用固體氧化物燃料電池和微型燃氣輪機結合輪回發電效力可以高達60%~75%,是今朝礦物燃料動力發電技術中效力最高的。2006年,美國動力部和西屋電器公司就建成一個250千瓦的固體氧化物燃料電池與燃氣輪機結合輪回示範電站,個中燃料電池和燃氣輪機的發電容量分離爲200千瓦和50千瓦。據稱,燃料電池與微型燃氣輪機結合發電體系的潛伏效力可高達80%。

3應用散布式電源改良電能質量

固然散布式電源的引入會給體系帶來一些電能質量成績,然則散布式電源也存在改良電能質量的潛力。

3.1應用散布式電源啓停便捷改良電能質量

散布式電源單機容量小、機組數量多,散布也比擬疏散,啓動和停機便捷敏捷,運轉掌握具有很強的靈巧性。在相幹掌握戰略下,散布式電源只需很短的時光就能夠投入應用,也能夠依據須要敏捷加入運轉。假如散布式電源可以或許在電網產生毛病和擾動時持續堅持運轉,或許能轉做備用電源,關於減小停電規模或許延長停電時光都是很有贊助的,關於許多節點的電壓暫降成績也都有克制感化。

3.2應用散布式電源便利調控改良電能質量

散布式電源和電力用戶間隔很近,輕易完成有功功率的就近供給和無功功率的就近賠償,並且輸電消耗小[9]。在傳統的配電網中,當用戶負荷忽然大批增長或大批削減時,供電線路的電源會顯著下降或降低,形成顯著的電壓誤差。假如用戶負荷的更改數目大並且是動態變更,那末還會形成電壓動搖與閃變等成績。當散布式電源與本地負荷可以或許調和運轉(散布式電源輸入與負荷同步變更)時,將克制體系電壓的動搖。詳細而言也就是,若能將散布式電源也歸入電網的同壹調劑治理,那末在用戶負荷忽然大批增長或減小時,就能夠依據負荷的變更響應調劑散布式電源的輸入功率,從而對負荷的功率更改停止賠償,克制電壓的大幅度動搖。

3.3應用散布式電源專配的賠償裝配改良電能質量

散布式電源並網能夠會給配電網帶來電能質量成績,這個是障礙散布式電源接入電網的主要身分。所以許多散布式電源在接入電網時,常常都裝備一些無功賠償裝配或儲能裝配。這些賠償裝配並聯接在散布式電源的接入點,在對散布式電源自己的電能質量成績停止賠償的同時,也必定對配電網華夏有的電能質量成績有改良感化。

3.4應用散布式電源的並網換流器改良電能質量

散布式電源的並網換流器,與有源電力濾波器、運動無功產生器等電能質量調理裝配所用的電路構造和掌握技術有很大水平的類似性,這就爲兩類設備的優化設置裝備擺設供給了能夠性。優化設置裝備擺設體系應用現有電力電子設備接收或釋放有功、無功,從而不只完成了電能的傳輸轉換,並且改良了體系的電能質量,削減了體系的額定投資。

散布式電源並網換流器大都采取脈寬調制(PWM)技術。這些逆變電源可以向電網供給正弦的電壓、功率因數爲1的電能。然則遭到天然動力的動搖性的影響,輸入能量其實不穩固,這也形成並網換流器的容量常常要大于現實的散布式電源的發電容量,也就是說在運轉過程當中並網換流器存在很大的容量冗余。可以斟酌應用這部門容量,經由過程采取適合的掌握戰略在並網換流器中參加特定的功效,到達改良電能質量的感化。須要留意的是散布式電源本身的電力電子轉換設備弗成能完整取代傳統電網中改良電能質量的技術設備。然則,假如將散布式電源運用到配電網的柔性電力技術中去,不只可以進步電能質量程度,還可以削減無源濾波器和有源濾波器的應用,勤儉大批的諧波管理的投資,會帶來偉大的經濟和社會效益。

4總結

隨著情況凈化的加重,幹凈無凈化的可再生動力的有用應用成績成爲列國學者研討的熱門。而新動力發電並網多以散布式的方法存在,且每種散布式電源都具有各自的特色,某種水平上具有互補的特征,設置裝備擺設公道時可以進步動力的應用率,改良體系電能質量。是以,本文對散布式電源互補成績睜開了評論辯論。起首引見了散布式電源互補運轉的概念和長處,羅列了散布式電源互補發電的罕見類型,包含風-光互補、風-水互補等,並給出了詳細的運用實例,最初剖析了應用散布式電源改良電能質量的才能和潛力,關於散布式電源的建立與運用具有參考價值。



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