何季民(華北電力設計院，北京100011)摘 要分析了分布式電源的概念、淵源與興起，介紹了分布式電源發展的現狀、影響和研究開發動向。關鍵詞分布式；電源；展望1引言在新世紀之初展望電力電源新技術，一個引人注目的動向是分布式電源的興起。分布式電源的發展及與IT技術的結合，將對傳統的電力系統形成巨大的影響，帶來電力系統的概念革新，引起電力技術的顯著進步，形成新型的專項技術和經濟市場。 近幾年來，世界能源、電力界都在熱談分布式電源，但是尚沒有統一的名稱和定義。 目前的文獻的各種理解表明：分布式電源還是一個正在迅速發展的概念，還不可能給出一個準確完整的定義。為行文和閱讀設立一個前提，本文就此提出一個簡明的理解：所謂分布式電源，既指傳統的分散獨立小型電源，更指未來采用分布式技術聯網上網的一“群”或成組的小型分散電源。 分布式電源(Distributed Generation)，在中文文獻中也有人稱為分散式電源，只是翻譯習慣不同，概念和內涵相差不多。本文在綜述日本部分中采用了“分散型電源”。2分布式電源興起的技術背景分布式電源的興起，是地球環境可持續發展政策與技術進步的產物。當分散獨立的小電源效率較低不宜大量應用時，當它無須聯網與大電網無關時，當它數量很少被浩大的公共電網忽視不計時，根本沒有分布式電源這個名詞。只是當新型高效綠色的小型獨立電源為可持續發展政策所重視并日益發展壯大時，分布式電源技術及其名詞才應運而生。分布式電源的“分布”兩字，既是相對于集中的大機組大電網而言，也是相對過去到不相聯的小電源而言。 雖然分布式電源概念幾乎包括了過去所有的小型分散電源，但是目前主要指用新技術武裝起來的新興綠色環保電源。主要有： 自然能源，如水電、風電、太陽能發電等，常稱為可再生能源； 化石燃料發電，內燃發電機組、燃氣輪機發電機組、燃料電池等； 廢棄物發電，如垃圾發電等，常稱為環保再生型能源， 貯能電源，抽水蓄能發電、蓄電池組等。據預測，分布式電源將成為21世紀的新能源新技術，尤如計算機世界的PC機，具有不可估量的發展前途。 從20世紀末起，分布式電源在工業發達國家里熱起，有三方面的原因： 各種小型分散型綠色環保電源迅速發展，所占比重越來越重，對電力系統的潛在影響越來越大，迫使世界重視自己； 大電網的發展受到環保和需求的限制，為分布式電源的發展提供了機遇；各種分布式電源多屬清潔可再生可持續技術，適應了地球環境保護可持續發展政策的需要； 歐美國家放寬了對電力行業的管制，解除了對小型分散式電源的限制，實行了所謂電力自由化。 昔日的大電網遠距離輸電線路受到來自環境保護甚至政治環境的責難，高電壓大電網產生的電磁污染已迫使北美和歐洲一些國家不再興建新的大規模輸電線路。由于大電網面對不可抗拒的自然或意外災害表現出的脆弱性，加上對于日益加劇的恐怖活動的擔心，為了躲開“多米諾骨牌”式的電網連鎖災難，為了保證電源的安全可靠性，似乎唯有分散才好。3分布式電源的發展動態新型高效清潔的分布式電源的崛起，除了本體技術的迅猛發展外，與IT技術相聯系也將成為它的重要的特點。采用分布式電源與互聯網聯接組成的能源系統、供電系統及其管理系統，正在成為電力科研的目標。3.1在美國 預計美國的分布式電源市場到2004年將增長到21.4億美元，年平均增長9.6%。尤其出力20kW10MW的分布式電源在2000年后，因為豐富的燃氣來源、環境的苛刻要求、電力管制的緩和、電網的限制放寬而得到飛速的發展。據DPCA(美國分布式電源聯盟)的預測，在21世紀初的幾年，熱機類的分布式電源將達到約3500萬kW；到2020年，分布式電源的容量將占全國總容量的3.7%。 在美國，正在研究開發方便用戶就近利用分布式電源的多種新型技術，例如： 分布式電源的成批控制技術(群控技術)，在負荷高峰時向電網供電的調峰技術； 根據用戶的要求按需供電的多品質供電系統；區域電力網絡系統，將分布式電源、貯電裝置和電力設備組合起來，根據區域用戶的要求提供更加靈活有效的供電服務。 美國能源部和EPRI(美國電力研究所)提出了所謂“能源試驗場(Energie Park)”的設想，借助于互聯網把場里的分布式電源有機地聯接起來。表1就是幾座按照這種設想建立的“試驗場”，其中與加利福尼亞州阿巴因大學相鄰的一座研究場，在80萬m3區域里有43座建筑物，全部由微燃發電機、太陽能電池、燃氣型燃料電池組成的分布式電源群提供能源，據說燃料的利用率由過去的25%提高到75%。通過互聯網可以提高分布式電源的管理水平和效率，如果再結合利用電力通訊新技術的供需管理，適應于電力調峰，還能進一步提高資源的利用效率。3.2在歐盟 2001年9月歐盟發出了關于發展可再生能源的指令，按照計劃，歐盟到2010年可再生能源占總能源消費的比例，將達到12%，為1997年的2倍。電力消費量中可再生能源電力所占比例，將從13.9%上升到22.1%。 在歐洲，正在研究普及分布式電源的政策。在技術開發方面，尤其重視電力系統與分布式電源的聯接問題，為此在2001年12月制定了一個旨在促進包括分布式電源的“能源網絡通道”的名為Integration”的計劃。這是一個通過統一協調歐洲包括歐盟各成員國的分布式電源，確保電力供給的安全性和可靠性的研究開發計劃。 英國 1998年時可再生能源發電為180萬kW，占發電總量的2.5%。預計將要增加257.9萬kW，其中廢棄物發電152.1萬kW，風力發電70.6萬kW，沼氣發電等34.1萬kW，水電1.2萬kW，總發電量達到330萬kW。 德國 隨著2000年開始實施“可再生能源法(EEG)”，可再生能源發電從1999年的5.9%將在2030年提高到30%。德國的EEG，包括2萬kW以下的生物能源(指燃料)發電，5 000kW以下容量的水電、風電、太陽能發電、廢棄物發電、下水道沼氣發電、坑道瓦斯發電和地熱發電。3.3在日本 日本由于國土狹小資源貧乏人品眾多，對分布式電源的發展及研究表現出了極大的敏感和熱情，很可能在這方面又會走到世界的前列 近些年來，綠色新能源的各種分散型電源在日本得到了迅速的應用和普及。截止2001年3月底，日本全國超過1 000kW容量的自家發電設備已經達到3 024萬kW，占全國發電設備總量的12%。 截止1999年底，日本的太陽能發電已經達到21萬kW，風力發電達到14萬kW；預計2010年將分別達到482萬kW和300萬kW，分別提高到23倍和38倍。常用的內燃機發電(包括柴油機、汽油機和燃氣輪機發電機組)，在2000年已經達到240萬kW，熱機發電的總容量達到了350kW。非常用的內燃機發電(指備用電源等)在2000年已經達到380萬kW。 日本還在大力研究分散型電源系統的區域性應用、分散型電源與IT結合的網絡化應用，典型實例如表2所示。 東京都未來能源設想項目，就是把燃料電池、太陽能發電和風力發電等分散型電源引進公共設施，或用作抗災緊急電源；同時，著眼于資源的重復循環利用，以構筑循環型協調發展的城市為目標。 比如在京都府的八木町，采用互聯網監視分散型熱機電源，用IT技術建設高效的分散型發電系統。還可以利用網絡把廢棄物發電、煤氣爐等聯結起來，不僅能提高效率，而且能減少維護量，提高回收效率。進一步，把風力發電、太陽能發電和貯電技術結合起來，可以組成一個確保能源安全的“能源自治體”。 四國電力公司所開發的利用分散型電源和IT面向家庭服務的“高齡獨居者照料服務系統”，已從2001年開始現場試驗。 三菱重工公司也在開發利用互聯網技術的可以遙控、監視和維護的分散型電源的綜合控制系統，目標是開發出既便宜又簡便的分散型電源發電“群”。4分布式電源的發展對電力系統帶來的影響分布式電源實現成組“群控”，與IT結合上網，與公共大電網聯網，將是遲早之事。雖然在目前僅僅作為獨立電源時可以暫時回避這些問題，但是從長遠看，終將面對。亦因此，分布式電源的發展必將對電力系統帶來巨大的影響。 從目前國外所進行的研究看，分布式電源的發展可能造成的問題和影響主要表現在以下方面： (1)對發電的影響對電業宏觀規劃的影響 目前分布式電源的發展非常迅速，在電力能源中所占的比重越來越大，已經不可以忽視。因此，在一個國家或地區的宏觀發展規劃中必須對它的發展和影響作出預測、引導和切合實際的設計，必然會影響到發電事業的規劃布局可是因為分布式電源本身具有各種不確定性，會使這種規劃設計難以準確合理，也會具有很大的不確定性。 (2)對輸變電的影響接入公共電網對電力系統運行的影響 由于分布式電源的原理和種類各不相同，形式復雜，有的還受氣候等自然因素的影響，因此各種分布式電源發電的功率、容量、品質和控制性能等具有多變性、不定性，差異性很大。當分布式電源大量上網時，將會嚴重地影響電力系統的設計、控制、運行，影響系統的可靠性和安全性。 (3)對電能質量的影響對受電質量和用戶的影響 同樣的道理，不僅各種分布式電源的電能品質差別較大，難以穩定；而且會嚴重地影響系統的電能品質，使難以滿足用戶對品質的要求，會對供電服務的質量產生嚴重的影響。 (3)對售電的影響對電力市場和電力經濟的影響 一些國家實行電力自由化的技術原因，其實就是分布式電源要大量進入電力市場；成本不同品質各異的分布式電源進入電力市場，必然會沖擊原來的市場格局影響電力經濟，交易方式、電價和服務都必須作出適時的調整和變化。5日本構筑在系統電力與分散型電力相協調時代的技術戰略日本電力市場的部分自由化始于2000年3月，對電力事業的限制開始松動。過去主要為著國民經濟基本建設項目的電力事業，不僅面臨著更高的可靠性、安全性的要求，而且還將面對新型獨立電源、小型自備電源的大量發展，“電力供給”所處的環境和要求都會發生迅速巨大的變化。 基于這樣的分析和考慮，日本政府“資源能源廳”的“電力、燃氣事業部”于2001年7月接受“財政廳能源綜合工學研究所”的委托，設立了“新型電力供給系統技術研討會”。這個研討會的宗旨就是“構筑在系統電地影響電力系統的設計、控制、運行，影響系統的可靠性和安全性。 (3)對電能質量的影響對受電質量和用戶的影響 同樣的道理，不僅各種分布式電源的電能品質差別較大，難以穩定；而且會嚴重地影響系統的電能品質，使難以滿足用戶對品質的要求，會對供電服務的質量產生嚴重的影響。 (3)對售電的影響對電力市場和電力經濟的影響 一些國家實行電力自由化的技術原因，其實就是分布式電源要大量進入電力市場；成本不同品質各異的分布式電源進入電力市場，必然會沖擊原來的市場格局影響電力經濟，交易方式、電價和服務都必須作出適時的調整和變化。5.1日本構筑在系統電力與分散型電力相協調時代的技術戰略日本電力市場的部分自由化始于2000年3月，對電力事業的限制開始松動。過去主要為著國民經濟基本建設項目的電力事業，不僅面臨著更高的可靠性、安全性的要求，而且還將面對新型獨立電源、小型自備電源的大量發展，“電力供給”所處的環境和要求都會發生迅速巨大的變化。 基于這樣的分析和考慮，日本政府“資源能源廳”的“電力、燃氣事業部”于2001年7月接受“財政廳能2002年3月，新型電力供給系統技術研討會提出了第1份研究報告書，站在戰略性高度，提出了“系統電力”、“協調時代”、“新型電力供給系統”等一系列新名詞新概念，立即引起了有關方面的重視和報道。這份報告有以下主要內容： 日本分散型電源的現狀調查； 未來電力技術的需求研究； 未來電力供給系統的展望； 面向未來的新型電力供給系統的技術開發問題； 邁向新型電力系統的戰略研究。并用圖1和圖2很清楚地描述了分布式電源的應用前景、技術開發問題和發展戰略。6結束語展望分布式電源的發展前景，必然是集中/分布式發電系統的到來，這樣的認識已經可以從國外文獻中看到。集中式發電系統系指傳統大機組組成的發電系統，分布式發電系統則是指由分布式電源組成的發電系統，兩者的組合統一便是集中/分布式發電系統。6.1中國電力事業需解決的兩個認識問題 (1)對西方電力改革實行電力自由化中屬于規律性的東西認識不足。 雖然在電力改革中也看到了西方正在進行的電力自由化，作過一些研究討論，不過其結果是否定的，且并不感興趣。原因主要是專家多認為西方的電力自由化還不適合目前中國的國情。從目前來看這固然不錯，我國的電力改革剛剛完成體制上的條塊分割，電力自由化似乎還是遙不必及的話題，但是這些討論和結論的缺點是：只強調差別而忽視共性，沒有看到西方電力自由化所表現的世界共性的東西，差別只是時間問題。 (2)忽視西方電力自由化的技術背景。 雖然西方電力自由化表現出來的多是商業經濟，但其實在背后推動的卻主要是技術力量，恰恰是這一點被我們的專家忽視了。西方采取電力自由化的技術背景，從大的環境來說是地球可持續發展政策所推動，從小的方面來說正是綠色能源技術的發展所要求，是分布式電源的發展所促使；小型電源電力零售商推動電力交易形式的變化，最終要求開放傳統集中控制的電力市場，恐怕才是西方電力自由化的內在動因。我們常常說物質決定精神，基礎決定上層建筑，西方的電力自由化的出現正是由其技術背景決定的這正是屬于規律性的東西，是不應當被忽視的。6.2前提是大力發展分布式電源 回顧我國電力事業近20年來的迅猛發展，在電源技術方面大機組大電網更側重于“大”的方面，在大型電技術上似乎已經接近世界先進水平；但是在“小”