分布式電源技術(shù)相關(guān)問題的討論

劉星

【摘要】：分布式電源的特點(diǎn)是能夠有效地應(yīng)用一系列分散的資源，涵蓋取得的可再生資源與化石類燃料，且實(shí)現(xiàn)資源應(yīng)用效率的提升。分布式電源從配電網(wǎng)并網(wǎng)后，對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、潮流、故障特征等產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，導(dǎo)致現(xiàn)有配電網(wǎng)保護(hù)無法準(zhǔn)確判斷故障的位置而出現(xiàn)拒動、誤動現(xiàn)象，必須改變現(xiàn)有繼電保護(hù)性能，以提高電網(wǎng)對分布式電源的消納能力。分布式電源的應(yīng)用需要研究哪些技術(shù)問題，本文就此展開探討。

【關(guān)鍵詞】：分布式電源；技術(shù)問題；討論

1、導(dǎo)言

國家發(fā)改委國家能源局《關(guān)于促進(jìn)智能電網(wǎng)發(fā)展的指導(dǎo)意見》中提出，到2020年實(shí)現(xiàn)清潔能源的充分消納，加快分布式電源（DG）的廣泛接入和有效互動，實(shí)現(xiàn)能源資源優(yōu)化配置和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。近年來，隨著DG接入配電網(wǎng)，其對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、潮流、故障特征等產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

2、優(yōu)化配置智能電網(wǎng)當(dāng)中的分布式電源

2.1配置分布式電源步驟

將分布式電源配置在固有的電網(wǎng)中，先是結(jié)合我國有關(guān)的能源政策、地域因素的制約、能源的約束等，全面地思考一系列的要素之后，對分布式電源的位置與類別進(jìn)行選擇；其次，根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際現(xiàn)狀，對配合系統(tǒng)和分布式電源的問題進(jìn)行解決，思考分布式電源的綜合方案與并網(wǎng)方式，借助科學(xué)的優(yōu)化算法對分布式電源的配置容量與最理想配置點(diǎn)進(jìn)行確定，進(jìn)而使接入的分布式電源不但不會制約電網(wǎng)的可靠性與安全性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)最為理想的效益。

2.2配置分布式電源的模型

2.2.1發(fā)電企業(yè)規(guī)劃模型。這種模型著眼于發(fā)電公司的利益，對地方的負(fù)荷需要進(jìn)行分析，在不制約配電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定和安全的基礎(chǔ)上對分布式電源開展定容與選址，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最大化的發(fā)電公司收益。針對發(fā)電公司來講，實(shí)現(xiàn)最大的利潤是其規(guī)劃目標(biāo)，模型的目標(biāo)函數(shù)應(yīng)當(dāng)兼顧分布式電源的運(yùn)行和維護(hù)成本以及售電收益。

2.2.2電網(wǎng)企業(yè)規(guī)劃模型。這種配電網(wǎng)規(guī)劃模型涵蓋分布式電源，其立足于配電企業(yè)的利益，結(jié)合所供地方負(fù)荷增長的現(xiàn)狀，在配電企業(yè)付出最少成本的情況下，獲得能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)荷增長要求的系統(tǒng)最為理想的增容策略，涵蓋分布式電源或者變電站、新建線路組成的方案。

2.2.3終端用戶規(guī)劃模型。這種模型立足于終端用戶的利益，結(jié)合自身符合增長的要求，目的是為了實(shí)現(xiàn)終端用戶最少的用電成本，在分布式電源和大電網(wǎng)共同供電的形勢下，對分布式電源開展定容選址。對終端用戶來講，使用電成本最少是其規(guī)劃目標(biāo)，模擬目標(biāo)函數(shù)應(yīng)兼顧電網(wǎng)企業(yè)的購電費(fèi)用與分布式電源的運(yùn)行、維護(hù)成本。

2.3激勵發(fā)展清潔分布式電源的必要性

很長一段時間以來，我國發(fā)電廠成本預(yù)算通常不涵蓋環(huán)境成本，這會無償?shù)卣加靡恍╇娫吹沫h(huán)境價(jià)值，不但不利于發(fā)展清潔能源，而且會導(dǎo)致過度地發(fā)展嚴(yán)重污染的電源，這不利于發(fā)展分布式電源。為此，以能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作為視角，十分有必要實(shí)現(xiàn)成本化的環(huán)境效益。在發(fā)電成本當(dāng)中列入環(huán)境成本，一是能夠推動發(fā)電公司有效地統(tǒng)一自身利益和環(huán)保，從而積極主動地完善技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管理能力的增強(qiáng)，實(shí)施有效的策略減少成本。二是為環(huán)保部對環(huán)境的治理籌集一些資金。如此一來，有助于發(fā)電公司環(huán)保觀念的增強(qiáng)，推動發(fā)電公司的公平與合理競爭。

3、氫儲能所涉及的關(guān)鍵技術(shù)

3.1新能源電力波動適應(yīng)性的高效電解制氫技術(shù)

氫儲能系統(tǒng)通過電解制氫環(huán)節(jié)將電能轉(zhuǎn)化為氫能，電解水制氫系統(tǒng)要求輸入功率盡量恒定?，F(xiàn)有成熟的電解制氫設(shè)備的供電系統(tǒng)都是為穩(wěn)定電源設(shè)計(jì)的，僅能適應(yīng)50%～100%范圍內(nèi)的功率波動。需研究適應(yīng)風(fēng)電場功率快速、寬功率波動特征的水電解適應(yīng)性技術(shù)，開發(fā)適用于波動性新能源的電解制氫系統(tǒng)電力變換器。

此外，輸入功率隨機(jī)波動會導(dǎo)致電解槽工作電壓的頻繁變化，急劇降低電解效率，大大縮短電解壽命。配合間歇性新能源接入的電解制氫系統(tǒng)輸入功率需要實(shí)時動態(tài)跟隨新能源發(fā)電出力的大幅度頻繁變化，現(xiàn)有制氫技術(shù)遠(yuǎn)不能滿足新能源發(fā)電制氫的需求，需開展電解槽對新能源波動的實(shí)時響應(yīng)特性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)研究。

3.2高效、大容量儲氫技術(shù)

目前，氫的大容量存儲問題尚未解決，缺少方便有效地儲氫材料和儲氫技術(shù)，嚴(yán)重制約氫能的開發(fā)和利用，急需開發(fā)質(zhì)量儲氫密度和體積儲氫密度高、放氫溫度低的高效儲氫技術(shù)。例如，利用吸氫材料與氫氣反應(yīng)生成固溶體和氫化物的固體合金儲氫技術(shù)，不僅能夠有效彌補(bǔ)氣液兩種存儲方式的不足，而且體積儲氫密度大，安全性高，操作容易，特別適合于體積和安全性要求較嚴(yán)格的大容量電網(wǎng)應(yīng)用場合。

目前，儲氫材料的研究大多是以電動汽車為主要應(yīng)用方向開展的，追求質(zhì)量和體積儲氫密度高、放氫速度快，而電網(wǎng)對于儲氫材料有著不同的需求，例如質(zhì)量儲氫密度、分解溫度等方面。因此，研發(fā)適用于電網(wǎng)的高效、長壽命、低成本和高性能的儲氫技術(shù)，是推動氫儲能在新能源接入中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3.3氫儲能系統(tǒng)熱、質(zhì)、電高效耦合技術(shù)

氫儲能系統(tǒng)中的電解槽和燃料電池在工作過程中會產(chǎn)生熱，而合金儲氫系統(tǒng)放氫過程中需要吸收熱，如何實(shí)現(xiàn)高效的熱管理是提升系統(tǒng)效率的關(guān)鍵途徑之一。電解制取的氫氣需要高效儲存到儲氫罐中，儲氫罐的放氫流量需要與燃料電池發(fā)電功率相匹配，實(shí)現(xiàn)氫氣的高效利用。電解制氫需要純凈水，水供應(yīng)不足會降低制氫效率；氫的儲存需要脫水，脫水不及時會降低儲氫效率并影響壽命；燃料電池發(fā)電會產(chǎn)生水，排放不及時會影響電池壽命和效率，如何實(shí)現(xiàn)高效的水管理也是提升系統(tǒng)效率的關(guān)鍵途徑之一。

新能源發(fā)電與電解槽的功率需要匹配，大容量合金儲氫系統(tǒng)氫的釋放需要電加熱，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)自身需要消耗電能維持穩(wěn)定工作，如何實(shí)現(xiàn)高效的電能管理也是提升效率的關(guān)鍵途徑之一。因此，氫儲能系統(tǒng)熱、質(zhì)、電高效耦合技術(shù)是提高氫儲能系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。

結(jié)論

綜上所述，電網(wǎng)的調(diào)節(jié)僅依靠傳統(tǒng)的大電網(wǎng)電源，不讓分布式電源主動參與電網(wǎng)電壓和頻率的調(diào)節(jié)，也沒要求分布式電源具備低電壓穿越的能力。在系統(tǒng)接入電力電子型分布式電源之后，能夠借助隔離變壓器與串聯(lián)電抗器實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方案的改變，從而對電網(wǎng)減少影響。

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