印度分布式發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀

文/印度電器電子制造商協(xié)會(huì)V. S. Joshi

譯/北京機(jī)械電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所 張爽

全球約18億多人口存在電力供應(yīng)不足狀況，這些人大多數(shù)居住在發(fā)展中國家的偏遠(yuǎn)地區(qū)。盡管許多發(fā)展中國家正在努力實(shí)施農(nóng)村電力方案，但據(jù)觀察，財(cái)政困難仍然是執(zhí)行的首要瓶頸問題。政府正在努力擴(kuò)大農(nóng)村地區(qū)的電網(wǎng)，但同時(shí)也面臨著如無法回收成本、缺乏切實(shí)可行的價(jià)格機(jī)制等一系列問題。行業(yè)或政府對(duì)農(nóng)村電力供應(yīng)通常會(huì)給予一定的補(bǔ)貼，但因?yàn)槿丝诿芏扰c需求等一些因素，農(nóng)村電力的運(yùn)行成本還是相對(duì)較高。

分布式發(fā)電（Distributed Generation）是指將電力系統(tǒng)以小規(guī)模、分散式方式布置在用戶附近，可以獨(dú)立輸出電能的系統(tǒng)。利用當(dāng)?shù)刎S富的清潔能源，建立小規(guī)模型的發(fā)電系統(tǒng)，分布式發(fā)電被認(rèn)為是可以確保農(nóng)村地區(qū)電力供應(yīng)的發(fā)電形式之一，人們普遍認(rèn)為利用可再生能源的分布式發(fā)電在取得農(nóng)村電力化目標(biāo)的過程中具有非常重要的作用。

現(xiàn)在微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、太陽能發(fā)電在印度都還處于早期的商業(yè)運(yùn)行階段。這些技術(shù)最初研發(fā)主要是為了國防、航空及無污染交通工具的應(yīng)用，穩(wěn)定的電力市場(chǎng)為其提供了大量的商機(jī)。分布式發(fā)電站正在世界各地不斷普及，農(nóng)村電力化方案在發(fā)展中國家得到了廣泛實(shí)施。

分布式發(fā)電主要是小規(guī)模電力系統(tǒng)（發(fā)電功率在數(shù)KW- 50 MW的小型模塊），可獨(dú)立地輸出電能，靈活地分布在居民小區(qū)、建筑物甚至是每戶家庭附近，可以滿足消費(fèi)者的特殊需求。由于接近客戶，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與電力質(zhì)量都得到提高，熱量能效也得到改善；分布式發(fā)電另一顯著的優(yōu)勢(shì)在于它能夠明顯減少二氧化碳的排放。集中式供電對(duì)國家電力供應(yīng)至關(guān)重要，然而在不斷變化的能源需要方面，它又存在一定的局限性。

集中式供電系統(tǒng)的大型電站建在能源基地，需要耗費(fèi)長時(shí)間建設(shè)還需要巨大的投資。分布式發(fā)電是集中式供電的有益補(bǔ)充：(1)節(jié)省投資；(2)在所需地點(diǎn)發(fā)電，避免輸配電容量升級(jí)；(3)可以根據(jù)需要，將剩余電量靈活的向電網(wǎng)“倒送電”。集中式供電影響當(dāng)?shù)丨h(huán)境；而如果分布式發(fā)電有環(huán)境污染，只有分布式發(fā)電的受益者們才會(huì)受到環(huán)境影響。

電力系統(tǒng)改革已經(jīng)取得一定進(jìn)展，這將有助于開放能源市場(chǎng)，讓客戶自主選擇能源供應(yīng)商、電力傳輸方式與服務(wù)。市場(chǎng)越來越青睞小規(guī)模、模塊化的電源技術(shù)，這些技術(shù)可以迅速滿足市場(chǎng)需求。

分布式發(fā)電得到青睞的一些其他因素：

1）國內(nèi)國際對(duì)電力的需求都在不斷增加；

2）小型、模塊化的分布式發(fā)電技術(shù)可以顯著節(jié)約發(fā)電成本、改善性能；

3）針對(duì)環(huán)境問題，政府正在出臺(tái)相關(guān)的規(guī)章條例，對(duì)電力系統(tǒng)的能效與環(huán)保提出具體要求；

4）在一些領(lǐng)域，集中式供電的穩(wěn)定性與質(zhì)量無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

通過幾十年的深入研究，小規(guī)模、模塊化的燃?xì)獍l(fā)電在印度已經(jīng)取得了突破性的技術(shù)進(jìn)步，其在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與環(huán)保性能方面都有了重大改進(jìn)。分布式發(fā)電系統(tǒng)是一種清潔高效、系統(tǒng)可靠性高、更為靈活的電力選擇。其燃料更具有靈活性，可以是天然氣、丙烷；也可以是碳?xì)浠衔镏械玫降娜剂蠚怏w，包括煤或生物質(zhì)，甚至農(nóng)、林產(chǎn)業(yè)的廢棄物都可以用來作為燃料。

印度的燃?xì)廨啓C(jī)和往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)已經(jīng)取得了一定成績，但是經(jīng)過不斷的努力，它們還將作出更多貢獻(xiàn)。燃料電池已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，但需要更深入的研究與探索。目前印度的燃料電池/燃?xì)廨啓C(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)與21世紀(jì)燃料電池、風(fēng)力-柴油混合發(fā)電系統(tǒng)尚處在起步階段，也將具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

與傳統(tǒng)的集中式供電相比較

集中式供電是目前用電的主要來源，主要由蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。這些電站大都是10MW以上的電站，規(guī)模較大，對(duì)發(fā)電設(shè)施的要求也較高。這些大型電站需要燃料和補(bǔ)給，同時(shí)需要高壓輸電線路負(fù)責(zé)輸配電。我們可以將分布式發(fā)電與傳統(tǒng)的集中式供電作一下簡(jiǎn)單比較。

就新設(shè)備而言，分布式發(fā)電與傳統(tǒng)的集中式供電最直接的對(duì)比是能效。大型集中式供電的單位能效在28-35%之間，這取決于電站的服務(wù)年齡，這意味著只有28-35%的燃料能被轉(zhuǎn)化為有用電能。而小型燃料電池及適用于分布式發(fā)電的各種新型的聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)與大型往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的能效約為40-50%。一些新技術(shù)，如燃料電池/燃?xì)廨啓C(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)能效甚至達(dá)到70%。近二、三十年以來，一些熱電聯(lián)產(chǎn)、冷電聯(lián)產(chǎn)電站使用燃?xì)廨啓C(jī)與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，在熱帶條件下如印度，其燃料轉(zhuǎn)換能效約為65%-75%；而在寒冷地區(qū)，采用分布式發(fā)電的燃料能效可達(dá)90%。

分布式發(fā)電最大的優(yōu)勢(shì)是在短時(shí)間內(nèi)，發(fā)電系統(tǒng)即可安裝完畢。大多數(shù)分布式發(fā)電項(xiàng)目的安裝時(shí)間都要明顯少于煤、燃?xì)獍l(fā)電廠。隨著人口增長，分布式發(fā)電的執(zhí)行速度與模塊化性質(zhì)使得發(fā)展中國家能有效地進(jìn)行投資發(fā)電。

輸配電基礎(chǔ)設(shè)施意味著要在初期投資、持續(xù)運(yùn)營及維護(hù)方面進(jìn)行大量的投資。而分布式發(fā)電就設(shè)在電力應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，不會(huì)加重輸配電的負(fù)擔(dān)。此外，輸配電設(shè)施經(jīng)常要解決用戶問題，而分布式發(fā)電避免了這些成本和可靠性問題，在許多應(yīng)用案例中它都可以以較低的成本為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

印度新開發(fā)的分布式發(fā)電系統(tǒng)單位通常在5KW-20MW之間，運(yùn)行成為200美元-6000美元/KW。下面是就印度分布式發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用狀況所作的一些簡(jiǎn)短說明:

印度的分布式發(fā)電主要類型

微型燃?xì)廨啓C(jī)

微型燃?xì)廨啓C(jī)與傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)工作原理相同。空氣進(jìn)入壓縮機(jī)換熱器，受到擠壓。燃燒室混合了熱空氣與燃料，這種混合通過渦輪不斷擴(kuò)大，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)與發(fā)電機(jī)（轉(zhuǎn)速達(dá)到70,000-120,000 RPM）。燃燒的空氣進(jìn)行回?zé)嵫h(huán)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換為50/60Hz的高頻交流電。微型燃?xì)廨啓C(jī)的額定功率為25-500kW之間，一般投資成本為500-1000美元/KW。電力能效為27-32%。如果利用廢熱可以提高整體能效至80%。運(yùn)營成本（如發(fā)電成本）預(yù)計(jì)在，氮氧化物排放為0.1lb/BTU。微型燃?xì)廨啓C(jī)以天然氣、甲烷、柴油等作為燃料來源。具有體積小、多燃料、低油耗、低污染、高可靠性等一系列優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種分布式電源。

燃料電池

燃料電池直接將燃料中的氫氣借助電解質(zhì)與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水的同時(shí)進(jìn)行發(fā)電。氫氣和氧氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移，把電子的轉(zhuǎn)移取出，再連接到外部負(fù)載上面，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載供電。其過程簡(jiǎn)單，就是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，能效較高。忽略其產(chǎn)生的熱量，燃料電池的能效在35-65 %之間；如果對(duì)產(chǎn)生的熱量加以利用，燃料電池的能效可提升至80%。其運(yùn)營成本預(yù)計(jì)在燃料電池的氮氧化物排放非常低，約為0.003-0.03 lb/BTU。

燃料電池類似于電池，因?yàn)樗鼈兌纪ㄟ^化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生直流電，但與電池不同的是，燃料電池直接轉(zhuǎn)化富氫燃料為電能，只要有持續(xù)的燃料，它就會(huì)一直運(yùn)行。燃料電池通常針對(duì)50-1000kW的單個(gè)安裝地點(diǎn)，如高層辦公樓、醫(yī)院、學(xué)校、賓館、餐廳等等。小型燃料電池的開發(fā)商之前瞄準(zhǔn)了汽車市場(chǎng)，現(xiàn)在他們看到額定功率為5-10kW的住宅發(fā)電也是一個(gè)充滿潛力的市場(chǎng)。

風(fēng)能發(fā)電

風(fēng)力機(jī)或風(fēng)能轉(zhuǎn)換器可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。通常系統(tǒng)為30KW的獨(dú)立單位-3MW多個(gè)單位的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。風(fēng)輪高度約為80米，轉(zhuǎn)子直徑為65米。轉(zhuǎn)子由可變?nèi)~片角或不變?nèi)~片角構(gòu)成，它既可以與同步電機(jī)相連也可以與異步電機(jī)相連，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。同步發(fā)電機(jī)通常配備脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)換器，控制這些轉(zhuǎn)換器對(duì)風(fēng)車在電網(wǎng)中性能的調(diào)節(jié)非常重要。風(fēng)車經(jīng)常成組安裝或以風(fēng)電場(chǎng)形式出現(xiàn)，很少單獨(dú)使用。

對(duì)于風(fēng)力機(jī)而言，輸出的有功功率是由風(fēng)速?zèng)Q定的，會(huì)隨風(fēng)速的變化而變化，因此風(fēng)能發(fā)電的一個(gè)缺點(diǎn)就是不穩(wěn)定性，這使其連接到電網(wǎng)變得復(fù)雜。目前使用高壓直流線路將風(fēng)電場(chǎng)連接至傳輸電網(wǎng)的技術(shù)正在研究之中。

一些農(nóng)場(chǎng)主、牧場(chǎng)主在多風(fēng)地區(qū)喜歡使用風(fēng)力機(jī)，以節(jié)省電費(fèi)。目前風(fēng)能發(fā)電的費(fèi)用一般為1000美元/KW，發(fā)電能效約為25%左右。然而，需要說明的是在可再生燃料方面，風(fēng)能發(fā)電的能效不應(yīng)與燃料電池或微型燃?xì)廨啓C(jī)的能效相提并論。其運(yùn)營成本約為KWH。

太陽能發(fā)電

太陽能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換器件是太陽能電池，又叫光伏電池。太陽能電池發(fā)電的主要原理是光電伏打效應(yīng)。從上個(gè)世紀(jì)30年代開始，太陽能轉(zhuǎn)化為電能技術(shù)在印度已經(jīng)可行，但面臨的主要困難是光伏發(fā)電系統(tǒng)的高額投入，一般為6000美元/KW。太陽能發(fā)電的輸出功率與其表面積大小成正比，因此占地面積相對(duì)較大（0.02KW/m2）。其能效與風(fēng)車電能一樣，相對(duì)較低（6-20%），但這一數(shù)字不應(yīng)與非可再生能源系統(tǒng)相比。其運(yùn)營成本約為＜10KW的小型光伏電池一般應(yīng)用于屋頂或遠(yuǎn)程系統(tǒng)，一般不被連接到電網(wǎng)中。由于在室外工作，其輸出功率和能效嚴(yán)重受溫度與太陽照度的影響。如果沒有陽光，通常會(huì)造成能量不足。

生物質(zhì)能發(fā)電

生物質(zhì)能發(fā)電主要是開發(fā)利用農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)廢棄物為原料，也可以將城市固體垃圾為原料，采取直接燃燒或氣化的發(fā)電方式。

在發(fā)達(dá)國家生物質(zhì)能在熱電聯(lián)產(chǎn)中變得越來越重要。此外，在家庭與社區(qū)取暖應(yīng)用中，生物質(zhì)能作為一種清潔能源，也具有非常重要的作用。芬蘭、美國和瑞士等國家的人均生物質(zhì)能使用率要高于印度、中國等一些亞洲國家。印度的生物質(zhì)能發(fā)電估計(jì)可達(dá)16,000MW。

作為一種替代能源來源，生物質(zhì)能最突出的特點(diǎn)是是可再生能源，無二氧化碳排放。生物質(zhì)遍布世界各地，其蘊(yùn)藏量極大。地球上每個(gè)國家都有某種形式的生物質(zhì)。在未來生物質(zhì)能將成為全球可持續(xù)發(fā)展的重要能源資源。印度的小型沼氣池已經(jīng)設(shè)計(jì)研發(fā)成功，目前正在為印度國內(nèi)照明進(jìn)行測(cè)試。

結(jié)束語

在未來30年，預(yù)計(jì)發(fā)展中國家的全球能源消費(fèi)將增加一半以上。如何提高農(nóng)村生活水平，提高城市電力供應(yīng)的質(zhì)量與可靠性，行業(yè)要求與不斷增長的人口都給政府帶來了巨大的壓力。

燃料的高效利用與轉(zhuǎn)化、可持續(xù)性發(fā)展、環(huán)保將成為今后城市工業(yè)與服務(wù)部門對(duì)能源傳輸技術(shù)選擇的首要考慮因素。在農(nóng)村地區(qū)，電力服務(wù)地點(diǎn)相距遙遠(yuǎn)，靈活的小規(guī)模配電系統(tǒng)將是經(jīng)濟(jì)可行的選擇?？梢愿鶕?jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況（如地理位置、環(huán)境狀況、資源分布等）合理選擇分布式電源，充分利用當(dāng)?shù)氐馁Y源來發(fā)揮分布式發(fā)電的優(yōu)勢(shì)。分布式發(fā)電將是的有效解決方案。

作為傳統(tǒng)的集中式供電的有益補(bǔ)充，接近終端用戶、小規(guī)模的分布式發(fā)電將會(huì)為用戶提供投資更節(jié)省、更為環(huán)保的解決方案，它可以有效地解決發(fā)展中國家的電力需求，是未來能源領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。分布式發(fā)電在電力系統(tǒng)中將會(huì)發(fā)揮日益重要的作用，必然也會(huì)擁有日益廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。