分布式發(fā)電及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究綜述

【摘 要】隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，高風(fēng)速規(guī)?；L(fēng)資源地區(qū)的減少，對于那些不適合規(guī)模化開發(fā)，但資源條件又比較好的局部地區(qū)，分布式風(fēng)力發(fā)電提供了電力開發(fā)的一種新思路。本文分析了風(fēng)力分布式發(fā)電的概念、發(fā)電方式與優(yōu)點(diǎn)，并就風(fēng)力分布式發(fā)電的接入、運(yùn)行、故障維護(hù)等應(yīng)用進(jìn)行綜述。

【關(guān)鍵詞】分布式發(fā)電；風(fēng)力發(fā)電；電力系統(tǒng)

一、分布式發(fā)電

分布式發(fā)電（Distributed Generation，簡稱DG），通常是指發(fā)電功率在幾千瓦至數(shù)百兆瓦（也有的建議限制在30～50兆瓦以下）的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發(fā)電單元。分布式電源通常接入中壓或低壓配電系統(tǒng)，并會對配電系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。主要包括：以液體或氣體為燃料的內(nèi)燃機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、太陽能發(fā)電（光伏電池、光熱發(fā)電）、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等。其中戶用風(fēng)力發(fā)電是一種很好的分布式電源，特別是在風(fēng)力資源豐富地區(qū)的城市周邊，用戶用電量較大，應(yīng)該充分開發(fā)利用。

風(fēng)力發(fā)電的利用方式主要有兩類：一類是獨(dú)立運(yùn)行供電系統(tǒng)，利用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)為蓄電池充電，再通過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電向終端用戶供電；比如常見的城市照明系統(tǒng)。另一類是作為常規(guī)電源并網(wǎng)運(yùn)行， 風(fēng)電集中規(guī)?；_發(fā)，建設(shè)大規(guī)模風(fēng)電場，集中送出。

對比傳統(tǒng)能源，新能源存在能量密度低、供能過程具有隨機(jī)性和間歇性、不能大規(guī)模儲存等特點(diǎn)。風(fēng)電集中規(guī)模化開發(fā)給電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度和安全運(yùn)行帶來了一些技術(shù)難題，根據(jù)國外風(fēng)電建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，基本采取的都是分散式開發(fā)模式，很好的發(fā)揮了風(fēng)電自身的互補(bǔ)性和調(diào)節(jié)能力，有效地降低了電網(wǎng)安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。全國首個分布式風(fēng)電場華能定邊狼爾溝分布式示范風(fēng)電場的成功投產(chǎn)運(yùn)營，驗(yàn)證了分散式風(fēng)電場的在風(fēng)電開發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢。

二、分布式風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)

分布式風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個方面：

（1）分布式發(fā)電系統(tǒng)中各電站相互獨(dú)立，用戶由于可以自行控制，不會發(fā)生大規(guī)模停電事故，所以安全可靠性比較高；

（2）優(yōu)化能量利用效率，改善電能質(zhì)量，分布式風(fēng)電采用T接，可就近接入當(dāng)?shù)嘏潆娋€路，實(shí)現(xiàn)直供電方式，有效降低遠(yuǎn)距離送電造成的能量損耗，同時(shí)風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)一般處于電網(wǎng)末端，有效改善配電網(wǎng)電能質(zhì)量。

（3）分布式發(fā)電的輸配電成本較低，無需建配電站，可降低或避免附加的輸配電成本，提高輸電線路利用率。

（4）調(diào)峰性能好，操作簡單，由于參與運(yùn)行的系統(tǒng)少，啟?？焖?，便于實(shí)現(xiàn)全自動。

（5）采取風(fēng)電分布式接入模式可有效解決大規(guī)模集中式的風(fēng)電場開發(fā)所帶來的接入難、送出難、消納難、對電網(wǎng)安全影響等問題。

（6）相對于集中式風(fēng)電，降低電網(wǎng)調(diào)峰難度，避免“棄風(fēng)”造成的電量損失，確保項(xiàng)目經(jīng)營期內(nèi)的盈利能力。

三、風(fēng)力分布式發(fā)電的現(xiàn)狀與發(fā)展必要性

所謂分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目是指位于用電負(fù)荷中心附近，不以大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送電力為目的，所產(chǎn)生的電力就近接入電網(wǎng)，并在當(dāng)?shù)叵{的風(fēng)電項(xiàng)目。近年來，我國風(fēng)電集中式規(guī)?；l(fā)展?jié)u趨飽和，同時(shí)并網(wǎng)難問題一直懸而未決，脫網(wǎng)事故頻發(fā)，不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。為了解決這些問題，2011年，國家能源局相繼出臺《風(fēng)電開發(fā)建設(shè)管理暫行辦法》、《關(guān)于加強(qiáng)風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行管理的通知》等10多項(xiàng)規(guī)范性文件和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，作為基地化建設(shè)風(fēng)電項(xiàng)目的有益補(bǔ)充，國家能源局相關(guān)負(fù)責(zé)人在多個場合呼吁發(fā)展分散式風(fēng)電接入項(xiàng)目。國家能源局新能源與可再生能源司副司長史立山多次表示，在風(fēng)電發(fā)展方向上，應(yīng)從集中規(guī)模化開發(fā)向集中規(guī)?；c分散式開發(fā)“兩條腿走路”轉(zhuǎn)向。相比大基地大風(fēng)電，分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目具有諸多優(yōu)越性。中投顧問高級研究員李勝茂認(rèn)為，發(fā)展分散式風(fēng)電項(xiàng)目的優(yōu)勢在于最大限度地利用了風(fēng)力資源。在發(fā)電環(huán)節(jié)，分散式發(fā)電方式對風(fēng)速、占地面積等要求較低；在輸電環(huán)節(jié)，分散式發(fā)電方式的輸電距離通常較短等特點(diǎn)。此前，有數(shù)據(jù)顯示，到2015年，并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)1億千瓦，同時(shí)分布式風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)2500萬千瓦。

四、分布式風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）分布式風(fēng)力發(fā)電接入

1、風(fēng)能資源分析

應(yīng)通過氣象數(shù)據(jù)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)模擬，以及現(xiàn)場測風(fēng)等方式進(jìn)行風(fēng)能資源分析，提出風(fēng)電項(xiàng)目主要的風(fēng)能資源評估成果，以及場址對風(fēng)電機(jī)組安全等級的要求。

2、機(jī)型選擇及發(fā)電量估算

（1）根據(jù)風(fēng)能資源評價(jià)結(jié)論、風(fēng)電機(jī)組預(yù)選機(jī)位的建設(shè)條件提出備選風(fēng)電機(jī)組類型，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較提出推薦機(jī)型。

（2）結(jié)合場址區(qū)風(fēng)況特征和風(fēng)電機(jī)組功率曲線，在計(jì)算理論發(fā)電量的基礎(chǔ)上考慮各種損耗、折減提出風(fēng)電項(xiàng)目年上網(wǎng)電量與等效滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)。

3、工程地質(zhì)

（1）收集場址區(qū)地質(zhì)資料，了解規(guī)劃場址區(qū)各巖土層的工程地質(zhì)特性，了解擬建工程區(qū)場地穩(wěn)定性和工程建設(shè)的可能性與適宜性。根據(jù)需要進(jìn)行地質(zhì)詳細(xì)勘察。

（2）確定場址地震動參數(shù)，評價(jià)工程場地的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性；初步查明風(fēng)電機(jī)組地基巖土體的成因類型、物質(zhì)組成、工程性狀。初步提出各巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)建議值和地基承載力建議值、風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)型式及持力層的選擇建議；收集環(huán)境水及環(huán)境土體相關(guān)資料，初步評價(jià)環(huán)境水及土體的腐蝕性。

4、電氣

（1）風(fēng)電機(jī)組所發(fā)電能通過一級升壓方式升壓，不建風(fēng)電匯集升壓站。風(fēng)電機(jī)組出口電壓經(jīng)預(yù)裝式箱式變電站升壓至35kV或10kV后接入附近電網(wǎng)現(xiàn)有變電站或線路。

（2）風(fēng)電預(yù)裝式箱式變電站宜選用性能可靠、保護(hù)完備的箱式變壓器，風(fēng)電機(jī)組與箱式變之間宜采用一機(jī)一變的單元接線方式。

（3）同一地點(diǎn)相鄰的多臺風(fēng)電機(jī)組應(yīng)通過組串方式接入系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)。

（4）風(fēng)電機(jī)組數(shù)量較多時(shí)，建設(shè)單位可在項(xiàng)目所在縣（市）設(shè)立1個運(yùn)行集控中心，統(tǒng)一負(fù)責(zé)整個縣（市）的分散接入風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控管理、運(yùn)行維護(hù)等工作。

5、土建

（1）風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)參照FD02-2007《風(fēng)電場工程等級劃分與設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》確定。

（2）風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)巖土體物理力學(xué)參數(shù)、風(fēng)電機(jī)組廠家提供的上部結(jié)構(gòu)荷載等資料，按照FD03-2007《風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定》的要求，通過初步計(jì)算確定風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)型式、體型尺寸和工程量。

（3）應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件情況進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的地基處理、防腐設(shè)計(jì)、監(jiān)測設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)，并提出箱式變電站基礎(chǔ)和集電線路土建初步的設(shè)計(jì)方案。

（二）風(fēng)電機(jī)組的試運(yùn)行

1、試運(yùn)行測試

制造商的說明中需要包含風(fēng)電機(jī)組安裝后的測試檢查，確保所有設(shè)備、控制系統(tǒng)和儀表功能正常。包括但不限于下列內(nèi)容：啟動；停機(jī)；正常及蓄電池順槳測試、葉片零度及槳葉編碼器修正；模擬由于過速或其它典型故障的緊急停機(jī)；安全系統(tǒng)的功能測試。

2、記錄

安裝完成后，制造商的說明書需包含測試、試運(yùn)行、控制參數(shù)和保護(hù)定值等，并作為機(jī)組檔案保存。

3、試運(yùn)行后的操作

安裝完成后，進(jìn)入試運(yùn)行階段，具體需要的操作將由制造商完成。這些不僅僅包含緊固部件緊固，更換潤滑油，檢查零件的運(yùn)轉(zhuǎn)，適當(dāng)調(diào)整控制參數(shù)。風(fēng)場現(xiàn)場要進(jìn)行危險(xiǎn)品的清理和做防腐處理。

（三）異常運(yùn)行和事故處理

對于標(biāo)志機(jī)組有異常情況的報(bào)警信號，運(yùn)行人員要根據(jù)報(bào)警信號所提供的部位進(jìn)行現(xiàn)場檢查和處理。

1、風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行中發(fā)生設(shè)備和部件超過運(yùn)行溫度而自動停機(jī)的處理：

風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行中發(fā)電機(jī)溫度、可控硅溫度、控制箱溫度、齒輪箱油溫、機(jī)械制動剎車片溫度超定值均會造成自動停機(jī)。待故障排除后 ， 才能再啟動風(fēng)電機(jī)組。

2、風(fēng)電機(jī)組液壓控制系統(tǒng)油壓過低而自動停機(jī)的處理：

運(yùn)行人員應(yīng)檢查油泵工作是否正常。如油壓不正常，應(yīng)檢查油泵、油壓缸及有關(guān)閥門 ，待故障排除后再恢復(fù)機(jī)組自啟動。

3、風(fēng)電機(jī)組偏航故障而造成自動停機(jī)的處理：

運(yùn)行人員應(yīng)檢查偏航機(jī)構(gòu)電氣回路、偏航電動機(jī)與纏繞傳感器工作是否正常，電動機(jī)損壞應(yīng)予更換，對于因纏繞傳感器故障致使電纜不能松線的應(yīng)予處理。待故障排除后再恢復(fù)自啟動。

4、風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速超過極限或振動超過允許振幅而自動停機(jī)的處理：

風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中，由于葉尖制動系統(tǒng)或變槳系統(tǒng)失靈會造成風(fēng)電機(jī)組超速；機(jī)械不平衡，則造成風(fēng)電機(jī)組振動超過極限值。以上情況發(fā)生均使風(fēng)電機(jī)組安全停機(jī)。運(yùn)行人員應(yīng)檢查超速、振動的原因，經(jīng)處理后，才允許重新啟動。

5、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中發(fā)生系統(tǒng)斷電或線路開關(guān)跳閘的處理：

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生系統(tǒng)故障造成斷電或線路故障導(dǎo)致線路開關(guān)跳閘時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)檢查線路斷電或跳閘原因，待系統(tǒng)恢復(fù)正常，向調(diào)度申請同意后重新啟動機(jī)組并網(wǎng)。

五、結(jié)束語

總的來說，如果把傳統(tǒng)的集中式風(fēng)電開發(fā)比作在“主動脈系統(tǒng)”里隨機(jī)地供應(yīng)間歇性“血流”，那分散式風(fēng)電場就像在“毛細(xì)血管”進(jìn)行小范圍的補(bǔ)充。比較來看，分散式風(fēng)電對電網(wǎng)運(yùn)行的影響相對效小，這種“分散資源、分散利用”的方式將為風(fēng)電開發(fā)建設(shè)模式提供新的思路。

分布式發(fā)電是電力行業(yè)的重大技術(shù)改革，隨著電力體制改革的發(fā)展，分布式發(fā)電也可為一些用戶提供一種“自立”的選擇，使其更能適應(yīng)易變的電力市場。此外，由于分布式發(fā)電設(shè)施的安裝周期短，不需要現(xiàn)存的基礎(chǔ)設(shè)施，而且與大型的中央電站及發(fā)電設(shè)施相比總投資較少，因此在電力競爭性市場建立后分布式發(fā)電的作用將會日益明顯和重要，從而可與現(xiàn)有電力系統(tǒng)結(jié)合形成一個高效、靈活的電力系統(tǒng)，提高整個社會的能源利用率，提高整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和電力質(zhì)量。

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作者簡介：

徐峰，男（1983年-）工程師，華能定邊新能源發(fā)電有限公司。