分布式電源本身并非一種全新的電源形式,過去,在醫(yī)院、礦山等一些重要的部門或場所,用戶往往自行安裝一些小型發(fā)電設備作為緊急備用電源,目的是為增加可靠性和安全性。目前所謂的分布式電源通常并非指采用柴油發(fā)電機組的緊急備用電源或燃煤的自備電廠小熱電,而是指以天然氣為燃料的燃氣輪機、內燃機、微型汽輪機發(fā)電、光伏發(fā)電、風能發(fā)電、生物質能發(fā)電等。由于其在效率、能源多樣化、環(huán)保、節(jié)能等多方面的優(yōu)越性,再加上能源問題日益突出、電力市場化快速發(fā)展,以及分布式電源技術的發(fā)展,使分布式電源獲得廣泛的關注。
然而,分布式電源的并網運行會給主網帶來一系列問題,包括電壓波動、逆潮流、諧波等問題。這些問題的嚴重程度與所聯網的電壓等級、短路容量、聯網的設備及其控制方法、電源的性質及其容量等密切相關。為適應我國分布式電源的發(fā)展,保證分布式電源接入情況下電網的電能質量水平,必須建立相應的指導性規(guī)范。
記者:我國分布式電源的發(fā)展過程中存在哪些阻礙?
胡學浩:從經濟性角度看,采用以天然氣為燃料的燃氣輪機、內燃機、微型燃氣輪機等發(fā)電系統的分布式電源前景并不是很光明。因為我國天然氣這種非可再生能源的儲量有限,主要還需供居民生活用,隨著城鎮(zhèn)化程度越來越高,城鎮(zhèn)家庭對天然氣的使用需求會不斷增加,天然氣的價格還是要上升的。即使國家提出要建設1000個天然氣發(fā)電試點,實施起來恐怕也有相當大的難度。
此外,采用生物質能發(fā)電的分布式電源也很難推廣,因為中國的生物質能發(fā)電本身缺原料,而且原料的收集半徑較大,運輸成本較高。此外,生物質能發(fā)電的余熱利用并不充分,這導致采用生物質能發(fā)電的分布式電源效率并不高。
采用太陽能光伏發(fā)電的分布式電源前景則比較樂觀。風能和地區(qū)有關,而太陽能哪里都有。采用太陽能光伏發(fā)電的分布式電源現在最大的問題不是并網問題,而是經濟性問題。第一,光伏發(fā)電成本還比較高;第二,我們沒有足夠的地方安裝光伏發(fā)電設備,我們的城市沒有足夠面積的屋頂安裝太陽能光伏電池板。
雖然,中國的太陽能光伏發(fā)電設備的價格下降較快,這是個好事,但是我們沒有足夠的安裝空間。中國的現實情況和國外一些分布式電源發(fā)展較快的國家不同,像美國、日本、德國等國家,由于私人擁有別墅的數量較多,所以用于安裝太陽能光伏發(fā)電的屋頂面積較充足。在這些國家,只要設備價格合適,安裝得當,個人完全可以安裝分布式電源。此外,一些國家還有政策支持和財政補貼。比如,日本將在2015年前后,最晚不超過2020年,實現光伏發(fā)電價和其他電價同水平,電價相同那么就會有更多的人使用太陽能光伏發(fā)電這樣的清潔能源。
記者:目前來看,個人安裝太陽能光伏發(fā)電設備的數量會快速增長嗎?
胡學浩:目前,安裝太陽能光伏發(fā)電并申請入網的個人還是少數。我們可以算一筆賬,一套三室一廳的房子,要滿足家庭所有電器的使用需要,至少要安裝8千瓦的太陽能光伏發(fā)電設備。目前,安裝一套4千瓦的太陽能光伏發(fā)電設備大約需要人民幣8萬元左右,安裝8千瓦的設備需要16萬元左右。這些家庭如果直接從電網購電的話,一年的電費也就是3千元左右,16萬元能用購買近50年的用電量。而太陽能光伏發(fā)電設備的壽命也就是15?20年。所以,從經濟性角度來說個人安裝不合算。
而且,太陽能光伏發(fā)電的占地面積非常大。目前,1平方米太陽能光伏電池板每小時大約發(fā)電100瓦,一個家庭如果要安裝4千瓦的太陽能光伏電池板則,需要占地40平米,占地面積還是比較大的。
其實,我比較贊成農村的屋頂安裝分布式電源,因為中國農村有最多的適合安裝太陽能光伏發(fā)電設備的屋頂。農村家家有1?2層的房屋,這些屋頂足夠用于安裝分布式電源,只要國家給予政策支持,就能解決一部分家庭的用電問題。
但即便如此,在中國,分布式電源也只能解決較小比例的用電問題。因為中國的居民生活用電只占全社會用電量的10%?12%,即使中國所有的家庭的屋頂全部安裝分布式電源,全部自給自足,也只不過解決了10%的用電問題。而占全社會用電量70%的是工業(yè)用電,要依靠分布式電源解決工業(yè)用電問題恐怕很難實現。中國的用電情況和國外不同,在美國,其商業(yè)用電、工業(yè)用電、居民用電各占全社會用電量的三分之一。
記者:分布式電源并網是否會對現有電網產生影響?
胡學浩:當分布式電源與配電網并網運行時會產生—些問題。由于分布式電源是由客戶來控制的,因此將根據其自身的需要起動和停運分布式電源,這可能使配電網的電壓常常發(fā)生波動。分布式電源的頻繁起動會使配電線路上的負荷潮流變化大,從而加大電壓調整的難度,調節(jié)不好會使電壓超標。當分布式電源切換成孤島方式運行時,如果無儲能元件或其能量太小,就易使客戶負荷發(fā)生電壓閃變。此外,電力電子型的分布式電源還易產生諧波,造成諧波污染。
此外,配電網中大量的繼電保護裝置早已存在,不可能為了新增的分布式電源而做大量改動,分布式電源必須與之配合并適應它。當分布式電源的功率注入電網時,會使原來的繼電器保護區(qū)縮小,從而影響繼電保護裝置正常工作。
雖然在許多情況下,分布式電源接入配電網側裝有逆功率繼電器,正常運行時不會向電網注入功率,但當配電系統發(fā)生故障時,短路瞬間會有分布式電源的電流注入電網,增加了配電網開關的短路電流水平,可能使配電網的開關短路電流超標。因此,大功率分布式電源接入電網時,必須事先進行電網分析和計算,以確定分布式電源對配電網短路電流水平的影響程度。
當分布式電源通過變壓器、電纜線路、開關等與配電網相連時,一旦配電網發(fā)生故障而系統側開關斷開時,分布式電源側開關也會斷開,假如此時分布式電源變壓器未接負荷,變壓器的電抗與電纜的大電容可能發(fā)生鐵磁諧振而造成過電壓,還可能引起大的電磁力,使變壓器發(fā)出噪聲或使變壓器損壞。
記者:如何預防分布式電源并網可能出現的上述問題?
胡學浩:從電網安全角度出發(fā),我們必須制定詳細的指導性規(guī)范文件,要保證所有用戶的用電可靠性、供電連續(xù)性。我國的分布式電源的數量現在還比較少,影響現在還沒有顯現出來,未來一旦數量增加,就有可能出現問題。所以,要細化分布式電源的并網規(guī)定,以免問題發(fā)生。
分布式電源發(fā)展比較好的國家,像美國、日本,都自己的指導性規(guī)范文件。2003年,有位日本朋友送給我一本日本分布式電源并網的導則,這本導則有厚厚的500頁,對分布式電源并網的規(guī)范規(guī)定得相當細,條條框框很多。美國2001年就開始制定分布式電源并網的相關指導性規(guī)范文件,2003年出版,后續(xù)還不斷修訂完善。目前,中國在分布式電源并網指導性規(guī)范文件制定方面還落后與美國、日本等國家。
這幾年,我國分布式電源并網的指導性規(guī)范文件一直在研究制定中,國家電網公司為此也做出了努力。目前,國家電網公司已經編制了《關于做好分布式電網并網服務工作的意見》《關于促進分布式電源并網管理工作的意見》《分布式電源接入配電網相關技術規(guī)范》等指導性規(guī)范文件。未來,我們還會有行業(yè)級和國家級的指導性規(guī)范??偟膩砜矗覀兡壳暗闹笇幸?guī)范規(guī)定的內容還只是粗框框。
我認為中國分布式電源的發(fā)展不會受并網問題的制約,因為最多不超過10年,這些限制分布式電源發(fā)展的技術問題都能解決,包括實驗、編制指導性規(guī)范、工程示范等都能完成。而能夠阻礙分布式電源發(fā)展的恰恰是能源價格、資源狀況等真正的瓶頸。
然而,分布式電源的并網運行會給主網帶來一系列問題,包括電壓波動、逆潮流、諧波等問題。這些問題的嚴重程度與所聯網的電壓等級、短路容量、聯網的設備及其控制方法、電源的性質及其容量等密切相關。為適應我國分布式電源的發(fā)展,保證分布式電源接入情況下電網的電能質量水平,必須建立相應的指導性規(guī)范。
記者:我國分布式電源的發(fā)展過程中存在哪些阻礙?
胡學浩:從經濟性角度看,采用以天然氣為燃料的燃氣輪機、內燃機、微型燃氣輪機等發(fā)電系統的分布式電源前景并不是很光明。因為我國天然氣這種非可再生能源的儲量有限,主要還需供居民生活用,隨著城鎮(zhèn)化程度越來越高,城鎮(zhèn)家庭對天然氣的使用需求會不斷增加,天然氣的價格還是要上升的。即使國家提出要建設1000個天然氣發(fā)電試點,實施起來恐怕也有相當大的難度。
此外,采用生物質能發(fā)電的分布式電源也很難推廣,因為中國的生物質能發(fā)電本身缺原料,而且原料的收集半徑較大,運輸成本較高。此外,生物質能發(fā)電的余熱利用并不充分,這導致采用生物質能發(fā)電的分布式電源效率并不高。
采用太陽能光伏發(fā)電的分布式電源前景則比較樂觀。風能和地區(qū)有關,而太陽能哪里都有。采用太陽能光伏發(fā)電的分布式電源現在最大的問題不是并網問題,而是經濟性問題。第一,光伏發(fā)電成本還比較高;第二,我們沒有足夠的地方安裝光伏發(fā)電設備,我們的城市沒有足夠面積的屋頂安裝太陽能光伏電池板。
雖然,中國的太陽能光伏發(fā)電設備的價格下降較快,這是個好事,但是我們沒有足夠的安裝空間。中國的現實情況和國外一些分布式電源發(fā)展較快的國家不同,像美國、日本、德國等國家,由于私人擁有別墅的數量較多,所以用于安裝太陽能光伏發(fā)電的屋頂面積較充足。在這些國家,只要設備價格合適,安裝得當,個人完全可以安裝分布式電源。此外,一些國家還有政策支持和財政補貼。比如,日本將在2015年前后,最晚不超過2020年,實現光伏發(fā)電價和其他電價同水平,電價相同那么就會有更多的人使用太陽能光伏發(fā)電這樣的清潔能源。
記者:目前來看,個人安裝太陽能光伏發(fā)電設備的數量會快速增長嗎?
胡學浩:目前,安裝太陽能光伏發(fā)電并申請入網的個人還是少數。我們可以算一筆賬,一套三室一廳的房子,要滿足家庭所有電器的使用需要,至少要安裝8千瓦的太陽能光伏發(fā)電設備。目前,安裝一套4千瓦的太陽能光伏發(fā)電設備大約需要人民幣8萬元左右,安裝8千瓦的設備需要16萬元左右。這些家庭如果直接從電網購電的話,一年的電費也就是3千元左右,16萬元能用購買近50年的用電量。而太陽能光伏發(fā)電設備的壽命也就是15?20年。所以,從經濟性角度來說個人安裝不合算。
而且,太陽能光伏發(fā)電的占地面積非常大。目前,1平方米太陽能光伏電池板每小時大約發(fā)電100瓦,一個家庭如果要安裝4千瓦的太陽能光伏電池板則,需要占地40平米,占地面積還是比較大的。
其實,我比較贊成農村的屋頂安裝分布式電源,因為中國農村有最多的適合安裝太陽能光伏發(fā)電設備的屋頂。農村家家有1?2層的房屋,這些屋頂足夠用于安裝分布式電源,只要國家給予政策支持,就能解決一部分家庭的用電問題。
但即便如此,在中國,分布式電源也只能解決較小比例的用電問題。因為中國的居民生活用電只占全社會用電量的10%?12%,即使中國所有的家庭的屋頂全部安裝分布式電源,全部自給自足,也只不過解決了10%的用電問題。而占全社會用電量70%的是工業(yè)用電,要依靠分布式電源解決工業(yè)用電問題恐怕很難實現。中國的用電情況和國外不同,在美國,其商業(yè)用電、工業(yè)用電、居民用電各占全社會用電量的三分之一。
記者:分布式電源并網是否會對現有電網產生影響?
胡學浩:當分布式電源與配電網并網運行時會產生—些問題。由于分布式電源是由客戶來控制的,因此將根據其自身的需要起動和停運分布式電源,這可能使配電網的電壓常常發(fā)生波動。分布式電源的頻繁起動會使配電線路上的負荷潮流變化大,從而加大電壓調整的難度,調節(jié)不好會使電壓超標。當分布式電源切換成孤島方式運行時,如果無儲能元件或其能量太小,就易使客戶負荷發(fā)生電壓閃變。此外,電力電子型的分布式電源還易產生諧波,造成諧波污染。
此外,配電網中大量的繼電保護裝置早已存在,不可能為了新增的分布式電源而做大量改動,分布式電源必須與之配合并適應它。當分布式電源的功率注入電網時,會使原來的繼電器保護區(qū)縮小,從而影響繼電保護裝置正常工作。
雖然在許多情況下,分布式電源接入配電網側裝有逆功率繼電器,正常運行時不會向電網注入功率,但當配電系統發(fā)生故障時,短路瞬間會有分布式電源的電流注入電網,增加了配電網開關的短路電流水平,可能使配電網的開關短路電流超標。因此,大功率分布式電源接入電網時,必須事先進行電網分析和計算,以確定分布式電源對配電網短路電流水平的影響程度。
當分布式電源通過變壓器、電纜線路、開關等與配電網相連時,一旦配電網發(fā)生故障而系統側開關斷開時,分布式電源側開關也會斷開,假如此時分布式電源變壓器未接負荷,變壓器的電抗與電纜的大電容可能發(fā)生鐵磁諧振而造成過電壓,還可能引起大的電磁力,使變壓器發(fā)出噪聲或使變壓器損壞。
記者:如何預防分布式電源并網可能出現的上述問題?
胡學浩:從電網安全角度出發(fā),我們必須制定詳細的指導性規(guī)范文件,要保證所有用戶的用電可靠性、供電連續(xù)性。我國的分布式電源的數量現在還比較少,影響現在還沒有顯現出來,未來一旦數量增加,就有可能出現問題。所以,要細化分布式電源的并網規(guī)定,以免問題發(fā)生。
分布式電源發(fā)展比較好的國家,像美國、日本,都自己的指導性規(guī)范文件。2003年,有位日本朋友送給我一本日本分布式電源并網的導則,這本導則有厚厚的500頁,對分布式電源并網的規(guī)范規(guī)定得相當細,條條框框很多。美國2001年就開始制定分布式電源并網的相關指導性規(guī)范文件,2003年出版,后續(xù)還不斷修訂完善。目前,中國在分布式電源并網指導性規(guī)范文件制定方面還落后與美國、日本等國家。
這幾年,我國分布式電源并網的指導性規(guī)范文件一直在研究制定中,國家電網公司為此也做出了努力。目前,國家電網公司已經編制了《關于做好分布式電網并網服務工作的意見》《關于促進分布式電源并網管理工作的意見》《分布式電源接入配電網相關技術規(guī)范》等指導性規(guī)范文件。未來,我們還會有行業(yè)級和國家級的指導性規(guī)范??偟膩砜矗覀兡壳暗闹笇幸?guī)范規(guī)定的內容還只是粗框框。
我認為中國分布式電源的發(fā)展不會受并網問題的制約,因為最多不超過10年,這些限制分布式電源發(fā)展的技術問題都能解決,包括實驗、編制指導性規(guī)范、工程示范等都能完成。而能夠阻礙分布式電源發(fā)展的恰恰是能源價格、資源狀況等真正的瓶頸。