1、光伏发电系统中的集中式发电方式的概念还有集中式的特点,以及跟分布式的联系
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并网太阳能光伏发电系统是由光伏电池方阵并网逆变器组成,不经过蓄电池储能,通过并网逆变器直接将电能输入公共电网.并网太阳能光伏发电系统相比离网太阳能光伏发电系统省掉了蓄电池储能和释放的过程,减少了其中的能量消耗,节约了占地空间,还降低了配置成本.并网太阳能发电是太阳能光伏发电的发展方向,是21世纪极具潜力的能源利用技术。
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光伏并网发电系统分为集中式光伏并网发电系统和分散式光伏并网发电系统。
集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站,主要特点是将所发电能直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电.但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大,因而没有太大发展。
分散式小型并网光伏系统,特别是光伏建筑一体化发电系统,由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点,是发达国家并网光伏发电的主流.但在我国因政策优惠措施不到位,目前还不算普及.这方面是在我国今后亟待政策配套大力推广的绿新能源发展方向。
2、分布式能源与集中式供电的概念区别
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电能是当今人类活动中使用的基本能源形式。“规模效益”法则下“大机组、大电网、超高压”构筑了第一代能源系统。这种以大容量、高参数机组发电,超高压、远距离输电,机组互联、形成大电网供电的模式,我们称之为集中式供电。这种供电模式是当今电力工业的主要特征,正在为全世界90%以上的电力负荷供电,是发达国家电力工业走过的道路,也是发展中国家电力工业正在走的道路。
我们以北京的用电为例:一台30万千瓦发电机组,每发一度电的煤耗约为 380克(标煤),一台60万千瓦超临界发电机组每发一度电耗煤为330克,而国家产业政策限制准备淘汰的高能耗、高污染的中小发电机和柴油发电机的煤耗实际会大大增加。北京2004年的用电总量为445亿度,我们假设没有高耗煤的小机组发电,全部以30万千瓦发电机组的标准算,那么理论上北京一年需要一千六百九十万吨煤燃烧机组做功发电。当山西和内蒙古的火电厂生产出电后,按照我国的电力管理体制,需交由地方电网公司或直接交由华北电网公司,并经长距离的电网输送并多次变压到达北京市区,再根据用户的申请负荷支配使用。
整个过程需要由煤厂、发电厂、电网公司、土地局、规划局、消防部门、市政公司、用户等环节来完成。
分布式能源是相对于现行的集中式供电方式而言的第二代能源系统(也可理解为分散式供冷、热、电),它是用洁净能源(天然气)、生物质(秸秆、沼气)、新能源(氢)和可再生能源(风、太阳能、小水利)等为一次能源,将规模不一的发电和供热制冷等设备加以集成,分散式的方式布置在用户附近的能源系统,类似一个可独立地输出冷、热、电等能源的多功能小电站。它不是过去简单的在偏远的地区以煤发电,长距离的通过电网输到市内后多次变压,再以电照明或供热或制冷的过程,而是一个就地取材,把材“吃光用尽”,同时供应冷、热、电甚至肥、水等的系统过程,是一个完全不同于集中式供电的思路,因此我们把分布式能源称之为第二代能源系统。
我们以天然气和垃圾在大学校园的应用为例。学校里的正常工作和生活需要照明、蒸汽、采暖、制冷、生活热水、烘干热气等。传统的方式是电力部门将偏远电厂发的高压电多次变压到市内后,批准学校负荷申请后由学校投资变电站(柜),交纳增容费,架设电缆线,后给与供电,学校再购置一组应急发电机组来防止电网公司的突然断电;学校向热力
公司申请负荷,交纳增容费,铺设热力管道,建好换热站,再由热力公司在冬季供暖;学校向燃气公司申请负荷,交纳城市配套费,铺设燃气管道或采购煤炭,安装锅炉和热风机,解决炊事蒸汽、卫生热水和洗衣房烘干以及冬季空调加湿的需要;在夏季学校再使用电力制冷机组解决办公大楼、会议厅、图书室的制冷,用窗式空调解决教职员工和部分学生的室内制冷问题并形成校园内的“热岛效应”。而采用分布式能源系统,是一个完全不同的思路。我们在学校地下室或后院角安装几台小型模块化发电机组,利用天然气和饭店里污水处理设施产生的沼气等发电,将发电之后常规理解的废热通
过余热锅炉转换成为蒸汽,同时利用学校垃圾焚烧进行补充热量,冬季用这些蒸汽解决采暖、消毒、炊事和加湿的需要,夏季将这些蒸汽通过蒸汽吸收式机组制冷,并利用更低温度的锅炉废热和制冷机组冷却水中的余热来供应卫生热水,再利用较低温度的余热锅炉排烟作为空调除湿、洗衣房烘干,最后将仅剩的烟气注入花卉大棚利用其中的二氧化碳作为气体肥料,以及利用废热和烟气中的合成水浇灌花圃。总之,将天然气等原料中的能量“吃光用尽”,把污染源变为资源,来解决校园的多种能源之需。这种就近取材、一燃多供、充分利用、保护环境的能源多供方式就是分布式能源。整个过程需要由用户、燃气公司、市政公司、消防等部门来配合完成。
3、分布式能源与集中式供电的优劣比较
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一、分布式能源的优势
(一)有利于调整电力结构
据国家电监会的监测,2004年电荒席卷了国内21个省、市,在用电高峰时段电力供需缺口达2000万-3000万千瓦,步入2005年的第一个季度,全国共有24个省、市出现拉闸限电现象,按一定时间的高峰负荷计算,第一季度的电力缺口为950万-1250万千瓦,第二季度的电力缺口为1150万-1450万千瓦,第三季度总计约2000万-2500万千瓦的缺口,第四季度将出现较大缓解,电力缺口大致为700万千瓦左右。造成这种现象的原因,一是我国经济的飞速发展,对电力的需求不断加大;二是电力的供应基本还是传统的模式,其中以煤为燃料的大电厂供应着70%以上电力需求。但随着煤炭资源的减少,资源的矛盾更加突出,许多大电厂等米下锅,一旦某电厂因故停机,则会形成骨牌效应,引起更大范围的拉闸限电。
韩三平女儿停电不仅仅是影响人们的正常生活,给国民经济更会带来巨大的损失。亚洲开发银行主任、经济学家林伯强认为:“电力是一种敏感性商品,因为它会影响社会的稳定性和投资环境。由于电力短缺对经济的负面影响远大于电力过剩的影响,因此确保充足的供电能力以满足日益增长的电力需求就显得十分重要”。据2005年7月国家973节能项目“高效节能的关键科学问题”首席科学家华贲教授与笔者讨论时指出,现在每缺1度电会带来2.87元的直接经济损失,减少GDP7元人民币,以用电缺口占全国2/3的华东和华南地区为例,缺电约300亿度,将影响产出逾2000亿元人民币。林依晨手术
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我们假设把电看成是可以储存后使用的商品,从全年总量看,中国的电已经大大过剩。2004年长沙理工大学能源动力学院院长李录平教授研究后得出:中国真正的电力危机,是电力供需结构的不合理,一年电力紧缺的情况加起来也不到两个月左右的时间,也就是说其他10个多月的时间里,许多发电机处于闲置状态,其电力结构极度不合理。另据北京市电力系统2004年的统计,北京夏天电力负荷最高已经接近1000万千瓦,但是真正高过800万千瓦的负荷,全年只10天的时间,而为满足这10天的发电量却需要投资上百亿建大电厂,从投资理论讲显然是高投入低回报且后患无穷的投资行为。
其实清洁能源天然气也遇到了与火力发电厂类似的问题:“每年只是冬天4个月天然气供应的负荷非常高,夏天就只剩下老百姓做饭、洗澡用天然气了。”(中国热物理协会秘书长王振铭教授说)。据中石油天然气公司介绍,全国冬季与夏季的用气量比值是1:6的比例,平均全年管网利用率只有33%。也就是说,天然气管道的建设和用户的终端设备,与电力一样都是为最高的负荷设计的,而实际有效利用率很低。
发一条有深度的朋友圈由此划一条电力负荷线和一条天然气负荷线,可以清楚地看到,北京电力的负荷,在夏季出现一个非常高的“峰”,而夏季天然气却是一个很低的“谷”,在北京的夏天,空调是占了电力负荷的40%,在冬天天然气采暖负荷占到57%。那么我们有没有对电力和天然气负荷削“峰”填“谷”的和谐办法呢?
发展以天然气为燃料的分布式能源系统就能很好的解决这个矛盾。因为此时采用以天然气为燃料的燃汽轮机等冷热电三联供系统,不但可以解决冬夏季的供热与供冷的需要,同时也提供了一部分电力,由此可以减低总的电力峰荷,起到了调峰的作用;同时,也部分解决了天然气峰谷差过大的问题,发挥了天然气与电力的互补的作用。这样对减少巨额投资,调整电力和天然气供应结构都会起到积极作用。
(湖北与北京的用电负荷与结构接近,预测2005年湖北最大用电负荷将达到1280万千瓦,最大电力缺口在126万千瓦,北京最大电力负荷1070,最大电力缺口在100万千瓦以上,随着湖北的经济发展,冬季供暖必将变为现实。这也是本文多以北京为例的原因之一)
(二)能源利用率高
能耗水平高,能源利用率低下是我国能源利用现状。据2004年国家能源资料库《中国能源基本情况评价》介绍,尽管我国目前的人均能源消费量居世界之末(人均能耗:世界2050.4千克标煤,中国1141.2千克标煤;人均产能:世界2155.7千克标煤,中国1089.2千克标煤),但能耗却在世界的前列。我国能源系统的总效率(开采*加工*运输*利用)仅为9%,不及发达国家的一半。按万美元GDP能耗分析,全球平均为4.2吨标煤/万美元,而我国为15.74吨标煤/万美元,是其3.74倍。如火电标准煤耗,我国是国外先进水平的1.25倍,我国重点钢铁企业每年白白排放掉的高炉煤气和焦炉煤气便达60多万吨标准煤,一些低热值燃料的利用率仅为20%左右。
能耗还表现在交通运力不足。我国是一个以煤为主发电的国家,而能源资源存储的西富东贫和消费分布的不均衡性,大大增加了运输压力,形成了西煤东运、北煤南运的大批量、
远距离、路损严重的输送格局。多年来,由于运力不足造成了大量的路途损耗或煤炭积压,给国家造成很大的浪费,而分布式能源没有这样的损耗。
传统的电流单向从异地和郊区送往市中心,线损成为电力损耗的重要因素。分布式能源梯度逐级利用效率高,就近用户发电就地用电,也减少了输配电损失。按照WADE(原国际热电联产联盟,现更名国际分布式能源联盟)的统计,在美国和欧洲,每kW电网的投资为1380美元,电厂的投资为490美元;全世界电网传输损失平均为9.6%,非OECD组织国家为13.4%,并且都在逐年上升。而在负荷高峰时,网损可达20%。当然我国的电网损失不会低。分布式能源“就地”发电、供电,大大减少电网的投资、损耗和运行费用。用户可在电网、天然气管网的峰谷负荷和价格之间选择最佳时段运行,获得经济利益的最大化。同时,分布式发电对天然气管网和电网还可以起到削峰填谷的作用,也改善了输气管网和电网的总体效率与经济效益。这是能源利用率高的一方面。另一方面,据2003年上海交通大学制冷及低温工程研究所研究得出的表1-1可知,我们以天然气为燃料的冷热电分布式能源,其能源利用率达70-93%,而以煤为燃料的发电厂的利用率只36-41%,以天然气或柴油为燃料的燃气空调能源利用率也只有55%,以天然气或石油为燃料的锅炉效率较高,达到85%的利用率,但蒸汽的品位较电低,没有高品位的电。