分散式供電是指將發電系統以小規模（數千瓦至50MW的小型模組式）、分散式的方式布置在用戶附近，它是相對於傳統的集中式供電方式而言的。這個概念是從1978年美國公共事業管理政策法（PURRA）公布後正式先在美國推廣，然後被其它先進國家接受的。
基本介紹
- 中文名：分散式供電技術
- 外文名：Distributed Generation
- 提出時間：1978年
- 分類：微型燃氣輪機、太陽能發電等
- 優點：安全穩定
- 存在問題：利用率有待提高
分散式供電主要方式,分類,優點,存在問題,分散式供電發展方向,
分散式供電主要方式
分散式發電方式多種多樣，根據燃料不同，可分為化石能源與可再生能源；根據用戶需求不同，有電力單供方式與熱電聯產方式（CHP），或冷熱電三聯產方式（CCHP）；根據循環方式不同，可分為燃氣輪機發電方式，蒸汽輪機發電方式或柴油機發電方式等。表1列出了主要的分散式供電方式。在產業革命後的200年中，煤炭一直是世界範圍內的主要能源，而隨著科技、經濟的發展，石油在一次能源結構中的比例不斷增加，於20世紀60年代超過煤炭。此後，石油、煤炭所占比例緩慢下降，天然氣比例上升；同時，新能源、可再生能源逐步發展，形成了當前的以化石燃料為主和新能源、可再生能源並存的格局。然而，雖然可再生能源是取之無盡的潔淨能源，但其能源密度低，穩定性較差，需要蓄能調節，長期穩定運行困難，且由於技術不夠成熟，可再生能源一次投資較大，經濟性差；而化石能源的發電技術不僅更加成熟，而且效率更高。因此，作為分散式供電的發電技術，化石能源是主要方向。
分類
分散式電源大都為分散的小規模電源，根據發電所用的燃料進行劃分，主要包括各種可再生新能源分散式電源(太陽能、風能、生物質能、小水電、海洋能等)和燃用化石能源的微型燃氣輪機等。
(1)燃用化石能源的微型燃氣輪機
微型燃氣輪機(microturbine)是一類新發展起來的，以天然氣、丙烷、汽油、柴油等化石能源為主要燃料的小型熱力發動機，功率範圍一般為20—500kW。它的發電效率雖然不高，但可實現熱電互聯運行，提高化石能源利用率，且具有很好的可操控性和連續性，是目前開發的最具有商業競爭力的分散式電源之一。微型燃氣輪機的工作原理如右圖所示。
由上圖可以看出:空氣先由離心式壓縮機壓縮為高壓氣體，然後在回熱器內被渦輪機排放的熱氣預熱後作為氧化劑進入燃燒器內與燃料混合燃燒，燃燒後的高溫燃氣作為氣動力推動向心式渦輪機做功，從而帶動發電機發電。渦輪機做功後排放的餘熱氣體除了預熱高壓空氣外，還通過熱交換器向外界供熱，從而實現了能源的多級利用和熱電聯產。
與柴油機發電機組相比，微型燃機具有以下一系列先進技術特徵：
（1）運動部件少，結構簡單緊湊，重量輕，是傳統燃機的1/4；
（2）可用多種燃料，燃料消耗率低、排放低，尤其是使用天然氣；
（3）低振動、低噪音、壽命長、運行成本低；
（4）設計簡單、備用件少、生產成本低；
（5）通過調節轉速，即使不是滿負荷運轉，效率也非常高；
（6）可遙控和診斷；
（7）可多台集成擴容。
因此，先進的微型燃氣輪機是提供清潔、可靠、高質量、多用途的小型分散式供電的最佳方式，使電站更靠近用戶，無論對中心城市還是遠郊農村甚至邊遠地區均能適用。製造商們相信，一旦達到適當的批量，微型燃氣輪機有能力與中心發電廠相匹敵。對終端用戶來說，與其它小型發電裝置相比，微型燃氣輪機是一種更好的環保型發電裝置。
(2)太陽能發電
太陽能發電又分為太陽能熱能發電和光伏發電2類。太陽能熱能發電原理與傳統的熱發電相似，只不過這裡產生蒸汽動力的熱源為通過集熱器收集來的太陽能;太陽能光伏發電利用半導體材料的光電效應直接將太陽能轉化為電能。太陽能發電技術受地域限制性小、建設靈活、無污染，發展潛力巨大。目前我國太陽能電池的產量約為1100MW，居世界第1位。但是太陽能發電也存在能量密度較低，容易受天氣等因素影響，初期投入成本高等不利因素，這些都是我們未來分散式太陽能發電技術研究、改進的方向。
(3)風力發電機組
風力發電技術是通過風電動力裝置將風能轉化為機械能，再經過風電機組轉化為電能的技術，所發電力經整流、逆變或與電網直接連線。目前先進的變速風力發電系統具備效率可調整和可最佳化的特點，能夠最大限度地利用風能。
大中型風電機組併網發電，已經成為世界風能利用的主要形式。但是風力發電可靠性還不高，這是掣肘風力發電技術大規模併網套用的一個關鍵性因素，也是今後風力發電技術的重要研究方向。
針對以上所述的太陽能與風力發電各自優缺點，近年發展起來的風—光互補發電系統可將二者合理配置，兼顧可靠性的提高和運行成本的降低。右圖為風—光互補發電系統結構示意圖。
該系統利用太陽能電池組和風力發電機將交流電通過整流裝置變為直流電儲存到蓄電池中。當負載需要供電時，控制器將儲存的直流電通過通過逆變器供給交流負載。而對於直流負載來說，則通過斬波裝置獲得電能。
(4)海洋能發電站
海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能和鹽差能等多種能源形態，但整體而言海洋能發電技術還處於初步發展階段，相比而言，潮汐能的套用規模最大。
(5)地熱發電
地熱發電是以地下熱水和蒸汽為動力源，其工作原理與火力發電相似。相對於太陽能熱力發電和風能發電的不穩定性來說，地熱能發電的輸出功率較為穩定，但受地域限制性大。對於地熱資源豐富的地區，地熱發電是解決當地電能問題的一個不錯選擇。
(6)生物質能發電機組
生物質能發電是將生物質轉化為可驅動發電機的能量形式(如沼氣、燃氣、燃油、酒精等)，再按照常規發電技術進行發電。生物質能分布最為廣泛，總量十分豐富，常常可以“變廢為寶”，尤其是在山區、農村等農業地區套用前景廣闊。
(7)燃料電池
燃料電池是一種直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能轉化為電能的發電裝置。它的工作原理是電解水的逆過程，即通過氫和氧的化合釋放出電能，排放物為水蒸氣，因此對環境無污染且無噪聲。但是成本較高，目前還不能廣泛地作商業化套用。燃料電池系統如右圖所示。
優點
與集中供電電站相比，分散式供電具有以下優勢：沒有或很低輸配電損耗；無需建設配電站，可避免或延緩增加的輸配電成本；適合多種熱電比的變化，可使系統根據熱或電的需求進行調節從而增加年設備利用小時；土建和安裝成本低；各電站相互獨立，用戶可自行控制，不會發生大規模供電事故，供電的可靠性高；可進行遙控和監測區域電力質量和性能；非常適合對鄉村、牧區、山區、發展中區域及商業區和居民區提供電力；大量減少了環保壓力。
1、滿足特殊場合的需求
分散式供電可以滿足特殊場合的需求，如：不適宜鋪設電網的西部等偏遠地區或散布的用戶；對供電安全穩定性要求較高的特殊用戶如醫院、銀行等；能源需求較為多樣化的用戶，需要電力的同時還需要熱或冷能的供應。因為它最大的優點是不需遠距離輸配電設備，輸電損失顯著減少，運行安全可靠，並可按需要方便、靈活地利用排氣熱量實現熱電聯產或熱電冷三聯產，提高能源利用率。
2、安全穩定性方面
分散式供電方式可以彌補大電網在安全穩定性方面的不足：在世界上大型火電廠建設的趨勢有增無減之時，電網的急速膨脹對供電安全與穩定性帶來很大威脅，而各種形式的小型分散式供電系統，使國民經濟、國家安全至關重要而又極為脆弱的紐帶--大電網，不再孤立和笨拙。
3、大大地提高供電可靠性
直接安置在用戶近旁的分散式發電裝置與大電網配合，可大大地提高供電可靠性，在電網崩潰和意外災害（例如地震、暴風雪、人為破壞、戰爭）情況下，可維持重要用戶的供電。分散式供電方式為能源的綜合梯級利用提供了可能：常規的集中供電方式能量形式相對單一，當用戶不僅僅需要電力，而且需要其它能量形式如冷能和熱能的供應時，僅通過電力來滿足上述需要時難以實現能量的綜合梯級利用，而分散式供電方式以其規模小、靈活性強等特點，通過不同循環的有機整合可以在滿足用戶需求的同時實現能量的綜合梯級利用，並且克服了冷能和熱能無法遠距離傳輸的困難。
4、開闢新的方向
分散式供電方式為可再生能源的利用開闢了新的方向：相對於化石能源而言，可再生能源能流密度較低、分散性強，而且目前的可再生能源利用系統規模小、能源利用率較低，作為集中供電手段是不現實的。而分散式供電方式為可再生能源利用的發展提供了新的動力。我國的可再生能源資源豐富，發展可再生能源是21世紀減少環境污染和溫室氣體排放以及替代化石能源的必然要求，因此為充分利用量多面廣的可再生能源發電，方便安全地向偏僻少能源地區供電，現在建設可再生能源分散式供電的呼聲漸漸高漲。
存在問題
還應指出，對目前世界能源產業面臨亟待解決的四大問題：合理調整能源結構、進一步提高能源利用效率、改善能源產業的安全性、解決環境污染，單一的大電網集中供電解決上述問題存在困難，而分散式供電系統恰好可以在提高能源利用率、改善安全性與解決環境污染方面做出突出的貢獻。因此，大電網與分散的小型分散式供電方式的合理結合，被全球能源、電力專家認為是投資省、能耗低、可靠性高的靈活能源系統，成為21世紀電力工業的發展方向。這就是說，世界電力工業已經開始向傳統電力工業的模式告別，走向依靠大型發電站和小型分散式供電廣泛結合的過渡的“分散式”電力系統，從而大大改善供電效率、供電品質和減輕當今電力行業對環境影響形成的負擔、減少興建和改善輸配電線路。而且，由於近來發生的加州供電危機，國外有的觀點甚至認為今後在大力發展分散式供電的情況下，大型中心電站將走向衰落。
分散式供電發展方向
雖然回熱等有效提高微型燃氣輪機系統熱轉功效率的手段得到套用，微型燃機發電效率已從17%~20%上升到當前的26%~30%，但以微型燃氣輪機作為動力的簡單的分散式供電系統的熱轉功效率依然遠小於大型集中供電電站。如何有效提高分散式供電系統的能量利用效率是當前分散式供電技術發展所面臨的主要障礙之一。
正如常規的集中供電電站可以通過功熱並供提高能源利用率一樣，分散式供電系統在用戶需要的情況下，同樣可以在生產電力的同時提供熱能或同時滿足供熱、製冷兩方面的需求。而後者則成為一種先進的能源利用系統-冷熱電三聯產系統。與簡單的供電系統相比，冷熱電三聯產系統可以在大幅度提高系統能源利用率的同時，降低環境污染，明顯改善系統的熱經濟性。因此，三聯產技術是目前分散式供電發展的主要方向之一。
目前我國正處在經濟高速發展時期，提高資源綜合利用效率，是我國能源工業能否持續支撐國家現代化建設的關鍵所在。我國能源利用水平距世界已開發國家還有很大的差距，日益增長的電力需求遠未得到滿足，“大機組、大電廠、大電網”的大規模、集中式的電網供電依然是我國目前能源工業的主要發展方向。
但是，我國需要分散式供電。這是因為：
（1）我國幅員遼闊，但物產資源相對貧乏，而且經濟發展不平衡。對於西部等偏遠、落後地區而言，由於其遠離經濟發達地區，形成一定規模的、強大的集中式西北電網系統需要很長時間和巨額的投資，這無法滿足目前西部經濟快速發展的需要。而分散式供電系統可以藉助西部天然氣資源豐富、可再生能源有多種多樣的優勢，在短時間內，以較小的投資為代價，為西部經濟發展提供有利的支撐；對於東南沿海經濟發達地區，由於生活水平的日益提高，已經出現了類似於西方已開發國家的對於能源產品需求多樣化的趨勢，與集中式供電相比，分散式供電可以為解決上述問題提供更加圓滿的方案。
（2）隨著經濟建設的飛速發展，我國集中式供電電網的規模迅速膨脹。這種發展所帶來的安全性問題是不容忽視的，如紐約市、台灣島二次大停電已為我們敲響了警鐘。為了及時抑制這種趨勢的蔓延，只有合理地調整供電結構、有效地將分散式供電和集中式供電結合在一起，構架更加安全穩定的電力系統。
（3）縱觀西方已開發國家的能源產業的發展過程，可以發現：它經歷了從分散式供電到集中式供電，又到分散式供電方式的演變。造成這種現象不僅僅是由於生活水平的需求，而且也是集中式供電方式自身所固有的缺陷造成的。毋庸置疑，隨著社會的發展，我國能源產業也將面臨類似的問題。因此，雖然從目前能源產業的發展情況來看，集中式供電是我國能源系統發展的主要方向，但從長遠看，構造一個集中式供電與分散式供電相結合的合理的能源系統，增加電網的質量和可靠性，將為我國能源產業的發展打下堅實的基礎。
所以，我國近期應發展大機組、大電廠，同時，不失時機、因地制宜地興建分散式供電設施。可以預見，隨著西部大開發的深入進行，特別是“西氣東輸”工程的開展，我國沿線區域和邊遠地區的分散式供電將得到極大的發展。
