分布式电源大都为分散的小规模电源,根据发电所用的燃料进行划分,主要包括各种可再生新能源分布式电源(太阳能、风能、生物质能、小水电、海洋能等)和燃用化石能源的微型燃气轮机等。
(1)燃用化石能源的微型燃气轮机
微型燃气轮机(microturbine)是一类新发展起来的,以天然气、丙烷、汽油、柴油等化石能源为主要燃料的小型热力发动机,功率范围一般为20—500kW。它的发电效率虽然不高,但可实现热电互联运行,提高化石能源利用率,且具有很好的可操控性和连续性,是目前开发的最具有商业竞争力的分布式电源之一。微型燃气轮机的工作原理如图所示。
图中可以看出:空气先由离心式压缩机压缩为高压气体,然后在回热器内被涡轮机排放的热气预热后作为氧化剂进入燃烧器内与燃料混合燃烧,燃烧后的高温燃气作为气动力推动向心式涡轮机做功,从而带动发电机发电。涡轮机做功后排放的余热气体除了预热高压空气外,还通过热交换器向外界供热,从而实现了能源的多级利用和热电联产。
与柴油机发电机组相比,微型燃机具有以下一系列先进技术特征:
(1)运动部件少,结构简单紧凑,重量轻,是传统燃机的1/4;
(2)可用多种燃料,燃料消耗率低、排放低,尤其是使用天然气;
(3)低振动、低噪音、寿命长、运行成本低;
(4)设计简单、备用件少、生产成本低;
(5)通过调节转速,即使不是满负荷运转,效率也非常高;
(6)可遥控和诊断;
(7)可多台集成扩容。
因此,先进的微型燃气轮机是提供清洁、可靠、高质量、多用途的小型分布式供电的最佳方式,使电站更靠近用户,无论对中心城市还是远郊农村甚至边远地区均能适用。制造商们相信,一旦达到适当的批量,微型燃气轮机有能力与中心发电厂相匹敌。对终端用户来说,与其它小型发电装置相比,微型燃气轮机是一种更好的环保型发电装置。
(2)太阳能发电
太阳能发电又分为太阳能热能发电和光伏发电2类。太阳能热能发电原理与传统的热发电相似,只不过这里产生蒸汽动力的热源为通过集热器收集来的太阳能;太阳能光伏发电利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转化为电能。太阳能发电技术受地域限制性小、建设灵活、无污染,发展潜力巨大。目前我国太阳能电池的产量约为1100MW,居世界第1位。但是太阳能发电也存在能量密度较低,容易受天气等因素影响,初期投入成本高等不利因素,这些都是我们未来分布式太阳能发电技术研究、改进的方向。
(3)风力发电机组
风力发电技术是通过风电动力装置将风能转化为机械能,再经过风电机组转化为电能的技术,所发电力经整流、逆变或与电网直接连接。目前先进的变速风力发电系统具备效率可调整和可优化的特点,能够最大限度地利用风能。
大中型风电机组并网发电,已经成为世界风能利用的主要形式。但是风力发电可靠性还不高,这是掣肘风力发电技术大规模并网应用的一个关键性因素,也是今后风力发电技术的重要研究方向。
针对以上所述的太阳能与风力发电各自优缺点,近年发展起来的风—光互补发电系统可将二者合理配置,兼顾可靠性的提高和运行成本的降低。
该系统利用太阳能电池组和风力发电机将交流电通过整流装置变为直流电储存到蓄电池中。当负载需要供电时,控制器将储存的直流电通过通过逆变器供给交流负载。而对于直流负载来说,则通过斩波装置获得电能。
(4)海洋能发电站
海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能等多种能源形态,但整体而言海洋能发电技术还处于初步发展阶段,相比而言,潮汐能的应用规模最大。
(5)地热发电
地热发电是以地下热水和蒸汽为动力源,其工作原理与火力发电相似。相对于太阳能热力发电和风能发电的不稳定性来说,地热能发电的输出功率较为稳定,但受地域限制性大。对于地热资源丰富的地区,地热发电是解决当地电能问题的一个不错选择。
(6)生物质能发电机组
生物质能发电是将生物质转化为可驱动发电机的能量形式(如沼气、燃气、燃油、酒精等),再按照常规发电技术进行发电。生物质能分布最为广泛,总量十分丰富,常常可以“变废为宝”,尤其是在山区、农村等农业地区应用前景广阔。
(7)燃料电池
燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置。它的工作原理是电解水的逆过程,即通过氢和氧的化合释放出电能,排放物为水蒸气,因此对环境无污染且无噪声。但是成本较高,目前还不能广泛地作商业化应用。