（内蒙古华电新能源分公司 内蒙古呼和浩特市 010010）
摘要：本文对分布式风力发电系统的特点及发电原理进行研究，结合别墅为模型分析了小型风力发电在城市周边应用的经济性。
关键词：风力发电，分布式，经济性，可再生能源
分布式风力发电是目前逐步发展的一种发电方式，潜力巨大。作为集中式发电的补充，分布式风力发电技术在现行电网中有着广泛的应用。
1、分布式风力发电研究
1.1分布式风力发电系统的特点
分布式风力发电系统的最大特点就是环境适应性强，无论是高原、山地，还是海岛、边远地区，只要风能达到一定的条件，都可以正常运行，为用户终端供电。一般来说风力发电和太阳能光伏发电是可以互相补充的，风力发电机组和太阳能光伏储电装置通过技术改造可以共同组合成一套联合供电系统，解决小范围的居民生活用电完全不成问题。
1.2分布式风力发电技术发电原理
风力发电从技术角度可以分为恒速恒频和变速恒频两种类型。变速恒频技术因其利用风能充分、控制系统先进、灵活而成为风电技术的主流。在实际利用中，分布式风力发电一般与其他发电形式相互组合，例如风力发电同太阳能发电相组合形成的“风光”发电系统；风力发电同柴油机组发电组合形成的“风油”发电系统；还有三者共同组合成的“风光油”发电系统。不同地区根据各自不同的特点选择适合自身条件的组合形式，充分利用环境优势发展新型能源。尤其值得关注的是“风光”组合发电系统，使用纯天然、无污染的风能和光能发电，代表着分布式发电技术的未来发展方向。从严格意义上来说，风能也是来自于太阳能，是太阳对地球大气造成影响产生的气流，无论是在时间上还是在空间上，二者都有着很强的互补性，太阳能光伏发电技术和风力发电技术在环境适应性上不相上下，都适合建立分布式发电机组，二者组合拥有良好的匹配性，在未来很长一段时间里会成为引领可再生能源开发的趋势潮流。从风能资源的地域分布上看，越是位置偏远、人烟稀少的地方风能资源就越丰富，而这些地方无论是交通成本还是常规电网供电成本都相当的高，由于人口稀少，用电负荷普遍不高，在这些地区周边发展风力发电，能够充分利用好丰富的风能资源，除供应周边居民用电外，还可以接入大电网支持周边城市的电网供应。
2、分布式风力发电经济性评估
分散电源具有良好的环境效益，其中一个重要的方面是节能减排效益，具体表现在:
1)应用可再生能源或燃料电池等无污染或污染较小的分散电源技术，替代传统的集中式化石燃料发电，从而减少1种或者多种污染物的排放量。如风力和太阳能发电可提供全绿色电力，以天然气为燃料的微型燃气轮机释放的SO2是许多燃煤发电厂释放量的25%，NOx(氮氧化物)释放量低于1%，而CO2释放量则低于40%，因此，这些分散电源足够清洁，可安装在居民区或者商业区。
2)靠近负荷中心的分散电源容量不大，灵活性高，易于实现能量的综合梯级利用，满足电、热、冷等不同形式的负荷需求，提高能源利用效率，从而节约能源和减少污染物排放，如小型热电联产、冷热电联产等。
3)通过合理优化不同类型的分散电源在电网中的位置和容量，可以降低输配电网损耗。
4)用于间歇式可再生能源发电配套的储能装置可减少由于供需不平衡引起的电能损失，从而提高可再生能源利用效率。
5)大量应用的分散储能装置可在电网负荷较低时存储高效率机组的电能，在负荷较高时放电，从而替代低效率机组的电能。
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可以预见，随着分布式发电供能技术的发展、环境保护政策的实施、配电侧竞争的电力市场的出现，以及智能电网战略的推进等，具有效率高、运行灵活、类型多样等优点的分散电源必将高度融入环境关注度日益增大的电源和电网规划，成为未来智能配电网不可或缺的一个组成部分。
3、不确定性因素分析
相对于传统电源规划，分布式发电供能系统规划面临更多的不确定性因素，包括风速变化、日照强度变化和燃料价格变化等，而且对这些因素更敏感。风速和日照强度是强自然因素，很难改变，只能预测预报;燃料价格，包括天然气价格、汽油和柴油价格等，受供需关系影响很大。可以预见的是，伴随着能源紧缺、需求增大，燃料价格必然会普遍上涨，而分布式发电的兴起带来的燃料需求则会加速这一过程，同时，传统电力系统的沉滞成本、规模效益和完善的燃料运输体系等因素使得。随着天然气价格不断上升，微型燃气轮机出力逐渐变小，当价格达到1.0美元/m3时，微型燃气轮机出力为0，其电量由风力发电填补，由于风力发电成本较高，其余部分电量从电网购入，但因电网排污量较大，剩余的电量由柴油发电补充，从而减小CO2增加量，但仍改变不了CO2排放量增加的趋势。可以看出，由于风力发电和太阳能光伏发电的成本均较高，传统化石燃料价格的上涨将削弱分布式发电的优势，不利于节能减排。因此，降低可再生能源发电成本、提高可再生能源发电技术水平，以及大力推广可再生能源发电是规避燃料价格波动风险以及实现智能电网长远战略规划和实行节能减排政策的重要手段。
风速较低时，过多的风力发电将是不经济的，由于电网电价相对较低，天然气价格较低以及微型燃气轮机效率高、排污少，系统负荷主要靠从电网购电和采用微型燃气轮机供电满足，CO2排放量较大。风速较高时，满足相同出力所需的风力发电机数量少，同时减小微型燃气轮机和柴油发电机出力，向电网购电量也减少，可再生能源利用率越大，能量成本越低，同时，CO2排放量越少。准确的风能资源评估和精确的风速预测与测量是减小风资源间歇性和随机性影响、规避巨额投资风险、建立灵活多变和智能调度且节能环保的智能电网的关键技术。
4、CHP及其效率分析
本文模拟了CHP，对微型燃气轮机和柴油发电机等设备进行余热利用。下面分析余热利用效率对节能减排的影响。其中，余热利用效率为0表示该发电机组不采用CHP模式。为在同一条件下进行比较，以余热利用效率为25%的电源组合优化结果(风力发电机6台、微型燃气轮机出力120kW)为基础，考虑不同余热利用效率下的CO2排放量变化情况。余热利用效率越高，向电网购电量越小，相应的CO2排放量越小。发展高效率的多联供技术是分布式发电作为节能减排手段的重要一环。随着中国“西气东输”天然气覆盖大量终端用户，以天然气为一次能源的分布式多联供系统是未来的重点发展方向，可作为构建中国特色智能电网[9]的重要组成部分。
5、结语
随着国家全面实施节能减排和推进智能电网建设，新能源逐渐成为推动节能减排的重要力量，包含新能源的分散电源发电和交互式供电供能是节能减排的一个重要技术，是电力节能减排领先其他行业的重要筹码，也是未来智能电网的发展模式之一。本文提出了考虑不同优化目标、多类型分散电源、不同负荷类型的分布式发电供能系统能量优化模型及其求解思路，算例分析表明所提出的模型及算法的合理性和有效性。同时，基于关键参数的灵敏度分析，重点讨论了分布式发电供能系统的节能减排效益，得到了一些有益结论。
由于分布式发电供能系统规划和运行面临着发电机及其他组件状态、负荷水平、燃料供给、自然资源等多方面的不确定性因素，考虑随机性和模糊性等不确定性因素的数学建模和优化是下一步的主要研究工作。
参考文献
[1]万铭成.分布式发电技术在电网中的应用[J].技术与市场，2017年12期.
[2]张家熙，李德鑫.分布式风电场对配电网暂态电压稳定性的影响[J].吉林电力，2017年1期.
论文作者:王灿,齐奇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：分布式论文; 电网论文; 风力发电论文; 燃气轮机论文; 风能论文; 组合论文; 技术论文; 《电力设备》2018年第16期论文;