生态城市建设中的可再生能源分布式发电技术

分布式发电（Distributed Generation，DG）是相对于传统的集中式供电方式而言，通常指发电功率在数千瓦至50千瓦，小型模块化且分散布置在用户附近的高效、可靠的发电技术。分布式发电分为两类：一类是利用不可再生能源的分布式发电，主要是采用化石燃料作为能源如煤电等，这类发电方式通常会产生较多的二氧化碳和二氧化硫等废弃物。另一类则是利用可再生能源的分布式发电，它包括风力发电、生物质发电、垃圾废弃物发电、地热发电、太阳能发电等[11]。在低碳生态城市中，应当积极发展可再生能源分布式发电技术。

（一）可再生能源分布式发电的优点

1.与大电网优势互补、灵活可靠

将分布式发电应用于传统的电力系统，既可以满足电力系统和用户的特定要求，又可以提高系统的灵活性、可靠性和经济性。随着一些大的停电事故的发生，小容量、低成本的可再生能源分布式发电受到了广泛的重视。由于分布式发电系统是相互独立的，当大电网发生故障时，分布式发电可以避免一些灾难性后果的发生，保证其用户的供电不受影响。

2.资源节约、环境友好

利用可再生能源发电可以缓解枯竭性化石能源的大量消耗，有利于控制和修复环境污染、减排温室气体，用化石能源每发电1度，就要向自然界排放2公斤左右的二氧化碳，如果用可再生能源代替化石能源则每发电1度，就能减少等量的二氧化碳排放。中国的可再生能源呈区域性分布特征，吉林、青岛、山东等地的风能，包头的地热资源以及各地的城市生活垃圾、生物质能等，这些都适用于建立分散式的、靠近终端用户的发电系统。[12]

（二）主要电源技术

可再生能源分布式发电中主要电源技术包括太阳能发电的光伏发电技术、燃料电池技术、风力发电技术和生物质发电技术等。

1.燃料电池技术

燃料电池的工作原理是富含氢的燃料（如天然气、甲醇）与空气中的氧气结合生成水，氢氧离子的定向移动在外电路形成电流，通过电化学的过程将燃料的化学能转化为电能。通常，燃料电池发电设备主要由三部分组成：燃料处理部分、电池反应堆部分、电力电子换流控制部分[13]。作为小规模联供技术的原动机，燃料电池是一种高效、洁净的发电装置，非常适合于做分布式电源。该技术主要应用于单体建筑或居住区内的能源系统，主要与大电网形成联合供应系统，满足日常生活中冷热能源需求。

2.风力发电技术

风力发电机组从能量转换角度分成两部分：风力机和发电机。风速作用在风力机的叶片上产生转矩，该转矩驱动轮毂转动，通过齿轮箱高速轴、刹车盘和联轴器再与异步发电机转子相连，从而发电运行。风力发电形式可分为离网型和并网型[14]。并网型风力发电是大规模开发风电的主要形式，也是近几年来风电发展的主要趋势。在风力资源较丰富的地区应当积极运用风力发电，并尽量采用并网型形式。

3.光伏电池技术

光伏电池是将可再生的太阳能转化成电能的一种电装置。虽然光伏电池与常规发电相比有技术条件的限制，如投资成本高、系统运行的随机性等，但由于它利用的是可再生的太阳能，因此其前景依然被看好。在城市建设中，应当在太阳日照充足地区积极利用屋顶布置太阳能发电设备，这样就可以根据建筑分布的区域形成独立的发电系统，从而减少大电网的供电量，促进可再生能源的利用。

4.生物质发电技术

生物质发电是首先将生物质转化为可驱动发电机的能量形式（如燃气、燃油、酒精等），再按照通用的发电技术发电。以生物质发电技术为电源的分布式发电系统更加适用于生物质丰富的地区，比如农村地区、郊野公园等。在这些地区，可以积极通过该技术进行分布式发电的应用。

（三）分布式发电系统中的储能技术

1.飞轮储能技术

飞轮储能技术是一种机械储能方式，利用高速旋转的飞轮来储存能量。由于飞轮材料和轴承问题等关键技术一直没有解决而停滞不前，20世纪90年代以来，由于高强度的碳纤维材料、低损耗磁悬浮轴承、电力电子学三方面技术的发展，飞轮储能器才得以重提，并且得到了快速的发展。

2.超导储能技术

超导储能系统利用由超导线制成的线圈，将电网供电励磁产生的磁场能量储存起来，在需要时再将储存的能量送回电网或作他用。

3.蓄电池储能技术

蓄电池储能系统由电池、直交逆变器、控制装置和辅助设备（安全、环境保护设备）等组成，目前在小型分布式发电中应用最为广泛。根据所使用化学物质的不同，蓄电池可以分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等。(www.xing528.com)

4.超级容器储能技术

超级电容器使用特殊材料制作电极和电解质，这种电容器的存储容量是普通电容器的20～1000倍，同时又保持了传统电容器释放能量速度快的特点。根据储能原理的不同，可以把超级电容器分为两类：双电层电容器和电化学电容器。

（四）分布式发电的并网技术

可再生能源的分布式发电要并入城市的大电网才能够更好地发挥作用。目前，微网技术是分布式发电系统与大电网并网的技术之一。微网技术是集成多个分布式发电机（DG）和负荷的独立系统，提供电能和热能，其中大多数DG都是基于电力电子设备提供所要求的灵活性，以确保作为一个单独的集成系统运行。对于大电力系统来说这种控制的灵活性允许微网是一个单独的可控模块，以满足本地负荷的可靠性和安全性需要[15]。

微网是一个独立的运行单元，对大电网不会产生大的影响，而且不需要修改大电网的运行策略；利用微网技术可以非常灵活地把DG接入或撤离大电网；微网可以孤立运行，从而大大提高了电网的可靠性。微网也可以并网运行。在并网运行时，微网和传统配电网类似，服从系统调度，可同时利用微网内DG发电和从大电网吸取电能，并能在自身电力充足时向大电网输送多余电能。当外界大电网出现故障停电或有电力质量问题时，微网可以通过能量管理单元控制主断路器切断与外界联系，实行孤立运行，此时微网内负荷全部由DG供电。当故障解除后，主断路器重新合上，微网重新恢复和主电网同步运行，以保证系统平稳恢复到并网运行状态。保证这两种运行模式无缝转换的关键是微网与电网之间的电力电子接口，这种接口可以使分布式电源实现即插即用，同时，可使微网作为一个独立的模块，以尽量减少分布式电源对电网的不利影响[16]。

[1]辞海编辑委员会.辞海[M].上海：上海辞书出版社，1989.

[2]同上.

[3]纪晓岚，赵维良.中国城市化动力机制评价指标体系的构建[J].统计与决策，2007（5）：52-58.

[4]郭剑雄，王学真.城市化与农业结构调整的相关性分析[J].财经问题研究，2002（3）：25-28.

[5]肖智，张杰，郑征征.劳动力流动与第三产业的内生性研究——基于新经济地理的实证分析[J].人口研究，2012（2）：97-105.

[6]高云虹.中国城市化动力机制分析[J].广东财经大学学报，2003（3）：4-8.

[7]纪晓岚，赵维良.中国城市化动力机制评价指标体系的构建[J].统计与决策，2007（5）：52-58.

[8]郭起豪.“后哥奉哈根时代”发展低碳经济足关键——访哥本哈根时代表团高级顾问团成员何建坤[J].中国气象报，2010（1）：2-3.

[9]宋佳鸣.生物质新能源的技术应用产业化及前景思考[J].江苏商论，2008（29）：162-163.

[10]何蔼.新能源技术在上海公交客车上的应用[J].人民公交，2009（12）：67-70.

[11]樊靓，施祺方.推广可再生能源分布式发电促进可持续发展[J].消费导刊，2010（6）：10.

[12]樊靓，施祺方.推广可再生能源分布式发电促进可持续发展[J].消费导刊，2010（6）：10.

[13]许珊珊，聂继飞.新能源分布式发电的应用研究现状[J].大众用电，2009（4）：3-5.

[14]许珊珊，聂继飞.新能源分布式发电的应用研究现状[J].大众用电，2009（4）：3-5.

[15]李超，钱虹，叶建华.分布式电源及其并网技术[J].上海电力学院学报，2008（3）：277-281.

[16]同上.