分布式发电在山区的应用分析

税典华

（国网巴东县供电公司，湖北 恩施444300）

0 引言

随着电力需求迅速增长，以大机组、大电网、高电压为主要特征的大型电网的弊端日益显著。尤其是近年来，世界范围内接连发生了几次大面积停电事故，充分暴露了电网的脆弱性，因此分布式发电（Distributed Generation，简称DG）技术越来越受到人们的重视。DG 通常是指发电功率在几千瓦至数十兆瓦的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元，主要包括以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电、风力发电、生物质能发电等。本文以应用最为广泛的风力发电和太阳能发电为例，介绍这两种可再生分布式发电的原理、特点及其在山区的应用。

1 分布式发电原理

1.1 风力发电

风力发电是将风能转换成机械能，再转换为电能，其基本原理是风力发电机利用风吹动风轮，通过风轮的机械转动驱动发电机转子旋转，进而产生电能。其中，风力发电机组是实现由风能到电能转换的关键设备。一般的风力发电机组主要由叶轮、传动系统、发电机、调向机构及控制系统等几大部分组成，叶轮将风能转化为机械能，由传动系统传送至发电机，再由发电机将机械能转换为电能；调向机构是用来调整风力机的风轮叶片旋转平面与空气流动方向相对位置的机构。

1.2 太阳能发电

基于太阳能的发电技术有两种，一种是光伏发电技术，另一种是光热发电技术。光伏发电主要应用于分布式发电，而光热发电则较多用作集中式发电。光伏发电技术是利用光伏效应，通过光照产生电动势，当外部接通电路时，在该电压的作用下，则会有直流电流流过外部电路，产生一定的输出功率。通常每块太阳能电池组件输出的直流电压较低，为了提高电压，达到逆变器最佳工作状态的额定输入直流电压，会将一定数量的太阳能电池串联到一起形成回路，然后接入逆变器中，逆变器将输入的直流电转换成交流电。

2 分布式发电特点

2.1 分布式发电优点

（1）资源丰富、可再生、清洁无污染。以风能和太阳能为例，全球可开发的风能资源潜力是当今全球用电量的5 倍左右，大约40min照射在地球上的太阳能，足以供全球人类一年能量的消费，而且风能、太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源。因此DG 以清洁能源（风能、太阳能和生物能）替代传统化石燃料，既缓解了能源危机，也减少了粉尘、CO2、SO2、废水、废渣等的排放。

（2）未来经济性好。随着未来风机和光伏电池价格的不断下降，以及常规能源发电环保投入的增加，分布式发电成本相比常规能源发电成本差距逐渐减小。而且就地供能代替远距离输电，减少了输变电线路和设备的投入、维护费用以及线路、设备等产生的电磁和噪声污染。

（3）灵活性高。分布式电源多采用性能先进的中小型、微型机组，操作简单，负荷调节灵活，且DG 装置与大电网的接入和断开具有相对自主性，当大电网发生故障时，可通过启动断开装置使DG 与电网断开，由DG 独立为用户供电，提高电网运行的灵活性。

2.2 分布式发电局限性

（1）间歇性、不可控性。风力发电和太阳能发电受风力大小和日照强度等自然因素的影响较大，具有明显的间歇性，因此很难像常规能源发电一样，可以根据负荷要求来改变可再生分布式发电的输出特性。

（2）能量密度低，容量小。太阳能和风能的能量密度均比较低，若要达到与水电相同的发电容量，风力机的尺寸要比相应水轮机大几十倍。一般情况下，每平方米太阳辐射强度大约只有1 000 W。目前存在的风电场和光伏电站容量相比常规能源电站很小。

3 可再生分布式发电在山区的应用分析

3.1 山区电网概况

中国山区地域广阔，山区供电具有用户分散、负荷密度小、小型用电设备多、自然功率因数低、用电季节性强、装置容量利用小时数小、供电成本高等特点。山区供电的电源主要来自大电力系统，山区电网6～20kV 配电线路平均每公里年的送电量只有城市电力网的1/20左右。

3.2 可再生能源分布

我国幅员广大，有着丰富的太阳能和风能资源，主要集中在偏远山区、戈壁或孤岛。风能资源丰富的地区主要集中在西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部等地区，风能资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。另外，在中国内陆地区，比如湖北省通山地区，具有丰富的风能资源，适合发展风电。

3.3 应用于山区的可再生分布式发电

从上述分析可以发现，丰富的太阳能和风能资源大部分集中于偏远的山区或岛屿，对于用户来说，这些地方电网一般比较薄弱，供电质量和可靠性较差，而对于电网，相同的送电量，山区供电的成本明显增大，投资和维护费用均比较高。因此，充分利用山区丰富的资源，采用分布式发电技术，是一种可行且有效的方法。

（1）用于边远山区生活用电，如10～100 W 的照明、洗衣机、电视机等小型电源；

（2）用于农业生产活动，如光伏水泵的使用可以解决山区的深水井饮用、灌溉问题。

将可再生分布式发电技术推广应用于山区有良好的经济效益和社会效益。从经济效益角度来看，就地供能代替远距离输电，减少了输变电线路和设备的投入、维护费用；山区土地利用率较低，这就降低了风电场建设期的用地成本；山区用户用电能够实现自给自足。从社会效益角度来看，随着分布式技术的成熟，供电质量和可靠性逐渐提高，一方面可以提高山区人民的生活水平，另一方面将电能用于农业生产，既减少了生产开支，又能提高生产效率，有力促进山区的经济发展。

4 结语

分布式发电作为一种充分利用能源的新型发电方式，具有节能、环保、投资少、占地小的特点，具有广阔的发展前景。我国山区地域广阔，山区供电具有用户分散、负荷密度小等特点。若采用大电力系统供电，供电成本高，供电质量差。采用分布式发电技术以就地供能代替远距离输电，具有良好的经济效益和社会效益，值得应用和推广。

［1］王建，李兴源，邱晓燕.含有分布式发电装置的电力系统研究综述［J］.电力系统自动化，2005，29（24）：90－97.

［2］杨文宇，杨旭英，杨俊杰.分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述［J］.电网与清洁能源，2008，24（2）：39－43.