瓦斯發(fā)電作為分布式電源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究

　　摘 要：本文介紹了分布式發(fā)電中煤礦瓦斯發(fā)電技術(shù)的優(yōu)越性及潛在的經(jīng)濟效益和社會效益，并結(jié)合電力系統(tǒng)進行了相關(guān)分析，尤其對煤礦瓦斯發(fā)電及并網(wǎng)后對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響進行了一定的研究。
　　關(guān)鍵詞：瓦斯發(fā)電 分布式發(fā)電
　　中圖分類號:TM61 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2011)10(c)-0000-00
　　
　　近年來，隨著可持續(xù)發(fā)展思想成為國內(nèi)能源應(yīng)用的主題，如何更好的利用可再生能源來進行電力生產(chǎn)已經(jīng)成為分布式電源的重要發(fā)展方向。在此方向下，瓦斯發(fā)電受到了越來越多的重視及利用，建設(shè)裝機容量逐年增加。本文對采用煤礦瓦斯發(fā)電作為分布式電源的應(yīng)用要求、特點及對現(xiàn)有電網(wǎng)的影響進行了一定的研究。
　　
　　1 分布式電源定義
　　分布式電源通常是指以沼氣或煤層氣等氣體作為燃料的內(nèi)燃機或者燃氣輪機來進行發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、小型風(fēng)力發(fā)電等。由于其在環(huán)保、節(jié)能、能源結(jié)構(gòu)多樣化等各個方面的優(yōu)越性，以及電力供給市場化的大勢所趨，使這種發(fā)電技術(shù)得到了充分的關(guān)注。根據(jù)目前的研究，這種發(fā)電技術(shù)可應(yīng)用于醫(yī)院、寫字樓、商廈、賓館、大型會場等場所，經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。
　　
　　2 分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響
　　(1)對發(fā)電、輸電系統(tǒng)的影響：采用分布式發(fā)電后，將大大減少對于集中式發(fā)電廠和遠距離輸電線的需求。首先，分布式發(fā)電可以滿足很大一部分的新增負荷；其次，獲益于分布式發(fā)電的削峰填谷、平衡負荷的作用，將在很大程度的提高已有發(fā)電設(shè)備的運行效率，這將大大降低那些僅為滿足高峰負荷需求的發(fā)輸電設(shè)施的投資規(guī)模。
　　(2)對配電系統(tǒng)的影響：分布式發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，將根本性的改變配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將其變?yōu)橐粋€遍布電源和用戶的互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。這雖然提高了整體結(jié)構(gòu)的靈活性和應(yīng)變能力，但是配電系統(tǒng)的控制和管理也將變得更加復(fù)雜。這體現(xiàn)在：①分布式發(fā)電的引入會使傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、運行(如電壓控制策略)徹底改變；②對配電網(wǎng)絡(luò)自動化和需求側(cè)的管理也將重新布局；③隨著分布式電源的曾加，分布式電源之間的相互協(xié)調(diào)和調(diào)度也變得越來越重要，相關(guān)的法律和行業(yè)規(guī)范也需要妥善制定。下圖為分布式電源與電網(wǎng)的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖：
　　
　　
　　3 瓦斯發(fā)電流程
　　3.1 瓦斯發(fā)電工藝流程
　　(1)瓦斯預(yù)處理系統(tǒng)。瓦斯發(fā)電技術(shù)的核心內(nèi)容在于對瓦斯進行預(yù)處理。由煤層工作面抽排出的瓦斯氣體品質(zhì)優(yōu)劣不齊，濃度、純度也有很大差異，比較常見的雜質(zhì)有水分、粉塵、硫化物、硅氧烷等，這些雜質(zhì)會干擾內(nèi)燃機的正常運轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生產(chǎn)事故，所以直接抽排的瓦斯氣體不能直接輸送到內(nèi)燃機，必須經(jīng)過一系列的處理凈化后才能作為燃料使用。預(yù)處理系統(tǒng)的凈化處理措施主要有：脫水、除塵、脫硫、加壓等。經(jīng)過處理，使供氣壓力、流量、溫度等物理參數(shù)與內(nèi)燃發(fā)電機組的要求相匹配。
　　(2)瓦斯發(fā)電機站的工作流程主要是將濃度在30%以上的瓦斯氣通過相關(guān)管路輸送至儲氣罐中進行加壓處理，由儲氣罐將壓力值穩(wěn)定的瓦斯氣體送至發(fā)電機組的氣體預(yù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過上文中所述的各項處理工作后輸送至發(fā)電機組進行發(fā)電。在發(fā)電的過程，由發(fā)電機組產(chǎn)生的高溫?zé)煔饪勺鳛闊嵩矗邷匮h(huán)回水通過制冷機組降溫制成冷水后，再通過管路輸送入井下進行降溫。變壓器負責(zé)將發(fā)電機組產(chǎn)生的400V電壓升壓至6kv，經(jīng)過載、短路、逆功率、欠壓保護后并上礦電網(wǎng)。
　　3.2 煤礦瓦斯發(fā)電廠并網(wǎng)運行
　　作為分布式電源的一個重要組成部分，瓦斯發(fā)電在實際應(yīng)用中有兩種運行方式：獨立運行和并網(wǎng)運行。
　　若煤礦瓦斯發(fā)電站點獨立運行，作為單獨的電源供給用戶，則供電的連續(xù)性、供電功率等參數(shù)難以保證。若添加儲能設(shè)備并聯(lián)互補運行，雖然解決了一部分穩(wěn)定性的問題，但是投資則大大增加了，而且后期維護費用很難控制，因為作為單獨電源供給用戶，那么對發(fā)電站的工作效率和穩(wěn)定性的要求就被提高到了比較嚴(yán)苛的程度，而為了達到這些超過實際需求的高標(biāo)準(zhǔn)，勢必會導(dǎo)致投資上的浪費及后期維護工作的額外支出，這無形中就降低了分布式電源本身的優(yōu)越性。比較理想的解決方案是把煤礦瓦斯發(fā)電廠輸出的電能同電力系統(tǒng)相并網(wǎng)，作為可互補性的電能供給給用戶，一般情況下以煤礦瓦斯發(fā)電為主，在用電高峰或電力不足時可從電網(wǎng)補充電能，這樣就既解決了供電的質(zhì)量及穩(wěn)定性，又充分發(fā)揮了瓦斯發(fā)電的經(jīng)濟效益。
　　要實現(xiàn)瓦斯發(fā)電同電力系統(tǒng)并網(wǎng)，必須解決好以下幾點因素：(1)對供電電壓的影響。煤礦瓦斯發(fā)電廠并網(wǎng)后，由于改變了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所以用戶端的供電電壓也會受到直接影響。因此，需要加以協(xié)調(diào)和控制。(2)對電壓分布和網(wǎng)損的影響。由于目前普遍采用的配電網(wǎng)潮流計算法是基于集中式發(fā)電站的，并沒有考慮各類分布式電源，因而隨著各種不同形式分布式電源的并網(wǎng)運行，配電網(wǎng)潮流計算難度增大，為此必須重新研究新的計算方法，從而將分布式電源帶來對電壓分布和網(wǎng)損的影響計算進去。(3)對于電壓值波動的影響。尤其是機組容量較小的分布式電源，例如小型瓦斯發(fā)電廠，很容易受到負荷變化的沖擊，必須適當(dāng)?shù)恼{(diào)整控制系統(tǒng)，使得調(diào)整量與實際負荷的變化值相匹配，否則就會造成發(fā)電機出口處電壓的幅值在很長時間內(nèi)保持周期性波動。
　　
　　4 結(jié)語
　　我國對分布式發(fā)電的研究還處在初