核心提示：　　新能源與分布式電源系統(tǒng)下）程明東南大學電力需求側管理研究所江蘇南京210096分布式電源系統(tǒng)的基本原理、關鍵技術內(nèi)容以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，評述了分布式電源對電力系統(tǒng)的影響和發(fā)展前景。　　23風力發(fā)電

　　新能源與分布式電源系統(tǒng)下）程明東南大學電力需求側管理研究所江蘇南京210096分布式電源系統(tǒng)的基本原理、關鍵技術內(nèi)容以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，評述了分布式電源對電力系統(tǒng)的影響和發(fā)展前景。

　　23風力發(fā)電風是人們非常熟悉的一種自然現(xiàn)象，它是因太陽加熱空氣，熱空氣上升，冷空氣適時地補充導致空氣流動而形成的其中蘊藏著巨大的能量。因此，風能與太陽能一樣，是一種取之不盡、用之不竭的清潔可再生能源。但風能是一種過程性能源與煤、石油、天然氣等化石類能源不同，不能被直接儲存起來，只有被轉化成其它能量才能被存儲。按照不同的需要，風能可以被轉換成其它不同形式的能量，如機械能、電能、熱能等。由于電能所具有的無可比擬的優(yōu)越性，將風能轉換成電能，即用風力發(fā)電，便成為人們利用風能的首選，并在近年來得到迅速發(fā)展。1997年末全球風電裝機容量7636MW，到2001年末就增加到24000MW短短4年容量增加了214X，成為世界上發(fā)展最快的發(fā)電方式。

　　風力發(fā)電是目前新能源開發(fā)中技術最成熟、最具規(guī)模化商業(yè)開發(fā)前景的發(fā)電方式。風力發(fā)電的原理是：天然風吹轉葉片，帶動發(fā)電機轉子旋轉而發(fā)教授、博士生導師、系主任JEEE高級會員中國電力教育協(xié)會電氣工程學科教學委員會副主任委員，江蘇省電工技術學會副理事長兼秘書長。主要研究方向有：微特電機及其測控系統(tǒng)、電力電子與電機集成系統(tǒng)、電動車驅動與控制、分布電源技術等。

　　電。風力發(fā)電機的風輪機多采用水平軸、三葉片結構。葉片的直徑隨單機容量的增大而加長目前世界上最大的旋轉葉片的直徑達66m，培架高度達80m16.功率調(diào)節(jié)是風輪機的關鍵技術之一，目前投入運行的機組主要有2類功率調(diào)節(jié)方式：一類是定漿距失速控制；另一類是變漿距控制。大部分風力發(fā)電機都有對準風向機構，自動使風輪機處于迎風狀態(tài)。隨著技術的發(fā)展已出現(xiàn)了濃縮風能型風力發(fā)電機迎風及限速自動控制系統(tǒng)等新型風力發(fā)電機系統(tǒng)17. 2.3.1風力發(fā)電機類型按照風輪發(fā)電機轉速是否恒定，風力發(fā)電可分為定轉速運行與可變速運行2種方式；按照發(fā)電機的結構區(qū)分，有異步發(fā)電機、同步發(fā)電機、永磁式發(fā)電機、無刷雙饋發(fā)電機和開關磁阻發(fā)電機等機型。早期的風力發(fā)電機大多采用附帶增速裝置的異步發(fā)電機。異步發(fā)電機結構簡單發(fā)出的工頻交流電可直接使用或經(jīng)變壓器輸入電網(wǎng)。多數(shù)情況下異步風力發(fā)電機定速旋轉線式異步電機可通過在轉子接入可變電阻實現(xiàn)低頻勵磁來調(diào)節(jié)轉矩大小，也可以變速運行。因為要從電網(wǎng)獲得勵磁電流，所以異步風力發(fā)電一般不能脫離電網(wǎng)單獨運行，除非用某種方式獲得勵磁。

　　同步風力發(fā)電機不需要增速傳動結構，整體結構簡單。隨著電力電子變流技術的進步，先進的同步風力發(fā)電常采用交-直-交的接入方式，即先把發(fā)科技新苑新能源與分布式電源系統(tǒng)（下）出的交流變成直流，然后再逆變成工頻交流接入用戶或電網(wǎng)。這種發(fā)電方式的優(yōu)點是發(fā)電機轉速不必與電網(wǎng)頻率要求的轉速同步。

　　永磁式發(fā)電機是利用永久磁鐵取代勵磁磁場，結構上沒有勵磁系統(tǒng)的同步發(fā)電機。隨著高性能、低價格的釹鐵硼'dFeB磁鐵的普及j制造性能更加優(yōu)|良、結構更加簡便的永磁同步風力發(fā)電機已成為可能。

　　無刷雙饋電機實際上是由2臺繞線式異步電機組成2轉子的同軸連接省去了滑環(huán)和電刷，該發(fā)電機可在轉子轉速變化的條件下通過控制勵磁機的勵磁電流頻率來確保發(fā)電機輸出電流頻率保持在50H-不變因此無刷雙饋發(fā)電機可實現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。2.3.2風力發(fā)電的運行方式/4風力發(fā)電的運行方式可分為獨立運行、并網(wǎng)運行、與其它發(fā)電方式互補運行等。獨立運行是指風力發(fā)電機輸出的電能經(jīng)蓄電池儲能再供應用戶使用。這種方式可供電網(wǎng)達不到的邊遠農(nóng)村、牧區(qū)、海島等地區(qū)使用，一般單機容量數(shù)百到數(shù)干瓦并網(wǎng)運行是在風力資源豐富地區(qū)，按一定排列方式安裝風力發(fā)電機組，成為風力發(fā)電場發(fā)出的電能全部經(jīng)變壓器送至電網(wǎng)這是目前風力發(fā)電的主要方式風力同其它發(fā)電方式互補運行，如風力-柴油機組互補發(fā)電方式，風力-太陽能光伏發(fā)電方式，風力-燃料電池發(fā)電方式等，這種方式不僅可彌補風速變化所帶來的發(fā)電量突然變化的影響保證一年四季均衡供電，而且可延長蓄電池壽命，同時還可以使離網(wǎng)型小型用戶發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電成本降低，自然資源得到充分利用。

　　2.3.3風力發(fā)電的國內(nèi)外發(fā)展概況20世紀70年代初，受中東石油危機影響，風力發(fā)電在艱難中起步20世紀80年代以美國和丹麥為中心開始建設風力發(fā)電場。進入90年代風力發(fā)電裝機容量以年均203的速度增加。歐洲是世界風能發(fā)電最為發(fā)達的地區(qū)去年一年歐洲的風能發(fā)電功率提高了4500MW，使歐洲風能發(fā)電的總功率達到17 000MW，占全世界風能發(fā)電能力的703以上。隨著風力發(fā)電設備生產(chǎn)規(guī)模的擴大和技術水平的提高風力發(fā)電成本正不斷下降，例如過去20年來美國風力發(fā)電的成本降低了803.上世紀80年代安裝第一批風力發(fā)電機時，每干瓦時風電的成本為30美分而現(xiàn)在只需4美分。與此同時人們正在研究各種新型風力發(fā)電技術。據(jù)報道3家英國機構和德國斯圖加特大學最近開始著手試驗高層建筑群間的風力發(fā)電技術這種技術的原理并不復雜人們只要站在樓群之間便會感到一股風的吸力。兩樓之間墻體垂直，風到這里不會被吹散，且直接吹入渦輪機，比空曠地帶的風更集中。根據(jù)計算用這種方法可比普通風力發(fā)電機多發(fā)253的電能。如果研究成功，它將有望改變城市的供電結構。

　　我國是一個風能資源豐富的國家，全國可供開發(fā)利用的風能資源總量為2.53億kW.東南沿海及附近島嶼新疆、內(nèi)蒙古和甘肅河西走廊等地區(qū)屬我國風資源豐富區(qū)具有很大的開發(fā)利用價值。我國風力發(fā)電從20世紀80年代開始起步，到2000年末，全國風電裝機容量只有344MW.“十五”期間我國計劃新增風電1 192MW，發(fā)展重點：一是新建設100MW風電場3~5座海拮海上風電場），并取得規(guī)模效益；二是鼓勵有風能資源但還未建設一座風電場地區(qū)的電力企業(yè)或非電力企業(yè)開發(fā)風電項目。

　　為了鼓勵風電發(fā)展，最近國務院批準了風力發(fā)電實行按增值稅應納稅額減半征收的優(yōu)惠政策。按照這一新政策我國風電電價平均將降低0.05~0.06元/Wh），新建風電場電價水平有望降至0.5元/fcWh）以下。該政策的出臺將對我國風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)化發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。

　　2.4高速飛輪儲能系統(tǒng)高速飛輪技術在20世紀70年代至80年代初曾是技術發(fā)展的一個熱點。在中東石油危機之后人們對它的興趣慢慢減退了。近年來隨著高強度復合材料和低耗軸承的發(fā)展，以及分布電源和電動車應用的需要，高速飛輪再次成為研究熱點。

　　高速飛輪儲能系統(tǒng)是一種典型的高科技機電一體化系統(tǒng)，它結合了當今最新的磁懸浮技術、高速電機技術、電力電子技術和新材料技術，包拮能夠承受超高速運行的高強度飛輪，能夠將電能和機械能進行高效雙向轉換的電機和功率變換器損耗很小的磁懸浮軸承等18氣高速飛輪的基本結構如所示。

　　與傳統(tǒng)質量飛輪不同的是，超高速飛輪重量輕而轉速極高這是因為：輪轉速。由上式可見，所儲能量與轉動慣量成正比，科技新苑而與飛輪轉速的平方成正比。因此為了增加能量，在飛輪強度允許的條件下，應該盡量增加飛輪轉速。現(xiàn)時典型的超高速飛輪的最高轉速在30 000~50000r/min最先進的高速記錄為60萬r/min.飛輪儲能系統(tǒng)中的電能與機械能之間的轉換是以電機及其控制系統(tǒng)為孩心來實現(xiàn)的，飛輪在儲存和釋放能量的過程中，電機和飛輪的轉速不斷變化，因此除采用高效率的電機外還必須配備一個高效率的電力電子功率變換裝置，以保證飛輪儲能系統(tǒng)在儲能時能控制電機的速度不斷增大，在釋放能量時能滿足負載對頻率和電壓的要求。飛輪儲能系統(tǒng)中的電動機-發(fā)電機已經(jīng)集成為一個部件，充電“時它充當電動機，從外部吸收電能，以使飛輪加速；而”放電“時充當發(fā)電機，將動能轉化為電能向外輸出，此時飛輪的轉速不斷下降。對于高速運轉的飛輪儲能系統(tǒng)，有多種電機可供選擇：感應電機、開關磁阻電機、永磁無刷直流電機和雙凸極永磁電機等。特別值得一提的是近年出現(xiàn)的新型雙凸極永磁（DSPM）電機具有非常適合于飛輪儲能的潛在特性i3*2".為DSPM電機的結構示意圖，該電機不僅具有傳統(tǒng)永磁無刷直流電機效率高、無換向器和電刷、無需維護等特點，最突出的優(yōu)點是永磁體置于電機定子，凸極轉子上既無永磁體，也無繞組2幾械強度高，特別適于高速運行，并且轉子上基本沒有損耗、不發(fā)熱，這對于為減少風摩損耗而抽真空的飛輪轉子來說是非常重要的。因為在真空條件下轉子損耗產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)。

　　飛輪儲能的一個特點是在相當長的待機時間里飛輪仍不停地高速旋轉。因此，要保持飛輪的旋轉功能，消除軸承的摩擦損耗0這也是延長軸承壽命所必須的眉實現(xiàn)高效飛輪的關鍵。傳統(tǒng)機械軸承的摩擦系數(shù)較大，不適宜在高速、重載的飛輪儲能裝置中作飛輪轉子承重用，但其結構簡單緊湊、堅固一般作緊急狀態(tài)時的備用軸承。近幾年來磁懸浮軸承因具有高轉速、無機械接觸、無摩擦、不需潤滑、壽命長、動態(tài)特性可調(diào)等突出優(yōu)點，特別適合應用在飛輪儲能系統(tǒng)中，因為磁性軸承是無接觸的，采用這種軸承可以大大減少飛輪的摩擦損耗。最近，超導技術也已被引入了這種軸承，摩擦損耗可望進一步減少22飛輪儲能技術的應用前景十分廣闊。首先，它可用于電網(wǎng)調(diào)峰在電網(wǎng)負荷處于低谷時，飛輪系統(tǒng)的電動機拖動飛輪加速2把電能轉換為動能儲存起來，在用電高峰時，飛輪拖動發(fā)電機把動能轉化為電能。

　　和抽水蓄能相比，飛輪儲能系統(tǒng)比抽水蓄能電站明顯優(yōu)越，尤其在缺乏水利資源的地區(qū)唄設飛輪儲能調(diào)峰電源應是首選方案。飛輪儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)中投入運行后可以有效地調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)負荷水平同時可使電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定水平有較大的提高。

　　飛輪儲能機組還可作為可調(diào)無功電源和事故備用電源有效地提高了系統(tǒng)的電壓水平和供電可靠性B.其次，飛輪儲能系統(tǒng)與風能、太陽能等新能源發(fā)電系統(tǒng)結合，可有效克服風能和太陽能隨季節(jié)和時間變化大的缺點，充分發(fā)揮飛輪系統(tǒng)響應速度快的優(yōu)點使新能源發(fā)電系統(tǒng)平穩(wěn)發(fā)電能源得到充分利用。

　　再者，飛輪儲能系統(tǒng)可安裝在電動汽車里作為動力源，稱之為飛輪電池，飛輪系統(tǒng)還可應用于火車、輪船等交通運輸工具。當制動時將制動能耗通過電動機轉化為飛輪的機械動能儲存起來，成為再生能源，當需要大功率工作時再將動能釋放出來供系統(tǒng)使用2制動能量的再利用，提高了交通運輸工具的效率。此外，飛輪系統(tǒng)在航空航天、軍事設備、醫(yī)療設備、計算機站等場所均有重要的應用價值。

　　3結束語綜上所述，與新能源緊密相關的分布式電源系統(tǒng)是典型的高新技術系統(tǒng)，涉及到當今新材料技術、電力電子技術、電機驅動技術、半導體技術、電化學技術、需求側管理等。它具有規(guī)模小、建設周期短、占地少、運行維護容易及高效、經(jīng)濟、可靠、污染少等一系列優(yōu)點不僅可以為工商企業(yè)、居民小區(qū)、高層建筑等用戶以及孤立、偏遠地區(qū)的用戶提供電力，而且可以納入現(xiàn)有電力系統(tǒng)的需求側管理DSM）系統(tǒng)，為電力企業(yè)提供緊急功率支持等服務。分布式電源供電與大電網(wǎng)供電相互補充、協(xié)調(diào)是綜合利用現(xiàn)有資源和設備、為用戶提供可靠和優(yōu)質電能的理想方式。因此，分布式電源將在電力市場特別是新增負荷中占據(jù)越來越大的比重，從而對整個電力系統(tǒng)產(chǎn)生巨大而深遠的影響。首先新增負荷中相當大的部分將由分布電源來滿足，集中式發(fā)電廠和遠距離輸電線路的需求將減少并且，由于分布式電源具有削峰填谷和平衡負荷的作用，現(xiàn)有發(fā)輸電設施的利用率將大大提高，那些利用率極低、僅為滿足高峰負荷科技新苑需要的發(fā)輸電設施將不再有建設的必要。其次分布式電源的引入將徹底改變傳統(tǒng)的配電網(wǎng)結的規(guī)劃與運行。再則分布式電源的普及；將對電力市場的走向和最后格局產(chǎn)生深遠的影響。由于用戶既可從電力公司買電，也可用自己擁有的分布式電源向電力公司賣電或為電力公司提供有償削峰等服務，電力公司與用戶之間將形成新的關系同時分布式電源為其他行業(yè)郵天然氣公司班入電力市場打開了方便之門，整個電力市場的競爭將更加激烈。因此新能源及分布式電源系統(tǒng)的發(fā)展，無論對從事新能源與分布式電源系統(tǒng)研究與開發(fā)的技術人員，還是對傳統(tǒng)電力企業(yè)來說，既是機遇也是挑戰(zhàn)。