Войти
Распределенная генерация, также распределенная энергия, генерация на месте ( OSG ), или районная / децентрализованная энергетика, представляет собой электрическую генерацию и накопление, выполняемую различными небольшими, сетями - подключенные или подключенные к распределительной системе устройства, называемые распределенные энергоресурсы (DER ).
Обычные электростанции, такие как уголь - пожарные, газовые и атомные станции, а также гидроэлектростанции плотины и крупные солнечные электростанции являются централизованными и часто требуют, чтобы электрическая энергия передавалась на большие расстояния. В отличие от этого, системы DER представляют собой децентрализованные, модульные и более гибкие технологии, расположенные близко к обслуживаемой ими нагрузке, хотя и имеют мощность всего 10 мегаватт (MW) или меньше. Эти системы могут включать в себя несколько компонентов генерации и хранения. Например, они упоминаются как гибридные силовые системы.
В системах DER обычно используются возобновляемые источники энергии, включая малые гидро, биомассу, биогаз, солнечную энергию. power, энергия ветра и геотермальная энергия, и все более и более играют важную роль для системы распределения электроэнергии. Подключенное к сети устройство для хранения электроэнергии также может быть классифицировано как система DER и часто называется распределенной системой хранения энергии (DESS ). С помощью интерфейса системами DER можно управлять и координировать их действия в рамках интеллектуальной сети. Распределенное производство и хранение позволяет собирать энергию из многих источников и может снизить воздействие на окружающую среду и повысить надежность энергоснабжения.
Одной из основных проблем интеграции DER, таких как солнечная энергия, энергия ветра и т. Д., Является неопределенная природа таких источников электроэнергии. Эта неопределенность может вызвать несколько проблем в системе распределения: (i) она делает отношения спроса и предложения чрезвычайно сложными и требует сложных инструментов оптимизации для балансировки сети, и (ii) она оказывает большее давление на передающую сеть, и ( iii) это может вызвать обратный переток мощности из распределительной системы в систему передачи.
Микросети - это современные локализованные маломасштабные сети, в отличие от традиционной централизованной электрической сети (макросеть). Микросети могут отключаться от централизованной сети и работать автономно, повышая устойчивость сети и помогая смягчить нарушения в сети. Обычно это низковольтные сети переменного тока, часто используют дизельные генераторы и устанавливаются местным населением, которому они служат. Микросети все чаще используют смесь различных распределенных энергетических ресурсов, таких как гибридные солнечные энергетические системы, которые значительно сокращают количество выделяемого углерода.
Исторически центральные станции были неотъемлемой частью электрической сети, в которой крупные генерирующие объекты располагались либо рядом с ресурсами, либо в противном случае расположен далеко от населенных пунктов центров нагрузки. Они, в свою очередь, снабжают традиционную сеть передачи и распределения (TD), которая распределяет большую часть энергии по центрам нагрузки, а оттуда потребителям. Они были разработаны, когда затраты на транспортировку топлива и внедрение генерирующих технологий в населенные районы намного превышали затраты на разработку объектов TD и тарифы. Центральные электростанции обычно проектируются таким образом, чтобы воспользоваться доступной экономией на масштабе в зависимости от конкретного объекта, и строятся как «разовые» индивидуальные проекты.
Эта экономия на масштабе начала давать сбой в конце 1960-х, и к началу 21-го века Central Plants, возможно, больше не могла поставлять конкурентоспособную дешевую и надежную электроэнергию более удаленным потребителям через сеть, потому что электростанции стали дешевле, чем сеть, и стали настолько надежными, что почти все сбои в подаче электроэнергии происходили в сети. Таким образом, сеть стала основным фактором роста затрат на электроэнергию удаленных потребителей и проблем с качеством электроэнергии, которые стали более острыми, поскольку цифровое оборудование требовало чрезвычайно надежной электроэнергии. Повышение эффективности больше не происходит за счет увеличения генерирующих мощностей, а за счет небольших блоков, расположенных ближе к местам потребления.
Например, угольные электростанции строятся вдали от городов, чтобы предотвратить сильное загрязнение воздуха. от воздействия на население. Кроме того, такие заводы часто строят около угольных шахт, чтобы минимизировать затраты на транспортировку угля. Гидроэлектростанции по своей природе ограничены работой на участках с достаточным водным потоком.
Низкое загрязнение окружающей среды является решающим преимуществом установок комбинированного цикла, сжигающих природный газ. Низкое загрязнение позволяет растениям находиться достаточно близко к городу, чтобы обеспечивать центральное отопление и охлаждение.
Распределенные энергоресурсы производятся массово, имеют небольшие размеры и менее привязаны к конкретной площадке. Их разработка возникла из:
Рынки капитала пришли к пониманию того, что ресурсы нужного размера для индивидуальных клиентов, распределительных подстанций или микросетей могут предложить важные, но малоизвестные экономические преимущества по сравнению с центральными станциями. Меньшие единицы предлагали большую экономию от массового производства, чем большие могли получить за счет размера единицы. Такая повышенная стоимость - за счет улучшения финансовых рисков, инженерной гибкости, безопасности и качества окружающей среды - этих ресурсов часто может более чем компенсировать их очевидные недостатки в плане затрат. DG по отношению к центральным предприятиям должны быть обоснованы на основе жизненного цикла. К сожалению, многие из прямых и практически все косвенные выгоды от DG не отражаются в традиционном бухгалтерском учете cash-flow.
В то время как нормированные затраты распределенной генерации (РГ) обычно дороже, чем традиционные централизованные источники на основе киловатт-часов, это не учитывает отрицательные аспекты традиционных видов топлива. Дополнительная премия для DG быстро снижается по мере роста спроса и развития технологий, а достаточный и надежный спрос может принести экономию за счет масштаба, инновации, конкуренцию и более гибкое финансирование, что может сделать DG чистой энергии частью более диверсифицированного будущего.
Распределенная генерация снижает количество энергии, теряемой при передаче электричества, потому что электричество генерируется очень близко от того места, где оно используется, возможно, даже в том же здании. Это также уменьшает размер и количество линий электропередач, которые необходимо построить.
Типичные системы DER в схеме зеленого тарифа (FIT) имеют низкие эксплуатационные расходы, низкий уровень загрязнения и высокую эффективность. В прошлом эти черты требовали преданных своему делу инженеров-технологов и крупных сложных заводов для уменьшения загрязнения. Тем не менее, современные встроенные системы могут обеспечить эти черты автоматизированной работы и возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, ветровая и геотермальная энергия.. Это уменьшает размер электростанции, которая может приносить прибыль.
Четность сети возникает, когда альтернативный источник энергии может вырабатывать электроэнергию по нормированной стоимости (LCOE ), которая меньше или равна до розничной цены конечного потребителя. Достижение сетевого паритета считается моментом, когда источник энергии становится претендентом на широкое развитие без субсидий или государственной поддержки. С 2010-х годов паритет энергосистемы для солнечной и ветровой энергии стал реальностью на растущем числе рынков, включая Австралию, несколько европейских стран и некоторые штаты США
Распределенные источники энергии (DER ) системы - это маломасштабные технологии производства или хранения энергии (обычно в диапазоне от 1 кВт до 10 000 кВт), используемые для обеспечения альтернативы или улучшения традиционной электроэнергетической системы. Системы DER обычно характеризуются высокими начальными капитальными затратами на киловатт. Системы DER также служат в качестве накопительного устройства и часто называются распределенными системами хранения энергии (DESS).
Системы DER могут включать в себя следующие устройства / технологии:
Распределенные когенерационные источники используют паровые турбины, работающие на природном газе топливные элементы, микротурбины или поршневые двигатели для поворота генераторов. Горячий выхлоп затем используется для пространства или воды r обогрев, или для привода абсорбционного чиллера для охлаждения, такого как кондиционирование воздуха. Помимо схем на основе природного газа, проекты распределенной энергетики могут также включать другие виды возобновляемого или низкоуглеродного топлива, включая биотопливо, биогаз, свалочный газ, канализационный газ, метан угольных пластов, синтез-газ и попутный нефтяной газ.
Консультанты Delta-ee заявили в 2013 году, что с 64% мировых продаж топливные элементы в сочетании Тепло и электроэнергия превзошли традиционные системы в продажах в 2012 году. В 2012 году в Японии было продано 20 000 единиц в рамках проекта Ene Farm. При сроке службы около 60 000 часов для блоков топливных элементов с PEM, которые отключаются в ночное время, это соответствует расчетному сроку службы от десяти до пятнадцати лет. По цене 22 600 долларов до установки. На 2013 год действует государственная субсидия на 50 000 единиц.
Кроме того, топливные элементы с расплавленным карбонатом и твердооксидные топливные элементы, использующие природный газ, например, из FuelCell Energy и энергетического сервера Bloom, или процессы преобразования отходов в энергию, такие как Gate 5 Energy System, используются в качестве распределенного энергетического ресурса.
Фотогальваника, безусловно, самая важная солнечная технология для распределенного производства солнечной энергии, использует солнечные элементы, собранные в солнечные панели для преобразования солнечного света в электричество. Это быстрорастущая технология, удваивающая установленную мощность по всему миру каждые пару лет. Фотовольтаические системы варьируются от распределенных, жилых и коммерческих крыш или интегрированных зданий до крупных централизованных коммунальных предприятий фотоэлектрических электростанций.
Преобладающей фотоэлектрической технологией является кристаллический кремний, в то время как технология тонкопленочных солнечных элементов составляет около 10 процентов глобального развертывания фотоэлектрических систем. В последние годы фотоэлектрическая технология повысила эффективность преобразования солнечного света в электричество эффективность, снизила стоимость установки на ватт, а также время окупаемости энергии (EPBT) и выровняла стоимость электроэнергии (LCOE) и достигла паритета сети как минимум на 19 различных рынках в 2014 году.
Как и большинство возобновляемых источников энергии Источники и в отличие от угля и ядерной энергетики, солнечные фотоэлектрические элементы являются переменными и не- диспетчерскими, но не имеют затрат на топливо, производственного загрязнения, а также значительно сокращают проблемы безопасности добычи и эксплуатации. Он производит пиковую мощность около полудня по местному времени каждый день, а его коэффициент мощности составляет около 20 процентов.
Ветровые турбины могут быть распределенными энергоресурсами или их можно построить в масштабе полезности. У них низкие эксплуатационные расходы и низкий уровень загрязнения, но распределенный ветер, в отличие от ветра коммунального масштаба, имеет гораздо более высокие затраты, чем другие источники энергии. Как и солнечная энергия, энергия ветра переменная и неуправляемая. У ветряных башен и генераторов есть существенные страховые обязательства, вызванные сильным ветром, но высокая эксплуатационная безопасность. Распределенная генерация от гибридных ветроэнергетических систем объединяет энергию ветра с другими системами РЭБ. Одним из таких примеров является интеграция ветряных турбин в гибридные солнечные энергетические системы, поскольку ветер имеет тенденцию дополнять солнечную, поскольку пиковые времена работы каждой системы происходят в разное время дня и года.
Гидроэлектроэнергия является наиболее широко используемой формой возобновляемой энергии, и ее потенциал уже в значительной степени изучен или находится под угрозой из-за таких проблем, как экологическое воздействие на рыболовство и рост спрос на рекреационный доступ. Однако использование современных технологий 21 века, таких как мощность волн, может сделать доступными большие объемы новых гидроэнергетических мощностей с незначительным воздействием на окружающую среду.
Модульные и масштабируемые турбины кинетической энергии нового поколения могут быть развернуты в виде массивов для удовлетворения потребностей в жилом, коммерческом, промышленном, муниципальном или даже региональном масштабе. Микрогидрокинетические генераторы не требуют плотин или водохранилищ, поскольку они используют кинетическую энергию движения воды, волн или потока. На береговой линии или на морском дне строительство не требуется, что сводит к минимуму воздействие на среду обитания и упрощает процесс получения разрешений. Такое производство энергии также оказывает минимальное воздействие на окружающую среду, и нетрадиционные микрогидро-приложения могут быть привязаны к существующим сооружениям, таким как доки, пирсы, опоры мостов или аналогичные конструкции.
Твердые бытовые отходы (ТБО) и природные отходы, такие как осадок сточных вод, пищевые отходы и навоз, будут разлагаться и выделять метансодержащий газ, который можно собирать и использовать в качестве топлива в газовых турбинах или микротурбинах для производства электроэнергия как распределенный энергетический ресурс. Кроме того, калифорнийская компания Gate 5 Energy Partners, Inc. разработала процесс преобразования природных отходов, таких как осадок сточных вод, в биотопливо, которое можно сжигать для приведения в действие паровой турбины, вырабатывающей энергию. Эту мощность можно использовать вместо электросети в источнике отходов (например, на очистных сооружениях, ферме или молочном заводе).
Распределенный энергетический ресурс не ограничивается выработкой электроэнергии, но также может включать в себя устройство для хранения распределенной энергии (DE). Приложения распределенных систем накопления энергии (DESS) включают несколько типов батарей, гидроаккумулятор, сжатый воздух и накопитель тепловой энергии. Доступ к накопителю энергии для коммерческих приложений легко доступен с помощью таких программ, как накопление энергии как услуга (ESaaS).
Из соображений надежности ресурсы распределенной генерации будут подключены к той же сети передачи, что и центральные станции. При интеграции этих ресурсов в сеть возникают различные технические и экономические проблемы. Технические проблемы возникают в областях качества электроэнергии, стабильности напряжения, гармоник, надежности, защиты и управления. Поведение защитных устройств в сети должно быть проверено для всех комбинаций генерации распределенной и центральной станции. Широкомасштабное развертывание распределенной генерации может повлиять на функции всей сети, такие как контроль частоты и распределение резервов. В результате в сеть добавляются функции интеллектуальной сети, виртуальные электростанции и сетевые накопители энергии, такие как газовые станции.. Конфликты возникают между коммунальными предприятиями и организациями, управляющими ресурсами.
Каждый ресурс распределенной генерации имеет свои собственные проблемы интеграции. Как солнечная энергия, так и энергия ветра имеют прерывистую и непредсказуемую генерацию, поэтому они создают множество проблем со стабильностью напряжения и частоты. Эти проблемы с напряжением влияют на механическое сетевое оборудование, такое как переключатели ответвлений нагрузки, которые реагируют слишком часто и изнашиваются гораздо быстрее, чем предполагали коммунальные предприятия. Кроме того, без какой-либо формы хранения энергии в периоды высокой солнечной генерации компании должны быстро увеличивать выработку во время заката, чтобы компенсировать потерю солнечной генерации. Такая высокая скорость нарастания приводит к тому, что в отрасли называют «кривой утки» (пример ), что является серьезной проблемой для операторов сетей в будущем. Хранилище может решить эти проблемы, если оно будет реализовано. Маховики показали отличную возможность регулирования частоты. Кроме того, маховики обладают высокой цикличностью по сравнению с батареями, что означает, что они сохраняют ту же энергию и мощность после значительного количества циклов (порядка 10 000 циклов). Батареи краткосрочного использования при достаточно большом масштабе использования могут помочь сгладить кривую кривой и предотвратить колебания использования генератора, а также могут помочь сохранить профиль напряжения. Однако стоимость является основным ограничивающим фактором для хранения энергии, поскольку каждый метод является чрезмерно дорогим для производства в масштабе и сравнительно не энергоемким по сравнению с жидким ископаемым топливом. Наконец, еще один необходимый метод помощи в интеграции фотоэлектрических элементов для надлежащей распределенной генерации - это использование интеллектуальных гибридных инверторов. Интеллектуальные гибридные инверторы накапливают энергию, когда ее производство превышает потребление. При высоком потреблении эти инверторы обеспечивают разгрузку системы распределения электроэнергии.
Другой подход не требует интеграции в сеть: автономные гибридные системы.
Были предприняты некоторые усилия по уменьшению проблем с напряжением и частотой из-за более широкого внедрения DG. В частности, IEEE 1547 устанавливает стандарт для взаимосвязи и взаимодействия распределенных энергетических ресурсов. IEEE 1547 устанавливает конкретные кривые, сигнализирующие о том, когда устранять неисправность, в зависимости от времени после нарушения и величины неравномерности напряжения или неравномерности частоты. Проблемы с напряжением также дают устаревшему оборудованию возможность выполнять новые операции. Примечательно, что инверторы могут регулировать выходное напряжение ДГ. Изменение импеданса инвертора может изменить колебания напряжения ДГ, что означает, что инверторы могут управлять выходным напряжением ДГ. Чтобы уменьшить влияние интеграции DG на механическое сетевое оборудование, трансформаторы и переключатели ответвлений могут реализовать определенные кривые зависимости режима отвода от напряжения, уменьшая влияние скачков напряжения из-за DG. То есть переключатели ответвлений под нагрузкой реагируют на колебания напряжения, которые длятся дольше, чем колебания напряжения, создаваемые оборудованием DG.
Теперь можно комбинировать такие технологии, как фотогальваника, батареи и когенерация для создания автономных систем распределенной генерации.
Недавние исследования показали, что такие системы имеют низкий уровень стоимость электроэнергии.
Многие авторы теперь думают, что эти технологии могут привести к массовому выходу из строя сети, поскольку потребители могут производить электроэнергию, используя автономные системы, в основном состоящие из солнечных фотоэлектрическая технология. Например, Институт Скалистых гор предположил, что может иметь место широкомасштабный дефект сетки. Это подтверждается исследованиями на Среднем Западе.
Когенераторы также дороже на ватт, чем центральные генераторы. Они пользуются благосклонностью, потому что в большинстве зданий уже сжигается топливо, а когенерация позволяет извлечь из топлива больше ценности. Местное производство не имеет потерь при передаче электроэнергии на большие расстояния линий электропередач или потерь энергии из-за эффекта Джоуля в трансформаторах, где обычно 8-15% энергии потери (см. также стоимость электроэнергии по источникам ).
Некоторые более крупные установки используют генерацию с комбинированным циклом. Обычно это газовая турбина , выхлоп которой кипит вода для паровой турбины в цикле Ренкина. Конденсатор парового цикла обеспечивает тепло для обогрева помещения или абсорбционного чиллера. Установки комбинированного цикла с когенерацией обладают наивысшим известным тепловым КПД, часто превышающим 85%.
В странах с газораспределением высокого давления можно использовать небольшие турбины для доведения давления газа до внутреннего уровня при одновременном извлечении полезной энергии. Если бы Великобритания внедрила это по всей стране, стали бы доступны дополнительные 2-4 ГВт. (Обратите внимание, что энергия уже генерируется в другом месте для обеспечения высокого начального давления газа - этот метод просто распределяет энергию по другому маршруту.)
Микросеть - это локализованная группа производство электроэнергии, хранение энергии и нагрузки, которые обычно работают, подключенные к традиционной централизованной сети (макросеть ). Эта единая точка общего соединения с макросетью может быть отключена. Тогда микросеть может работать автономно. Генерация и нагрузка в микросети обычно связаны между собой при низком напряжении, и она может работать от постоянного, переменного тока или их комбинации. С точки зрения оператора сети, подключенной микросетью можно управлять, как если бы она была одним объектом.
Ресурсы генерации микросетей могут включать в себя стационарные батареи, топливные элементы, солнечную, ветровую или другие источники энергии. Множественные рассредоточенные источники генерации и возможность изолировать микросеть от более крупной сети обеспечат высоконадежную электроэнергию. Вырабатываемое тепло из источников генерации, таких как микротурбины, можно использовать для местного технологического обогрева или обогрева помещений, что позволяет гибко выбирать между потребностями в тепле и электроэнергии.
Микросети были предложены после отключения электроэнергии в Индии в июле 2012 года :
GTM Research прогнозирует, что мощность микросетей в США к 2018 году превысит 1,8 гигаватт.
Микросети были внедрены в ряде сообществ по всему миру. Например, Tesla внедрила солнечную микросеть на острове Тау в Самоа, снабжая весь остров солнечной энергией. Эта локализованная производственная система помогла сэкономить более 380 кубометров (100 000 галлонов США) дизельного топлива. Он также может поддерживать остров в течение целых трех дней, если бы солнце вообще не светило в этот период. Это отличный пример того, как микросети могут быть реализованы в сообществах для поощрения использования возобновляемых ресурсов и локализованного производства.
Для правильного планирования и установки микросетей необходимо инженерное моделирование. Существует множество инструментов моделирования и оптимизации для моделирования экономических и электрических эффектов Microgrids. Широко используемым инструментом экономической оптимизации является Модель принятия потребителями распределенных энергоресурсов (DER-CAM) от Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. Другой часто используемый инструмент коммерческого экономического моделирования - это Homer Energy, первоначально разработанный Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии. Разработчики Microgrid также используют некоторые инструменты для управления потоком энергии и электрического проектирования. Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория разработала общедоступный инструмент GridLAB-D, а Исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) разработал OpenDSS для моделирования системы распределения (для Microgrids). Профессиональная интегрированная версия DER-CAM и OpenDSS доступна через BankableEnergy. Европейский инструмент, который можно использовать для моделирования потребности в электричестве, охлаждении, обогреве и технологическом тепле, - это EnergyPLAN от Университета Ольборга, Дания.
В 2010 году Колорадо принял закон, требующий, чтобы к 2020 году 3% электроэнергии, производимой в Колорадо, использовалось в том или ином виде распределенной генерации.
11 октября 2017 года губернатор Калифорнии Джерри Браун подписал законопроект SB 338, обязывающий коммунальные компании планировать «безуглеродные альтернативы производству газа» для удовлетворения пикового спроса. Закон требует, чтобы коммунальные предприятия оценивали такие вопросы, как хранение энергии, эффективность и распределенные энергоресурсы.
Энергетический портал 
Портал возобновляемой энергии 
