印度分布式发电的发展现状

文/印度电器电子制造商协会V. S. Joshi

译/北京机械电工技术经济研究所 张爽

全球约18亿多人口存在电力供应不足状况，这些人大多数居住在发展中国家的偏远地区。尽管许多发展中国家正在努力实施农村电力方案，但据观察，财政困难仍然是执行的首要瓶颈问题。政府正在努力扩大农村地区的电网，但同时也面临着如无法回收成本、缺乏切实可行的价格机制等一系列问题。行业或政府对农村电力供应通常会给予一定的补贴，但因为人口密度与需求等一些因素，农村电力的运行成本还是相对较高。

分布式发电（Distributed Generation）是指将电力系统以小规模、分散式方式布置在用户附近，可以独立输出电能的系统。利用当地丰富的清洁能源，建立小规模型的发电系统，分布式发电被认为是可以确保农村地区电力供应的发电形式之一，人们普遍认为利用可再生能源的分布式发电在取得农村电力化目标的过程中具有非常重要的作用。

现在微型燃气轮机、燃料电池、太阳能发电在印度都还处于早期的商业运行阶段。这些技术最初研发主要是为了国防、航空及无污染交通工具的应用，稳定的电力市场为其提供了大量的商机。分布式发电站正在世界各地不断普及，农村电力化方案在发展中国家得到了广泛实施。

分布式发电主要是小规模电力系统（发电功率在数KW- 50 MW的小型模块），可独立地输出电能，灵活地分布在居民小区、建筑物甚至是每户家庭附近，可以满足消费者的特殊需求。由于接近客户，电力系统的稳定性与电力质量都得到提高，热量能效也得到改善；分布式发电另一显著的优势在于它能够明显减少二氧化碳的排放。集中式供电对国家电力供应至关重要，然而在不断变化的能源需要方面，它又存在一定的局限性。

集中式供电系统的大型电站建在能源基地，需要耗费长时间建设还需要巨大的投资。分布式发电是集中式供电的有益补充：(1)节省投资；(2)在所需地点发电，避免输配电容量升级；(3)可以根据需要，将剩余电量灵活的向电网“倒送电”。集中式供电影响当地环境；而如果分布式发电有环境污染，只有分布式发电的受益者们才会受到环境影响。

电力系统改革已经取得一定进展，这将有助于开放能源市场，让客户自主选择能源供应商、电力传输方式与服务。市场越来越青睐小规模、模块化的电源技术，这些技术可以迅速满足市场需求。

分布式发电得到青睐的一些其他因素：

1）国内国际对电力的需求都在不断增加；

2）小型、模块化的分布式发电技术可以显著节约发电成本、改善性能；

3）针对环境问题，政府正在出台相关的规章条例，对电力系统的能效与环保提出具体要求；

4）在一些领域，集中式供电的稳定性与质量无法达到预期目标。

通过几十年的深入研究，小规模、模块化的燃气发电在印度已经取得了突破性的技术进步，其在经济运行与环保性能方面都有了重大改进。分布式发电系统是一种清洁高效、系统可靠性高、更为灵活的电力选择。其燃料更具有灵活性，可以是天然气、丙烷；也可以是碳氢化合物中得到的燃料气体，包括煤或生物质，甚至农、林产业的废弃物都可以用来作为燃料。

印度的燃气轮机和往复式发动机技术已经取得了一定成绩，但是经过不断的努力，它们还将作出更多贡献。燃料电池已经进入市场，但需要更深入的研究与探索。目前印度的燃料电池/燃气轮机混合动力系统与21世纪燃料电池、风力-柴油混合发电系统尚处在起步阶段，也将具有更大的发展潜力。

与传统的集中式供电相比较

集中式供电是目前用电的主要来源，主要由蒸汽驱动汽轮机发电。这些电站大都是10MW以上的电站，规模较大，对发电设施的要求也较高。这些大型电站需要燃料和补给，同时需要高压输电线路负责输配电。我们可以将分布式发电与传统的集中式供电作一下简单比较。

就新设备而言，分布式发电与传统的集中式供电最直接的对比是能效。大型集中式供电的单位能效在28-35%之间，这取决于电站的服务年龄，这意味着只有28-35%的燃料能被转化为有用电能。而小型燃料电池及适用于分布式发电的各种新型的联合循环燃气轮机与大型往复式发动机的能效约为40-50%。一些新技术，如燃料电池/燃气轮机混合动力系统能效甚至达到70%。近二、三十年以来，一些热电联产、冷电联产电站使用燃气轮机与往复式发动机，在热带条件下如印度，其燃料转换能效约为65%-75%；而在寒冷地区，采用分布式发电的燃料能效可达90%。

分布式发电最大的优势是在短时间内，发电系统即可安装完毕。大多数分布式发电项目的安装时间都要明显少于煤、燃气发电厂。随着人口增长，分布式发电的执行速度与模块化性质使得发展中国家能有效地进行投资发电。

输配电基础设施意味着要在初期投资、持续运营及维护方面进行大量的投资。而分布式发电就设在电力应用现场，不会加重输配电的负担。此外，输配电设施经常要解决用户问题，而分布式发电避免了这些成本和可靠性问题，在许多应用案例中它都可以以较低的成本为用户提供更为优质的服务。

印度新开发的分布式发电系统单位通常在5KW-20MW之间，运行成为200美元-6000美元/KW。下面是就印度分布式发电技术与应用状况所作的一些简短说明:

印度的分布式发电主要类型

微型燃气轮机

微型燃气轮机与传统的燃气轮机工作原理相同。空气进入压缩机换热器，受到挤压。燃烧室混合了热空气与燃料，这种混合通过涡轮不断扩大，驱动压缩机与发电机（转速达到70,000-120,000 RPM）。燃烧的空气进行回热循环，发电机产生转换为50/60Hz的高频交流电。微型燃气轮机的额定功率为25-500kW之间，一般投资成本为500-1000美元/KW。电力能效为27-32%。如果利用废热可以提高整体能效至80%。运营成本（如发电成本）预计在，氮氧化物排放为0.1lb/BTU。微型燃气轮机以天然气、甲烷、柴油等作为燃料来源。具有体积小、多燃料、低油耗、低污染、高可靠性等一系列优点，是目前应用较为广泛的一种分布式电源。

燃料电池

燃料电池直接将燃料中的氢气借助电解质与空气中的氧气发生化学反应，生成水的同时进行发电。氢气和氧气进行化学反应，发生电子的转移，把电子的转移取出，再连接到外部负载上面，从而实现负载供电。其过程简单，就是将化学能直接转化为电能，能效较高。忽略其产生的热量，燃料电池的能效在35-65 %之间；如果对产生的热量加以利用，燃料电池的能效可提升至80%。其运营成本预计在燃料电池的氮氧化物排放非常低，约为0.003-0.03 lb/BTU。

燃料电池类似于电池，因为它们都通过化学反应产生直流电，但与电池不同的是，燃料电池直接转化富氢燃料为电能，只要有持续的燃料，它就会一直运行。燃料电池通常针对50-1000kW的单个安装地点，如高层办公楼、医院、学校、宾馆、餐厅等等。小型燃料电池的开发商之前瞄准了汽车市场，现在他们看到额定功率为5-10kW的住宅发电也是一个充满潜力的市场。

风能发电

风力机或风能转换器可以将风能转化为电能。通常系统为30KW的独立单位-3MW多个单位的风力发电场。风轮高度约为80米，转子直径为65米。转子由可变叶片角或不变叶片角构成，它既可以与同步电机相连也可以与异步电机相连，把机械能转换成电能。同步发电机通常配备脉宽调制转换器，控制这些转换器对风车在电网中性能的调节非常重要。风车经常成组安装或以风电场形式出现，很少单独使用。

对于风力机而言，输出的有功功率是由风速决定的，会随风速的变化而变化，因此风能发电的一个缺点就是不稳定性，这使其连接到电网变得复杂。目前使用高压直流线路将风电场连接至传输电网的技术正在研究之中。

一些农场主、牧场主在多风地区喜欢使用风力机，以节省电费。目前风能发电的费用一般为1000美元/KW，发电能效约为25%左右。然而，需要说明的是在可再生燃料方面，风能发电的能效不应与燃料电池或微型燃气轮机的能效相提并论。其运营成本约为KWH。

太阳能发电

太阳能光伏发电的能量转换器件是太阳能电池，又叫光伏电池。太阳能电池发电的主要原理是光电伏打效应。从上个世纪30年代开始，太阳能转化为电能技术在印度已经可行，但面临的主要困难是光伏发电系统的高额投入，一般为6000美元/KW。太阳能发电的输出功率与其表面积大小成正比，因此占地面积相对较大（0.02KW/m2）。其能效与风车电能一样，相对较低（6-20%），但这一数字不应与非可再生能源系统相比。其运营成本约为＜10KW的小型光伏电池一般应用于屋顶或远程系统，一般不被连接到电网中。由于在室外工作，其输出功率和能效严重受温度与太阳照度的影响。如果没有阳光，通常会造成能量不足。

生物质能发电

生物质能发电主要是开发利用农业、林业和工业废弃物为原料，也可以将城市固体垃圾为原料，采取直接燃烧或气化的发电方式。

在发达国家生物质能在热电联产中变得越来越重要。此外，在家庭与社区取暖应用中，生物质能作为一种清洁能源，也具有非常重要的作用。芬兰、美国和瑞士等国家的人均生物质能使用率要高于印度、中国等一些亚洲国家。印度的生物质能发电估计可达16,000MW。

作为一种替代能源来源，生物质能最突出的特点是是可再生能源，无二氧化碳排放。生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大。地球上每个国家都有某种形式的生物质。在未来生物质能将成为全球可持续发展的重要能源资源。印度的小型沼气池已经设计研发成功，目前正在为印度国内照明进行测试。

结束语

在未来30年，预计发展中国家的全球能源消费将增加一半以上。如何提高农村生活水平，提高城市电力供应的质量与可靠性，行业要求与不断增长的人口都给政府带来了巨大的压力。

燃料的高效利用与转化、可持续性发展、环保将成为今后城市工业与服务部门对能源传输技术选择的首要考虑因素。在农村地区，电力服务地点相距遥远，灵活的小规模配电系统将是经济可行的选择。可以根据当地的具体情况（如地理位置、环境状况、资源分布等）合理选择分布式电源，充分利用当地的资源来发挥分布式发电的优势。分布式发电将是的有效解决方案。

作为传统的集中式供电的有益补充，接近终端用户、小规模的分布式发电将会为用户提供投资更节省、更为环保的解决方案，它可以有效地解决发展中国家的电力需求，是未来能源领域的一个重要发展方向。分布式发电在电力系统中将会发挥日益重要的作用，必然也会拥有日益广阔的市场发展前景。