瓦斯发电作为分布式电源在电力系统中的应用与研究

　　摘 要：本文介绍了分布式发电中煤矿瓦斯发电技术的优越性及潜在的经济效益和社会效益，并结合电力系统进行了相关分析，尤其对煤矿瓦斯发电及并网后对电网产生的影响进行了一定的研究。
　　关键词：瓦斯发电 分布式发电
　　中图分类号:TM61 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)10(c)-0000-00
　　
　　近年来，随着可持续发展思想成为国内能源应用的主题，如何更好的利用可再生能源来进行电力生产已经成为分布式电源的重要发展方向。在此方向下，瓦斯发电受到了越来越多的重视及利用，建设装机容量逐年增加。本文对采用煤矿瓦斯发电作为分布式电源的应用要求、特点及对现有电网的影响进行了一定的研究。
　　
　　1 分布式电源定义
　　分布式电源通常是指以沼气或煤层气等气体作为燃料的内燃机或者燃气轮机来进行发电、太阳能光伏发电、小型风力发电等。由于其在环保、节能、能源结构多样化等各个方面的优越性，以及电力供给市场化的大势所趋，使这种发电技术得到了充分的关注。根据目前的研究，这种发电技术可应用于医院、写字楼、商厦、宾馆、大型会场等场所，经济效益和社会效益十分显著。
　　
　　2 分布式发电对电力系统的影响
　　(1)对发电、输电系统的影响：采用分布式发电后，将大大减少对于集中式发电厂和远距离输电线的需求。首先，分布式发电可以满足很大一部分的新增负荷；其次，获益于分布式发电的削峰填谷、平衡负荷的作用，将在很大程度的提高已有发电设备的运行效率，这将大大降低那些仅为满足高峰负荷需求的发输电设施的投资规模。
　　(2)对配电系统的影响：分布式发电技术的应用，将根本性的改变配电系统的结构，将其变为一个遍布电源和用户的互联的网络。这虽然提高了整体结构的灵活性和应变能力，但是配电系统的控制和管理也将变得更加复杂。这体现在：①分布式发电的引入会使传统的配电网络规划、运行(如电压控制策略)彻底改变；②对配电网络自动化和需求侧的管理也将重新布局；③随着分布式电源的曾加，分布式电源之间的相互协调和调度也变得越来越重要，相关的法律和行业规范也需要妥善制定。下图为分布式电源与电网的关系结构图：
　　
　　
　　3 瓦斯发电流程
　　3.1 瓦斯发电工艺流程
　　(1)瓦斯预处理系统。瓦斯发电技术的核心内容在于对瓦斯进行预处理。由煤层工作面抽排出的瓦斯气体品质优劣不齐，浓度、纯度也有很大差异，比较常见的杂质有水分、粉尘、硫化物、硅氧烷等，这些杂质会干扰内燃机的正常运转，严重时甚至会引发生产事故，所以直接抽排的瓦斯气体不能直接输送到内燃机，必须经过一系列的处理净化后才能作为燃料使用。预处理系统的净化处理措施主要有：脱水、除尘、脱硫、加压等。经过处理，使供气压力、流量、温度等物理参数与内燃发电机组的要求相匹配。
　　(2)瓦斯发电机站的工作流程主要是将浓度在30%以上的瓦斯气通过相关管路输送至储气罐中进行加压处理，由储气罐将压力值稳定的瓦斯气体送至发电机组的气体预处理系统，经过上文中所述的各项处理工作后输送至发电机组进行发电。在发电的过程，由发电机组产生的高温烟气可作为热源，高温循环回水通过制冷机组降温制成冷水后，再通过管路输送入井下进行降温。变压器负责将发电机组产生的400V电压升压至6kv，经过载、短路、逆功率、欠压保护后并上矿电网。
　　3.2 煤矿瓦斯发电厂并网运行
　　作为分布式电源的一个重要组成部分，瓦斯发电在实际应用中有两种运行方式：独立运行和并网运行。
　　若煤矿瓦斯发电站点独立运行，作为单独的电源供给用户，则供电的连续性、供电功率等参数难以保证。若添加储能设备并联互补运行，虽然解决了一部分稳定性的问题，但是投资则大大增加了，而且后期维护费用很难控制，因为作为单独电源供给用户，那么对发电站的工作效率和稳定性的要求就被提高到了比较严苛的程度，而为了达到这些超过实际需求的高标准，势必会导致投资上的浪费及后期维护工作的额外支出，这无形中就降低了分布式电源本身的优越性。比较理想的解决方案是把煤矿瓦斯发电厂输出的电能同电力系统相并网，作为可互补性的电能供给给用户，一般情况下以煤矿瓦斯发电为主，在用电高峰或电力不足时可从电网补充电能，这样就既解决了供电的质量及稳定性，又充分发挥了瓦斯发电的经济效益。
　　要实现瓦斯发电同电力系统并网，必须解决好以下几点因素：(1)对供电电压的影响。煤矿瓦斯发电厂并网后，由于改变了电网结构，所以用户端的供电电压也会受到直接影响。因此，需要加以协调和控制。(2)对电压分布和网损的影响。由于目前普遍采用的配电网潮流计算法是基于集中式发电站的，并没有考虑各类分布式电源，因而随着各种不同形式分布式电源的并网运行，配电网潮流计算难度增大，为此必须重新研究新的计算方法，从而将分布式电源带来对电压分布和网损的影响计算进去。(3)对于电压值波动的影响。尤其是机组容量较小的分布式电源，例如小型瓦斯发电厂，很容易受到负荷变化的冲击，必须适当的调整控制系统，使得调整量与实际负荷的变化值相匹配，否则就会造成发电机出口处电压的幅值在很长时间内保持周期性波动。
　　
　　4 结语
　　我国对分布式发电的研究还处在初