美國與歐洲分布式發(fā)電的比較論文
【摘要】分布式發(fā)電的發(fā)展將有賴于電力市場的開放、官僚作風的克服及其權利的下放和日新月異的現(xiàn)代電子通訊技術等，并通過熱電聯(lián)供的方式達到更高的效率。 為此，在推廣應用傳統(tǒng)技術（如燃氣和燃油發(fā)動機）的同時，應更加注重創(chuàng)新與管理。另外，必須看到內(nèi)燃機已發(fā)展得相當完善，改進的空間有限，應積極為成本和性能可與發(fā)動機相比、已處于工業(yè)實驗階段的新技術進入市場創(chuàng)造機會。
1．回 顧
在歐洲，分布式能源已不再是新技術。自1973年能源危機之后，企業(yè)就積極進行各種活動，希望在節(jié)能方面為自己的傳統(tǒng)產(chǎn)品找到替代市場。因此，歐洲的工業(yè)企業(yè)對熱電聯(lián)產(chǎn)已十分了解。在1978至1984年間，市場的巨大動力推動著熱電聯(lián)產(chǎn)技術在住宅和服務行業(yè)的應用。
當時，歐洲各主要轎車企業(yè)提出了一個分布式發(fā)電的方案，即對已有的甲烷內(nèi)燃機進行改造，配以熱交換器，回收廢氣、冷卻水和機油的余熱。發(fā)動機及機電、熱力部件與消聲保護殼整合為一體。
在1982年漢諾威博覽會上展出了15種以上不同系列的分布式發(fā)電設備，其中，菲亞特的“Totem”機型是已工業(yè)化的產(chǎn)品之一，它的發(fā)電量15 kWe，供熱量34kW，平均發(fā)電總效率為28%，平均凈效率26%，結構緊湊（約1m3），配有催化式消音器和運行管理的計算機控制面板。在歐洲各國大約已裝了2000臺“Totem”機組, 主要是在服務行業(yè)。
最令人感興趣的分布式發(fā)電例子是Multiservice 公司開發(fā)的系統(tǒng)。該公司位于人口約10萬的Vicenza市，通過自有渠道銷售甲烷和電力。1982至1986年間，公司選擇了每年熱負荷不少于5000小時的10家用戶，共安裝了31臺“Totem”機組, 發(fā)電總量465 kW, 與中壓電網(wǎng)并網(wǎng)。每一機組的平均運行時間約5250小時，較傳統(tǒng)系統(tǒng)節(jié)能35%。這些設備現(xiàn)在仍在運行，從經(jīng)濟角度看，1987年的系統(tǒng)內(nèi)部收益率就達到了21.4%。
盡管分布式發(fā)電在技術和經(jīng)濟方面已取得了良好的、鼓舞人心的成果，但至八十年代后期，菲亞特公司不再對該領域感興趣，歐洲其他的轎車生產(chǎn)廠家同樣也是如此。其主要原因，至少在意大利，是因為：
1） 電力部門不允許在公寓住宅區(qū)安裝Totem（這些住戶是Totem計劃的終端用戶）, 因為公寓住戶不具有正式公司的組織結構，因此無權自行向各個住戶售電。另外，Totem設備首先是用在服務行業(yè)，而用戶分散也造成了營銷和維修成本的提高。至1992年，有關法律規(guī)定公共電網(wǎng)必須以支持價購買可再生能源或熱電聯(lián)供的發(fā)電量，從此制造商就不再對Totem感興趣。
2） 審批、環(huán)境控制和公眾利益關系上的官僚行為--15 kW機組與150MW的機組不能區(qū)別對待，耽心小機組數(shù)量的增加。實際上，每一個消費者是不可能自己去處理各種設備問題的，這勢必導致成本提高，最終停機。
3） 對天然氣部門及輸配商缺少關注，尤其對他們宣傳推廣的小型燃氣鍋爐。而恰恰是小型燃氣鍋爐避免了一般鍋爐的公用性及由此產(chǎn)生的各種麻煩。
4） 用戶技術知識的缺乏、以及維修和安裝人員的缺少。事實上分布式發(fā)電設備的安裝和維修需要發(fā)動機機械、并網(wǎng)和三相負荷管理、水路循環(huán)的熱力技術、傳感器及計算機化管理等方面的熟練技術人員。
上述困難始終是分布式發(fā)電推廣應用的主要障礙。
2．分布式發(fā)電和電氣系統(tǒng)
美國對分布式發(fā)電感興趣主要是因為裝機容量短缺，尤其是加利福尼亞危機的發(fā)生。相反，2001年歐洲卻是以大型超容量發(fā)電機組為主，為了保證股東的分紅，公共壟斷（如電力部門）對投資新機組比擴大老廠更感興趣。由于公司的私營化，歐洲還將經(jīng)歷幾年才會不發(fā)生類似加洲危機的情形呢？或者，為了履行京都協(xié)議，需要多少個高效聯(lián)合燃煤/燃油循環(huán)廠才能對節(jié)約資源產(chǎn)生作用呢？
在歐洲，即使電網(wǎng)獨立，也不會出現(xiàn)美國市場開放的情形。從理論上講，可能過若干年以后，經(jīng)濟自由化進程結束，過剩電量的轉移將成為可能。但是，官僚或財政方面的障礙仍將存在。例如，在意大利，光電屋頂計劃使光電生產(chǎn)者可與電網(wǎng)公司可對等交換電量，但不是銷售，因為意大利的財政政策要求從事銷售活動的法人應具有增殖稅注冊號及相關的帳簿登記。由于小用戶支付的稅費較輸配商高，分布式發(fā)電使得小電網(wǎng)得以存在并向周邊用戶售電，而且在供應范圍內(nèi)，根據(jù)熱負荷需求而生產(chǎn)的電力可以獲利。
歐洲大規(guī)模市場的設想并非沒有缺憾，因為一旦1000兆瓦的發(fā)電廠與1000瓦屋頂光電發(fā)電通過計算機網(wǎng)絡進行實時的“對話”，電力王國取得優(yōu)勢的話，它的選擇將強加于歐洲人。
關于電力供應可靠性問題，在歐洲, 尤其是在城市，中負荷電網(wǎng)通常是鋪設在地下的，而美國的變壓器懸掛在電桿上。無疑，電網(wǎng)和自發(fā)電必需確保電力交易系統(tǒng)所要求的可靠性（每年斷電12秒）。
3．預期的效率和可靠性
分布式發(fā)電效率與上網(wǎng)發(fā)電廠的效率的比較比較。多年以來，歐洲一直很重視對進口燃料依賴的限制（但是沒有太大的進展），為此，其電力系統(tǒng)的燃料效率較美國的高，美國現(xiàn)在對進口燃料的依賴性日益增大。
在歐洲還有一特殊情況，即工業(yè)企業(yè)利用熱空氣進行干燥，所以電效率低于25%的燃氣發(fā)電機就沒有市場的。服務業(yè)耗電量大，其所使用的燃氣發(fā)動機的電力凈效率，根據(jù)發(fā)動機大小的不同可從32%提高至36%-38%不等。
以熱負荷為主的用戶情形較為復雜，一方面，自用發(fā)電量是有限的，這就降低了分布式發(fā)電的經(jīng)濟利潤，另一方面，若根據(jù)熱負荷選擇高效設備（像燃料電池）的規(guī)格，可能會出現(xiàn)售電、至少是電量交換的問題。
再看美國，其效率值低于歐洲，而高電耗（包括夏季）又使機組的電-熱指數(shù)更接近用戶的需求。
關于小型分布式發(fā)電機可靠性，歐洲的情形正逐步與美國接近。比如，幾十年前在歐洲，即使偏遠地區(qū)也有維修人員以合理的價格提供小轎車的維修服務。近幾年來，勞動力成本的提高和技術的不斷進步，小轎車可望在一定時間內(nèi)使用而無須維修，而后再轉買或報廢。這與美國情形已相近了。在美國，考慮成本及距離等因素，頻繁且要求專業(yè)維修的機械設備是沒有市場的。為降低成本，工業(yè)生產(chǎn)更側重設備的.可靠性而不是效率。
4．發(fā)電成本的估計
發(fā)電成本與電價、燃氣的價格密切相關。各國電價和燃料價格的高低取決于稅收，而稅收因燃料用途的不同而變化。為此，發(fā)電成本很難一概而論。比如，在意大利，小規(guī)模熱用戶的天然氣價格為0.70歐元/ m3。如果天然氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)，每千瓦電量所消耗的0.25 m3天然氣將轉移到用電稅收上，實際燃氣費則降低0.22 歐元/m3。這樣，分布式發(fā)電在服務業(yè)應用時，其電效率的要求就可適當放寬，而家庭戶用可能存在多余電量的問題。
維修成本是內(nèi)燃機機組發(fā)電成本的重要組成之一，其中包括更換機油、火花塞及清洗熱交換器的費用等。以意大利的Totem 機組為例，這些維修費用一般為0.030歐元/kWh，而兆瓦級發(fā)動機為 0.015歐元/kWh, 與0.02歐元/kWh的平均輸電成本不相上下。但是在歐洲，安裝成本中還必須考慮行政管理的成本以及在市區(qū)降低噪音措施的費用等。
5．新型發(fā)電機與內(nèi)燃機的比較
燃氣發(fā)動機式分布發(fā)電在過去的十幾年中雖然已安裝了成千萬臺，但仍能未得到推廣，其主要原因一方面是分布式發(fā)電應用存在著各種障礙，另一方面是采用的技術不恰當。
目前市場上對開發(fā)新型發(fā)動機有三種主要方案：
1. 斯特林發(fā)動機：有適合家用的1 kWe型號（ATAG方案）和適合服務業(yè)的型號（美國的25 kWe ）。因使用率高且日常維修少，這種發(fā)動機可與高效鍋爐相媲美。為了使用戶能夠接受，斯特林發(fā)動機的可靠性和價格便宜還有待證實。
2. 小型和微型燃氣透平：以回熱循環(huán)工作，有各種規(guī)格機型滿足服務業(yè)的要求。因為空氣過量，燃料使用的效率不夠高，為吸引歐洲用戶的興趣，電效率不得低于30%，且性能要可靠。與內(nèi)燃機相比，燃氣透平的優(yōu)點是普通維修的成本低、結構緊湊、振動小，但電效率和總效率不及前者。
3. 燃料電池：鑒于低溫技術已接近市場化且滿足氫氣更新劑的要求，燃料電池的電效率高于并網(wǎng)電站的效率，且燃料消耗低于鍋爐。盡管燃料電池是模塊式的，但更新劑卻不是，這就意味著小容量機組在價格上不會有明顯的降低。歐洲和美國的服務業(yè)對燃料電池都極為感興趣。另外，在美國，許多無電網(wǎng)地區(qū)家庭對燃料電池有著濃厚的興趣。但燃料電池在歐洲因電網(wǎng)覆蓋面大而存在著不確定性。
6．結論
分布式發(fā)電的發(fā)展將有賴于電力市場的開放、官僚作風的克服及其權利的下放和日新月異的現(xiàn)代電子通訊技術等，并通過熱電聯(lián)供的方式達到更高的效率。
為此，在推廣應用傳統(tǒng)技術（如燃氣和燃油發(fā)動機）的同時，應更加注重創(chuàng)新與管理。另外，必須看到內(nèi)燃機已發(fā)展得相當完善，改進的空間有限，應積極為成本和性能可與發(fā)動機相比、已處于工業(yè)實驗階段的新技術進入市場創(chuàng)造機會。