美国与欧洲分布式发电的比较论文

【摘要】分布式发电的发展将有赖于电力市场的开放、官僚作风的克服及其权利的下放和日新月异的现代电子通讯技术等，并通过热电联供的方式达到更高的效率。 为此，在推广应用传统技术（如燃气和燃油发动机）的同时，应更加注重创新与管理。另外，必须看到内燃机已发展得相当完善，改进的空间有限，应积极为成本和性能可与发动机相比、已处于工业实验阶段的新技术进入市场创造机会。

1．回 顾

在欧洲，分布式能源已不再是新技术。自1973年能源危机之后，企业就积极进行各种活动，希望在节能方面为自己的传统产品找到替代市场。因此，欧洲的工业企业对热电联产已十分了解。在1978至1984年间，市场的巨大动力推动着热电联产技术在住宅和服务行业的应用。

当时，欧洲各主要轿车企业提出了一个分布式发电的方案，即对已有的甲烷内燃机进行改造，配以热交换器，回收废气、冷却水和机油的余热。发动机及机电、热力部件与消声保护壳整合为一体。

在1982年汉诺威博览会上展出了15种以上不同系列的分布式发电设备，其中，菲亚特的“Totem”机型是已工业化的产品之一，它的发电量15 kWe，供热量34kW，平均发电总效率为28%，平均净效率26%，结构紧凑（约1m3），配有催化式消音器和运行管理的计算机控制面板。在欧洲各国大约已装了2000台“Totem”机组, 主要是在服务行业。

最令人感兴趣的分布式发电例子是Multiservice 公司开发的系统。该公司位于人口约10万的Vicenza市，通过自有渠道销售甲烷和电力。1982至1986年间，公司选择了每年热负荷不少于5000小时的10家用户，共安装了31台“Totem”机组, 发电总量465 kW, 与中压电网并网。每一机组的平均运行时间约5250小时，较传统系统节能35%。这些设备现在仍在运行，从经济角度看，1987年的系统内部收益率就达到了21.4%。

尽管分布式发电在技术和经济方面已取得了良好的、鼓舞人心的成果，但至八十年代后期，菲亚特公司不再对该领域感兴趣，欧洲其他的轿车生产厂家同样也是如此。其主要原因，至少在意大利，是因为：

1） 电力部门不允许在公寓住宅区安装Totem（这些住户是Totem计划的终端用户）, 因为公寓住户不具有正式公司的组织结构，因此无权自行向各个住户售电。另外，Totem设备首先是用在服务行业，而用户分散也造成了营销和维修成本的提高。至1992年，有关法律规定公共电网必须以支持价购买可再生能源或热电联供的发电量，从此制造商就不再对Totem感兴趣。

2） 审批、环境控制和公众利益关系上的官僚行为--15 kW机组与150MW的机组不能区别对待，耽心小机组数量的增加。实际上，每一个消费者是不可能自己去处理各种设备问题的，这势必导致成本提高，最终停机。

3） 对天然气部门及输配商缺少关注，尤其对他们宣传推广的小型燃气锅炉。而恰恰是小型燃气锅炉避免了一般锅炉的公用性及由此产生的各种麻烦。

4） 用户技术知识的缺乏、以及维修和安装人员的缺少。事实上分布式发电设备的安装和维修需要发动机机械、并网和三相负荷管理、水路循环的热力技术、传感器及计算机化管理等方面的熟练技术人员。

上述困难始终是分布式发电推广应用的主要障碍。

2．分布式发电和电气系统

美国对分布式发电感兴趣主要是因为装机容量短缺，尤其是加利福尼亚危机的发生。相反，2001年欧洲却是以大型超容量发电机组为主，为了保证股东的分红，公共垄断（如电力部门）对投资新机组比扩大老厂更感兴趣。由于公司的私营化，欧洲还将经历几年才会不发生类似加洲危机的情形呢？或者，为了履行京都协议，需要多少个高效联合燃煤/燃油循环厂才能对节约资源产生作用呢？

在欧洲，即使电网独立，也不会出现美国市场开放的情形。从理论上讲，可能过若干年以后，经济自由化进程结束，过剩电量的转移将成为可能。但是，官僚或财政方面的障碍仍将存在。例如，在意大利，光电屋顶计划使光电生产者可与电网公司可对等交换电量，但不是销售，因为意大利的财政政策要求从事销售活动的法人应具有增殖税注册号及相关的帐簿登记。由于小用户支付的税费较输配商高，分布式发电使得小电网得以存在并向周边用户售电，而且在供应范围内，根据热负荷需求而生产的电力可以获利。

欧洲大规模市场的设想并非没有缺憾，因为一旦1000兆瓦的发电厂与1000瓦屋顶光电发电通过计算机网络进行实时的“对话”，电力王国取得优势的话，它的选择将强加于欧洲人。

关于电力供应可靠性问题，在欧洲, 尤其是在城市，中负荷电网通常是铺设在地下的，而美国的变压器悬挂在电杆上。无疑，电网和自发电必需确保电力交易系统所要求的可靠性（每年断电12秒）。

3．预期的效率和可靠性

分布式发电效率与上网发电厂的效率的比较比较。多年以来，欧洲一直很重视对进口燃料依赖的限制（但是没有太大的进展），为此，其电力系统的燃料效率较美国的高，美国现在对进口燃料的依赖性日益增大。

在欧洲还有一特殊情况，即工业企业利用热空气进行干燥，所以电效率低于25%的燃气发电机就没有市场的。服务业耗电量大，其所使用的燃气发动机的电力净效率，根据发动机大小的不同可从32%提高至36%-38%不等。

以热负荷为主的用户情形较为复杂，一方面，自用发电量是有限的，这就降低了分布式发电的经济利润，另一方面，若根据热负荷选择高效设备（像燃料电池）的规格，可能会出现售电、至少是电量交换的问题。

再看美国，其效率值低于欧洲，而高电耗（包括夏季）又使机组的电-热指数更接近用户的需求。

关于小型分布式发电机可靠性，欧洲的情形正逐步与美国接近。比如，几十年前在欧洲，即使偏远地区也有维修人员以合理的价格提供小轿车的维修服务。近几年来，劳动力成本的提高和技术的不断进步，小轿车可望在一定时间内使用而无须维修，而后再转买或报废。这与美国情形已相近了。在美国，考虑成本及距离等因素，频繁且要求专业维修的机械设备是没有市场的。为降低成本，工业生产更侧重设备的可靠性而不是效率。

4．发电成本的估计

发电成本与电价、燃气的价格密切相关。各国电价和燃料价格的高低取决于税收，而税收因燃料用途的不同而变化。为此，发电成本很难一概而论。比如，在意大利，小规模热用户的天然气价格为0.70欧元/ m3。如果天然气用于热电联产，每千瓦电量所消耗的0.25 m3天然气将转移到用电税收上，实际燃气费则降低0.22 欧元/m3。这样，分布式发电在服务业应用时，其电效率的要求就可适当放宽，而家庭户用可能存在多余电量的问题。

维修成本是内燃机机组发电成本的重要组成之一，其中包括更换机油、火花塞及清洗热交换器的费用等。以意大利的Totem 机组为例，这些维修费用一般为0.030欧元/kWh，而兆瓦级发动机为 0.015欧元/kWh, 与0.02欧元/kWh的平均输电成本不相上下。但是在欧洲，安装成本中还必须考虑行政管理的成本以及在市区降低噪音措施的费用等。

5．新型发电机与内燃机的比较

燃气发动机式分布发电在过去的十几年中虽然已安装了成千万台，但仍能未得到推广，其主要原因一方面是分布式发电应用存在着各种障碍，另一方面是采用的技术不恰当。

目前市场上对开发新型发动机有三种主要方案：

1. 斯特林发动机：有适合家用的1 kWe型号（ATAG方案）和适合服务业的型号（美国的25 kWe ）。因使用率高且日常维修少，这种发动机可与高效锅炉相媲美。为了使用户能够接受，斯特林发动机的可靠性和价格便宜还有待证实。

2. 小型和微型燃气透平：以回热循环工作，有各种规格机型满足服务业的要求。因为空气过量，燃料使用的效率不够高，为吸引欧洲用户的兴趣，电效率不得低于30%，且性能要可靠。与内燃机相比，燃气透平的优点是普通维修的成本低、结构紧凑、振动小，但电效率和总效率不及前者。

3. 燃料电池：鉴于低温技术已接近市场化且满足氢气更新剂的要求，燃料电池的电效率高于并网电站的效率，且燃料消耗低于锅炉。尽管燃料电池是模块式的，但更新剂却不是，这就意味着小容量机组在价格上不会有明显的降低。欧洲和美国的服务业对燃料电池都极为感兴趣。另外，在美国，许多无电网地区家庭对燃料电池有着浓厚的兴趣。但燃料电池在欧洲因电网覆盖面大而存在着不确定性。

6．结论

分布式发电的发展将有赖于电力市场的开放、官僚作风的克服及其权利的下放和日新月异的现代电子通讯技术等，并通过热电联供的方式达到更高的效率。

为此，在推广应用传统技术（如燃气和燃油发动机）的同时，应更加注重创新与管理。另外，必须看到内燃机已发展得相当完善，改进的空间有限，应积极为成本和性能可与发动机相比、已处于工业实验阶段的新技术进入市场创造机会。

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