美國與歐洲分散式發電的比較論文
美國與歐洲分散式發電的比較論文
【摘要】分散式發電的發展將有賴於電力市場的開放、官僚作風的克服及其權利的下放和日新月異的現代電子通訊技術等，並透過熱電聯供的方式達到更高的效率。 為此，在推廣應用傳統技術（如燃氣和燃油發動機）的同時，應更加註重創新與管理。另外，必須看到內燃機已發展得相當完善，改進的空間有限，應積極為成本和效能可與發動機相比、已處於工業實驗階段的新技術進入市場創造機會。
1．回 顧
在歐洲，分散式能源已不再是新技術。自1973年能源危機之後，企業就積極進行各種活動，希望在節能方面為自己的傳統產品找到替代市場。因此，歐洲的工業企業對熱電聯產已十分了解。在1978至1984年間，市場的巨大動力推動著熱電聯產技術在住宅和服務行業的應用。
當時，歐洲各主要轎車企業提出了一個分散式發電的方案，即對已有的甲烷內燃機進行改造，配以熱交換器，回收廢氣、冷卻水和機油的餘熱。發動機及機電、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散式發電裝置，其中，菲亞特的“Totem”機型是已工業化的產品之一，它的發電量15 kWe，供熱量34kW，平均發電總效率為28%，平均淨效率26%，結構緊湊（約1m3），配有催化式消音器和執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。
最令人感興趣的分散式發電例子是Multiservice 公司開發的系統。該公司位於人口約10萬的Vicenza市，透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於5000小時的10家使用者，共安裝了31臺“Totem”機組, 發電總量465 kW, 與中壓電網併網。每一機組的平均執行時間約5250小時，較傳統系統節能35%。這些裝置現在仍在執行，從經濟角度看，1987年的系統內部收益率就達到了21.4%。
儘管分散式發電在技術和經濟方面已取得了良好的、鼓舞人心的成果，但至八十年代後期，菲亞特公司不再對該領域感興趣，歐洲其他的轎車生產廠家同樣也是如此。其主要原因，至少在義大利，是因為：
1） 電力部門不允許在公寓住宅區安裝Totem（這些住戶是Totem計劃的終端使用者）, 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裝置首先是用在服務行業，而使用者分散也造成了營銷和維修成本的提高。至1992年，有關法律規定公共電網必須以支援價購買可再生能源或熱電聯供的發電量，從此製造商就不再對Totem感興趣。
2） 審批、環境控制和公眾利益關係上的官僚行為--15 kW機組與150MW的機組不能區別對待，耽心小機組數量的增加。實際上，每一個消費者是不可能自己去處理各種裝置問題的，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生的各種麻煩。
4） 使用者技術知識的缺乏、以及維修和安裝人員的缺少。事實上分散式發電裝置的安裝和維修需要發動機機械、併網和三相負荷管理、水路迴圈的熱力技術、感測器及計算機化管理等方面的熟練技術人員。
上述困難始終是分散式發電推廣應用的主要障礙。
2．分散式發電和電氣系統
美國對分散式發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生。相反，2001年歐洲卻是以大型超容量發電機組為主，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。由於公司的私營化，歐洲還將經歷幾年才會不發生類似加洲危機的情形呢？或者，為了履行京都協議，需要多少個高效聯合燃煤/燃油迴圈廠才能對節約資源產生作用呢？
在歐洲，即使電網獨立，也不會出現美國市場開放的情形。從理論上講，可能過若干年以後，經濟自由化程序結束，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，在義大利，光電屋頂計劃使光電生產者可與電網公司可對等交換電量，但不是銷售，因為義大利的財政政策要求從事銷售活動的法人應具有增殖稅註冊號及相關的帳簿登記。由於小使用者支付的稅費較輸配商高，分散式發電使得小電網得以存在並向周邊使用者售電，而且在供應範圍內，根據熱負荷需求而生產的電力可以獲利。
歐洲大規模市場的設想並非沒有缺憾，因為一旦1000兆瓦的發電廠與1000瓦屋頂光電發電透過計算機網路進行實時的“對話”，電力王國取得優勢的話，它的選擇將強加於歐洲人。
關於電力供應可靠性問題，在歐洲, 尤其是在城市，中負荷電網通常是鋪設在地下的，而美國的變壓器懸掛在電杆上。無疑，電網和自發電必需確保電力交易系統所要求的可靠性（每年斷電12秒）。
3．預期的效率和可靠性
分散式發電效率與上網發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，其電力系統的燃料效率較美國的高，美國現在對進口燃料的依賴性日益增大。
在歐洲還有一特殊情況，即工業企業利用熱空氣進行乾燥，所以電效率低於25%的燃氣發電機就沒有市場的。服務業耗電量大，其所使用的燃氣發動機的電力淨效率，根據發動機大小的不同可從32%提高至36%-38%不等。
以熱負荷為主的使用者情形較為複雜，一方面，自用發電量是有限的，這就降低了分散式發電的經濟利潤，另一方面，若根據熱負荷選擇高效裝置（像燃料電池）的規格，可能會出現售電、至少是電量交換的問題。
再看美國，其效率值低於歐洲，而高電耗（包括夏季）又使機組的電-熱指數更接近使用者的需求。
關於小型分散式發電機可靠性，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使用而無須維修，而後再轉買或報廢。這與美國情形已相近了。在美國，考慮成本及距離等因素，頻繁且要求專業維修的機械裝置是沒有市場的。為降低成本，工業生產更側重裝置的.可靠性而不是效率。
4．發電成本的估計
發電成本與電價、燃氣的價格密切相關。各國電價和燃料價格的高低取決於稅收，而稅收因燃料用途的不同而變化。為此，發電成本很難一概而論。比如，在義大利，小規模熱使用者的天然氣價格為0.70歐元/ m3。如果天然氣用於熱電聯產，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，分散式發電在服務業應用時，其電效率的要求就可適當放寬，而家庭戶用可能存在多餘電量的問題。
維修成本是內燃機機組發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。以義大利的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降低噪音措施的費用等。
5．新型發電機與內燃機的比較
燃氣發動機式分佈發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散式發電應用存在著各種障礙，另一方面是採用的技術不恰當。
目前市場上對開發新型發動機有三種主要方案：
1. 斯特林發動機：有適合家用的1 kWe型號（ATAG方案）和適合服務業的型號（美國的25 kWe ）。因使用率高且日常維修少，這種發動機可與高效鍋爐相媲美。為了使使用者能夠接受，斯特林發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：以回熱迴圈工作，有各種規格機型滿足服務業的要求。因為空氣過量，燃料使用的效率不夠高，為吸引歐洲使用者的興趣，電效率不得低於30%，且效能要可靠。與內燃機相比，燃氣透平的優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：鑑於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於併網電站的效率，且燃料消耗低於鍋爐。儘管燃料電池是模組式的，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對燃料電池都極為感興趣。另外，在美國，許多無電網地區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覆蓋面大而存在著不確定性。
6．結論
分散式發電的發展將有賴於電力市場的開放、官僚作風的克服及其權利的下放和日新月異的現代電子通訊技術等，並透過熱電聯供的方式達到更高的效率。
為此，在推廣應用傳統技術（如燃氣和燃油發動機）的同時，應更加註重創新與管理。另外，必須看到內燃機已發展得相當完善，改進的空間有限，應積極為成本和效能可與發動機相比、已處於工業實驗階段的新技術進入市場創造機會。