電力技術(shù)的發(fā)展趨勢及應(yīng)用前景ppt課件

1、 l、電力新技術(shù)的社會需求l二、高效干凈的燃煤發(fā)電技術(shù)l三、輸電技術(shù)進(jìn)展l四、新型緊湊化電氣設(shè)備l五、分布式發(fā)電安裝l六、現(xiàn)代配電系統(tǒng)l20世紀(jì)工程技術(shù)的劃時代成就之一就是電的日益廣泛運用。電力已成為消費開展和社會變革最重要的技術(shù)根底。電力技術(shù)的不斷提高，迅速改動著社會的容顏，對人們的消費方式和生活方式產(chǎn)生著艱苦影響，電氣化的程度已成為現(xiàn)代化最顯著的標(biāo)志。因此，在美國國家工程院評選出的20項20世紀(jì)最偉大的工程技術(shù)成就中，電氣化名列榜首。在我國類似的評選中，電氣化也名列前茅。 l在步入新世紀(jì)的時候，人類面臨的艱苦挑戰(zhàn)是實現(xiàn)可繼續(xù)開展，而在可繼續(xù)開展的條件下滿足日益增長的能源和電力需求那么是世界

2、各國面臨的最緊迫義務(wù)之一。我國由于人均擁有的一次能源極其有限、能源強(qiáng)度高、油氣資源短缺、能源利用引起的環(huán)境污染嚴(yán)重，要在提供充足可靠的能源和電力供應(yīng)的同時減少環(huán)境污染，難度比其他國家大得多。根據(jù)預(yù)測，到2050年，我國國內(nèi)一次能源年消費才干約為30億噸規(guī)范煤，人均僅有兩噸規(guī)范煤左右，人均能耗僅能到達(dá)目前全世界的平均程度。l假設(shè)大力開展干凈煤、核電、水電、可再生能源和開發(fā)油氣資源的方案不能如期實現(xiàn)，我國將面臨嚴(yán)重的能源短缺，大量進(jìn)口能源將不可防止，環(huán)境情況也將更加惡化。為應(yīng)對這一嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略有：強(qiáng)化節(jié)能戰(zhàn)略的實施，強(qiáng)化干凈煤發(fā)電技術(shù)的運用，加快開展水電、核電和其他可再生能源發(fā)電?？梢钥闯觯瑢嵤?/p>

3、這些開展戰(zhàn)略都意味著必需加逮我國電氣化的進(jìn)程，提高電力在終端能源中的比例，盡能夠把一汰能源清沽高效地轉(zhuǎn)換為電能運用。為此目的，必需在電能的消費、傳輸、儲存、分配和運用的各個環(huán)節(jié)運用新技術(shù)。這一艱苦社會需求決議了未來電力技術(shù)的開展方向。 l過去，電力技術(shù)主要屬于傳統(tǒng)技術(shù)的范疇。近年來，電力技術(shù)的開展日益顯現(xiàn)出高技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)交叉、交融的趨勢。高技術(shù)領(lǐng)域的信息技術(shù)、電力電子技術(shù)、新資料技術(shù)的突飛猛進(jìn)使傳統(tǒng)電力系統(tǒng)己經(jīng)或?qū)⒁l(fā)生艱苦變革。以下僅舉數(shù)例加以闡明。 l煤炭是許多國家的重的一次能源，因此，高效干凈的燃煤發(fā)電技術(shù)是一個重要而又難度甚大的研討領(lǐng)域。研討的重點是在提高發(fā)電效率的同時盡能夠減少二氧

4、化硫、氮氧化物和其他有害物質(zhì)的排放。曾經(jīng)有不少污染排放控制的技術(shù)，如煤的燃前預(yù)處置、爐內(nèi)噴鈣、循環(huán)流化床、煙氣脫疏等。正在研討和示范的減排技術(shù)還有整體煤氣化結(jié)合循環(huán)、加壓循環(huán)流化床等。目前國外興隆國家的燃煤發(fā)電廠普遍安裝了脫硫設(shè)各。關(guān)于發(fā)電過程溫室效應(yīng)氣體的減排，國內(nèi)外尚無經(jīng)濟(jì)、有效的脫碳技術(shù)，二氧化碳分別和儲存的技術(shù)還處在研討階段。 l美國能源部最近提出了開展超干凈燃煤發(fā)電廠方案圖1。這種發(fā)電廠運用水煤漿制氫，然后供應(yīng)高溫燃料電池及結(jié)合循環(huán)發(fā)電安裝。在發(fā)電的流程中，碳將合成為碳酸鹽而被拘留在地面。其發(fā)電效率可達(dá)60以上，二氧化碗、二氧化碳和其他有害物質(zhì)的排放量都非常低。這項技術(shù)能否廣泛運用取

5、決于經(jīng)濟(jì)性，而經(jīng)濟(jì)性又取決于關(guān)鍵技術(shù)高溫燃料電池、扣碳技術(shù)研討的進(jìn)展。這當(dāng)中又涉及許多新資料、新工藝流程的研討。因此，估計這種電廠真正用于工程尚需時日。由于煤炭是我國主要的一汰能源，燃煤發(fā)電廠在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)依然是發(fā)電的主力。目前我國30的煤炭用于發(fā)電，估計到2050年這個比例將到達(dá)70以上。因此，研討高效干凈燃煤發(fā)電新技術(shù)對我國的可繼續(xù)開展至關(guān)重要。 l在我國，燃煤發(fā)電的粉塵排放曾經(jīng)得到有效的控制，但只需少量電廠安裝了脫硫設(shè)備。一些成熟的脫疏技術(shù)尚不能在我國廣泛運用，其緣由是費用過高。干凈煤發(fā)電近期開展的重點是采用高效機(jī)組如超臨界機(jī)組和采取符合國情的污染排故控制的措施，如燃用低疏煤，加強(qiáng)

6、煤的預(yù)處置和加緊研討低價而有效的脫碗、脫硝技術(shù)等。 l1.三相高壓交流輸電在可預(yù)見到的未來，三相高壓交流輸電仍將是輸電和聯(lián)網(wǎng)的主要方式。20世紀(jì)70年代以前主要靠提高電壓來添加線路輸電才干。到目前為止，商業(yè)化運轉(zhuǎn)的交流輸電工程最高額定電壓為765kV800kV等級。全世界曾經(jīng)有12個國家建成了800kV等級的交流輸電系統(tǒng)。前蘇聯(lián)建成了900的1150kV特高壓輸電線路并經(jīng)過了試運轉(zhuǎn)，后因多種緣由降壓為500kV運轉(zhuǎn)。日本建成了短間隔的1000kV輸電線路，目前在500kV下運轉(zhuǎn)。美國、意大利、瑞典等國曾執(zhí)行過特高壓1000kV及以上輸電方案，后因環(huán)保限制、設(shè)備可靠性不高和有更好的替代方案等緣由

7、而擱置和取消。由此可見，近20年來輸電電壓的開展出現(xiàn)了明顯的飽和趨勢。在特高壓輸電的工程運用前景不明朗的情況下，交流輸電開展的重點已轉(zhuǎn)向采用新技術(shù)提高線路保送才干、提高線路的運用效率和線路走廊利用率等。l隨著大型復(fù)雜互聯(lián)電網(wǎng)的出現(xiàn)，如何使電網(wǎng)更加有效、如何提高輸電線路的運用效率成為世界各國研討的重要課題。傳統(tǒng)的交流電網(wǎng)的參數(shù)阻抗、電壓、相位等是不能大幅度延續(xù)調(diào)理的，而實踐運轉(zhuǎn)中的電力潮流分布又由電路定那么決議，因此電網(wǎng)內(nèi)部線路及聯(lián)絡(luò)線在運轉(zhuǎn)中實踐的潮流分布與這些線路的設(shè)計保送才干相差甚遠(yuǎn)；部分線路已過載或接近穩(wěn)定極限，而另一部分線路去被迫在遠(yuǎn)低于線路額定保送容量下運轉(zhuǎn)。這就是說，由于電網(wǎng)的木桶

8、效應(yīng)，一部分線路有電送不出，而另一部分線路卻無電可送。另外，電網(wǎng)作為電力市場的物質(zhì)載體，即發(fā)電廠和電力用戶間電力買賣的渠道，也需求滿足對電力潮流靈敏凋節(jié)控制的要求。這就提出了靈敏調(diào)理線路潮流、突破瓶頸限制、添加線路保送才干，以充分利用現(xiàn)有電網(wǎng)資源、提高線路運用效率的要求。興隆國家由于環(huán)保的嚴(yán)厲限制，新建輸電線路非常困難，使得這一要求顯得更為迫切。顯然，依托常規(guī)的電力技術(shù)難以處理這種間題，需求研討開展新的技術(shù)。2.靈敏交流輸電靈敏交流輸電FACTS的概念是20世紀(jì)80年代末期由美國電力研討院EPRI捉出的。FACTS技術(shù)改動了傳統(tǒng)交流輸電的概念，將使未來的電力系統(tǒng)發(fā)生革命性的變化。它運用現(xiàn)代電力

9、電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)，實現(xiàn)了交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓、相位的靈敏快速調(diào)理，到達(dá)大幅度提高線路保送才干、阻尼系統(tǒng)振茲撬高系矯蔗守7乎的目的.電力電子技術(shù)的快速開展為FACTS技術(shù)的適用化發(fā)明了條件。近10年來，可控整流器、可關(guān)斷器件的開斷才干不斷提高。100直徑的晶閘管的耐壓己到達(dá)610kV的程度，經(jīng)過電流己到達(dá)6kA以上，6kV，6kA的可關(guān)斷晶閘管GTO己有商品。單個電力電子器件的開斷才干已到達(dá)3040MW的程度，使電子開關(guān)用于高電壓、大功率的輸配電一次系統(tǒng)成為能夠。圖2表示6kV，6kA的可關(guān)斷晶閘管GTO元件。l近年來，F(xiàn)ACTS技術(shù)曾經(jīng)在美國、日本、瑞典、巴西等國的重要的超高壓輸電工

10、程中得到運用。有代表性的FACTS設(shè)備有，可控串聯(lián)補償器、靜止同步補償器、一致潮流控制器等。圖3為美國卡因塔230kV可控串補工程。這套安裝安裝在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的輸電的瓶頸處，突破了線路穩(wěn)定極限，將保送才干提高了一倍左右，從而在4年內(nèi)可收回投資。l我國由于輸電間隔長、電網(wǎng)構(gòu)造不甚合理和電網(wǎng)建立滯后等緣由，輸電線路的保送才干較低，運用新技術(shù)提高電網(wǎng)的利用率的潛力還很大。我國正在研討將這項技術(shù)用于“西電東送工程?；诠杵碾娏﹄娮悠骷M(jìn)一步向更高電壓、更大功率的方向開展，將使電力系統(tǒng)發(fā)生艱苦變革。這被稱為硅片引起的第二次革命。以碳化硅SiC為基片的新型電力電子器件的耐壓和熱容量可大幅度攫高，而元件的損耗

11、卻大大降低，從而使元件的開斷功率可望有數(shù)量級的提高。這頂示著用固態(tài)電子斷路器取代傳統(tǒng)機(jī)械的高壓斷路器油開關(guān)、六氟化碗開關(guān)、真空開關(guān)等已為期不遠(yuǎn)，屆時，真正的數(shù)字化電力系統(tǒng)將成為現(xiàn)實。 l3.高壓直流輸電高壓直流輸電是運用換流技術(shù)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電保送到落點處再逆變?yōu)榻涣鞯囊环N輸電技術(shù)。它的優(yōu)點是：可以用來實現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)；在輸電間隔超越臨界間隔時比交流輸電更經(jīng)濟(jì)；利用一樣的線路走廊可比交流保送更多的電力；適宜于跨海送電等。端對端直流輸電已是一種成熟的遠(yuǎn)間隔輸電技術(shù)。全球己建成了57個直流輸電工程，10項正在建立中，主要用于聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)間隔輸電和跨海送電等。端對端的直流輸電猶如沒有出口的直達(dá)高速路，線

12、路不能中途落點。它對受端電網(wǎng)的容量、落點在同一負(fù)荷區(qū)的多條直流輸電線路之間的電氣間隔等有嚴(yán)厲的要求。因此，如今的直流輸電技術(shù)的運用范圍遭到一定的限制。 l為理處理直流輸電多電源供電、多落點受電問題，研討出多端直流輸電技術(shù)。已投運的多端直流輸電工程是加拿大美國的五端直流輸電工程。由于控制器協(xié)調(diào)困難等緣由，目前實踐上只需三端接人運轉(zhuǎn)。新一代直流輸電系統(tǒng)正在研討開發(fā)之中。新系統(tǒng)有望大幅度簡化設(shè)各、減少換流站的占地、降低造價。由于采用可關(guān)斷的電力電子器件組成換流器，換流過程不受受端系統(tǒng)短路容量的影響，新系統(tǒng)不會出現(xiàn)換相失敗和多條直流輸電線路落點在同一負(fù)荷區(qū)時發(fā)生的相互影響等問題。新一代的直流輸電技術(shù)適

13、用化的關(guān)鍵在于電力電子技術(shù)的突破和造價的大幅度降低。 l由于興隆地域的土地己成為稀缺資源，為了盡量減少變電站的占地、減少環(huán)境影響，以便降低投資、縮短建立工期，近年來出現(xiàn)了電氣設(shè)備緊湊化、模塊化，不同類型的電氣設(shè)備集成為一體的傾向。由于絕緣資料、光纖丈量技術(shù)和制造工藝的提高，現(xiàn)已出現(xiàn)了斷路器、隔分開關(guān)、接地開關(guān)、電壓及電流互感器及控制維護(hù)設(shè)各集成為一體的緊湊化、模塊化的變電站設(shè)備。它可以視為介于全封鎖組合電器GIS和常規(guī)的敞開式變電站之間的一種集成化設(shè)備。這類設(shè)各有不同的商品稱號和集成度，但設(shè)計思緒是一樣的，即經(jīng)過集成來改善設(shè)備的技術(shù)性能、減少占地和環(huán)境影響、降低造價。圖4為一座500的緊湊化變

14、電站。l絕緣資料的提高也促進(jìn)了發(fā)電機(jī)和變壓器的集成。最近國外研制勝利所謂的電力發(fā)生器power former，它采用特殊的電纜來替代原來發(fā)電機(jī)定子中的矩形截面導(dǎo)線，使電機(jī)絕緣的耐壓成數(shù)量級的提高。發(fā)電機(jī)出口的電壓可達(dá)400KV，因此不需求升壓變壓器就可把發(fā)電機(jī)直接銜接到架空線路。電力發(fā)生器的優(yōu)點除了使升壓變電站大大簡化以外，還有熱性能好、短路電流小、便于維護(hù)檢修等伏點。這種技術(shù)用于電力變壓器的設(shè)計，開發(fā)出新式的干式高壓變壓器。變壓器高低壓繞組均用電纜繞制圖幻。與傳統(tǒng)的充油電力變壓器相比，這種新式變壓器具有構(gòu)造簡單、無火災(zāi)和走漏的危險、運轉(zhuǎn)維護(hù)任務(wù)量小、耐受短路才干強(qiáng)、繞組外部處在地電位人身平安

15、性好、電場影響很小等優(yōu)點。 l分布式發(fā)電安裝是指功率為數(shù)kW至MW級的中、小型模塊式，直接安頓在用戶近旁，與環(huán)境兼容的獨立電源。有代表性的分布式電源是指燃料電池fuel cell和微型燃?xì)廨啓C(jī)micro-turbine。分布式電源主要用以提高供電可靠性，可在電網(wǎng)崩漬和不測災(zāi)禍例如地震、暴風(fēng)雪、恐懼分子襲擊、戰(zhàn)爭情況下維持重要用戶的可靠供電。它特別適宜于組成分布式的熱電聯(lián)供或熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)。與大型計算機(jī)微機(jī)的關(guān)系類似，分布式電源將是未來微型電力系統(tǒng)的重要組成部分，在未來電力市場中是一種有競爭力的發(fā)電方式。此外，燃料電池很有希望成為電動車、筆記本電腦和手機(jī)的長效電源。l1.燃料電池燃料電池是扭燃料

16、的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的安裝，被稱為21世紀(jì)的分布式電源。燃料電池的任務(wù)過程很像電解水的逆過程。通常，完好的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由電池堆、燃料供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電力電子換流器、維護(hù)與控制及儀表系統(tǒng)組成。其中，電池堆是中心。低溫燃料電泡還應(yīng)配備燃料改質(zhì)器又稱為燃料重整器。高溫燃料電池具有內(nèi)重整功能，無需配備重整器。燃料電泡發(fā)電的優(yōu)點是.發(fā)電效率高、污染排放極小、噪聲低、省水、安裝工期短、可在用戶附近安裝，以及節(jié)省輸配電系統(tǒng)投資等圖6。l2.微型燃?xì)廨啓C(jī)微型燃?xì)廨啓C(jī)是指功率為幾至幾十，以天然氣、甲烷等為燃料的超小型燃?xì)廨啓C(jī)。微型燃?xì)廨啓C(jī)的任務(wù)溫度為500左右，轉(zhuǎn)速為96 000r/mi

17、n左右，發(fā)電效率可達(dá)30，對燃料的順應(yīng)性比燃料電池好。目前國外己有微型燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)品出賣，如Capstone公司消費的微型燃?xì)廨啓C(jī)，其發(fā)電效率為28，額定勸率75kW，可以延續(xù)運轉(zhuǎn)6000h無需檢修，可以由計算機(jī)控制自動聯(lián)網(wǎng)或離網(wǎng)運轉(zhuǎn)圖7。l現(xiàn)代化社會要求充足、可靠、優(yōu)質(zhì)的電能供應(yīng)。隨著城市化的進(jìn)程和現(xiàn)代化大城市的出現(xiàn)，配電系統(tǒng)的重要性與日懼增。如今，興隆國家近半數(shù)的電力投資用于配電系統(tǒng)?，F(xiàn)代化大都市供電負(fù)荷密度大、供電方式復(fù)雜、可靠性要求高，以及供電負(fù)荷不斷添加、供電網(wǎng)升格快，因此，現(xiàn)代化大都市的配電系統(tǒng)運轉(zhuǎn)、調(diào)度、控制和維護(hù)都需求非常復(fù)雜的技術(shù)。l現(xiàn)代企業(yè)中，由于變頻調(diào)速驅(qū)動器、機(jī)器人、自動

18、消費線、精細(xì)加工工具、可編程控制器和計算機(jī)信息系統(tǒng)的日益廣泛運用，對電能質(zhì)量提出了日益嚴(yán)厲的要求。這些設(shè)各對電源動搖和各種干擾非常敏感，任何供電質(zhì)量的惡化都能夠呵斥艱苦損失。通常，重要用戶為保證優(yōu)質(zhì)的不延續(xù)供電，往住單獨采取改善可靠性和電能質(zhì)量的措施，例如安裝不延續(xù)電源UPS、安裝自備發(fā)電機(jī)并用機(jī)械開關(guān)來切換，在重要設(shè)備人口處安裝濾波器和過電壓維護(hù)設(shè)各等。但是，經(jīng)濟(jì)合理的處理方法是由供電部門采用配電新技術(shù)，向用戶提供可靠的、不同質(zhì)量等級、不同電價的個性化電能供應(yīng)。l靈敏、可靠、智能配電系統(tǒng)friends是一種靈敏、可靠性高、可提供多種質(zhì)量電力的電能流通系統(tǒng)，現(xiàn)處在研討階段。它相當(dāng)于用戶附近的一個電力改質(zhì)中心。改質(zhì)中心產(chǎn)生多種質(zhì)量的電能，經(jīng)過靜止電子開關(guān)與高壓側(cè)配電線和低壓側(cè)配電線靈敏地銜接。另一方面經(jīng)過通訊網(wǎng)絡(luò)，在改質(zhì)中心進(jìn)展信息處置和交換。l配電管理系統(tǒng)是配電技術(shù)中開展最