電力生產技術現狀及發展趨勢研究

王劍鳴?陳夢姣?孫曉鵬

摘 要：依照我國現有的能源結構來看，主要是以火力和電力生產為基礎。隨著我國逐漸開始重視環保、效率、節能等方面，計算機技術和自動化技術逐漸合理地引入并取得了相當不錯的效果。本文針對電力生產技術的現狀進行分析，并對其未來的發展趨勢進行相應的闡述。

關鍵詞：電力生產;自動化技術;發展趨勢

這個時代的最大特點就是能源消耗不斷增加，隨著能源消耗愈演愈烈使得物質生活不斷地提高，同時造成對電力能源的需求也變得逐漸緊張，電能在日常生活中是不可缺少的必須品。我國計算機技術信息技術不斷地更新發展，諸多新興的電子設備已經開始進入配電系統并為解決電能質量控制提供了全新技術手段。就我國電力生產技術的現狀和發展趨勢進行初步探討。

一、電力生產技術現狀

1.交流輸電技術。交流輸電技術在世界范圍內使用。可以確定的是未來這項技術將在電力輸送和分配方面會引起很大的變革，對于現有電網資源和實現電能的高效利用，這將帶來巨變。“交流輸電技術”是指采用大功率電子器件作為大功率高壓開關，與其他電力設備組成FACTS 設備，以實現對電力系統參數，如線路阻抗、相位角、功率潮流的連續調節控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統穩定水平，降低輸電損耗。世界上第一臺500KV的全可控的串聯補償裝置（TCSC）已于1994 年12 月在美國開始商業化運行。目前，美國以及中國、法國等國的電業部門均在重點研究在超高壓輸電工程中應用TCSC 和其他FACTS 技術的可行性實施方案。

2.電能質量控制技術。另一個重要內容就是電能的高效利用，它可以向用戶提供可靠的、穩定的電能。現代社會的發展對提高供電的可靠性要求十分的高，它恰恰滿足了電能質量越來越高的要求。企業在不斷地變革，由于變頻調速驅動器以及機器人等精密的加工工具的采用，同時由于可編程控制器、計算機信息系統在廣泛的普及運用，這就對現在的電能質量提出了極為嚴格的要求。這些設備對電源的波動以及干擾十分靈敏，任何供電質量的惡化均有可能會造成產品質量的不佳，甚至可以導致重大的經濟損失。電力電子技術的發展進一步推動了電力電子設備開始進入配電系統并為解決電能質量控制提供了相應的技術手段。“用戶電力技術”這一概念逐漸為人所知，使用電力電子技術提高供電可靠性和實現電能質量嚴格控制。現在已經開發出用于配電網的電力電子裝置。

3.燃料電池發電技術。燃料電池就是直接地將燃料的化學能轉變為電能的裝置。燃料電池發電的效率最高可以達到70%以上，高溫燃料電池聯合循環效率甚至達到了85%。與此同時，燃料電池規模和負荷大小對效率的影響十分小。燃料電池發電能具有跟蹤負荷變化快速的特點，速度是變化全負荷的50%，而且調峰能力強。環境污染小是燃料發電的最大優點，沒有燃燒過程，這完全實現了零排放目的。省水是燃料電池所具有的另一個優點。我國水資源極度匱乏，這對保護水資源有很大好處。此外，燃料電池發電尚有適合分布式供電、節省輸電投資、模塊結構、便于擴建等優點。早期的燃料電池式堿性燃料電池，曾用于宇航上。現在商用的多為磷酸燃料電池（PAFC）。

二、電力生產技術的未來發展

1.太陽能發電技術。太陽能是目前取之不盡的可再生能源，可利用量巨大。太陽輻射能，依緯度的不同，可達870～3400KWh/m2。按轉換效率計算，在一般地區，十五平方米面積的太陽能電池全年可提供3500～5500KWh/m2 的電能，足夠一般家庭日常使用，太陽能發電技術主要包括光伏發電技術和太陽熱發電技術。光伏發電技術，即用太陽能電池將太陽光能直接轉變為電能的技術，被認為是下世紀最有希望得到工業規模應用單位可再生能源利用技術之一。目前，全球光伏發電規模尚小。太陽能電池的產量增長容量很快，約每3～4 年翻一番。到下世紀中葉，光伏發電裝置容量將很可觀。由于近年光伏電池研究的進展迅速，光伏發電的價格預計幾年左右便可與常規發電技術競爭。

2.電能儲存技術。實現電能高效利用可以通過電能儲存這個關鍵方式，不包括抽水蓄能途徑，BESS，即電池蓄能，是較為實用的儲能系統。交直流變換器是其核心部件，交直流變換器由GTO-類的器件以及蓄電池共同構成。電池蓄能系統不僅能夠備用，而且能夠當成調頻以及調峰電源，或者能夠作為大型的不間斷電源，在關鍵用戶里直接進行安裝。而且電池蓄能擁有無功調節的作用。現在，全球運行的電池蓄能系統多于二十個。如有5MW的電池蓄能被安裝在 洛杉磯的VERNON中，有10MW的電池蓄能被安裝在美國加州的CHINO變電站當中。有一個20MW的電池蓄能被安裝在波多黎各中，其作用為調頻以及旋轉備用。在電力系統當中，蓄電池的儲能密度的提升、壽命的延長與價格的降低是大量使用電池蓄能的技術重點。現在蓄電池儲能的密度為每千克100W至200W，具有10年的使用壽命，蓄電池儲能每千瓦的整體造價是900美元。正在探索諸多新型電池，如鋅-空氣電池、鈉-硫電池、鎳-鋅電池以及聚合物薄膜電池，假如獲得重大研究進展，就會促進電動汽車的普及，同時提供電能的高效利用。除此以外，也在積極試驗以及探究超導儲能。

三、電力工業存在的問題

1.電力供需矛盾難以解決。據有關數據顯示，每個國家的人均國內生產總值與每個人的平均能量消耗密切相關。即如果中國至21世紀中期提升至中等發達國家水平， 那么人均用電水平一定會提高。中國對電力的需求隨著人口的持續增多與現代化進程而持續提高。根據中國過去的規劃，截止至2050年，發電裝機大概達到多于15億千瓦，在目前裝機的基礎上，數量提高了多于13億千瓦。根據普通發展速度計算，基本無法達到這個目標。所以，需要找到新的方法去發展進步。

2.逐漸嚴重的有限資源的約束。自去年以來，中國變成石油進口國，無法實現石油發電。但是中國現在的水電可發量較低，可發量總計小于3.7億千瓦。所以，煤炭是在將來的某段時期的主要能源。但是， 怎樣解決燃煤生產對環境導致的惡劣污染是目前面臨的困難之一。而且，短缺的煤炭基地資源是制約中國水電發展的另外一個關鍵的原因。 ? 3.3 艱巨的治理環境的任務。但是環境保護的問題更是迫在眉睫。中國作為消費煤炭大國以及生產的大國，在電力的總結構當中所占份額為80%。以240千瓦的水電站為例，如果缺失較好的控制，其一小時排放灰塵的量可達70噸至80噸，其一小時排放二氧化碳的量可達7噸至12噸，而且還包括渣子150噸與各種廢物100噸，數量很大。現在民眾更為關心的是在我國的諸多城市都下酸雨。我國大氣中二氧化碳的平均濃度比日本多3倍，為 0.03ppm，部分地區高達15ppm。酸雨會造成土壤退化、農作物以及森林被破壞以及水源變質等嚴重危害。

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