電力生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及其未來發(fā)展趨勢

劉寧

（國網(wǎng)四川省電力公司達(dá)州供電公司，四川達(dá)州635000）

電力生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及其未來發(fā)展趨勢

劉寧

（國網(wǎng)四川省電力公司達(dá)州供電公司，四川達(dá)州635000）

現(xiàn)階段，在國內(nèi)科技不斷發(fā)展的前提下，人們的生活水平有了質(zhì)的提高。但對于電能的需求量也在不斷增加，所以，為了穩(wěn)定電力能源的供給，需要從電力生產(chǎn)技術(shù)入手對供電單位的發(fā)展進(jìn)一步規(guī)劃。要以節(jié)能環(huán)保理念為原則，創(chuàng)新生產(chǎn)要求。對于相關(guān)從業(yè)人士而言，要認(rèn)識到其發(fā)展前景、優(yōu)勢和劣勢，合理地對電力生產(chǎn)技術(shù)未來的發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃。

電力生產(chǎn)技術(shù)；電力能源；信息技術(shù)；供電系統(tǒng)

近20年來，能源的消耗不斷增加，各項能源的供給其實都已經(jīng)捉襟見肘。其中，電力能源作為日常生活不可缺少的必需品，其供給是否穩(wěn)定不僅影響到人們的正常生活，對于國內(nèi)各項經(jīng)濟(jì)事業(yè)的發(fā)展同樣會有直接的影響。所以，在發(fā)展工業(yè)的同時，國家對電力生產(chǎn)行業(yè)的關(guān)注度其實一直沒有減退。

現(xiàn)階段，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，很多新興的電子設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入了配電系統(tǒng)之中，這類設(shè)備的使用有效提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在這樣的大環(huán)境之下，對電力生產(chǎn)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行探討有著非常重要的意義。從筆者的實際經(jīng)驗出發(fā)，從電力生產(chǎn)技術(shù)的基本現(xiàn)狀入手，對這方面的問題進(jìn)行了總結(jié)，并且對電力生產(chǎn)技術(shù)未來的發(fā)展趨勢提出了自己的展望。

1 當(dāng)前電力生產(chǎn)技術(shù)的基本現(xiàn)狀

1.1 燃料電池發(fā)電技術(shù)

簡單而言，燃料電池就是直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，綜合相關(guān)的數(shù)據(jù)分析，當(dāng)前新型燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到70%以上，其聯(lián)合循環(huán)效率已經(jīng)達(dá)到了25%.燃料電池的規(guī)模與其總體的負(fù)荷對發(fā)電效率有非常重要的影響，而且其發(fā)電的過程能夠跟蹤負(fù)荷快速變化。環(huán)境污染小以及省水是燃料電池發(fā)電的最大優(yōu)點，這不僅有助于改善當(dāng)前國內(nèi)大氣環(huán)境的基本狀況，也有利于節(jié)約水資源。經(jīng)過實踐的檢驗，采用燃料電池發(fā)電技術(shù)能夠有效節(jié)省輸電建設(shè)的投資，且便于后期設(shè)備的擴(kuò)建。早期航空航天行業(yè)中運用的大都是堿性燃料電池，而現(xiàn)在磷酸燃料電池已經(jīng)實現(xiàn)了商用，所以，這方面技術(shù)的發(fā)展還是比較讓人們期待的。

1.2 電能質(zhì)量控制技術(shù)

這項技術(shù)的主要作用就是提高電能的利用效率，進(jìn)而向用戶輸送穩(wěn)定、可靠的電能。其實電能質(zhì)量控制技術(shù)也滿足了當(dāng)前社會對于電能供給高可靠性的需求，現(xiàn)如今很多企業(yè)都將機(jī)器人以及變頻驅(qū)動器等精密儀器投入到了生產(chǎn)使用之中，加之計算機(jī)信息技術(shù)在生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用，對電能供給的質(zhì)量提出了非常嚴(yán)格的要求。

在當(dāng)今的生產(chǎn)模式之下，任何供電質(zhì)量的惡化其實都能夠影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，所以，提高電能供給的質(zhì)量有著非常重要的意義。當(dāng)前電子信息技術(shù)的發(fā)展為電能的供給提供了幫助，提高電能的供給質(zhì)量帶來了新的解決方案。相關(guān)人士已經(jīng)開始著手研究專門用于配電網(wǎng)的電子電力裝置，已經(jīng)取得了階段性的進(jìn)展，相信不久之后就能夠?qū)嶋H應(yīng)用。

1.3 交流輸電技術(shù)

目前，交流輸電技術(shù)已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，未來交流輸電技術(shù)一定會在電力傳輸以及分配方面帶來很大的變革。交流輸電技術(shù)是指在大功率電子器件所組成的大功率開關(guān)的作用下，與其他電力設(shè)備組成FACTS（柔性交流輸電系統(tǒng)），這樣就能夠?qū)€路的阻抗以及相位角等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而提高電力系統(tǒng)的傳輸水平，降低其損耗。目前，中美等國家的電力部門正在重點研究FACTS（柔性交流輸電系統(tǒng)）技術(shù)的可行性實施方案，未來該項技術(shù)的發(fā)展一定會有一個良好的前景，但相關(guān)的技術(shù)難題還需要我們共同努力解決。

2 我國電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 傳統(tǒng)電網(wǎng)的發(fā)展

綜合太陽能、煤炭、水力以及風(fēng)能等資源的各項分布狀況來看，其實國內(nèi)的能源總體分布狀況與其負(fù)荷呈現(xiàn)的是反向分布的關(guān)系。

資源主要分布在西部和北部地區(qū)，而中部和東部的沿海地區(qū)卻是資源負(fù)荷相對集中的地區(qū)。這中間相隔了上千公里，所以，在無形中就增加了輸電的難度。我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的特高壓交流輸電工程從2004年開始建設(shè)，僅用了10年時間就已經(jīng)實現(xiàn)了西電東輸、南北聯(lián)網(wǎng)工程。這不僅是我國能源基礎(chǔ)領(lǐng)域重要的創(chuàng)新成果，也是世界電力行業(yè)發(fā)展中的重要里程碑。

綜合2005年的數(shù)據(jù)分析，全國范圍內(nèi)的電網(wǎng)中220 kV及以上的輸電回路長度已經(jīng)超過了609 100 km，220 kV及以上的變電設(shè)備容量已經(jīng)達(dá)到了3.4×109kVA。

總體而言，在中國電力行業(yè)的發(fā)展步伐逐漸加快的情況下，國內(nèi)電網(wǎng)有了明顯的發(fā)展，不僅運行電壓的等級有了提高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大之中。隨著東北電網(wǎng)、華東電網(wǎng)以及西北電網(wǎng)等大行區(qū)域電網(wǎng)的落成，國內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)了較為完整的長距離輸電框架，當(dāng)前中國已經(jīng)進(jìn)入了跨區(qū)域輸電的新時代。

當(dāng)然，在這樣高速發(fā)展的背景之下，電網(wǎng)建設(shè)的落后性也很難讓我們忽視。電網(wǎng)是由輸電、變電以及配電這3個部分的設(shè)備構(gòu)成的，在過去的很長時間里，對電網(wǎng)建設(shè)先進(jìn)程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)我們都是從輸電這一個環(huán)節(jié)來衡量的，很少考慮到變電、配電環(huán)節(jié)的可靠性。所以，很多地方存在配網(wǎng)布局不合理的狀況，影響了電網(wǎng)運行的可靠性。從另一個方面看，電網(wǎng)建設(shè)的落后性還表現(xiàn)在電網(wǎng)設(shè)備陳舊落后、科技含量不高等方面，這會導(dǎo)致出現(xiàn)送電容量不足的情況，且轉(zhuǎn)供電能的效應(yīng)也非常差。

2.2 智能電網(wǎng)的研究

相比于傳統(tǒng)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)實現(xiàn)了電網(wǎng)與用戶之間的雙向互動，因為電網(wǎng)故障自愈功能的存在，有效提高了電網(wǎng)運行的可靠性。雖然智能電網(wǎng)在加強(qiáng)節(jié)能減排以及完善電能資源的優(yōu)化配置方面起著非常重要的作用，但國內(nèi)對這方面的研究相比較其他的國家還存在一定的差距。目前，主要針對以下幾個方向開展了相關(guān)研究。

2.2.1 智能輸電技術(shù)

經(jīng)過相關(guān)實踐的檢驗可知，采用柔性直流輸電技術(shù)能夠有效抑制由可再生能源輸出功率的波動而引起的電壓的波動，這能夠大幅度提高輸電質(zhì)量。這是因為交流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時，柔性直流輸電系統(tǒng)能夠有效隔離故障，進(jìn)而保證電場的穩(wěn)定運行。特別是在向海島以及海上鉆井平臺進(jìn)行負(fù)荷輸電時，柔性直流輸電技術(shù)有其獨有的優(yōu)勢。在實際運作之中，以柔性直流輸電技術(shù)為主的輸電線路不需要添置專門的設(shè)備，而且總體運營資金較低，其實更能夠滿足電力生產(chǎn)企業(yè)的收益。從另一個方面來說，因為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異性，目前很多歐洲國家都在面臨著供電緊張的問題，所以，發(fā)展直流輸電網(wǎng)在穩(wěn)定風(fēng)電接入風(fēng)險的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)國內(nèi)電力資源的優(yōu)化配置。

2.2.2 分布式發(fā)電與分體式并網(wǎng)技術(shù)

這項技術(shù)與傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)存在著不小的區(qū)別，分布式電源通常是指功率在1 000～5 000的小規(guī)模電源，主要用于滿足特定的用戶需求。簡單而言，我們可以把分布式電源理解為安裝在用戶附近的小型發(fā)電設(shè)施。具體而言，其中包含熱電聯(lián)產(chǎn)以及冷熱電聯(lián)產(chǎn)等技術(shù)。雖然從概念上看“小機(jī)組”“小火電”也屬于分布式電源的范疇，但是因為其技術(shù)上的缺陷所以說已經(jīng)逐漸被淘汰。總體而言，分布式發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為了集中能源供應(yīng)的良好補(bǔ)充，在用電負(fù)荷量較高的地區(qū)采用分體式發(fā)電技術(shù)，不僅能夠有效滿足用戶的實際使用需求，也能夠提高電力能源供給的可靠性，真正實現(xiàn)節(jié)能減排。

2.2.3 分體式并網(wǎng)技術(shù)

分體式并網(wǎng)技術(shù)主要包括以下2方面的含義：①在分體式電源與電網(wǎng)之間用物理設(shè)備進(jìn)行連接，這樣就能夠與外界形成電氣聯(lián)系。②并網(wǎng)還應(yīng)該包括對分體式電源的監(jiān)視、控制與測量。當(dāng)前，并網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)成為了分體式電源、用戶以及電網(wǎng)之間的雙向互動。常見的并網(wǎng)系統(tǒng)主要有逆變器型并網(wǎng)系統(tǒng)，具備同步功能的并網(wǎng)系統(tǒng)以及包含遠(yuǎn)方調(diào)度模塊的井網(wǎng)系統(tǒng)等。

3 電力生產(chǎn)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

3.1 太陽能電力生產(chǎn)技術(shù)

未來太陽能電力生產(chǎn)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。太陽能屬于可再生的能源而且有非常豐富的利用量。雖然太陽輻射會因為緯度的不同而產(chǎn)生差異，但只要做到因地制宜，太陽能電力生產(chǎn)技術(shù)具有非常高的推廣價值。根據(jù)相關(guān)的電力研究可知，對于家庭的日常用電，太陽能電力生產(chǎn)技術(shù)有極高的可行性。具體而言，太陽能電力生產(chǎn)技術(shù)主要包括2方面的內(nèi)容，即光伏發(fā)電技術(shù)和太陽能熱發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電技術(shù)是太陽能發(fā)電技術(shù)的核心，它能夠利用太陽能將其直接轉(zhuǎn)化為電能。雖然電力生產(chǎn)技術(shù)從誕生到現(xiàn)在，全球僅有小規(guī)模的光伏發(fā)電規(guī)模，但從太陽能電力生產(chǎn)技術(shù)的整體前景看，光伏發(fā)電技術(shù)在未來有非常廣闊的應(yīng)用前景。未來10年，以光伏發(fā)電為代表的太陽能生產(chǎn)技術(shù)一定會超越傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)技術(shù)。

3.2 城市供電技術(shù)

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，現(xiàn)代城市供電負(fù)荷的密度也在不斷增大，所以，只有發(fā)展出高靈活性、高可靠性的供電系統(tǒng)，才能夠滿足城市供電的實際需求。所以，下一階段電力生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)該著重于向城市供電技術(shù)的角度進(jìn)行研究，其實從本質(zhì)上而言，現(xiàn)代城市供電的各項技術(shù)也在呈現(xiàn)出更加復(fù)雜化的特點，比如，高壓直流配電技術(shù)以及配電線路地下化技術(shù)在實踐過程中都需要完整的技術(shù)支持。所以，未來要發(fā)展城市供電技術(shù)，需要保證相關(guān)的配套技術(shù)內(nèi)容能夠處在一個相對成熟的階段。這樣才能夠更好地適應(yīng)國內(nèi)城市化進(jìn)程，更好地滿足城市居民的實際需求。

3.3 電能儲存技術(shù)

電能儲存技術(shù)是實現(xiàn)電能高效利用的關(guān)鍵，目前，電池儲能是較為常見的電能儲存方式，而交直流變換器是電能儲存系統(tǒng)的核心，主要由GTO一類的電器元件以及各種容量的蓄電池組成。經(jīng)過實際檢驗發(fā)現(xiàn)，電池儲能系統(tǒng)不僅能夠作為整個輸電系統(tǒng)的支撐，還能夠起到電源調(diào)頻以及調(diào)節(jié)峰值的作用。目前，全球范圍內(nèi)已經(jīng)投入使用的電池儲能系統(tǒng)有20個左右，雖然在數(shù)量上沒有優(yōu)勢，但在實際運作中發(fā)揮的作用是不可小視的。對于當(dāng)前的電力行業(yè)而言，延長蓄電池的壽命以及儲能力度是完善電能儲存技術(shù)的關(guān)鍵。

電能儲存技術(shù)在實際使用中的蓄電池的儲能密度只有100～200 W/kg，通常情況下電池的使用壽命為10年。目前，很多國家的相關(guān)部門正在致力于新型電池的研究，比如鈉-硫電池以及鋅-空氣電池的應(yīng)用，必將會對電能的高效利用作出巨大的貢獻(xiàn)，也會推動電動汽車的普及，從而實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

廢舊電池的污染問題同樣是這一技術(shù)發(fā)展的難點，蓄電池的使用壽命大都在4～8年，所以，廢舊電池會對環(huán)境造成非常嚴(yán)重的污染。當(dāng)前，所采用的鋰電池對工作環(huán)境的溫度有一定的要求。為了保證電池儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須購置必要的溫控設(shè)備。這也在無形中增加了這一技術(shù)的實際推廣成本。

4 電力生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢

電力生產(chǎn)技術(shù)未來發(fā)展的制約性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①如何擺脫不可再生資源的約束。從中國變?yōu)槭偷倪M(jìn)口國以來，難以借助于石油發(fā)電，且因為技術(shù)因素的限制，國內(nèi)水力發(fā)電的推廣與應(yīng)用存在很大的問題，新型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備雖然在大力扶持建設(shè)之中，但是要真正走向市場還有很長的一段路。所以，煤炭將是未來穩(wěn)定電能供給的重要能源，但我們沒有辦法解決煤炭資源短缺及其所帶來的一系列環(huán)境問題。②環(huán)境治理任務(wù)艱難。由于過于依賴煤炭資源，所產(chǎn)生的一系列環(huán)境問題是不可忽視的。目前，國內(nèi)大氣中二氧化碳的濃度是日本的3倍之多，部分地區(qū)酸雨對土地以及農(nóng)作物造成的破壞已經(jīng)非常嚴(yán)重。即使不消耗煤炭資源的水力發(fā)電中在運行中如果控制較差，也會產(chǎn)生大量的渣子等廢物。未來，國內(nèi)電力生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該遵循以下原則：積極發(fā)展水電，優(yōu)化新能源的開發(fā)，優(yōu)化調(diào)整開發(fā)布局；在可控范圍內(nèi)發(fā)展核電，大力推進(jìn)沿海核電產(chǎn)業(yè)的建設(shè)；有序發(fā)展天然氣發(fā)電，加速煤炭發(fā)電的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。

以上原則應(yīng)該在充分考慮社會實際生產(chǎn)力以及相關(guān)技術(shù)的情況下分階段完成，切不可冒進(jìn)。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，國內(nèi)電力產(chǎn)業(yè)在高速發(fā)展的同時，對國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)，但綜合各方面的狀況看，穩(wěn)定電力能源供給問題依然非常嚴(yán)峻。21世紀(jì)，國內(nèi)電力生產(chǎn)行業(yè)一直處在高速發(fā)展之中，但仍有諸多問題尚未解決。未來電力生產(chǎn)技術(shù)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)究竟會如何發(fā)展，還需要業(yè)內(nèi)所有人士的共同努力，困難還有很多，所以，未來我們的工作局面并不輕松。根據(jù)筆者的經(jīng)驗對這類問題進(jìn)行了總結(jié)，希望對改善電力生產(chǎn)行業(yè)的基本現(xiàn)狀有所幫助。

［1］趙芳誼.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展的未來趨勢［J］.白城師范學(xué)院學(xué)報，2016（08）.

［2］劉進(jìn)軍.電能系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢及其對電力電子技術(shù)的挑戰(zhàn)［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2016（03）.

［3］劉永民.探析電力生產(chǎn)技術(shù)同電力安全之間的關(guān)系［J］.科技經(jīng)濟(jì)市場，2015（08）.

［4］楊小輝.電力生產(chǎn)及其自動化控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析［J］.科技風(fēng)，2012（16）.

［5］趙玉玉.我國主要省份電力生產(chǎn)效率的DEA分析［D］.太原：山西財經(jīng)大學(xué)，2009.

［6］石高潮.電力生產(chǎn)企業(yè)安全檢修現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（05）.

［7］周密.淺析電力生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及其未來發(fā)展趨勢［J］.通訊世界，2013（11）.

〔編輯：張思楠〕

TM76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.041

2095－6835（2017）14－0041－03