劉寧

（國(guó)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)

劉寧

（國(guó)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(guó)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(duì)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(duì)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(duì)于相關(guān)從業(yè)人士而言，要認(rèn)識(shí)到其發(fā)展前景、優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，合理地對(duì)電力生產(chǎn)技術(shù)未來(lái)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(lái)，能源的消耗不斷增加，各項(xiàng)能源的供給其實(shí)都已經(jīng)捉襟見(jiàn)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(duì)于國(guó)內(nèi)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)事業(yè)的發(fā)展同樣會(huì)有直接的影響。所以，在發(fā)展工業(yè)的同時(shí)，國(guó)家對(duì)電力生產(chǎn)行業(yè)的關(guān)注度其實(shí)一直沒(méi)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(lèi)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(duì)電力生產(chǎn)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討有著非常重要的意義。從筆者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，從電力生產(chǎn)技術(shù)的基本現(xiàn)狀入手，對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，并且對(duì)電力生產(chǎn)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)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(jiǎn)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(duì)發(fā)電效率有非常重要的影響，而且其發(fā)電的過(guò)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(diǎn)，這不僅有助于改善當(dāng)前國(guó)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(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，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(yùn)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(shí)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(xiàng)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(hù)輸送穩(wěn)定、可靠的電能。其實(shí)電能質(zhì)量控制技術(shù)也滿(mǎn)足了當(dāng)前社會(huì)對(duì)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(dòng)器等精密儀器投入到了生產(chǎn)使用之中，加之計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中的廣泛應(yīng)用，對(duì)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(shí)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(lái)了新的解決方案。相關(guān)人士已經(jīng)開(kāi)始著手研究專(zhuān)門(mén)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(lái)交流輸電技術(shù)一定會(huì)在電力傳輸以及分配方面帶來(lái)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(kāi)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)€(xiàn)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(guó)家的電力部門(mén)正在重點(diǎn)研究FACTS（柔性交流輸電系統(tǒng)）技術(shù)的可行性實(shí)施方案，未來(lái)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展一定會(huì)有一個(gè)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(guó)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(yáng)能、煤炭、水力以及風(fēng)能等資源的各項(xiàng)分布狀況來(lái)看，其實(shí)國(guó)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(duì)集中的地區(qū)。這中間相隔了上千公里，所以，在無(wú)形中就增加了輸電的難度。我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特高壓交流輸電工程從2004年開(kāi)始建設(shè)，僅用了10年時(shí)間就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了西電東輸、南北聯(lián)網(wǎng)工程。這不僅是我國(guó)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(guó)范圍內(nèi)的電網(wǎng)中220 kV及以上的輸電回路長(zhǎng)度已經(jīng)超過(guò)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(guó)電力行業(yè)的發(fā)展步伐逐漸加快的情況下，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)有了明顯的發(fā)展，不僅運(yùn)行電壓的等級(jí)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(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較為完整的長(zhǎng)距離輸電框架，當(dāng)前中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了跨區(qū)域輸電的新時(shí)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(gè)部分的設(shè)備構(gòu)成的，在過(guò)去的很長(zhǎng)時(shí)間里，對(duì)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(gè)環(huán)節(jié)來(lái)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(yùn)行的可靠性。從另一個(gè)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(huì)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(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)與用戶(hù)之間的雙向互動(dòng)，因?yàn)殡娋W(wǎng)故障自愈功能的存在，有效提高了電網(wǎng)運(yùn)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(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究相比較其他的國(guó)家還存在一定的差距。目前，主要針對(duì)以下幾個(gè)方向開(kāi)展了相關(guān)研究。

2.2.1 智能輸電技術(shù)

經(jīng)過(guò)相關(guān)實(shí)踐的檢驗(yàn)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(dòng)而引起的電壓的波動(dòng)，這能夠大幅度提高輸電質(zhì)量。這是因?yàn)榻涣鬏旊娤到y(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，柔性直流輸電系統(tǒng)能夠有效隔離故障，進(jìn)而保證電場(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。特別是在向海島以及海上鉆井平臺(tái)進(jìn)行負(fù)荷輸電時(shí)，柔性直流輸電技術(shù)有其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際運(yùn)作之中，以柔性直流輸電技術(shù)為主的輸電線(xiàn)路不需要添置專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，而且總體運(yùn)營(yíng)資金較低，其實(shí)更能夠滿(mǎn)足電力生產(chǎn)企業(yè)的收益。從另一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，因?yàn)榈貐^(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異性，目前很多歐洲國(guó)家都在面臨著供電緊張的問(wèn)題，所以，發(fā)展直流輸電網(wǎng)在穩(wěn)定風(fēng)電接入風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)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(xiàng)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(mǎn)足特定的用戶(hù)需求。簡(jiǎn)單而言，我們可以把分布式電源理解為安裝在用戶(hù)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?yàn)槠浼夹g(shù)上的缺陷所以說(shuō)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(mǎn)足用戶(hù)的實(shí)際使用需求，也能夠提高電力能源供給的可靠性，真正實(shí)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(duì)分體式電源的監(jiān)視、控制與測(cè)量。當(dāng)前，并網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)成為了分體式電源、用戶(hù)以及電網(wǎng)之間的雙向互動(dòng)。常見(jiàn)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 太陽(yáng)能電力生產(chǎn)技術(shù)

未來(lái)太陽(yáng)能電力生產(chǎn)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。太陽(yáng)能屬于可再生的能源而且有非常豐富的利用量。雖然太陽(yáng)輻射會(huì)因?yàn)榫暥鹊牟煌a(chǎn)生差異，但只要做到因地制宜，太陽(yáng)能電力生產(chǎn)技術(shù)具有非常高的推廣價(jià)值。根據(jù)相關(guān)的電力研究可知，對(duì)于家庭的日常用電，太陽(yáng)能電力生產(chǎn)技術(shù)有極高的可行性。具體而言，太陽(yáng)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(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電技術(shù)是太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的核心，它能夠利用太陽(yáng)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(yáng)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(lái)有非常廣闊的應(yīng)用前景。未來(lái)10年，以光伏發(fā)電為代表的太陽(yáng)能生產(chǎn)技術(shù)一定會(huì)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(mǎn)足城市供電的實(shí)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(shí)從本質(zhì)上而言，現(xiàn)代城市供電的各項(xiàng)技術(shù)也在呈現(xiàn)出更加復(fù)雜化的特點(diǎn)，比如，高壓直流配電技術(shù)以及配電線(xiàn)路地下化技術(shù)在實(shí)踐過(guò)程中都需要完整的技術(shù)支持。所以，未來(lái)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(gè)相對(duì)成熟的階段。這樣才能夠更好地適應(yīng)國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)程，更好地滿(mǎn)足城市居民的實(shí)際需求。

3.3 電能儲(chǔ)存技術(shù)

電能儲(chǔ)存技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電能高效利用的關(guān)鍵，目前，電池儲(chǔ)能是較為常見(jiàn)的電能儲(chǔ)存方式，而交直流變換器是電能儲(chǔ)存系統(tǒng)的核心，主要由GTO一類(lèi)的電器元件以及各種容量的蓄電池組成。經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅能夠作為整個(gè)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(chǔ)能系統(tǒng)有20個(gè)左右，雖然在數(shù)量上沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際運(yùn)作中發(fā)揮的作用是不可小視的。對(duì)于當(dāng)前的電力行業(yè)而言，延長(zhǎng)蓄電池的壽命以及儲(chǔ)能力度是完善電能儲(chǔ)存技術(shù)的關(guān)鍵。

電能儲(chǔ)存技術(shù)在實(shí)際使用中的蓄電池的儲(chǔ)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(guó)家的相關(guān)部門(mén)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(huì)對(duì)電能的高效利用作出巨大的貢獻(xiàn)，也會(huì)推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的普及，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

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

4 電力生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

電力生產(chǎn)技術(shù)未來(lái)發(fā)展的制約性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①如何擺脫不可再生資源的約束。從中國(guó)變?yōu)槭偷倪M(jìn)口國(guó)以來(lái)，難以借助于石油發(fā)電，且因?yàn)榧夹g(shù)因素的限制，國(guó)內(nèi)水力發(fā)電的推廣與應(yīng)用存在很大的問(wèn)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(chǎng)還有很長(zhǎng)的一段路。所以，煤炭將是未來(lái)穩(wěn)定電能供給的重要能源，但我們沒(méi)有辦法解決煤炭資源短缺及其所帶來(lái)的一系列環(huán)境問(wèn)題。②環(huán)境治理任務(wù)艱難。由于過(guò)于依賴(lài)煤炭資源，所產(chǎn)生的一系列環(huán)境問(wèn)題是不可忽視的。目前，國(guó)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(duì)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(yùn)行中如果控制較差，也會(huì)產(chǎn)生大量的渣子等廢物。未來(lái)，國(guó)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(kāi)發(fā)，優(yōu)化調(diào)整開(kāi)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(huì)實(shí)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(yǔ)

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)電力產(chǎn)業(yè)在高速發(fā)展的同時(shí)，對(duì)國(guó)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(wèn)題依然非常嚴(yán)峻。21世紀(jì)，國(guó)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(wèn)題尚未解決。未來(lái)電力生產(chǎn)技術(shù)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)究竟會(huì)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(lái)我們的工作局面并不輕松。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)對(duì)這類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，希望對(duì)改善電力生產(chǎn)行業(yè)的基本現(xiàn)狀有所幫助。

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〔編輯：張思楠〕

TM76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.041

2095－6835（2017）14－0041－03