几种前沿电力技术简介

四、几种前沿电力技术简介

（一）太阳能发电技术

太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。一年的太阳辐射能，依纬度的不同，可达870～3400KWh/m2。按转换效率0.20计算，在一般地区，10平方米面积的太阳能电池全年可提供3000～5000KWh/m2的电能，足够一般家庭使用，太阳能发电技术主要包括光伏发电（PV）技术和太阳热发电技术。光伏发电（PV）技术，即用太阳能电池将太阳光能直接转变为电能的技术，被认为是21世纪最有希望得到工业规模应用单位可再生能源利用技术之一。光伏发电技术大规模应用的关键是其价格。

（二）燃料电池发电技术

燃料电池（FC）式直接将燃料的化学能转变为电能的装置。燃料电池发电效率高，功率可达60%以上，如果高温燃料电池配合联合循环，效率可达85%。而且，效率受燃料电池规模和负荷大小影响不大。燃料电池发电出力能快速跟踪负荷变化，速度可达每秒变化全负荷的50%，调峰能力极强。FC发电的重要优点是对环境污染很小，由于没有燃烧过程，可以实现实际上的零排放。燃料电池另一大优点是省水。这对水资源缺乏的我国而言极为重要。此外，燃料电池发电还有适合分布式供电、节省输电投资、模块结构便于扩建等优点。

早期的燃料电池是碱性燃料电池，曾用于宇航。现在商用的多为磷酸燃料电池（PAFC）。正在开发研究融熔碳酸盐燃料电池（MCFC），固体氧化物燃料电池（SOFC)和质子交换薄膜燃料电池被认为是最有希望取得大规模应用的新型燃料电池。固体氧化物燃料电池式高温燃料中足器。煤的氧化装置于固体氧化物燃料电池内进行，不需外加燃料重足器。煤的氧化装置于固体氧化物燃料电池组合将构成未来以煤为燃料的清洁高效的新型发电设备。

现在全球已有100座以上FC发电厂再运行，主要是硫酸燃料电池。容量最大为11MW，装在北京。美国西屋公司正在设计一座20MW的固体氧化物燃料电池，占地仅0.135公顷，造价可低到110美元/KW。预计到2010年全球燃料电池总容量可达6000MW。

（三）循环流化床锅炉发电机组

循环流化床锅炉是20世纪80年代采用洁净煤燃烧技术发展起来的一种新型锅炉，具有许多其他燃烧方式不具备的优点。目前，燃煤电厂二氧化硫排放占世界的50%以上，且85%以上火电厂脱硫采用湿法脱硫，但湿法脱硫一次投资高，运行成本高。循环流化床锅炉作为一种新型、成熟的高效低污染清洁技术，其环保性能突出：采用低温燃烧技术，可以大大降低氮氧化物的排放量，炉内添加石灰石在燃烧过程中直接脱硫，脱硫效率可达90%以上。循环流化床锅炉燃料适应性广，燃烧效率高，特别适合于低热值劣质煤，可以燃用煤矸石。

循环流化床锅炉负荷调节范围大，在30%--100%额定负荷下，可以稳定燃烧，无需助燃油支持，并且适合于调峰运行。在热启动时，床温大于650度的条件下可以直接投煤运行，低负荷运行安全性好。

循环流化床锅炉灰渣综合利用率高，排出的灰渣活性好，易于实现综合利用，是建材行业的好材料，能够充分利用于建材、高速公路建设，无二次污染，符合党十六大提出的循环经济战略。国产首台具有全部自主知识产权的100MW循环流化床机组自2003年在江西分宜投入商业运行以来，各项指标都优于同类型进口循环流化床机组，以该机组为样板的全套技术和设备成功出口至东南亚国家。目前越南山洞电厂2台110MW循环流化床锅炉机组正在施工（出口分宜机组技术），山洞口电厂的总承包商上海外经贸公司已派员与分电公司洽谈，要求帮助培训人员和指导运行。分电公司100MW机组的建设和投产，表明我国已掌握循环流化床机组的布风装置、炉膛结构和旋风分离器等关键技术，大大缩短了与世界大型循环流化床机组的差距。从现已投产的国产首台具有全部自主知识产权的100MW循环流化床锅炉机组运行情况来看，灰、渣综合利用率为100%，即将投产的具有全部自主知识产权的210MW循环流化床机组，其灰、渣销售市场前景良好。

（四）灵活的交流输电技术

灵活的交流输电系统（FACTS)是80年代后期出现的新技术，近年来在全世界上发展迅速。专家们预测，未来这项技术将在电力输送和分配方面引起重大变革，对充分利用现有电网资源和实现电能的高效利用，发挥重要作用。

所谓“灵活的交流输电技术”是采用大功率电子器件作为大功率高压开关，与其他电力设备组成FACTS设备，以实现对电力系统参数，如线路阻抗、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。

世界上第一台500KV的全可控的串联补偿装置（TCSC）于1994年12月在美国开始商业化运行。目前，美国以及中国、法国、日本、德国、巴西、印度等国的电业部门均在积极研究在超高压输电工程中应用TCSC及其他FACTS技术的可行性和具体实施方案。

（五）电能储存技术

电能储存是实现电能高效利用的重要途径。除了抽水蓄能方式以外，实用的储能系统要数电池储能（BESS）。它的核心部件是蓄电池和GTO－类的器件组成的交直流变换器。电池蓄能系统既可作为旋转备用，也可作为调峰和调频电源，或直接安装在重要用户内，作为大型的不间断电源。同时，BESS还具有无功调节的功能。目前，全世界已有近20个BESS在系统中运行。如美国加州CHINO变电站安装有10MW的BESS，在洛杉矶的VERNON安装有5MW的BESS。BESS在电力系统中大规模应用的主要技术关键是提高蓄电池的储能密度，降低价格以及延长寿命。目前的蓄电池储能密度达到100－200WH／KG，寿命为8－10年，BESS的总体造价约为1000美元／KW。镍－锌电池、钠－硫电池、聚合物薄膜电池、锌－空气电池等等新型电池正在研究之中，倘若研究取得重大突破，则不仅对电动汽车的实用化有重大意义，对于电能的高效利用来说也将产生重要的影响。此外，超导储能（SMES），飞轮储能（FWES）也在积极研究和试验之中。

（六）电能质量控制技术

电能的高效利用的一个重要内容是向用户提供可靠的、优质的电能供应。现代社会的发展对提高供电的可靠性，改善电能质量提出了越来越高的要求。在现代企业中，由于变频调速驱支器、机器人、自动生产线、精密的加工工具的采用，由于可编程控制器、计算机信息系统的日益广泛使用，对电能质量的控制提出了严格的要求。这些设备对电源的波动和各种干扰十分敏感，任何供电质量的恶化可能会造成产品质量的下降，从而产生重大损失。

电网的扰动和污染主要包括：电压降落（VOLTAGESAG），闪变（FLICKER）、脉冲（IMPULSE）、暂态升高（SWELL）、谐波（HARMONICS）以及断电（OUTAGE）。标准化部门已经制定了适用于不同用户的电能质量的标准。例如，对计算机用户而言，持续时间为0.1秒的40%的电压降落是不允许的。随着电力电子技术的发展，电力电子设备已开始进入配电系统并为解决电能质量控制提供了技术手段。近年来，国外提出了“用户电力技术”（CUSTOMPOWERTECHNOLOGY）的概念，即使用电力电子技术提高供电可靠性和实现电能质量严格控制。目前，已经开发出用于配电网的电力电子装置，例如固态高压开关（SOLID－STATCCIRCUITBREAKER）。与常规的机械开关相比，固态开关能在一个工频半波以内完成由故障供电线路向健全的供电线路的切换。这是一般机械开关无法比拟的。

另一关键设备是动态电压恢复器（DYNAMICVOLTAGERESTORER），它由直流储能电路、变换器和级次串联在供电张路中的变压器构成。变换器的控制系统，根据检测到的线路的电压波形，产生补偿电压，使合成的电压动态保持恒定。无论是短时的电压低落或过电压，通过DVR均可以使负载上的电压保持动态恒定。

（七）现代化大都市供电技术

现代化的社会要求更高的供电可靠性和电能质量。由于现代化大都市供电负荷密度大，供电方式复杂，可靠性要求高，还要求考虑更大的发展灵活性，以适应供电负荷不断增加和供电网升格的需要，建设现代的供电网需要更加复杂的技术。例如：配电网紧凑化技术，包括新型GIS设备，配电设备的集成技术，配电网保护临近设备的集成技术；配电线路地下化技术，如新型电缆的研制和应用、火灾不蔓延设备、新型的地理图形及设备管理系统；高压直流配电技术（HVDCDISTRIBUTION），即以高压直流电缆为骨干网架，采用自变流技术（SELF－COMMUDATEDCONVERSION），以高频、工频、或直流向最终用户供电新技术。