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我国'十二五'期间发展电力工业的基本方针是;以转变电力发展方式为主线，以深化改革和科技创新为动力，坚持节约优先，优先开发水电，优化发展煤电，安全高效发展核电，积极推进新能源发电，适度发展天然气集中发电，因地制宜发展分布式发电，加快推进坚强智能电网建设，带动电力装备产业升级，促进绿色和谐发展。 从我国电力生产的现状和发展可以看出，我国的电网发展已进入超高压、远距离、大容量、自动化、现代化的新阶段，电能需求的增长 隆损 节能以及防止环境污染等方面的要求更高、更严格。因此，既有远大的前景，也面临四方面的严峻挑战，即环境保护的严重制约、电力市场化体制改革的影响、大容量远距离输电技术的要求、现代化城市和企业对优质电能的需求。 全球和地区经济一体化步伐的加快，加上能源分布和经济发展的不均衡，使得大电网的互联，甚至跨国联网得到了很大的发展。例如，欧洲发输电联盟（UCPTE）成立于1951年，1963年实现西欧各成员国交流 400 kV联网，然后通过直流输电与英国、瑞典实现非同期联网，现在正进行该电网与原东欧国家电网联网，其中于1995年9月实现与原东德联网，1995 年 10月实现与波兰、捷克、匈牙利三国电网同期互联。 又如东南亚国家之间，建设中的巴坤（Bakum）水电站以及跨海 500 kV直流输电工程将实现马来西亚国内东、西部之间的联网，下一步将建设秦国—马来西亚输电线路，形成泰国经马来西亚至菲律宾的交、直流混合跨国电网。我国与周边国家的联网也正在规划之中。例如，澜沧江上的景洪电站开发向泰国输电，俄罗斯西伯利亚向我国华北地区送电等。 大电网互联以及跨国联网在运行中出现了一系列诸如低阻尼甚至欠阻尼的频率和功率振荡，发生连锁式的稳定破坏，造成大面积停电事故等现象，有待于认真地进行研究.采取措施解决。 在以上这些综合因素的推动下，对电网的规划、运行、控制、分析计算方面都提出了愈来愈高的要求。 电力发展与环境保护 我国在能源方面的现状是人口众多.人均资源极其有限，环境问题突出.能源效率低。而且联合国发表的一份报告中指出，现行的能源生产、分配、使用方式是不可持续的。为了实现可持续发展，就必须依靠技术进步，提高能源效率，强化可再生能源利用，发展洁净煤技术作为战略重点。 人均指标通常作为衡量现代化的粗略判据.据统计，1993年以后.西方发达国家以及俄罗斯的人均装机容量均已超过1 kW，而北欧一些国家是它的好几倍，我国台湾的人均装机容量已超过1kW，但电力供应仍十分紧缺，这说明对于一个中等发达的国家或地区要求达到或接近人均装机容量1kW确有一定道理。 因此，按照'三步走'发展战略目标，要求到21 世纪中叶我国发电装机容量应达到15亿千瓦，此时人口控制在15亿，才能达到人均装机容量1kW。按照可持续发展要求，首先应开发没有污染的水电资源。我国的水电理论蕴藏量为6.76亿千瓦，但是其中可供技术开发的水电资源为5亿千瓦左右，相应发电量3.24亿千瓦时，居世界第一位。 以发电量计，我国可开发的水资源占世界总量的15%，但人口占世界的21%，因此人均资源量并不富裕，只有世界平均值的70%。即使我国水电资源全部开发，如果核电和其他替代能源还不能占有显著比例的话.则煤电仍可能要占65%~70%（10亿千瓦左右）.如果发电效率没有明显提高，那么到 2050年时将出现全国全年产煤量都不够供应发电用途的局面。因此.必须大幅度提高发电效率和要求1他能源的H例有较大的增加 另外.燃煤产生的环境污染.特别是大量分散燃煤产生的环境污染治理.是个严重的问题。最为迫切的是控制二氧化硫（SO，）的排放.许多城市的酸雨已成为人们关注的焦点。我国大气中SO.的平均浓度为0.03 ppm（个别地区达15 ppm）.H日本高3倍酸雨将引I起森林和农作物破坏、水变质、十壤退化对电力系统将加速全属部分的临创 甚至造成细终子闪络事故。形成酸雨的根源中2/3是由于大量分散燃煤造成的。而1/是候煤发由过程中产生的。因此，发展洁净煤技术已被列为新世纪电力科技发展战略的重要目标之一。 洁净煤技术旨在最大限度地发挥煤作为能源的潜能作用，同时又实现最少的污染物释放，达到煤的高效、清洁利用的目的。洁净煤技术是一项庞大复杂的系统工程，包含从煤炭开发到利用的所有技术领域，主要研究开发项目包括煤炭的加工、转化，燃烧和污染控制等。目前的发展领域包括高效、低污染地开发和利用煤炭的全过程，主要可分为煤炭利用前净化技术、煤炭燃烧中的净化技术、烟气净化技术和煤炭转化技术。 煤炭利用前净化技术包括选煤，型煤、洁净优化动力配煤、水煤浆。选煤是剔除杂质，进行煤品分类。是合理利用煤炭资源、保护环境的经济而有效的技术。型煤是制成具有一定强度和形状的煤制品，在成型时加入适量的固硫剂，可大大减少 SO，排放。洁净优化动力配煤是将不同品质的煤经筛选、破碎、按比例配合等过程，并辅以一定的添加剂，以改变动力煤的化学组成。减少燃煤排放。水煤浆是一种以煤代油的新型燃料，灰分小于10%，超细（250~300 gm）.配以分散剂，稳定剂，成为液体燃料。 煤炭燃烧中的净化技术包括煤粉低污染燃烧技术和先进的燃烧器、流化床燃烧技术、煤综合利用新技术、煤气-蒸汽联合循环发电技术。 烟气净化技术包括烟气除尘和脱硫、脱氮.其中重点为烟气脱硫脱氮。烟气脱硫分湿式和干式方法，及新近研究开发的半湿法。 煤炭转化技术主要内容为煤炭气化和煤炭液化。 楼料电池技术是反应物燃烧与空气中的氧发生电化学反应而获得电能和热能的装置。以煤作为燃料源的燃料电池发电技术尚处于小规模试验研究阶段，其节能（高效）和环保性能很好。 太阳能、风能、地热、潮汐能、垃圾发电、污泥发电等许多新能源发电技术都有较好的环保效果。 新能源发电技术 除了前面已介绍的太阳能、风能、地热、潮汐发电新技术外，其他新能源发电技术有;高炉顶压发电、垃圾发电、污泥发电、高温岩体发电、磁流体发电、波浪发电，海洋温差发电、生物质能发电和燃料电池等。 （1）高炉顶压发电 其技术原理是高炉炼铁产生大量带有一定压力的煤气，这些煤气在输送给用户之前，都得预先经过降温减压，可以利用煤气层在减压前后的压力差进行发电，在炼铁高炉装上高炉顶压发电装置。 （2）垃圾发电 首先将垃圾中的有机物与金属、玻璃、塑料等分离开，然后将有机物送入密封锅炉焚烧，产生的蒸汽用来发电。 （3）污泥发电 利用城市地下水道的污泥中的有机物作为能源，用来发电。日本东京大学发明了一种使污泥很快固化的方法，测定每公斤固化污泥有4 000 kcal（大卡）（1 kcal=4.1855kJ）热量，相当于低质煤的发热量，用来发电既节省能源，又保护环境卫生。 （4）高温岩体发电在高温岩体上打深度达几百米至上干米的井.一直通到高温岩体层，然后从地面注入高压水，利用喷出的高温蒸汽进行发电。 （5）核聚变发电（Fusion Energy） 聚变能是两个轻原子核聚变成一个较重的核时释放的能量。太阳能主要是氢核即质子聚变释放的。聚恋维持包括太阳在内的星球燃烧了亿万年. 聚变能也是所有化石燃料以及大多数可再生能量的来源。第二次世界大战后，实现了由裂变爆炸引发的大规模轻核聚变反应，这就是氢弹——不受控的聚变能量释放装置。20世纪 50 年代初以来人们致力于受控核聚变的研究，受控核聚变将通过运行聚变反应堆来实现。利用聚变能来生产电能是美好的希望，目前尚有许多问题需要解决。 （6）生物质能资源（Biomass Energ Resource）发电生物质能资源是指可用于转化为能源的有机质资源。主要的生物质能资源包括∶薪柴、农作物秸秆、人畜粪便、酿酒废醪、糖蜜废水、屠宰废水、豆制品废水等工业有机废水、有机垃圾等。沼气发电就是一种生物质能资源发电。 电能储存技术 电能储存技术，又称蓄能技术，是一种实现高效利用电能的重要途径。 蓄能技术一般要求有∶储能密度大、变换损耗小、运行费用低、维护较容易、不污染环境。电能的储存技术大致可分三类∶ （1）直接储存电磁能，如超导线圈蓄能系统、超级电容器。 （2）把电能转化为化学能储存，如新型的电池。 （3）把电能转化为机械能储存，如压缩空气、高速飞轮、抽水蓄能。 抽水蓄能是一种实用的储能量相对较大的蓄能技术。此外，最实用的是电池蓄能，它既可作旋转备用，也可作调峰或调频电源，或直接用作大用户的不停电电源UPS （Uninterruptible Power Supply）。目前最大投运系统是20 MW，寿命达8~10年.造价1 000美元/kW。超导线圈蓄能和高速飞轮将在第六章做较详细的介绍。 灵活交流输电技术与用户电力 灵活（柔性）交流输电系统 FACTS（Flexible AC. Transmission System），其核心环节就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，以实现更灵活的调控，从而大幅度提高输电线路传输能力，提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。 目前已研制成的设备主要有;可控串联补偿器 TCSC（Thyristor Controlled Series Capacitor），静止无功补偿器 SVC（Static VAR Compensator），静止调相机 STATCON（Static Condenser），制动电阻 TCBR（Thyristor Controlled Braking Resistor），统一潮流控制器 UPFC（Unified Power Flow Controller）等。图3-28所示是国外的TCSC装置。 用户电力（Customer Power）技术，又称定制电力，和FACTS一样都是以电力电子技术、微处理机技术、控制技术等高新技术为基础，都是用来提高电力系统运行的可壹性 可控性运行性能和电量质量，以获得大量节电效应的新型综合技术。 FACTS侧重应用于高压输电系统，用户电力技术侧重应用于低中压配电系统，有不同的使用目的和经济评价标准，但在使电网高度灵活化的效果上是一致的，甚至有些装置既可用于输电网又可用于配电网，如 ASVC。国内有的学者认为可将FACTS分为三类∶直接作用于输电的，安装于发电厂而作用于输电的和安装干配电网而作用于输电的。这样用户电力技术可以理解为安装于配电网的一种FACTS。 用户电力技术包括有功无功控制、电压控制、高次谐波的消除、蓄能等方面，已开发的装置有静止无功补偿器（SVC）、配电静止补偿器（D-STATCOM）、电池蓄能站（BESS）、超导储能（SMES）、有源电力滤波器（APF）、动态过电压限制器（DVL）、固态断路器（SSCB）等。许多装置都是一机多功能的，又可以配合运用。 用户电力技术的重要任务是改善供电质量。电力系统供电质量问题可分为电压质量和电流质量两个方面。电压质量问题指会影响用户设备正常运行不理想的系统电压，包括电压的下垂或抬高（Sag or Swell）、谐波畸变（Harmonic Pre-distortion）、各相电压不平衡等情况;电流质量问题指电力电子设备等非线性负荷给电网带来的电流畸变，包括流入电网的谐波电流、基波无功、平衡负荷电流、低频负荷变化造成的闪烁等。针对这些问题，可用串联或并联于系统负荷侧的功率调节器来改善供电质量的方法，串联改善电压质量，并联改善电流质量。 大电网互联 为满足大规模电力输送和高效配置的基本要求，需要建设安全可靠、经济高效的强大电网。从我国电网的总体发展趋势看，未来将形成由四大同步电网（华北、华东和华中区域电网联结起来的特高压电网、东北电网、西北电网和南方电网）异步连接构成的全国互联电网，为能源电力资源在全国范围内优化配置奠定坚实的物质基础。以特高压交直流为主体连接山西、鄂尔多斯盆地、蒙东、西南、新疆五大国家综合能源基地和主要负荷中心，同时，分布式能源系统及微电网在配电网领域也得到较快发展，电网智能化水平将得到持续提升。 目前，特高压交直流输电技术已经成熟。不久的将来，我国电网的跨区输电规模和输电距离要明显超过国际上其他大电网，采用特高压交直流等先进输电技术是适合国情的战略性选择。 特高压交直流各自具有不同的功能定位，需要统筹兼顾，协调发展，共同满足大电网安全、经济运行的需要。交流具有网络功能，可以灵活地汇集、输送和分配电力，直流主要是输电功能，在大容量、超远距离输电方面一般具有经济优势。 '十一五'期间.我国四大同步申电网之间将实现直流互联，为更大程度、更广范围发挥市场在能源资源配置中的基础性作用、最终形成全国电力市场平台打下坚实的物质基础。加快构筑全国竞争性电力市场，将会充分发挥大电网联网效益，显著提升全国能源电力资源配置效率。有力推动电力工业的安全、经济、清洁、低碳发展。 现代能量管理系统 电力系统调度自动化应用计算机的开始阶段是数据采集与监控系统 SCADA，主要用于状态监视（信息收集、处理、显示）、远方开关操作、制表、记录和统计等。20世纪 80年代发展了能量管理系统 EMS（Energy Management System），包括了SCADA，并增加了自动发电控制经济运行、安全控制等功能，以及其他调度管理和计划功能。现正引入人工智能新技术，实现综合动态控制等。3.6.7 分布式发电系统 集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统是目前电能生产、输送和分配的主要方式，正在为全世界 90%以上的电力负荷供电。但这种方式也存在一些弊端，主要有∶不能灵活跟踪负荷的变化;局部事故极易扩散和导致大面积的停电;输电线路产生的电磁影响使开辟新的线路走廊越来越困难。 分布式发电（Distributed Generation）系统是指功率为数千瓦至 50 MW的小型、模块式、与环境兼容的独立电源。这些电源由电力部门、电力用户或第三方所有，用以满足电力系统和用户特定的要求，如调峰、为边远用户或商业区和居民区供电，节省输变电投资、提高供电可靠性等等。随着电力体制改革的发展，分布式发电也可为一些用户提供一种自主的选择，使其更能适应电力市场。 通过分布式发电和集中供电系统的配合应用有以下优点∶ （1）分布式发电系统中各电站相互独立，用户由于可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高。 （2）分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电.成为集中供电方式不可缺少的重要补充。 （3）可对区域电力的质量和性能进行实时监控，适合向农村、牧区、山区、发展中的中小城市或商业区的居民供电，可大大减小环保压力。 （4）分布式发电的输街申损耗可以忽略，无需建配电站。可隆低或避你随加的输西由成本，同时土建和安装成本低。 （5）可以满足特殊场合的需求，如移动分散式发电车。 （6）调峰性能好，操作简单.由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。根据所使用一次能源的不同，分布式发电可分为基于化石能源的分布式发电技术、基于可再生能源的分布式发电技术以及混合的分布式发电技术。 （1）基于化石能源的分布式发电技术 ： ①往复式发动机技术∶以汽油或柴油为燃料驱动内燃机的发电机组发电，是目前应用最广的分布式发电方式; ②微型燃气轮机技术;微型燃气轮机是指功率为数百千瓦以下的以天然气、甲烷，汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，但是微型燃气轮机目前发电效率较低，所以多采用家庭热电联供的办法利用设备废弃的热能，提高其效率; ③燃料电池技术;燃料电池是一种在等温状态下直接将化学能转变为直流电能的电化学装置，燃料电池不污染环境，是一种很有发展前途的清净和高效的发电方式，被称为21世纪的分布式电源。 （2）基于可再生能源的分布式发电技术 ： ①太阳能光伏发电技术;太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能，光伏发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠 、维护简单等优点，但是这种分布发电技术的成本很高，所以现阶段还需要降低成本而适合于广泛应用; ②风力发电技术∶可分为独立与并网运行两类，前者为微型或小型风力发电机组，容量为100W~10kW，后者的容量通常超过150kW。 （3）混合分布式发电技术 指两种或多种分布式发电技术及蓄能装置组合起来，形成复合式发电系统。目前已有多种形式的复合式发电系统被提出，其中一个重要的方向是热、电、冷三联产的多目标分布式供能系统，通常简称为分布式供能系统。其在生产电力的同时，也能提供热能或同时满足供热、制冷等方面的需求。与简单的供电系统相比，分布式供能系统可以大幅度提高能源利用率，降低环境污染，改善系统的热经济性。图3-29 所示为某微型燃气轮机热电联供设备。 3.6.8 微电网 分布式发电不改变原来配电网结构，延缓了输、配电网升级换代所需要的巨额投资，同时可以有效地提高大电网的供电可靠性和供电质量。但是，分布式发电也存在不足∶由于分布式电源多数依靠新能源及可再生能源发电，例如光伏发电、风力发电等，因此面临着分布式电源单机接入成本高，分布式电源的功率输出具有随机性和波动性等问题。 为了降低分布式发电带来的不利影响，同时发挥其积极的辅助作用，一个较好的解决方法就是把分布式电源和负荷一起作为配电子系统，这种系统称为微电网（Microgrid）.有时简称微网。作为一种新技术，微电网的定义还不统一，其中一个最简单的定义是∶一组连接到大电网的受控能源（含电源）与受能装置，但可以独立地运行。 所以.微电网技术是新型电力电子技术、分布式发电、可再生能源发电技术和储能技术的综合，其主要优点是∶ （1）提供了一个有效集成应用分布式发电的方式，继承拥有了所有单独分布式电源所具有的优点。 （2）作为一个独立的整体模块，不会对大电网产生不利影响，不需要对大电网的运行策略进行修改。 （3）可以以灵活的方式将分布式电源接入或断开，即分布式发电具.有'即插即用'（Plug-and-Play）的能力。 （4）使得多个分布式电源互联，增加了系统容量，并有相应的储能系统，克服了分布式电源响应速度慢、惯性小的缺点，减弱了电压波动和电压闪变现象，可有效改善电能质量。 （5）在上一级网络发生故障时，微电网可以孤立运行继续保障供电，以提高供电的可靠性。 2000年，欧盟提出了微网工程，系统研究和证明微网的运行、控制、保护和安全性，确定和量化微网经济方面的优势。美国能源部也已经提出了一个以微网的形式安放和利用 DG;的阶段性计划。我国的微网研究也已经成为电力系统研究的热点。 智能电网 智能电网（Smart Power Grids），就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足 21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。 与现有电网相比，智能电网体现出电力流、信息流和业务流高度融合的显著特点，其先进性和优势主要表现在∶ （1）具有坚强的电网基础体系和技术支撑体系，能够抵御各类外部干扰和攻击，能够适应大规模清洁能源和可再生能源的接入，电网的坚强性得到巩固和提升。 （2）信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网基础设施有机融合，可获取电网的全景信息，及时发现、预见可能发生的故障。故障发生时，电网可以快速隔离故障，实现自我恢复，从而避免大面积停电的发生。 （3）柔性交/直流输电、网厂协调、智能调度、电力储能、配电自动化等技术的广泛应用，使电网运行控制更加灵活、经济，并能适应大量分布式电源、微电网及电动汽车充放电设施的接入。 （4）通信、信息和现代管理技术的综合运用.将大大提高电力设备使用效率，降低电能损耗，使电网运行更加经济和高效。 （5）实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。 （6）建立双向互动的服务模式，用户可以实时了解供电能力、电能质量、电价状况和停电信息，合理安排电器使用;电力企业可以获取用户的详细用电信息，为其提供更多的增值服务。 由于智能电网具有上述先进性和优势，已经成为世界电网发展的基本方向，也是我国'十二五'及以后电网建设的重点。 |
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