21世紀的電力前沿技術
分布式電源
分布式發電裝置(Distributed Generation)是指功率為數千瓦至50 MW(兆瓦)小型模塊式的、與環境兼容的獨立電源。這些電源由電力部門、電力用戶或第3方所有,用以滿足電力系統和用戶特定的要求。如調峰、為邊遠用戶或商業區和居民區供電,節省輸變電投資、提高供電可靠性等等。
由于公眾對輸電線路可能產生的電磁影響的憂慮,開辟新的線路走廊越來越困難。例如,?泵籃臀髖沸磯喙乙丫齠ㄒ話悴輝儺私ㄐ碌氖淶縵唄貳S謔牽苯影倉迷謨沒Ы緣姆植際椒⒌繾爸帽慍晌恢痔媧槳浮F浯危氪蟮繽浜希植際降繚純紗蟠蟮靨岣吖┑緲煽啃裕稍詰繽覽:鴕饌庠趾Γɡ緄卣稹⒈┓繆⑷宋蘋怠⒄秸┣榭魷攏種匾沒У墓┑紜<幽么罌笨聳?1997年冰雪災造成輸配電線路災難性破壞,引起大面積停電,許多重要用戶長期不能恢復供電。人們認識到,如果能有與電網配合的分布式電源在運轉,供電可靠性將會大大地提高,一些災難性后果是可以避免的。
當今的分布式電源主要是指用液體或氣體燃料的內燃機、微型燃氣輪機和各種工程用的燃料電池,具有良好的環保性能。
微型燃氣輪機是功率為幾千瓦至幾十千瓦,轉速為96 000 r/min(轉/分),以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型燃氣輪機,工作溫度500℃,其發電效率可達30%。目前國外已進入示范階段。其技術關鍵是高速軸承、高溫材料、部件加工等。可見,電工技術的突破常常取決于材料科學的進步。
燃料電池是直接把燃料的化學能轉換為電能的裝置。它是一種很有發展前途的潔凈和高效的發電方式,被稱為21世紀的分布式電源。燃料電池的工作原理頗似電解水的逆過程。氫基燃料送入燃料電池的陽極轉變為氫離子,空氣中的氧氣送入燃料電池的陰極,負氧離子通過兩極間離子導電的電解質到達陽極與氫離子結合成水,外電路則形成電流。
通常,完整的燃料電池發電系統由電池堆、燃料供給系統、空氣供給系統、冷卻系統、電力電子換流器、保護與控制及儀表系統組成。其中,電池堆是核心。低溫燃料電池還應配備燃料改質器(又稱為燃料重整器)。高溫燃料電池具有內重整功能,無須配備重整器。
燃料電池有以下優點:有很高的效率,以氫為燃料的燃料電池,理論發電效率可達100%;處于熱備用狀態,燃料電池跟隨負荷變化的能力非常強,可以在1 s內跟隨50%的負荷變化;噪音低;可以實現實際上的零排放;省水;安裝周期短,安裝位置靈活,可省去新建輸配電系統。
靈活的交流輸電系統(FACTS)
靈活的交流輸電系統(FACTS)是20世紀80年代后期出現的新技術,近年來在世界上發展迅速。專家們預計,未來這項技術將在電力輸送和分配方面將引起重大變革,對于充分利用現有電網資源和實現電能的高效利用,將會發揮重要作用。
靈活交流輸電技術是指電力電子技術與現代控制技術結合,以實現對電力系統電壓、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。
傳統的調節電力措施,如機械控制的移相器、帶負荷調變壓器抽頭、開關投切電容和電感、固定串聯補償裝置等,只能實現部分穩態潮流的調節功能,而且,由于機械開關動作時間長、響應慢,無法適應在暫態過程中快速靈活連續調節電力潮流、阻尼系統振蕩的要求。因此,電網發展的需求促進了靈活交流輸電這項新技術的發展和應用。近年來,靈活交流輸電技術已經在美國、日本、瑞典、巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應用。
盡管靈活交流輸電技術已在多個輸電工程中得到應用,并證明了它在提高線路輸送能力、阻尼系統振蕩、快速調節系統無功、提高系統穩定等方面的優越性能,但其推廣應用的進展步伐比預期的要慢。主要原因有:工程造價比常規的解決方案高,因此,只有在常規技術無法解決的情況下,用戶才會求助于FACTS技術;FACTS技術還需要進一步完善。目前FACTS技術的應用還局限于個別工程,如果大規模應用FACTS裝置,還要解決一些全局性的技術問題,例如:多個FACTS裝置控制系統的協調配合問題;FACTS裝置與已有的常規控制、繼電保護的銜接問題;FACTS控制納入現有的電網調度控制系統問題等等。也有專家認為,FACTS技術尚不能更快推廣應用是因為電力部門對新技術持謹慎觀望態度,只有相當成熟的技術才會大規模應用。
隨著電力電子器件的性能提高和造價降低,以電力電子器件為核心部件的FACTS裝置的造價會降低,可能會在不遠的將來比常規的輸配電方案更具競爭力。
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