《国内发供电系统现状及发展趋势》讲义(路长威.ppt

国内发、供电基本现状及发展趋势路长威盘锦供电公司2010.12盘锦,第一章国内发电、供电系统现状介绍目前，国内发电系统由五大发电集团组成：华能集团公司、华电集团公司、国电集团公司、大唐集团公司、中国电力投资集团公司国内供电系统两大电网公司：国家电网公司、南方电网有限责任公司（广东、广西、云南、海南、贵州）。1949年，我国发电装机容量仅为184.9万千瓦，居世界第二十一位。现在，我国发电装机容量达到9.5亿千瓦，居世界第二位。1998年，电力实行“政企分开”，原电力部撤消，成立国家电力公司。2002年12月继续深化电力体制改革，实行“厂网”分开。,在已投运的电厂中，最大的火电厂为邹县电厂（240万kW），最大的水电站为二滩水电站（330万kW），最大的核电站为大亚湾核电站（180万kW）。全国发电装机容量达3亿kW。五大发电集团简介：华能集团是经国务院批准成立的国有重要骨干企业，也是自主经营、自负盈亏，以经营电力为主的世界500强企业。注册资本金200亿元，经营的电厂达154座，装机容量10438万千瓦。华电集团公司注册资本120亿，装机容量将达到80000MW，资产总额2928亿元人民币，年发电量2900亿千瓦时。拥有国内单机容量最大、国产化程度最高的100万千瓦机组，积极开发建设风电、核电、生物质能、太阳能等清洁能源。,国电集团公司：经国务院批准，于2002年12月29日组建全国五大发电集团之一，装机容量达22170.2万千瓦，员工人数11万余人，国内市场占有率达20%，资产总额达4006.81亿元。大唐集团公司注册资本金51.63亿元，总资产645.36亿元，发电装机规模达到10017.23万千瓦，是世界亿千瓦级特大型发电公司，在伦敦、香港、上海三地上市的电力企业。,中国电力投资集团公司：20年月日经国务院批准组建的全国五大发电集团之一，资产总额亿元，年发电量亿千瓦时，营业收入达亿元，注册资本金人民币亿元。国内供电系统两大电网公司：国家电网公司、南方电网有限责任公司（广东、广西、云南、贵州、海南）.国家电网公司：前身“国家电力公司”，2000年实行“厂网分开”后，原国家电力公司电网业务由国家电网公司运行，注册资本金2000亿元，拥有职工150.8万，资产总额12141亿元。售电量22748亿KWh,输电线路长度5532万公里，变电容量19万KVA，是全球最大的公用事业企业。2010年财富世界500强企业国家电网位列第八。,南方电网有限责任公司：经营范围为广东、广西、云南、贵州和海南五省（区），职工总数30万人，总装机容量为1.6亿千瓦，220千伏及以上变电容量3亿千伏安、输电线路总长度7.7万公里。年售电量达5239亿千瓦时，总资产达4425亿元。目前我国发电应以火力发电（74.6%）、水力发电（22.5%）为主，风力发电（1.8%）核能发电（1.0%）为辅，积极开发新能源发电（如太阳能热发电、太阳能光发电、磁流体发电、潮汐发电、海洋温差发电、波浪发电、地热发电、生物质能发电等)。,新能源发电新能源发电简介：新能源是在新技术基础上，系统地开发利用的一次能源，如太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能等。它们都属于可再生清洁能源。无论从世界还是从中国来看，一次化石能源都是有限的，中国的一次化石能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10。从长远来看，新能源将是未来人类的主要能源来源。新能源发电是把新能源转换为电能的过程。,一、太阳能发电有两种，光伏发电和光热发电。光伏效应：指的是光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。光太阳能电池：太阳光照射太阳能电池，太阳光的光子在电池里激发出电子空穴对，电子和空穴分别向电池的两端移动，如果外部构成通路，就形成电流。主要应用于：航天、微波中继站、海岛灯塔、边远地区用电。上海崇明前卫村光伏电站（1051KW）示范工程并网发电。上海世博园馆（中国馆、主题馆、未来馆、世博中心）太阳能发电（4687KW）并网发电。,光热发电：是通过聚光装置利用太阳光加热工作介质至沸点，使其由液态变为气态蒸汽，推动汽轮发电机进行发电。我国在光热发电领域起步较晚，北京延庆的中国第一个光热发电示范站-八达岭1000KW塔式光热电站并网发电。二、风力发电风力发电是一个能量变换的过程：风的动能先被风力机的桨叶捕获并转换为机械能，再经过一个含齿轮箱（增速）的机械传动系统传递给发电机；发电机实现机械能到电能的转换。由于海上风力资源风丰富，海上的风速相对较高且稳定，非常具有开发价值，因此近海风电是国际风电产业发展的新领域,中国第一个风电场于1986年4月在山东荣成并网发电。目前国内有上海大桥海上风电场（10万千瓦）示范工程接入电网。我国风电装机容量已达2000万kW。三、海洋能发电：是利用海洋所蕴藏的能量进行发电。主要包括：潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。潮汐能：是由于月球和太阳等天体的引力使海洋水位发生潮汐变化而产生的能量。潮汐发电：它是利用潮水的涨、落产生的水位差所具有的势能来发电。迄今仍在运行发电的有江厦、海山和白沙口等三座潮汐电站,就全世界而言，潮汐能源的开发利用程度还很低。目前制约潮汐能发电的因素主要是成本因素，由于常规电站廉价电费的竞争，建成投产的商业用潮汐电站不多。波浪发电：原理是将波浪能通过转换装置转换为机械能、气压或液压的能量，然后通过传动机构驱动发动机发电。由受波体、中间转换装置、发电装置组成。,四、生物质能发电：主要是让生物质发热,利用其产生的热能发电。生物质资源范围广泛、数量巨大，而且存在分散，不像矿物性燃料那样集中。其主要有：木柴燃料、农作物废弃物、畜禽粪便、能源植物、城市废物。山东单县生物质发电项目是国内第一个建成，于2006年12月1日投产发电，该厂年消耗农林废弃物25万吨，年发电量2亿千瓦时。五、地热发电：是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。目前能够被地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。1977年羊八井电站第一台机组投入运行，到1986年装机容量已达1.3万kW。它由5眼地热井供水，单井产量为75160m3h，水温为145170。,电网建设电能从生产到用户一般要经过发电、输电、变电、配电、用电等环节，电能不能大规模储存，发电、输电、配电和用电在同一瞬间完成。电网主要设备：对于交流输电，输电网是由升压变压器、高压输电线路、降压变压器组成的。在输电网中输电线路、杆塔、绝缘子串、架空线路等称为输电设备；变压器、电抗器、电容器、开关、刀闸、避雷器、电压互感器、电流互感器、母线等变电一次设备。继电保护、监视、控制和电力通信等变电二次设备。,配电网主要由电压相对较低的配电线路、开关设备、互感器和配电变压器等构成。配电网几乎都是采用三相交流配电网。电网发展面临的形势：经济社会的快速发展对作为重要基础产业的电力工业发展，尤其是电网发展提出更高的要求。当前，我国电网发展总体滞后，城市和农村供电水平不高，资源优化配置和抵御严重自然灾害的能力不强。随着我国经济结构的不断调整，工业化、城市化水平继续加快，2008年发生的严重冰雪灾害和特大地震灾害，进一步凸显了加强电网建设的重要性和紧迫性。,气候变化和低碳经济：国际社会对气候变化问题的高度关注，能源结构优化和提高能源效率成为世界各国获得国际话语权、彰显国际竞争力和实现可持续发展的重要内容，电网作为能源供应体系的重要环节，势必在节能减排领域承担更加艰巨的任务。能源资源优化配置与清洁能源发展：我国能源资源主要分布在西部、北部和西南等经济落后地区，而能源消费主要集中在东中部经济发达地区。位于西部和北部的大煤电基地、西南大水电基地与东部负荷中心的距离一般为,8003000公里，距离远，因此，依托特高压输电技术，实现电力外送，成为我国现代化能源运输的重要内容。清洁能源：水电、风电和太阳能发电等。多元化服务需求：根据用户需要及峰谷电价，调整用电时间，提高用户经济性和安全性；用户可以根据自己的用电习惯、电价水平以及用电环境，设定参数，自动优化用电方式，达到最佳用电效果。,智能电网：智能电网是世界电网发展趋势坚强智能电网概念：是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。主要内涵是：坚强可靠：是指拥有坚强的网架、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应。发生故障时，能够快速检测、定位和隔离故障，并指导作业人员快速确定停电原因，恢复供电。,经济高效：是指提高电网输送效率，降低成本，促进能源资源的高效利用；清洁环保：降低能源消耗和污染物排放；透明开放：电力市场化提供透明、开放的平台友好互动：友好兼容各类电源和用户的接入与退出，激励电源和用户主动参与电网调节。另外能兼容大量分布式电源的接入。储能设备、太阳能电池板等小型发电设备广泛分布于用户侧，可以在用电低谷时接纳电网富余电能，并可以与小型发电装置一起在用电高峰时向电网输送电能，以达到削峰填谷，减小发电装机容量。坚强智能电网在技术上要实现信息化、自动化、互动化：信息化：能采用数字化的方式清晰表述电网特性及状态，实现各类信息精确、高效采集与传输，从而实现电网信息的高度集成、分析和利用；,自动化：提高电网自动运行与管理水平电动汽车与充电设施汽车“无油”时代目前，全球能源形势异常严峻，发展新能源汽车迫在眉睫。,电动汽车的优点：减少城市大气污染，改善空气质量；由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日渐枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”，世界各国产业竞争的战略制高点。电动汽车在我国正在进入快速发展新阶段。,电动汽车分类纯电动汽车：完全由蓄电池提供动力的汽车，有可充电电池作为储能方式，用电动机来驱动车辆的行驶。混合动力汽车：指装有两种或两种以上的动力源的汽车，当前混合动力汽车一般是指用内燃机车和电动机驱动的混合动力汽车。燃料电池电动汽车：采用燃料电池作为动力源的电动汽车。外接充电式混合动力汽车：以电力驱动，同时搭配汽油或柴油内燃机引擎，并可外接电源对汽车进行充电的汽车。,今后三年内我国要形成50万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能源汽车产能，新能源汽车销量占乘用车销售总量的5左右。2015年，我国纯电动汽车保有量有望达到266万辆，达到乘用车总量的10%。电动汽车充电设施：主要包括充电站、充电桩、换电站。其中充电站的充电模式有整车充电方式、更换电池方式。常规充电模式交流充电，充电时间4-8小时，充电电流不超过32A快速充电模式直流充电模式，充电时间20分钟到1小时，充电电流不超过0.2C1C，要求的电池容量较大，为200500安时。,第二章发、供电前沿技术前沿技术通常被认为是高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术，是未来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础。第一节新型发电技术1、核聚变发电原子核结构发生变化时能释放出大量的能量，称为核能。核能发电的优点主要有以下几个：（1）干净清洁；（2）用之不竭；（3）经济；（4）安全。作为一种新能源，核能的和平利用，特别是核能发电在世界范围内发展非常迅速。核能发电分为裂变能和聚变能两种。,2、燃料电池燃料电池是一种不经过燃烧而以电化学反应方式将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转换成电能的发电装置。燃料电池是名副其实的能量转换装置，原则上只要燃料和氧化剂可以连续不断地从外界供给电池，反应产物可以连续不断地从电池排出，燃料电池就能连续放电。燃料电池和传统发电相比，具有的优势：（1）能量转换效率高，其有效能效可达60%-70%，理论转换效率可达90%；（2）比能量或比功率高；（3）使用能力强，可以使用各种初级燃料，也可以使用发电厂不宜使用的低质燃料，但需要专门加工。,（4）污染小，噪声低，大大减少污染排放；（5）可靠性高。近年来，燃料电池汽车的发展也很迅猛，其具有低排放、燃料多样化、效率高和性能高等特点，在成本和整体性能上也明显优于其它电池的电动汽车。3、高空风力发电目前高空风力发电主要有两种构架方式：第一种是在空中建造发电站，在高空发电，然后通过电缆输送到地面；第二种类似放“风筝”，通过拉伸产生机械能，再由发电机转换为电能。高空风是一种广泛、相对可靠且潜力巨大，在距地面大约50012000m的高度，有足够的风量满足目前全球百倍的电力需要。,如果能够克服风力间歇性问题，高空的风力将可变成具有无限潜力的能源宝库。目前高空风力发电项目在国外也仅停留在试验阶段，还面临诸多技术难题。4、其他新型发电技术目前，还有一些其他新型发电技术尚在研究试验中。例如，海水抽水蓄能发电是将海洋作为下游或者上游水库而节省建设费用的新型抽水蓄能发电方式；煤炭气化复合发电是利用高温把煤炭气化以提高能源利用率并减少有害气体排放的发电方式；太阳能热气流发电是利用温室效应、烟囱效应和涡轮旋转发电技术组合形成全新的发电方式；,太空太阳能发电是利用太阳能电池板将太空中的太阳能转化为电能并传输回地面使用等。第二节新型输电技术新型输电技术：新型直流输电、半波交流输电、分频输电、多相输电、无线输电等。1、新型直流输电在高压直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电和用电系统仍然是交流电。在输电线路的始端，发电系统的交流电经换流变压器升压后，送到整流器中去，整流器将高压交流电变为高压直流电，而直流电通过输电线路传输到,逆变器中。逆变器的结构与整流器相同而作用相反，是把高压直流电变为高压交流电，再经过换流变压器降压后，电能就输送到受端交流系统中。2、半波交流输电半波交流输电是指输电的电气距离接近1个工频半波（对于50Hz系统来说为3000km）的超远距离的三相交流输电。3、分频输电输电系统的传输功率与电压的平方成正比，与系统的电抗成反比，而电抗与工作频率成正比。因此，降低输电系统频率显然能成比例地提高系统的输送功率极限。基于这一思路，我国率先提出了分频输电系统，适合于原动机转速较低的水电,及风电等可再生能源发电，经远距离输电接入系统的应用。将发电机的低频电能升压后送至输电线路，而线路电抗因低频成比例的下降，达到分频效果，因此可大幅度提高线路输送容量；最后通过倍频变压器向工频电力系统供电。4、多相输电多相输电是指相数多于3相的交流输电技术。优点，例如：降低了线路线电压和相电压的比值；线路正序电抗下降，而输送功率将大幅提高等。但是输电网架结构复杂，短路类型多，继电保护难以实现，限制了它的大规模应用。5、无线输电,（1）微波输电微波输电是先通过微波转换器将工频交流电变换成微波（波长介于无线电波和红外线辐射间的电磁波），再通过发射站的微波发射天线送到空间，然后传输到地面微波接收站，最后通过转换器将微波变换成工频交流电，供用户使用。微波输电技术与无线电通讯中所用发射与接收技术并无本质区别。但是前者着眼于传输能量，而非附载于能量之上的信息。（2）激光输电激光是一种频率极高的高强度光束。由于激光方向性强，转换效率高，利用激光可携带大量的能量，激光能量到电能的转换可通过光电池完成。,目前，要实现无线输电技术的工程应用，还有许多技术问题需要深入研究，如电功率和微波（或激光）之间相互转换时的电磁辐射问题等。随着各项基础理论技术的发展、可再生能源全面开发和智能电网的发展与完善，各种输电方式都会在其适合的领域得到充分的发展。目前比较成熟的是轻型直流输电，而其他的输电技术制约于科学技术水平和技术经济性能，还需要大量的理论研究和工程试验。第三节新型变电技术1、电力电子变压器电力电子变压器是一种通过电力电子变换技术实现电力系统中的电压变换和能量传递的新型变压器。,同传统的变压器相比，有三个显著的特点：（1）体积小、环保效果好；（2）具有极高的供电质量和效率，能够提供满足用户要求的电能；（3）分散式变电。拿纯净水来打比方，如果在纯净水中，适当的加入各类有益的矿物质，就能满足不同人群需要了，同样，如果能够安装不同形式电能转换（不同频率、电压等）的电力电子变压器，就能满足大家对各类电力的需求了。随着在高频大功率双向电力电子开关器件和电力电子变压器控制技术方面研究的进展，预计在不远的将来会越来越依赖电力电子变换技术对电力能量进行转换与控制，使用电力电子变压器替代传统的配电变压器，实现电能的“绿色变换”也会成为现实。,第四节新型配电技术1、同步开断技术目前的高压开关大都是机械开关，开断时间长、分散性大。这种慢过程的机械开断容易引起操作过电压，加速设备老化或者直接损害设备。同步开断又称智能开关，是在电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。在理论上应用同步开断技术可完全避免电力系统的操作过电压。这样，由操作过电压决定的电力设备绝缘水平可大幅度降低，由于操作引起设备（包括断路器本身）的损坏也可大大减少。,2、即插即用技术“即插即用”，就是为用户拥有的分布式电源（如光伏电池、燃料电池等）及新型用电设备（如电动汽车）等，提供便捷、安全、可靠的接入电网的方式，保证用户设备与电网互联后，均正常运行。用户可以在自身能源充足时，将风电机组、光伏电池等电源接入电网售电而获得收益；电动汽车可以在任何地方任何时间方便地进行充电。,第五节新材料与超导电力技术一、新材料1、复合材料传统输电线路一般采用钢芯铝绞线,钢芯较粗。如果采用复合材料（如碳纤维）作芯，能以更小的半径获得同样的强度，并且更轻，可使载流量提高一倍。复合材料杆塔具有尺寸小、质量轻、绝缘和抗腐蚀性能好，更坚固耐用。2、纳米材料表面污损的导线容易发生污闪事故，而憎水材料却具有自清洁能力。“纳米杂化”技术可帮助人们获得具有更大憎水性的纳米材料，将这种材料制成涂料涂在导线上