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行業動態

全新機遇促發展 電能質量前景廣闊

添加時間:2014-07-01 16:41:42   瀏覽次數: 次    【 】   打印   關閉窗口

   近年來中國電力工業發展迅猛,伴隨大量非線性及沖擊負荷接入電網,引起了日益嚴峻的電能質量問題。同時,智能電網建設及新能源發展又對電能質量提出了新的要求,這使得電能質量的治理迫在眉睫,相關市場前景廣闊。
  數據顯示,近年來,我國電能質量治理產業市場規模逐年增加,2011年電能質量治理產業市場規模為426億元,2012年增長至527億元。在電能質量監測設備方面,2007~2011年電能質量監測設備市場規模從56.47億元逐年上升至95.22億元,年均增速在12%左右。

電能質量問題備受關注 治理迫在眉睫

  隨著電力電子技術的發展,電力用戶采用了大量時變控制的非線性設備,電能的使用范圍擴大,電力用戶中涌入了大量的沖擊、非線性負載及不平衡負荷;新的發電方式與儲能方式的推廣使用、高壓直流輸電、新型控制方式,以及使用許多非線性元件對電能質量的要求不斷提高。以上種種原因產生了電能質量問題,并嚴重影響著生活和工作生產。解決日益嚴重的電能質量問題已成為電力電子技術、電氣自動化技術和電力系統領域所面臨的重大課題之一,并受到越來越多的關注。

電能質量問題對電網及用戶設備造成的嚴重影響主要表現為:

(1)電壓波動

  會使電動機轉速不均勻,并危及電動機安全運行,影響產品質量,引起照明的“閃變”,使人眼疲勞而降低工效。電壓波動和閃變還會對數字系統形成干擾,造成誤動。

(2)電網諧波含量增加

  導致電氣設備壽命縮短,甚至損壞,網損加大,系統發生諧波諧振的可能性增加,同時可能引起繼電保護和自動裝置誤動,儀表指示和電度計量不準以及通信受干擾等一系列問題。

(3)三相電壓不平衡

  會引起電機附加振動力矩和發熱,變壓器漏磁增加和局部過熱,電網線損增大,干擾通訊以及多種保護和自動裝置誤動等。

(4)電壓暫降

  主要影響工業生產過程中對電壓敏感的電氣設備(例如電子設備等)的正常工作,甚至造成嚴重的經濟損失。因此,電壓暫降已成為現代電力用戶面臨的最嚴重的電磁干擾問題之一。

改善與治理迫在眉睫

  調查顯示,每年因電能質量擾動和電氣環境污染引起的經濟損失非常驚人。美國電力科學研究院EPRI的報告指出,全美因諧波等電能質量問題造成的損失每年達幾百億美元以上。在中國,根據2005年由國際銅業協會(中國)主辦的“中國電能質量行業現狀與用戶行為調研報告”,在調查的32個行業共92家企業,有49家企業因電能質量問題造成經濟損失達2.5億元~3.5億元。%~56%,我國目前的電能使用效率只有35%左右,很重要的原因就是電能質量低下所導

  有關資料表明,日本電能的使用效率在56%左右,美國為52%,歐洲為52致。如果全國大范圍提高電能質量,以此提高電能的使用效率,將對節能減排起到非常重要的作用。

我國電能質量標準日漸完善

  “目前國內缺乏相應強制實行標準,使得國內企業對電能質量問題的認識非常淡薄,往往是電能質量影響正常生產或出現事故后,才意識到需要進行電能質量的治理。”業內人士分析認為。而這嚴重影響著電能質量行業的發展。

  電能質量關系到電力系統及其電氣設備的安全和效率,關系到節能降耗、生產和生活,以及國民經濟的總體效益。實施對電能質量的科學監管是建設節約型社會的重要條件之一。電能質量標準是保障電能質量的基本技術依據。2000年以來,為適應電網的發展和電力市場的變化,國內外均加快了對電能質量標準的制訂和修訂步伐。

  從上世紀80年代開始,改革開放促進了我國經濟快速發展,電網負荷結構發生了很大的變化。隨之,電能質量問題漸顯突出,國家標準主管部門將制定電能質量系列標準列為重點項目之一;同時大量引進以IEC 61000系列為主的先進國際標準。至今國內標準化技術委員會及相關行業標委會已組織了一系列電能質量方面的標準,2008年曾修訂4項國標,提高了標準的科學性、實用性和可操作性,做到既向國際先進標準靠攏又符合國情。

國內首個針對暫態電能質量國家標準發布

  年初,從國家標準2013年第25號批準發布公告上獲悉,由國網福建電科院負責編制的國家標準《電能質量電壓暫降與短時中斷》(GB/T30137-2013)正式頒布,于2014年5月10日開始實施。該標準是國內首個針對暫態電能質量的國家標準,填補了國內暫態電能質量標準空白。

  標準規定了電壓暫降與短時中斷的定義、事件統計及推薦指標、檢測、監測、評估等各方面的內容,對規范我國電網電壓暫降與短時中斷的檢測和評估將起到重要作用,有利于指導電能質量相關問題治理以及敏感用戶的用電需求與生產活動,避免重大經濟損失,對供電企業、電力用戶、電力設備制造業均有重要的意義。

  暫態電能質量問題的研究起步較晚,國內剛剛有所認識,它屬于穩態電能質量問題的延伸,影響范圍小,但后果卻比較嚴重;暫態電能質量問題的實質就是暫態電壓質量問題,或者電網遭受外來干擾侵襲及內部故障、操作所帶來的系統沖擊問題,其主要性能指標是:電壓脈沖、浪涌、電壓跌落及瞬時電壓中斷,目前國際國內還沒有此方面的統一標準,但一般采用其指標參數的幅值和持續時間來描述(有時考慮其上升下降率、發生頻度等)。目前,在所有暫態電能質量問題中,電壓跌落的影響最為普遍。

  行業標準是國家標準的必要補充和細化。近年來在電能質量領域,行業標準已受到關注并取得長足進展,隨著電能質量產業(監測和治理裝置等的崛起,未來這一方面必然有更快的進展。

電能質量治理市場前景廣闊 相關設備迎發展商機

  從目前來看,中國電能質量治理的推動主要由供電部門發起,全國各地的供電系統成為電能質量治理的積極推動者。而企業方面,由于對電能質量認識的不足以及對成本因素的考慮,對電能質量治理表現出的熱情不高,這使得中國電能質量市場的推動力略顯不足。

  但隨著電力電子與信息通信技術在社會各個領域的滲透應用,一些新型電力負荷對電能質量的要求不斷提高,電能質量已成為電力企業和用戶共同關心的課題。企業自身對電能質量要求的提高,以及國家政府對電能質量治理的推進,使得未來電能質量治理內在的發展動力逐步增強。

  深圳市英納仕電氣有限公司總經理李朝暉分析,國內電能質量設備市場具有巨大的發展空間和潛力,尤其作為當前最先進技術的靜止同步無功補償裝置和有源電力濾波器。隨著設備制造成本的下降,以及對電能質量重視程度的提高,對節能減排的高度重視,國內電能質量設備的市場將具有廣闊的發展機會。

  他認為,電能質量監控行業面臨的發展機遇有以下幾方面:一是國內雖然有企業單位提供相關產品進行銷售,但時間都不長,并沒有在市場上形成行業龍頭;二是現有的電能質量監控系統基本上針對特定行業需求進行開發設計,還不能覆蓋大多數需要進行電能質量監控的行業;三是越來越多的企業單位認識到電能質量問題帶來的嚴重危害,導致對實時監控電網的電能質量狀況的需求越來越多;四是將來國家考慮到電能質量問題對整個國民經濟的影響,制定相關電能質量的相關強制標準,將會帶來巨大的市場機會。

  據統計,2012年無功補償設備的市場實現銷售額351.27億元,諧波治理設備實現銷售收入101.94億元,分別較2008年增長了45%與371%。

相關設備迎發展商機

  我國電能質量問題的存在,引起了電網公司的高度重視。國家電網公司在《關于印發電能質量在線監測系統建設推廣實施計劃的通知》中要求,2013年底前完成系統主站功能開發以及與相關業務系統的互聯互通改造,220千伏及以上電壓等級輸變電系統可靠性以及重點城市高、中壓客戶供電可靠性相關數據的對應和在線監測;2014年年底前,實現國家電網110(66)千伏及以上電壓等級輸變電系統可靠性和全部具備采集條件的高、中壓客戶數據對應和在線監測;2015年年底前,同步跟進智能電表采集終端推廣部署工作,實現國家電網低壓客戶可靠性指標數據自動采集,實現電能質量從分散到集中、從人工錄入到自動采集、從事后統計到在線分析的管理模式轉變和采集范圍的基本覆蓋。

  從目前電能質量問題的解決方案來看,主要可以分為三類:電能質量監測系統,幫助用戶了解電網供電或用電的狀態;電能質量治理設備,如無功補償裝置、諧波治理設備等,從電壓、諧波、功率因數等方面對電能質量問題進行修正和完善;軟件系統,幫助企業實現電能質量監控和治理的自動化。隨著我國電能質量治理產業快速發展,三大領域已取得了不俗的成績。

  電能質量監測設備:2007~2011年我國電能質量監測設備市場規模從56.47億元逐年上升至95.22億元,五年市場總容量為456億元,年均增速在12%左右。2012年中國電能質量監測設備市場需求為101.71億元,同比增長6.82%。

  電能質量治理設備:國內無功補償裝置與諧波治理兩大主要產品市場發展極其迅猛,產品的質量和數量都有了大幅度的提升,相當一部分優勢企業已經開始問鼎國際市場并取得了不俗的業績。2012年,無功補償市場實現銷售額351.27億元,諧波治理101.94億元,分別較2008年增長了45%與371%。

  電能質量治理軟件與服務:目前我國電能質量治理產業軟件市場在整個產業市場中所占的份額較小。2007~2012年,其市場規模從2.72億元上升至5.44億元,在電能質量治理行業中占比一般為1%~2%,但由于我國未來經濟結構調整的壓力,以及對于智能化、信息化電網建設的加速,對于電能質量相關數據處理的軟件需求將會有所上升,以電能質量治理軟件市場規模占整個產業2%的比例計算,則到2015年,我國電能質量治理軟件的市場規模將達到12億元。

  目前,在電能質量治理設備方面,國內無功補償裝置與諧波治理兩大主要產品市場發展迅猛,產品的質量和數量都有了大幅度的提升,已有相當一部分優勢企業開始問鼎國際市場。

新能源崛起 促電能質量新發展

  隨著電力電子產品應用的增加以及產業升級的需要,電能質量問題越來越重要,不僅在傳統的冶金、化工等產業,在風力發電和太陽能發電等較新的產業領域,相關產品的需求逐漸增加。快速發展的新能源行業,將成為電能質量治理設備發展的重點領域。

風電、太陽能發電與電能質量問題

  電能質量治理產業研究報告分析顯示,由于風速的隨機變化特性以及風電機組本身的一些固有特性的影響,如塔影效應、風剪切等,使得風電場的輸出功率隨著這些特性和影響發生變化,從而引起電壓波動和閃變現象。此外,變速恒頻風力發電機采用了換流裝置,運行時將產生較大的諧波電流,對電網和風電系統產生一系列不利影響。

  光伏發電能量的傳遞和轉換都是建立在電力電子技術的基礎上,大規模的光伏電源并網使得大量的電力電子轉換器引入到電力系統中,隨著電力電子技術的廣泛應用和發展,大量的非線性負載也加入到了供電系統中,因此,大規模光伏發電的引入會對電力系統造成嚴重的污染,產生更為嚴重的電能質量問題。現在較為常見的電能質量問題有:電壓波動和閃變、三相不平衡、諧波污染、無功功率不平衡等。另外,大規模光伏并網發電引起的微網環流和孤島效應將在電網中引入新的電能質量問題,嚴重危害電力系統的安全性和穩定性。

風電、太陽能發電領域電能質量治理產品需求分析

  (一)風電行業對電能治理產品的需求

  在風力發電行業中,由于風力發電的不確定性,接入電網前需要變頻裝置進行轉換,這時需要電力濾波裝置來消除變頻設備產生的諧波。風電場通過加裝SVC裝置能夠有效解決接入電網時產生的功率因數、電壓調節以及諧波等問題,動態調整無功功率、電壓等影響風電場安全運行的因素,保障電網的穩定運行。由于SVC的技術經濟優勢已在眾多行業得到了大量的應用和驗證,而且運行效果非常理想,因此其在風力發電行業的應用前景非常廣闊。

  根據規劃,到2020年我國風電總裝機容量將超過2億千瓦,2012年我國風電裝機為75324MW,這意味著2013~2020年8年中,平均每年要新增裝機1550萬千瓦,目前風電所需無功補償的容量約占裝機容量的20%~30%,以平均為25%計算,每年風電機組所需的SVC裝置大概在387萬千乏左右。以單位價格150元/千乏計算,風電站建設方面每年市場容量大概5.81億元左右。

  (二)光伏發電對電能質量治理產品的需求

  按照我國能源發展“十二五”規劃,到2015年,太陽能發電裝機達到2100萬千瓦,其中光伏電站裝機1000萬千瓦,太陽能熱發電裝機100萬千瓦,并網和離網的分布式光伏發電系統安裝容量達到1000萬千瓦。

  據數據統計,2012年我國太陽能新增裝機容量191MW,累計裝機容量達到701 MW,按照這個數據進行分析,2013~2015年我國每年新增的太陽能并網發電裝機容量將達到224萬千瓦,目前光伏所需無功補償的容量約占裝機容量的10%左右進行計算,每年光伏發電組件所需的SVC裝置大概在22.4萬千乏左右。以單位價格150元/千乏計算,僅并網光伏電站建設無功補償方面每年市場容量大概3.36億元左右。若加上離網分布式風光互補以及光熱電站的無功補償以及諧波治理等電能質量治理市場規模,估計我國光伏電站每年的電能質量治理市場規模將在5億元左右。

分布式發電方興未艾 多舉措提升電能質量

  按照國家能源局規劃,2020年我國分布式電源規劃總裝機容量將達到約2.1 億千瓦(接入110 千伏及以下電壓等級),占全國總裝機的12.4%。分布式電源正處于快速發展階段。而大量分布式電源接入對配電網規劃建設、 電網的安全性、繼電保護、供電可靠性、電能質量等都會帶來影響,因此對分布式發電引起的電能質量問題,一定要重點關注。

  由于分布式電源具有隨機性,會帶來電壓波動及電壓偏差問題,而單相分布式電源并網時,各相分布的電源容量不對稱,還會引起三相不平衡。此外,分布式電源通過電力電子逆變器并網,還很容易產生諧波、間諧波、直流分量等問題。

  對于分布式電源引起的電能質量問題,主要可以通過規劃設計、逆變器控制以及微電網技術來解決。

  首先是規劃設計。應根據分布式電源的電能質量問題產生機理、疊加機制,合理選擇安裝位置和安裝容量、確定控制方法和節點類型。而最終并網電壓等級應根據電網條件,通過技術經濟比選論證確定。若高低兩級電壓均具備接入條件,要優先采用低電壓等級接入。分布式電源啟停、波動對并網點的沖擊較大,為保證電源起停、波動對系統供電電壓的影響在規定的電壓偏差范圍之內,電源并網點的系統短路電流與電源額定電流之比不宜低于10,若低于該比值,需進行專題論證。

  二是優化逆變器控制和設計,提高本體電能質量。將分布式電源逆變器等效輸出阻抗設計成容性,通過虛擬阻抗技術對逆變器電源特性的改變,應對電壓調整,彌補傳統逆變器輸出無功引起的輸出電壓幅值跌落。

  最后,微電網將地域上相對集中的分布式電源集中起來,使配網不必直接面對數量眾多的分散能源,配合儲能技術和頂層控制的設計,可大大提高分布式電源的能源利用率和供電質量。通過對運行參數的精確控制,將分布式電源存在的諸多問題歸集到小系統內,配合對儲能的高效利用,可實現并網平滑切換和對供電質量的提升。
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