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水域溢油污染防治系列產品、環保類特色工程機械、納米技術產品、智能電子產品及機械配套件的研發與制造
發布時間:2021-11-08
電力工業作為國民經濟的基礎產業,在國家持續加大投資的情況下,得到了巨大發展,火電裝機容量持續快速長。與此同時,燃煤電廠C2、S2、NOx等有害氣體的排放量也同步長,成為我國大氣污染的主要來源。據有關資料顯示,如不加以控制,預計到2000年末,燃煤電廠S2排放量將達到年我國C2的排放量將位居世界首位。這將帶來大面積酸雨、加速氣候變暖等一系列環境災害。
針對嚴峻的大氣污染形勢,國家己加大了控制力度。2000年4月3日,全國人大又通過了新的大氣污染防治法,對燃煤電廠的有害氣體排放也提出了更為嚴格的限制。因此,未來我國電力工業的發展必須把環境污染防治放在突出的位置,加大在電力環保方面的投入。除了在燃煤電廠擴大安裝脫硫裝置、發展大型超臨界機組、關停小火電、推行潔凈煤發電技術等一系列在電源方面米取控制和減少有害氣體排放的措施以外,輸配電領域的技術進步,也將給電力環境保護帶來積極的影響。
1最大限度地減少電網損耗我國的電網特別是城鄉配電網的基礎較為薄弱,輸配電系統的電能損耗相當高,全國電力部門所管電網的平均線損率在8%左右,如果考慮城鄉配電網的損耗,總的線損率在15%左右,而發達國家輸配電線損率己從1960年的10%左右,逐漸降低到目前的5%~8 %.可見,與工業發達國家相比,我國電網的線損率相當高。為損耗所提供的電能又加重了大氣環境的污染。因此,優化輸配電系統的運行,不僅提高電力系統運行的經濟性,而且相應減少了為供給輸配電系統損耗而占有的發電容量,從而間接有效地減少了C2、S2等有害氣體的排放。
1.1大力推行節電型變壓器變壓器是電能傳輸中不可缺少的電力設備,也是輸配電系統中運行損耗最大的電氣設備,其損耗約占發電總量的10%,占輸配電系統線損的50%.隨著輸配電技術的進步,變壓器的損耗一直呈大幅下降趨勢。1998年,國家己明文規定要求淘汰高損耗的舊型號變壓器,以低損耗、節能的S9型變壓器取代。國外近幾年開始推廣應用節能型非晶合金配電變壓器,該類變壓器以非晶合金取代冷軋硅鋼片、使其空載損耗大幅度降低。對上變、佛山、保變等變壓器廠試制的160、200、315、500kVA4種規格的樣機鑒定表明,非晶合金變壓器的空載損耗比S9型變壓器下降75%左右。在國外己投入生產,美國己有上百萬臺非晶變壓器上網使用,國內也己有3 000余臺投入運行。
配電變壓器量大面廣,如果全面推廣使用非晶變壓器,降耗效果將非常顯著。據統計,每年全國生產20余萬臺配電變壓器,若以非晶變壓器替代,所減少的損耗相當于少向大氣排放CO2 130萬t,SO22.3萬t,NOx1040t.因此,非晶變壓器被稱為沒有發電機的綠色發電廠。非晶變壓器的價格是S9變壓器的1.3倍左右,但經評估多出的購買成本在3年左右的時間內就可從節約的電費中收回。因此,為合理利用資源,保護生態環境,應加大推廣應用非晶變壓器的力度。
1.2減少線損的其他措施輸配電系統特別是城鄉配電網的線損率較大,與電網建設投資偏低,設施老化和管理水平落后有關。就我國目前狀況來看,減少線損的潛力相當大。
主要措施有:積極進行科技創新,加快實施配網自動化,通過對環網負荷開關的控制,調整和優化配電網的潮流;通過對電容器和有載調壓的配電變壓器的控制,實現整個配電網的無功/電壓控制,最終達到減少網損的目的。
加強用電管理,堅決堵塞計量漏洞,有效防止和打擊竊電。積極開發防竊電技術改進和完善用戶的計量裝置,達到準確計量并具有防竊電功能。
實現負荷監控和遠方抄表。
更換細導線,平衡三相負荷,加無功補償,提高用戶的功率因素。目前國內家用電器的自然功率因素只有0.7左右,同時接在低壓電網上的小工業、商業用戶也無功率因素考核以及檢測功率因素的手段,這是造成低壓電網線損加的重要原因。
2輸電系統的技術進步對環保的影響2.1建設超高壓線路,為清潔能源的輸送創造條件在國家西部大開發戰略中,積極開發西部水電資源,實現西電東送。以廉價、清潔無污染的西部水電替代東部的燃煤電廠,對我國的環境保護事業具有深遠的影響。我國西部地區正在籌建的溪落渡、向家壩樞紐工程及今后西部規劃的一批大型、特大型水電基地,裝機容量都在幾GW、幾十GW以上,向東部輸送電力的距離超過1000km,將這些電力輸送到東部負荷中心不僅是為了滿足用電需要,也是環境保護的需要。而現有的500kV電壓等級的輸電線路(經濟輸送容量1GW,輸送距離300 ~500km)己難以滿足這一要求。
除更多地采用高壓直流輸電外,交流特高壓輸電作為西電東送的骨干網架應是考慮的主要方案之一。以長度1 000km傳輸容量10GW的線路為例,在不同輸電電壓下的回路數和占用走廊寬度的比較見表1.由表1可見,采用特高壓輸電的回路數大大減少。而在線路造價上,750kV線路的造價為500kV的90%1000kV線路的造價僅為500kV的66% 1000kV輸電損耗為750kV的1/2,為50CkV的1/5.可見,用特高壓輸電無論是在線路占用走廊寬度、造價還是運行費用方面都占有很大的優勢。
從世界范圍來看,750kV輸電己有20余年的運行經驗,技術比較成熟!笆濉逼陂g,我國將首先在西北電網建設75CkV電壓等級的特高壓輸電線路,以1 000kV電壓等級的特高壓輸電為發展目標的研究工作也應逐步開展。特高壓輸電可節約土地資源和線路走廊,更好地實現西電東送的戰略目標,有效解決我國東部負荷中心的環境污染問題。
不同交流輸電電壓下回路和占用走廊的比較輸電電壓/kV回路數占用走廊寬度/m注輸電距離為100Ckm輸送容量為10GW/. 2.2積極發展高壓直流輸電技術高壓直流輸電(HVDC)的商業化運行己有近50年的歷史,隨著電力電子、計算機、光纖等技術的發展,HVDC在遠距離大容量輸電中的優勢更加明顯。
和交流輸電相比,線損可減少50%以上。由于高壓直流輸電技術己日趨成熟,在西電東送,減少東部燃煤電廠污染方面將發揮重要作用。
為保護環境,應大力發展可再生無污染能源,如徑流小水電、風力發電、潮汐發電、太陽能發電、地熱發電等,逐步提高它們在發電中的比例。但是,這些電源往往容量較小,工況不穩定,用交流輸送損耗較大。近年來,出現了使用大功率門極可關斷晶閘管的輕型直流輸電技術,它克服了傳統HVDC受端必須提供足夠無功功率的限制,尤其適用于將小型分散的電源與大電網相連。其基本構成見。利用輕型直流輸電技術可將這些無污染的可再生電源、溫室氣體排放量很低的燃料電池、微型燃氣輪機等分散電源與大電網聯接起來,充分發揮這些環保型能源的作用,加它們在能源消耗中的比重,相應減少燃煤電廠的發電量,進一步減少大氣污染。
輕型直流輸電系統主接線圖我國通過全部由國產設備組成的浙江舟山海底直流輸電工程和引進的500kV葛一南直流輸電工程的建設,在設備的消化吸收、運行維護等方面都取得了寶貴的經驗。目前,容量為1800MW的士500kV天一廣工程單極己投入運行,三峽一常州的直流輸電工程也正在建設中。但是,與國際先進水平相比,在直流輸電設備制造方面還存在很大差距,實際投入運行的直流輸電工程并不多。這需要在設備制造、設計、運行等方面投入更多的力量,擴大直流輸電的應用范圍。
2.3柔性交流輸電技術在環保中的作用電力系統為了提高電網在故障情況下的靜態穩定性,在正常運行時不得不保持15%~20%的事故備用容量;輸電線路由于受到自然輸送功率的限制而無法進一步提高輸送容量,加出線走廊將對環境產生影響;環保要求負荷中心遠離電源,但負荷中心缺乏無功和電壓的支持,暫態電壓不穩定的特點更為突出;現有輸電系統環流的存在常常造成電力繞送和功率的倒流,這將導致輸電系統的大量電能損耗和輸電能力的下降;大電網互聯可以減少電源備用容量,但安全穩定問題隨著系統的互聯擴大而愈顯突出,限制了互聯電網的規模。這些與電力環保有關的輸電系統問題,要靠傳統的控制方式加以解決是比較困難的。
以電力電子技術為基礎的FACTS技術的出現,使這些問題的解決成為可能。如FACTS的主要部件可控串聯電容補償器(TCSC),通過晶閘管控制來實現在相當大的范圍內平滑調節輸電線路串聯補償裝置的電抗值,以提高電力系統的穩定性、擴大輸電線路的輸送功率、靈活控制電網的功率流向等。又如,使用FACTS技術的線路并聯補償器一靜止無功發生器(STATCOM),通過與系統的無功功率交換,維持線路電壓的穩定,其作用類似于調相機,但沒有轉動部分,響應速度極快,是抑制系統電壓波動,提高系統穩定性特別是電壓穩定的有效工具。統一潮流控制器(UPFC)則綜合了串聯補償的功能,可對線路電壓、阻抗、相位進行控制,從而實現控制潮流、阻尼振蕩、提高系統穩定性等多種功能。我國應用FACTS技術也取得了相當的進展,由河南省電力局和清華大學共同研制的2CMvarSTATCOM己成功投入運行,其一次系統見。正在進行中的東北伊一馮和華東陽一淮50CkV輸電線路的TCSC應用研究也取得了很大的進展。
STATCOM裝置的一次系統從電力環境保護的角度看,輸電系統采用FACTS技術后,可提高西電東送的輸送容量,少建輸電線路,擴大互聯電網的規模,減少系統為維持穩定而占用的備用電源容量,減少電網的電能損耗,改善負荷遠離電源后的穩定問題,有利于對環境的保護。
3加強電網蓄能能力,減少系統的備用機組隨著國民經濟的快速發展、人民生活水平的提高和家用電器的迅速普及,電網的峰谷差越來越大,而作為電網主力電源的燃煤電廠的調峰能力又不佳。為此,電網不得不擴大電源容量,作為系統調峰和事故緊急備用的機組容量可占到總容量的10%~15%,機組負荷的大范圍變動也使煤耗加,加重了燃煤電廠對大氣的污染。因此,加強系統的調峰能力不僅是電網調峰填谷、事故備用和經濟運行的需要,也是減少燃煤電廠對環境污染的需要。
抽水蓄能是加強電網蓄能能力的主要手段。近年來,我國的抽水蓄能電站建設發展很快,世界上容量規模最大的240萬kW廣州抽水蓄能電站、180萬kW的浙江無荒坪抽水蓄能電站以及80萬kW的北京十三陵抽水蓄能電站等一批大中型抽水蓄能電站先后投入運行,使一批原來擔任調峰任務的火電機組可以退役,相應減少了電網的備用容量,給社會帶來的環境效益是顯而易見的。我國己建成抽水蓄能電站約557萬kW,占全國發電裝機容量的1.9%占世界己建和在建抽水蓄能電站容量的5%,其比重較小。我國可利用的抽水蓄能資源很多,應盡快合理開發利用這一寶貴資源,尤其是東南沿海地區既是負荷的中心,又是環保的嚴格控制區,更有必要加快建設抽水蓄能電站,以優化電源結構,保護環境。
除了抽水蓄能電站,采用超導技術的超導儲備器的研制也己取得了較大突破,典型的超導儲能一次系統見。
在正常情況下,電網的電能經大功率電子變換器轉換為直流,注入超導線圈建立磁場,以電磁能的形式儲存于磁場中,釋放能量時又將電磁能轉換成交流電能,其能量的釋放速度非?,通常僅需幾ms.因超導線圈的直流電阻幾乎為零,所以這種能量的儲存不會有損耗,轉換效率高達95%.相比之下,抽水蓄能的轉換效率僅在70%左右。因此,超導儲能與抽水蓄能、蓄電池儲能、飛輪儲能等其他儲能形式相比具有速度快、轉換效率高、不受建造場地限制等特點,作為電網的儲能系統取代備用調峰電源具有很大的發展潛力,F在,超導儲能器的研制己進入工程實用階段。美國己有小型超導儲能器投入運行,世界一些主要工業國家都以很大熱情,投入大量資金積極開展超導技術的研究,我國也應加強這方面的科技研究工作,使之能為改善環境服務。
4結語電力環保問題日益突出,環境污染問題己成為我國電力工業可持續發展的一個制約因素,除了在電源上加大科技進步和資金投入外,在輸配電領域積極開發、應用節能輸配電設備、FACTS技術、高壓直流輸電技術、電網蓄能技術等先進的電力系統技術,無疑會大大減少電網的損耗,減少電網的調峰容量和事故備用容量,促進可再生能源的利用,保證西部廉價清潔水電能源源不斷地送往東部負荷中心,進而減少對燃煤發電的需求,使燃煤電廠有害氣體的排放總量下降,更好地保護環境。
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