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输配电领域的技术进步对电力环保的影响

发布日期:2017-07-11 来源: 本网 查看次数: 1302 作者:admin

核心提示:  杨勇(浙江省电力试验研究所,浙江杭州310014)保的促进作用。指出要控制电力工业对环境的污染,除了在电源上加大科技进步和治理资金投入外,输配电领域的技术进步,也将给我国的电力环保事业带来积极的影

  杨勇(浙江省电力试验研究所,浙江杭州310014)保的促进作用。指出要控制电力工业对环境的污染,除了在电源上加大科技进步和治理资金投入外,输配电领域的技术进步,也将给我国的电力环保事业带来积极的影响。

  电力工业作为国民经济的基础产业,在国家持续加大投资的情况下,得到了巨大发展,火电装机容量持续快速长。与此同时,燃煤电厂C2、S2、NOx等有害气体的排放量也同步长,成为我国大气污染的主要来源。据有关资料显示,如不加以控制,预计到2000年末,燃煤电厂S2排放量将达到年我国C2的排放量将位居世界首位。这将带来大面积酸雨、加速气候变暖等一系列环境灾害。

  针对严峻的大气污染形势,国家己加大了控制力度。2000年4月3日,全国人大又通过了新的大气污染防治法,对燃煤电厂的有害气体排放也提出了更为严格的限制。因此,未来我国电力工业的发展必须把环境污染防治放在突出的位置,加大在电力环保方面的投入。除了在燃煤电厂扩大安装脱硫装置、发展大型超临界机组、关停小火电、推行洁净煤发电技术等一系列在电源方面米取控制和减少有害气体排放的措施以外,输配电领域的技术进步,也将给电力环境保护带来积极的影响。

  1最大限度地减少电网损耗我国的电网特别是城乡配电网的基础较为薄弱,输配电系统的电能损耗相当高,全国电力部门所管电网的平均线损率在8%左右,如果考虑城乡配电网的损耗,总的线损率在15%左右,而发达国家输配电线损率己从1960年的10%左右,逐渐降低到目前的5%~8 %.可见,与工业发达国家相比,我国电网的线损率相当高。为损耗所提供的电能又加重了大气环境的污染。因此,优化输配电系统的运行,不仅提高电力系统运行的经济性,而且相应减少了为供给输配电系统损耗而占有的发电容量,从而间接有效地减少了C2、S2等有害气体的排放。

  1.1大力推行节电型变压器变压器是电能传输中不可缺少的电力设备,也是输配电系统中运行损耗最大的电气设备,其损耗约占发电总量的10%,占输配电系统线损的50%.随着输配电技术的进步,变压器的损耗一直呈大幅下降趋势。1998年,国家己明文规定要求淘汰高损耗的旧型号变压器,以低损耗、节能的S9型变压器取代。国外近几年开始推广应用节能型非晶合金配电变压器,该类变压器以非晶合金取代冷轧硅钢片、使其空载损耗大幅度降低。对上变、佛山、保变等变压器厂试制的160、200、315、500kVA4种规格的样机鉴定表明,非晶合金变压器的空载损耗比S9型变压器下降75%左右。在国外己投入生产,美国己有上百万台非晶变压器上网使用,国内也己有3 000余台投入运行。

  配电变压器量大面广,如果全面推广使用非晶变压器,降耗效果将非常显著。据统计,每年全国生产20余万台配电变压器,若以非晶变压器替代,所减少的损耗相当于少向大气排放CO2 130万t,SO22.3万t,NOx1040t.因此,非晶变压器被称为没有发电机的绿色发电厂。非晶变压器的价格是S9变压器的1.3倍左右,但经评估多出的购买成本在3年左右的时间内就可从节约的电费中收回。因此,为合理利用资源,保护生态环境,应加大推广应用非晶变压器的力度。

  1.2减少线损的其他措施输配电系统特别是城乡配电网的线损率较大,与电网建设投资偏低,设施老化和管理水平落后有关。就我国目前状况来看,减少线损的潜力相当大。

  主要措施有:积极进行科技创新,加快实施配网自动化,通过对环网负荷开关的控制,调整和优化配电网的潮流;通过对电容器和有载调压的配电变压器的控制,实现整个配电网的无功/电压控制,最终达到减少网损的目的。

  加强用电管理,坚决堵塞计量漏洞,有效防止和打击窃电。积极开发防窃电技术改进和完善用户的计量装置,达到准确计量并具有防窃电功能。

  实现负荷监控和远方抄表。

  更换细导线,平衡三相负荷,加无功补偿,提高用户的功率因素。目前国内家用电器的自然功率因素只有0.7左右,同时接在低压电网上的小工业、商业用户也无功率因素考核以及检测功率因素的手段,这是造成低压电网线损加的重要原因。

  2输电系统的技术进步对环保的影响2.1建设超高压线路,为清洁能源的输送创造条件在国家西部大开发战略中,积极开发西部水电资源,实现西电东送。以廉价、清洁无污染的西部水电替代东部的燃煤电厂,对我国的环境保护事业具有深远的影响。我国西部地区正在筹建的溪落渡、向家坝枢纽工程及今后西部规划的一批大型、特大型水电基地,装机容量都在几GW、几十GW以上,向东部输送电力的距离超过1000km,将这些电力输送到东部负荷中心不仅是为了满足用电需要,也是环境保护的需要。而现有的500kV电压等级的输电线路(经济输送容量1GW,输送距离300 ~500km)己难以满足这一要求。

  除更多地采用高压直流输电外,交流特高压输电作为西电东送的骨干网架应是考虑的主要方案之一。以长度1 000km传输容量10GW的线路为例,在不同输电电压下的回路数和占用走廊宽度的比较见表1.由表1可见,采用特高压输电的回路数大大减少。而在线路造价上,750kV线路的造价为500kV的90%1000kV线路的造价仅为500kV的66% 1000kV输电损耗为750kV的1/2,为50CkV的1/5.可见,用特高压输电无论是在线路占用走廊宽度、造价还是运行费用方面都占有很大的优势。

  从世界范围来看,750kV输电己有20余年的运行经验,技术比较成熟。“十五”期间,我国将首先在西北电网建设75CkV电压等级的特高压输电线路,以1 000kV电压等级的特高压输电为发展目标的研究工作也应逐步开展。特高压输电可节约土地资源和线路走廊,更好地实现西电东送的战略目标,有效解决我国东部负荷中心的环境污染问题。

  表1不同交流输电电压下回路和占用走廊的比较输电电压/kV回路数占用走廊宽度/m注输电距离为100Ckm输送容量为10GW/. 2.2积极发展高压直流输电技术高压直流输电(HVDC)的商业化运行己有近50年的历史,随着电力电子、计算机、光纤等技术的发展,HVDC在远距离大容量输电中的优势更加明显。

  和交流输电相比,线损可减少50%以上。由于高压直流输电技术己日趋成熟,在西电东送,减少东部燃煤电厂污染方面将发挥重要作用。

  为保护环境,应大力发展可再生无污染能源,如径流小水电、风力发电、潮汐发电、太阳能发电、地热发电等,逐步提高它们在发电中的比例。但是,这些电源往往容量较小,工况不稳定,用交流输送损耗较大。近年来,出现了使用大功率门极可关断晶闸管的轻型直流输电技术,它克服了传统HVDC受端必须提供足够无功功率的限制,尤其适用于将小型分散的电源与大电网相连。其基本构成见。利用轻型直流输电技术可将这些无污染的可再生电源、温室气体排放量很低的燃料电池、微型燃气轮机等分散电源与大电网联接起来,充分发挥这些环保型能源的作用,加它们在能源消耗中的比重,相应减少燃煤电厂的发电量,进一步减少大气污染。

  轻型直流输电系统主接线图我国通过全部由国产设备组成的浙江舟山海底直流输电工程和引进的500kV葛一南直流输电工程的建设,在设备的消化吸收、运行维护等方面都取得了宝贵的经验。目前,容量为1800MW的士500kV天一广工程单极己投入运行,三峡一常州的直流输电工程也正在建设中。但是,与国际先进水平相比,在直流输电设备制造方面还存在很大差距,实际投入运行的直流输电工程并不多。这需要在设备制造、设计、运行等方面投入更多的力量,扩大直流输电的应用范围。

  2.3柔性交流输电技术在环保中的作用电力系统为了提高电网在故障情况下的静态稳定性,在正常运行时不得不保持15%~20%的事故备用容量;输电线路由于受到自然输送功率的限制而无法进一步提高输送容量,加出线走廊将对环境产生影响;环保要求负荷中心远离电源,但负荷中心缺乏无功和电压的支持,暂态电压不稳定的特点更为突出;现有输电系统环流的存在常常造成电力绕送和功率的倒流,这将导致输电系统的大量电能损耗和输电能力的下降;大电网互联可以减少电源备用容量,但安全稳定问题随着系统的互联扩大而愈显突出,限制了互联电网的规模。这些与电力环保有关的输电系统问题,要靠传统的控制方式加以解决是比较困难的。

  以电力电子技术为基础的FACTS技术的出现,使这些问题的解决成为可能。如FACTS的主要部件可控串联电容补偿器(TCSC),通过晶闸管控制来实现在相当大的范围内平滑调节输电线路串联补偿装置的电抗值,以提高电力系统的稳定性、扩大输电线路的输送功率、灵活控制电网的功率流向等。又如,使用FACTS技术的线路并联补偿器一静止无功发生器(STATCOM),通过与系统的无功功率交换,维持线路电压的稳定,其作用类似于调相机,但没有转动部分,响应速度极快,是抑制系统电压波动,提高系统稳定性特别是电压稳定的有效工具。统一潮流控制器(UPFC)则综合了串联补偿的功能,可对线路电压、阻抗、相位进行控制,从而实现控制潮流、阻尼振荡、提高系统稳定性等多种功能。我国应用FACTS技术也取得了相当的进展,由河南省电力局和清华大学共同研制的2CMvarSTATCOM己成功投入运行,其一次系统见。正在进行中的东北伊一冯和华东阳一淮50CkV输电线路的TCSC应用研究也取得了很大的进展。

  STATCOM装置的一次系统从电力环境保护的角度看,输电系统采用FACTS技术后,可提高西电东送的输送容量,少建输电线路,扩大互联电网的规模,减少系统为维持稳定而占用的备用电源容量,减少电网的电能损耗,改善负荷远离电源后的稳定问题,有利于对环境的保护。

  3加强电网蓄能能力,减少系统的备用机组随着国民经济的快速发展、人民生活水平的提高和家用电器的迅速普及,电网的峰谷差越来越大,而作为电网主力电源的燃煤电厂的调峰能力又不佳。为此,电网不得不扩大电源容量,作为系统调峰和事故紧急备用的机组容量可占到总容量的10%~15%,机组负荷的大范围变动也使煤耗加,加重了燃煤电厂对大气的污染。因此,加强系统的调峰能力不仅是电网调峰填谷、事故备用和经济运行的需要,也是减少燃煤电厂对环境污染的需要。

  抽水蓄能是加强电网蓄能能力的主要手段。近年来,我国的抽水蓄能电站建设发展很快,世界上容量规模最大的240万kW广州抽水蓄能电站、180万kW的浙江无荒坪抽水蓄能电站以及80万kW的北京十三陵抽水蓄能电站等一批大中型抽水蓄能电站先后投入运行,使一批原来担任调峰任务的火电机组可以退役,相应减少了电网的备用容量,给社会带来的环境效益是显而易见的。我国己建成抽水蓄能电站约557万kW,占全国发电装机容量的1.9%占世界己建和在建抽水蓄能电站容量的5%,其比重较小。我国可利用的抽水蓄能资源很多,应尽快合理开发利用这一宝贵资源,尤其是东南沿海地区既是负荷的中心,又是环保的严格控制区,更有必要加快建设抽水蓄能电站,以优化电源结构,保护环境。

  除了抽水蓄能电站,采用超导技术的超导储备器的研制也己取得了较大突破,典型的超导储能一次系统见。

  在正常情况下,电网的电能经大功率电子变换器转换为直流,注入超导线圈建立磁场,以电磁能的形式储存于磁场中,释放能量时又将电磁能转换成交流电能,其能量的释放速度非常快,通常仅需几ms.因超导线圈的直流电阻几乎为零,所以这种能量的储存不会有损耗,转换效率高达95%.相比之下,抽水蓄能的转换效率仅在70%左右。因此,超导储能与抽水蓄能、蓄电池储能、飞轮储能等其他储能形式相比具有速度快、转换效率高、不受建造场地限制等特点,作为电网的储能系统取代备用调峰电源具有很大的发展潜力。现在,超导储能器的研制己进入工程实用阶段。美国己有小型超导储能器投入运行,世界一些主要工业国家都以很大热情,投入大量资金积极开展超导技术的研究,我国也应加强这方面的科技研究工作,使之能为改善环境服务。

  4结语电力环保问题日益突出,环境污染问题己成为我国电力工业可持续发展的一个制约因素,除了在电源上加大科技进步和资金投入外,在输配电领域积极开发、应用节能输配电设备、FACTS技术、高压直流输电技术、电网蓄能技术等先进的电力系统技术,无疑会大大减少电网的损耗,减少电网的调峰容量和事故备用容量,促进可再生能源的利用,保证西部廉价清洁水电能源源不断地送往东部负荷中心,进而减少对燃煤发电的需求,使燃煤电厂有害气体的排放总量下降,更好地保护环境。

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