电力设备职业专题陈述:新式电力体系建造带来设备新需求
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浏览次数:56   发表日期:2022-10-02 10:48:54   来源:环球体育app下载地址

  2021 年 3 月中央财经委员会九次会议提出“构建清洁低碳安全高效的动力体系,操控化 石动力总量,着力进步运用效能,施行可再生动力代替举动,深化电力体系改革,构建以 新动力为主体的新式电力体系”。

  动力出产清洁化首要体现为非化石动力的大规划开发运用和化石动力的清洁运用。我国能 源结构长时刻以煤炭为主,完结清洁低碳转型使命尤为艰巨,电力职业经过改进燃煤机组、 开展非化石动力、进步清洁动力发电量等,多办法偏重下降供电煤耗。跟着我国风景发电 新增设备容量与发电量的大幅添加,2020 年我国单位发电量二氧化碳排放量较 2011 年下 降 27.3%。2019 年我国非化石动力消费量占比已达 15.3%,提早一年完结“十三五”制 定的 15%方针,动力清洁化行之有效,未来 30 年动力清洁化率将加速进步,终究进入非 化石动力时代。

  动力消费电气化首要体现为终端动力消费中的电能比重大幅进步。电作为清洁高效的终端 动力载体,电能消费占终端消费比重每进步 1 个百分点,动力强度可下降 3.7%。因而, 加速终端动力消费范畴的电气化进程,是助力“碳达峰”、“碳中和”的重要途径,要完结 双碳方针,2060 年我国电能消费比重有必要到达 70%以上。当时,我国终端用能电气化态势逐渐明晰,到 2021 年 7 月我国全社会用电量累计同比添加 16.6%,2020 年我国电 能占终端动力消费比重继续进步至 27.0%。可是,我国在工业、修建供暖、交通等动力消 费范畴还存在能耗高、排放量大的问题,电气化水平仍有很大进步空间。

  “两化”将给电网带来巨大的长时刻应战。以“电气化、清洁动力化”为首要特点的新式电 力体系加速开展。供应端来看,到近几年,我国光伏、风电、核电、水电、生物质等新能 源发电装机占比超越 40%,发电量占比超越 33%;在现在的清洁动力装机强度上加必定 的添加,坚持到2030年就能完结70%的装机占比和挨近60%的发电量占比。而在需求端, 现在电力在终端动力消费中占比 26%左右,2030-2035 年有期望进步近 10 个百分点,非 化石动力占一次动力的比重大概在 15%左右,2030-2035 年有望进步到 32%以上。

  关于供应端的清洁动力化和需求端的电气化“两化”特点是曩昔 20 年全球电力乃至动力 体系的首要特点,未来几十年或许会进一步强化,大部分工业参加者也都比较认同。而电 网怎么适应新式电力体系,不合就比较大,特变是“两化”趋势,对现有电网的物理结构、 办理方法都提出了巨大的、长时刻的应战。

  在此趋势下,风电、光伏等随机性、动摇性电源代替火电等确认性可控电源,给电网调理 调度、灵敏作业带来应战。而新动力为主、高份额电力电子设备的大面积运用将带来电力 体系的作业特性、安全操控和出产方法的根本性改动。

  应战 1:新动力消纳——灵敏装备储能,推进处理新动力消纳问题。风景等可再生动力的 发电原理、操控方法、作业特征差异于传统电源,储能处理新动力消纳及进步电网安稳的 刚需。现在储能方法以抽水蓄能为主,电化学等其他储能方法仍亟需推进商场化开展,电 网运营侧需求处理好储能会集或涣散装备,方法组合,作业操控等问题。

  应战 2:体系安稳性——调整电网操控计划,坚持体系安全安稳。新式电力体系发电、用 电具有高自由度特征,此前电网操控中采纳的“源随荷动”战略在电源自身具有随机性的 特征下不再适用,“源网互动”新方法下,电网一次、二次体系操控保护应做针对性调整, 并要求在电源出力及负荷猜测、源荷储调和作业、自动需求呼应、虚拟电厂操控等技能范畴进一步打破。

  应战 3:智能网联化——进一步进步电网智能化。电网规划继续扩张及自动化程度的大幅 进步对电网的呼应处理才能提出更高的要求,动力电力装备方法将由“部分感知、单向控 制、计划为主”,改变为“高度感知、双向互动、智能高效”。新式电力体系将完结与现代 数字技能的深度交融,既要求底层监测、通讯设备的同步更新,也要求电网后台操控调度 软件的智能化改造。

  应战 4:根底技能攻关——打破底层资料、设备制作、工程运用等技能难关。新式电力系 统的构建触及多学科多范畴的深度协作,现阶段亟需霸占或优化的中心技能包含新式绝缘 资料、SiC 等宽禁带电力电子器材、电化学储能、氢储能、高效低本钱发电、归纳动力系 统等。

  应战 5:电力商场机制——完善电力商场及引导机制。新式电力体系的构建依托高效且市 场化的电力办理计划,需求构成科学合理的电价机制和经济方针。例如,我国继续以补助 方法引导风景装机,现已进入平价阶段,当时在储能装备引导、运用终端“以电代煤”“以 电代油”“以电代气”等范畴怎么完善现有电价机制,配套适合的经济方针依然是需求持 续讨论处理的方向。

  当时时点,我国动力电力体系正面对新一轮深入革新,存在从软硬件技能到商场体系的全 面应战。而与此一起“革新”也孕育了更多新的空间和机会,能够掌握电网演进趋势,在 产品技能上占有先机且继续迭代的企业单位将有望在新式电力体系的建造进程中回归久 违的生长赛道。

  电力出资全体稳中有升。我国电力的出资方法下,电价、用电量、操控方法是决议出资能 力的三大首要变量。本钱加成的方法,赋予了将出本钱钱转嫁给顾客的才能,操控方法 在未来很长时期内不会有大的改变,首要周期便是电费周期。

  近几年电网出资强度走弱。因为电力体系长时刻坚持超前建造,导致电力体系财物冗余较大, 特别在 2014-2015 年经济下行周期进程中,电力体系财物运用率偏低的现象尤为显着。 因而,国家电网公司在 2016 年之后调低电网出资规划,2020 年电网出资下降到了 4699 亿元。

  社会用电总量添加叠加电价逐渐回归产品特点,电力体系出资强度有望增强。全社会用电 量的增速一般是 GDP 增速的两倍,跟着国内 GDP 的继续添加,未来国内用电量有望稳 步进步。一起,近期各级政府部门出台的文件释放出电价逐渐回归产品化的信号。8 月 31 日,广东发改委发文将峰平谷比价从现行的 1.65:1:0.5 调整为 1.7:1:0.38。尖峰电价在上 述峰谷分时电价的峰段电价根底上上浮 25%。上海市经信委近来也发布进一步完善“基准 价+上下起浮” 电力商场价格构成机制。全社会用量的添加叠加电价产品化的趋势逐渐确 立,有望使得电网的收入和盈余才能得到增强,电网有更强的支撑加大本钱开支强度,来 合作新式电力体系建造。

  电气化水平进步,会有越来也多的用电的当地,需求加大投入满意终端用电需求:

  思维1:依据住所用电负荷规范,单户用电负荷在6-10kW,对应计量表电流值不超越60A。 而理论上跟着家电电器越来也多(洗碗机、洗衣机、烘干机、电烤箱、地暖等),入户标 准需求呼应做进步。

  思维 2:电动车遍及后,充电桩设备影响很大,假定 5000 万台电动车存量,20%在晚上 8-10 点均匀充电,或许带来 5 亿千瓦的短时用电负荷。而 2020 年末我国全国发电装机容 量 22 亿千瓦,以此为基准测算充电功率结构占比超越 1/5。尽管拉长时刻维度看,电动 车的用电需求总量占比有限,但对充电设备要求高,特别峰时功率占比或许较大。

  “供应端清洁动力化、需求端电气化”趋势对电网提出了更大的应战。在现有的技能体系 下,构建新式电力体系依然需求继续加大出资以支撑新动力接入与消纳,如开展柔性直流 接入风电,建造特高压送出通道等,装备抽水蓄能、电化学储能等多样化储能设备等。此 外,新式电力体系中,电力电子器材浸透率大幅进步构成谐波影响,也要求进一步加大电 能质量办理。

  新动力份额进步需求特高压处理大规划、长距离动力外送。电源侧的新动力代替构成了电 力体系电源与负荷时刻、空间维度的必定程度错配,时刻上供需不平衡首要由各类储能解 决,空间散布上的调度,则需求依托大规划、远距离输电走廊来合作完结。 我国风电、光伏、水电等新动力电源散布远离负荷中心,此前部分项目曾因为输出通道配 套滞后,就地消纳才能有限而构成弃电。考虑未来北部、西北部大规划风电、西部和北部 超大规划光伏电站等在未来将仍坚持快速的开展节奏,新动力电力的外送问题仍是需求关 注和处理的问题,跟着电源侧的结构转型或将推进“西电东送”将由此前首要满意水电、 煤电的大容量远距离外送,逐渐改变为水电、风电、光伏及火电打捆外送偏重的方法。

  高压互联,发挥大电网优化装备资源功用。大电网在体系安稳性、调度裕度上更具优势, 能够完结更大规模内电力资源的优化装备。上世纪国内电网处在分区域独立运营的状况, 然后经过多项超高压、特高压工程先后完结了东北、华北、华中等电网片区的互联互通。 未来柔性直流等在操控灵敏性上更具优越性,将在电网异步互联发挥重要作用,区域电网 间的联络愈加灵敏严密。

  2020 年我国 22 条特高压线 亿千瓦时,其间可再生动力电量 2441 亿千瓦时,同比进步 3.8%,占比 45.9%。国家电网运营的 18 条特高压线 亿千瓦时,其间可再生动力电量 1682 亿千瓦时,占运送电量的 37%;南方电网运营的 4 条特高压线 亿千瓦时,悉数为可再生动力电量。

  特高压将是电网建造的要点范畴。2021 年 3 月国家电网发布“碳达峰、碳中和”举动方 案,提出加大跨区运送清洁动力力度,于十四五期间规划建成 7 回特高压直流,新增输 电才能 5600 万千瓦,2025 年,国网经营区跨省跨区输电才能到达 3.0 亿千瓦,运送清洁 动力占比到达 50%。 2021 年 4 月动力局发布的《2021 年动力作业辅导定见》中也提出“进步输电通道新动力 运送才能,进步中东部区域清洁电力受入比重。加速建造陕北~湖北、雅中~江西等特高压 直流输电通道,加速建造白鹤滩~江苏、闽粤联网等要点工程,推进白鹤滩~浙江特高压直 流项现在期作业。进一步完善电网主网架布局和结构,进步省间电力互济才能。”

  配电网一般指 35kV 及以下电压等级,从输电网、区域电厂取电,就地分配或按电压逐级 分配给各类电力用户,扮演电网与终端负荷的联接功用。近年来城乡居民用电量增速全体 较全社会用电总量的增速更快,2020 年到达 6.8%,同期用电总量增速 3.1%,城乡居民 用电的高添加拉动配网建造需求。 在新式电力体系建造进程中,终端电气化份额进步,负荷额外容量、峰值功率将继续拉升, 且配网的人物由单向被迫的电能配送向统筹发电、优化等功用改变,信息化、智能化趋势 下,进一步激发配网设备需求。

  配网体系容量扩张,杂乱度进步,GIS 在配电网将大有可为。配电网自身在架构上出现网 络杂乱、散布涣散、设备数量品种繁复且鸿沟穿插的特征,在配网容量继续扩张、自动化 智能化程度进步的趋势下体系杂乱度进一步进步,办理操控及优化的难度加大。 地理信息体系(GIS)依托核算机软硬件支撑对区位内相关数据进行收集、存储、办理和 剖析,扮演电力设备信息数据源,支撑配电自动化体系、调度体系高效作业,毛病状况下 合作完结快速毛病定位、阻隔,一起依据网络架构、运营信息的后台剖析供给配网的调度 优化支撑,将在配网建造进程中大有可为。

  配网一二次交融、数字智能化趋势下带来商场增量。2016 年国家电网提出《配电设备一 二次交融技能计划》,由一二次交融处理设备匹配性、兼容性等合作问题,进步安装运维 等牢靠快捷性,尔后《配电网 10kV 及 20kV 沟通传感器技能条件 》、《12kV 智能配电柱 上开关通用技能条件》等相关规范跟进。2019 年国网一二次交融断路器收购数量到达 8 万套以上,份额超越传统柱上开关,浙江、福建累计运用规划过万套,山东、陕西、湖北 等多个省网相同开展敏捷。 一二次交融难点在于智能化,意味着技能的打破或更多依靠二次。对先发二次厂商而言, 将受益智能开关结构性代替的生长进程,一起交融一次设备后单台套价值量也有望扩大收 入体量。

  低压电器运用量更大,是未来电力体系绕不开的末梢:低压电器为在沟通额外电压 1000V 或直流额外电压 1500V 以下的电器线路中,依据外界的信号和要求,手动或自动地接通、 断开电路,以完结对电路或非电目标的电能分配、电路联接、电路切换、电路保护、操控 及显现的各类电器元件和组件的总称低压电器是不行代替的电力体系终端末梢。在经典的 发电、输电、配电、用电范畴,用户需求经过低压电器环节取得电力,低压电器是绕不开 的终端末梢。 随同电力消费的继续添加,电力动力的配送体系的添加与扩张是需求的,但高压电力体系 触及到电网的开展方法改变的影响(会集发电 or 散布发电,电网 or 储能),但低压电器 不受这些技能革新的推翻和影响,确认性更高。

  电力在终端动力消费占比会继续进步,低压电器的运用点越来越多。现在我国电力在终端 动力消费中占比 26%左右,估计未来终端电气化率在 2035 年、2050 年别离有期望增至 40%、50%。从全世界终端动力消费的开展趋势来看,1980-2020 年,终端动力消费中电 力份额继续进步,估计未来 20-30 年全球到达 40-50%的份额。

  新式电力体系中,低压电器运用密度更大。散布式电源、储能在配网侧接入,使得实际上 的配网功率流向由本来的单一流入用电负荷,改变为双向的功率活动,配网的人物不单单 是“被迫”的面向用电,也肩负起必定份额的“自动”发电、调控功用,意味着整个低压 配网的电力通道变相拉长,构成更丰厚的低压电器运用场景诉求。

  1)散布式光伏由配网接入:光伏并网电压等级参阅装机容量,评判初始出资、运营损耗等 要素后决议,一般 kW 级电站由 0.4kV 并网,几个 MW 容量的电站由 10kV 电压等级并网, 而大型会集式电站一般在逆变后升压至 35kV、110kV 后完结并网。 散布式光伏组件发生的电能经逆变后由低压配网入网,交直流侧用到塑壳、微断、熔断器 等很多低压电器,构成了低压电器的增量运用空间。

  2)负荷储能配套也需求添加开关设备用量:相似的,负荷侧中低功率场景装备储能,一般 直流侧电压规模在 1.5kV 以下,并网节点电压多在 1kV 以下,交直流侧都需求配套熔断 器、断路器、浪涌保护器等低压电器设备。

  3)散布式与储能也会带动智能电表需求。现行的散布式光伏发电项目实施发电量、上网 电量、下网电量别离计量独立结算的准则,上、下网电量按国家规定的上网电价和出售电 价别离核算购、售电费。

  自发自用、余电上网方法的散布式光伏项目、储能项目需求双向计量的智能电表。全额上 网方法下用户负载和电网之间只需求一块电能表,用于计量光伏体系总发电量;而自发自 用、余电上网方法下光伏发电存在不能悉数被用户耗费的状况,余下的电能需求输给电网, 这就需求电能表做到计量实时发电量、上网电量、下网电量。 此前曾选用两块单向电表的计量方法,一只表计量用户输给电网的电能,用另一只表计量 用户运用电网中的电能,缺陷在于本钱高、施工难度大、保护困难,晦气于推广;而功率 和电能都是双向计量的智能电表就处理了老式散布式光伏发电中双向计量的痛点。

  整县推进激活散布式光伏商场。散布式光伏接近负荷终端,运用灵敏,但规划小、场景分 散且项目推进进程中触及出资方、修建业主、电网企业等多个环节联接博弈,构成了建造 运营阶段的不确认性。截止 2020 年末,国内光伏累计装机 253GW,其间散布式光伏 78.3GW,占比 31%,会集式仍是国内项目的干流。

  6 月动力局下发《关于报送整县房顶散布式光伏开发试点计划的告诉》。整县推进方法的 中心变量在于当地政府和国资央企的引进。当地政府发挥主场优势扮演涣散房顶资源调和 整合的人物,构成数百兆瓦的规划化整县商场。参加主体改变为国家电投、国家动力集团 及国家电网等企业,资金实力更为强壮,融本钱钱低、途径多样灵敏,且收益率要求愈加 宽松,将大幅优化散布式的商场环境。此外,在清晰的方针引导下,工业链将房顶作为主 要的运用场景布局,构成丰厚的可选计划和保障机制,供给项目收益端的优化空间,推进 散布式光伏的建造热潮。

  方针与本钱驱动下,用户侧储能商场有望进入实质性工业化阶段。7 月 29 日,发改委发 布《关于进一步完善分时电价机制的告诉》,要求完善峰谷电价机制,在最大体系峰谷差率超越 40%的区域,峰谷价差不低于 4:1;其他当地不低于 3:1。一起在在峰谷电价的基 础上推广尖峰电价机制,尖峰时段依据最高负荷 95%及以上时段合理确认,电价较峰段电 价上浮份额不低于 20%。 峰谷价差进一步摆开也就意味着储能套利作用改进,特别尖峰电价较峰时仍有至少 20% 溢价,进一步扩大储能优势。

  电价调整后,用户侧度电收益大幅进步,有望高增。依据《告诉》,此次电价机制调整的 根本准则是坚持电网企业的出售电价总水平根本安稳。参阅此前部分区域峰谷电价水平, 简略假定峰谷电价均值不变,而将峰谷比率由此前大部分 2.5-3:1调增至 4:1,则峰谷价差 由此前约 0.6-0.9 元/kWh 全体进步至 0.8-1.1 元/kWh,增幅约 20-30%,调整后的峰谷价 差构成的储能度电收益已根本上悉数坐落度电本钱线以上。

  电力电子的运用改动了电网相对粗豪的操控方法,深入影响了电力体系的开展朝向。榜首 代电力电子器材以半控型器材晶闸管为代表,至 70 时代,GTO、MOSFET 等全控型器材 诞生,在操控维度、开关频率层面完结代际优化,80 时代,绝缘栅极双极型晶体管 IGBT 统筹驱动功率小、通断速度快及通态压下降、载流才能大的长处,成为现代电力电子技能 的要害器材。

  新式电力体系的建造进程是电力电子器材运用份额快速进步的进程。新式电力体系中,可 再生动力并网发电、沟通-直流电网的功率传输与柔性互联、配用电侧交直流改换及功率 双向活动、以及电网安稳性所需的储能、无功补偿等设备都要凭借电力电子设备来完结。 一起在用电侧各类驱动、操控设备现已广泛选用电力电子器材。如交通运输范畴,电动汽 车功率改换、电机调速、充放电操控,电气化机车整流设备等,家用电器中空调、电脑、 电视机、音响设备等,工业范畴伺服操控、备用电源等均是电力电子器材的重要运用场景。 特别随用电自动化、智能化程度进步,电力电子运用规模越来越大。

  高份额电力电子带来更多的电能质量问题:电力电子设备作业进程中发生的谐波、无功功 率等对电能质量、功率因数、电网安稳性构成晦气影响:

  1)谐波污染:而在电力改换进程中,电力电子器材(晶闸管、IGBT 等)经过如多电平、 PWM 调制等方法完结交直流改换,从沟通侧看入除了规范的 50Hz 工频正弦波重量外, 一起存在其他频次的谐波重量。 谐波重量构成损耗,下降设备转化功率,一起波形畸变、部分谐波扩大或许构成过电 压、过电流等现象,影响一次设备运用工况,构成二次设备误动作等。

  2)无功功率:整流器、相控电路等电力电子设备作业进程电流相位滞后于电压,耗费无 功功率。而无功功率的增大构成电流及供电设备视在功率添加,损耗变大,功率受影 响,一起无功功率的动摇也添加了电压动摇的危险。

  谐波办理首要经过滤波完结。依据滤波器作业原理能够分为无源滤波器、有源滤波器:

  1)无源滤波器经过与并联供给低阻抗的通道来起到滤波作用的,滤波特性由体系和滤波 器的选定的阻抗比决议,滤波才能有限,受参数设置影响大;

  2)有源滤波器(APF)凭借电流互感器实时检测负载电流,运算求解谐波重量,并经过 内部逆变电路发生调和波幅值相同,符号相反的补偿电流注入电网,完结谐波滤除。 APF 不受体系阻抗影响,具有自适应盯梢补偿才能,滤波体现更优。

  无功补偿可由无功发生器(SVG)担任完结。详细而言 SVG 将自换相桥式电路经过电抗 器或许直接并联在电网上,经过调理桥式电路沟通侧输出电压的相位及幅值、或许操控交 流侧电流,完结宣布或吸收无功功率,进步体系功率传输功率。 此外,电能质量操控计划能够灵敏依据运用场景装备,其他如 UPS 电源、电压调理器(AVC) 以及配套 LC 器材等均是完结电能质量优化的设备部件。

  (本文仅供参阅,不代表咱们的任何出资主张。如需运用相关信息,请参阅陈述原文。)

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