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电力系统产业方向在哪里

来源:澳门电子游戏正规网站-【澳门十大正规网站】科技有      发布时间:2015-01-28     

  电气工程领域的发展方向如下:

  1.传统电力技术与信息技术的融合,也就是所谓的智能电网(Smart Grid)。必须强调的是,智能电网这个概念在国内和国外有着明显的差异。从国外的情况来看,智能电网在现阶栋拿诺缱佑蜗氛嫱净般都是负荷侧的一些工作,例如需求侧响应(Demand Response)和电动汽车与电网交互等(V2G)。此外,大数据(Big Data)和云技术(Cloud)等在电力系统中的应用也值得关注。其实现在IEEE Trans. on Smart Grid上很多文章提的概念都很新,可以作为参考。

  2.可再生能源的迅猛发展。以风电为例,风电本身的特殊性也对传统电力系统提出了很多挑战。如何更好地利用可再生能源,扬长避短,也是今后5-10年的一个热点话题。

  3.充分重视配网侧和用户侧,以能源为主体向以服务为主体的转变。和第一点中提到的有所重复,但电网的运营模式也许会发生重大变革。以中国移动[微博]为例,以前主要是靠电话和短信的业务盈利(传统的信息流),现在GPRS和WLAN服务的份额越来越大。电网也是如此,以前“重发输电、轻配电、不管用电”的经营理念应该有所转变,毕竟电网的服务是面向用户的。目前配网侧的项目和文章越来越多,也体现了这一点。

  4.电力新技术的涌现。记得去年有则新闻说某电力设备制造商研制成功高压直流断路器,于是IEEE Power & Energy Magazine很应景地出了一期直流输电的专刊,探讨直流输电的前景。除了传统的交流和直流输电外,西安交通大学王锡凡院士提出的分频输电技术也是很新颖的想法。此外还有超导技术,轻型直流输电技术(VSC-HVDC)等,不一一列举了。综上,澳门电子游戏正规网站个人并不认为电力系统这个方向是夕阳产业,相反,澳门电子游戏正规网站希望在未来的一段时间,这个领域会有重大变革和创新。

  美国智能电网的重点在配电侧。所谓下一代智能电网的关键就是引入通信手段采集数据、电力电子技术控制、计算机系统自动化。因为输电侧scada(数据采集与监视控制系统)设备基本已经安装到位,所以这部分改动不会很多。下一阶段就是安装更多的scada设备在配电侧,提高电能质量,可靠性以及效率。

  美国的下一代电网一个重要特点是客户和utility(公用事业(2431.590, -9.28, -0.38%)公司)实现双向通信,客户将可以随时看到各地utility的电价来决定用谁的电,或分配电器的使用,甚至太阳能发电卖给电网。这也会导致电力行业进一步解除垄断,迈阿密的用户将来可以根据电价选择阿拉巴马的电力供应。


  1.电力系统一次:电网本身可能变动不会太大,柔性、直流、特高压等等可能都算不上质变,下一次质变可能会在常温超导。

  发电会有很多创新方向(各种新能源、超超临界、IGCC),最终一锤定音的很有可能是可控核聚变。

  用电本身也没有太多创新,话说澳门电子游戏正规网站一直觉得电力系统范围就到输配。对了,无线传输算么?

  储能单独拉出来说,这东西发、输、用都能用,任喊拿诺缱佑蜗氛嫱净个地方的实用化都能对电力系统及其控制带来彻底的改变,电动汽车用作系统热备用就是一个很好的例子。

  其实上面说的很多发展趋势都是跨界的,比如超导就涉及了材料、机械等行业。但这些改进可能都不是电力系统本身驱动的,而是其它行业的进展(比如高能物理、电力电子)来驱动这些技术在电力系统中的应用。

  2.电力系统二次:同一次系统不同,这块很多东西都是实实在在就会在这几年发生的。

  美国智能电网的一些概念其实都是IT公司引导的,用大量传感器来增加电网的可观察性,比如智能电表,比如需求响应,比如电源管理单元(这应该不算智能电网了)。

  短期看来,除非有新的数学工具出现(比如常微分方程的解析解),二次系统恐怕还是不会发生质变。但是就这些量变,足够百万设备制造商生存了。(咳咳,《三体》即视感有没有。以上内容可为文科生节省30秒时间)

电气时代仅仅是信息时代的开端,数字化,信息化和物联网才是今后主流。

  个人觉得电气时代仅仅是信息时代的开端,数字化,信息化和物联网才是今后主流,从所需的物质基础大致来说,机械在材料之上,电气在机械之上,而计算机又在电气之上,各个学科所处的抽象层面不一样。越往上走越接近智能,越往下走越接近自然。就像一棵大树,树干是基础,但是也就那样了,生长的树枝才是未来活力的地方。电气工程未来的热点楼上们已经说了很多,整体来看都不会是改变人类生活方式的新兴朝阳,算是学科本身的自澳门电子游戏正规网站发展吧。

  说到电,无外乎"电信息"和"电能量"两个方面。当下电信息学科日新月异,极大地改变了人类生活的面貌;而电能量则因为其越来越像空气一样稳定可靠而变得理所当然,变得没有存在感。能源的转化和利用是关系国民经济命脉的基础和先行产业,这么多年来无论是电力工业还是电气工程学科都得到了长足发展,知识、技术臻于成熟,从这个角度大家经常说电力是夕阳产业。

  然而,随着大规模新能源的利用和智能电网概念的普及,人们发现对这个复杂的人造系统的认识还远没有那么全面深刻。很多新的问题正推动这个产业和学科在进一步发展。领域顶级期刊IEEE Trans. on Power Systems由厚变薄,现在又变厚,甚至有由季刊扩为月刊的迹象,正说明了这个行业曾经的鼎盛、衰退和现在的复兴。

  对,这不是夕阳学科,有一箩筐的问题等待解决。它的基础理论亟待进一步完善以更高效地利用清洁能源,又有利用信息技术使运行更灵活、更经济,使用电更方便的潜力。问题太宏大,仅就一些点略谈。

  1)新能源的利用远没有大家看到的数字那么光鲜。风电、光伏的装机是在不断增长,澳门电子游戏正规网站也一跃成为新能源装机第一大国,可是间歇式电源的随机性、波动性、不确定性和难预测性使得其利用困难,给电力系统的规划和运行带来挑战,弃风现象普遍存在。电网运行人员感到很难掌控和应对。这很大程度上是传统的火电机组不能随便启停决定的: 开机有一个过程,关机也很缓慢,一旦开启就必须以高于最小技术出力运行一段时间,且不说发电厂在开机时要承担投油等巨大的成本。这导致了作为主力的火电机组追踪风电的变化很困难。水电虽然可以快速启停,但受制于水文等条件限制,调节能力也有限。这都导致运行人员不知道开多少机合适。开少了,新能源在关键时刻不给力,功率有缺额怎么可以?开多了,大风起时火电压不下去,只好弃风。

  矛盾就在这里:廉价清洁的新能源却最不可靠,可控性最好的火电又很贵。最基本的有功平衡都让人为难;且不说新能源本质上是一种直流设备,并且是分散设备,控制策略吃不透,一切都显得跟交流设备那么不一样。比重越来越高的新能源发电正在以一种崭新的面貌,给系统运行带来很多从未遇到过的问题,这正刺激着这个学科的从业者去认识、去解决。

  2)智能电网的概念有很美好的前景,从长远来看它要成为现实,将推动电气工程学科去跟更多的信息学科联姻。智能电网就是一个筐,什么好东西都能往里面装,并没有一个统一的概念。各国各取所需地定义它。

  电气工程范围内依然会不断出现技术进步,但是电气工程的发展已经不再引领技术和社会经济的发展,颠覆性的改变技术和工业。电气工程的发展,仅仅是材料、控制、通信、计算机等学科的进步在电气工程领域的应用而已,电网更稳定更灵活,仅仅来源于其它学科的进步。
      
  1. 技术革新

  电力产业在技术革新方面的表现与IT、计算机等新兴产业不同。IT、计算机技术革新的目标是满足社会出现的日新月异的需求,甚至引导人民的需求,这就导致IT等产业仿佛朝阳一般按照摩尔定律不停的革新。

  而对于电力系统,它在技术革新上的极大要求表现在以下四个方面:供电的可靠性, 电能质量合格,安全、经济、合理,电力网灵活的运行调度。普通人很难体会到以上四个方面的技术革新,对电力感受主要是“不停电”和“用电”,而不关心这些电来自于本地的电厂、山西的火电还是西南的水电。事实上,电力产业的技术一直在革新,只是普通人的感受不像手机、计算机、淘宝那样明显罢了。

  在电力产业技术革命方面,随着设备制造水平的提高,特高压技术逐步成熟;随着电力电子技术的发展,可调开关电源,传统直流(HVDC)在大规模建设的同时,柔性直流(MMC,模块化多电平换流器)也在逐步投入运行,国内目前投入运行的有南澳三端柔直和舟山五端柔直。 网友BigBoss提出的一些方向也很有发展势头。

  同时也应当承认,电力产业的无法达到像IT那样的技术革新速度。原因在于电力产业在进行技术革新时必须兼顾可靠性,而可靠性在长时间内得到满足的话反而会抑制新一代设备的研发和投入使用(但不能否认可靠性的提高是电力技术革新很重要的一方面);同时技术革新的成本过高,电网建设的投入往往以亿甚至百亿为单位,私人进入的资金门槛很高且很难短时间内获得回报,因此必须依赖于国家的投资,而不像IT产业民众的参与度如此高。

  2. 规模增加

  电网规模可以通过以下两个方面反应:装机量和发电量。而装机量和发电量可以和什么挂钩呢?你可能已经想到了:经济发展水平。事实上,克强总理就喜欢通过三个量来反应经济发展水平,铁路货运量、银行已放贷款量和用电量。

  这说明电力产业规模的增长速度往往同经济增长水平成正比,即使可能可能超前发展,但受制于极大的投资成本,也不可能长期超速发展;电力产业发的展更绝不会停滞,否则企业天天停电你如何扩大再生产,经济如何增长?

  一句话总结:电力产业的技术一直在革新,只是革新速度相对较慢,并且普通人的感受并不明显;电力产业的规模也一直在不快不慢的增加。电力产业/电气工程/电力系统不是夕阳产业。




 

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