电力技术：通向可持续发展的桥梁 [复制链接]

第7版(国际)
专栏：院士园地

　　电力技术：通向可持续发展的桥梁
　　中国工程院院士 郑健超
　　作者简介：电力工程专家。电力科学研究院名誉院长。1995年当选为中国工程院院士。广东中山人。1939年10月生。1965年清华大学电机系研究生毕业。曾在高压外绝缘、高电压测试技术、防雷、高压直流输电等领域取得重要科研成果。
　　在跨入21世纪之际，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大课题，而电力技术可以说是通向可持续发展的桥梁。
　　电气化程度的高低通常是衡量一个国家经济发展水平和人民生活质量的一个重要标准。统计数据表明，所有发达国家的人均国民生产总值达到5000—6000美元的目标之前，人均发电装机容量都已超过1KW（千瓦）。看来，这是跻身中等发达国家行列的必要条件。
　　加快发展电力是实现可持续发展的需要。为了在实现当代经济增长目标的同时把有限资源和蓝天碧水留给后代，应当尽可能把一次能源高效地转换为电能使用，尽量避免直接燃用煤炭、油气等能源。因此，在可持续发展的前提下满足现代社会对电力的需求，高效、洁净发电技术和可靠、安全、优质的输配电技术将成为下世纪电力技术的主流。
　　由于技术进步，发电效率在本世纪内有了大幅度提高。依靠提高蒸汽的温度和压力，蒸汽轮机的发电效率已从本世纪初的5％—10％提高到现在的37％左右；联合循环发电机组将燃气轮机与蒸汽轮机结合起来实现热能的梯级利用，最高效率已达58％。近年，全球新增的火电机组中有一半以上是联合循环机组，未来市场前景看好。燃料电池是将富含氢的燃料的化学能直接转化为电能的装置，其理论发电效率可达80％以上；它没有转动部分，噪音小，省水、对环境污染很小、安装维护方便，是未来重要的分布式电源和电动车的电源，也可作为集中的高效发电装置。
　　由于在相当长的时间内，煤炭仍然是许多国家主要的一次能源，洁净煤发电技术将是重要的电力关键技术之一。除了源头治理技术和已经商业化的烟气净化技术外，还包括正在作工业示范运行的整体煤气化联合循环（IGCC）、增压循环流化床（PFBC）技术等。
　　核电是一种不排放温室效应气体的发电方式，由于一些国家公众对核电安全性的疑虑等原因目前处于发展的低潮。随着新技术的应用，核电在下世纪将会“东山再起”，在电力供应中发挥举足轻重的作用。先进反应堆（非能动安全堆）技术不仅可以大幅度提高安全标准，还能降低造价、缩短工期，将成为许多国家发展核电的首选方案。快中子增殖堆在核电发展到一定规模时可实现核燃料充分利用，会有重要应用前景。加速器驱动的洁净核能系统是一种洁净安全的核电装置，现已完成了概念性设计，达到实用化尚需时日。核聚变技术的突破将为人类提供用之不竭的能源，但需要科学家半个世纪甚至更长时间的努力。
　　可再生能源（大小水电，以及太阳能、风能、地热能、海洋能、现代生物质能等新能源）利用技术预计会有重大进展。但要使新能源发电在电力供应中占显著比例，尚需数十年的不懈努力。例如，光伏发电的大规模应用取决于能否大幅度降低造价，但需要时间。多年来，科学家们一直致力研究用氢能代替矿物燃料，并在氢的大规模提炼、安全贮存和运输方面取得相当大的进展。可以预计，氢将成为21世纪重要的能源载体。
　　为了实现电力资源的优化利用，区域电网互联，甚至国家的电网互联是电力系统发展的趋势。近年来不少国家还在电业部门引入竞争机制，实行发电和输配电分离。任何独立的发电厂和电力用户都可以根据协议通过电网售受电力。于是，输电线路犹如电力市场中的高速公路日益繁忙起来，有的输电线路的负荷已接近稳定极限。电网上的任何故障产生的扰动会以光的速度播及全国，引起大面积停电甚至全网崩溃，造成灾难性的后果。近年美国西部和马来西亚全国的大停电事故就是先例。本世纪电力系统的发展是以“大机组、大电网、高电压”为特征的，到下世纪这个趋势再也不会继续下去了。如何保证在竞争的环境中互联电网的安全运行已成为下世纪电力行业面临的重大问题。建设可靠、高效、开放电网的技术，例如，以电力电子技术和现代控制论为基础的“灵活的交流输电技术”（FACTS），便成为未来最关键的电网技术。
　　大幅度提高供电可靠性和电能质量是未来重要的发展方向。一个现代化的社会须臾不能离开优质的电力供应。由于变频调速驱动器、自动生产线、可编程控制器以及计算机信息系统的日益广泛使用，现代企业对供电可靠性和电能质量的要求日益严格。电压的瞬时低落或波动就会造成产品质量下降，甚至产生重大损失。为确保可靠供电和对电能质量的有效控制，以电力电子技术、先进储能技术和现代控制技术为基础的电能质量控制技术便迅速发展起来。例如：“静止无功发生器”可以快速实现无功的调整，保持电压稳定；固态高压开关能在千分之一秒内切除故障恢复供电；“动态电压恢复器”则可在电网发生接地故障时使重要用户母线上的电压动态保持恒定。
　　我国对能源需求的增长很快，在相当长的时期内，电力供需矛盾难以根本缓解。为实现我国可持续发展，必须依靠科技进步，实施新的能源发展战略，尽快实现电力新技术规模应用，大幅度增加可再生能源的发电比例，实现能源的高效利用，发展与环境兼容的能源利用技术，发展新型输配电技术及电能质量控制技术。（附图片）