分线线损论文参考文献

供电企业线损管理的问题及解决方案论文

为了确保事情或工作能无误进行，时常需要预先制定方案，方案的内容和形式都要围绕着主题来展开，最终达到预期的效果和意义。优秀的方案都具备一些什么特点呢？以下是我收集整理的供电企业线损管理的问题及解决方案论文，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。

1供电企业线损管理中存在的问题

1.1管理不科学不合理

现代电力企业发展目标是以配合社会主义市场经济为导向，满足社会需求的同时，推动国民经济的发展。这种情况也使得线损管理中所显现出的经济效益被忽视，供电企业专注于增加用电客户，扩大用电规模，以此来提高经济效益。线损管理得不到有效落实，其显现的经济效益不能通过管理制度直接反映出来，使得各部门参与线损管理工作人员积极性低，线损管理在其看来只能算作供电企业的“副业”。要降低线损率需要各级供电局、供电所共同合作，但是很多企业在线损管理上只负责自己所管辖的领域，没有统一协调进行管理，导致线损管理过于分散，无法实现线损管理的最终目标。

1.2线损管理机制不健全

针对线损管理在供电企业的重视程度不高的问题，供电企业需要建立有效的激励机制，从而提高供电企业各级管理部门的积极性，切实有效的将线损管理作为提高企业经济效益和社会进步的重要任务。根据东莞供电局对线损管理中电力设备运行情况、电能计量常识、用电设备数据准确度、盗窃用电、电网配置及调度等方面情况，综合考察线损率的技术经济指标。由于管理机制不足，线损率所显现的技术经济指标无法得到有效的保障，这就需要有关部门对线损管理工作中线路安全运行、合理操作、及时有效维护等进行合理的分配。还需要完善各项法律法规制度，线损管理制度的建立需要结合法律武器，对线损中触及法律的内容进行全面的管理和惩治。

2供电企业线损管理的对策

2.1理清降低线损理论、技术、管理之间的关系

由于东莞供电局在地区供电管理中占据主导地位，其线损率不容乐观，以至于对地区经济和企业形象造成较大影响。东莞供电局提倡科技兴网，从很大程度上提高了电网运行的科技水平，但是在线损管理这方面却没有理清思绪，科学技术水平的提高不只是展现的运行和发展过程中，还需应用于整个电网的维护和管理。理清降损在技术、理论、管理中的关系，能够改善供电企业的线损管制状况，切实有效的降低线损率。技术降损和管理降损能够带动理论损值的降低，在实际线损管理中，对技术降损而言，需要大量的资金投入，以此优化电网等级、改善电网结构、优化各项电力设备等方式来降低线损率，需要企业和社会各界以及广大人民群众的共同努力，才能确保技术降损达到应有的效果。技术降损需要管理、管理降损也需要管理，在理论降损的前提下，两者之间缺一不可，否则也无法实现其社会效益和经济效益。

2.2完善线损管理模式

我国很多电力企业都没有建立较为健全和完善的线损管理模式，致使线损管理没有得到有效的落实。以东莞供电局的电网规模为依据，需设立线损管理办公室，并针对东莞供电局所管辖的各镇区设立分管部门，建立综合系统全面的线损管理体系。把企业发展战略目标与线损管理相结合，以国家利益和企业利益为出发点，对线损进行有效管理。

2.3加强线损管理的激励机制

东莞供电局是负责整个东莞市最大的供电管理企业，要加强线损管理的激励机制需要从镇区供电分局发展状况和战略发展目标为导向，在总部大力推行，以提高各个分级供电企业的积极性，从而推动整个东莞市的线损管理的整体改善和发展。针对企业的员工，特别是用电检查工作这方面，各部门各阶层的员工所采取的激励方式需遵循公平、公正、公开的原则，这样才能起到良好的激励效果。激励机制要有时效性，对在线损管理过程中表现优秀的单位、部门、员工进行及时激励，以实现激励效果最终目标。

3供电企业节能降损措施

3.1电网运行过程中降损措施

当电网运行过程中，输电线路的负载能力超出实际负载能力时，就会造成负载损失；空载损失是电能传输过程中，电力设备运行所产生的损耗。针对这两种情况，需要采用先进的技术设备和电力传输材料，提高输电线路的负载能力，增加输电线路的导线截面。电力设备的安装和选择要以节能为主，合理配置各类电力设备，这样才能实现节能降损的效果。选择合适的运行电压，能够有效的降低损耗；稳定三相电压负荷能为电力企业节约大量的电能。

3.2改善农村电网的布局和结构

东莞供电局要实施农村地区的电网改造和建设工作，提高供电可靠性、运行灵活性、电网结构合理性、供电质量标准化合格化以及方便维护和管理。要改善农村电网结构，首先，要实地调查农村用电负荷情况，并做好详细的记录和统计，合理布置变压器，并合理确定其型号和容量，保证电压质量，减少线损。因输电线路的电能损耗大部分是主干线段，所以采用增大导线截面、转移负荷、平衡负荷等措施，提高电压质量，实现节能降损。

3.3采用节能的电力设备

可以从用电过程中采取节能降损，第一，采用节能型电器设备，对公共场所和城市建筑等照明进行合理的布置，以实现降损节能的效果。第二，使用节能变压器；第三，提高电能计量装置的精确度。针对东莞供电局在科学技术方面的发展，引进和研发节能电力设备是促进东莞供电局不断发展的有效途径，也是降低线损率，提高经济效益的有效手段。

4结束语

综上所述，电力企业要寻求更高、更强、更快的发展，在满足社会需求的同时，还需将线损管理作为企业发展的`主要任务。只有这样，才能让电力企业认清线损管理的好坏对企业经济效益产生的影响，才能实现电网安全稳定运行。从社会经济发展的角度来看，不仅提高电力企业经济效益和社会形象，还推动国民经济稳定、健康、可持续发展。

一、线损对电企业经济效益的影响

线损率是供电企业衡量经济效益的一项重要经济技术指标，可以说也是一个逆向指标。如果能够采取一定手段降低线损率，就表明供电企业可以用更少的购电量、更低的企业销售成本来获取更高的经济收益，企业总体利润自然提升。线损率不仅对于提高企业利润具有较大影响，也是一种可以通过技术手段控制的指标。降低线损率是供电企业的生产技术部门的一项重要职责，在生产管理、用电量管理、相关设备管理、产品运行管理等很多方面都可以采取手段降低线损率。降低线损率对利润的影响因素用公式表示有：利润增加额度=售电量-售电量2-计划线损率（2-实际线损率）×购电单价。

二、通过降低电损率来实现企业经济效益

1.完善企业线损管理体系

企业工作人员需要全方位、多角度的做好对线损的管理工作，并且要做好强化线损的管理工作就需要从领导层入手。供电企业必须切实建立一套完整有利的线损管理网络。局长可以统筹兼顾管理全局工作，生产副局长主要负责细节性问题，把市场部、调度中心以及供电部门专职技术人员组成小组，定期举行召开线损分析例会，通过开会重点研究分析重要问题，对于专一的研究议题应尽量做到随时随地讨论，保证通讯渠道的畅通，相关电力信息应做到及时、准确的反馈，制定合理降损耗对策。

2.线损的计算分析及方案

计算供电企业线损率的方法多种多样，本文采取节点等效功率的方式，将企业能量损耗转换为功率损耗进行计算，根据潮流计算程序在计算机上进行计算，其相关算法公式如下：ΔA=3I2pjRt，10-3=K2（P2PJ+Q2pj）/U2Rt10-3在这个公式式中，P2pj、Q2PJ分别代表有功功率和无功功率，K值表示负荷曲线的系数。Ppi=AaIQ2PJ=ArI在本公式中，Aa为有功电量，Ar为无功电量。通常来说从电表中采集的运行数据作为评判线损计算的依据，因为其采集的过程相对方便，并且准确性也很高。关于各线路上的计算理论值应该定期同实际值进行比较研究，对于各电网、各线路在不同时间段、不同用电设备上的线损变化情况，再对相关的运行记录以及营业账目进行调查查阅，有的放矢的进行对比分析，根据最终结果制定出具体降损方案。在经济情况允许的情况下，固定损耗与可变损耗二者之间处于动态平衡状态。若固定损耗值大于可变损耗值，说明该线路及电气设备正处于轻负荷状态，造成线损的计算值与实际值偏高。解决此问题的方法有以下几点：

（1）提高用电线路及设备的用电载荷，对电力价格的制定做到合理透明，保证整个线路具有足够的输送电荷。

（2）大力推广使用低能耗的变电配电设备，对高能耗变压器进行改造。

（3）转变“大马拉小车”的现状，采取科学手段来提高变压器的负载率，降低变压器空载比例。

（4）理论研究表明，电气设备的固定损耗与运行电压之间存在正比关系，故而若想降低线损率，首先应降低整个线路的运行电压。例如一条10KV的线路，运行电压每下降百分之五，总损耗率即可降低3.5%。

3.提高技术降损的研究力度

加大对相关降损技术的投资力度，对于那些投入运行时间较长、绝缘老化、布局不合理现象应做到尽早改造，并大力推广使用绿色新能源。

（1）在对高压配电网的改造工作之后，为了减少低压供电的使用，应该尽量的延伸推广高压线路，与此同时将变压器尽可能的安置在负荷中心。对使用高压线路进行延伸不但可以降低供电线损率，而且还可以有效的改善电压质量。在传送同等容量的供电线路中，如果使用高压线路，后期有功功率的损失就会大大降低，从而获得非常明显的降损效果。

（2）在对低压电网的改造的时候要采取防老化接户线和绝缘导线，相关的计量装置应采取分表进户的方式，降低线损。通过这种方式进行电网设备的改造工作，不仅可以提高供电安全性，同时还可以大大降低线损率。

三、结语

电力网的线损率不仅可以衡量电力部门的能耗损失，同时也可以衡量我国电力工业经济效益。线损率越大则损耗的电能越多，所以采取措施切实降低电力企业线损率，提高经济效益对于我国电力行业的发展至关重要。

浅谈电力系统的无功优化和无功补偿摘要： 电力系统的无功优化和无功补偿是提高系统运行电压，减小网损，提高系统稳定水平的有效手段。本文对当前国内外的无功优化和无功补偿进行了总结，对目前无功补偿和优化存在的问题进行了一定的探讨和研究。 关键词： 无功优化 无功补偿 非线性 网损电压质量�1 前言� 随着国民经济的迅速发展，用电量的增加，电网的经济运行日益受到重视。降低网损，提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行，输电公司（电网公司）通过有效的手段，降低网损，提高系统运行的经济性，可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损,使电力系统能够安全经济运行。 无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下，通过调节控制变量（发电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调节）使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运行，而且能取得可观的经济效益，使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的结合在一起，因而无功优化的前景十分广阔。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分，即它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量，使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。2 无功优化和补偿的原则和类型�2.1 无功优化和补偿的原则� 在无功优化和无功补偿中，首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定：� 1)根据网络结构的特点，选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制；� 2)根据无功就地平衡原则，选择无功负荷较大的节点。� 3)无功分层平衡，即避免不同电压等级的无功相互流动，以提高系统运行的经济性。� 4)网络中无功补偿度不应低于部颁标准0.7的规定。�2.2 无功优化和补偿的类型� 电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中(500kV及以上)，由于线路的容性充电功率很大，据统计在500kV每公里的容性充电功率达1.2Mvar／km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。如实际上，电网在500kV的变电所都进行了感性无功补偿，并联了高压电抗和低压电抗，使无功在500kV电网平衡。�3 输配电网络的无功优化(闭式网)� 电力系统的无功补偿从优化方面可从两个方面说起，即输配电网络(闭式网)和配电线路及用户的无功优化和补偿(开式网)。3.1 无功优化的目标函数� 参考文献〔3〕中著名的等网损微增率定律指出，当全网网损微增率相等时，此时的网损最小。无功的补偿点应设置在网损微增率较小的点(网损微增率通常为负值时进行无功补偿)，这样通过与最优网损微增率相结合进行反复迭代求解得到优化的最佳点。一方面，该方法没有计及其它控制变量的调节作用，同时在实际运行中也不可能通过反复迭代使全网网损微增率相等，这样做的计算量太大且费时。与此同时，国内外学者对无功优化进行了大量研究，提出了大量的无功优化的数学模型的优化算法。无功优化的数学模型主要有两种，其一为不计无功补偿设备的费用，以系统网损最小为主要目的。即优化状态时无功优化的目标函数可用下式表达： �� 其二，以系统运行最优为目标函数，它计及了系统由于补偿后减小的网损费用和添加补偿设备的费用，可用下式表达： �式中，β为每度电价，τmax为年最大负荷损耗小时数，α、γ分别表示为无功补偿设备年度折旧维护率和投资回收率，KC为单位无功补偿设备的价格，QC∑为无功补偿总容量。� 模型二考虑了投资问题，可认为是一种比较理想的模型。特别是随着电力市场的实行，各部门都追求经济效益，显然考虑了无功投资问题更合理一些。� 3.2 优化算法� 由于电力系统的非线性、约束的多样性、连续变量和离散变量混合性和计算规模较大使电力系统的无功优化存在着一定的难度。将非线性无功优化模型线性化求解，是一些算法的出发点，如基于灵敏度分析的无功优化潮流、无功综合优化的线性规划内点法、 带惩罚项的无功优化潮流和内点法等等，以上均是通过将非线性规划运用泰勒级数展开,忽略二阶及以上的项,建立线性化模型求得优化解。这些方法由于在线性化的过程中，忽略了二阶及以上的项，其计算的收敛性得不到保证。为了提高优化计算的收敛性，又提出了将罚函数的思想引入线性规划,提出了带惩罚项的无功优化潮流模型与算法，使依从变量的越限消除或减小到最低限度。但它不能从根本上结局线性化后的不收敛问题。� 针对线性算法方法的不足，又提出了一些运用非线性算法，混合整数规划、约束多面体法和非线性原-对偶算法等等。尽管这些方法能在理论上找到最优解，但由于无功优化本身的特性，使计算复杂、费时，且不能保证可靠收敛。 为了提高收敛性和非线性的对于无功优化中的离散变量(变压器分接头的调节，电容器组的投切)的处理，基于人工智能的新方法，相继提出了遗传算法，�Tabu�搜索法，启发式算法，改进的遗传算法，分布计算的遗传算法和摸似退火算法等等，这些算法在一定的程度上提高了无功优化的收敛性和计算速度，并且有些方法已经投入实际应用并取得了较好的效果。� 但在无功优化仍有以下一些问题需要�解决：�� 1)由于无功优化是非线性问题，而非线性规划常常收敛在局部最优解，如何求出其全局最优解仍需进一步研究和探讨。� 2)由于以网损为最小的目标函数，它本身是电压平方的函数，在求解无功优化时，最终求得的解可能有不少母线电压接近于电压的上限，而在实际运行部门又不希望电压接近于上限运行。如果将电压约束范围变小，可能造成无功优化的不收敛或者要经过反复修正、迭代才能求出解(需人为的改变局部约束条件)。如何将电压质量和经济运行指标相统一仍需进一步研究。� 3)无功优化的实时性问题。伴随着电力系统自动化水平的提高，对无功优化的实时性提出了很高的要求，如何在很短的时间内避免不收敛，求出最优解仍需进一步研究。4 配电线路上的无功补偿及用户的无功补偿4.1 配电线路上的无功补偿� 由于35kV、10kV及一些低压配电线路的电阻相对较大，无功潮流在线路上流动时引起的功率损耗较大且电压损耗较大，故其无功补偿理论建立在其上。经典的线路补偿理论认为电容器安装的位置可见下表。 其原理可简述如下：� 当线路输送的无功功率Q，线路长度L，每组补偿距离为x时，每组补偿容量为Qx� Qx=Qx／L� 当认为电容器安装在补偿区间中心时，降低的线损最大。无功潮流图可见图1所示： 当第i组电容器安装地点离末端的距离为：对任一组电容器安装位置离末端的位置为：� xi=L(2i-1)/(2n+1)� 其最佳补偿容量为：� nQx=2nQ／(2n+1)� 这样即可求得表1的数据。� 对于配电线路的无功补偿可有效降低网损，但它的效果不如在低压侧补偿。这个结论是假定无功潮流是均匀分布的，如果线路上的无功潮流为非均匀分布的，得出的结论将不同；同时在线路上安装电容器组时，其维护、操作比较不便，且也没有考虑补偿设备的投资问题。因此，建议采用下述方式。�4.2 用户的无功补偿� 对于企业及大负荷用电单位，按照无功补偿的种类又分为高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补偿。文献〔8〕指出在补偿容量相等的情况下，低压就地补偿减低的线损最大，因而经济效益最佳。这是可以理解的。由于低压就地补偿了负荷的感性部分，使流经线路和变压器上的无功电流大大减小，显然此种方法所取得的经济效益最佳。但是上述并没有指出最佳补偿容量应为多少?同时也没有计及无功设备的投资。文献〔6〕指出了对于开式网的最佳补偿容量，三种常见的开式网可见图2所示。� 4.2.1 放射式开式网的最佳无功补偿� 对于用户或经配变出线的开式网络，针对开式网的接线的最佳无功补偿容量，参考文献〔6〕进行了详细的推导。其目标函数采用第二类目标函数，为了分析，下面进行了简单的推导： 对于网络为放射式网络，此时网络年计算支出费用与无功补偿的关系可表达为： 由于主要研究的是无功功率对有功网损的影响，因此有功功率对网损的影响可不考虑，(4)式可简化为下式：在其余节点的补偿QCn,op均于上式相同。��4.2.2 干线式和链式开式网的最佳无功补偿 对于干线式及链式接线开式网，在第i=1点设置无功补偿，其QC1,op同放射式开式网，若在i=1,2 设置无功补偿，见图2(b)、(c)所示。 此时年计算支出费用可用下式表达： 同理，可求得QC2,op的表达式为(为了简化起见，节点2电压可认为与节点1电压近似相等)： 式中R�∑为干线式或链式接线开式网线路电阻之和，此处R�∑=R�1+R�2� 推广到网络节点数为i, 干线式或链线式开式网线路段数为m, 综合可得开式网各处无功负荷最佳补偿容量QCi,op的计算通式为： 上述公式简单明了，且将著名的等网损微增率和最优网损微增率结合在一起，通过计算公式一次性能得出最佳补偿容量，避免了计算的迭代过程，具体算例可见参考文献〔3〕例6-2，在6-2例中，求解最佳补偿容量是通过求解5组方程，6次迭代所得，而利用上述的推导公式可一次性计算出。5 结语� 电力系统的无功优化和无功补偿需要比较精确的负荷数据、发电机数据、变压器参数等等。同时在电力系统的实际运行中，电力系统的状态是连续变化的，因此无功优化和无功补偿应根据实际情况灵活运用。随着调度自动化、配网自动化和无人变电站的进一步实现，需要计算快，收敛性良好的算法，同时伴随着电力市场的实行，无功定价理论的逐渐成熟，无功优化的理论也将相应改变并进一步完善。百度地图

引 言燃料电池发电是将燃料的化学能直接转换为电能的过程，其发电效率不受卡诺循环的限制，发电效率可达到50％一70％，被誉为二十一世纪重要的发电新技术之一。目前，国际上磷酸型燃料电池已进入商业化，其它几种燃料电池预计在2005年一2010年200KW一将全面进入商业此。对于这种蓬勃发展的发电新技术，国家电力公司应该采取怎样态度?要不要发展?怎样发展?这些问题亟待解决。一 燃料电池发电的技术特点和应用形式1.1技术特点燃料电池发电是在一定条件下使燃料(主要是H2)和氧化剂(空气中的02)发电化学反应，将化学能直接转换为电能和热能的过程。与常规电池的不同：只要有燃料和氧化剂供给，就会有持续不断的电力输出。与常规的火力发电不同，它不受卡诺循环的限制，能量转换效率高。与常规发电相比燃料电池具有以下优点：(1)理论发电效率高，发展潜力大。燃料电池本体的发电效率可达到50一60％，组成的联合循环发电系统在(10—50)MW规模即可达到70％以上的发电效率。(2)污染物和温室气体排放量少。与传统的火电机组相比，C02排出量可减少40％一60％。Nox(＜2ppm)和SOx(＜1ppm)排放量很少。(3)小型高效，可提高供电可靠性。燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响较小。(4)低噪音。在距发电设备3英尺(1．044米)处噪音小于60dB(A)。(5)电力质量高。电流谐波和电压谐波均满足IEEE519标准。(6)变负荷率高。变负荷率可达到(8％一lO％)／min，负荷变化的范围大(20一120)。(7)燃料电池可使用的燃料有氢气、甲醇、煤气、沼气、天然气、轻油、柴油等。(8)模块化结构，扩容和增容容易，建厂时间短。(9)占地面积小，占地面积小于lm2／KW。(10)自动化程度高，可实现无人操作。总之，燃料电池是一种高效、洁净的发电方式，既适合于作分布式电源，又可在将来组成大容量中心发电站，是2l世纪重要的发电方式。制约燃料电池走向大规模商业化的主要因素是：高价格和寿命问题。1.2燃料电池的应用形式(1)现场热电联供，常用的容量为200KW一1MW。(2)分布式电源，容量比现场用燃料电池大，约(2—20)MW。(3)基本负荷的发电站(中心发电站)，容量为(100—300MW)。(4)燃料电池还可用于100W—100KW多种可移动电源、便携式电源、航空电源、应急电源和计算机电源等。二 为什么要在我国电力系统发展燃料电池发电技术2.1采用燃料电池发电是提高化石燃料发电效率的重要途径之一以高温燃料电池组成的联合循环发电系统，可使发电效率达到60—75(LHV)，这一目标将在2005年左右实现。预计到2010年，发电效率可超过72％。煤气化燃料电池联合循环(IGFC)的发电效率可达到62％以上。以燃料电池组成的热电联产机组的总热效率可达到85％以上。燃料电池本体的发电效率基本不随容量的变化而变化，这使得燃料电池既可用作小容量分散电源，又可用于集中发电应用范围广泛。2.2燃料电池发电可有效地降低火力发电的污染物和温室气体排放量燃料电池发电中几乎没有燃烧过程，NOx排放量很小，一般可达到(O．139一0．236)kg／MW?h以下，远低于天然气联合循环的NOx排放量(1kg／MW?h一3kg/MW．h)。由于燃料进入燃料电池之前必须经过严格的净化处理，碳氢化合物也必须重整成氢气和CO，因此，尾气中S02、碳氢化合物和固态粒子等污染物排量也污染物的含量非常低。与常规燃煤发电机组相比，C02的排放量可减少40％一60．在目前CO2分离和隔绝技术尚不成熟的状况下，通过提高能源转换效率减少CO2排放是必然的选择。2.3采用燃料电池发电可提高供电的灵活性和可靠性燃料电池具有高效率、低污染、低噪声、模块化结构、体积小、可靠性高等突出特点，是理想的分布式电源。与目前一些可做为分布式电源的内燃机相比，燃料电池的发电效率更高、污染更低。在250KW—lOMW的功率范围内，具有与目前数百兆瓦中心电站相当甚至更高的发电效率。作为备用电源的柴油发电机由于污染和噪声大不宜在未来的城市中应用。低温燃料电池不仅发电效率高，而且启动快、变负荷能力强，是很好的备用电源。现代社会对供电的可靠性和环境的兼容性要求越来越高，高效、低污染的分布式电源系统日益受到重视。近年来美国、加拿大、台湾相继发生因自然灾害或人为因素造成的大面积停电，许多重要用户长期不能恢复供电，给社会和经济造成了巨大的损失。北约轰炸南联盟，使电力系统严重受损。这些由不可抗力引起的电网破坏无不使人引发出一个重要的思考：提高我国电力系统供电的可靠性和供电质量，虽然主要依靠电网的改造和技 术革新，但如果在电网中有许多分布式电源在运转，供电的可靠性将会大大提高。 对于象军事基地、指挥中心、医院、数据处理和通讯中心、商业大楼、娱乐中心、政府要害部门、制药和化学材料工业、精密制造工业等部门，对电力供应的可靠性和质量要求很高。目前采用的备用电源效率低、污染严重、电压波动大。而采用燃料电池作为分布式电源向这些部门提供电力，会使供电的可靠性和电力质量大大提高。他们将是燃料电池发电技术的第一批用户。对于边远地区，负荷小且分散，若建设完善的电网，不仅投资大，线损大，且电网末端地区电力质量不稳定。对于这些区域若辅助燃料电池发电的分布式电源，更能有效地解决这些地区的电力供应问题。燃料电池的重量比功率和体积比功率均比常规的小型发电装置大，因此，它也是理想的移动电源，适合于各种建设工地、野外作业和临时急用。2.4发展燃料电池发电技术是提高国家能源和电力安全的战略需要美国已将燃料电池发电列为国家安全关键技术之一。美、日之所以能在燃料电池技术方面处于世界领先地位，与国家从战略高度予以组织、资助和推动密不可分。在目前复杂的国际环境下，高技术的垄断日趋严重，掌握清洁高效发电的高新技术对未来国家的能源和电力安全具有重要的战略意义，而燃料电池发电技术，正是这种高效清洁的高新发电技术之一。燃料电池突出的优点，以及发达国家竟相投入巨资研究开发的行动，足以说明燃料电池发电技术在21世纪会起到越来越重要的作用。2.5发展燃料电池发电技术是国电公司“加强技术创新，发展高科技，形成高新技术产业”的需要燃料电池发电技术是电力工业中的高新技术，己受到普遍重视。美国燃料电池发电技术的研究开发主要由美国能源部组织实施，其中一个重要的目的就是形成新的高技术产业，为美国的经济注入新的活力。日本的东京电力公司、关西电力公司及其它公用事业单位是日本燃料电池开发及商业化的主要承担者和推动者，其目的也是为电力公司注入新的经济增长点以获得巨大的经济效益和社会效益。国家电力公司处在完成“两型”、“两化”、“进入世界500强”的历史时刻，恰逢党中央国务院号召全国各行业“加强技术创新，发展高科技，实现产业化”的有利时机，在国家电力公司内不失时机地进行燃料电池发电技术的研究开发是非常必要的。采取引进、消化、吸收和再创新的技术路线，以高起点，在尽可能短的时间内初步形成自主产权的燃料电池发电关键技术，不仅可以使我国在燃料电池发电技术领域与国外的差距大大缩小，而且，对国家电力公司进行发电系统的结构调整、技术创新、形成高新技术产业、实现跨越式发、提高国际竞争能力都具有非常重要的意义。2.6燃料电池发电技术在我国有广阔的发展前景未来二十年，随着我国“西气东送”，全国天然气管网的不断完善及液化天然气(LNG)的广泛应用，燃用天然气的燃料电池发电将会有很大市场。煤层气也是燃料电池的理想燃料。我国丰富的煤层气资源也将是燃料电池发电的巨大潜在能源之一。燃料电池可与常规燃气一蒸汽联合循环结合，形成更高效率的发电方式。与煤气化联合循环(IGCC)结合，形成数百兆瓦级的大型、高效、低污染的中心发电站，比IGCC效率更高，污染更小。燃料电池可与水电、风电和太阳能发电等结合，在高出力时，利用电解水制氢，低出力时用燃料电池发电，达到既储能，又高效发电的目的。采取气化或厌氧处理的方法将生物质变为燃料气，通过燃料电池发电，提高能源转换效率，并降低污染物排放量。对一些经济欠发达但有丰富的沼气资源的地区，利用燃料电池发电技术有可能更有有效地解决这些地区的电力供应问题。2.7与国外有较大的差距在燃料电池发电技术方面，我国与国际先进水平有较大的差距。在MCFC和SOFC技术方面，国外已分别示范成功了2MW和100KW的燃料电池发电机组，而我国在这方面才刚刚起步，2000年才可望研制出2KW左右的试验装置。在PAFC和PEFC技术方面，国内与国外的差距更大。倘若我们现在不开始研究开发燃料电池发电技术，等到燃料电池完全成熟后再引进，不但会受制于人，还将付出更大的经济代价，更谈不上尽快形成燃料电池发电的产业化。若不能形成燃料电池的产业化并在电力系统广泛应用，那么，也谈不上提高发电效率和降低污染物的排放。只有从现在开始，在国外的基础上，高起点研究，经过10—20年的努力，有可能在国电公司形成燃料电池的产业和广泛的商业应用。2.8在我国电力系统发展燃料电池发电技术是市场经济条件下的迫切要求分散式电源作为大电网的有效补充己得到许多国家的重视，而电源提供者的多元化更是一种趋势。我国电网的容量大、技术水平和可靠性还较低、抵御各种灾害的能力较差，在这种情况下，小型高效的燃料电池分布式电源随着技术的商业化市场潜力巨大。倘若电力系统不及时进行研究开发，在未来几年内，有可能被国外企业和国内其它其它行业或民营企业占领燃料电池分散电源市场。在市场经济条件下，国电公司既是用户，又是开发者。对于燃料电池这样重要的发电高新技术，应不失时机地着手研究开发，联合国内一些基础研究单位，争取纳入国家的攻关计划，获得国家支持，在尽可能短的时间内，形成燃料电池发电技术研究开发的优势，开发燃料电池发电关键技术和成套技术，形成国电公司的高新技术产业，既可优化调整电力结构，又能满足市场的不同需求。三 国外燃料电池发展计划及商业化的预测3.1美国燃料电池发电技术研究开发状况3.1.1美国燃料电池发电技术的研究开发计划1997年，美国总统克林顿颁发了"改善气候行动计划”，燃料电池被确定为一项关键技术，联邦政府为此制定了一项“美国联邦燃料电池发展计划”，目的是通过燃料电池的商业化来减少温室气体排放量。在这项计划中，对每一个燃料电池的新用户资助l000／KW的优惠。结果，仅在1998年，就有42台200kwPAFC发电机组投入运行。美国政府鼓励在一些对环境敏感的地区建立燃料电池发电站。此外，政府已促使美国所有的军事基地安装200KW燃料电池发电机组。通过这些措施，加速燃料电池的商业化，并提高国家能源的安全性。美国政府投入巨资研究开发燃料电池发电技术的另一个目的，就是要保持美国在这一领域的领先地位。随着商业化过程不断深入，将逐步形成新的高技术产业，为美国的经济注入新的活力，提供更多的就业机会。美国DOE的燃料电池发展计划如下：PAFC己商业化，不再投入资金进行研究开发。PAFC目前的发电效率为40％一45(LHV)，热电联产的热效率为80％(LHV)。已完成250KW和2MWMCFC的现场示范，预计2002年进行20MW的示范；2003年左右，使250KW和MW级MCFC达到商业化；2010年，燃用天然气的250KW一20MWMCFC分散电源达到商业化，100MW以上MCFC的中心电站也进入商业化;2020年，100MW以上燃煤MCFC中心发电站进入商业化。MCFC技术目标是运行温度为650℃，发电效率达到60％(LHV)，组成联合循环的发电效率为70(LHV)，热电联产的热效率达到85(LHV)以上。目前，己完成25kw和100kwSOFC现场试验，正在进行SOFC的商业化设计。预计2002年左右，进行MW级SOFC示范；2003年左右，100kw一1MWSOFC进行商业化：2010年，250kw一20MW燃用天然气的SOFC以分布式电源形式进入商业化，100MW以上燃用天然气的SOFC以中心电站形式进入商业化；2020年，100W及以上容量的燃煤S0FC以中心电站的形式进入商业化。SOFC技术目标是：运行温度为1000℃，发电效率达到62％(LHV)，组成联合循环的发电效率达到72％(LHV)，热电联产的热效率达到85(LHV)以上，燃煤时发电效率可达到65％(LHV)，这一目标预计2010完成。美国是最早研究开发PEFC的国家，但在大容量化和商业应用方面已落后于加拿大。目前美国生产的质子交换膜仍居世界领先水平。美国在PEFC的开发方面是面向家庭用分散式电源，实现热电联供。PlugPower公司与GE合作，计划2001年使10kwPEFC进入商业化，价格达到S750—1000／kw，大批量生产后，使PEFC的价格达到$350／kw。3.1.2市场预测美国能源部(DOE)对美国潜在的燃料电池市场的预测认为：在2005年一2010年，美国年需求燃料电池发电容量约2335MW一4075MW。现在美国的燃料电池年生产能力为60MW，商业化的价格为$2000一$3000／kw，若年生产能力达到100MW／a，商业化的价格则可达到$l000—$1500/Kw。若能达到(2000—4000)MW／a的生产能力，燃料电池的原材料费仅$200一$300／kw。那么燃料电池的价格则有可能达到$900—$l100／kw，此时可完全与常规的发电方式竞争。3.2日本燃料电池发电技术的发展进程及应用前景预测3.2.1发展进程日本在PAFC研究方面，走的是一条引进合作、消化吸收、再提高的路线。1972年东京煤气公司从美国引进两台PAFC燃料电池发电机组，大阪煤气公司也在1973年引进两台PAFC机组。日本政府于1981年设立了以开发节能技术为宗旨的“月光计划”，燃料电池发电是其中一项重要内容。此后，日本国内的电力公司、煤气公司和一些大型的制造厂纷纷投入燃料电池的研究开发，并与美国IFC合作，使日本的PAFC得到更大的发展。目前，日本的PAFC技术已赶上了美国，商业化程度超过了美国。5MW(富士电机制造)和11MW(东芝与IFC合制)均在日本投运，日本公司制造的PAFC机组已运行了近100多台。日本有关MCFC的研究是从1981年开始的，通过自主开发并与美国合作。1987年10kwMCFC开发成功，1993年100kw加压型MCFC开发成功，1997年开发出1MW先导型MCFC发电厂，并投入运行。MCFC已被列为日本“新阳光计划”的一个重点，目标是2000年一2010年，实现燃用天然气的10MW一50MW分布式MCFC发电机组的商业化，并进行100MW以上燃用天然气的MCFC联合循环发电机组的示范，2010年后，实现煤气化MCFC联合循环发电，并逐步替代常规火电厂。日本的SOFC技术也是从1981年的“月光计划”开始研究的，立足于自主开发。1989年一1991年，开发出l00W一400WSOFC电池堆，1992年一1997年开发出l0kw平板型SOFC。SOFC的研究进展也远远落后于NEDO原来的计划。“新阳光计划”中预计2000年一2010年，使SOFC达到MW级，并形成联合循环发电。日本的PEFC也被列入“新阳光计划”，目前开发的容量为(1—2)kw。3.2.2政府采取的措施日本政府在“月光计划”和“新阳光计划”中，先后资助了3台200kw、2台lMW和l台5MW的PAFC；1台100kw和1台1MW的MCFC示范电站研究开发、建设及运行。在通产省和NEDO的统一组织和管理下，使公用事业单位(电力公司和煤气公司)和开发商及研究单位紧密结合，实现燃料电池研究开发和商业示范应用一体化。日本电力公司和煤气公司，过去十年来安装了约80多台燃料电池机组，装机容量达到20.1MW，燃料电池及电厂的费用主要由业主承担，但是制造商和政府也各承担一部分。这种政府和企业联合研究开发的方式促进了日本燃料电池的发展。使用燃料电池发电享有许多优惠政策：燃料电池的相关设备，在未超过一定规模时，其工程计划仅须申报即可动工。对500kw以下的常压燃料电池生产与使用的审批手续大大简化。在医院、旅馆、办公大楼等安装的燃料电池发电机组，政府提供的经费资助。新建的燃料电池发电设备享有10的免税额，并获有30％的加速折旧。对装设于电力公司或自备发电用的燃料电池项目，日本开发银行将提供投资额40％的低息贷款。3.2.3市场预测1990年，日本通产省发表了“长期电源供需展望”报告，预计日本国内的燃料电池发电容量到2000年约2250MW；2010年约10720MW，电力系统用5500MW，其中约有2400MW是MCFC和SOFC高温型燃料电池；2010年煤气化MCFC和SOFC达到实用化；发电效率达到50％一60％。由于燃料电池发电技术仍有许多技术上的难题没有突破，进展速度低于预期值，因此日本目前已将原目标做了修正，预计2000年燃料电池装机容量将达到200MW，其中分布式电源l12MW，工业用热电联产型为88MW；2010年将达到2200MW，其中分布式电源型为735MW，工业用热电联产型为1465MW。3.3其它国家和地区的发展进程目前，欧洲的燃料电池发电技术远远落后于美国和日本。80欧洲又重新开始研究燃料电池发电技术。它们采用向美国、日本购买电池组，自行组装发电厂的方式来发展PAFC发电技术。1990年成立了一个“欧洲燃料电池集团(EFCG)”。意大利已完成了一座1MW的PAFC示范工程，由IFC供应，BOP由欧洲制造。意大利、西班牙与美国IPC合作，于1993年在米兰建了一座l00kwMCFC电厂，1996年投运。德国正在开发250kwMCFC。德国西门子公司于1998年收购了美国西屋公司的管形SOFC技术后，现在拥有世界上最先进的平板型和管形SOFC技术。 加拿大在PEFC方面居世界领先地位，在继续开发交通用PEFC的同时，目前也将PEFC应用于固定电站，已建成250kwPEFC示范电站，目标是在近几年内使250kw级PEPC商业化。澳大利亚在1993年一1997年，共投资3000万美元，研究开发平板型SOFC，目前正在开发(20一25)kwSOFC电池堆。韩国电力公司于1993年从日本购进一座200kwPAFC进行示范运行。3.4国外发展燃料电池发电技术的经验总结回顾国外燃料电地发展的道路，有许多值得我们吸取和借鉴的经验。美国在燃料电池发电技术的研究开发方面始终处于世界领先地位。除了雄厚的财力之外，还有三方面重要的原因：一是政府将燃料电池发电技术视为提高火力发电效率、减少污染物和温室气体排放的重要措施，列入政府的“改变气侯技术战略”中，并大力投入资金和力量研究开发；二是燃料电池技术提高到“国家能源安全并大力投入资金和力量研究开发；三是将燃料电池技术提高到“国家能源安全关键技术”的战略高度，DOD和DOE均投入资金研究开发；四是对燃料电池的应用前景充满信心，希望能形成新的高技术产业，给美国的经济注入新的活力，政府和企业共同投入资金研究开发，力图保持领先地位。日本走的是一条通过与美国合作、引进技术并消化吸收实现产业化的路线，并在PAFC的商业化方面己超过了美国，在MCFC的研究开发方面也接近美国。成功的重要经验也是政府对燃料电池给予高度重视，先后列入了“月光计划”和“新阳光计划”，大力投入研究开发。另一条经验是研究机构、企业和用户联合，组成从研究、开发到商业应用一体化集团，既承担研究开发的风险，也享受成功的优惠。加拿大Ballard公司在PEFC方面成功的经验告诉我们：只要坚定不移地进行研究开发，一个小公司也能在10—20年内成为举世瞩目的燃料电池技术拥有者。 燃料电池起源于欧洲，但是，现在欧洲的燃料电池技术已远远落后于美国和日本。主要原因是政府和企业对燃料电池发电技术重视不够。目前，欧洲已经意识到这一点，成立了—个燃料电池发电技术集团，引进美国、日本的技术，并进行研究开发。四 各种燃料电池发电技术综合比较4.1 AFC：与其它燃料电池相比，AFC功率密度和比功率较高，性能可靠。但它要以纯氢做燃料，纯氧做氧化剂，必须使用Pt、Au、Ag等贵金属做催化剂，价格昂贵。电解质的腐蚀严重，寿命较短，这些特点决定了AFC仅限于航天或军事应用，不适合于民用。4.2 PAFC：以磷酸做为电解质，可容许燃料气和空气中C02的存在。这使得PAFC成为最早在地面上应用或民用的燃料电池。与AFC相比它可以在180℃一210℃运行，燃料气和空气的处理系统大大简化，加压运行时，可组成热电联产。但是，PAFC的发电效率目前仅能达到40％一45％(LHV)，它需要贵金属铂做电催化剂；燃料必须外重整：而且，燃料气中C0的浓度必须小于1％(175℃)一2(200℃)，否则会使催化剂中毒；酸性电解液的腐蚀作用，使PAFC的寿命难以超过40000小时。PAFC目前的技术已成熟，产品也进入商业化，做为特殊用户的分散式电源、现场可移动电源和备用电源，PAFC还有市场，但用作大容量集中发电站比较困难。4.3 MCFC：在650℃一700℃运行，可采用镍做电催化剂，而不必使用贵重金属：燃料可实现内重整，使发电效率提高，系统简化；CO可直接用作燃料；余热的温度较高，可组成燃气／蒸汽联合循环，使发电容量和发电效率进一步提高。与SOFC相比，MCFC的优点是：操作温度较低，可使用价格较低的金属材料，电极、隔膜、双极板的制造工艺简单，密封和组装的技术难度相对较小，大容量化容易，造价较低。缺点是：必须配置C02循环系统；要求燃料气中H2S和CO小于0.5PPM；熔融碳酸盐具有腐蚀性，而且易挥发；与SOFC相比，寿命较短；组成联合循环发电的效率比SOFC低。与低温燃料电池相比，MCFC的缺点是启动时间较长，不适合作备用电源。MCFC己接近商业化，示范电站的规模已达到2MW。从MCFC的技术特点和发展趋势看，MCFC是将来民用发电(分散电源和中心电站)的理想选择之一。4.4 SOFC：电解质是固体，可以被做成管形、板形或整体形。与液体电解质的燃料电池(AFC、PAFC和MCFC)相比，SOFC避免了电解质蒸发和电池材料的腐蚀问题，电池的寿命较长(已达到70000小时)。CO可做为燃料，使燃料电池以煤气为燃料成为可能。SOFC的运行温度在1000℃左右，燃料可以在电池内进行重整。由于运行温度很高，要解决金属与陶瓷材料之间的密封也很困难。与低温燃料电池相比，SOFC的启动时间较长，不适合作应急电源。与MCFC相比，SOFC组成联合循环的效率更高，寿命更长(可大于40000小时)；但SOFC面临技术难度较大，价格可能比MCFC高。示范业绩证明SOFC是未来化石燃料发电技术的理想选择之一，既可用作中小容量的分布式电源(500kw一50MW)，也可用作大容量的中心电站(＞l00MW)。尤其是加压型SOFC与微型燃气轮结合组成联合循环发电的示范，将使SOFC的优越性进一步得到体现。4.5 PEFC：PEPC的运行温度较低(约80℃)，它的启动时间很短，在几分钟内可达到满负荷。与PAFC相比，电流密度和比功率都较高，发电效率也较高(45％一50(LHV))，对CO的容许值较高(＜10ppm)。PEFC的余热温度较低，热利用率较低。与PAFC和MCFC等液体电解质燃料电池相比，它具有寿命长，运行可靠的特点。PEFC是理想的可移动电源，是电动汽车、潜艇、航天器等移动工具电源的理想选择之一。目前，在移动电源、特殊用户的分布式电源和家庭用电源方面有一定的市场，不适合做大容量中心电站。结 论选择适合于我国电力系统发展的燃料电池发电技术，应综合考虑以下几点：较高的发电效率；环保性能好；既能作为高效、清洁的分布电源，又具有形成大容量的联合循环中心发电站的发展潜力；既能以天然气为燃料，又具有以煤为燃料的可能性；技术的先进性及商业化进程；运行的可靠性和寿命；降低造价的潜力；国内的基础。综合考虑以上几点，对适合于我国电力系统发展的燃料电池发电技术，提出以下几点选择意见：(1)优先发展高温燃料电池发电技术。即选择MCFC和SOFC为我国电力系统燃料电池发电技术的主要发展方向，这两种燃料电池既能以天然气为燃料作为高效清洁的分布电源，又具有形成大容量的联合循环中心发电站(以天然气或煤为燃料)的发展潜力。(2)MCFC和SOFC各有特点，都存在许多问题，尚未商业化。若考虑技术难度和成熟程度以及商业化的进程，对于MCFC，应走引进、消化吸收、研究创新，实现国产化的技术路线，并尽快投入商业应用：对于SOFC，应立足于自主开发，走创新和跨越式发展的技术发展路线。(3)随着氢能技术的发展，PEFC在移动电源、分散电源、应急电源、家庭电源等方面具有一定优势和的市场潜力，国家电力公司应密切跟踪研究。(4)AFC不适合于民用发电。PAFC技术目前已趋于成熟，与MCFC、SOFC和PEFC比较，已相对落后。因此，AFC和PAFC不应做为国家电力公司研究开发的方向。参考文献[1] 许世森，朱宝田等，在我国电力系统发展的燃料电池发电的技术路线和实施方案研究，国家电力公司热工研究院，1999．12