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电力行业设备更新换代,高压变频器不可或缺

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-07-20   来源:中自传媒 研究部   浏览次数:48526
电力生产与供应:
2011年,全国发电量47217亿千瓦时,比上年增长12.2%。分类型看,水电发电量6626亿千瓦时,比上年降低8.2%,占全部发电量的14.0%,比上年降低2.2个百分点;火电发电量38975亿千瓦时,比上年增长17.0%,占全国发电量的82.6%,比上年提高1.7个百分点;核电、并网风电发电量分别为874亿千瓦时和732亿千瓦时,分别比上年增长17.0%48.2%,占全国发电量的比重分别比上年提高0.10.4个百分点。从2011年的电力供应来看,火电发电仍是获取电力能源的主要途径。
年份
总发电量及增长率
(万亿千瓦时)
火电发电量及增长率(万亿千瓦时)
水电发电量及增长率
万亿千瓦时
2005
2.47
12.8%
2.02
11.5%
0.40
19.4%
2006
2.80
13.5%
2.40
15.3%
0.40
5.1%
2007
3.25
14.4%
2.70
13.8%
0.49
17.6%
2008
3.43
5.2%
3.20
19.5%
0.50
2.2%
2009
3.71
6.3%
2.98
10.2%
0.62
-3.3%
2010
4.14
13.3%
3.33
11.7%
0.66
18.4%
2011
47217.0
12.2%
6626.0
-8.2%
38975.0
17.0%
2011年,全年6000千瓦及以上电厂发电设备平均利用小时数为4731小时,比上年增加81小时,与上年一样保持增长。其中,水电设备平均利用小时3028小时,比上年降低376小时,是近二十年来的最低水平;火电设备平均利用小时5294小时,是2008年以来的最高水平,比上年提高264小时;核电7772小时,比上年降低69小时;风电1903小时,比上年降低144小时。
装机结构出现新特点,清洁能源比重上升,火电装机增长缓慢。2011年底,水电、核电、风电、太阳能等清洁能源比重达到27.5%,比上年提高0.9个百分点。全国发电装机容量及火电设备容量分别增长9.8%8.5%,分别低于同口径发电量增长2.48.5个百分点,加重了火电等常规能源机组保障电力平衡的压力。西部、东北、中部、东部地区装机容量分别增长14.5%7.8%7.3%6.4%,东、中部装机增长分别低于用电量增长3.24.8个百分点,装机的地区结构出现变化,在跨区资源配置能力不能完全配套的情况下,东部电力供需更加紧张。
 
 
数据来源:国家统计局
图表 32005-2011年装机情况
年份
总装机容量及增长率(亿kw
火电装机容量及增长率
(亿kw
水电装机容量及增长率(亿kw
2005
5.08
14.9%
3.84
16.6%
1.16
10.7%
2006
6.22
20.3%
4.80
23.7%
1.28
9.5%
2007
7.13
14.4%
5.54
14.6%
1.45
11.5%
2008
7.93
10.3%
5.45
-1.6%
1.47
1.0%
2009
8.74
10.2%
6.52
8.2%
1.97
14.0%
2010
9.62
10.1%
7.07
8.4%
2.13
8.3%
2011
10.56
9.8%
7.66
8.3%
2.31
8.5%
数据来源:国家统计局
电力消费:
2011年,全国全社会用电量46928亿千瓦时,比上年增长11.8%。其中,第一产业用电量1015亿千瓦时,比上年增长3.92%。第二产业35185亿千瓦时,比上年增长11.9%。在第二产业里,工业用电量34633亿千瓦时,比上年增长11.9%,第二产业用电量和工业用电量占全社会用电量的比重分别为75.0%和73.8%,可见工业仍是拉动用电增长的决定因素。工业用电量中,轻、重工业用电量分别为5830亿千瓦时和28803亿千瓦时,分别比上年增长9.25%和12.38%。其中,轻工业用电增速低于重工业,且差距拉大。第三产业5082亿千瓦时,比上年增长13.49%。城乡居民生活用电量5646亿千瓦时,比上年增速放缓到10.8%,其中城镇居民用电仅增长8.2%。
从地区来看,东、中、西、东北地区用电分别增长9.6%、12.1%、17.2%和7.9%,中西部用电需求明显快于东部和东北地区,西部地区所有省份用电量增速均高于全国平均水平,东部用电大省对全国用电带动作用减弱。
经营状况:
2011年,全国电力工程建设完成投资7393亿元,与上年基本持平。其中,电源工程建设完成投资3712亿元,比上年下降6.5%;电网工程建设完成投资3682亿元,比上年增长6.8%。在电源工程建设完成投资中,水电完成投资940亿元(其中抽水蓄能电站完成投资60.5亿元),火电1054亿元(其中煤电903亿元),核电740亿元,风电829亿元。火电投资仅为2005年的46.4%,已经连续6年同比减少,2011年火电投资占电源投资的比重下降至28.4%,清洁能源投资比重明显提高。
2011年,全国基建新增发电生产能力9041万千瓦,连续6年新增超过9000万千瓦。其中,水电1225万千瓦,火电5886万千瓦,核电、并网风电和太阳能发电新增合计 1928万千瓦。截至2011年底,全国发电设备容量105576万千瓦,比上年增长9.8%;其中,水电23051万千瓦(含抽水蓄能1836万千瓦),占全部装机容量的21.9%;火电76546万千瓦(含煤电70667万千瓦、常规气电3265万千瓦),占全部装机容量的72.5%;并网太阳能发电规模发展较快,达到214万千瓦。
节能减排情况:
2011年,全国6000千瓦及以上电厂供电标准煤耗330/千瓦时,比上年降低3/千瓦时;全国电网输电线路损失率6.31%,比上年降低0.22个百分点。
近年来,我国的风电、太阳能等新能源发电迅速发展,特别是风电装机连年翻番,截止2011年底已达到4505万千瓦,全年风电新增装机占全部新增装机的比重接近20%。新能源发电大规模发展,在为电力结构调整、节能减排做出贡献的同时,也对电力供需平衡造成较大影响。
在我国的电力工业中,火电占一定优势地位(火电装机容量占74%,发电量占80%)。每个火电机组都有大量辅机设备,如给水泵、凝结泵、吸风机、送风机、一次风机、二次风机、循环水泵等等,这些辅机大多用高压大容量的异步电动机拖动,容量大,耗电也多(大约占厂用电的80%)。由于这些辅机的容量在设计上就有一定量的安全冗余,加上机组经常进行负荷调节,导致它们经常在截流状态下运行,造成许多不必要的能源浪费。为了实现节能降耗,高压大功率变频器作为一种新近发展起来的高效节能的调速技术,在电厂的辅机调速中得到了广泛应用。同时,电厂辅机调速工艺的一些特殊要求,反过来又促进了变频调速技术自身的发展和进步。
图表 4:电力行业高压变频器主要应用设备
设备
功率
台套
钢球磨煤机
280kW至1100kW
4
排粉风机
710kW
2
灰浆泵
250kW
1用2备
锅炉送风机
1000kW
2
锅炉引风机
2000kW
2
锅炉一次风机
630kW
2
循环水泵
500kW-2300kW
2
凝结水泵
560kW-2950kW
1用1备
给水泵
800kW-2300kW
2用1备
高压变频器应用在电力设备中,应用高压变频器最多的为引风机,其次是凝结泵和送风机。
在凝结水泵上的应用
在一些电厂里,采用2台机组各配置2台100%容量的多级离心式凝结水泵,凝结水系统原设计运行方式为2台100%容量定速凝结泵互为备用,即由定速电动机驱动,1台运行,1台备用。凝结水流量靠除氧器上水调节门调节,并配备旁路以保证凝结泵在各种工况下安全运行。正常运行方式下,凝结水泵1台运行,1台投备用,当运行凝结泵出现故障时,另外1台自动投入运行。在负荷变动时,通过除氧器上水调节门开度来控制除氧器水位,这就造成较大的节流损失。在启停机及低负荷时,为了维持凝结泵最小流量还要打开旁路门,造成能量白白流失。另外,即便机组处于满负荷运行状态,由于设计留有较大的裕量,除氧器上水调节门也不能处于全开位置。采用凝结泵定速运行,系统存在以下问题:
1.      阀门调节节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低,造成能源的浪费;
2.      当流量降低,阀门开度减小时,调节阀前后压差增加工作安全特性变坏,压力损失严重,造成能耗增加;
3.      长期10-40%低阀门开度,加速阀体自身磨损,导致阀门控制特性变差,并造成凝结水附近管道震动增大,对安全生产有极大影响;
4.      管网压力过高威胁系统设备密封性能,严重时导致阀门泄漏,不能关严,凝结泵出口精处理器泄露等情况发生;
5.      设备使用寿命短、日常维护量大,维修成本高,造成各种资源的极大浪费。
如果采用高压变频器对凝结泵电机进行变频控制,实现除氧器水流量的变负荷调节。除氧器上水调节门可以始终处于全开的状态,而且旁路门始终处于关闭状态,从而避免上述的各种功率损失。除此之外,变频器可以使电动机实现软启动,避免电动机直接启动引起的电网冲击和机械冲击,大大延长电机的寿命、减小管路振动、提高系统的可靠性。这样,不仅解决了控制阀调节线性度差、纯滞延大等难以控制的缺点,而且提高了系统运行的可靠性;更重要的是减小了因调节阀门孔口变化造成的压流损失,减轻了控制阀的磨损,降低了系统对管路密封性能的破坏,延长了设备使用寿命,维护量减小,改善了系统的经济性,节约了能源,为降低厂用电率提供了良好的途径。
在电厂送风机上的应用
变频器在电厂送风机上的应用也有许多实例。在一个机组中有两台引风机,风量调节为入口挡板调节方式中,机组运行时,引风机的入口挡板开度最大不到85%左右。由于这样的调节方法仅仅是改变通道的流通阻力,节流损失相当大,浪费了大量电能。其主要弊端主要表现为:
1.      调节挡板前后压差增加,工作安全特性变坏,压力损失严重,造成能耗增加;
2.      风机定速运行,挡板调整节流损失大,出口压力高,系统效率低,造成能源浪费;
3.      风道压力过高,威胁系统设备密封性能;
4.      长期的40-70%挡板开度,加速挡板自身磨损,导致挡板控制特性变差;
5.      设备起动冲击电流大,需增加配电设备容量而增加投资。
为了解决上述问题,经过了大量的技术论证后发现,可以用高压变频器替代传统的挡板调节风量、风压的方法,实现对2台引风机同时进行变频改造。
在实际改造中,方式也很简单。改造前,原系统6kV高压开关柜至电机,电机与风机直接连接,通过风门挡板的开度来调节流量。改造后,系统6kV高压开关柜至风光高压变频器,风光高压变频器与电机相连,通过调节电机的转速来调节流量。此时电机与风机间不用做任何改动,且变频调节时风门档板可全开。可对2台变频器采用一拖一手动旁路控制方案,其一次电路图如下:
其中:QF为用户原高压开关;k1、k2和k3为变频器旁路开关柜高压隔离开关;BPQ为风光JD-BP37系列高压变频器;M为高压电动机。
变频器控制风机为一拖一控制,旁路开关柜用于工/变频切换。k1,k2和k3为3个高压隔离开关,要求k2和k3不能同时闭合,在机械上实现互锁的同时实现电磁互锁。k2断开,k1和k3闭合,风机变频运行;k1和k3断开,k2闭合,风机工频运行。
设备改造投运后在不同负荷下,对单台引风机在工频与变频运行工况下进行了对比如下:
工频运行时平均负荷在:
200MW时,每日用电量大约为19872kWh。占厂用电率0.42%
250MW时, 每日用电量大约为21924kWh。占厂用电率0.37%
300MW时,每日用电量大约为33048kWh。占厂用电率0.46%
变频运行时平均负荷在:
200MW时,每日用电量大约为9612kWh。 占厂用电率0.2%
250MW时,每日用电量大约为18360kWh。占厂用电率0.31%
300MW时,每日用电量大约为30240kWh。占厂用电率0.42%
经过上述统计可看出,在相同负荷下,每日可节省电量:
200MW时,每日节电大约为10260kWh。 每小时节电427.5kWh。
250MW时,每日节电大约为3564kWh。   每小时节电148.5kWh。
300MW时,每日节电大约为2808kWh。   每小时节电117kWh。
经上述分析可看出,在将引风机改为变频运行时,电机耗电量在低负荷情况下最明显,厂用电率大约可降低0.22%,在高负荷下每小时大约也可节约117kWh。在两台变频设备同时投入运行后 ,效益更加可观。
在电力行业有诸多设备具有变频应用前景和空间。可进行变频改造的设备有16类之多,但是其中广泛推广、被众多用户所接受的还主要集中在引风机和凝结泵两类设备上。
图表 5:电力行业各类设备变频应用情况对比
如果按照1600kW以上(含1600kW)为大功率产品应用的情况统计,则具有另外几个明显的特征。首先,在高压变频应用比较早的引风机方面具有急行军的态势,明显超前于其它专业设备应用;说明市场对大功率产品需求明显。第二,在总体数量较少的给水泵、循环泵方面大功率产品占有明显比重,这说明,此类设备的应用主要在大功率等级上。第三,在其它设备上有应用,说明了大功率产品是市场发展需求的必然。
图表 6:电力行业1600kW以上变频应用情况统计
在200MW以上机组中,变频技术应用具有广阔的开发潜力和拓展前景。其中,凝结泵的变频应用主要集中在200MW以上的原因是200MW以下的机组凝结泵多数采用低压大功率电机所致。这类机组中,给水泵、循环泵系统的应用,具有良好的应用空间和发展前景;同时具有功率大、数量多的特点。
图表 7200MW以下机组应用情况分析
2012年,国家“稳中求进”的工作总基调和更有效的宏观调控将确保经济保持平稳较快发展,经济和电力增速将有所回落,预计全社会用电量增速在8.5%-10.5%之间,全年用电量5.14万亿千瓦时,可能呈现“前低后高”分布。供应方面,预计新增装机8500万千瓦左右,其中,水电新增2000万千瓦左右,火电新增缩小到5000万千瓦左右,年底全口径发电装机容量达到11.4亿千瓦左右。全年发电设备利用小时将在4750小时左右,火电设备利用小时在5300-5400小时。不过仍存在3000-4000万千瓦的电力需求缺口。
我国的电力需求一直在增加,给社会带来的压力虽同前些年相比有所缓解,但电力行业一直在负重前行,国家也在大刀阔斧地改革。在国家制定“十二五”规划中关于电力发展的部分,已为我国未来的电力行业发展做好了纲领性规划。
安全发展,科技先行。对于自动化行业的发展,科技含量的高低往往决定着产品的最终竞争力。我国电力行业的技术开发和设备升级改造也在积极进行着。2011年我国自主设计制造的国家风光储输示范工程建成投产,这一成果可有效破解新能源并网的技术难题,是目前世界上规模最大,集风电、光伏发电、储能、智能输电于一体的新能源综合利用平台;亚洲首个柔性直流输电示范工程——上海南汇风电场柔性直流输电工程投入正式运行,是我国第一条拥有完全自主知识产权、具有世界一流水平的柔性直流输电线路,标志着我国在智能电网高端装备方面取得重大突破;国电江苏如东150MW海上(潮间带)示范风电场一期工程并网发电,成为我国已建成的规模最大海上风电场,为国家海上风电规模化开发建设积累经验。此外,青藏直流联网工程投入试运行、宁东直流输电工程双极建成投运、特高压1000千伏交流试验示范工程扩容改造顺利完成、中俄直流背靠背联网工程建成投产、世界电压等级最高的智能变电站——国家电网750千伏陕西洛川变电站顺利建成投运……一系列的电网建设成果,将极大地带动高压变频器的需求,使各种项目建设更节能、更安全。
事实上,回顾2011年的统计数据,电源结构的调整已经初露端倪,电网和清洁能源的投资比重继续上升,火电投资比重明显下降。据统计,去年全国电力工程建设完成投资7393亿元,其中电源与电网投资比例基本持平,电网投资增长6.8%,预计今年智能电网方面投资预期仍然较强。至于传统的火电,在2011年国家发改委在年底分三次发布公告调整上网电价、销售电价及控制煤炭价格,这一近年来少数几次年内两度上调电价的举措,仍不能改变火电企业业绩同比大幅下降的局面,看来在全球倡导“低碳生活”的环保理念和中国“十二五”规划中“优先发展水电,优化发展煤电,大力发展核电,积极推进新能源发电”的电力开发政策上,火电除了进行设备改造来提高生产效率外,很难再有其他发展途径了。
商务部、国家发改委、科技部等十部委联合出台《关于促进战略性新兴产业国际化发展的指导意见》,首次明确了高端装备制造产业等战略性新兴产业的国际化推进的重点。因特高压建设而大幅提升技术水平的中国电力设备行业,是最具国际竞争力的产品之一,中国电力设备或将由此开启国际化的新时代。
2012年,是电力行业设备升级换代、开发新技术、开拓新领域的关键期,高压变频器无论是在电网还是在电站中将不可或缺。
 
 
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