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清华大学教授李永东精彩演讲  

2010-01-20 20:40:08|  分类: 其他知识 |  标签: |举报 |字号 订阅

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电气行业十大评选 清华大学教授李永东精彩演讲

2010/1/20/11:19 来源:慧聪电气网

 

清华大学电机工程系教授 博士生导师 电力电子与电机系统研究所负责人 李永东

 

很容幸我最近20年见证了我们国家工业和自动化产业的发展。古人讲前30年睡不着,后30年睡不醒,我是前十年有心栽花花不开,主要跟很多国营大所,各种计划国家的计划和合作,但是真正见效益是后十年无心插柳柳成荫,很多民营企业家最近十年进步非常快。刚才郭总和周老从管理和国家角度为什么提供很好的建议和指导。

    我报告的重点从技术层面看一下新能源积极发展意味着什么?主要分这么几个方面,大家知道目前人类面临世界性难题是能源短缺和环境污染,据统计石油储量只够使用30到50年,我们国家开采量只有世界1/10,今年我国石油进口量达1.6亿吨,2020年将达2.5亿吨,对外依存度大于55%,油价一会高,一会低,是被后面金融家操作。在我们需要的时候价格说取乐,因此我们流失了很多外汇。此外我们国家需要煤炭很多用于火力发电,尽管煤炭储量很大,但是我们只占世界人均1/2,火力发电需要大量水。

    大家知道北方地区是缺水的,此外大量煤炭没有经过深加工被烧掉,造成对环境污染,世界十个环境污染严重的国家世界上有6个是我们国家。二氧化碳,二氧化硫排放我国已经超过美国,居于全球第一。因此我们领导人去受到压力也比较大,汽车尾气排放造成全球温室效应已经造成我们国家空气污染,尤其北京这种大城市,很难见到蓝天,污染对生育是一个杀手。我们国家的特殊问题是能源效率也比较低下,低于世界平均水平10%,单位GDP能耗是美国3.5倍,欧盟5.9倍,日本9.7倍,印度的1.6倍,比世界平均水平还是要高三倍,而GDP只占世界的7%。每年平均给法国一个人提供三双鞋子,法国人口是6、7千万,还有一些电子垃圾,这些造成污染。当然我们希望提出一些解决之道,一个是节能,节能再节能我们认为怎么强调都不过分,占工业用电30%以上各类风级,泵类负载,工矿变化比较大,采用交流调速实现定速运行,节能效率比较明显,以平均节电20%,计算对全国来说年节电600亿吨,同时可以相应减少2000万吨发电用碳,这个产业改造以后可以形成一个庞大市场,意味着技术的进步。目前为什么西门子、ABB国外大公司,纷纷来我国主要看中这个市场。

    此外就是我们现在大力倡导新能源,新能源包括水电,风电,太阳能,生物质能、核电等等。如全球风能资源实际上是很大,每年高达50万1000瓦小时,是水能资源十倍,2020年全球电力需求两倍。加入我们都用把风力资源利用起来,全球2020年的电力需求都够,还不致,是一种清洁可再生能源。最近20年风力风电单台功率增加100倍,成本大幅度下降,已接近火力发电的成本。全世界有5万兆瓦的风电机组在工作,在欧洲丹麦这个国家有一半电是风力发电这个国家比较小,在欧洲整个大电网以后也可以有。我国风电08年年底装机总量达到9500兆瓦已经超过国家计划好几倍,新增容量08年3600兆瓦,比07年增长速度是100倍。

    能源是多种多样的,但是新能源最近几年我们研究比较热是这几个,一个是风力,一个是太阳能,还有核能,水能小水电当然也算是一种新能源。我国风能陆上可开发容量储量是2.53亿KW,海上就更多了,太阳能总量是502万KJW/平方米,地热、生物质能也非常丰富。

    这个是我们国家风力功率密度,大家看一下就是所谓沙尘暴来源都是在这儿,戈壁沙漠都吹到我们北京,这个部分装上风力发电对沙尘暴也有一些阻挡作用。新疆、内蒙、东北,记得有一次达坂城风非常大有一次把火车都掀翻了。到2008年我们国家建立很大风电场200多个,总装机容量9500兆瓦,主要在内蒙,新疆,现在包括江苏,河北,辽宁都有。

    这个是过去一个统计,从这个趋势可以看到发展是成指数曲线在增长,而不是线性的,将来是每年基本上都是翻倍,比以前总容量翻倍。

    前面我们讲是市场,其实这里面涉及几个核心的技术,主要是风能机,发电机和控制。风能及主要是定桨矩失速控制,主动失速控制风机,这个效率就是风力能源利用率比较低了。后来发展成一种变桨矩,改变叶片风角使发电提高,代表产品是丹麦的维斯塔斯,核心技术包括发电机以及电动性,最早用比较多是出容势(音译)发电机,现在双倍发电机。新发明,发展起来是用包括电力磁等等。其实最核心还有一个电控,一个是风力特别大的时候需要限速,否则会把桨液挂断了,除外还有风力发电运行方式研究,不同类型的控制方法研究,以及最大功率跟踪等等,还有风力是大范围,大时间尺度是随机,冬天比较多,夏天比较少,这个时候需要一定的储能,我们讲风力发电已经产能过剩不是指这些核心技术产能过剩,是指总机场我们我们国内有60、70家,大部分核心技术电控问题都是引进国外,这个国外不但不够,而是远远不够。

    我国风力发电的前景与对策,这个是原来规划2010年时装机20GW,2030年发电将占全国总发电量的10%,对电网将产生影响,丹麦占50%为什么没有影响,因为他国家比较小,它的电网是在整个欧洲的大电网。假如我们国家占10%对我们国家影响是非常大。

    因此还有一问题就是成本问题,国外进口这些东西毕竟非常贵,我们必须在核心技术有所作为,尤其是变频器等部分,加强国产化使成本进一步下降,还有就是大力发展更大容量的离岸型风力发电系统。在十一五我们国家投入巨资,几个亿,展开了研究情况,最近我们刚刚进行了一个汇报,全国很多厂家包括组机场、变频厂,这些是国内著名企业已经建成生产线,应该说通过十一五计划我们掌握了核心家属,在十二五计划当中国家要进一步加大投资产业化。

    离岸型风力发电有一个特点,它的维修非常麻烦,这个要直升机调动,所以说可靠性要求非常高,功率也很大,那样效益才能出来。这是我们国家西北陆上三峡一个工程,风力发电量超过三峡,甘肃西北有很强的风电资源,但是大家知道知道他的风电输电很弱,到兰州已经一千多公里,要到上海,到北京就更远了,要把这个风力能源输送过来将来要加高压直流输电系统。

    此外蓬勃发展还有其他的新能源,比如说太阳能发电,我们国家太阳能的资源也是比较丰富,像青藏高原,因为离太阳比较近,四川少一些。这是功率密度,风力发电有一个是采用光伏电池,白天的电希望存储起来晚上也可以用还有可以用太阳能,热,不同的槽型,积聚太阳热量。在太阳能发电系统当中有这么几个环节,比如说有电池组,这是目前我们国家生产比较多的多晶硅,而且出口占全世界量很大,控制器,还有储能还有变换器,多晶硅我们出口分量很大,但是消耗能源很大,而且造成环境污染,因此在国务院会议当中提出这个多晶硅已经是过剩,发展一些新型太阳能电池组是各式各样太阳能电池组比较,效率等等,目前这个价格也在急剧下降,接近使用。这是它组成部分有串联,并联,有直接串联,还有直接并联低压等等,但是安装位置很不一样,比如说有按在房顶上,这个可以伸出来,甚至可以贴在玻璃门墙。

    这个是欧洲,德国用比较多,国家政策比如说太阳能发电,国家自己家里面建一些国家可以补贴一半,政策鼓励,此外发电用不了还可以向电网卖,我们电表不承认,想卖也卖不了。有各种各样的形状,在我们清华大学有一个节能楼,很大一部分是采用太阳能,目前讲在我国为什么推广比较少呢,就是成本。比如说国外很多别墅,上面都可以采用加了太阳能板。这里面也有很多技术,比如说太阳能电池转换效率很关键,变换器结构,最大频率跟踪,并网研究,系统控制,我们要从中国制造到中国创造,核心要掌握什么?主要就是技术,这里面大家很多资金,比如说找好的产品,但是产品是从这发展起来的,或者说希望有志于新能源的企业。

    关注一下最新的技术发展,这是我们国家太阳能发展一些展望,2010年总容量达到300兆瓦。2015年大规模的并网系统,主要希望降低成本,提高转换效率,进一步还可以发展外空间太阳能发电,就是怎么把它收回来的技术。其他新能源我们国家研究比较早,地热,小水电等等,最近几年还有燃料电池。地热我们国家西藏羊八井有地热站。潮汐和小水电,我们国家小水电资源非常丰富在四川,很多可开发量一千瓦。燃料电池是最近十年发展比较热的,最大好处没有污染,比如说它的排放物是水,甚至可以直接喝,但是问题是这些成本。磁流体发电我们国家研究也比较早,但是现在接近实用并不太多,还有核能发电。

    但是这些新能源发电都一个特点,包括传统发电不能储存,新能源还有它很多是比较随机,比如说太阳能,白天比较多,晚上没有,风能是冬天比较多,夏天很少,所以说进入一个大电力系统以后我们是希望非常稳定,需要把发出来电存储存起来,存储方式也是一个重点,传统有抽水蓄能。还有压缩空气,传统我们比较熟悉是蓄电池。

    最近几年发展比较多是这三种,一个超导储能、超级电容、飞轮储能。超导储能利用超导线圈温度下,需要一个冷却装置,和低温容器,转换效率非常高,但是成本比较高,要实现低温负270度还是很复杂,一个大系统需要可以进一步降低成本。这是一个超导低温,比如说叶片的储蓄罐,可以把电网的能够送到前圈。

    超级电容最近也实际上发电更块一些,更接近使用,进行它充电负责快,不像蓄电池,刚才说电动汽车传统蓄电池我们要冲几个小时,最快要一个小时一个小时。但是你要定上一个超级电容损时这些能量,能量需求可以用超级电容提供,这样结合优点效率也非常高,最近几年超级电容储能非常快,上海已经采用,到站不到一分钟把能量存进去。我到国外看到欧洲已经开始研究超级电容储能地铁,每次地铁自动把能量储到超级电容。

    此外还有更大的就是说储能装置是飞轮,高速飞轮,低速飞轮,能量密度非常大,功能密度比较小,在其他新能源发电中也有广阔应能,飞轮也是一个得大固体高速旋转,经常是一万转,几万转,做好以后能量也是非常大,核心是要通过电力装置把能量给电网这是一个飞轮。现在有成熟的比如说飞轮储能装置在卖,这是各种储能装置,有的是充电非常快,但是能量密度,有的是能量密度比较大,但是充电非常慢,所以要结合起来。

    最后给出结论,在我国一个长期国策要大力发展新能源,在不久将来这种新能源发电成为我国电力系统建设中不可缺少部分。比如说达到10%以后就必须要研究它的对电网没有到10%的时候要研究它对电网的影响,而占领这些新能源高端市场必须掌握核心技术,简单比如说出口一些电池等等这些,拿不到核心的利润,高端的利润。此外我们说这些核心技术,变频器等等,还可以应用在其他的节能领域,包括刚才讲的新能源汽车,最近国家大力发展高速列车,城市轻轨等等,还有周总介绍的轧钢系统,还有船舰,部分军舰以及航母等等。

    这个是世界最大的油轮,这个是比泰坦尼克号大得多,将来军舰也要采用全电化的,这样它的动态性能非常好。在大容量变频装置,最近大家关注创业板也好几个公司专门搞大容变频机已经上市了,有幸我跟他们合作比较多。因此见证了他们这些企业的成长,尤其最近两年国产的高压大容量变频机占国内市场60%以上,这是非常了不起的。

    因此希望在座企业各位朋友,进一步通力合作,把我们中国这种企业要大略高端掌握核心技术将来还可以打向国外,谢谢大家。

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