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电力前沿技术的现状和前景 郑健超中国电力科学研究院 电力技术是通向可连续发展的桥梁，这个论断已经逐步成为人们的共鸣。研究表明，为了实现可持续发展，应尽可能把一次能源转换为电能使用，提高电力在终端能源中的比例。因为，在保证雷同的能源服务水平的前提下,使用电力这种优质能源最干净、便利，易于控制、效率最高。如果能将大量分散燃用的化石燃料都高效洁净地转换为电力使用，人们赖以生存的环境和生涯质量就会大大改善。因此，电能高效洁净地生产、传输、贮存、 调配和使用的技术将成为来世纪电力技术的重点领域。电力技术属于传统技术的领域，技术翻新和涌现重大冲破的机遇要比信息科学、性命科学、材料科学等新兴学科少得多。然而，应当看到，电力技术与其他学科的彼此穿插和浸透的趋势越来越显明。电力研究的一些前沿课题反应了这种趋势。以下将对若干电力前沿技术的现状和未来发展远景进行评述。 1分布式电源 分布式发电装置(Distributed Generation)是指功率为数千瓦至50 MW小型模块式的、与环境兼容的独破电源。这些电源由电力部门、电力用户或第3方所有，用以知足电力系统和用户特定的要求。如调峰、为边远用户或商业区和居民区供电，节俭输变电投资、提高供电可靠性等等。 当今的分布式电源主要是指用液体或气体燃料的内燃机(IC)、微型燃气轮机(Microtur_bines)和各种工程用的燃料电池(Fuel Cell)。因其具有良好的环保性能，分布式电源与小机组已不是统一概念。 1.1应用背景 由于公家对输电线路可能产生的电磁影响的忧愁，开拓新的线路走廊越来越困难。例如，北美和西欧许多国家已决定一般不再兴修新的输电线路。于是，直接安顿在用户近旁的分布式发电装置便成为一种替代方案。其次，与大电网配合，分布式电源可大大地提高供电可靠性，可在电网瓦解和意外灾祸(例如地震、狂风雪、人为破坏、战斗)情况下，维稳重要用户的供电。加拿大魁北克省1997年冰雪灾造成输配电线路灾害性损坏，引起大面积停电，许多重要用户长期不能恢复供电。人们意识到，如果能有与电网配合的分布式电源在运行，供电可靠性将会大大地提高，一些灾害性效果是可以避免的。 对供电网难以到达的边远分散用户，分布式电源在技术经济上拥有竞争力。此外，发展电动车电源是研究发展分布式电源的重要推能源。 1.2微型燃气轮机 微型燃气轮机(Micro Turbine),是功率为几千瓦至多少十千瓦，转速为96 000 r/min，以自然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，工作温度500℃，其发电效力可达30%。目前国外已进入示范阶段。其技术关键是高速轴承、高温材料、部件加工等。可见，电工技术的打破常常取决于材料科学的先进。 1.3燃料电池 燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的安装。它是一种很有发展前程的干净和高效的发电方式，被称为21世纪的散布式电源。 1.3.1燃料电池的工作原理 燃料电池的工作原理颇似电解水的逆过程。氢基燃料送入燃料电池的阳极(电源的负极)改变为氢离子，空气中的氧气送入燃料电池的阴极(电源的正极)，负氧离子通过2极间离子导电的电解质到达阳极与氢离子结合成水，外电路则构成电流。 通常，完全的燃料电池发电系统由电池堆、燃料供应系统、空气供给系统、冷却系统、电力电子换流器、保护与控制及仪表系统组成。其中，电池堆是中心。低温燃料电池还应装备燃料改质器(又称为燃料重整器),表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表(。高温燃料电池存在内重整功能，毋庸配备重整器。 磷酸型燃料电池(PAFC)是目前技术成熟、已商业化的燃料电池。现在已能生产大容量加压型11 MW的设备及便携式250 kW等各种设备。第2代燃料电池的溶融碳酸盐电池(MCFC)，工作在高温(600~700℃)下，重整反映可以在内部进行，可用于规模发电，现在正在进行兆瓦级的验证试验。固体电解质燃料电池(SOFC)被称为第3代燃料电池。由于电解质是氧化锆等固体电解质，未来可用于煤基燃料发电。质子交流膜燃料电池是最有盼望的电动车电源。 1.3.2性能和特色 燃料电池有以下长处：(1)有很高的效率，以氢为燃料的燃料电池，理论发电效率可达100%。熔融碳酸盐燃料电池，实际效率可达584%。通过热电联产或结合轮回综合利用热能，燃料电池的综合热效率可望达到80%以上。燃料电池发电效率与规模基础无关，小型设备也能得到高效率。(2)处于热备用状态，燃料电池跟随负荷变化的能力十分强，可以在1 s内追随50%的负荷变化。(3)噪音低；可以实现实际上的零排放；省水。(4)安装周期短，安装地位灵活，可省去新建输配电系统。 目前燃料电池大范围利用的阻碍是造价高，在经济性上要与惯例发电方法竞争尚需时日。 1.3.3技术关键和研究课题 燃料电池的技巧要害涉及电池性能、寿命、大型化、