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我国电能质量行业发展概况

芯长征科技  · 公众号  ·  · 2024-03-12 09:35

正文

“安全、可靠、经济、优质、环保”一直以来都是我国电力系统运行的基本要求,尤其电力体制改革以来,电能正逐渐回归其商品的属性,质量至关重要。电能质量对电力系统及电气设备的安全和效率,以及生产、生活和国民经济的总体效益均有着巨大的影响力。电力应用中常见的电能质量问题主要包括谐波、三相不对称、陷波、电压闪变、谐振暂态、脉冲暂态、电压瞬变、 噪声等。随着光伏、风电等新能源产业的快速发展,电网建设的不断推进,轨道交通建设的加速, 冶金等高能耗类企业用电需求的增加,以及半导体、汽车制造等电能质量高要求用户不断发展, 不但加剧了一些以往长期存在的谐波、三相不对称等电能质量问题,电压瞬降等一系列新的电能 质量问题也不断产生,世界各国每年因电能质量问题造成的损失巨大。根据美国电力科学研究院 EPRI 发布的数据显示,美国每年因电能质量问题造成的损失高达 300 亿美元;根据国际铜业协 会《中国电能质量行业现状与用户行为调研报告》数据显示,调查的 32 个行业共 92 家企业中, 137 有 49 家企业因电能质量问题造成严重的经济损失。
电能质量问题会产生诸多危害,诸如导致设备工作异常、产生废品,计算机复位、数据丢失, 设备效能降低、寿命缩短、过热、烧毁,电容器击穿损坏、功率因数下降、设备容量下降,电力 损耗增加、付出更多电费等等。随着我国社会转型和经济高速发展,电能质量问题呈现出了新的特点:一方面,我国电网规模越来越大,各种非线性负荷和新能源发电的接入以及无法避免的各 种故障,给系统带来越来越多的电能质量问题;另一方面,对电能质量问题敏感的用电设备应用 越来越广泛,如高精度的生产仪器、精密机床等,用户对电能质量的要求也越来越高。因此,对 电能质量的改善与治理就显得尤为重要。
电能质量行业发展初期,由于国内缺乏相应强制实行的标准,使得国内企业普遍对电能质量 问题认识较为淡薄,这使得市场推动力不足。但随着政府、发电、供电以及用电企业对电能质量 的理解和认识的加深,汽车制造、半导体等高科技企业对电能质量的要求越来越高。2018 年颁布的《中华人民共和国电力法》修正案在第四章第二十八条规定:供电企业应当保证供给用户的供 电质量符合国家标准。对于公用供电设施引起的供电质量问题,应当及时处理。用户对于供电质 量有特殊要求的,供电企业应当根据其必要性和电网的可能,提供相应的电力。上述条款将电网 公司的电能质量责任提到了一个新的高度。从目前来看,中国电能质量监测、治理的推动主要由 供电部门来发起,全国各地的供电系统成为电能质量监测、治理的积极推动者。近年来,随着电 能质量问题的不断加剧以及造成的损失增加,我国电能质量总体市场在各方面的推动下呈稳步增长的趋势。根据亚洲电能质量产业联盟发布的《2018 电能质量行业发展白皮书》数据显示,2014 年我国电能质量行业市场销售总额为 159.34 亿元,2016 年为 174.17 亿元,复合年增长率为 8%;2017 年我国电能质量行业市场总额超过 200 亿元,预计 2020 年增长至 364.23 亿元,2017-2020 年复合年增长率为 22.11%。

2014-2020 年电能质量行业市场总销售额(亿元)

从目前电能质量问题的解决方案来看,主要可以分为电能质量监测、电能质量治理、电能质 量服务三类。电能质量监测产品、电能质量治理产品、电能质量软件及服务是电能质量行业最主 要的三个领域:

随着电能质量问题逐渐引起重视,我国电能质量产业正在快速崛起,电能质量监测设备、电 能质量治理设备、电能质量系统软件与服务三大领域都取得了一定成绩。根据《2018 电能质量行 业发展白皮书》数据,电能质量治理产品市场规模大约有 186.46 亿元,占总体市场 93%;电能质 量监测市场有较大幅度上升,但市场基数不大。

电能质量行业主要产品领域市场分布

随着电力、电子设备应用的逐渐广泛,各种用电设备对电能质量的敏感性不断增加,电能质 量产品作为供电、发电和用电三方了解电能质量状况、解决电能质量问题的必备工具,将会得到 快速的发展,未来拥有较大的市场潜力。从提高电能质量的角度出发,全社会不同层面的参与者 都能够从中获益。终端用户可以通过提高生产效率,延长设备使用寿命和减少缴纳电费,直接获 得经济好处;发电企业和电力公司通过优化资产管理及减少输配电损耗提高运行效率;全社会通 过提高用电效率,降低碳排放,减缓全球变暖并实现可持续发展。随着“十四五”规划的落地, 国家科技实力和创新能力将大幅跃升,创新驱动发展成效显著,高新技术企业将迎来迅猛发展。这些智能制造、汽车、生物制药、半导体、航空航天等各领域的高新技术企业,对供电质量的要 求也逐步提高,对电能质量关注程度也随之提高,相应对电能质量监测、治理产品需求同样提高, 未来国内电能质量设备市场具有巨大的发展空间和潜力。
电力系统是发电、变电、输电、配电和用电环节组成的电能生产与消费系统,电能质量即电力系统中电能的质量。公司产品应用在电力系统中各环节,包含发电、变电、输电、配电和用电。产品应用领域按特征划分为如下几类:
①电网:电力系统中具有供电职能的企业,包括国家电网、南方电网、内蒙古电网下属的各 省电力公司或供电局;
②光伏:利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能转换为电能的发电企业,属 于新能源发电之一;
③风电:利用风推动发电机进行转动,把风的动能转换为电能的发电企业,属于新能源发电 之一;
④轨道交通:通常以电能为动力,采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通工具及运输系统, 包括铁路、地铁、轻轨、有轨电车、磁悬浮轨道系统等;
⑤企业用户:电力系统中除了电网、光伏、风电、轨交之外的其他用电用户,包括但不限于 钢铁、煤炭、冶金、半导体、汽车制造、精密仪器制造等企业。上述光伏、风电、轨道交通、电网建设领域的异同点如下:


下游应用领域的行业发展情况如下:

(1)光伏、风电等新能源高速发展,电能质量地位重要性凸显

目前发电依然使用化石燃料为主要的发电形式,但由于世界各国化石燃料资源日益减少,能源安全、生态环境、气候变化等问题日益突出,加快发展太阳能、风能等新能源发电已成为推动 能源转型发展、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动。

中国光伏行业协会发布的数据显示,2010 年我国光伏发电年新增装机量不到 1 吉瓦,2021 年全国新增光伏并网装机容量 54.88 吉瓦,同比上升 13.9%。累计光伏并网装机容量达到 308 吉瓦,新增和累计装机容量均为全球第一。全年光伏发电量为 3,259 亿千瓦时,约占全国全年总发电量的 4.0%。预计 2022 年光伏新增装机量超过 55 吉瓦,累计装机有望达到约 383 吉瓦。

在经历了前几年的高速发展后,我国的光伏行业达到了产能和装机量的高峰,但带来的直接 后果便是补贴缺口的不断扩大,为了避免行业无序发展,国家发展改革委、财政部、国家能源局 联合发布了《关于2018 年光伏发电有关事项的通知》,并在 2019 年陆续出台《关于积极推进光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》等多项政策性文件,进一步完善竞争性配置,推进补贴 退坡,鼓励平价上网,实现光伏电价的平稳过渡,构建光伏产业健康可持续发展的新模式。2019 年国内光伏发电市场进入无补贴平价上网与享受国家补贴竞争配置、存量项目建设等多种项目模 式并存的新阶段,增速有所放缓,但仍在发展之中。
根据国家能源局数据显示,2020 年,全国风电新增并网装机 7,167 万千瓦,其中陆上风电新 增装机 6,861 万千瓦、海上风电新增装机 306 万千瓦,到 2020 年底,全国风电累计装机 2.81 亿 千瓦,其中陆上风电累计装机 2.71 亿千瓦、海上风电累计装机 900 万千瓦,风电装机占全部可再 生能源发电装机的 30.09%。2020 年风电发电量 4,665 亿千瓦时,同比增长约 15%,占全部可再 生能源发电量的 21.06%。
新能源在并网过程中会对发电系统造成一些影响,主要表现在电网频率、谐波等方面的波动, 造成电压不平衡等问题,对电能质量技术产生了新需求。这些需求表现在分布式电源的不确定性 及网络的复杂性使供配电系统的电能质量问题恶化,其中有功不平衡引起的电压不稳定、低频振 荡、损耗增大等问题尤为严重,这使电能质量监测和治理变得更加重要。全面优化电力系统的布 局和设计,加强电力系统的智能化建设,在电力系统容易发生闪变和波动的情况下,及时加装电力监测和治理装置,以保证并网后的稳定运行,推动新能源发电行业的稳定、可持续发展。
(2)电网建设投资稳步增长,拉动电能质量行业进一步发展
我国电力行业发展较快,但由于前期一直存在缺电局面,导致电力行业的建设偏重电源建设,呈现“重发、轻供、不管用”的局面。近年来,随着电源方面的持续投资,我国发电能力已经达到了较高水平,能够满足经济发展所需,而电源电网建设不平衡所导致的问题也逐渐体现,造成 传输过程中电能损耗高、覆盖不均匀、能源利用率低等后果。为妥善解决此问题,针对电源的投 资开始慢慢减少,电力投资趋势从偏重电源投资逐步转向电网投资。我国电网工程投资额自 2013 年开始快速上升并首次超过了电源工程投资额,标志着电力投资的重点逐渐向配电网络转移,电网建设投入力度不断加大。根据国家能源局数据显示,2013年我国电网工程投资额为3,849 亿元, 2021 年电网工程投资额增长至 4,951 亿元,年均复合增长率为 3.20%。

2009 年 5 月,国家电网首次提出“坚强智能电网”概念。2010 年 3 月,“加强智能电网建 设”被写入当年《政府工作报告》,上升为国家战略。随后,国家电网、南方电网先后制定了发展规划。智能电网是在物理电网的基础上,结合先进的传感测量、通讯、信息、计算机和控制等 物联网技术,实现二者的有效整合,基于高度数字化的整合、收集体系形成新型电网,达到优化 143 电网的运行以及管理的目的,提高电网的可靠性、管理效率以及服务水平。在绿色、节能、智能 意识的推动下,智能电网成为了世界各国竞相发展的重要领域。根据国家电网发布的《国家电网 智能化规划总报告》,国家电网三阶段智能电网各环节及投资比例如下:

智能电网投资范围广、覆盖地域范围大、包含的电力环节长、涉及产品品类众多,电能质量 行业产品属于智能电网投资中发电、输电、变电、配电、用电环节的电能质量在线监测和治理类。智能电网的大力发展,将产生大量的配套电能质量产品需求。
(3)轨道交通建设不断推进,电能质量行业产品需求稳步提升
城市化的持续推进,为轨道交通行业的发展提供了基础保障。近年来,我国城市轨道交通建设正凭着运输量大、安全性高、速度越来越快的优势在全国内不断“开疆拓土”,扩大建设的宽度和广度。据中国轨道交通网统计,截至 2019年末,国内城市轨道交通在建线路229 条(段),总里程5,680.84 公里,投资额 39,773.39 亿元;2020 年预计新增开工 38 条,新增里程 676.86 公里,新增投资额达 4,633.91 亿元;2021年预计新增开工48 条,新增里程 1,409.56 公里,新增投 资额达 7,764.82 亿元。
2020 年,全国铁路固定资产投资完成 7,819 亿元,投产新线 4,933 公里,其中高速铁路 2,521 公里。全国铁路营业里程 14.63 万公里以上,其中高铁 3.8 万公里;全国铁路路网密度 152.3 公里 /万平方公里。其中,复线里程 8.7 万公里,复线率 59.5%;电气化里程 10.7 万公里,电化率 72.8%。西部地区铁路营业里程 5.9 万公里。

目前国内的地铁、高铁等大量应用 UPS 电源、可控硅调光系统、大型 LED 设备需要高质量 的电源,对供电连续性要求较高,对电压波动等各种问题非常敏感。随着我国城市轨道交通和铁 路等建设力度的加大和建设进度的加快,这些设备的大量应用也使得应用于该领域的电能质量行 业产品的需求稳步提升。






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