從技術(shù)層面看新能源發(fā)展

　　2010年1月19日下午，2009中國(guó)電氣行業(yè)發(fā)展高峰論壇暨中國(guó)電氣行業(yè)十大評(píng)選頒獎(jiǎng)盛典在北京釣魚(yú)臺(tái)國(guó)賓館完美落幕。這次盛典旨在鼓勵(lì)和肯定那些為中國(guó)電氣行業(yè)的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)的企業(yè)和人物，并為他們提供一個(gè)展示自己形象，提升產(chǎn)品知名度的舞臺(tái)。

清華大學(xué)電機(jī)工程系教授 博士生導(dǎo)師 電力電子與電機(jī)系統(tǒng)研究所負(fù)責(zé)人 李永東

　　盛典規(guī)模空前宏大，原機(jī)械工業(yè)部電工局局長(zhǎng)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)周鶴良，中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電氣節(jié)能專委會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)、深圳市節(jié)能專家委員會(huì)主任委員王占奎，清華大學(xué)電機(jī)工程系教授、博士生導(dǎo)師、原電力電子與電機(jī)系統(tǒng)研究所負(fù)責(zé)人李永東，中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)重大技術(shù)裝備辦公室處長(zhǎng)周思剛，以及陸儉國(guó)、陳德桂、盧強(qiáng)、尹天文、王春巖等眾多行業(yè)內(nèi)知名專家學(xué)者受邀出席本次盛典，并與超過(guò)兩百位電氣行業(yè)頂尖級(jí)企業(yè)精英就新能源對(duì)電氣行業(yè)發(fā)展的影響展開(kāi)巔峰論道。會(huì)上，先是特邀嘉賓周鶴良就微型電動(dòng)汽車(chē)現(xiàn)狀與前景作了具體透析，隨后是李永東教授對(duì)關(guān)于新能源及節(jié)能的主題演講。兩位專家的精彩發(fā)言獲得現(xiàn)場(chǎng)與會(huì)人士熱烈掌聲。

　　以下是清華大學(xué)電機(jī)工程系教授 博士生導(dǎo)師 電力電子與電機(jī)系統(tǒng)研究所負(fù)責(zé)人李永東演講實(shí)錄：

　　李永東：很容幸我最近20年見(jiàn)證了我們國(guó)家工業(yè)和自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。古人講前30年睡不著，后30年睡不醒，我是前十年有心栽花花不開(kāi)，主要跟很多國(guó)營(yíng)大所，各種計(jì)劃國(guó)家的計(jì)劃和合作，但是真正見(jiàn)效益是后十年無(wú)心插柳柳成蔭，很多民營(yíng)企業(yè)家最近十年進(jìn)步非常快。剛才郭總和周老從管理和國(guó)家角度為什么提供很好的建議和指導(dǎo)。

　　我報(bào)告的重點(diǎn)從技術(shù)層面看一下新能源積極發(fā)展意味著什么？主要分這么幾個(gè)方面，大家知道目前人類(lèi)面臨世界性難題是能源短缺和環(huán)境污染，據(jù)統(tǒng)計(jì)石油儲(chǔ)量只夠使用30到50年，我們國(guó)家開(kāi)采量只有世界1/10，今年我國(guó)石油進(jìn)口量達(dá)1.6億噸，2020年將達(dá)2.5億噸，對(duì)外依存度大于55%，油價(jià)一會(huì)高，一會(huì)低，是被后面金融家操作。在我們需要的時(shí)候價(jià)格說(shuō)取樂(lè)，因此我們流失了很多外匯。此外我們國(guó)家需要煤炭很多用于火力發(fā)電，盡管煤炭?jī)?chǔ)量很大，但是我們只占世界人均1/2，火力發(fā)電需要大量水。

　　大家知道北方地區(qū)是缺水的，此外大量煤炭沒(méi)有經(jīng)過(guò)深加工被燒掉，造成對(duì)環(huán)境污染，世界十個(gè)環(huán)境污染嚴(yán)重的國(guó)家世界上有6個(gè)是我們國(guó)家。二氧化碳，二氧化硫排放我國(guó)已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，居于全球第一。因此我們領(lǐng)導(dǎo)人去受到壓力也比較大，汽車(chē)尾氣排放造成全球溫室效應(yīng)已經(jīng)造成我們國(guó)家空氣污染，尤其北京這種大城市，很難見(jiàn)到藍(lán)天，污染對(duì)生育是一個(gè)殺手。我們國(guó)家的特殊問(wèn)題是能源效率也比較低下，低于世界平均水平10%，單位GDP能耗是美國(guó)3.5倍，歐盟5.9倍，日本9.7倍，印度的1.6倍，比世界平均水平還是要高三倍，而GDP只占世界的7%。每年平均給法國(guó)一個(gè)人提供三雙鞋子，法國(guó)人口是6、7千萬(wàn)，還有一些電子垃圾，這些造成污染。當(dāng)然我們希望提出一些解決之道，一個(gè)是節(jié)能，節(jié)能再節(jié)能我們認(rèn)為怎么強(qiáng)調(diào)都不過(guò)分，占工業(yè)用電30%以上各類(lèi)風(fēng)級(jí)，泵類(lèi)負(fù)載，工礦變化比較大，采用交流調(diào)速實(shí)現(xiàn)定速運(yùn)行，節(jié)能效率比較明顯，以平均節(jié)電20%，計(jì)算對(duì)全國(guó)來(lái)說(shuō)年節(jié)電600億噸，同時(shí)可以相應(yīng)減少2000萬(wàn)噸發(fā)電用碳，這個(gè)產(chǎn)業(yè)改造以后可以形成一個(gè)龐大市場(chǎng)，意味著技術(shù)的進(jìn)步。目前為什么西門(mén)子、ABB國(guó)外大公司，紛紛來(lái)我國(guó)主要看中這個(gè)市場(chǎng)。

　　此外就是我們現(xiàn)在大力倡導(dǎo)新能源，新能源包括水電，風(fēng)電，太陽(yáng)能，生物質(zhì)能、核電等等。如全球風(fēng)能資源實(shí)際上是很大，每年高達(dá)50萬(wàn)1000瓦小時(shí)，是水能資源十倍，2020年全球電力需求兩倍。加入我們都用把風(fēng)力資源利用起來(lái)，全球2020年的電力需求都?jí)颍€不致，是一種清潔可再生能源。最近20年風(fēng)力風(fēng)電單臺(tái)功率增加100倍，成本大幅度下降，已接近火力發(fā)電的成本。全世界有5萬(wàn)兆瓦的風(fēng)電機(jī)組在工作，在歐洲丹麥這個(gè)國(guó)家有一半電是風(fēng)力發(fā)電這個(gè)國(guó)家比較小，在歐洲整個(gè)大電網(wǎng)以后也可以有。我國(guó)風(fēng)電08年年底裝機(jī)總量達(dá)到9500兆瓦已經(jīng)超過(guò)國(guó)家計(jì)劃好幾倍，新增容量08年3600兆瓦，比07年增長(zhǎng)速度是100倍。

　　能源是多種多樣的，但是新能源最近幾年我們研究比較熱是這幾個(gè)，一個(gè)是風(fēng)力，一個(gè)是太陽(yáng)能，還有核能，水能小水電當(dāng)然也算是一種新能源。我國(guó)風(fēng)能陸上可開(kāi)發(fā)容量?jī)?chǔ)量是2.53億KW，海上就更多了，太陽(yáng)能總量是502萬(wàn)KJW/平方米，地?zé)帷⑸镔|(zhì)能也非常豐富。

　　這個(gè)是我們國(guó)家風(fēng)力功率密度，大家看一下就是所謂沙塵暴來(lái)源都是在這兒，戈壁沙漠都吹到我們北京，這個(gè)部分裝上風(fēng)力發(fā)電對(duì)沙塵暴也有一些阻擋作用。新疆、內(nèi)蒙、東北，記得有一次達(dá)坂城風(fēng)非常大有一次把火車(chē)都掀翻了。到2008年我們國(guó)家建立很大風(fēng)電場(chǎng)200多個(gè)，總裝機(jī)容量9500兆瓦，主要在內(nèi)蒙，新疆，現(xiàn)在包括江蘇，河北，遼寧都有。

　　這個(gè)是過(guò)去一個(gè)統(tǒng)計(jì)，從這個(gè)趨勢(shì)可以看到發(fā)展是成指數(shù)曲線在增長(zhǎng)，而不是線性的，將來(lái)是每年基本上都是翻倍，比以前總?cè)萘糠丁?/P>

　　前面我們講是市場(chǎng)，其實(shí)這里面涉及幾個(gè)核心的技術(shù)，主要是風(fēng)能機(jī)，發(fā)電機(jī)和控制。風(fēng)能及主要是定槳矩失速控制，主動(dòng)失速控制風(fēng)機(jī)，這個(gè)效率就是風(fēng)力能源利用率比較低了。后來(lái)發(fā)展成一種變槳矩，改變?nèi)~片風(fēng)角使發(fā)電提高，代表產(chǎn)品是丹麥的維斯塔斯，核心技術(shù)包括發(fā)電機(jī)以及電動(dòng)性，最早用比較多是出容勢(shì)（音譯）發(fā)電機(jī)，現(xiàn)在雙倍發(fā)電機(jī)。新發(fā)明，發(fā)展起來(lái)是用包括電力磁等等。其實(shí)最核心還有一個(gè)電控，一個(gè)是風(fēng)力特別大的時(shí)候需要限速，否則會(huì)把槳液掛斷了，除外還有風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行方式研究，不同類(lèi)型的控制方法研究，以及最大功率跟蹤等等，還有風(fēng)力是大范圍，大時(shí)間尺度是隨機(jī)，冬天比較多，夏天比較少，這個(gè)時(shí)候需要一定的儲(chǔ)能，我們講風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)產(chǎn)能過(guò)剩不是指這些核心技術(shù)產(chǎn)能過(guò)剩，是指總機(jī)場(chǎng)我們我們國(guó)內(nèi)有60、70家，大部分核心技術(shù)電控問(wèn)題都是引進(jìn)國(guó)外，這個(gè)國(guó)外不但不夠，而是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

　　我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的前景與對(duì)策，這個(gè)是原來(lái)規(guī)劃2010年時(shí)裝機(jī)20GW，2030年發(fā)電將占全國(guó)總發(fā)電量的10%，對(duì)電網(wǎng)將產(chǎn)生影響，丹麥占50%為什么沒(méi)有影響，因?yàn)樗麌?guó)家比較小，它的電網(wǎng)是在整個(gè)歐洲的大電網(wǎng)。假如我們國(guó)家占10%對(duì)我們國(guó)家影響是非常大。

　　因此還有一問(wèn)題就是成本問(wèn)題，國(guó)外進(jìn)口這些東西畢竟非常貴，我們必須在核心技術(shù)有所作為，尤其是變頻器等部分，加強(qiáng)國(guó)產(chǎn)化使成本進(jìn)一步下降，還有就是大力發(fā)展更大容量的離岸型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。在十一五我們國(guó)家投入巨資，幾個(gè)億，展開(kāi)了研究情況，最近我們剛剛進(jìn)行了一個(gè)匯報(bào)，全國(guó)很多廠家包括組機(jī)場(chǎng)、變頻廠，這些是國(guó)內(nèi)著名企業(yè)已經(jīng)建成生產(chǎn)線，應(yīng)該說(shuō)通過(guò)十一五計(jì)劃我們掌握了核心家屬，在十二五計(jì)劃當(dāng)中國(guó)家要進(jìn)一步加大投資產(chǎn)業(yè)化。

　　離岸型風(fēng)力發(fā)電有一個(gè)特點(diǎn)，它的維修非常麻煩，這個(gè)要直升機(jī)調(diào)動(dòng)，所以說(shuō)可靠性要求非常高，功率也很大，那樣效益才能出來(lái)。這是我們國(guó)家西北陸上三峽一個(gè)工程，風(fēng)力發(fā)電量超過(guò)三峽，甘肅西北有很強(qiáng)的風(fēng)電資源，但是大家知道知道他的風(fēng)電輸電很弱，到蘭州已經(jīng)一千多公里，要到上海，到北京就更遠(yuǎn)了，要把這個(gè)風(fēng)力能源輸送過(guò)來(lái)將來(lái)要加高壓直流輸電系統(tǒng)。

　　此外蓬勃發(fā)展還有其他的新能源，比如說(shuō)太陽(yáng)能發(fā)電，我們國(guó)家太陽(yáng)能的資源也是比較豐富，像青藏高原，因?yàn)殡x太陽(yáng)比較近，四川少一些。這是功率密度，風(fēng)力發(fā)電有一個(gè)是采用光伏電池，白天的電希望存儲(chǔ)起來(lái)晚上也可以用還有可以用太陽(yáng)能，熱，不同的槽型，積聚太陽(yáng)熱量。在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中有這么幾個(gè)環(huán)節(jié)，比如說(shuō)有電池組，這是目前我們國(guó)家生產(chǎn)比較多的多晶硅，而且出口占全世界量很大，控制器，還有儲(chǔ)能還有變換器，多晶硅我們出口分量很大，但是消耗能源很大，而且造成環(huán)境污染，因此在國(guó)務(wù)院會(huì)議當(dāng)中提出這個(gè)多晶硅已經(jīng)是過(guò)剩，發(fā)展一些新型太陽(yáng)能電池組是各式各樣太陽(yáng)能電池組比較，效率等等，目前這個(gè)價(jià)格也在急劇下降，接近使用。這是它組成部分有串聯(lián)，并聯(lián)，有直接串聯(lián)，還有直接并聯(lián)低壓等等，但是安裝位置很不一樣，比如說(shuō)有按在房頂上，這個(gè)可以伸出來(lái)，甚至可以貼在玻璃門(mén)墻。

　　這個(gè)是歐洲，德國(guó)用比較多，國(guó)家政策比如說(shuō)太陽(yáng)能發(fā)電，國(guó)家自己家里面建一些國(guó)家可以補(bǔ)貼一半，政策鼓勵(lì)，此外發(fā)電用不了還可以向電網(wǎng)賣(mài)，我們電表不承認(rèn)，想賣(mài)也賣(mài)不了。有各種各樣的形狀，在我們清華大學(xué)有一個(gè)節(jié)能樓，很大一部分是采用太陽(yáng)能，目前講在我國(guó)為什么推廣比較少呢，就是成本。比如說(shuō)國(guó)外很多別墅，上面都可以采用加了太陽(yáng)能板。這里面也有很多技術(shù)，比如說(shuō)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率很關(guān)鍵，變換器結(jié)構(gòu)，最大頻率跟蹤，并網(wǎng)研究，系統(tǒng)控制，我們要從中國(guó)制造到中國(guó)創(chuàng)造，核心要掌握什么？主要就是技術(shù)，這里面大家很多資金，比如說(shuō)找好的產(chǎn)品，但是產(chǎn)品是從這發(fā)展起來(lái)的，或者說(shuō)希望有志于新能源的企業(yè)。

　　關(guān)注一下最新的技術(shù)發(fā)展，這是我們國(guó)家太陽(yáng)能發(fā)展一些展望，2010年總?cè)萘窟_(dá)到300兆瓦。2015年大規(guī)模的并網(wǎng)系統(tǒng)，主要希望降低成本，提高轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)一步還可以發(fā)展外空間太陽(yáng)能發(fā)電，就是怎么把它收回來(lái)的技術(shù)。其他新能源我們國(guó)家研究比較早，地?zé)幔∷姷鹊龋罱鼛啄赀€有燃料電池。地?zé)嵛覀儑?guó)家西藏羊八井有地?zé)嵴尽３毕托∷姡覀儑?guó)家小水電資源非常豐富在四川，很多可開(kāi)發(fā)量一千瓦。燃料電池是最近十年發(fā)展比較熱的，最大好處沒(méi)有污染，比如說(shuō)它的排放物是水，甚至可以直接喝，但是問(wèn)題是這些成本。磁流體發(fā)電我們國(guó)家研究也比較早，但是現(xiàn)在接近實(shí)用并不太多，還有核能發(fā)電。

　　但是這些新能源發(fā)電都一個(gè)特點(diǎn)，包括傳統(tǒng)發(fā)電不能儲(chǔ)存，新能源還有它很多是比較隨機(jī)，比如說(shuō)太陽(yáng)能，白天比較多，晚上沒(méi)有，風(fēng)能是冬天比較多，夏天很少，所以說(shuō)進(jìn)入一個(gè)大電力系統(tǒng)以后我們是希望非常穩(wěn)定，需要把發(fā)出來(lái)電存儲(chǔ)存起來(lái)，存儲(chǔ)方式也是一個(gè)重點(diǎn)，傳統(tǒng)有抽水蓄能。還有壓縮空氣，傳統(tǒng)我們比較熟悉是蓄電池。

　　最近幾年發(fā)展比較多是這三種，一個(gè)超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容、飛輪儲(chǔ)能。超導(dǎo)儲(chǔ)能利用超導(dǎo)線圈溫度下，需要一個(gè)冷卻裝置，和低溫容器，轉(zhuǎn)換效率非常高，但是成本比較高，要實(shí)現(xiàn)低溫負(fù)270度還是很復(fù)雜，一個(gè)大系統(tǒng)需要可以進(jìn)一步降低成本。這是一個(gè)超導(dǎo)低溫，比如說(shuō)葉片的儲(chǔ)蓄罐，可以把電網(wǎng)的能夠送到前圈。

　　超級(jí)電容最近也實(shí)際上發(fā)電更塊一些，更接近使用，進(jìn)行它充電負(fù)責(zé)快，不像蓄電池，剛才說(shuō)電動(dòng)汽車(chē)傳統(tǒng)蓄電池我們要沖幾個(gè)小時(shí)，最快要一個(gè)小時(shí)一個(gè)小時(shí)。但是你要定上一個(gè)超級(jí)電容損時(shí)這些能量，能量需求可以用超級(jí)電容提供，這樣結(jié)合優(yōu)點(diǎn)效率也非常高，最近幾年超級(jí)電容儲(chǔ)能非常快，上海已經(jīng)采用，到站不到一分鐘把能量存進(jìn)去。我到國(guó)外看到歐洲已經(jīng)開(kāi)始研究超級(jí)電容儲(chǔ)能地鐵，每次地鐵自動(dòng)把能量?jī)?chǔ)到超級(jí)電容。

　　此外還有更大的就是說(shuō)儲(chǔ)能裝置是飛輪，高速飛輪，低速飛輪，能量密度非常大，功能密度比較小，在其他新能源發(fā)電中也有廣闊應(yīng)能，飛輪也是一個(gè)得大固體高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)常是一萬(wàn)轉(zhuǎn)，幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，做好以后能量也是非常大，核心是要通過(guò)電力裝置把能量給電網(wǎng)這是一個(gè)飛輪。現(xiàn)在有成熟的比如說(shuō)飛輪儲(chǔ)能裝置在賣(mài)，這是各種儲(chǔ)能裝置，有的是充電非常快，但是能量密度，有的是能量密度比較大，但是充電非常慢，所以要結(jié)合起來(lái)。

　　最后給出結(jié)論，在我國(guó)一個(gè)長(zhǎng)期國(guó)策要大力發(fā)展新能源，在不久將來(lái)這種新能源發(fā)電成為我國(guó)電力系統(tǒng)建設(shè)中不可缺少部分。比如說(shuō)達(dá)到10%以后就必須要研究它的對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有到10%的時(shí)候要研究它對(duì)電網(wǎng)的影響，而占領(lǐng)這些新能源高端市場(chǎng)必須掌握核心技術(shù)，簡(jiǎn)單比如說(shuō)出口一些電池等等這些，拿不到核心的利潤(rùn)，高端的利潤(rùn)。此外我們說(shuō)這些核心技術(shù)，變頻器等等，還可以應(yīng)用在其他的節(jié)能領(lǐng)域，包括剛才講的新能源汽車(chē)，最近國(guó)家大力發(fā)展高速列車(chē)，城市輕軌等等，還有周總介紹的軋鋼系統(tǒng)，還有船艦，部分軍艦以及航母等等。

　　這個(gè)是世界最大的油輪，這個(gè)是比泰坦尼克號(hào)大得多，將來(lái)軍艦也要采用全電化的，這樣它的動(dòng)態(tài)性能非常好。在大容量變頻裝置，最近大家關(guān)注創(chuàng)業(yè)板也好幾個(gè)公司專門(mén)搞大容變頻機(jī)已經(jīng)上市了，有幸我跟他們合作比較多。因此見(jiàn)證了他們這些企業(yè)的成長(zhǎng)，尤其最近兩年國(guó)產(chǎn)的高壓大容量變頻機(jī)占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)60%以上，這是非常了不起的。

　　因此希望在座企業(yè)各位朋友，進(jìn)一步通力合作，把我們中國(guó)這種企業(yè)要大略高端掌握核心技術(shù)將來(lái)還可以打向國(guó)外，謝謝大家。