电能质量产业与技术的新机遇和新挑战

／安徽大学电能质量工程研究中心 李令冬／

电能质量产业与技术的新机遇和新挑战

／安徽大学电能质量工程研究中心 李令冬／

目前电能质量技术与产业面临的最大挑战是：电力需求侧结构变化、节能环保的压力等对配电技术创新的需求；产业链延伸、规模扩大和激烈的市场竞争使企业面临着新的转型升级。

一、引言

新一轮电力体制改革（以下简称“新电改”）的出发点是回归电能的商品属性、形成市场决定电价的机制、以电价为中心引导资源的有效开发和合理使用；最大亮点是面向社会资本有序放开配售电业务、有序放开发电业务。

随着中国制造工业特别是高耗能企业和高科技产业的规模化高速发展、人民生活水平的迅速提高等因素使中国已成为世界第一用电大国，电力用户对电网电能质量的扰动越来越严重、对电能的要求也越来越高；智能电网和分布式新能源发电的规模化高速发展、当今世界最大的中国电力系统建设和运行等因素使电能质量控制越来越困难，对电能质量的要求也越来越高。新电改给电能质量技术与产业带来的最大机遇是：平等地参与电力需求侧配售电、可再生能源与储能的发电、负荷控制等业务的竞争。目前电能质量技术与产业面临的最大挑战是：电力需求侧结构变化、节能环保的压力等对配电技术创新的需求；产业链延伸、规模扩大和激烈的市场竞争使企业面临着新的转型升级。可再生能源发电高密度接入电网，带来对储能发电与负荷控制的技术和产品的巨大需求，这是当前电能质量技术与产业发展的主要关注点。

二、新电改改革要点

（一）新电改文件

《中共中央国务院关于进一步深入电力体制改革的若干意见》（中发2015]9号）文件已正式下发。9号文件出台，标志着新一轮电力改革大幕开启，在我国电力改革历史上具有里程碑的意义。回归电能商品属性是新一轮电力体制改革任务的出发点，也是重点，电力企业的整合、转型将成为新一轮电力体制改革的主旋律。

（二）电力行业面临的紧迫问题

尚未建立有效的市场竞争机制；现行电价管理以政府定价为主，电价调整难以及时反映电力成本、供求状况、资源与环保约束等问题；新能源和可再生能源发电歧视、无障碍上网等问题。

（三）新电改给出的解决方案

管住中间（电网）、放开两头（发电和配售电），具体内容可概括为“三放开、一推进、三加强”。

三放开：有序放开非公益性电价；面向社会资本有序放开配售电业务；有序放开公益性和调节性以外的发电计划。

一独立：推进交易机构相对独立，规范运行。

三加强：强化政府监督；强化统筹规划；强化电力安全、高效、可靠供应。

新电改的最大亮点是面向社会资本有序放开配售电业务、有序放开发电业务。

三、电力体制改革给电能质量技术与产业带来的机遇

（一） 原动力

1） 为了降低用电成本，工商业电力用户将发生如下变化：规模变大，供电量大，供电电压等级变大；大用户在用户侧将更加积极利用余热余压及太阳能、风能、水能等可再生能源等建设分布式电源以提高电力自供率；大用户将更加重视负荷控制和储能电源建设，以通过调峰减小最大需量 电费和峰时电价电费。

2）发电企业将提高在大用户侧直接售电的比例 。

3）电网企业将努力提高电能质量和供电的安全性、可靠性和稳定性。

（二） 电能质量技术需求

新电改将使电能回归其商品的属性，理想商品的基本市场特征是安全、优质和低价，其中电能质量是关键。

电力系统的改变，特别是分布式电源高密度地接入电网，对电能质量技术产生以下新的需求：负荷侧同时也是电源侧，电网结构复杂性和分布式电源的不确定性，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稳定、低频振荡、损耗增大问题尤为严重。而解决上述问题的关键技术是储能技术和有功补偿技术。

（三） 电能质量产业规模预测

（1）在未来几年，储能发电产业的价值规模为600亿元／年左右

有功控制技术是电能质量控制的关键技术，储能发电是实现有功控制的主要手段。在分布式电源接入电网和负荷终端对有功控制的需求、储能技术进步使其成本下降和强大的政策支持三大驱动力下，储能发电产业已开始呈现爆发式增长趋势。到2020年，中国储能新增容量将超过100吉瓦，其中70%为抽水储能发电，30%为压缩空气储能发电和化学储能发电。抽水储能发电的投资约为7000元人民币／千瓦左右，压缩空气储能发电的投资为4000元／千瓦人民币。粗略估计，在未来的几年内，储能发电产业价值规模将在600亿元／年左右，有功控制技术将成为电能质量产业最重要的支撑技术。

（2）滤波与无功补偿产业价值规模为85亿元人民币／年左右

滤波与无功补偿技术仍然是电能质量控制的关键支撑技术。2014年全社会平均用电功率约为6.3051亿千瓦，设无源无功补偿与滤波装置FC安装容量约为平均用电功率的1.4倍，设其价格为80元人民币／千乏，寿命20年，维护费用为2%，同时考虑我国用电量年增长率在4%左右等因素，近几年FC产业价值规模约为60亿元人民币／年左右。

有源动态无功补偿装置SVG的安装容量约为平均用电功率的20%，设其价格为160元人民币／千乏，寿命15年，维护费用为2%，同时考虑我国用电量年增长率在4%左右等因素，近几年SVG产业价值规模为20亿元人民币／年左右。

节能照明器具、计算机等办公设备、空调等家用电器和现代通信设备的广泛应用，使低压系统中的无功波动和3次谐波问题十分严重，而无源滤波装置对3次谐波滤波效果很差，这给低压有源滤波器APF的广泛应用带来很大的市场。2014年上述低压设备用电量约占全社会用电量的20%，平均用电功率约为1.26亿千瓦，总电流约为21000万安培，需要APF补偿的电流约占总电流的2%，即410万安，设其价格为15万元人民币／100安培，寿命15年，维护费用为2%，同时考虑我国用电量年增长率在4%左右等因素，则低压APF产业价值规模为5亿元人民币／年左右。滤波与无功补偿产业总价值规模为85亿元人民币／年左右。

（三）动态电压恢复器DVR产业价值规模为4亿元人民币／年左右

负荷功率冲击、开关过程、雷击、短路故障等会引起电网电压的暂升或暂降，而高效、节能并连续的工业制造流程、重要工作流程、精密加工制造流程、微电子制造流程等对其非常敏感，会使流程中断或设备损坏，经济损失巨大，目前解决这一问题最常用的办法使应用动态电压恢复器DVR。2014年上述敏感负载总平均功率约占全社会用电功率的10%，即0.63亿千瓦，需要DVR补偿的功率约占敏感负荷的20%，即为1260万千瓦，设其价格为400元人民币／千瓦，寿命15年，维护费用为2%，同时考虑我国用电量年增长率在4%左右等因素，则低压DVR产业价值规模为4亿元人民币／年左右。

（四） 电能质量监测及系统产业价值规模为4.4亿元人民币

2014年我国全口径发电容量为136019万千瓦，设发电系统电能质量监测及系统费用为1元／千瓦，寿命10年，维护费用为5%，则发电行业的电能质量监测及系统产业价值规模约为1.4亿元人民币／年。

2014年全社会平均用电功率为63051万千瓦，设输电、配电和用电系统电能质量监测及系统费用为3元／千瓦，寿命10年，维护费用为5%，则电能质量监测及系统产业价值规模约为3亿元人民币／年。

电能质量监测及系统产业总价值规模约为4.4亿元人民币/年。

（五）其他（如SVC、SSTS、飞轮储能装置等）电能质量产业价值规模约为5亿元人民币／年

综上所述，我国电能质量产业价值规模约为695亿元人民币／年，如果计及电能质量产业向智能电网电力自动化、节电、电能计量、继电保护等方向的延伸，则电能质量产业价值规模可达700亿元人民币／年以上。我国是一个发展中的国家，随着发电量和用电量的增加和分布式电源在总电源中比例的增大，我国电能质量产业价值规模将继续扩大，估计其年增长率在5%以上。

四、把握机会迎接挑战

（一）电能质量技术与产业存在的问题

目前我国电能质量产业发展主要存在以下问题：整体产业规模大，单个产业规模小（多小于10亿元人民币）；设备制造能力较强，系统服务能力较弱；建成工程多，优质运行工程较少；解决局部问题工程多，整体解决方案的大工程少；同质化服务、低价竞争，利润低下；技术上多局限于无功补偿和谐波滤波。以上六个问题归结到一个问题是系统服务能力弱。

（二）电能质量技术与产业发展面临的瓶颈问题

市场需求大、设备制造能力强与产业规模小、系统服务能力弱的严重不对称是当前电能质产业发展面临的主要瓶颈问题。

系统服务能力弱制约了电能质量产业的健康发展：工程方案简单化、同质化，缺少系统化个性化考虑，问题工程多；缺少仿真软件支撑，设计方案难以避免错误，系统优化程度低，工程质量不高；治理工程与节能减排、生产工艺、安全可靠运行等结合不够，工程效益不能最大化。

（三）电能质量技术与产业发展瓶颈的突破口

解决电能质量产业发展所面临瓶颈问题的突破口是推进电能质量产业的SPF转型升级。

（1）系统化（Systemazation，S）升级。S升级是企业功能定位和技术能力的升级，包含三个方面的含义： ①企业功能升级。由单一的电能质量治理向电能质量治理、节电控制、提高供电可靠性、电网重构、故障诊断与预测和分布式电源并网控制等综合控制发展。②企业核心技术能力升级。由拥有设备制造技术能力向同时拥有软件开发能力和系统集成技术能力发展。③S升级的目标。提高项目的规模和综合效益。

（2）个性化（Personality，P）升级。P升级是服务能力升级，即根据用户具体个性化需求定制电能质量产品或解决方案，避免同质化大规模制造和服务，以降低用户设备制造和服务成本并提高服务质量。

（3）精细化（Fine，F）升级。F升级是管理模式升级，即改变粗放式管理模式为精细化管理模式，精细化管理贯穿于方案设计、产品制造、系统集成及服务全过程，以提高项目完成的质量。

电能质量产业SPF升级的关键是提高企业的系统集成能力，培养供配用电系统分析专家。系统集成的支撑技术是软件技术，没有设计仿真软件就没有现代工程。 为了加快实现企业的SPF升级，企业必须重点做好以下三项工作：①在组织机构上增加或加强系统集成部、软件开发部、专业运行维护部和标准化部。②大力引进和培养系统集成、软件开发、面向行业的专业运行维护人才。③在营销和技术战略上要不断地提高承接重大工程的能力，完成单个工程项目的规模大小是工程技术类公司能否做大做强的重要标志。

（本文根据作者在九届电能质量高峰论坛上的讲话整理，未经作者审阅。）