与电力电容发展密切的五个行业.docx

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与电力电容发展密切的五个行业

一、高铁行业

㈠高铁行业分布图

从图上可以看到中西部将成为未来高铁行业发展的主战场。

㈡高铁行业市场规模

根据测算，按平均每公里耗资1亿计算，到2016年我国高铁总投资将达到3万亿。

从建设周期来看，最先受益的是基础设施建设，包括桥梁隧道建设所涉及的工程机械，水泥，建筑材料，其次是轨道铺设所涉及的钢铁、轨道生产加工、机床设备，还有运营前期的车辆和配套设施采购，其中包括机车及车厢的生产、电气化信息信号设备以及计算机控制系统。

而在最终的运营养护环节中，机车的零部件、养护耗材、车站运营将持续获益。

根据铁道部的相关数据对高铁总投资的各项构成进行测算，其中基建部分占40-60%（包含桥梁、隧道和车站建设、铺轨等），占比最大；动车采购占10-15%（包括整车、车轴、紧固件、控制器件等零部件），其余部分占比为25%-40%（包括通信、信号及信息工程、电力及电力牵引供电等），可谓是市场潜力巨大。

㈢高速铁路对供电质量的影响及治理措施

1高速铁路的负荷特性

高速铁路是一种特殊的大功率单相负荷,主要具有负荷波动大、负荷量大、非线性和冲击性等特点。

a.负荷波动大

由于列车在运行中的加速、惰行、制动等各种状态以及线路坡度、弯道及气候条件等因素影响，且客流量分布在不同地区、不同时段也千差万别。

所以，牵引变电站接触网上的列车数量及每一列车的负荷状态随时都在变化，导致负荷波动大。

某高速铁路牵引变电站24小时内有功功率波动情况如图2所示。

从功率曲线可以看出，高速铁路牵引变电站的负荷波动很大。

b.牵引功率大

由于空气阻力随速度呈几何级数增长，牵引力主要克服空气阻力运行，高速列车运行速度高，因此牵引负荷功率很大，约是普通铁路牵引负荷的3~5倍。

如350km/h速度时，列车运行所需功率最高超过24MW。

随着我国高速铁路技术的不断发展，运营速度还可能进一步提高，运营密度加大，牵引负荷功率亦将继续增大。

c.非线性

高速列车采用交-直-交牵引变流器把牵引网的工频交流电经过整流逆变，转变为适合牵引电机工作的电能，这是一个非线性过程，因此不可避免的会产生谐波电流。

d.不对称性

由于高速铁路采用单相供电制，且牵引网两供电臂的负荷不可能完全保持一致，因此对于三相电网来说,属于不对称负荷，会产生负序电流，造成牵引变电站外接电网三相不平衡。

㈣高速铁路对供电质量的影响

高速列车采用交-直-交的PWM变流技术，功率因数一般大于0.95，而且谐波污染方面较以前的交-直机车有很大改善。

但由于仍采用了大量整流、逆变等电力电子器件，因此不可避免地还会产生一定的谐波电流注入公用电网，且谐波的频谱及幅值与交-直机车不同。

从测试数据看，高速列车主要产生13、20、21、22、24等较高次的谐波电流。

另外，由于高速铁路的不对称性将产生大量负序电流，导致供电网三相不平衡。

因此，高速铁路对供电质量主要带来谐波和负序问题，加上高速铁路本身负荷功率大、冲击性大等特性，对电网的其它设备带来一些负面影响。

㈤高速铁路电能质量改善措施

高速铁路给电网带来的谐波和负序问题得到广泛关注和重视，各国根据自身情况采取不同措施进行改善，取得了很好的效果。

下面介绍目前几种常用的治理措施：

（1）大容量电网供电采用高电压、大短路容量的电网给高速铁路供电，可以减小负序电流和谐波电流在输电线路上产生的电压降，从而减轻对供电系统的影响，否则容易导致负序电压和谐波电压畸变率超标。

法国、西班牙等国的牵引变电站都采用220kV或以上的电压供电，电力系统短路容量在10000MVA左右，个别采用220kV以下电压供电时，都要求有较大的系统短路容量。

韩国采用154kV电源供电，系统短路容量平均为8000MVA。

我国110kV电网的系统短路容量一般都较小，难以满足供电需要。

铁路和电力部门在京津、武广、合宁等高速铁路工程供电的研究和协调中，已全部采用220kV电源供电。

（2）轮流换相通过采用轮流换相，使同一电力系统供电的不同变电站产生的负序电流部分抵消，降低总体的负序电流水平。

理论分析和实际运行都表明：

采用完整的轮流换相后，注入系统的负序电流可以减小40%以上。

目前，法国所有牵引变电站在接入电力系统时，必须采用轮流换相，使不同变电站产生的负序电流部分抵消，降低总体的负序电流水平。

意大利要求每个电力系统以不同的相序同时供给3个牵引变电站，如果3个牵引变电站的负荷相等，则系统侧看三相负荷基本平衡。

另外，西班牙则通过科学安排列车的运行调度，以尽量使电力系统的三相保持平衡，从而减小负序电流。

我国高速铁路也采用轮流换相方式接入电网，如武广客运专线牵引变电站全部采用轮换接线方式，牵引站相序按照（AB）→（-CA）…（-BC）→（AB）轮换。

（3）采用独立电网。

为了避免高速铁路对电力系统其它负荷的影响，德国的高速铁路全部采用独立发电系统和独立电网供电。

（4）加装补偿装置通常。

在牵引变电站供电臂加装动态补偿装置（如SVC），可起到滤除谐波、抑制电压波动、改善三相平衡度等作用。

如，日本在新干线每供电臂加装了6000kvar动态无功补偿装置；另外，还提出在牵引变电站高压侧加装动态补偿装置来实现负序治理和谐波治理，但受到高电压限制难以实现。

二、节能改造行业

现如今能源危机已深深影响一个国家的经济发展，如何将有限的资源高效的利用？

节能改造势在必行。

传统而且经济的做法是增加电容补偿柜和滤波柜。

这里我就不再赘述了。

随着变频技术的发展，变频器越来越受到广泛的应用。

现已空压机节能改造方案为例：

①传统空压机的问题

1、电能浪费严重

传统的加卸载式空压机，能量主要浪费在：

1）加载时的电能消耗

在压力达到所需工作压力后，传统控制方式决定其压力会继续上升10%左右，直到卸载压力。

在加压过程中，一定会产生更多的热量和噪音，从而导致电能损失。

另一方面，高压气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压，这一过程同样耗能。

2）卸载时电能的消耗

当达到卸载压力时，空压机自动打开卸载阀，使电机空转，造成严重的能量浪费。

空压机卸载时的功耗约占满载时的30%～50%，可见传统空压机有明显的节能空间。

 2、工频启动冲击电流大

主电机虽然采用Y-△减压起动，但起动电流仍然很大，对电网冲击大，易造成电网不稳以及威胁其它用电设备的运行安全。

对于自发电工厂，数倍的额定电流冲击，可能导致其他设备异常。

3、压力不稳，自动化程度底

传统空压机自动化程度低，输出压力的调节是靠对加卸载阀、调节阀的控制来实现的，调节速度慢，波动大，精度低，输出压力不稳定。

4、设备维护量大

空压机工频启动电流大，高达5~8倍额定电流，工作方式决定了加卸载阀必然反复动作，部件易老化，工频高速运行，轴承磨损大，设备维护量大。

5、噪音大

持续工频高速运行，超过所需工作压力的额外压力，反复加载、卸载，都直接导致工频运行噪音大。

②改造原则:

根据空压机原工况并结合生产工艺的要求，对空压机进行变频技术改造后，系统满足以下要求。

1）空压机经过改造后，系统通过转换开关切换，具有变频和工频两套控制回路，采用开环和闭环两套控制回路。

一拖二起动时，对两台电机M1，M2，可以通过转换开关选择变频/工频启动。

正常运行时，电机M1处于变频调速状态，电动机M2处于工频状态。

现场压力变送器检测管网出口压力，并与给定值比较，经PID指令运算，得到频率信号，调节转速达到所需压力。

停止时按下停止按钮，PLC控制所有的接触器断开，变频器停止工作。

2）确保变频出现异常保护时，不至于影响生产的正常进行。

为了防止非正弦波干扰空压机控制器，变频器输入端有抑制电磁干扰的有效措施。

控制线、信号线采用屏蔽线缆，布线时和动力电缆分开，防止引入干扰。

3）电机变频运行状态时保持储气罐出口压力稳定，压力波动范围不能超过依0.02MPa。

4）空压机不允许长时间在低频下运行，空压机转速过低，一方面使空压机稳定性变差，另一方面也使缸体润滑度变差，会加快磨损，所以工作下限不低于30Hz。

5）设置高压保护、高温保护、等设置报警及故障自诊断。

（1）高压保护当系统压力超过设定值时，自动切断主机电源，使压缩机紧急停机。

（2）高温保护当压缩机排气温度超过调定值时，由接在主机排气孔口处的温度传感探头控制温度电触点动作，自动切断电动机电源，使压缩机紧急停机。

（3）电气保护系统采用软启动方式，具有相序保护（防止压缩机反转）、缺相保护、电机热过载保护等功能。

③空压机变频改造后的优点

1，节能：

总体节能达20%以上

1）加载时的节能：

空压机进行变频改造后，压力始终保持在所需的设定工作压力，比改造前可降低10%的压力，根据功耗公式可知改造后此项可节能10%

2）卸载时的节能，电机卸载运行时消耗的能量是加卸时的40%左右，按平均四分之一左右的卸载时间算，此项可节能10%左右

2、启动电流小，对电网无冲击

变频器可使电机起动、加载时的电流平缓上升，没有任何冲击；可使电机实现软停，避免反生电流造成的危害，有利于延长设备的使用寿命；

3、输出压力稳定

采用变频控制系统后，可以实时监测供气管路中气体的压力，使供气管路中的气体的压力保持恒定，提高生产效率和产品质量；

4、设备维护量小 

空压机变频启动电流小，小于2倍额定电流，加卸载阀无须反复动作，变频空压机根据用气量自动调节电机转速，运行频率低，转速慢，轴承磨损小，设备使用寿命延长，维护工作量变小。

5、噪音低 

变频根据用气需要提供能量，没有太多的能量损耗，电机运转频率低，机械转动噪音因此变小，由于变频以调节电机转速的方式，不用反复加载、卸载，频繁加卸载的噪音也没有了，持续加压，气压不稳产生的噪音也消失了。

 总之，采用变频恒压控制系统后，不但可节约一笔数目可观的电力费用，延长压缩机的使用寿命，还可实现恒压供气的目的，提高生产效率和产品质量。

三、新能源行业

导读：

伴随着消费类电子技术的日新月异，对于电源的要求也越来越高，超级电容器由于具有大功率密度、长寿命、安全可靠性高和对温度差异不太敏感等特殊优势，且可为锂离子电源、燃料电池等主电源提供功率补偿，以提高电源品质和延长电源使用寿命，因而迅速得到了市场人士的普遍认可，近几年来参与到这一市场竞争的厂商日益增多。

纵观当前超级电容器的实际应用状况，伴随着消费类电子技术的日新月异，对于电源的要求也越来越高，超级电容器由于具有大功率密度、长寿命、安全可靠性高和对温度差异不太敏感等特殊优势，且可为锂离子电源、燃料电池等主电源提供功率补偿，以提高电源品质和延长电源使用寿命，因而迅速得到了市场人士的普遍认可，市场占有率的份额逐年扩大，行业增长迅速。

2013-2016年中国超级电容器市场规模预测

在市场供应方面，出于对未来应用前景的看好，近几年来参与到这一市场竞争的厂商日益增多，其中，上海奥威科技开发有限公司、深圳今朝时代新能源技术有限公司、北京集星联合电子科技有限公司、锦州凯美能源有限公司、哈尔滨巨容新能源有限公司等一批国内本土厂商陆续冒升起来，国际品牌中则以美国MAXWELL、韩国LSMtron、Nesscap、日本松下、NEC-TOKIN等为代表。

作为典型的资本密集型产业，超级电容器正处于快速发展的阶段，除了要在关键技术上（如：

电极、电解质和隔膜材料等）继续取得突破之外，扩大生产规模以达到较佳的规模效益，降低使用成本，以及深入了解不同行业的应用需求，开发有针对性的技术解决方案，这些都是目前厂商们在市场竞争中的着力点。

价格平稳，大容量/高功率成主方向

在产品价格上，由于技术及应用层面日渐成熟，整体超级电容器产品的价格趋于理性，有市场人士表示，目前产品价格的下调区间基本保持在每年10%以内。

尤其是小容量超级电容器产品已基本趋向成熟（以0.1F、0.47F、1F等为主流），产品被广泛应用在税控机、太阳能草坪灯、风光互补路灯、电子电动玩具、数码相框、智能仪表、电能表等领域。

同时，在国家“十二五”期间低碳、节能、环保政策的驱动下，大容量（100F以上，甚至达到20万F）和更高功率（如8-10KW/kg）的超级电容器市场也正在踏上一条高速发展的轨道。

“在小型以及移动消费类电子产品方面，超级电容器的价格呈现价格逐步走稳的态势，”上海奥威科技开发有限公司超级电容器工程技术研究中心副主任张熙贵表示，“相对于大容量超级电容器，小型超电容的价格较贵，目前的价格基本为50-100元/kJ。

而针对汽车应用的大型及超大型超级电容器的市场售价也较为稳定，一般在10-20元/kJ的范围，根本原因在于市场对大型及超大型超级电容器需求的不断增长，简单来讲，就是供求关系所致，目前业内厂商大多着重于对关键技术和核心技术的开发上。

”

据介绍，目前奥威科技正在上海南汇建设100亩的超大型超级电容器生产基地，产能设计为350万只/年，产值超过6亿元人民币，未来企业重点的开发计划将集中在车用大功率超级电容器和高比能超级电容器产品的制造和市场推广方面，其中，新型高比容材料技术（石墨烯及其复合材料最为看好）、极片成型技术、电源管理技术、测试技术及标准制定等将是开发的重中之重。

此外，北京集星联合电子科技有限公司也于去年全面扩建位于江苏常州的超级电容生产基地，新的生产基地可达到年产300万支100F以上超级电容单体产品规模，并且其位于北京的模组生产基地也通过新一轮的投资建设，实现了年产3万套标准模组和200套客户定制大型储能系统的能力。

新能源汽车、风电市场突显新商机

　　无可置疑的是，在现阶段内，国家政策导向依然是推动超级电容器行业向前发展的重要动力。

在国家“十二五”能源与环保政策的带动下，新能源汽车（特别是大中型客车）、风电行业等将成为大容量超级电容器重要的应用市场，据有关资料统预测，2013中国超级电容器市场规模预计约为19.2亿元人民币，2016年则将增至33亿元人民币，年均增长率在20%左右。

　　对于近期新能源汽车市场的发展动向，深圳市今朝时代新能源技术有限公司董事兼常务副总经理杨国庆分析道，从市场新增容量来看，随着“十城千辆”新能源汽车推广结束于今年3月，新能源客车的补贴在上半年将用完，预计2013年新能源客车的补贴额度还将继续增加，新能源客车的销量将超过此前补贴计划的5000辆。

另一方面，今年6月“国十条”提出加快淘汰“黄标车”，各地政府也纷纷推出细则在规定期限内淘汰“黄标车”，这将在未来三年内创造出63万辆大中客车的更新需求，而新能源客车则成为重要的乘用客车市场补缺及发展方向之一。

　　在内燃机车的电起动系统中采用超级电容器辅助起动装置，具有非常高的功率密度，因此能较好地满足电动汽车在起动、加速、爬坡时对功率的需求，若与动力电池配合使用，还可以减少大电流充放电对电池的伤害，延长电池的使用寿命，并具有非常高的能量回收率。

　　而在另一个热点市场——风电行业中，由于前段时间国内风电发展迅猛，产能扩张过快导致安全事故频繁发生，2011年国家收回了风电项目的审批权。

经过近两年的行业洗牌，整个行业趋向成熟，今年5月，《国务院关于取消和下放一批行政审批项目等事项的决定》正式发布。

“根据新的规定，企业投资风电站项目核准由原来的国家发展改革委下放至地方政府投资主管部门，审批权下放将有利风电行业进入恢复性增长阶段。

根据业内预测，2013年中国风电新增装机有望重回1500-1600万千瓦的水平，较去年低点反弹约20%。

”杨国庆说。

目前，超级电容器在风力发电应用中主要涉及到以下几个领域：

风电变桨系统的后备电源，实现快速充电和放电；FTU后备电源，提供给开关设备的电动分闸机构分闸电源；微电网超级电容储能系统，用于调整微电网功率，以及提供微电网功率支撑。

除了这些应用领域之外，在城市轨道交通领域，超级电容器作为一些关键核心部件的能量储存器以及稳压器，将为轨道交通装备的低噪、低振动、节能技术的研发与产业化作出贡献；在智能电网的建设中，国家大力发展大规模间歇式新能源并网技术、支撑电动汽车发展的电网技术、大规模储能系统、智能配用电技术等规划，都将进一步促进对超级电容器的开发与利用。

掌握应用需求，开发行业解决方案

随着市场的快速发展，超级电容器行业显示出勃勃生机，一方面，市场的有效竞争将刺激并促进超级电容器技术的飞跃式发展；另一方面，超级电容器的生产及应用规模不断扩大，也有利于终端用户在整体使用成本上的降低。

在产品价格逐步透明化的市场上，不同厂商之间的竞争焦点越来越多地体现在售前产品技术方案的开发，以及售后服务等方面。

　　不同的应用场合，对于超级电容器的具体需求各不相同。

张熙贵介绍道，例如，在混合动力汽车的应用中，一般要求电源系统的模块具有超大功率密度（至少5-10kW/kg）、长寿命（10万次循环充放）、一致性高（电源模块单体间的容量、电压和内阻等指标差异小于2%）等性能；而对于纯电动超级电容城市客车、码头牵引车和机场摆渡车等，则主要考虑的是安全性第一，即对超级电容器的设计，特别是模块设计、电源管理和散热管理提出了更加严格的要求；其次是要求实现最佳的成本控制。

　　为此，奥威科技开发的纯电动城市公交客车二代产品采用远程监控技术，能实时跟踪各个电容单体的性能状况，从而大幅提高了整车的安全系数。

但在成本控制上，张熙贵认为，由于相对于锂离子等电源产品，目前超级电容器的价格劣势仍较为明显（动力锂离子电池的市场价格一般在5-6元/Wh，而超级电容器则高达10-20元/Wh，但如果将循环使用寿命考虑进去，超级电容器的综合价格与动力锂电相比，优势还是十分突出的），因此，还需要通过技术创新，特别是对材料技术的开发来降低制造成本，其中新型碳材料，包括石墨烯、纳米介孔碳和金属氧化物及其复合材料等将对超级电容器的成本降低起到至关重要的影响。

　　今朝时代同样也是一家致力于提供超级电容储能技术解决方案的生产企业，集大容量超级电容器关键材料、单体、模组和储能系统研发、生产和销售于一体。

该公司推出的超级电容单体系列的电压主要集中于2.7V-3.0V，容量在120F-4000F之间，已大批量应用于节能与新能源汽车、风力发电、电力和军工等领域，目前，今朝时代制造中心节能与新能源汽车储能系统月产能约为4,500组，风力发电储能系统月产能约为10,000组，在生产制造方面也已通过IS09000质量体系、ISO环境体系认证。

在行业技术方案的开发上，今朝时代针对节能与新能源汽车应用，开发出了电驱动与制动能量回馈系统；针对风力发电应用，开发出了变桨系统后备电源方案等；针对电力系统应用，开发出了微电网/配电自动化解决方案等。

据杨国庆介绍，为了加大研发力度，切实满足客户的应用需求，今朝时代还建成了“深圳超级电容储能技术工程实验室”和南山区“新型储能系统技术公共服务平台”，并积极与国内外知名院校、机构等展开产学研合作，其中包括与中国科技开发院、LSMtron公司、深圳市五洲龙汽车有限公司、哈尔滨工业大学深圳研究生院、湖南大学材料与工程系等联合共建实验室和工程中心，以超级电容储能技术研究为核心，共同推动新型能源产业的快速发展。

“我们将努力把超级电容器在节能与新能源应用行业中的产品品质和服务业务推上一个新台阶，除了目前编制的三个与大容量超级电容器相关的企业标准之外，今朝时代还将全力推进各行业的标准认证，加强与客户的沟通，逐步引导客户对超级电容器产品应用及未来技术发展前景的认知，推动超级电容器在国内各应用领域的快速发展。

”

四、农村电网改造

为什么要进行农村电网改造？

——随着经济发展，农村最早铺设线路的最大负荷已经不能满足农村用电的需求，负荷增大，势必造成线路中的电流增大，这样输电线路上一方面电压降比较大，引发用户电压低的矛盾；另一方面损耗比较大，浪费严重，如果电线持续发热比较严重，会引起火灾等等。

如何改造：

五、医疗行业

在如今这个时代，看病难成了一个难题，一是因为中国的人口众多，二是因为医疗队伍、设备紧缺。

随着经济不断快速的发展，医疗行业将会迈入一个新的台阶。

众所周知，医院对于电能质量的要求较高，除了传统的无功补偿之外，双电源是不可或缺的，尤其是高质量的双电源。

1.医院随着规模和技术的发展,对供电的质量、连续性和可靠性的要求越来越高在电力系统中广泛采用备用电源自动投入装置,保证供电连续性方面取得了较好的成效。

目前县市级医院大多数都采用一路电源供电,当电路发生故障和线路检修时,医院用电得不到有效的保障,影响到病人的安全治疗,产生了医疗安全隐患,同时也容易产生医疗纠份。

采用备用电源自动投入装置系统,医院用电的连续性和可靠性会得到很大提高。

2.根据一项权威统计结果，对所在地区92家县市级医院调查调查显示采用了双电源自动切换供电系统的只有6家,占6%,采用发电机作为备用电源的有65家,占71%,其它方式21家,占23%。

目前县市级的医院主要是用发电机作为备用电源,当市电停止供电后,医院需要用备用发电机发电,给部分重要科室进行局部供电,比如手术室、新生儿科等。

一般情况下停电后,需要20min才能完成从发电到正常供电,这样不仅影响了患者在就诊时的治疗,而且容易引发医疗安全事故,如果此时遇到病人在手术中或是病人正在抢救中,就会对病人产生严重伤害,造成不良的后果,由此而产生的医疗纠纷也时有发生,使医生和患者的关系更为紧张。

所以随着医疗行业的稳步发展，双电源的市场前景还是比较看好的。