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1、电力技术的开展趋势及应用前景郑健超y中国电力科学研究院-、电力新技术的社会需求20世纪工程技术的划时代成就之一就是电的日益广泛应用。电力已成为生产开展和社会变革最重要的技术根基。电力技术的不断进步，迅速改变着社会的面貌，对人们的生产方式和生活方式产生着重大影响，电气化的程度已成为现代化最显著的标志。因此，在美国国家工程院评选出的20项“20世纪最伟大的工程技术成就”中，电气化名列榜首。在我国类似的评选中，电气化也名列前茅。在步入新世纪的时候，人类面临的重大挑战是实现可持续开展，而在可持续开展的条件下满足日益增长的能源和电力需求那么是世界各国面临的最紧迫任务之一。我国由于人均拥有的一次能源极其有
2、限、能源强度高、油气资源短缺、能源利用引起的环境污染严重，要在提供充足可靠的能源和电力供应的同时减少环境污染，难度比其他国家大得多。根据预测，到2050年，我国国内一次能撅年生产能力约为30亿t标准煤，人均仅有两吨标准煤左右，人均能耗仅能到达目前全世界的平均水平。如果大力开展干净煤、核电、水电、可再生能源和开发油气资源的方案不能如期实现，我国将面临严重的能源短缺，大量进口能源将不可防止，环境状况也将更加恶化。为应对这一严峻挑战的战略有:强化节能战略的实施，强化干净煤发电技术的应用，加快开展水电、核电和其他可再生能源发电。可以看出，实施这些开展战略都意味着必须加速我国电气化的进程，提高电力在终端
3、能源中的比例，尽可能把一汰能源清沽高效地转换为电能使用。为此目的，必须在电能的生产、传输、储存、分配和使用的各个环节使用新技术。这一重大社会需求决定了未来电力技术的开展方向。过去，电力技术主要属于传统技术的范畴。近年来，电力技术的开展日益显现出高技术与传统技术穿插、融合的趋势。高技术领域的信息技术、电力电子技术、新材料技术的突飞猛进使传统电力系统己经或将要发生重大变革。以下仅举数例加以说明。重力霜子(POwerelectronics)主要是研究改善雷:能使用效率的工程技徒f,藉由整合微甯子、功率半零艘元件、典自勤控制等技彳行於甯能锯存、甯力僖翰舆奂、典各槿不同形式富源需求的愿用。富力甯子是富檄
4、工程的一值)分支，主要在於揩量能作不同形式的斡换以供各槿不同的鹰用。例如：太随能傅换、感鹰加热、燎光控制、交直流富源穗屋、富能舆磁能Iw奥、焉建.三、重罅、放量加工、量池像!能、功率因数修正，以及槿槿其他各式各檬的鹰用。重力霜子近年来赞展快速，此阜街令直域涵盖廉泛且具有技街整合性特,也是自勃化、Bl防、航太、逋翰、能源、典璟保等工蕖赞展的基磁技街。重力霜子虽隹然己有相富的樊展摩史，唯近年来由於重力半醇艘明元件的快速赞展，使得新式的功率B目元件如PoWerM()SFET、IGBT、MCT.典IPM等，可以高频切换Ift行重能虑理，使得重力重子崖品更能逢到馨薄短小、高效能、高可靠度的完美境界。重力
5、霜子主醇一些未来科技的樊展，其重要性舆日遽增。重力甯子典微甯子技济亍的结合揩造成言午多相羟渠的革命，例如宙勤汽卓、重勤1三隼、磁浮火卓、燮步直器、伺服三勤器、智慧型UPS、小型智慧能源虑理系统、太随能智慧屋、霜池储能系统、霜子建屡器、高相直流重力停输系统等等，造些未来羟品均符典我优的日常生活息息相因此先JftK家如美日等阈均视卷下一波科技真竞争主要赞展目檄之一。我国的电力电子学会成立至今，已有20个年头了。当年我曾为此准备过一篇详细的综述文章，在成立大会上作了介绍。最近着意去找了一下这二十年来写就的多篇有关电力电子技术的文章。前后比照之后，深感电力电子技术确实已有了很大的开展。特别有个新感受是
6、：由于时代的变迁，电力电子的侧重点和内容也正在发生巨大的变化。电力电子学在当年是一个崭新的名词，因而我花过很多时间就其形成、定义、特征、分类及其展望作了一番论述。当时我曾提到：五十年代末诞生了集成电路和晶闸管。从集成电路的开展形成了微电子学，其应用是信息电子学。从晶闸管及其他电力半导体器件的开展和变流技术结合那么形成电力电子学。但当时对信息电子和电力电子的关系很少考虑过，潜意识地感到它们是属于两个各奔前程的学科。从二十年的开展来看，半导体器件确实起了推动电子技术开展的作用。集成电路对信息产业开展的重要作用是谁都了解的。晶闸管等电力半导体器件也扮演了电力电子开展中的主要角色。难怪当初电力电子的倒
7、三角定义的中心就是晶闸管。这些年来的经历说明：当某种关键的半导体器件诞生后，往往会引起电子技术的一个飞跃。这也就容易理解当MoS功率器件诞生后为何又一次使电力电子技术跨上了一个新台阶。当然对MOS器件的深入认识也有个过程:最初根据场效应晶体管的单极性构造很自然理解到它必然具有较快的开关速度，从而带动了高频电力电子技术的开展。又从其电压控制模式，理解到它很容易和微电子器件接口，功率集成电路就此应运而生，使MOS器件的控制方式大为丰富并简化。但当时还没有理解到，MOS晶体管实际上还是一种具有最低阻抗的整流器件。乍一看来，利用晶体管去代替整流器似乎难以理解，可是采用了同步整流的原理后这个问题就解决了
8、。这样正好符合了电脑开展所必须的超低压电源的特殊需要，从而也就更增加了功率MOS晶体管的重要性。在半导体器件的开展中，必须注意到微电子器件永远是先导和主体。微电子器件的产值占有着半导体器件中的绝大局部，它主导了半导体新技术的开展。更重要的一点是：它在信息化的过程中起了关键作用。当今我们正处于这样一个时代，按我们国家的话来说：大力推进国民经济和社会信息化，是覆盖现代化建设全局的战略举措。这一点，在过去的年代里是无法想象的。这在某种程度上也说明了要使电力电子行业有更快开展，和信息电子挂钩也将是一个重要举措。电工领域根基研究展望一在穿插领域开展和创新中国电工技术学会副理事长关志成在20世纪电工学科随
9、着电力工业的开展获得飞速进步，并取得了辉煌的成就，在对20世纪影响最大科技成果的评选中，电力系统独居鳌头。进入21世纪科学技术将以更快的速度开展，学科之间的界限将越来越模糊，学科之间的穿插和融合将成为新世纪科技开展的特点，创新和飞跃往往发生在学科的穿插点上，21世纪的电工学科将在与信息科学，材料科学，生命科学以及环境科学等学科的穿插和融合中获得进一步开展。生产力的开展是推动科技进步的不竭动力，虽然我国的电力工业已取得了十分巨大的成绩，例如装机容量已达3亿千瓦。但是，目前我国人均占有的装机容量和发电量还不到世界平均水平的一半，仅为兴旺国家的1/6到1/10,我国的电力工业还将持续快速开展，根据“
10、十五以及未来十年电力工业开展的总目标，我国2005年发电装机容量将到达3.55亿千瓦，2010年和2015年将分别到达4.5和5.5亿千瓦。电力工业的开展和进步将对电工学科的根基研究和应用根基研究提出更多的需求，同时会给予更大的支持，是电工领域科技开展的一个强大推动力。展望新世纪，电工领域的根基研究和应用根基研究仍会是一个百花齐放蓬勃开展的局面，和其他学科的融合穿插是它的显著特点。1 .和信息科学的穿插信息学科的开展是和电工学科的开展严密联系在一起的，现在他们之间的关联和相互促进，将更为明显。电力系统本身就是一个庞大复杂，要求反响速度快，安全可靠稳定的特大系统之一，信息领域的科技成果几乎都能在
11、电力系统找到用武之地，电力系统开展的需求反过来又促进了信息科学的开展。力系统的控制，稳定，分析，仿真，经济运行，电力设备的在线监测诊断等间题，仍是研究的热点，而且和信息科学的结合将更为密切。有人提出了数字电力系统的概念，可以预见，电力系统的前沿问题研究将和计算机技术，网络技术，通讯技术，自动化技术等领域前沿问题的研究同步开展。2 .和材料科学穿插新材料的应用将极大地推进电力工业的科技进步，以硅橡胶材料为代表的有机绝缘材料在电力设备外绝缘上的应用就是一个成功的范例。迄今我国已有80余万支硅橡胶复合绝缘子挂网运行，硅橡胶防污闪憎水长效涂料已大面积推广应用，这两项新技术在防止污闪事故发生，保证电力系
12、统安全运行方面作出了积极奉献。高温超导材料在电力系统中的应用将有突破性进展，超导储能，超导变压器，超导电缆，超导电机，超导故障电流限制器等都有可能在不远的将来获得实际应用。高性能稳定廉价的超导材料，低温条件下的绝缘，低温条件的产生和维护等系列问题的研究仍需人们作出不懈努力。新型绝缘材料，磁性材料，半导体材料，合金材料等会更迅速的用于电力和电工设备，新材料的引人会对设备的设计制造起更新换代的作用。当今世界的研究热点纳米材料，也会在电力工业获得应用，其影响难以估量。3 .和生命科学的穿插生命的起源和进化是与包括宇宙射线及各种频率的电磁场在内的物理环境相适应的，随着人类文一的进步，人类制造的各种电气
13、装置和电子设备向自然界辐射出大量人工电磁场，其趋势有增元减，从而改变地球生命存在的环境，必然会对各种生命体的存在进化构成影响，调查和大量实验显示，电磁环境的改变对生物产生利与弊两方面的影响，若何利用有利影响，防止不利影响已是不容回避的问题,1996年世界卫生组织建议，在全球范围开展电磁场生物效应的深入研究。在强电磁环境下工作人员的安康防护问题，由于缺乏电工和医生严密结合的研究根基，各国指定的防护标准分歧很大。虽然电磁场技术已在骨折愈合，骨质疏松的防止，肿瘤诊治等方面获得良好临床效果，在农作物育种，禽蛋孵化，水箱养鱼等方面也获得成功应用，但总的现状是根基研究落后与应用技术研究，由于机理不清，导致
14、应用技术开发的科学依据缺乏，从而也制约了应用技术的研发。本领域的根基研究应采用理论与实验相结合，宏观与微观相结合的方法，提醒电磁场对生命体作用的基本机理。4 .与环境领域的穿插电工技术在治理大气污染的脱硫脱硝，难降解工业废水处理，有毒有害固体废弃物处理，汽车尾气处理等问题上都在开展积极的研究，有些成果已进展中试，或己得到工业化应用。现存的问题也是根基研究落后于应用技术的研究，脉冲功率技术，等离子技术，电力电子技术在和环境领域的穿插结合中将大有作为，在机理问题的研究中必须和化学及环境领域专家严密结合。除上述领域外，电工学科还将在与数学，物理，化学，新能源等领域的穿插中开拓新的方向，会在根基研究和应用根基研究中和其他学科相互促进为推动国民经济开展和科技进步作出创造性奉献。
