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电力技术的发展趋势及应用前景.pdf

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. 电力技术的发展趋势及应用前景 郑健超* （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。电力已成为生产发展和社 会变革最重要的技术基础。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。 在步人新世纪的时候，人类面临的重大挑战是实现可持续发展，而在可持续发展的条件 下满足日益增长的能源和电力需求则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， 人均能耗仅能达到目前全世界的平均水平。如果大力发展洁净煤、核电、水电、可再生能源 和开发油气资源的计划不能如期实现，我国将面临严重的能源短缺，大量进口能源将不可避 免，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，强化洁 净煤发电技术的应用，加快发展水电、核电和其他可再生能源发电。可以看出，实施这些发 展战略都意昧着必须加逮我国电气化的进程，提高电力在终端能源中的比例，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发展方向。 过去，电力技术主要属于传统技术的范畴。近年来，电力技术的发展日益显现出高技术 与传统技术交叉、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。 電力電子(powerelectronics)主要是研究改善電能使用效率的工程技術，藉由 整合微電子、功率半導體元件、與自動控制等技術於電能儲存、電力傳輸與轉換、 與各種不同形式電源需求的應用。 電力電子是電機工程的一個分支，主要在於將電能作不同形式的轉換以供各種不 同的應用。例如：太陽能轉換、感應加熱、燈光控制、交直流電源穩壓、電能與 磁能轉換、馬達驅動、電銲、放電加工、電池儲能、功率因數修正，以及種種其 他各式各樣的應用。 電力電子近年來發展快速，此學術領域涵蓋廣泛且具有技術整合性特質，也是自 動化、國防、航太、運輸、能源、與環保等工業發展的基礎技術。電力電子雖然 已有相當的發展歷史，唯近年來由於電力半導體開關元件的快速發展，使得新式 的功率開關元件如PowerMOSFET、IGBT、MCT、與IPM等，可以高頻切換進行電 能處理，使得電力電子產品更能達到「輕薄短小、高效能、高可靠度」的完美境 界。 電力電子主導一些未來科技的發展，其重要性與日遽增。電力電子與微電子技術 的結合將造成許多相關產業的革命，例如電動汽車、電動機車、磁浮火車、變頻 器、伺服驅動器、智慧型UPS、小型智慧能源處理系統、太陽能智慧屋、電池儲 能系統、電子變壓器、高壓直流電力傳輸系統等等，這些未來產品均將與我們的 日常生活息息相關，因此先進國家如美日等國均視為下一波科技競爭主要發展目 標之一。 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。前后对比之后，深感电力电子技术确实已有了很大的发展。特别有个新感受是：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 路的发展形成了微电子学，其应用是信息电子学。从晶闸管及其他电力半导体器件的发展和 变流技术结合则形成电力电子学。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。 从二十年的发展来看，半导体器件确实起了推动电子技术发展的作用。集成电路对信息 产业发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发展中的主 要角色。难怪当初电力电子的倒三角定义的中心就是晶闸管。这些年来的经验表明：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。