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  • 頭條2020 電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇 主題報告回顧(上篇)
    2020-09-18 作者:本社報道  |  來源:《電氣技術(shù)》雜志社  |  點擊率:
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    導(dǎo)語2020年8月26—28日,由中國電工技術(shù)學會和西安交通大學聯(lián)合主辦的“2020第九屆電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇暨第十三屆中國電工裝備創(chuàng)新與發(fā)展論壇”(FAFEE 2020)在西安盛大舉行,為與讀者分享FAFEE 2020的成果,本文特采擷了主題大會4位院士及12位專家報告的主要觀點,希望讀者能從中有所裨益。

    2020年8月26—28日,由中國電工技術(shù)學會和西安交通大學聯(lián)合主辦的“2020第九屆電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇暨第十三屆中國電工裝備創(chuàng)新與發(fā)展論壇”(FAFEE 2020)在西安盛大舉行,其主題為“智能融合電氣 創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展”。

    2020 電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇 主題報告回顧(上篇)

     

    為與讀者分享FAFEE 2020的成果,本文特采擷了主題大會4位院士及12位專家報告的主要觀點,希望讀者能從中有所裨益。

    1.儲熱型聚光集熱電站的發(fā)展及作用

    2020 電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇 主題報告回顧(上篇)

    何雅玲

    何雅玲,中國科學院院士、西安交通大學教授

    儲能型聚光集熱發(fā)電技術(shù)是一種有序、可調(diào)度的類常規(guī)可再生能源技術(shù)。目前,儲能型聚光集熱研究重點:聚光、集熱過程中如何構(gòu)建更加高效率、低成本的新型塔式太陽能光熱系統(tǒng),如何準確表征系統(tǒng)實時動態(tài)光學特性并揭示吸熱器非均勻能流時空特性;儲熱過程中納米復(fù)合儲熱材料性能的強化研究,多孔介質(zhì)在相變除熱器中填充結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,單罐填充床儲熱器的開發(fā)及設(shè)計。

    當前儲熱系統(tǒng)面臨的“瓶頸”問題:太陽能熱發(fā)電過程中,儲熱系統(tǒng)是解決太陽能間歇性和波動性、調(diào)節(jié)供需不匹配問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。儲熱系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)⑻剿鬟m用于高溫熔鹽雙罐儲熱技術(shù)、開發(fā)潛熱儲熱新技術(shù)、使用粒子儲熱技術(shù)等新技術(shù)。未來新型儲熱技術(shù)將重點探索分子式太陽能儲熱系統(tǒng)、光控相變儲熱材料、超高溫儲熱。

    為進一步提高效率、降低成本,下一代光熱技術(shù)將朝著更高溫度發(fā)展;采用超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)替代現(xiàn)有水蒸氣朗肯循環(huán)。高溫給下一代聚光太陽能熱發(fā)電技術(shù)(CSP)帶來了新的挑戰(zhàn),吸熱和儲熱子系統(tǒng)在高溫下會出現(xiàn)性能急劇降低和材料快速退化的問題,現(xiàn)有超臨界二氧化碳循環(huán)形式不能完全滿足CSP需求,且與之相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)備還遠不成熟。

    2.透明電網(wǎng)的技術(shù)與科學

    2020 電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇 主題報告回顧(上篇)

    李立浧

    李立浧,中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會主任委員

    當前,電力系統(tǒng)向透明電網(wǎng)演進的過程中,已發(fā)展成為結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備繁多、技術(shù)龐雜的巨維系統(tǒng)。傳統(tǒng)的單純依靠物理建模分析的方法已經(jīng)難以應(yīng)對多物理場耦合系統(tǒng)的運行分析要求。因此,建立基于數(shù)字數(shù)據(jù)的電力系統(tǒng)的科學技術(shù)方法,人工智能對具體數(shù)學模型依賴程度低,并善于從數(shù)據(jù)中自學習和對源域的遷移學習,為突破上述技術(shù)“瓶頸”提供了有效解決途徑。

    智能電網(wǎng)發(fā)展邁向高級階段,成為電氣強聯(lián)系與信息強聯(lián)系并舉的新一代透明電網(wǎng)。透明電網(wǎng)將實現(xiàn)自由數(shù)據(jù)采集、自由數(shù)據(jù)存儲、自由數(shù)據(jù)獲取、自由智能分析,在規(guī)則的允許下,人人可以獲取數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)。

    首先,以小微智能傳感器替代傳統(tǒng)的互感器,逐步完善設(shè)備的智能化;其次,軟件系統(tǒng)逐漸構(gòu)建數(shù)字數(shù)據(jù)的關(guān)系;最后,逐漸形成透明電網(wǎng)。因此,未來還需要開展許多相關(guān)工作,如安裝足夠的傳感器,具備安裝傳感器的條件,保證傳感器數(shù)據(jù)的準確;如透明電網(wǎng)的數(shù)字數(shù)據(jù)依靠小微智能傳感器以滿足上述條件;如智能設(shè)備和設(shè)備智能化也可以提供數(shù)字數(shù)據(jù);如數(shù)字數(shù)據(jù)之間的關(guān)系需要強大的軟件系統(tǒng)。

    3.電磁聲變換技術(shù)與應(yīng)用

    2020 電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇 主題報告回顧(上篇)

    羅安

    羅安,中國工程院院士、湖南大學教授

    電磁聲變換技術(shù)在海洋水下通訊與探測應(yīng)用的難題:大功率聲波的頻率降低,其磁輻射位移面積增加100倍,才能達到現(xiàn)在的分貝級;對裝備來說,從1000Hz到100Hz的聲波,其裝備體積需增加1000倍,體積、位移難以突破;水下實現(xiàn)200dB~220dB,甚至230dB將極具挑戰(zhàn)性等。

    為實現(xiàn)高質(zhì)量、高效的電磁聲轉(zhuǎn)換技術(shù),需要對大功率放大器、電磁聲換能器、水質(zhì)信號處理系統(tǒng)進行全方位的研究(從產(chǎn)生、基本原理、監(jiān)測到試驗等),如電壓與頻率可調(diào)的放大器拓補結(jié)構(gòu)、高頻率功率以及變頻調(diào)制技術(shù)來實現(xiàn)放大器的大功率寬頻的高可靠輸出;建立大功率放大器器件損耗模型,研究高頻率器件和開關(guān)技術(shù)以降低損耗;大功率放大器寬頻帶與換能器的可靠匹配等。

    電磁變換技術(shù)與裝備在國民經(jīng)濟生產(chǎn)及制造業(yè)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用,也是國防核心領(lǐng)域的技術(shù)與裝備;電磁聲變換技術(shù)與裝備屬于海洋開發(fā)技術(shù)的制高點,也是國際研究的前沿技術(shù);電磁變化技術(shù)與裝備將迎來新的發(fā)展機遇,期待其為新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及海洋開發(fā)貢獻有力力量。

    4.超高場核磁共振磁體系統(tǒng)的研究

    2020 電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇 主題報告回顧(上篇)

    王秋良

    王秋良,中國科學院院士、中國電工技術(shù)學會理事、中國科學院電工研究所研究員

    氦資源是核磁共振的“血液”,其中磁共振成像在氦使用量上占比最多(達到22%),1.5~3T磁共振系統(tǒng)市場占比最大,1.5T超導(dǎo)磁共振需要大約1500~2000L液氦,價格大概是40萬(人民幣)。

    目前,全球80%以上的液氦來自美國,而2007年美國已將氦核定為戰(zhàn)略資源而限制氦產(chǎn)量,全球液氦價格迅速上漲,醫(yī)療成本急劇增加,各國都在積極研究開發(fā)無液氦磁共振成像(MRI)技術(shù)。

    磁共振的核心部件是超導(dǎo)磁體,那么如何發(fā)展超導(dǎo)磁體以滿足核磁共振的需要,是我國工業(yè)部門面臨的一個挑戰(zhàn)。超導(dǎo)磁體技術(shù)20世紀60年代第II類超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn),到70年代超導(dǎo)線材成熟。

    目前,低溫超導(dǎo)磁體已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模,滿足了科學研究、工業(yè)加工、醫(yī)學成像和大科學工程的需要,其發(fā)展還在繼續(xù)。未來,隨著液氦資源的缺乏,無液氦超導(dǎo)磁體技術(shù)將成為未來世界的主流技術(shù)。目前,規(guī)模化應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)主要有醫(yī)療、科學、大科學工程。超導(dǎo)磁體技術(shù)是磁共振技術(shù)實現(xiàn)的惟一選擇,而超高磁場強度則是永無止境的追求。

    在超導(dǎo)MRI領(lǐng)域,我國已經(jīng)從低端向中高端發(fā)展并進步迅速,國產(chǎn)1.5T及3T系統(tǒng)開始進入市場;在永磁共振方面,MRI公司自產(chǎn)設(shè)備占國內(nèi)25%~35%(自銷10%);在低端永磁共振發(fā)展領(lǐng)域,國內(nèi)豐富的資源推動了永磁型MRI發(fā)展。

    5. 現(xiàn)代電工裝備電磁與可靠性統(tǒng)一設(shè)計方法與實現(xiàn)

    2020 電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇 主題報告回顧(上篇)

    楊慶新

    楊慶新,中國電工技術(shù)學會理事長、天津理工大學校長

    相較于世界能源科技強國和現(xiàn)代電工裝備智能化發(fā)展目標,我國在自主工業(yè)設(shè)計軟件領(lǐng)域還存在諸多挑戰(zhàn)。例如,基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的設(shè)計原理亟待突破,符合服役條件的材料特性測量方法和材料性能數(shù)據(jù)庫亟待建立,多物理場多時空尺度的全真建模方法與裝備可靠性統(tǒng)一設(shè)計理論亟待構(gòu)建,我國基于云計算和人工智能方法的自主創(chuàng)新軟件理論和設(shè)計方法還亟待挖掘。

    為解決我國高端工業(yè)設(shè)計軟件的“瓶頸”問題,并實現(xiàn)彎道超車,推動我國現(xiàn)代電工裝備智能制造水平的跨越式發(fā)展?,F(xiàn)代電工裝備制造業(yè)應(yīng)全面考慮材料服役條件,基于電工材料特性先進測量方法,建立材料特性數(shù)據(jù)庫;結(jié)合材料特性數(shù)據(jù)庫,充分考慮電工裝備真實工況,建立裝備系統(tǒng)的全真耦合模型;綜合考慮可靠性影響因素、裝備預(yù)測壽命,利用優(yōu)化模型函數(shù)關(guān)聯(lián)全真耦合模型與可靠性模型,形成電工裝備電磁綜合性能與可靠性統(tǒng)一設(shè)計理論;基于人工智能、云計算等先進方法實現(xiàn)電工裝備電磁綜合性能與可靠性統(tǒng)一設(shè)計理論,為現(xiàn)代電工裝備數(shù)字孿生技術(shù)奠定堅實基礎(chǔ)。

    6.自適應(yīng)調(diào)控電場復(fù)合材料及其應(yīng)用

    2020 電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇 主題報告回顧(上篇)

    何金良

    何金良,清華大學電機系教授

    絕緣問題是高壓設(shè)備核心問題之一,電壓等級越高越顯著。當前,設(shè)備絕緣電場分布極不均勻,局部場強達到平均值數(shù)倍,這帶來了一系列設(shè)計、制造難題,甚至已發(fā)展成為技術(shù)“瓶頸”。

    在高壓交直流電纜領(lǐng)域,面臨著電纜終端電場分布極不均勻、難于控制的問題,存在復(fù)雜的電場、溫度場、空間電荷的耦合問題,電纜附件故障導(dǎo)致高壓電纜事故頻發(fā)的問題。而特高壓直流套管面臨著電容均壓結(jié)構(gòu)所帶來的電場分布極度不均,難于控制的問題,還有內(nèi)部散熱的問題,即內(nèi)外溫差加劇了電場不均勻性等挑戰(zhàn)。

    電場自適應(yīng)調(diào)控的復(fù)合材料電學參數(shù)與電場強度可形成調(diào)控閉環(huán),均勻電場效果好使得其結(jié)構(gòu)相對簡單,而絕緣尺寸的縮小進一步解決了其散熱問題。

    其制備過程如下:配料-球磨-烘干造粒(控制填料形狀)-燒結(jié)(溫度控制填料晶界尺寸)-過篩(控制填料粒徑)-與復(fù)合物混合(控制填料體積分數(shù)與基體種類)-硫化-獲得ZnO復(fù)合物樣品。由于ZnO復(fù)合物介電非線性的測量范圍受其電導(dǎo)非線性的制約,這里通過ZnO復(fù)合物電導(dǎo)非線性來說明滲流特性對ZnO復(fù)合物非線性特性的影響。

    7.新能源電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷全景同步測量技術(shù)及應(yīng)用

    2020 電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇 主題報告回顧(上篇)

    畢天姝

    畢天姝,華北電力大學副校長

    新能源匯集地區(qū)頻帶復(fù)雜,對基頻相量影響大,為防止頻率混疊,需用較高階數(shù)的數(shù)字濾波器提取測量頻帶,但這會導(dǎo)致時間的延長。因此,團隊提出了基于分級數(shù)字濾波器的測量頻帶提取方法,可在較短時延條件下,消除會引起頻譜泄漏與頻率混疊的間諧波等干擾分量。其存在的難點是靜態(tài)相量模型難以表征多擾動類型信號,多場景差異比較大。

    其創(chuàng)新思路是建立動態(tài)相量模型,自適應(yīng)構(gòu)建多種場景下的時間窗長,同時兼顧測量精度與響應(yīng)速度的算法?;诖?,團隊研制了新能源側(cè)同步測量裝置(SMR)、負荷側(cè)同步測量裝置(SML)、控制類同步測量裝置(SMC)、測試校準系統(tǒng)(SMD-CAL),在重點實驗室建設(shè)了數(shù)據(jù)中心;隨著越來越多同步測量裝置的安裝與運行,源網(wǎng)荷全景同步測量系統(tǒng)將成為新能源電力系統(tǒng)特性研究與分析的一個開放性平臺。

    8.先進儲能技術(shù)進展

    2020 電工技術(shù)前沿問題學術(shù)論壇 主題報告回顧(上篇)

    李泓

    李泓,中國科學院物理研究所研究員、天目湖儲能研究院院長

    當前,規(guī)模儲能的實現(xiàn)還需要解決諸多問題,如安全(本質(zhì)安全,在突發(fā)系統(tǒng)事故和運輸、安裝、濫用時不存在起火爆炸問題),長壽命(使用年限大于20年,循環(huán)次數(shù)過萬次),高效率(能量轉(zhuǎn)換效率高于90%),低成本大規(guī)模(實現(xiàn)GW·h級儲能電站,度電成本低于0.2元,滿足主要應(yīng)用市場經(jīng)濟需求),長時間尺度(單次能量存儲和釋放可以大于6h),可持續(xù)發(fā)展(不存在資源壓力,可梯次利用、可回收,形成綠色循環(huán)經(jīng)濟)。

    未來,大規(guī)模儲能技術(shù)總體發(fā)展目標如下:重點發(fā)展長時、中短時、高功率三類規(guī)模儲能技術(shù);降低度電使用成本至0.2元/kW·h以下;延長儲能器件壽命至15~30年;發(fā)展模塊化、標準化、智能化關(guān)鍵技術(shù);發(fā)展梯級利用,全壽命周期、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù);發(fā)展高度安全、高度可靠、高水平規(guī)模化制造的關(guān)鍵技術(shù)。