高压无功补偿装置行业基本情况

来源: 2011-01-06

高压无功补偿装置属于电力系统中一次设备,作用在于提供感性负载所消耗的无功功率,减少了电网电源向感性负荷提供由线路输送的无功功率,降低线路和变压器因输送无功功率造成的凯发k8.com损耗,而在大系统中,还起到调整电网电压,提高电网稳定性的作用。在我国政府大力倡导节能减排的背景下,在电力系统中利用无功补偿装置提高设备的利用率,充分利用发电机的出力而降低对石化燃料的需求是一种有效的“节能减排”手段。同时未来智能电网及特高压输电线路的建设将为本行业带来巨大的发展机遇。

1、行业发展历程

80年代以前,无功补偿装置是由电力电容器厂以“散件”形式提供,客户自行组装来实现的。80年代后,电容器制造厂开始设计、制造和提供无功补偿成套装置,并建成专业的成套车间,截止到目前,国内电容器制造企业基本上是以提供无功补偿成套装置为主,极少以电容器散件供应。同时产品种类也不断得到丰富和提高,逐步形成了传统型、SVC、SVG等多种无功补偿装置产品同时存在的格局,并且由于各种类型的无功补偿装置各具特色,均有其适用的客户群体,多种无功补偿装置并存的局面将持续存在。


SVG虽然是目前最先进的一种无功补偿方式,但是由于造价较高,稳定性较低等问题,考虑到我国实际国情,短期内还难以普及,目前只适用于小范围要求较高的领域。目前应用的最广泛的依然是传统型无功补偿装置和静止无功补偿装置(SVC)为主,其中传统型无功补偿装置以高压并联无功补偿装置为主,占据80%以上的份额;静止无功补偿装置(SVC)中应用最为广泛包括TCR型静止无功补偿装置和MCR型静止无功补偿装置,占据90%以上的份额。发行人的高压无功补偿装置主要为高压并联电容器装置和MCR型SVC装置。前者为目前行业采用最广泛,利用率最高的补偿方式,后者为技术日趋成熟,未来市场发展空间巨大的静止型动态无功补偿装置。

从生产无功补偿装置的核心器件电力电容器的产能情况来看,目前我国电力无功补偿装置生产能力已居世界第一,装备水平也进入世界先进水平行列。原来一直由国外进口产品垄断的高电压等级产品市场,在最近几年国产无功补偿装置的占有率不断提高。

据统计,截止到2009年,全国生产成套装置企业一百多家,主要外资企业有4家,分别是西安ABB、无锡日新、上海库柏和上海MWB,包括本公司在内年产量100万千乏以上规模较大企业34家,根据电力电容器协会统计,2009年主要内资企业无功补偿及滤波成套装置产量为1.52万套,产值达到15.83亿。

2、高压无功补偿装置技术情况

(1)技术现状


伴随交流电力系统容量的扩大,电压等级的提高和输电距离的增加,我国无功补偿技术和配套设备也得到了快速的发展。尤其是并联电容器装置,目前我国单台电容器由纸浸矿物油、容量10~12kvar、重量约2kg/kvar、介质损耗3W/kvar的产品,发展到目前绝大部分已采用全膜、容量334~500kvar、重量0.2kg/kvar左右、介质损耗下降到0.2W/kvar以下,年损坏率在0.5%以下的产品,接近国际水平。另外开发了带有内熔丝的电容器和具有中国特色的高电压集合式并联电容器。电容器组的电压等级由10kV、单组容量8Mvar左右发展到大量的35~66kV电压等级,容量为40~120Mvar的电容器组,最大的单组容量已达120Mvar,产品基本满足了电力系统对无功功率的需求。

目前我国市场上无功补偿装置主要可归纳为传统无功补偿、静止无功补偿器(SVC)和静止无功发生器(SVG)三种,而SVC装置包含具备滤波功能的器件,所以既具有无功补偿作用,又能够起到谐波治理的功能。作为目前比较先进的无功补偿手段,SVC应用比SVG产品更为广泛,其中根据设计的不同又分为多种形式,各种装置的性能对比详见下表:


(2)技术和产品未来发展趋势

未来高压无功补偿装置的技术发展将会伴随电网建设升级的步伐而前进,未来技术发展趋势将呈现以下特征:

①核心器件制造技术水平升级化

作为无功补偿设备的核心器件,电力电容器的制造水平对无功补偿装置升级起到决定性作用,目前我国电力电容器的技术水平与国外先进技术还有很大差距,主要表现在介质工作场强低、比特性较低,单元容量小,外观质量差。今后将利用新进口的先进设备和国际一流的生产线,采用先进的制造工艺和质量控制手段,尽快达到或接近世界先进水平。

②产品性能先进化与稳定化

首先是可靠性,主要在电容器及配套的投切开关、串联电抗器上进行质量改进,采取有力措施降低集合式电容器的故障率,延长无故障使用周期,开发使用灵活、检修方便的可拆卸集合式电容器。实行无功补偿装置完整的成套供货也有利于设备的可靠运行。设备选型、制造和运行维护方面都应贯彻执行全国电力系统高电压专业工作网无功补偿装置专家工作组制定的《预防电容器装置事故的技术措施》。

③产品使用环境节能化与无油化

向节能和无油化方向发展,无功补偿装置具有节能功效,设备本身也应重视节能, 主要是在电容器、串联电抗器设备上降低损耗。无功补偿装置长期在满负荷下连续运行,降损带来的节能效益也是可观的。在防火、防爆要求高的场所推广采用无油化无功补偿装置以确保安全是十分必要的, 为此需采用高压自愈式干式电容器、充气集合式电容器和干式电抗器、干式放电线圈等设备。

④电压等级高压化

由于无功补偿装置电压等级的不同,补偿地的选择也有所差异,目前国外广泛采用在345 kV及以下主负荷侧补偿,而国内则以在66 kV及以下主变三次侧补偿为主。在主负荷侧补偿的优点是直接补偿、效果好,并可使主变压器结构简化、造价降低、输送功率提高。未来伴随国内无功补偿产品等级不断提高,将会逐渐向国外主负荷侧补偿方式靠拢,由此将为包括本公司在内的能够提供更高电压等级产品的重点生产企业带来更多的市场机会。

未来对智能电网的规划中,1000kV交流和±800kV级直流系统特高压电网将成为主要方向,建设长距离的超高压电网,需要大量的变电设备,而特高压输电线路对于输电设备的要求非常高,普通电力电容器不能满足需求,将会促使无功补偿装置向更高电压等级方向发展。

⑤无功补偿方式有源化

目前动态无功补偿设备主要是以SVC为主,未来的方向是向有源动态无功补偿装置(SVG)发展,不过由于 SVC技术仍有进一步发展空间,目前SVC仍是世界上最为通用的动态无功补偿装置。尽管SVG(STATCOM)在构成原理、响应速度、补偿特性、双向调节以及占地面积上均比SVC优越,但受技术、经济因素的制约,SVG在35kV电压以下方面有一定的市场,因为SVG需要变压器进行电压匹配。短时间(约10年)内,在大容量高压静止型动态无功补偿装置方面还难以取代高压并联无功补偿装置及SVC的主导地位。

 

3、高压无功补偿装置行业市场需求状况

随着国家对节能环保的要求逐步提高,未来新增装机容量对应设备都会安装相对应的无功补偿装置,预计到2012年所有新增装机容量对应设备都会加装无功补偿装置,原有设备改造比例也将会提高到15%。由于各种无功补偿方式各有优势,均能满足一定目标客户的要求,各种无功补偿装置未来市场需求将有所差异,但总体来说将保持多种无功补偿方式并存、共同发展的局面。各种无功补偿装置的市场需求情况如下:

(1)传统型无功补偿装置的市场规模


作为传统无功补偿装置的最重要种类,并联电容器占据绝对使用比例,早期的同步调相机补偿方式,由于投资大、功率损耗大、动态响应的时间较长、补偿手段十分落后,已经呈现逐步被淘汰的趋势。而并联电容器在电力系统常用的无功功率补偿设备中费用最低、有功功率损耗最小、运行维护最简便、可集中安装,也可分散安装在用户处或近负荷中心的地点,实现无功的就地补偿,因此应用广泛。虽然并联电容器存在电压调节效应差等不足,但是基于我国的实际国情,在未来相当长一段时期内仍将占据市场主导地位。

根据行业特点,无功补偿的市场需求与新增发电装机容量关系密切,高压并联电容器对新增发电装机容量的比例目前已提高到0.8:1,这意味着每增加1kVA电源,需要安装0.8kvar高压并联电容器装置,2008年、2009年我国新增发电装机增速均超过10%,目前我国经济增长仍然能够保持较快发展,未来几年里新增发电装机容量有望继续保持10%的增速。考虑到未来对电网质量管理的不断加强,以及对原有装机设备的改造,未来几年新增发电装机容量与无功补偿的使用比例将提高到1:1甚至更高。


说明:计算单位以每千乏25元为标准

另外,不与新增装机容量产生关系的需求还有来自电网特高压输电工程的建设,根据国家电网2008年1号文件,《国家电网公司关于转变电网发展方式、加快电网建设的意见》中提出,在“十二五”、“十三五”期间,将全面发展特高压电网,到2020年,建成特高压交流变电站53座,变电容量3.36亿千伏安,根据设计规划,特高压交流变电站变电容量与所采用的高压并联电容器装置容量存在约为1:1左右的比例关系,据此判断未来几年内在特高压交流变电领域中对高压并联电容器装置的市场需求平均每年约为8.4亿元人民币。另外,根据国家电网对各阶段的定位来看,第二阶段为智能电网大规模实施阶段,所以在2011年至2015年之间,建设特高压交流变电站对高压并联无功补偿装置的实际需求很可能远远大于预测数值。

特高压直流输电工程中对换流站进行无功补偿时也需要安装高压并联电容器装置,主要是在滤波电容器无功补偿不足的情况下起到补充的作用,使用量相对较少,根据已实施的特高压直流输电工程对高压并联电容器装置的使用情况来看,安装容量高于线路输电容量的50%。根据国家电网规划,“十二五”、“十三五”期间,将建成直流输电工程38项,输电容量1.91亿千瓦,以保守比例50%计算,平均每年在2.4亿元左右。

根据以上三个应用领域的规模判断,未来我国高压并联电容器装置市场规模将保持较快增长势头,未来几年内年增长率有望维持在15%-20%之间,考虑到我国特高压输电工程在第二阶段后期可能呈现快速增加的局面,2013年各领域对高压并联电容器装置的需求规模有望达到50亿左右。

(2)动态无功补偿装置(SVC)市场规模

静止补偿装置是近年来随着大功率可控型电力电子开关的发展而发展起来的,是柔性交流输电系统的重要组成部分。静止无功补偿装置(SVC),广泛应用于输电系统波阻抗补偿及长距离输电的分段补偿,也大量应用于负载无功补偿。其典型代表是晶闸管控制电抗器+固定电容器(TCR+FC),磁控电抗器+固定电容器(MCR+FC)两种形式。另外一种常见的SVC形式是晶闸管投切电容器(TSC),但它只能分组投切,不能连续调节,只有和TCR配合使用才能实现补偿装置整体无功功率的连续调节。

SVC作为传统无功补偿装置的替代产品,具有更好的补偿效果,目前主要应用于冶金、煤炭、电力等行业,伴随我国动态无功补偿装置技术的不断成熟,应用领域也不断扩大,近几年我国SVC产品的市场需求量迅速增长,根据相关上市公司销售数据统计,至2009年国内市场销售额为10亿元左右。根据未来市场需求的变化,SVC在电网建设中的比重将会逐渐加大,未来各领域对SVC装置的需求如下:

①电网建设领域

目前电网侧SVC主要应用于35kV以上线路,在不同电压等级下,电网安装无功补偿装置与变压器的容量比值呈现出电压等级越高,比值越大的关系,安装40%左右变压器需要装配SVC且SVC调节容量为变压器容量的15%估算,电网侧每年所需SVC的市场容量约为38亿元。

目前电网应用比例要明显小于企业用户,伴随对电网建设投资的不断加大,智能电网的技术要求不断提高,这也意味着电网领域中对SVC装置的需求存在巨大增量空间。上图中根据第二阶段电网整体投资推算得出SVC市场规模,并平均分配到未来几年,从国家电网的规划结合当前实际情况来看,2013年之后或将是市场需求大规模爆发的集中时段。

②风电建设领域

按照国家能源局所提出的风电并网指标,将在2015年之前实现9000万千瓦风电机组上网,而目前我国风电装机容量约为2000万千瓦,这意味着未来5年中,每年平均要实现1400万千瓦的风电机组实现上网,目前风电所需无功补偿的容量约占装机容量的20%-30%,以平均为25%计算,每年风电机组所需的SVC装置大概在350万千乏左右。以单位价格150元/千乏计算,风电站建设方面每年市场容量大概5.25亿元左右。

③电气化铁路

按照国家《中长期铁路网规划》,到2020年,全国铁路运营里程将达到12万公里,电气化率达到60%,这意味着到2020年全国电气化铁路运营里程将达到7.2万公里。通常电气化铁路要求每隔50公里就需要设一个变电站,截止到目前,我国电气化铁路里程已经突破3万公里,以未来十年内建设4万公里计算,则要同时建设800个牵引变电站,以每个变电站SVC装置造价为250万计算,每年市场容量在2亿元。

④冶金、煤矿、化工等其他领域

伴随我国节能减排工作的不断深入,国家对于企业节能的要求也日益严格,尤其针对高耗能行业,已经下达具体减排目标,这将促使企业积极寻找减排措施,从而为SVC带来市场空间。由于我国冶金、煤炭等行业企业数量众多,市场基数大,保守估计每年的市场容量将不低于10亿元。

在高压静止型动态无功补偿领域,由于TCR型技术成熟度比较高,推广早,在目前市场中占据绝大多数,虽然MSVC应用要晚于TCR型SVC,但是发展速度很快,客户的认知度已经上升到一个较高的阶段。作为SVC装置的重要种类之一,由于MCR型SVC对风电场及特高压输电线路具有较强的适用性,且未来以上两个领域将进入快速增长时期,未来几年中,MCR型SVC市场规模将呈现出较快的发展趋势。

根据不同领域未来对SVC装置的需求,未来SVC市场总容量将保持在56亿元左右,其中MCR型SVC将会呈现出较快发展的趋势,未来几年内主要类型SVC市场规模见下图:

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目前我国高压领域的市场中,TCR、MCR没有各方面均绝对占优的型式,用户需结合工程具体条件适当选用。随着技术的发展以及各种原材料、元器件比价的变化,某种型式在一定使用条件下会有相对技术经济优势。TCR优点在于响应速度快,适用于电弧炉等要求响应时间的设备,MCR相应时间稍长,但是能够做成超高压直挂式,对于解决工频过电压是较好的方案,未来在特高压输电领域优势明显。

(3)SVG市场规模

比SVC更先进的现代补偿装置是静止无功发生器(SVG),它也是一种电力电子装置,其最基本的电路是三相桥式电压型或电流型变流电路,目前使用的主要是电压型。SVG在其直流侧只需较小容量的电容器维持其电压即可,通过不同控制可使其发出无功功率也可吸收无功功率,采用PWM控制,可使其输入电流接近正弦波。

虽然SVG是目前最先进的一种无功补偿方式,但是由于其技术并不成熟,投资费用较大以及维护复杂等缺点,可靠性较低,目前并未形成市场规模。由于SVC在产品性能仍然存在进一步提升的空间,目前该SVG只是在铁路等行业得到少部分应用,一段时期内难以成为市场主流产品,目前SVG产品生产厂家较少,主要有荣信股份、思源电气、电科院和西整等几家生产企业。从上市公司荣信股份、思源电气近两年的SVG销量来看,目前市场规模不超过3亿元。

 


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