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发电输变电制造业国内外发展现状与趋势 打印 E-mail

添加时间:2005-10-24 
 


一、发电、输变电装备制造业及主要产业的内涵和构成
电力装备制造业是支撑国民经济建设持续、快速、健康发展和全面建设小康社会的支柱产业,肩负着为电能的生产、传输、变换、分配、使用等多个领域提供各种装备的重任,是国家经济持续发展和国家安全获取清洁能源的重要保障手段。电力装备制造业的发展与振兴,对人民生活水平的提高与生存环境的改善,对国家综合实力的增强、实现中华民族的振兴将产生深远的影响。
电力装备主要包括:发电设备(含辅机)制造业、输变电设备制造业、配电设备制造业、以及用电设备制造业等。
1、发电设备的重点领域是:水电设备、煤电设备、气电设备、核电设备、新能源设备(风能发电、太阳能光伏发电、燃料电池发电等)。
发电设备发展的方针是:优先开发水电,优化发展煤电,积极发展核电,因地制宜发展天然气发电和新能源发电;提高能源利用效率,保护生态环境,实现可持续发展。
发电设备主要包括:电站锅炉、大型流化床锅炉、余热锅炉、蒸汽轮机、燃气轮机、蒸汽轮发电机、燃气轮发电机、水轮机、水轮发电机、煤气化炉、煤气净化装置以及凝汽器、高压加热器、低压加热器、除氧器、调速器、励磁机等主机及配套辅机。
2、输变电设备的重点领域是:按输送方式可分为交流输变电设备和直流输电设备;电网按输变电层次,分为输电网和配电网;按运行电压高低,输电分为高压(60~220kV)、超高压(330~750kV)和特高压(750kV以上)输电,配电分为低压(380/220V)、中压(10~20kV)和高压(35~110kV)配电。
输变电设备的发展方针是:
交流输变电系统包括:变压器、并联电抗器、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、消弧线圈、裸导体和电缆、高压电瓷、并联电容器、静止补偿器、串联补偿装置、避雷器、SF6绝缘金属封闭式组合电器(GIS)、继电保护装置、载波设备等。
直流输电系统包括:交流断路器、无功功率补偿装置、交流滤波器、换流变压器、换流装置、直流开关、过电压吸收电容器,平波电抗器、避雷器、线路用保护装置、线路阻尼器等。
二、国外发电、输变电装备制造业发展现状及发展趋势
目前世界电力总装机容量已超过30亿千瓦,大部份集中在欧美及日本等工业发达国家,目前世界年新增装机容量仍在7000~7500万千瓦左右。50年代以后世界电力工业的发展十分迅速。新技术、新工艺、新装备的创新与应用相当迅速。经过建设改造、竞争、并购重组,在企业规模与生产能力方面已向集团化、规模化和国际化方向快速发展。例如:
——大型汽轮机行业国外年生产能力在1000万KW以上的企业有5家,即美国GE公司,年生产能力2500万KW;原美国西屋电气公司,年生产能力1400万KW(现已由德国西门子公司收购);俄罗斯列宁格勒金属工厂、法国阿尔斯通公司、瑞士ABB公司年生产能力都是1000万KW。
    ——电力变压器行业已在世界上形成了几大集团。原苏联建有世界上最大的变压器公司—乌克兰扎布罗斯变压器厂,年生产能力已达1亿千伏安;俄罗斯陶里亚第变压器厂,年生产能力为4000万千伏安;ABB公司下属29个变压器厂总生产能力为8000~10000万千伏安;英法GEC-Alshtom公司生产能力4000万千伏安;日本四厂(三菱、东芝、日立、富士)总能力为6500万千伏安;德国TU集团生产能力为4000万千伏安。
    ——高压开关行业国外大集团主要有ABB公司、西门子公司(Siemens)日本三菱、东芝和日立公司等。
    ——电线电缆行业形成了五强集团,他们是日本的住友电工和古河电工、意大利比瑞利公司,法国内克森公司(前身为阿尔卡特公司)及美国通用电缆公司。
    ——瓷绝缘子和玻璃绝缘子产品领域有:日本NGK公司、法国SEDIVER公司、意大利迪艾夫公司占据优势地位;而复合绝缘子则以美国可靠公司、德国HONSTOR公司和瑞典CELLPACK公司为主要制造商。
随着世界经济的全球化和产业结构的调整与重组。美国已逐步放弃某些电力装备制造,技术已转移到其它国家,特别是那些技术含量低、环保条件差、劳动密集型的产品更是如此。西欧与日本的输变电设备制造业发展很快,实力强大。原苏联解体后,俄罗斯的电力装备制造业虽有明显削弱,但在某些产品的制造水平和生产能力上仍具有较强优势(如大发电机、变压器和某些开关电器),特别是在特高压的研究与应用方面仍处于先进水平。
国外电力装备制造技术发展较快,主要围绕高效、节能、环保、安全和高可靠性的主题,相继研究开发了许多先进技术,诸如超超临界发电技术、重型燃气轮机联合循环技术、组合化输变电设备技术等,并广泛采用新材料、新工艺和信息技术。
1、水电设备向大容量、新材料、新技术、新结构、高效率发展
随着水电开发的进程,国外水电设备向大容量、新材料、新技术、新结构、高效率发展。混流式水轮机最高使用水头已到734m,最大单机容量700 MW,最大转轮直径达9.3m。大型贯流式机组最大单机容量已达65.8 MW,转轮最大直径7.7m。冲击式机组最大单机容量达420MW(最高水头1883m)。抽水蓄能机组在国外发展很快,并多采用混流式水泵水轮机,其单机容量、使用水头和机组尺寸已接近常规混流式机组;1984年82.4万千伏安机组在伊泰普水电站投运,是迄今为止,投运单机容量最大的水轮发电机。1991年建成的巴西、巴拉圭边界的伊泰普水电站为最大,装机1260万千瓦,其次为1986年投运的委内瑞拉古里电站,装机容量1030万千瓦。据统计,世界上现有10项工程的单机容量超过70万千瓦,4项工程的单机容量为50万千瓦~70万千瓦;29项工程的单机容量为30万千瓦~50万千瓦。目前投运的抽水蓄能机组中美国的巴司康坦6×45.7万千瓦抽水蓄能电站(最高水头728m)规模位居世界第一,广州抽水蓄能电站8×30万千瓦的规模居世界第二,天荒坪抽水蓄能电站6×30万千瓦规模与美路丁汤抽水蓄能电站并列世界第三。
未来世界水电发展的趋势是积极开发水电;重视对现有工程的更新改造,从而提高效率;抽水蓄能电站将倍受重视;加深对水电环境影响评价的研究;对水电效率做出客观全面的评价;依靠科技进步推动水电建设。2.高效、清洁发电技术已成为火电发电技术的主要方向
超临界机组供电煤耗300克/度,热效率达到40%,要比亚临界机组高出2%~3%,超超临界火电机组(300Mpa,600℃/600℃)较超临界火电机组(250Mpa,566℃/566℃)效率能再提高,可达到43~45%,且可靠性好,环保指标先进,可复合变压运行,调峰性能好,已得到广泛应用。目前世界上投入最大单机容量的机组,美国是130万KW,原苏联120万KW,日本100万KW,这些国家已有数百台高性能、高参数机组投入运行,占火电装机容量的50%左右,己有一套完整的设计制造技术和运行业绩。
洁净煤发电技术发展较快,诸如循环流化床、增压流化床、煤气化联合循环等技术均得到了推广。
以美国GE公司9E、9F系列为代表的当代大型燃气轮机联合循环发电装置,我国设计制造尚属空白,设计制造差距十分明显。燃气轮机联合循环机组具有能源利用率高、建设速度快、低污染、低成本、少用水、调峰性能好等突出优点,联合循环效率可达55~60%,大大高于其他类型的火力发电装置,因而国外发展十分迅速。美国1991~2000年新增发电设备容量1.13亿KW中,燃机发电占44%,联合循环发电将成为21世纪世界发电市场的主导机组。
1.核电技术正在向第四代技术发展
核电是一种安全、可靠、经济、清洁的电力能源之一。它能量高、燃料消耗少、一次补足核能棒料可长时间运行,减轻各种运输储藏的压力与负担。发达国家都将核能作为本国发展的支柱能源之一。国外核电技术已经过了第二代加(第二代改进型),已经研究开发了采用非能动安全的第三代技术,预计2010年前后建设商用电站。第三代核电机组,其运行寿命由现在的40年提高到60年,换料周期由现在的12个月增加到18~24个月,堆芯熔化概率由10-4/堆.年降到10-5/堆.年,核电厂外放射性应急概率由10-5/堆.年降到10-6/堆.年,反应堆的热工余量大于15%。到2002年底,全世界在运行中的438台核电机组的总装机容量已达到3.6亿KW,其发电量占全球总发电量的16.1%,还有32台核电机组正在建设,有33台已列入发展计划,世界上已有17个国家的核电在本国总发电量中比重超过25%,其中法国达到了77%。国际上核电主力机组容量80%以上都在60万千瓦至百万千瓦级以上。采用压水堆技术的核电站占总数的约70%左右。从世界各国发展核电的成功经验来看,法国、日本、西班牙、韩国等都重视设备研制和国产化,现在都最大程度地实现了设备国产化。韩国从1980年开始引进技术,至今已建成核电站11座,容量为1000万千瓦,正在建设的还有7座。目前,韩国的核电设备国产化率已达到85%以上,并开始向国外输出核电技术。现在国际上已投运的半速核电机组单机容量己达到150万千瓦。目前美、英、德、瑞士、日、法等十国,共同合作研究第四代技术,具有固有安全性、满足可持续发展、又防止核扩散和核材料丢失的原则,比投资更加经济。
 
4.新能源发电技术是今后的重要发展方向
由于世界范围内的能源紧张和对环境保护的重视,各国都重视新能源发电技术的研究与发展,诸如太阳能发电、风能发电等,主要围绕大功率、高效率、低成本开发了许多新技术并已应用。
5.输变电设备向紧凑型、高可靠性方向发展
国外输变电设备产品注重可靠性和系统配合,电网设备向超高压、大容量方向发展,城网设备向紧凑型、无污染、高可靠性、智能化、组合化方向发展。国内外输变电设备类产品总的发展方向是:大容量、超电压、组合化、无油化、智能化、抗短路、高可靠性、免维护。
三、国内发电、输变电制造业发展现状及发展趋势
我国电力装备制造业经历了半个多世纪的发展,现己形成以哈尔滨、四川东方、上海三大发电设备制造集团与西北、东北两大输变电设备制造集团和一些大型骨干企业,构成具有相当规模、水平和实力的技术开发与制造基地,己具备较强的自主设计和制造大型电力装备的能力,一些产品和一些企业的装备己接近和进入世界先进行列。
我国电力装备制造业取得了巨大的成绩,己使我国成为世界上为数不多的电力装备制造大国之一,基本满足了我国电力工业的需求。目前,我国电力工业装备的80%是由我国电力装备制造业提供的。但是,同国外技术先进的大型跨国公司相比,在新产品研究开发能力、产品性能以及资金实力、质量管理上还有差距,综合竞争能力较弱。
由于技术、装备等方面的原因,现有大型电力装备的品种还不能完全满足国内电力工业发展的需要,如大型抽水蓄能机组、大容量燃气蒸汽联合循环机组、大型循环流化床锅炉等清洁煤燃烧技术、超临界及超超临界机组、大容量核电机组;500kV直流输电系统、750kV输变电系统等,还有待于研制开发。大型混流式水电机组还有一些问题需要深入研究。
1.发电装备制造业
在大型火电机组制造方面,结合引进技术的消化吸收,经过“七五”~“九五”工厂的技术改造,装备了大型、重型数控加工设备,扩建重型厂房等一系列措施,己经具备了批量生产亚临界参数的30万KW、60万KW火电机组的制造条件。形成了以哈尔滨、上海、四川东方三个动力(集团)公司为龙头企业、布局基本合理的发电设备制造体系,己形成30万KW及60万KW大型火电年生产1500万KW的能力。至今己累计生产30万KW机组240余台(套)、60万KW机组10余台(套),正在研制60万KW超临界高效发电机组。目前国内火电设备的年产量己超过1500万KW,而且高技术参数、大容量机组占80%以上;至2002年底全国火电装机26550万KW,全国常规水电总装机容量8458万KW。其中80%以上是国产设备。火电设备最高年产量是2002年,全国共生产火电1767万KW(60万×2,30万×21,20万×6,125万×29,10万×4,......)。其中中小机组居多,而30万KW、60万KW大型机组产量仅为750万KW,只占大型火电机组生产能力的一半,生产能力没有发挥。
30万、60万KW亚临界参数火电机组参数性能己达到国际先进水平,技术与生产均进入成熟期。引进型机组经消化吸收对设计方法和部分结构改进优化,己全部国产化。优化后的30万,60万火电机组性能优于从美国进口机组水平,60万KW机组最大连续出力达65.4万KW,锅炉效率由92.8%提高利93%,发电机效率从98.75%提高到98.78%,汽轮机热耗30万KW机组由原8081KJ/kwh降到7912KJ/kwh,60万KW机组由原8005KJ/kwh降到7829.3 KJ/kwh,机组的可靠性及可用率都有明显提高。据电力部门2002年统计,投运的185套国产30万KW燃煤机组中,可靠性指标达到95%和90%以上以及90%以下各占三分之一,己达到同类型进口机组水平,30万KW机组至2002年累计共生产240套,已成为装备我国发电站的主力机组。亚临界参数的60万KW火电机组也进入成熟期,将成为“十一五”期间大批量生产的主力机组。
水电设备从1951年哈尔滨电机厂生产出第一台机组容量80OKW开始,至2002年全国累计共生产6300万KW。经过几十年的生产建设,我国相继独立设计制造出刘家峡、李家峡、龙羊峡、岩滩等一大批中高水头大型混流式水电机组和三门峡、葛洲坝等大型低水头轴流式机组,形成了以哈尔滨电机责任有限公司,四川东方电机股份有限公司为龙头的一批水电设备制造企业,年生产能力500万KW,最高年产量是1998年达到了385万KW。目前正积极与外商合作制造三峡电站单机容量为70万KW的巨型混流式机组。从水轮机转轮直径看我国己步入世界先进行列,单机容量为17万KW的葛洲坝低水头轴流式机组水轮机转轮直径达到11.3米,单机容量为70万KW的三峡中高水头混流机组,水轮机转轮名义直径达到9.5米,除大型抽水蓄能机组我国内尚未有制造业绩外,其他形式的各类水电设备的设计制造水平均己步入世界先进行列。
我国从七十年代中期开始研制核电设备,由国内设计的秦山一期一台30万KW压水堆和二期2台60万KW压水堆,绝大部分设备是国内制造的,国产化率已达到70%以上,岭澳100万KW压水堆机组2台由外商总负责,中方分包了部分设备的制造,国产化率30%左右,此外我国出口巴基斯坦恰希玛核电站1台30万KW压水堆电站主要设备均由国内制造,国产化率占到90%,核电关键设备己形成一批具有基本生产条件并有一定制造经验的骨干企业:压力壳有一重、二重、上锅、东锅、哈锅;蒸发器、稳压器有上锅、哈锅、东锅;堆内构件有上海第一机床厂、武汉锅炉股份有限公司;核主泵有沈阳水泵厂;控制棒驱动机构有上海先锋电机厂;环形吊车有上起、大起;主管道有四川化工机械厂、上海大隆机器厂;常规岛主设备有哈尔滨、上海、四川东方三大发电设备集团。在“九五”核电设备制造技术的攻关中,除主循环泵、安全阀等个别设备外,其余均可实现国产化。
在燃气轮机联合循环发电装置制造方面,六十年代,上海汽轮机厂相继设计制造0.3万、0.6万KW燃气轮机发电机组组装成列车电站,南京汽轮电机厂设计制造0.1万、0.15万KW燃气轮机发电装备海军舰艇。哈尔滨汽轮机厂发电用0.3万KW2台,机车发电3500马力三台,4500马力三台。改革开放后南京汽轮电机厂采取与美国GE公司合作方式制造MS6001系列燃气轮机,己累计生产约50万KW。应该说,燃气轮机在我国曾有一个良好的发展势头,己建起重型燃气轮机较好硬件软件基础,储备了相当一部分技术力量和研究成果,目前只有南京汽轮电机厂一家继续进行以GE公司6系列为代表品种的燃气轮机联合循环发电设备生产,联合循环发电机组装机容量己达5万KW以上。
2.超高压输变电装备制造业
220KV及以下电压等级输变电设备无论从生产能力和产品品种上看,除个别品种如C-GIS和气体绝缘变压器外都能满足国内市场的需求,且有相当数量的产品进入国际市场。所有设备从技术参数看同国外同类产品相当,但外观、工艺水平仍有差距,需开发小型化、智能化、环保型产品,满足今后市场的需求。
自1980年到2000年间,我国变压器行业相继引进了法国阿尔斯通公司的500KV单相油浸式变压器、电流互感器、并联电抗器等制造技术;1990年引进日本日立公司220~50OKV系列油浸式变压器的制造技术、设计程序以及工艺等;结合葛上线±50OKV直流工程以技贸结合方式引进了ABB和西门子的±500KV换流变、平波电抗器、直流阀的组装技术,与其相应西安电力电子技术研究所引进了美国GE公司晶闸管制造技术;80年代中期引进了日本日立公司的氧化锌避雷器制造技术及全部工艺装备;80年代中期西安高压开关厂通过合作生产的方式引进了日本三菱公司的110~500KV SF6断路器的制造技术,同时沈阳高压开关厂引进了日本日立公司的725~500KV SF6断路器的制造技术,平顶山高压开关厂于1980年以技贸结合方式引进了法国MG公司的SF6断路器的制造技术,此后于2001年该厂又与日本东芝公司合资建厂生产110~50OKV的GIS,其技术来源由日本东芝公司提供;80年代中期,上海互感器厂为满足GIS配套所需的电磁式电压互感器需求,引进了德国MWB公司的SF6电磁式电压互感器制造技术,此后该厂又与MWB公司合资组建上海MWB公司,生产以硅橡胶为外绝缘倒置式SF6互感器,电压等级为110~550KV,现改名为上海传奇公司,除生产互感器外,还生产干式电容套管等产品,技术来源均由传奇公司提供;80年代初,遵义长征一厂从法国MR公司引进了有载调压开关的制造技术,其中包括V型与M型两种结构;与此同时,西安电瓷厂引进了瑞典ASEA公司的短尾电容套管的制造技术,其后抚顺电瓷厂又引进了英国雷诺公司的干式套管制造技术,现该厂又与上海传奇公司合资,由上海控股生产;20世纪末,结合三峡左岸工程又相继引进了ABB公司与西门子公司的±500KV直流换流变、平波电抗器、直流阀的组装技术,同时引进了ABB公司的大功率晶闸管制造技术与相关设备;结合三峡工程500KV交流输电工程,引进ABB公司的SF6断路器(GIS)制造技术与相应设计计算程序、西门子公司的交流50OKV 84OMVA变压器制造技术。
此外,在1980年至2000年间,还以不同方式引进国外的牵引变压器制造技术和整流变压器制造技术;西门子公司的中压12~35KV真空开关制造技术;ABB公司的中压12~35KVSF6断路器及其成套装置的制造技术;法国M+C等公司的中压干式变压器制造技术(其中包括厚绝缘、薄绝缘环氧浇注和浸渍式干式变压器)。
近年来,随着市场经济的发展,在输变电设备制造行业中合资建厂生产输变电设备的厂家逐渐增多,诸如:重庆ABB生产大型变压器,合肥ABB生产110KV及以下变压器,上海ABB生产干式变压器和中小型油浸变压器等。世界上知名度较高的企业都在我国组建合资企业从事输变电设备的生产、销售。在高压开关行业中,特别是中小企业中,三资企业更多,约有44家之多,都是从事生产中压等级的高压开关元件及成套装置。
3.配用电设备制造业
配用电设备通常指35KV~lOKV电网配电设备或装置和电压1140V以下用电设备或装置。应用范围涉及国民经济各个领域,此类产品国内已有2000余家企业具有生产资质,2002年年产值约124亿元,其中35~1OKV电网配电设备约为27.86亿元。2002年出口21.39亿美元,其中35~lOKV设备约为7500万美元。由于我国电力工业的快速发展,配用电设备市场需求量增长十分迅猛。
根据以往发电与配电同步发展的比例计算:每新增1万KW装机容量需增加100面35~1OKV各类配电装置和400面各类1140V以下用电装置(不含照明箱、计量箱和插座箱)。据预测“十一五”期间年新增装机约为3000万KW,考虑到器件小型化和装置内部的回路增加,上述比例应作调整,需要的配用电设备或装置每年至少在70~80万面,这将是一个庞大的市场需求量。
目前我国上述产品的国内市场占有率约为80%。主要产品品种和技术水平基本可以满足国内市场需求。面向东南亚、中东等发展中国家的出口也呈现稳步增长趋势。配电产品己完成了由多油、少油断路器向真空与SF6断路器的过渡。1140V以下用电装置中的主要器件正在向具有小型化、模块化、组合化、智能化的方向快速发展。由于国内企业小而分散,创新能力薄弱,市场广阔,因而国外一批知名企业以独资、合资等方式大举进入我国该类产品中高档市场。一批有相当实力的民营企业发展迅速。国有企业改革、改制、改组步伐加快,竞争力增强。目前己形成三资、民营和国有控股企业三足鼎立的发展局面。这种格局不仅有利于配用电设备行业的发展与创新,也有利于产品出口和产品的升级换代。
配用电领域中,新技术、新产品、新材料、新工艺、新装置的开发虽有少量引进技术,但全行业的技术进步与产品更新采取了一种对全国且有成效的联合攻关的发展模式。以计划经济时代的行业归口研究所和部分骨干企业为主,针对市场需求和产品发展趋势,分工协作、联合开发、资源共享、有偿转让,近二十多年为行业的共同发展与技术进步做出了不小的贡献。这种促进行业发展的方式在当前市场竞争十分激烈的环境下仍有必要给以肯定、引导和鼓励。
为保证我国国民经济持续、健康、快速的发展,实现全面建设小康社会,国内生产总值到2020年再翻两番的宏伟目标。电力装备制造业必须满足电力工业新增装机容量以7%的速度增长的需要。根据我国一次能源构成,电力与电力装备结构调整将重点加强电网建设、优化火电结构、积极发展水电、适当发展核电、因地制宜发展天然气发电和新能源发电、提高能源利用率、保护生态环境,实现可持续发展。以煤为能源的火电仍是我国今后电力工业主要的发电手段。因此高效、高参数、低排放、低煤耗机型将得到快速发展。
水电将以大型高水头混流式机组和调峰能力强的大型抽水蓄能机组为发展重点,水电比重到2020年将达到27.1%。
核电作为一种清洁能源,核电发展将以百万千瓦压水堆电站为主,通过技术引进和自主开发,实现设计制造技术的自主知识产权和设备国产化。在自主开发与技术引进推动下我国制造百万千瓦压水堆核电站的能力和条件已有一定基础。
大力发展燃气轮机联合循环发电将是电力装备制造业产品结构调整的重要内容,经过15年的努力,实现自主知识产权的设计制造技术。
大力开发±500~800KV直流和百万伏交流输变电成套关键设备,满足西电东送、南北互送和全国联网要求。
为实现上述目标,结合重大电力装备的不同特点,通过多种方式的技术引进和自主开发,实现成套设计、监控监测技术、信息智能技术、材料制造与加工技术的自主产权,形成具有国际竞争力的电力装备制造业工作体系,满足国内外两个市场的需求,满足电力工业发展的需要。


 

 
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