我国电能质量治理行业市场现状及竞争格局分析文档格式.docx
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近年来,我国节能服务业总产值持续快速增长,成为以市场机制推动节能减排的重要力量。
根据中国节能协会节能服务产业委员会《“十二五”节能服务产业发展报告》,2015年我国节能服务产业总产值达3,127亿元,自2005年以来年复合增长率达52%。
2005-2015年中国节能服务产业总产值(单位:
亿元)
数据来源:
公开资料、智研咨询整理
相关报告:
智研咨询发布的《》
一、行业市场情况
1、电能质量治理设备制造业发展状况
(1)行业发展历程
电能质量治理设备制造业的发展,主要体现在无功补偿技术和谐波治理技术的不断创新和改进。
①无功补偿技术
我国无功补偿细分产业的发展经历了技术引进、消化吸收和进口替代的过程,随着电力监管部门对用户功率因数要求的提高和企业对电能质量重要性认识的提升,无功补偿装置在国内的市场需求自2004年左右开始爆发。
无功补偿方法有多种,从传统的带旋转机械的方式到现代的电力电子元件的应用,经历了数十年的发展历程,先后出现了调相机、固定补偿电容器、SVC、SVG等产品。
同步调相机和固定补偿电容器:
早期的无功补偿装置是同步调相机和固定补偿电容器。
前者运行成本高、安装复杂,后者补偿容量较大,但不能连续调节,而且可能与系统发生谐振。
同步调相机补偿方式在目前的无功补偿项目中已不再使用。
固定补偿装置主要由电力电容器、电抗器和机械开关构成,是一种较简单的无功补偿装置,可分级、分组投切,但不属于动态无功补偿,因其价格低廉,适用于负荷波动不频繁的场所。
固定补偿装置是70年代最普遍的无功补偿方式,随着电力电子的应用以及电力部门的考核要求,固定补偿不能满足系统无功的变化,同时因为系统谐波,固定补偿装置对谐波放大形成隐患,该技术目前已逐渐淘汰。
SVC(静止型动态无功补偿装置):
随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用,应用晶闸管技术的SVC进入无功补偿的舞台,并逐渐占据主导地位。
SVC是一种快速调节无功功率的装置,具有反应时间快(5~20MS)、运行可靠、无级补偿、分相调节、能平衡有功、适用范围广和价格低廉等优点,有较好的抑制不对称负荷的能力,应用十分广泛。
SVC从70年代在国外投入运行,我国从80年代开始研究SVC技术及其应用。
SVG(静止无功发生器):
将自换相桥式电路通过电抗器或直接并联在电网上,适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值,或直接控制其交流侧电流,使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,实现动态无功补偿的目的。
与SVC相比,SVG的响应速度更快、运行范围更宽、谐波电流含量更小,并且电压较低时SVG仍可向系统注入较大的无功电流,其储能元件的容量较其所提供的无功容量要小。
②谐波治理技术
谐波治理技术的演变大致经历了以下几个阶段:
第一阶段:
主要针对高压专线电网中的谐波问题,电弧炉、中频炉等大容量非线性负荷,谐波的治理技术采用无源滤波技术-LC滤波回路,主要通过了解电网线路阻抗,有针对性地设计特征次谐波LC滤波回路,实现对固定次数的谐波滤出,但有谐振的危险,对设计方案、元器件性能、检测数据有较高要求,无法满足系统变化的需求。
第二阶段:
采用电容器回路安装电抗器的技术保护补偿电容器来达到抑制谐波的作用,其一般只能最多减少30%左右的谐波流入电网,因此该技术不能减少谐波源增加对公用电网所造成的危害。
第三阶段:
随着谐波问题逐渐由专用电网向公用电网转移,有源滤波技术快速发展,成为目前行业技术发展的主流:
一方面,公用电网负载容量普遍较小、数量众多,产生的谐波次数和谐波量波动大,采用无源滤波技术不但不能解决谐波问题而且有可能引起谐振;
另一方面,公用电网无功补偿大多采用集中补偿,谐波抑制技术易造成补偿回路过载,而有源滤波技术从补偿电网中检测出谐波电流和基波无功,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而方向相反的补偿电流,从而使电网电流只含基波成分,同时动态补偿基波无功功率,使电网无功功率因数达。
有源滤波技术能对频率和幅值都变化的谐波及无功功率进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响。
(2)行业发展现状
为了合理高效的利用电能,发达国家75%以上的电能需经过变换或控制后使用,这一比例仍在不断提高。
与发达国家相比我国用电环境更为复杂,且目前我国电能仍主要采用传统输配方式,电力电子技术在输配电、用电过程中应用程度相对较低,电能质量问题较为突出,主要表现在:
①我国是生产制造业大国,产业结构中重工业与高耗能企业占据较高份额,如钢铁、冶金、石油、化工、水泥、建材等,这些企业的生产设备与装置易产生谐波、闪变、电压跌落、三相不平衡等电能质量问题,并通过电网将这些电能质量问题传递给其它广大电力用户,造成严重的电网污染;
②由于我国电能质量监测与监管机制尚不完善,难以做到“谁污染、谁治理”,电能质量问题主要体现在用户侧市场,我国对电能质量治理的需要也更加迫切、要求更高。
虽然我国电能质量问题较发达国家更为突出,但截至目前我国电能质量治理水平及对电能质量问题产生危害的认识水平仍然不高,电能质量治理的方式较为粗放,部分工业企业仅出于避免罚款的目的而被动地装设治理装置,电能质量治理装置应用的广度和深度均与发达国家存在较大差距,导致电网系统污染现象较为严重。
造成上述现状的原因主要有两方面:
①制度层面上,我国对电能质量治理的相关约束机制还有待进一步完善,尽管我国早在1995年即颁布了《电力法》,并于1996年出台《电力供应与使用条例》,但总体上这些法规在内容的科学性、可操作性及实际贯彻执行上已不能及时适应全社会环境保护的压力、电力工业的快速发展、用电设备的日益复杂及用户对电能质量的更高要求,我国于2009年、2010年才相继出台《供电监管办法》和《电力需求侧管理办法》。
②长期以来,我国工业、交通运输业、商业等用电产业生产运营方式较为粗放,精细化管理程度较低,制造业水平较为低端,对优质电能的使用需求不足且缺乏足够的认识;
另外,装配电能质量治理装置需要一定前期投入,影响企业收益,因而电能质量治理装置在下游电力用户中的应用水平较低。
近几年,我国电能质量治理及相关电力电子设备制造业发展较为迅速,迎来极佳的行业发展契机:
①受惠于节能减排、清洁能源发展、制造业转型升级等多项产业政策的支持;
②不仅在输变电、发电行业及钢铁、冶金、煤炭等传统制造业中的应用规模日益增长,电能质量治理设备在城市轨道交通、智能电网、电动汽车、数据中心以及高端制造业中的应用亦不断拓展和深化;
③国内电力电子及应用技术水平的突飞猛进。
我国传统的无功补偿市场主要在供电、输配电一侧。
作为制造业大国,近年来用电设备及用电负荷大幅增加,导致电能质量问题日益突出,促进了用电侧无功补偿市场的快速增长。
中国电源工业协会数据显示,用户侧无功补偿装置对新增发电装机容量的比例约:
1,即每增加1kVA发电容量,需配套低压无功补偿装置;
用户侧无功补偿装置在替代更换市场对存量发电装机容量的比例为:
1,即1kVA发电容量可带来低压无功补偿装置需求。
在我国电力装机容量不断增长的背景下,2010年-2014年我国用户侧无功补偿市场规模从2010年的亿元逐步增至2014年的亿元,年复合增长率达%。
考虑到未来对电网质量管理的不断加强,以及对原有无功补偿装置的替代更新,低压无功补偿的市场容量会进一步扩大,预计到2020年市场规模会达到亿元,年复合增长率达%。
中国用户侧无功补偿市场2010-2020年市场容量及市场规模预测(单位:
通过对一些用电负荷的分析测试,冶金行业的谐波含量约为30-35%,化工、制药、建材行业谐波含量约为30%,民用及办公负荷的谐波含量不低于10%,由此估计全部电力负荷中谐波含量不低于15%,这些谐波大部分没有得到有效治理。
受益于产业政策支持、下游应用市场需求拉动及电力电子行业内部不断进步,近年来我国谐波治理设备市场规模快速增长,由2010年的亿元增至2014年的亿元,年复合增长率达%。
预计到2020年我国谐波治理市场规模将达亿元,2014年-2020年复合增长率达%。
2010年-2020年我国谐波治理市场规模(单位:
2、电力电子设备制造业发展概况
电力电子技术的核心是电力电子元器件技术。
电力电子元器件的发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。
20世纪50年代第一只晶闸管问世,以此为基础开发的可控硅整流装置成为电气传动领域的一次革命。
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但大约20%的电能是以直流形式消费。
大功率硅整流器能够高效率地将工频交流电转变为直流电,因此在上世纪60、70年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以迅速发展。
20世纪70年代全球能源危机的发生,使交流电机变频调速因节能效果显着而得到快速发展。
变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。
70、80年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GTO)成为当时电力电子器件的主角。
这一阶段的电力电子技术已能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
80年代后,大规模集成电路技术的发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。
将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件:
功率MOSFET的问世,促使中小功率电源向高频化发展;
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的出现,为大中型功率电源向高频发展带来机遇。
由于在降低能源消耗、提升能源使用效率、确保用电安全等方面良好的应用效果,电力电子技术目前已涉及国民经济的众多部门,广泛应用于电力、汽车、现代通信、机械、石化、织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等众多行业。
发达国家超过75%的电能经过电力电子变换或控制后使用,预计未来将达到95%以上的使用率。
我国由于产业发展起步较晚,大部分电能仍采用传统输配方式,电力电子技术使用率远低于发达国家,仍存在较大提升空间。
近年来,受益于国家加大对传统产业节能减排的投入力度,以及新源、智能电网、电动汽车等新兴产业的快速发展,我国电力电子行业不断拓展市场广度和深度,市场规模不断扩大。
未来,电力电子技术将向以下几个方向发展:
①集成化:
高度集成化将使电力电子装置体积更小、重量更轻、功率密度更高、性能更优;
②智能化:
装置更具自动调节能力,从而获得更高的性能指标,包括高效率、高功率因数、宽调速范围、快速准确的动态性能及高故障容错能力等;
③通用化:
有效扩大使用范围,降低制造成本;
④信息化:
现代信息技术应用于电力传动系统中,使其不仅是转换、传送能量的装置,也成为传递和交换信息的通道。
3、行业未来发展趋势
(1)产品和技术方面的未来发展趋势
电能质量
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