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1、展望电力电子学科的未来,徐德鸿 浙江大学 2008年4月12日,目 录,传统角色新角色 两极化 电力电子器件演化与收敛 电力电子教学内容的革新 总结,传统角色新角色,新角色: 节约能源 节约资源 开发新能源 电力环境的治理(电能质量稳定性可控制性输送能力) 环境保护,传统角色: 电能的高效率变换 为计算机通讯自动化装置仪表工业装置提供高质量交流或直流电源 运动的高效率、精密、快速的控制,满足工业过程要求,节约能源：我国能源消耗情况,2001 到2005 间年均能耗增长率10% 是1980 到 2000间的两倍 全社会年能耗: 2000: 14 亿吨标准煤 2005: 22亿吨标准煤 原油进口:
2、 2000: 7300万吨 2006:1.69 亿吨 电力装机: 2000: 3.2 亿 kW 2006: 6.2亿 kW,2001年后, 能源形势发展急升,节约能源：十一五节能规划,70% 节能基于调整产业结构 30% 节能依靠科技,节能改造的投资: 8000亿 矿产、钢铁制造、水泥制造 电厂、宾馆、公共设施,节约能源：电能节省,Source: ZVEI, Siemens, CEMEP, CPES, EPA, NRDC,我国电能消耗占能源消耗0%,因此节约电具有重要的意义,节约资源,铜、钢材的原材料的价格攀升 高频变压器替代工频变压器, 无源元件的小型化， UPS 非50Hz电 动机,Mor
3、e Si, less copper and iron,我国可再生能源中长期发展规划,到2010年，可再生能源消费总量的比重达到10%，2020年达到15%。,开发新能源,中国电力科学研究院,非水能的可再生能源发电: 风能、太阳能与生物质能,2006年世界新增装机容量1519.7万kW，累计装机容量7430.6万kW 我国联网风电场总装机2005年为126.4万kW，2006年达到258.8万kW，年增长率104%； 我国规划2020年达3000万kW，乐观估计2050年可达数亿kW规模。,风力发电,我国联网风电场总装机,世界风力发电发展迅速!,光伏发电,全球PV发电装机累计容量,各国的市场分额
4、（2007 ）,市场分布 2006,2001-2006，世界PV产业年均增长率为41%,我国光伏规划,市场预测,Competitiveness between electricity generating costs for PV and utility prices,In Spain, where PV installations produce up to 1800 kWh/(kWp*a), PV electricity can be produced for approx. 0.20 /kWh, so that the electricity is as expensive as uti
5、lity peak power. In Germany PV plants produce only around 900 kWh/(kWp*a). Therefore PV power will be as expensive as utility peak power in 2020.,光伏发电价格,西班牙,德国,单晶硅 效率: 12 15 % 单位面积峰值功率: 120 Wp/m2 价格. 40-50元 /Wp,光伏电池分类,多晶硅 效率: 10 12 % 单位面积峰值功率: 100 Wp/m2 价格. 30-40元 /Wp,非晶硅 效率: % 单位面积峰值功率: 50 Wp/m2 价格
6、. 50-60元 /Wp 可以卷折,薄膜型PV,市场分额, 2003,薄膜型光伏电池,传统PV生产过程为高能耗,成本降低已趋于饱和 国际上看好薄膜型光伏电池,A multijunction device is a stack of individual single-junction cells in descending order of bandgap (Eg). The top cell captures the high-energy photons and passes the rest of the photons on to be absorbed,传统服务对象,电能的产生传输分
7、配应用,由于主要器件为，二极管，为整流性器件,决定整流方式应用 直流电源、电解、发电机励磁、直流电机调速 比较成功逆变应用为感应加热电源, 少量应用于交流调速（cycle converter). 少量应用无功补偿（TSC,TCR,SVC), HVDC,主要服务于用电 整流应用为主流。80、90年代的电力电子技术教科书1/2介绍整流,用电,未来服务对象,未来电能的产生传输分配应用,服务于电能产生传输分配应用全过程 提高电力系统的可控性，实现电力系统高效、经济、稳定、安全的运行,电能质量:APFDVRSVC 稳定性:SVCSVG 可控制性输送能力: HVDCUPFCTCSC,电力环境的治理,环境保
8、护,京都议定书COP3的缔约国（2005生效） 2007年G8（Group of Eight ）会议指定2050年减排50% 第二排放国,措施： 扩大再生能源应用比例 发展新能源 节能技术的应用,Power Electronics,CO2 and NOx reduction,汽车与石油,从1957年新中国的第一辆汽车正式生产下线 1992年中国汽车产量突破100万辆 2006年，中国汽车产量为728万辆。 已超过德国，居世界第三位 2007年我国原油消费量约为.46亿吨，同比增长7.3。原油对外依存度达到46。 国际油价突破$100,Source:EPRI,电动汽车vs.汽油车,能量利用率 E
9、V:Gas V=1:0.6,电气化铁道和城市轨道交通,30% 电气化铁道 2004 2020投资约20000亿 Drives, auxiliary power supply, SVC, APF 铁道部科技部：“高铁行动计划”,交通电气化是必有之路,石油瓶颈、能源安全 汽车平民化社会发展，电动汽车是唯一道路 环境保护 城市交通问题解决：轨道交通+电动汽车+智能交通管理,两极化发展,微型化：短、小、轻、薄到功率集成模块（IPEM）,巨型化：高压、大功率化,微型化,巨型化（MW-GW),微型化：功率集成模块（IPEM）,SOC 电源变换器 IC 技术,Pol 电源模块,有源元件集成 无源元件集成 封
10、装技术 热设计,SOP,Discrete Components,Passive PEBB,EMI Filter,Active PEBB,Front view,巨型化：电力的发、输、配、用全过程,1999年瑞典HVDC，70kM，容量为50MW/65MVA, 直流80KV，2.5kV压接式IGBT串联,轻型HVDC输电,2.8MVA GTO水冷牵引逆变器 1.2MVA IGBT水冷牵引逆变器,15 MVA变流器,3250kW/6kV高压变频调速系统,电力电子器件演化与收敛,高压大容量化，光驱动,昔日的自关断器件的骄子，如今走到尽头,MOSFET,IGBT,GTO,IGCT,GTR,SCR,小功率
11、电源世界的骄子，最快的固体开关,最具实力扩张主义者，高压化、高频化与低压降技术,GTO的改良派，企图改变岌岌可危局面,岌岌可危，面临挑战者IGBT,感想,收敛到MOSFET 和IGBT？,传统电力电子教学以电路及其相移控制、调制控制为核心,系统为核心,光伏电池特性 燃料电池 风力发电机特性 蓄电池 电网特性 传动特性,系统分析、模型、控制 系统仿真、设计 电、磁、机、热多物理的仿真 系统的能量管理 电能质量 传热学 电磁兼容,电力电子电路,电力电子系统技术,电力电子与电力传动学科教学内容的革新,总 结,我们正处于电力电子技术高增长拐点，应适时地革新人才培养计划、学科方向的布局和投入，以促进电力电子技术的发展和更广泛的应用，造福人类！,Thank,个人观点供参考，欢迎讨论,