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1我国电气工程新技术发展与展望严陆光中科院电工研究所2012.4.242012.4.242012.4.242012.4.242一一电气工程概况电气工程概况��18781878年英国帝国理工学院率先设立了电气工程专年英国帝国理工学院率先设立了电气工程专业业��19081908年我国上海南洋公学设立年我国上海南洋公学设立““电气学科电气学科””��一百年来，已形成包括多种学科的电类专业群一百年来，已形成包括多种学科的电类专业群��本科与研究生教育得到迅速良好的发展本科与研究生教育得到迅速良好的发展��已建立强大的电力生产与电工装备制造两大工业已建立强大的电力生产与电工装备制造两大工业体系体系3��电气工程已壮大成为重要的技术科学与工程领电气工程已壮大成为重要的技术科学与工程领域，包括域，包括::••研究电磁客观规律及其应用的学科体系；研究电磁客观规律及其应用的学科体系；••培养相关转业人才的教育体系；培养相关转业人才的教育体系；••电力生产与电工装备制造两大的工业体系；电力生产与电工装备制造两大的工业体系；••其发展水平已成为衡量社会现代化程度的重其发展水平已成为衡量社会现代化程度的重要标志。要标志。4二二继续大力发展电工新技术继续大力发展电工新技术电工新技术通常是指尚未进入大学教材和尚电工新技术通常是指尚未进入大学教材和尚未实现规模化应用的技术，其内涵在与时未实现规模化应用的技术，其内涵在与时俱进地发展与变化，是电气工程中最为活俱进地发展与变化，是电气工程中最为活跃和最具生命力的发展方向，在创新中起跃和最具生命力的发展方向，在创新中起着带头作用。着带头作用。��电工新技术的发展要打好基础，与国家的电工新技术的发展要打好基础，与国家的实际需求紧密结合，按照小平同志实际需求紧密结合，按照小平同志““发展高发展高技术、实现产业化技术、实现产业化””的批示，努力拼搏。的批示，努力拼搏。5电工新技术的发展基础是知识众多领域出现电工新技术的发展基础是知识众多领域出现的新理论、新原理、新材料、新技术、新的新理论、新原理、新材料、新技术、新工艺，多学科的交叉、结合、渗透与综合工艺，多学科的交叉、结合、渗透与综合是发展的路径。在高等教育阶段培养人才是发展的路径。在高等教育阶段培养人才要掌握雄厚的基础知识，对新事物高度敏要掌握雄厚的基础知识，对新事物高度敏感，善于抓住机遇，与需求紧密结合，坚感，善于抓住机遇，与需求紧密结合，坚定地持续努力，才有希望成功。定地持续努力，才有希望成功。6��二十世纪下半叶，带动电工新技术发展的新理二十世纪下半叶，带动电工新技术发展的新理论与新原理包括：论与新原理包括：��----等离子体物理等离子体物理气体放电物理气体放电物理��----电磁流体力学电磁流体力学生物电磁学生物电磁学��----直线电机直线电机��发展起一系列新技术包括：发展起一系列新技术包括：��----受控核聚变电工受控核聚变电工放电应用放电应用��----磁流体发电与应用磁流体发电与应用磁悬浮直线驱动列车磁悬浮直线驱动列车��----新型电磁诊断与医疗设备等新型电磁诊断与医疗设备等7��二十世纪下半叶，电气工程用新材料（超导材料、二十世纪下半叶，电气工程用新材料（超导材料、永磁材料和半导体材料）的出现，形成规模产业永磁材料和半导体材料）的出现，形成规模产业与应用有着重大意义。与应用有着重大意义。��它们带动了一系列新技术发展，包括：它们带动了一系列新技术发展，包括：��----强磁场技术与应用强磁场技术与应用超导电力应用超导电力应用��----永磁磁体与永磁电机永磁磁体与永磁电机电力电子电源与控制电力电子电源与控制��----太阳能光伏发电等太阳能光伏发电等8��二十世纪下半叶具有全局重大意义的新技术是二十世纪下半叶具有全局重大意义的新技术是计算机和微电子技术，它们的发展与普及使电计算机和微电子技术，它们的发展与普及使电气工程发生了重大的变化，诸如：气工程发生了重大的变化，诸如：��----计算机电磁计算计算机电磁计算��----计算机辅助设计计算机辅助设计��----自动监测与控制自动监测与控制��展望二十一世纪，应充分重视生物工程技术、展望二十一世纪，应充分重视生物工程技术、纳米技术与网络技术的带动作用。纳米技术与网络技术的带动作用。9��国家经济与社会发展的实际需求是推动电国家经济与社会发展的实际需求是推动电工新技术发展的主要动力，主要需求来自：工新技术发展的主要动力，主要需求来自：��能源与电力能源与电力交通运输交通运输��工业与民用工业与民用国防装备电气化国防装备电气化��科学试验等科学试验等��新技术发展要与需求紧密结合，才能有效新技术发展要与需求紧密结合，才能有效地快速前进，形成产业，产出显著效益。地快速前进，形成产业，产出显著效益。10三、我国电气工业发展概况根据2009年中国统计年鉴及其他有关资料的数据，2008年全国能源消费总量达28.5亿吨标煤，人均约2.1吨标煤/年，一次商品能源结构为煤占68.7%，石油—18.7%，天然气—3.8%，水电、核电、风电共占8.8%。全国能源生产总量为26亿吨标煤，除近60%的石油依赖进口外，其他均主要靠国内生产。2008年，我国电力工业全国发电装机总容量已达7.9亿千瓦，人均约0.6千瓦，其中煤电占76%，水电—21%，其他约3%。全年生产电能3.4万亿度，电能消费占终端能源消费比重接近20%，工业用电约占74%，农、林、牧业约占4%，交通约占2%，建筑、民用与其他约占20%。11全国运行的35千伏以上的输电线路全长约110万公里，其中35千伏—40万公里，110千伏—38万公里，220千伏—21万公里，330千伏与500千伏共约11万公里，最高电压已达1000千伏。我国已建成6个区域电网及31个省级电网，其中4个区域电网装机容量规模已达1亿千瓦以上，35千伏以上运行变压器总容量达约18亿千伏安。我国发电装机总容量，全年发电量已稳居世界第二，电网规模居世界首位，技术水平已处于世界前列。我国电力工业共有6200多家年主营业收入大于500万元的规模以上企业，工业总产值达约3万亿元。占全国约6%，从业人员约260万人，占全国约3%。12我国电气制造工业已成为我国重大基础制造业之一，已能基本满足国内需求提供有关装备与器材，并有一定出口，随着我国各行各业的电气化水平，用电占耗能的比重日益提高，正在成为世界电气化强国。2008年，我国电气制造工业年主营业务收入在500万元以上的企业共有2.54万家，从业人员528万人，工业总产值3.04万亿元，利润总额1800亿元，均约占全国规模以上企业相应总数的6%，产品销售率占97.4%。现有产业的规模与水平已为继续前进奠立了良好基础。13四、大力培育与发展战略性新兴产业的重要性我国正向全面建设小康社会迈进，可望在建国百我国正向全面建设小康社会迈进，可望在建国百年时基本实现现代化，经济与社会正处在迅速发展阶年时基本实现现代化，经济与社会正处在迅速发展阶段。段。20052005年以来，年耗能总量以每年约年以来，年耗能总量以每年约22亿吨标煤，发亿吨标煤，发电总装机容量以年约电总装机容量以年约11亿千瓦的速度增长。未来能源与亿千瓦的速度增长。未来能源与电力需求与很多因素有关，有着一些相差很大的预电力需求与很多因素有关，有着一些相差很大的预测，最近较为接近实际的估计是：测，最近较为接近实际的估计是：20202020年全国总能耗年全国总能耗将达将达40-4540-45亿吨标煤，年增亿吨标煤，年增1-1.51-1.5亿吨标煤，人均约亿吨标煤，人均约33吨吨标标煤煤//年，发电总装机容量可能达年，发电总装机容量可能达15-1715-17亿千瓦，年增亿千瓦，年增0.5-0.70.5-0.7亿千瓦。面对我国以煤及煤电为主的现实和化亿千瓦。面对我国以煤及煤电为主的现实和化石能源开始耗竭，污染及石能源开始耗竭，污染及COCO22排放严峻的形势，以及排放严峻的形势，以及石油资源与生产能力紧缺，不能不依赖进口的情况，石油资源与生产能力紧缺，不能不依赖进口的情况，为满足我国未来的能源与电力需求，大力调整能源与为满足我国未来的能源与电力需求，大力调整能源与电力结构，建立可持续发展体系的任务已提上日程。电力结构，建立可持续发展体系的任务已提上日程。14为建立能源与电力可持续发展体系，除要将节能、提高能源利用效率放在优先地位外，在本世纪上半叶应从多个方面积极协调地开展能源、电力与电气制造的发展工作，即：（1）大力发展煤的高效、清洁、低碳排放的转换技术，继续发挥煤的重要作用；（2）大力开源节流，保障国家能源安全的石油供应；（3）充分利用资源，最大可能地发展水电与核电；（4）大规模发展非水能的可再生能源与发电；（5）充分支持未来新型能源（核聚变、海洋能、可燃冰、深层地热）的研究开发；（6）大力发展智能电网，它们为我国电气工业的前进指明了方向，提出了多方面的新要求，特别要重视新技术与新兴产业的发展与应用。15大力培育战略性新兴产业是抢占国际竞争制高点的需要，是我国转变发展方式的重中之重，代表着科技创新和产业发展的方向。温家宝总理明确提出，战略性新兴产业决定着国家的未来，必须抓住机遇，明确重点，有所作为，逐步使它成为经济社会发展的主导力量。他还强调：“科学选择战略性新兴产业非常关键。选对了就能跨越发展，选错了将会贻误时机。战略性新兴产业必须掌握关键核心技术，具有市场需求前景，具备资源能耗低、带动系数大、就业机会多、综合效益好的特征。”根据上述精神与温总理的指示，从长期以来对我国电气工业及其近期发展方向的了解，经多方面研究提出了一些我国电气工业战略性新兴产业的发展建议，为我国近期内做出部署，有着重要的意义。16五、近期培育发展电气工程战略性新兴产业的建议立足于我国已有基础，为满足我国电力供应与立足于我国已有基础，为满足我国电力供应与用电迅速增长的需求和大力调整结构，建立可持用电迅速增长的需求和大力调整结构，建立可持续发展体系的发展趋势，近年来对续发展体系的发展趋势，近年来对电气工程战略性新兴产业的培育发展进行了多方面的研究讨论，对近期部署的主要工作有了比较清晰的建议，主要包括七个方面，即：（1）新能源发电。（2）电动汽车。（3）高效、清洁、低碳排放的煤电。（4）智能电网。（5）磁浮与直线驱动电气化交通。（6）应用超导。（7）节能与提高能源效率。现简要介绍如下：现简要介绍如下：171.1.1.1.新能源发电产业新能源发电产业新能源发电产业新能源发电产业包括（1）风电产业；（2）光伏发电产业；（3）生物质发电产业；（4）钠冷快堆核电产业。（1）风电产业继水力发电之后，风力发电是当今可再生能源发电中技术最成熟、经济性较好、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，是近期发展的重点。18近年来，我国风电发展迅速，2008年累计装机1200万千瓦，当年新增630万千瓦，其中国内内资厂家产品份额累计达55%，当年达65%，已进入大规模发展的新时期，预期2020年总装机可达8000万至1亿千瓦。与此相适应，在合资、引进技术、联合与自主设计基础上，已形成了由100多家制造企业组成的风电产业，年整机生产能力已达1000万千瓦，单机最大容量1500千瓦。“十二五”期间，我国风电产业还必须在提高质量、保证运行可靠性、加强关键零部件配套方面狠下功夫，积极开展5兆瓦、10兆瓦大型机组研制；千方百计降低造价与电能成本；提高进入电网与其他发电方式合理协调的调控能力，以保证供电安全可靠；开始近海抗台风的装备研制与示范等方面进行工作，作为国家战略性新兴产业的重点项目进行部署是十分必要的。19（2）光伏发电产业光伏发电具有资源丰富、环境友好、无转动部件、维护简单、由模块组成、功率可大可小等突出优点，作为无电地区小型离网电源、分布式电网中的并网电源及大规模集中的荒漠电站已得到了较广泛应用，形成了相应的光伏电池与供电系统制造产业。我国近年来光伏发电产业得到了惊人的发展，解决了硅原材料依赖进口的瓶颈，2008年光伏电池产量达到2