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国家电力温控热管理与温度传感器

特普生科技 特普生科技 2022-11-26 14 3466

一、电力产业链温控

电力温控设备,是电力系统稳定运行的重要保障设施,属于专用性空调的重要应用领域。

专用性空调是为满足某些工业工艺和特殊环境的需求,将被控环境的物理参数(如湿度、温度、风速 、风压)、生物参数(如空气 含尘量、微生物量) 、化学参数(如腐蚀性气体的浓度)等严格控制在特定范围内而设计制造的设备,或者为使用场景的特殊要求(如抗冲击、防震、防爆) 专门设计制造的设备。

环境温控设备,是保障电力设备安全运行和使用寿命提高的重要设施。由于电流热效应存在,电流通过导体时电阻会消耗部分电能,而这部分电能会转化为热能,从而使得发电和送电设备产生发问题, 影响电力设备的运行安全和使用寿命。同时,电力设备运行过程中,内部温度环境过高或过低均不利于电力设备的稳定可靠运行。因而,为保障电力设备安全、稳定的运行,在电力系统中会配置相应的环境温控设备,保障电力设备运行在恒温恒湿的环境下,降低电力设备出现事故的概率。此外,部分温控设备由于节能降耗设计,运行能耗低,有助于推进电力系统降低能耗。

温控设备广泛应用于发电、输电和配电等电力产业链主要环节。

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(电力主要产业链环节的代表性温控设备)

发电环节,采用组合式空调机组、满液式冷水机组、蒸发冷却式冷水机组等温控设备系统实现发电机组冷却,保障发电机组设备安全稳定运行。

输电环节,输电设备多采用封闭式结构,散热性差, 可采用组合式空气处理机等温控系统设备为输电设备提供恒温恒湿的环境。

配电环节,温控设备系统保障变压器、高压电器等配电设备运行稳定,降低设备发生故障的概率。


1、发电端:

汽力发电机组蒸汽乏汽以及辅助设备的冷却。经过超高压机组 多次循环后的蒸汽乏汽依然具有较高温度,需要通过凝汽器并用冷却水冷却凝结成水,以便于进行水质处理后再度引入锅炉。用于火力发电厂的冷却技术大体分为:蒸发冷却技术、直接空冷技术、间接空冷技术。目前国内火力发电厂大都采用直接空冷系统冷却汽机乏汽, 而辅助设备的冷却往往采用机械通风冷却塔开式循环系统。

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(火力发电厂温控保护系统)

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(典型火力发电厂直接空冷系统主要构成)

2、输电端:

换流站晶闸管换流阀的冷却。换流阀冷却系统主要由两个循环系统组成,即阀内冷却系统和外冷却系统。晶闸管换流阀是换流站的核心设备之一,系统运行过程中会产生大量的热,因此通过采用合适的冷却方式提供晶闸管正常的工作环境,也提高系统的稳定运行能力。外冷却系统的特点是非封闭的循环系统,其散热方式是把换流阀里冷却水中的热量通过外部的换热设备散到设备外。根据介质的不同,外冷系统的方式主要有空气冷却方式、空气冷却串联辅助水冷却方式以及水冷方式。

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(运行中的±800kV/5000A特高压换流阀)

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(阀冷却系统结构示意图)

3、配电端:

变压器及室外控制柜的冷却。变压器在工作过程中会产生大量的热,因此需要对温度进行控制。电力变压器的冷却系统包括两部分:外部冷却系统,保证介质中的热散到变压器外;内部冷却系统,它保证绕组、铁芯的热量散入到周围的介质中。

根据变压器容量的大小,介质和循环种类的不同,变压器采用不同的冷却方式。常见的冷却方式包括油浸风冷式、油浸自冷式、强迫循环液冷式和强迫循环风冷式。在夏季连续高温天气,户外柜出现柜内温度过高、系统误 告警、未工作于正常工作模式、显示屏花屏或风机停转等现象。电力系统二次设备的核心装置由大量电子器件组成,户外柜就地保护的装置长时间工作在高温下,会引起元器件性能降低,对电网系统的稳定性造成重大影响。户外控制柜的此类故障增加了人员运维检修的工作量,易造成较大经济损失及电网安全事故。        

目前,国内已建设投运的智能变电站户外柜,在温度控制方面,主要采用 风机、热交换器或空调器散热方式,其中风机属于直接风冷而热交换器和空调器则属于间接风冷。2018年发布的《DL/T 1881-2018 智能变电站智能控制柜技术规范》明确对控制柜温度调节性能有要求,柜内可采用空调设备、风扇、热交换器、加热器等温度控制措施,并应采用易维护的设计。

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(采用强制循环风冷的某发电厂的主变压器)

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(山东临沂变电站控制柜冷却)


二、智能电网,温控设备新需求

1、国家电网推进泛在电力物联网建设,预计2024 年建成,智能电网建设步入新阶段。2019 年,国家电网公司提出“三型两网”发展战略,即打造“枢纽型,平台型,共享型”企业和建设运营好“坚强智能电网,泛在电力物联网”,意在通过建设运营好“两网”实现向“三型”企业转型。

2、受益智能电网建设推进,电力温控设备需求持续增长。智能电网中发电、输电设备以及电网设备的性能密度和功率密度不断提升,设备发热量和发热密度也随之提高,对设备散热要求提高成为普遍趋势, 亦驱动电力设备需求增长。近年来,随着智能电网建设推进, 智能变电站、智能控制柜等设备装配率上升,电力系统中控制器、传感器等电子器件用量显著增加,对电力设备运行环境的物理参数控制要求进一步提升,为温控设备带来新需求。 

3、“双碳”目标推进,电力结构低碳化转型发展。

4、国内风光资源分布不均, 电力区域间输送带动升压站建设增加,驱动电力温控设备市场规模增长。

5、新能源电力发展背景下储能规模增长,热管理市场需求逐步释放。热管理系统作为储能系统的重要组成部分,未来有望受益于储能装机容量增长的过程。据 IHS 预测,到2025 年,全球电池储能系统累计装机量有望达到 64.3-179GWh;同时,伍德麦肯兹预 测到 2030 年,全球储能装机容量将达到 741GWh,中国市场储能部 署容量将达到 153GWh。

6、风光装机规模持续扩张,有望驱动电力温控设备需求不断增长。根据国家领导在气候雄心峰会提出2030 年国家自主贡献目标,预测到 2030 年,国内风电、太阳能发电总装机容量将达到 12 亿千瓦以 上,对于当前装机规模,未来仍有较大提升空间,随着未来风光新能源装机规模持续扩张,将为电力温控设备带来增量市场需求,驱动电力温控设备市场规模增长。

7、海上风电为风电重点发展方向,未来装机规模持续上升驱动专用性空调 需求增长。到 2030 年,全球海上风电装机容量将从 2019 年29.1GW 增至 234GW 以上,随着海上风电装机规模增加,海上风电升压站建设数量亦将有所增长。由于海上风电升压站对防腐性能要求较高,这将驱动特种空调设备市场需求增长,利好专用性空调厂商。


三、储能热管理加快,电力温控设备新机遇

1、政策支持储能发展,产业有望加快发展。

特普生是国家高新技术、专精特新“小巨人”企业。主要研制NTC芯片热敏电阻温度传感器食品温度探针储能线束储能CCS等温度采集产品系列。一体化研制、一致性品质的特普生,竞争力优势明显:自主研制NTC芯片核心技术及实现医用0.3%精度;发明专利(国内12项、美国5项,欧洲2项)、实用新型百项、保留不公开技术2项;为全球新能源产品、大消费品与工业品提供了定制化的温度采集技术。

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