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以实现低碳社会为目标的富士电机发电成套设备事业的现状与展望

以实现低碳社会为目标的富士电机发电成套设备事业的现状与展望

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富士电机提出“致力于丰富多彩的社会、挑战创造的极限、与自然环境协调发展”等经营理念,经营方针的支柱之一就是通过能源和环境事业为实现社会的可持续发展做出贡献。

本文将以能源领域为中心,介绍富士电机为实现低碳社会所作出的努力,并列举典型贡献事例讲述现状和前景。

No.01 地热发电领域

不受天气等自然条件左右的地热发电作为稳定的可再生能源再次受到国内外关注。虽然可采用闪蒸循环发电(*1)的地热源有限,但包括大型设备在内,闪蒸循环发电设备呈现增加趋势。

另一方面,可利用低位(*2)热源的双循环发电(*3)因为能利用的地热源广泛,所以具有很大潜力,预计其年度新建规模超过闪蒸循环发电也只是时间问题。

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作为地热发电领域享誉全球的制造商,富士电机正在持续开展技术开发,以改善成套设备的经济性和运行效率,提高设备的耐腐蚀性、阻垢性、可靠性和维护性等。

在闪蒸循环发电方面,面向印度尼西亚、肯尼亚的成套设备正在建造之中。在双循环发电方面,完成了工作介质分别为替代氟利昂类和正戊烷的两套5MW日本国内较大规模成套设备。

(*1)闪蒸循环发电

从坑口喷出的蒸汽含有大量热水时,利用汽水分离器提取蒸汽,直接旋转蒸汽轮机的发电方式。

(*2)低位

指迄今为止未被有效利用的低温区域,如100℃左右的热水、工厂等所用的工艺蒸汽、排热的热水等。

(*3)双循环发电

使用温度较低的蒸汽和热水等热源时,热会传向正戊烷等低沸点的介质,产生高压蒸汽,从而旋转涡轮发电,是一种适用于闪蒸循环发电方式无法使用的低位(低温)热源的发电方式。

No.02 水力发电领域

富士电机于1936年交付了水力发电设备1号机。此后,从高落差的佩尔顿式水轮机到低落差的球壳式水轮机,富士电机进行了各种水轮机的开发、设计、制作和交付工作。

水力发电作为CO2排放量少的绿色纯国产能源,具有不受天气影响、可稳定使用的特点,因此被定位为承担电力供应基础的基本负载电源。

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通过运用三维流动分析技术,使各个发电站均达到优异状态,不仅增大了输出功率,还大幅提高了年发电量。今后,将开发不使用液压的环保型无油技术和提高了维护性和寿命的下一代水力发电设备,为降低环境负荷做贡献。

No.03 太阳能发电领域

为了通过可再生能源的普及实现低碳社会,富士电机从全球视角实现较快经济增长,电力需求不断提高。同时,因为东南亚地区原本就日照量充足,人们对百万瓦级太阳能发电这一可再生能源寄予厚望。

但是,无论在哪个国家,电网线路都处于扩充中,因此峰值削减和波动抑制技术必不可少。

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针对该市场,富士电机开发了支持DC1500V的大容量2500KVA新型PCS,将过载率提高至200%、大幅提高了百万瓦级太阳能发电站发电量。

富士电机立足于全球视角,以实现低碳社会为目标,充分利用系统限制应对设备和蓄电池控制技术,考虑各国和地区的特性,希望为低成本且稳定的百万瓦级太阳能发电的普及做出贡献。

No.04 风力发电领域

在欧美各国,百万瓦级太阳能发电和风力发电,特别是海上风力发电正在推动低碳化进程。在日本,FIT也适用于作为可再生能源的重要组成部分的风力发电。

富士电机交付了多套太阳能发电波动抑制系统,还开发了这些系统优化,即全面降低成套设备成本的新型蓄电池PCS(“PVI1400CJ-3/2600”、DC1400V、2600kVA),预计2021年开始销售并推向市场。

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此外,考虑到今后海上风力发电的普及,需要解决275kV受变电设备的设计、供应和长距离输电中存在的问题,即电压波动对策和高次谐波共振对策等。同时,还需满足客户的各种要求。

为解决这些课题、满足客户要求,在模拟技术和电缆杂散电容的影响对策方面,富士电机也积累了相关技术。

No.05 燃料电池领域

氢的有效利用有助于实现低碳社会。作为其代表形式的燃料电池,近年来在各事业得到快速普及。

发电需要氢气,所以通过使用化学反应中被称为水蒸气重整的氢气制造方法,也可使用城市燃气、LPG、下水分解气体等生物气。

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燃料电池不燃烧燃料,而是通过电化学反应发电,所以不受发电装置大小影响,即使发电输出功率小也可得到高发电效率。此外,通过使用与发电一起排出的热量,可提供高达90%的综合效率。

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▲上表是根据所用的电解质种类所作的燃料电池分类,其运行温度、发电效率和主要用途等不同。

富士电机着眼于排热温度和电解质稳定性优异的磷酸型燃料电池,于1973年开始着手开发。1998年开始销售采用了这些经验和技术诀窍的100KW商用机型,截至20年3月在全球范围交付了100台,82台正在运行之中。

富士电机燃料电池发电装置的最长累计运行时间高达13万小时(15年),证实了其高耐久性和可靠性。

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为实现低碳社会,富士电机正致力于提高磷酸型燃料电池的设置安装便利性、功能高级化、用途扩大化及低价格化。

为迎接上述氢气社会的到来,富士电机开发了氢燃料专用磷酸型燃料电池,该电池优化了将直接氢气作为燃料使用的工艺,实现了节省空间和低成本,对实现低碳社会起到了积极作用。

No.06 火力发电领域

以COP21为首的国际会议上明确了CO2削减目标, 从目前的高依赖度和能源稳定供应的观点来看,预计化石燃料发电将会减少,但也不会完全消失。

伴随着可再生能源比例增加,电力系统的稳定性会受到影响,从这一观点出发,高效且环境负荷低的燃气轮机联合循环(GTCC)发电的需求预计将继续增加。

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针对这一动向,富士电机在火力发电中通过提高效率,提高了经济效益、降低了环境负荷,为火力发电设备在生命周期中创造客户价值做出了贡献。具体而言,就是通过实现蒸汽条件的高温、高压化、采用中小容量涡轮的再热循环(*4)、蒸汽轮机的小型化和削减壳体数量等,提供了确实且可靠性高的技术。

运用这些迄今为止积累起来的技术和诀窍,富士电机于2019年交付了内陆型大型GTCC发电站,为提高系统整体的复原能力做出了贡献,同时,现在还拥有超超临界压力火力发电(*5)、生物质发电等项目,正在推进设计、制作、建设,确保按期竣工。

(*4)再热循环

将涡轮处于膨胀过程中的蒸汽部分取出,送到锅炉再次加热并提高过热度后,再次送至涡轮使其膨胀到最终压力的循环称为再热循环。

通过采用再热循环,与普通循环相比热效率得到提高,可增加同一蒸汽流量的涡轮输出。

(*5)超超临界压火力发电

超临界压发电是指通过在超过水临界压力的高温、高压条件下,削减将水蒸发所需的热能源,实现高效发电的方式。为了提高发电效率而逐步实现高温高压化,压力在24.1MPa 以上且温度超过566℃时,就属于超超临界压火力发电。

No.07 核能领域

在核电站的报废处理方面,除高速增殖原型反应堆“文殊”的燃料取出和燃料清洗之外,富士电机还正在设计处理拆卸废弃物的水泥固化设备。

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为能够安全地处理、处置和保管核能设施运行和废炉过程中产生的放射性废弃物,富士电机与美国Jacobs公司共同进行了活用具有各种优异特性的地聚合物材料的固化技术的研究开发。同时,为了对核燃料回收利用做出贡献,富士电机还提供符合新限制标准,在铀钚混合氧化物燃料的制造设备、远程操作装置、抗震配电柜、防火灭火等技术和产品。

作为能源系统的一部分,发电(即创造能源)的作用不仅仅是有效制造电力,还应扩展到电力和热的有效利用上。

今后富士电机也将继续把目光投向客户,倾听客户心声,与客户合作,为帮助客户创造价值,坚持不懈地努力开展技术革新、提高服务水平。同时还将通过提供安全、安心且环保的能源创造和社会基础设施解决方案,不断为实现可持续发展的社会做出巨大贡献。

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审核编辑(
王妍
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