中國無功補償行業(yè)的市場容量測算
本文導讀：根據(jù)《電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補償配置技術原則》要求，風電場的無功補償裝置總和不小于風電裝機容量的30~50%，風電場內(nèi)集中無功補償?shù)娜萘坎坏陀陲L電場無功補償裝置總和的40~60%，或經(jīng)計算分析得出。
進入新世紀以來，特別是2005年以來，我國風電發(fā)展加速，連續(xù)四年翻番，風電裝機發(fā)展速度之快令世人矚目。截至2009年底，我國風電累計吊裝容量達到2580萬千瓦，僅次于美國居世界第二位，2009年新增裝機容量達到1380萬千瓦，居世界首位。
截止2011年，我國已累計風電裝機62GW，按《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》內(nèi)容，到2015年和2020年累計形成并網(wǎng)風電裝機1億千瓦（100GW）和2億千瓦（200GW），按此規(guī)劃目標，2012~2020年新增裝機的復合增速將為-2.7%，與幾年前形勢已不可同日而語。
根據(jù)電監(jiān)會的統(tǒng)計估算，2011年全國風電棄風比例達16.23%。棄風現(xiàn)象在風電大國普遍存在，從全球范圍來看，共同的原因主要有三個。
一是由于近年風電發(fā)展速度過快，許多地區(qū)電網(wǎng)投資建設跟不上風電發(fā)展的步伐。近十年，世界風電裝機年均增長31.8%，成為全球最具吸引力的新能源技術，電網(wǎng)作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，投資吸引力遠不敵風電。
二是建設工期不匹配。風電項目建設周期短，通常首臺機組建設周期僅為6個月，全部建成需要1年左右；電網(wǎng)工程建設周期長，輸電線路需要跨地區(qū)，協(xié)調(diào)工作難度大。在我國220千伏輸電工程合理工期需要1年左右，750千伏輸電工程合理工期需要2年左右，在國外，由于管理體制的差異，建設周期更長。
三是風電出力特性不同于常規(guī)電源，一方面風電出力隨機性、波動性的特點，造成風功率預測精度較低，風電達到一定規(guī)模后，如果不提高系統(tǒng)備用水平，調(diào)度運行很難做到不棄風；另一方面風電多具有反調(diào)峰特性，即夜晚用電負荷處于低谷時段風電發(fā)電出力往往較大，即使常規(guī)電源降出力，當風電規(guī)模達到一定程度(大于低谷用電負荷)，也難免出現(xiàn)限電棄風。
除了制度方面的障礙之外，由于風電自身的特點，風電在并網(wǎng)環(huán)節(jié)也存外一些技術問題需要解決，如：感應式發(fā)電機無功消耗高；風機出力波動大引起電壓波動；電壓調(diào)節(jié)能力弱，不能在規(guī)定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；電網(wǎng)擾動造成的電壓變化可能造成風機解列；風力發(fā)電的有效利用低，需要電網(wǎng)增加備用容量等。
無功補償是解決風電并網(wǎng)問題的重要技術手段之一，對風電場進行無功補償有助于提高功率因數(shù)、穩(wěn)定輸出電壓、降低損耗。
根據(jù)《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》，當風電機組的無功容量不能滿足系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)需要時，應在風電場集中加裝適當容量的無功補償裝置。根據(jù)《電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)無功補償配置技術原則》要求，風電場的無功補償裝置總和不小于風電裝機容量的30~50%，風電場內(nèi)集中無功補償?shù)娜萘坎坏陀陲L電場無功補償裝置總和的40~60%，或經(jīng)計算分析得出。
早期風電場大多按照發(fā)電裝機容量的10%配備無功補償，隨著并網(wǎng)要求的提高，近兩年新建項目的配置比例已有許多達到30%左右或以上的案例。在設備選擇上，SVG的應用比例在逐漸提高。據(jù)我們了解，在存量市場上，SVC和SVG的比例約為4：6，在新增需求方面，SVG可能占到八成以上。
在風電領域，由于采取低價中標策略和為了替代SVC，目前應用的SVG單位容量價格已與SVC相當，如采用純SVG（不并聯(lián)其他固定電容補償）一般在240元/kvar，如考慮同容量的電容器裝置，則整體裝置的造價約150~160元/kvar。
風電場無功補償市場規(guī)模估算
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2011 |
2012E |
2013E |
2014E |
2015E |
| 風電裝機容量（GW） |
62.36 |
76.36 |
94.36 |
109.36 |
124.36 |
| 年新增風電裝機容量（GW） |
17.63 |
14.00 |
18.00 |
15.00 |
15.00 |
| 配置SVC的比例 |
20.0% |
10.0% |
0.0% |
0.0% |
0.0% |
| 配置SVG的比例 |
80.0% |
90.0% |
100.0% |
100.0% |
100.0% |
| SVC單價（元/KVar) |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
| SVG單價（元/KVar) |
160 |
160 |
160 |
160 |
160 |
| 按30%配置情況無功補償市場容量（百萬元） |
835.71 |
667.80 |
864.00 |
720.00 |
720.00 |
| 按50%配置情況無功補償市場容量（百萬元） |
1392.85 |
1113.00 |
1440.00 |
1200.00 |
1200.00 |
2、光伏行業(yè)
根據(jù)《可再生能源“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，到2015年我國太陽能裝機將達2100萬千瓦（21GW），其中光伏電站裝機1000萬千瓦（10GW），太陽能熱發(fā)電裝機100萬千瓦（1GW），并網(wǎng)和離網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)安裝容量達到1000萬千瓦（10GW）。到2020年，太陽能發(fā)電裝機計劃達到5000萬千瓦。
適用于光伏電站的無功補償設備目前主要有可投切的并聯(lián)電容、電抗器、SVC（靜止無功補償裝置）和SVG（靜止無功發(fā)生器）等。并聯(lián)電容、電抗器是電網(wǎng)中應用最多的一種專用無功補償裝置，它價格不高，易于安裝維護。但是由于容量固定，不能實現(xiàn)系統(tǒng)無功的連續(xù)調(diào)節(jié)，一般適用于接入電壓等級較低的中小型光伏電站。SVC、SVG均屬于動態(tài)無功補償裝置。其中，SVC含有較多的無源器件，體積和占地面積都比較大，可進行無功的動態(tài)補償，響應時間約為20～40ms。SVG是目前最為先進的無功補償裝置，它不僅能動態(tài)補償無功，也可動態(tài)補償瞬時有功或者進行相間功率交換，SVG的響應時間一般不大于5ms，并可以從0.1kF開始實現(xiàn)快速連續(xù)的精確調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)速度、調(diào)節(jié)范圍和諧波含量等方面比SVC都有明顯的優(yōu)勢。SVC、SVG目前在接入電壓等級較高的大中型光伏電站中應用廣泛。
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2011 |
2012E |
2013E |
2014E |
2015E |
| 光伏裝機容量（GW） |
3.00 |
7.00 |
17.00 |
27.00 |
37.00 |
| 年新增光伏裝機容量（GW） |
2.20 |
4.00 |
10.00 |
10.00 |
10.00 |
| 配置SVC的比例 |
20.0% |
10.0% |
0.0% |
0.0% |
0.0% |
| 配置SVG的比例 |
80.0% |
90.0% |
100.0% |
100.0% |
100.0% |
| SVC單價（元/KVar) |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
| SVG單價（元/KVar) |
160 |
160 |
160 |
160 |
160 |
| 按30%配置情況無功補償市場容量（百萬元） |
104.28 |
190.8 |
480 |
480 |
480 |
| 按50%配置情況無功補償市場容量（百萬元） |
173.8 |
318 |
800 |
800 |
800 |
3、電網(wǎng)行業(yè)
發(fā)電廠機組產(chǎn)生電力，為減少電力傳輸過程中的電能損耗，需要進行升壓處理后以特高壓或者超高壓進行遠距離傳輸，到達城市或者用戶側(cè)時，通過變電站進行多級降壓，最終降至日常使用的220V電壓。
國家電網(wǎng)公司為了保證電壓質(zhì)量和電網(wǎng)穩(wěn)定運行，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益，根據(jù)《中華人民共和國電力法》等國家有關法律法規(guī)制定了《電力系統(tǒng)無功補償配置技術原則》，該原則要求無功補償配置應根據(jù)電網(wǎng)情況，實施分散就地補償與變電站集中補償相結(jié)合，電網(wǎng)補償與用戶補償相結(jié)合，高壓補償與低壓補償相結(jié)合，滿足降損和調(diào)壓的需要。因此，電網(wǎng)系統(tǒng)中各級變電站是無功補償裝置的一個重要應用領域。
根據(jù)《電力系統(tǒng)無功補償配置技術原則》對不同電壓等級無功補償?shù)呐渲迷瓌t：
| 不同電壓等級電網(wǎng)的無功補償原則 |
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| 補償位置 |
補償原則 |
| 500（330）KV電壓等級變電站 |
容性無功補償容量按照主變壓器容量的10%～20%配置 |
| 220KV變電站 |
容性無功補償容量按照主變壓器容量的15%～25%配置 |
| 35KV～110KV變電站 |
容性無功補償容量按照主變壓器容量的15%～30%配置 |
| 10KV及其他電壓等級配電網(wǎng) |
容性無功補償容量按照主變壓器容量的20%～40%配置 |
目前應用于電網(wǎng)領域的無功補償裝置以投切電容器為主，其優(yōu)勢在于價格低廉，但與SVC/SVG相比，在快速反應與濾波等性能方面相差很大。目前，SVC和SVG均在輸配電網(wǎng)中有應用，SVC相比于SVG，價格具有優(yōu)勢，但SVG反應速度更快、占地面積小、節(jié)能、不會隨著電壓跌落而影響無功的輸出，因此性能好又好于SVC。目前SVG應用于電網(wǎng)的比例更小，未來隨著使用量的增大，也會促進價格的下降，SVG的價格會逐漸接近SVC，從而在性價比上優(yōu)于SVC。我們假設除投切電容外，未來應用以SVG為主，并依此進行推算。
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2011 |
2012E |
2013E |
2014E |
2015E |
| 全國110kv及以上變電容量（億千伏安） |
31.00 |
34.89 |
39.27 |
44.20 |
49.75 |
| 新增110Kv及以上變電容量（億千伏安） |
2.10 |
3.89 |
4.38 |
4.93 |
5.55 |
| 新增變電容量(億千伏安） |
3.50 |
6.49 |
7.30 |
8.22 |
9.25 |
| 無功補償類型-投切電容占比 |
99.50% |
99.00% |
98.00% |
96.00% |
93.00% |
| 無功補償類型-SVG占比 |
0.50% |
1.00% |
2.00% |
4.00% |
7.00% |
| 投切電容單價（元/Kvar） |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
| SVG單價（元/Kvar） |
380 |
360 |
330 |
300 |
250 |
| 配置比例為20%時市場容量 |
22.23 |
43.20 |
52.57 |
67.06 |
83.99 |
| 配置比例為40%時市場容量 |
44.45 |
86.40 |
105.14 |
134.12 |
167.97 |
4、工業(yè)領域
輸配電企業(yè)對于用戶側(cè)的功率因數(shù)有較高要求，一般而言，電力用戶應根據(jù)其負荷特點，合理配置無功補償裝置，并達到以下要求：100kVA及以上高壓供電的電力用戶，變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95；其他電力用戶，功率因數(shù)不低于0.90。電力用戶的無功補償裝置應根據(jù)其負荷變化及時投切或安裝無功功率(或無功電流)和電壓控制的自動控制裝置，并應有防止向系統(tǒng)反送無功功率的措施。
目前，我國工業(yè)用電量占全社會用電總量的75%左右，是主要的用電領域，復雜的生產(chǎn)環(huán)境要求和電力電子裝置使用的增多，加大了無功補償?shù)男枨蟆４送猓I(yè)企業(yè)加裝無功補償裝置也具有很好的經(jīng)濟效益，一般可達到10~30%的節(jié)能效果，設備費用一般回收期在3年左右。
我們通過用電量的數(shù)據(jù)對工業(yè)領域無功補償?shù)氖袌鋈萘窟M行推算：2011年，我國全社會用電量為46928億千瓦時，其中工業(yè)用電34633億千瓦時，占比74%。以平均全年工作4500小時計算，工業(yè)領域負載功率為7.6962億千瓦，考慮變壓器的冗余配置，再除以0.8的系數(shù)，則全工業(yè)領域的總變電容量為9.62億千伏安。一般工業(yè)領域的無功補償配置比例在20~40%，目前以SVC的應用為主，今后當SVG價格接近SVC后，會逐漸替代其在工業(yè)領域的部分應用。假設總變電容量年均增長7%，每年技改比例為5%，則以此計算得到。
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2011 |
2012E |
2013E |
2014E |
2015E |
| 工業(yè)領域總變電容量（億KVA) |
9.62 |
10.29 |
11.01 |
11.78 |
12.61 |
| 新增及技改變電容量（億KVA) |
1.15 |
1.24 |
1.32 |
1.41 |
1.51 |
| 無功補償裝置單價（元/Kvar) |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
| 按20%比例配置無功補償市場容量（億元） |
34.63 |
37.06 |
39.65 |
42.43 |
45.40 |
| 按40%比例配置無功補償市場容量（億元） |
69.26 |
74.11 |
79.30 |
84.85 |
90.79 |
