据中国物流与采购联合会发布,2020年8月份全球制造业PMI为52.5%,较7月上升1.2个百分点,连续两个月保持在50%以上。亚洲、非洲、美洲和欧洲各区域制造业PMI 均呈现连续上升走势,且均回升至50%以上,表明全球制造业呈现持续恢复迹象,恢复力度较7月有所加大。
全球制造业的持续恢复,为世界经济复苏带来了积极影响。经合组织最近发布的综合领先指数显示,虽然经济尚未恢复到疫情之前水平,但已显示出复苏的积极信号。世界贸易组织最新报告预期第三季度全球货物贸易及产出将出现部分上升。为了继续支持经济持续恢复,世界各国都付出了巨大努力。全球货币政策将继续维持宽松,财政政策的支持力度也将保持强劲。
但也要看到,经济恢复过程中仍面临诸如疫情反复、需求不足等不确定因素。在积极防控疫情的同时,世界各国针对疫情冲击给经济带来的发展模式转变,应加快转型升级,稳住市场需求,创造就业机会,改善商业信心,打造新的经济增长点,并通过全球合作促进全球产业链和供应链协同发展,增强经济复苏韧性。
分区域来看,呈现如下特点:
亚洲制造业温和回升,PMI 升至荣枯线
2020年8月份,亚洲制造业PMI较7月上升1.2个百分点至50%,印度和印尼制造业PMI回升至50%以上;日本和韩国制造业PMI虽仍在50%以下,但较7月有不同程度上升;新加坡制造业PMI连续两个月稳定在50%以上。8月份,中国制造业PMI为51%,较7月小幅回落0.1个百分点,连续两个月稳定在51%左右,经济保持平稳复苏态势。从分项指数来看,市场需求加快回升,供需协同性增强,新动能加快复苏,大中型企业较快增长,经济高质量发展具备基础。
综合指数变化,亚洲制造业呈现温和回升态势,特别是以中国为主的亚洲新兴国家平稳复苏为亚洲经济复苏奠定较好基础。根据经合组织的预测,2020年亚洲经济体经济收缩幅度要小于其他区域,2020年亚洲新兴经济体国家GDP平均降幅预计将达2.9%,2021 年亚洲新兴经济体将出现明显反弹,增速将达6.8%。疫情影响相对严重的印度、日本和韩国,经济能否平稳恢复在一定程度上是衡量亚洲经济波动的重要参考因素。
非洲制造业恢复明显,指数升至50%以上
2020年8月份,非洲制造业PMI较7月上升3.8个百分点至52%,结束连续5个月50% 以下的走势。各主要国家中,南非制造业在7月50%以上的基础上再次明显上升;尼日利亚制造业PMI虽在50%以下,但较7月有较为明显上升。伴随着疫情影响有所减弱,非洲多国放松管制,降低管控等级,制造业经济活动出现较为明显恢复。在疫情趋缓的情况下,非洲经济有望逐步恢复,特别是非洲自贸区建设的稳步推进,有望助力非洲经济复苏。非洲自贸区的建立将有利于非洲企业更好融入全球供应链之中,通过降低贸易成本,给非洲经济带来新的价值增长,从而缓解疫情对非洲经济的冲击。世界银行发布报告称,非洲自贸区的全面实施,将会使非洲地区收入在2035年增加4500亿美元,并进一步促进非洲经济增长,扩大非洲就业,减少贫困人口。
欧洲制造业持续恢复,PMI连续上升
2020年8月份,欧洲制造业PMI较7月上升0.4个百分点至52%,且高于去年同期水平。从主要国家看,德国、英国和意大利等国制造业PMI呈现连续上升走势,均保持在50%以上。数据变化表明,伴随着疫情影响逐步减弱,欧洲经济呈现持续恢复趋势。但这种恢复趋势仍是建立在前期较低基础上,欧洲经济尚未恢复至疫情爆发前的水平。据西班牙《经济学家报》预测,欧洲大国的GDP要等到2021年春季才会普遍恢复增长。疫情反复以及积蓄已久的主权债务问题是困扰欧洲复苏的主要因素。为了推进欧洲经济复苏,各国继续延长刺激政策期限或者酝酿新的刺激计划。法国将推出规模达千亿欧元的经济刺激计划,将包括大幅削减企业税收、支持文化产业、创造更多就业机会等。德国政府正在讨论延长并扩大疫情期间通过的经济刺激计划。
美洲制造业加快恢复,PMI 创年内新高
2020年8月份,美洲制造业PMI较7月上升2.1个百分点至55.8%,连续3个月保持在 50%以上,创出年内新高。美国、加拿大和巴西等主要国家制造业PMI均在50%以上,较7月均有不同程度上升。综合数据变化,美洲制造业呈现加快恢复迹象。
美国经济的恢复进程仍在很大程度上影响着全球经济复苏。ISM报告显示,8月份美国制造业PMI从7月的54.2%上升至56%,美国制造业继续恢复。分项指数显示,美国制造业的生产和市场需求恢复速度较7月均有加快,相关指数继续保持在60%以上;但就业表现仍不理想,保持在46%左右的较低水平。美国劳工部预测2019年至2029年美国就业增长速度将较2009年至2019年大幅放缓。美联储货币政策目标将更加侧重实现充分就业,以应对疫情带来的冲击。只要没有明显的通胀压力,美联储将继续保持货币政策宽松。继续控制疫情仍是当前美国经济能否继续平稳复苏的重要前提。近期美联储发布的经济形势调查报告显示,美国经济活动近期有所增长,但幅度有限,整体仍低于疫情爆发前的水平,特别是新冠肺炎疫情对美国消费和其他商业活动的影响持续发酵。
来源:机械经济运行分析
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为了让更多的同仁了解本届技术报告会实况,我们应行业需求对专家的精彩报告进行编辑整理,陆续发表在2020年《液压气动与密封》杂志和微信平台上(公众号:chpsa-yqm),供学习分享。敬请关注!
液压型风力发电机组基础理论与关键技术研究
——据燕山大学专家孔祥东报告录音整理
研究背景和思路
发展风电意义与潜力。风能作为一种清洁的可再生能源,是我国能源转型的重要支撑。肩负着支撑经济社会可持续发展的历史使命(十九大报告)。我国风能储量丰富(10%),发展潜力巨大。我国风电占比较低(5.2%),存在很多问题(见图1),技术进步潜力巨大。
图1 风电行业的问题
液压型技术优势。传统发电机型是双馈型和直驱型,传统机型存在传动冲击大,电能质量低,电网负担重等问题。液压型风电机组的特点是使用静液流体传动系统(无齿轮箱),使用励磁同步发电机,这样就可以舍弃整流逆变装置。从而带来液压型的技术优势:无级调速,控制灵活;柔性传动,电能优质;功率调控,电网友好。
液压型风力发电机组研究思路。针对风力发电的要求以及传统风电机型存在的以下问题:风能负荷随机波动、发电机并网要求高、传动链可控变量少、多源宽频激励谐振、电网高质电能要求等,提出了五项面临的挑战:发电机转速的高精度控制、功率追踪及平滑高精度控制、故障穿越高响应高精度控制、多源宽频激励机组谐振抑制、调控传输能量具有调频能力。研究进展
目前,国外有查普驱动公司、阿托斯公司、亚琛工业大学以及美国的明尼苏达大学在这个方面做了一些基础的研究工作。在国内,实际燕山大学从2009年就开始做这方面的工作,浙江大学、兰州理工大学、上海交通大学等一些学校也在做相关工作。
在研究方面,燕山大学主要有5项研究内容。
第一个研究内容是液压型风电机组并网转速高精度控制。研究了流量间接反馈控制方法,解决了发电机准同期并网转速高精度控制难题,实现了发电机柔性并网。流量间接反馈的控制方法(见图2)是利用了闭式泵控的基本原理,同时又解决了它效率低的问题。这样控制的效果,能够实现输出的转速稳定在1500±6r/min,也就是能够满足电网50±0.2Hz的要求;发电机并网冲击转矩能够控制在5%左右,冲击电流控制在9%左右。
图2 流量间接反馈控制方法
在并网转速控制技术方面,我们还提出了双变量联合控制方法(见图3),实现了随机波动风速下,输出转速稳定在1500± 4r/min,也就是能够满足电网50±0.13Hz的要求。
图3 双变量联合控制方法第二个研究内容是液压型机组的功率追踪及平滑高精度控制。研究了复杂工况下多目标寻优的功率追踪控制策略,提高了风能利用效率,实现了功率高精度平滑控制。一定风速下,风轮的转速对应某一个转速下,它才能够吸收最大的风能,这是一个功率追踪的要求。再有就是发电的时候怎么能保证输出的电能最平稳,以克服风的波动,这也是一个要求。我们做了两项工作:一个是发电机组功率追踪优化控制技术,我们提出了功率追踪的控制方法(见图4),风能利用效率较传统机型提高了4%;另一个是提出了功率平滑的控制方法(见图5),功率平衡的因子较传统机型可以提高2~3倍。
图4 功率追踪控制方法
图5 功率平滑控制方法第三个研究内容是液压型风电机组低电压穿越控制。研究了低电压穿越分层控制方法,解决了电网故障工况下发电机脱网的难题,实现了机组故障穿越高响应高精度控制。一旦电网出现故障,电压跌落了以后,剩余的发电功率要能够要耗散或者存储,同时要求发电机不能脱网。所以我们提出了低电压穿越分层控制方法(见图6):有功功率响应时间较传统机型提升1倍;电流冲击抑制能力较传动机型提升1倍。
图6 分层控制方法第四个研究内容是落地式液压机型谐振机理及主动抑制。研究了机组谐振参数设计准则和系统模态主动调控策略,解决了多源宽频激励下机组谐振的难题,提高了机组运行可靠性。采用液压长管路,实现变量马达、发电机的落地安装,进一步降低了机舱重量,使设备便于安装维护,落地式液压机型构型(见图7)。但落地机型在随机风宽频激励下容易引起谐振。针对此问题,采用阻抗匹配理论,揭示了机组模态与可控参量之间的映射规律。提出宽频激励下机组谐振主动抑制方法(见图8),实现对系统模态的动态调整,避开即时激励频率。解决了宽频激励下,落地机型谐振抑制的难题。谐振峰值衰减50%以上。
图7 落地式新构型及谐振机理
图8 谐振主动抑制方法第五个研究内容是储能式液压型风电机组调频控制。研究了虚拟惯性补偿控制和自适应调频控制方法,解决了风电机组能量储放和调配难题,支撑电网稳定运行。三相电不能存储,电网频率稳定的本质是发电量和用电量的实时动态平衡。为了提高液压型风电机组的调频能力,在变量马达和发电机中间串联液压储能子系统,提高机组整体惯量。通过调整液压储能子系统能量的储放,使风电机组参与电网调频。提出了基于虚拟惯性补偿的调频控制方法(见图9),实现了风电机组调频控制。
图9 储能式新构型及调频控制方法基于这种构型,在功率闭环的基础上,增加储能子系统调频控制器。通过BP神经网络动态调整PID控制参数(见图10),实现了液压型风电机组调频能力优于国标要求。
图10 自适应调频控制方法
研究规划
经过十年的刻苦攻关,完成了上面一些基础研究工作。主要核心内容就是通过控制变量马达摆角,实现对系统流量的控制,进而实现对变量马达转速(发电机转速)的控制。完成这些基本工作以后,我们就要和电网去匹配,期望通过液压的方式,实现电网友好,为风电摘掉“垃圾电”的帽子。
下一步我们研究思路是向着智能风电迈进,期望风电机组满足智能电网的需求。智能电网是将先进的传感测量技术、信息技术、通信技术、计算机技术、自动控制技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成新型电网,来实现高供电的安全性和可靠性、减少电网的电能损耗、实现与用户间的互动、减小对环境的影响、为用户提供增值服务、高能源效率。我们的研究目标是将闭式液压传动系统、液压储能子系统引入风力发电装备,将人工智能控制技术和数字液压技术相结合,设计研发高电能质量、高寿命和高可靠性的风力发电装备,实现风力发电装备和机组集群的智能化。 研究内容为:①源网侧多源信息智能预测与感知;②液压型风电机组输出功率智能调控;③液压型风电机组负荷频率智能调控;④多发电机组之间集群多时间尺度协调控制。通过上述的研究,期望实现单一液压型风电机组智能化,进一步实现群网,以支撑智能电网建设。这里面核心内容是液压系统控制,那么如何把液压控制和智能电网充分地结合起来开发智能电源,也是我们要考虑的问题。
产业化推广
针对液压型风电机组的产业化推广,我们希望通过政府主导,与企业合作来推进液压型风电机组产业化。目前我们跟秦皇岛市的正时乐液压技术有限公司正在建设一个样机。目前已经把地基做完了,下面要进一步把装置做出来。依托燕山大学提供的技术支持和解决方案,利用液压型风能-液压能装置进行风力发电、海水淡化,以期达到创造良好的社会效益和经济效益,进而推进产业化,实现产品的推广。
通常海水淡化是通过电网为海水淡化装置提供电能,那如果不用电网而用风能来做呢?就是直接用风能去驱动海水泵等装置,有风就有能量,所以用风能做海水淡化就可以节约能源(见图11)。有助于绿色可再生能源的进一步开发和利用。
图11 风力发电和海水淡化框架
知识产权情况
我们在“液压型风力发电机组”这方面申请了十几项专利,授权9项,其中转化2项,发表了60余篇高水平论文,参与液压型风电机组相关研究的博士、硕士研究生共20余人。这里面我们也承担了很多企业的项目和国家自然科学基金、青年科学基金等。而且关于液压型风电机组的控制技术也得到了国家科学技术学术出版基金的资助,2019年底就可以由机械出版社出版,希望大家能够在阅读的过程当中,给我们提出宝贵的意见。
客观评价
在客观评价方面,浙江大学杨华勇院士、哈尔滨工业大学姜继海教授和南京理工大学李小宁教授都给出了很高的评价。一致认为“该成果代表了我国液压型风力发电领域的最新研究成果,达到了国际领先水平。对推动我国科学技术的进步具有重要作用,对打破国外技术垄断,形成自主知识产权意义重大”
应用和效益情况
针对液压型风电机组的应用效益方面,2010年与上海财宇投资有限公司开展了合作,然后在燕山大学实验室里面做了试验台,并跟正时乐液压设备有限公司进行产业化推广,我们也跟南京工程学院合作,所以,我们基础工作一直在往前走,希望能够有更好的转化成果展现给大家。这是经济效益(见图12)。
图12 经济效益
下面介绍一下这项技术的社会效益。第一、液压型的风电机组的环境适应性还是很强的,适用于海上、孤岛或偏远地区。我们现在在做样机,小的可以做到20kW、50kW,100kW、150kW,然后往大里做,大功率等级的液压型风电机组的优势是可以做模块化组合。当然这里关键的问题就是液压元件的效率和可靠性,在海洋、在高山,元件的寿命能否适应恶劣的环境。如果这些问题解决了,应该能够为当地的社会建设做贡献,改善人民的生活,尤其在偏远的农村、孤岛,可以就地取材,就地发电。第二、液压型风电机组的电网适应性好,电能质量高,有利于提高可再生能源的渗透率来保护生态环境。由于采用液压传动系统取代齿轮箱,不用整流的逆变装置,这就使得我们这个机舱重量大大减轻,实际机舱重量减轻以后使整个塔架的重量也减轻、地基的重量减轻、安装成本降低,尤其可以使电能质量提高,这是其他机型不可替代的。第三、液压型的风力发电机组易于推广和应用,我们想先在海水淡化方面做一些工作,可以有效降低能源消耗,降低成本,缓解水资源紧张。第四、促进上下游产业发展,在这个方面我们也在努力。开始我们实验室是选用了赫格隆的马达当泵使,后面选择了力士乐的变量泵当马达用,我们也希望国内企业能跟我们一起合作,完成关键元件的研制。当液压型风电机组真正变成产品的时候,一定要有我们国产元器件在这个系统当中,否则会受制于进口,所以在这个方面,我们希望能够跟有志于液压风力发电的高校、企业进行合作,来推进这项技术成果的应用。应该讲这项技术在促进行业进步和提高行业竞争力的作用和意义是很明显的,这项成果应该说解决了行业关键技术难题,达到了国际领先水平,支撑国家电网建设、国防建设、环境保护和经济建设,能够促进和引领行业产业与学科的发展。实际上我们有很多学科是可以相互渗透的,在这个方面我们希望再进一步地把这个工作做得更好。该文刊登于我刊2020年第9期
本刊编辑 张婷婷整理