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國家“973”風(fēng)能項目首席科學(xué)家江蘇省發(fā)改委宏觀經(jīng)濟研究院院長顧為東博士大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)/鋁一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究國家“973”風(fēng)能項目首席科學(xué)家大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)/鋁一體化產(chǎn)業(yè)一、風(fēng)電發(fā)展和面臨的瓶頸二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究進(jìn)程四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化主要內(nèi)容一、風(fēng)電發(fā)展和面臨的瓶頸主要內(nèi)容風(fēng)是一種永不枯竭的資源。進(jìn)入21世紀(jì),風(fēng)能作為一種高效清潔的能源正受到越來越多國家的高度重視全球的風(fēng)能約為2.74×109MW,其中可利用的風(fēng)能為2×107MW,是全球可開發(fā)利用水能資源總量10多倍,遠(yuǎn)超過地球上固體、液體及氣體燃料能量的總和中國可利用風(fēng)能資源同樣超過化石能源的總和,約為10億千瓦一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸風(fēng)是一種永不枯竭的資源。進(jìn)入21世紀(jì),風(fēng)能作為一種高效清潔的經(jīng)濟高速增長的中國,2008年二氧化碳排放量為71.2億噸,約占世界排放總量316億噸的1/4,超過美國是世界上最大的溫室氣體排放國哥本哈根氣候會議上,中國政府承諾2020年單位GDP碳排放將比2005年減少40%-45%,未來將面臨巨大的二氧化碳減排壓力風(fēng)能作為一種綠色環(huán)保的可再生能源,提供了一種重要的可替代煤炭來發(fā)電的能源,在二氧化碳減排方面有很大潛力一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸經(jīng)濟高速增長的中國,2008年二氧化碳排放量為71.2億噸,到2009年底,中國風(fēng)電機組累計裝機容量達(dá)到2510萬千瓦,比去年新增裝機1300萬千瓦。一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸到2009年底,中國風(fēng)電機組累計裝機容量達(dá)到
目前,風(fēng)電并網(wǎng)是世界上大規(guī)模風(fēng)電場的唯一應(yīng)用方式。風(fēng)的高度不穩(wěn)定性,導(dǎo)致風(fēng)電大幅度波動。在沒有水電或燃?xì)獍l(fā)電調(diào)峰的情況下,風(fēng)電對電網(wǎng)貢獻(xiàn)率難以超過10%,這是一個世界性難題。江蘇某四個風(fēng)電場負(fù)荷曲線圖
每天每5天上圖為新疆達(dá)坂城某風(fēng)電場負(fù)荷曲線圖一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸目前,風(fēng)電并網(wǎng)是世界上大規(guī)模風(fēng)電場一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計數(shù)據(jù):2008年中國風(fēng)電裝機容量累計達(dá)1221萬千瓦,但實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的只有894萬千瓦2009年,中國實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)電裝機僅為1613萬千瓦。因電網(wǎng)調(diào)峰限制輸電上網(wǎng)的達(dá)1/3,也就是說,有897萬千瓦以上的風(fēng)機在空轉(zhuǎn),并未輸電上網(wǎng)一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計數(shù)據(jù):一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸風(fēng)電并網(wǎng)對風(fēng)力機提出了滿足電網(wǎng)穩(wěn)頻、穩(wěn)壓和穩(wěn)相位等苛刻的技術(shù)要求,需要增加大量輔助設(shè)備,由此大幅度提高了風(fēng)力機制造成本和風(fēng)電價格,約為火電價格的2倍。“并網(wǎng)困難”和“成本較高”已成為制約風(fēng)電發(fā)展的兩大世界性難題。一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸風(fēng)電并網(wǎng)對風(fēng)力機提出了滿足電網(wǎng)穩(wěn)頻一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化主要內(nèi)容一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸主要內(nèi)容我們提出用大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電的新思路來解決這一世界性難題。所謂大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電,是指風(fēng)電系統(tǒng)的終端負(fù)荷不再是傳統(tǒng)的單一電網(wǎng),而是直接應(yīng)用于一系列能適應(yīng)風(fēng)電特性的高耗能產(chǎn)業(yè)及其它特殊領(lǐng)域。(一)非并網(wǎng)風(fēng)電:風(fēng)電多元化發(fā)展新思路二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵我們提出用大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電的新思路來解決這風(fēng)輪(a)
并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(b)非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖風(fēng)輪終端用戶終端用戶非并網(wǎng)風(fēng)電不通過電網(wǎng),直接應(yīng)用于一系列能適應(yīng)風(fēng)電特性的終端用戶,主要適用于50萬-1000萬千瓦以上大規(guī)模風(fēng)電場。數(shù)字控制發(fā)電機發(fā)電機電網(wǎng)數(shù)字控制風(fēng)輪(a)并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(b)非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)離網(wǎng)型并網(wǎng)型非并網(wǎng)小型風(fēng)場漁船、蒙古包等(需要蓄電池)50~500MW并網(wǎng),貢獻(xiàn)率≤10%500MW不上網(wǎng),用于高載能產(chǎn)業(yè)(一)非并網(wǎng)風(fēng)電:風(fēng)電多元化發(fā)展新思路二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵離網(wǎng)型并網(wǎng)型非并網(wǎng)小型風(fēng)場50~500MW500MW(一)非(二)非并網(wǎng)風(fēng)電的應(yīng)用優(yōu)勢非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)采用直流電,回避風(fēng)電上網(wǎng)電壓差、相位差、頻率差難以控制的問題,繞開電網(wǎng)這一限制風(fēng)電大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸突破終端負(fù)荷使用風(fēng)電的局限,使風(fēng)電在大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)中的供電比重達(dá)到100%二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵(二)非并網(wǎng)風(fēng)電的應(yīng)用優(yōu)勢非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)采用直流電,回避風(fēng)電(二)非并網(wǎng)風(fēng)電的應(yīng)用優(yōu)勢二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵建立100%消耗大規(guī)模風(fēng)電場電力的非并網(wǎng)風(fēng)電應(yīng)用系統(tǒng),解決大規(guī)模、超大規(guī)模風(fēng)電場電量的應(yīng)用難題構(gòu)建高效率、高可靠性、低成本的大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng),系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)電價格接近或低于煤電實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電發(fā)展的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一(二)非并網(wǎng)風(fēng)電的應(yīng)用優(yōu)勢二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵建立100
根據(jù)目前研究,非并網(wǎng)系統(tǒng)的高耗能負(fù)載可包括:以電解鋁為重點的有色冶金工業(yè)鹽化工氯堿產(chǎn)業(yè)大規(guī)模海水淡化規(guī)?;茪洹⒅蒲躏L(fēng)煤多能源系統(tǒng)煤基化工以非金屬為原料的精深加工產(chǎn)業(yè)鏈(三)非并網(wǎng)風(fēng)電的負(fù)載二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵根據(jù)目前研究,非并網(wǎng)系統(tǒng)的高耗能負(fù)載可包括:(三)非并一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化主要內(nèi)容一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸主要內(nèi)容“973”計劃是國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃,核心是圍繞重大科學(xué)問題開展研究,反映國家重大戰(zhàn)略需求本項目2007年在北京通過科技部組織的三輪專家答辯,成為國家“973”計劃能源領(lǐng)域第一個、也是目前唯一一個風(fēng)電項目三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程“973”計劃是國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃,核心是圍繞重大科學(xué)項目承擔(dān)單位:江蘇省宏觀經(jīng)濟研究院、清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、東北大學(xué)和中科院地理所,其中含4個國家重點實驗室項目研究團隊:院士3人,學(xué)術(shù)骨干68人,參與研究人員200余人首席科學(xué)家:顧為東博士項目專家組組長:倪維斗院士副組長:石定環(huán)參事跟蹤專家組組長:黃其勵院士副組長:陳霖新教授三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程項目承擔(dān)單位:江蘇省宏觀經(jīng)濟研究院、清華大學(xué)、南京航空航天大大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究國內(nèi)外背景國內(nèi)外研究現(xiàn)狀立項依據(jù)項目依據(jù)非并網(wǎng)風(fēng)電的理論基礎(chǔ)空氣動力學(xué)電氣工程控制科學(xué)與工程應(yīng)用經(jīng)濟學(xué)機械工程化學(xué)工程與技術(shù)理論基礎(chǔ)結(jié)論與成果成果分析非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)研究專項課題新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基于定槳距風(fēng)輪氣動特性的轉(zhuǎn)速控制基礎(chǔ)研究特種雙凸極無刷直流發(fā)電機基礎(chǔ)理論研究非并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制基礎(chǔ)研究風(fēng)力機氣固耦合振動問題研究大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)綜合驗證平臺研究非并網(wǎng)風(fēng)電運行非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)運行規(guī)律及空間模型研究課題設(shè)置多元化用戶負(fù)載非并網(wǎng)風(fēng)電的特殊負(fù)載耦合機理研究項目框架大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究國內(nèi)外背景國內(nèi)外研究現(xiàn)狀立項依20
大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電的基礎(chǔ)理論研究已進(jìn)行了30余年。
1980年開始研究,1984年開始陸續(xù)發(fā)表論文。
三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程20大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電的基礎(chǔ)理論研究已進(jìn)行了30余早期研究成果得到各級政府肯定:1979年江蘇省青年十大標(biāo)兵(科技界唯一代表)1979年全國新長征突擊手1978年江蘇省先進(jìn)科技工作者(江蘇省政府命名)江蘇省第五屆人大代表共青團全國十大代表早期研究成果得到各級政府肯定:
2006年3月,在清華大學(xué)電力電子實驗室進(jìn)行非并網(wǎng)風(fēng)電用于氯堿電解的概念性試驗。實驗報告認(rèn)為,“該實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,方法科學(xué),結(jié)果可信。非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于高耗能產(chǎn)業(yè)是一個值得探討的方向??稍诖嘶A(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行工業(yè)性中試”。2006年3月,在清華大學(xué)電力電子實驗室進(jìn)行2006年10月,召開研討會,與會國內(nèi)外專家認(rèn)為,大規(guī)模風(fēng)電直接應(yīng)用于工業(yè)的構(gòu)想拓寬了風(fēng)電發(fā)展的新視野,這一成果具有國際領(lǐng)先水平。這本書獲得2005年度國家發(fā)改委優(yōu)秀研究成果二等獎。三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程2006年10月,召開研討會,與會國內(nèi)外專家三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程世界風(fēng)能協(xié)會原主席PrebenMaegaard:“顧氏風(fēng)電非并網(wǎng)理論在世界上是首創(chuàng),為風(fēng)電的應(yīng)用和推廣提供了非常有價值的建議,對其他發(fā)展風(fēng)能的國家也提供了借鑒,顧在20年前提出的這一理論,現(xiàn)在仍能領(lǐng)先世界先進(jìn)水平令我感到震驚,我將到世界各地廣泛宣傳這一理論”。美國國家可再生能源實驗室主任DanArvizu:“發(fā)展非并網(wǎng)風(fēng)電這是一個很有意義的進(jìn)步和創(chuàng)新,我非常樂意與你們共同開展這方面的研究和咨詢”。全球風(fēng)能理事會理事長ArthourosZervos:“在全球范圍內(nèi),非并網(wǎng)是風(fēng)電一種重要的應(yīng)用,而且這種應(yīng)用不是小規(guī)模的,而是大規(guī)模的。非并網(wǎng)風(fēng)電的研究與開發(fā),揭示了我們?nèi)祟惔笠?guī)模風(fēng)電多元化應(yīng)用的開端?!笔澜顼L(fēng)能協(xié)會原主席PrebenMaegaard:“顧氏風(fēng)國務(wù)院參事、中國可再生能源學(xué)會會長石定寰:“顧為東博士提出的非并網(wǎng)這一創(chuàng)新理念和概念,對我國風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展肯定會發(fā)揮很重要的作用”。國家發(fā)展改革委宏觀經(jīng)濟研究院原院長白和金:“非并網(wǎng)風(fēng)電直接用于高耗能產(chǎn)業(yè),它的影響所及,不僅僅對江蘇省,乃至對全國能源結(jié)構(gòu),能源布局都要產(chǎn)生重大影響,而且對高耗能產(chǎn)業(yè)的全國性產(chǎn)業(yè)布局,乃至于對這些高耗能資源性產(chǎn)品的原料和產(chǎn)品進(jìn)出口、對全球經(jīng)濟都會產(chǎn)生重大的影響”。中國風(fēng)能協(xié)會副理事長施鵬飛:“對于非并網(wǎng)風(fēng)電我們應(yīng)抓緊時間進(jìn)行研究,再過幾年等國外風(fēng)電上網(wǎng)的矛盾激化,開始進(jìn)行非并網(wǎng)研究時,由于他們?nèi)肆?、物力、財力比較雄厚,就會走在我們前面,造成墻內(nèi)開花,墻外結(jié)果”。世界可再生能源理事會主席WolfgangPalz:“大規(guī)模風(fēng)電非并網(wǎng)世界上還沒有先例,會使中國在風(fēng)電發(fā)展方面成為世界先進(jìn)的國家”。國務(wù)院參事、中國可再生能源學(xué)會會長石定寰:“顧為東博士提出的我國第一個風(fēng)電項目國家博士后科研工作站(上圖)和江蘇省新能源博士后科研工作站揭牌儀式。我國第一個風(fēng)電項目國家博士后科研工作站(上2009第一屆世界非并網(wǎng)風(fēng)電與能源大會在南京舉行來自13個國家的281名國內(nèi)外專家、學(xué)者與會。2009第一屆世界非并網(wǎng)風(fēng)電與能源大會在南京舉行世界風(fēng)能學(xué)會主席PrebenMaegaard、世界風(fēng)能協(xié)會主席AnilKane、非洲風(fēng)能協(xié)會、埃及風(fēng)能協(xié)會會長GalalOsman、美國南方理工州立大學(xué)OmarZia教授、日本東京工業(yè)大學(xué)村原正隆教授等國際風(fēng)能專家先后考察研究院實驗室。世界風(fēng)能學(xué)會主席PrebenMaegaar
2010年1月16日在國家主管部門領(lǐng)導(dǎo)表示要盡快啟動建立中試基地,并給予立項和經(jīng)費的大力支持。2010年1月16日在國家主管部門領(lǐng)導(dǎo)表示要盡快啟動建目前,項目理論階段研究已基本完成,取得一系列階段性成果,并于2009年1月通過了科技部的中期評審,實現(xiàn)了計劃目標(biāo)。目前,項目理論階段研究已基本完成,取得一系列階段性成果,并于一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化主要內(nèi)容一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸主要內(nèi)容四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化鋁是我國的重要戰(zhàn)略物資,在電解鋁等金屬冶煉過程中需要消耗大量的電能2009年,我國電解鋁產(chǎn)量達(dá)到1299萬噸。按照目前國內(nèi)電解鋁的生產(chǎn)水平,每噸鋁耗電約13200kWh全行業(yè)直流用電量約為1715億度,實際用電量占全國用電量5%以上,是我國工業(yè)用電第一大戶,典型的高載能產(chǎn)業(yè)目前,這些電力幾乎全部由電網(wǎng)提供,每年排放約1.5億噸二氧化碳四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化鋁是我國的重要戰(zhàn)略物資,在電解鋁等鋁電解生產(chǎn)高度自動化控制我國電解鋁企業(yè)至2003年已全部技術(shù)改造完畢,達(dá)到世界先進(jìn)水平鋁電解生產(chǎn)高度自動化控制我國電解鋁企業(yè)至20為解決風(fēng)電發(fā)展面臨的瓶頸,使我國豐富的風(fēng)能資源盡快轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力,將風(fēng)電不經(jīng)電網(wǎng)直接應(yīng)用于電解鋁等高載能產(chǎn)業(yè)是一種科學(xué)、合理、適合中國國情的好方法。(1)2006年12月,在北京先后兩次召開“非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于高耗能(電解鋁)產(chǎn)業(yè)中試方案”論證會四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化為解決風(fēng)電發(fā)展面臨的瓶頸,使我國豐富的風(fēng)能資源盡快轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(2)2007年1月在國家重點學(xué)科鋁鎂實驗室成功進(jìn)行非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于高載能電解鋁中試,并熔煉出第一塊鋁錠
四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化(2)2007年1月在國家重點學(xué)科鋁鎂實驗室成功進(jìn)行非并網(wǎng)風(fēng)(3)2007年2月,在國家發(fā)改委能源所主持下,在北京召開“非并網(wǎng)仿真風(fēng)電鋁電解中試”成果評審會,專家認(rèn)為“該試驗成果屬于世界首創(chuàng),建議國家相關(guān)部門積極支持開展進(jìn)行電解鋁等非并網(wǎng)風(fēng)電應(yīng)用的規(guī)?;I(yè)試驗”
四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化(3)2007年2月,在國家發(fā)改委能源所主持下,在北京召開“(4)2007年3月12日,國家發(fā)改委能源研究所在北京主持召開工業(yè)化試驗方案評審會,專家們認(rèn)為:“該方案思路明確,技術(shù)路線可行,可作為我國第一座‘非并網(wǎng)風(fēng)電’直接應(yīng)用于高耗能產(chǎn)業(yè)的科學(xué)試驗基地。并建議國家有關(guān)部門盡早批準(zhǔn)本試驗項目的立項與實施,并將本項目列為國家重點研究項目予以支持”
四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化(4)2007年3月12日,國家發(fā)改委能源研究所在北京主持召目前,我們已經(jīng)解決了風(fēng)電直接應(yīng)用于電解鋁工業(yè)的重大科學(xué)問題,揭示了風(fēng)電應(yīng)用于高載能產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)運行規(guī)律。在工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用上,重點突破了兩個關(guān)鍵性技術(shù)瓶頸:1)非并網(wǎng)風(fēng)電與電解鋁過程的耦合機理,研究出能夠適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電電流大幅度波動的新型鋁電解槽結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝2)多能源互動智能供電合系統(tǒng),實現(xiàn)風(fēng)電100%利用,不足部分由網(wǎng)電補充四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化目前,我們已經(jīng)解決了風(fēng)電直接應(yīng)用于電解鋁工業(yè)的重大科學(xué)問題,項目研制了2kA的新型風(fēng)網(wǎng)互補電解鋁系統(tǒng),通過試驗,成功地將電解過程產(chǎn)生的熱量在電解槽側(cè)部換出,并使電解過程保持平穩(wěn)運行。項目研制了2kA的新型風(fēng)網(wǎng)互補電解為了適應(yīng)風(fēng)電的大幅波動,在風(fēng)小、風(fēng)大時鋁電解槽的動態(tài)熱平衡可以采用智能化循環(huán)換熱方法加以解決風(fēng)大時加速電解槽循環(huán)系統(tǒng)降溫,風(fēng)小時減小或停止電解槽循環(huán)系統(tǒng)保溫智能控制系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)電情況和電解槽的生產(chǎn)需求實時在線控制電解槽動態(tài)熱平衡系統(tǒng)的循環(huán)量和循環(huán)速度,保證電解槽穩(wěn)定在設(shè)定的電解溫度下,達(dá)到最佳的電解效率四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化為了適應(yīng)風(fēng)電的大幅波動,在風(fēng)小、風(fēng)大時鋁電解槽的動態(tài)熱平衡可風(fēng)網(wǎng)互補智能供電方案白天、夜間兩種不同供電方式圖四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化風(fēng)網(wǎng)互補智能供電方案白天、夜間兩種不同供電方式圖四、非并網(wǎng)非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁系統(tǒng),以風(fēng)電為主、網(wǎng)電為輔,100%消耗風(fēng)電,網(wǎng)電提供≯20%的保障用電風(fēng)電直接應(yīng)用于電解鋁工業(yè),可以簡化風(fēng)電并網(wǎng)運行所需的大量輔助設(shè)備,降低風(fēng)電場的建設(shè)成本10%以上;減少輸配電環(huán)節(jié),提高風(fēng)能的綜合利用率,使得系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)電的利用效率提高25%以上,降低風(fēng)電成本如非并網(wǎng)風(fēng)電與并網(wǎng)風(fēng)電同價,經(jīng)濟效益更佳。在非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)中,風(fēng)電供給高載能產(chǎn)業(yè)的價格與當(dāng)?shù)孛弘娚暇W(wǎng)的價格一致,風(fēng)電標(biāo)桿電價與煤電上網(wǎng)電價差別由國家補貼給風(fēng)電場四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁系統(tǒng),以風(fēng)電為主、網(wǎng)電為輔,100%消耗風(fēng)電該系統(tǒng)夜間起到了抽水蓄能電站儲能的作用,還節(jié)電25%以上,提高了電網(wǎng)運行質(zhì)量,避免了對電網(wǎng)的沖擊該系統(tǒng)采用了特殊工藝設(shè)計,可以吸納風(fēng)電峰值超負(fù)荷50%運行在資源出口稅方面,按照風(fēng)電在電解鋁產(chǎn)品電耗中的比例減少相應(yīng)的資源出口稅(如電解鋁產(chǎn)業(yè)的出口資源稅15%,近期還將增收5%)如果我國60%的鋁產(chǎn)量采用非并網(wǎng)風(fēng)電電解生產(chǎn),每年可以節(jié)煤2400萬噸,減排二氧化碳6300萬噸,并可形成千億(元)級新興戰(zhàn)略性裝備制造產(chǎn)業(yè)四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化該系統(tǒng)夜間起到了抽水蓄能電站儲能的作用,還節(jié)電25%以上,提這是一個“功在國家、利在企業(yè)、惠澤電網(wǎng)”的高新技術(shù)、高附加值、高競爭力的低碳經(jīng)濟綠色產(chǎn)業(yè),使我國在世界上率先突破大規(guī)模、超大規(guī)模風(fēng)電利用難題,為我國能源結(jié)構(gòu)、高載能產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整做出重要貢獻(xiàn)。
四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化這是一個“功在國家、利在企業(yè)、惠澤電網(wǎng)”的高謝謝大家!謝謝大家!演講完畢,謝謝觀看!演講完畢,謝謝觀看!國家“973”風(fēng)能項目首席科學(xué)家江蘇省發(fā)改委宏觀經(jīng)濟研究院院長顧為東博士大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)/鋁一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究國家“973”風(fēng)能項目首席科學(xué)家大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)/鋁一體化產(chǎn)業(yè)一、風(fēng)電發(fā)展和面臨的瓶頸二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究進(jìn)程四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化主要內(nèi)容一、風(fēng)電發(fā)展和面臨的瓶頸主要內(nèi)容風(fēng)是一種永不枯竭的資源。進(jìn)入21世紀(jì),風(fēng)能作為一種高效清潔的能源正受到越來越多國家的高度重視全球的風(fēng)能約為2.74×109MW,其中可利用的風(fēng)能為2×107MW,是全球可開發(fā)利用水能資源總量10多倍,遠(yuǎn)超過地球上固體、液體及氣體燃料能量的總和中國可利用風(fēng)能資源同樣超過化石能源的總和,約為10億千瓦一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸風(fēng)是一種永不枯竭的資源。進(jìn)入21世紀(jì),風(fēng)能作為一種高效清潔的經(jīng)濟高速增長的中國,2008年二氧化碳排放量為71.2億噸,約占世界排放總量316億噸的1/4,超過美國是世界上最大的溫室氣體排放國哥本哈根氣候會議上,中國政府承諾2020年單位GDP碳排放將比2005年減少40%-45%,未來將面臨巨大的二氧化碳減排壓力風(fēng)能作為一種綠色環(huán)保的可再生能源,提供了一種重要的可替代煤炭來發(fā)電的能源,在二氧化碳減排方面有很大潛力一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸經(jīng)濟高速增長的中國,2008年二氧化碳排放量為71.2億噸,到2009年底,中國風(fēng)電機組累計裝機容量達(dá)到2510萬千瓦,比去年新增裝機1300萬千瓦。一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸到2009年底,中國風(fēng)電機組累計裝機容量達(dá)到
目前,風(fēng)電并網(wǎng)是世界上大規(guī)模風(fēng)電場的唯一應(yīng)用方式。風(fēng)的高度不穩(wěn)定性,導(dǎo)致風(fēng)電大幅度波動。在沒有水電或燃?xì)獍l(fā)電調(diào)峰的情況下,風(fēng)電對電網(wǎng)貢獻(xiàn)率難以超過10%,這是一個世界性難題。江蘇某四個風(fēng)電場負(fù)荷曲線圖
每天每5天上圖為新疆達(dá)坂城某風(fēng)電場負(fù)荷曲線圖一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸目前,風(fēng)電并網(wǎng)是世界上大規(guī)模風(fēng)電場一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計數(shù)據(jù):2008年中國風(fēng)電裝機容量累計達(dá)1221萬千瓦,但實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的只有894萬千瓦2009年,中國實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)電裝機僅為1613萬千瓦。因電網(wǎng)調(diào)峰限制輸電上網(wǎng)的達(dá)1/3,也就是說,有897萬千瓦以上的風(fēng)機在空轉(zhuǎn),并未輸電上網(wǎng)一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計數(shù)據(jù):一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸風(fēng)電并網(wǎng)對風(fēng)力機提出了滿足電網(wǎng)穩(wěn)頻、穩(wěn)壓和穩(wěn)相位等苛刻的技術(shù)要求,需要增加大量輔助設(shè)備,由此大幅度提高了風(fēng)力機制造成本和風(fēng)電價格,約為火電價格的2倍。“并網(wǎng)困難”和“成本較高”已成為制約風(fēng)電發(fā)展的兩大世界性難題。一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸風(fēng)電并網(wǎng)對風(fēng)力機提出了滿足電網(wǎng)穩(wěn)頻一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化主要內(nèi)容一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸主要內(nèi)容我們提出用大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電的新思路來解決這一世界性難題。所謂大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電,是指風(fēng)電系統(tǒng)的終端負(fù)荷不再是傳統(tǒng)的單一電網(wǎng),而是直接應(yīng)用于一系列能適應(yīng)風(fēng)電特性的高耗能產(chǎn)業(yè)及其它特殊領(lǐng)域。(一)非并網(wǎng)風(fēng)電:風(fēng)電多元化發(fā)展新思路二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵我們提出用大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電的新思路來解決這風(fēng)輪(a)
并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(b)非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖風(fēng)輪終端用戶終端用戶非并網(wǎng)風(fēng)電不通過電網(wǎng),直接應(yīng)用于一系列能適應(yīng)風(fēng)電特性的終端用戶,主要適用于50萬-1000萬千瓦以上大規(guī)模風(fēng)電場。數(shù)字控制發(fā)電機發(fā)電機電網(wǎng)數(shù)字控制風(fēng)輪(a)并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(b)非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)離網(wǎng)型并網(wǎng)型非并網(wǎng)小型風(fēng)場漁船、蒙古包等(需要蓄電池)50~500MW并網(wǎng),貢獻(xiàn)率≤10%500MW不上網(wǎng),用于高載能產(chǎn)業(yè)(一)非并網(wǎng)風(fēng)電:風(fēng)電多元化發(fā)展新思路二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵離網(wǎng)型并網(wǎng)型非并網(wǎng)小型風(fēng)場50~500MW500MW(一)非(二)非并網(wǎng)風(fēng)電的應(yīng)用優(yōu)勢非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)采用直流電,回避風(fēng)電上網(wǎng)電壓差、相位差、頻率差難以控制的問題,繞開電網(wǎng)這一限制風(fēng)電大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸突破終端負(fù)荷使用風(fēng)電的局限,使風(fēng)電在大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)中的供電比重達(dá)到100%二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵(二)非并網(wǎng)風(fēng)電的應(yīng)用優(yōu)勢非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)采用直流電,回避風(fēng)電(二)非并網(wǎng)風(fēng)電的應(yīng)用優(yōu)勢二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵建立100%消耗大規(guī)模風(fēng)電場電力的非并網(wǎng)風(fēng)電應(yīng)用系統(tǒng),解決大規(guī)模、超大規(guī)模風(fēng)電場電量的應(yīng)用難題構(gòu)建高效率、高可靠性、低成本的大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng),系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)電價格接近或低于煤電實現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電發(fā)展的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一(二)非并網(wǎng)風(fēng)電的應(yīng)用優(yōu)勢二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵建立100
根據(jù)目前研究,非并網(wǎng)系統(tǒng)的高耗能負(fù)載可包括:以電解鋁為重點的有色冶金工業(yè)鹽化工氯堿產(chǎn)業(yè)大規(guī)模海水淡化規(guī)?;茪?、制氧風(fēng)煤多能源系統(tǒng)煤基化工以非金屬為原料的精深加工產(chǎn)業(yè)鏈(三)非并網(wǎng)風(fēng)電的負(fù)載二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵根據(jù)目前研究,非并網(wǎng)系統(tǒng)的高耗能負(fù)載可包括:(三)非并一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化主要內(nèi)容一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸主要內(nèi)容“973”計劃是國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃,核心是圍繞重大科學(xué)問題開展研究,反映國家重大戰(zhàn)略需求本項目2007年在北京通過科技部組織的三輪專家答辯,成為國家“973”計劃能源領(lǐng)域第一個、也是目前唯一一個風(fēng)電項目三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程“973”計劃是國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃,核心是圍繞重大科學(xué)項目承擔(dān)單位:江蘇省宏觀經(jīng)濟研究院、清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、東北大學(xué)和中科院地理所,其中含4個國家重點實驗室項目研究團隊:院士3人,學(xué)術(shù)骨干68人,參與研究人員200余人首席科學(xué)家:顧為東博士項目專家組組長:倪維斗院士副組長:石定環(huán)參事跟蹤專家組組長:黃其勵院士副組長:陳霖新教授三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程項目承擔(dān)單位:江蘇省宏觀經(jīng)濟研究院、清華大學(xué)、南京航空航天大大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究國內(nèi)外背景國內(nèi)外研究現(xiàn)狀立項依據(jù)項目依據(jù)非并網(wǎng)風(fēng)電的理論基礎(chǔ)空氣動力學(xué)電氣工程控制科學(xué)與工程應(yīng)用經(jīng)濟學(xué)機械工程化學(xué)工程與技術(shù)理論基礎(chǔ)結(jié)論與成果成果分析非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)研究專項課題新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基于定槳距風(fēng)輪氣動特性的轉(zhuǎn)速控制基礎(chǔ)研究特種雙凸極無刷直流發(fā)電機基礎(chǔ)理論研究非并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制基礎(chǔ)研究風(fēng)力機氣固耦合振動問題研究大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)綜合驗證平臺研究非并網(wǎng)風(fēng)電運行非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)運行規(guī)律及空間模型研究課題設(shè)置多元化用戶負(fù)載非并網(wǎng)風(fēng)電的特殊負(fù)載耦合機理研究項目框架大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究國內(nèi)外背景國內(nèi)外研究現(xiàn)狀立項依67
大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電的基礎(chǔ)理論研究已進(jìn)行了30余年。
1980年開始研究,1984年開始陸續(xù)發(fā)表論文。
三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程20大規(guī)模非并網(wǎng)風(fēng)電的基礎(chǔ)理論研究已進(jìn)行了30余早期研究成果得到各級政府肯定:1979年江蘇省青年十大標(biāo)兵(科技界唯一代表)1979年全國新長征突擊手1978年江蘇省先進(jìn)科技工作者(江蘇省政府命名)江蘇省第五屆人大代表共青團全國十大代表早期研究成果得到各級政府肯定:
2006年3月,在清華大學(xué)電力電子實驗室進(jìn)行非并網(wǎng)風(fēng)電用于氯堿電解的概念性試驗。實驗報告認(rèn)為,“該實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,方法科學(xué),結(jié)果可信。非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于高耗能產(chǎn)業(yè)是一個值得探討的方向??稍诖嘶A(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行工業(yè)性中試”。2006年3月,在清華大學(xué)電力電子實驗室進(jìn)行2006年10月,召開研討會,與會國內(nèi)外專家認(rèn)為,大規(guī)模風(fēng)電直接應(yīng)用于工業(yè)的構(gòu)想拓寬了風(fēng)電發(fā)展的新視野,這一成果具有國際領(lǐng)先水平。這本書獲得2005年度國家發(fā)改委優(yōu)秀研究成果二等獎。三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程2006年10月,召開研討會,與會國內(nèi)外專家三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程世界風(fēng)能協(xié)會原主席PrebenMaegaard:“顧氏風(fēng)電非并網(wǎng)理論在世界上是首創(chuàng),為風(fēng)電的應(yīng)用和推廣提供了非常有價值的建議,對其他發(fā)展風(fēng)能的國家也提供了借鑒,顧在20年前提出的這一理論,現(xiàn)在仍能領(lǐng)先世界先進(jìn)水平令我感到震驚,我將到世界各地廣泛宣傳這一理論”。美國國家可再生能源實驗室主任DanArvizu:“發(fā)展非并網(wǎng)風(fēng)電這是一個很有意義的進(jìn)步和創(chuàng)新,我非常樂意與你們共同開展這方面的研究和咨詢”。全球風(fēng)能理事會理事長ArthourosZervos:“在全球范圍內(nèi),非并網(wǎng)是風(fēng)電一種重要的應(yīng)用,而且這種應(yīng)用不是小規(guī)模的,而是大規(guī)模的。非并網(wǎng)風(fēng)電的研究與開發(fā),揭示了我們?nèi)祟惔笠?guī)模風(fēng)電多元化應(yīng)用的開端?!笔澜顼L(fēng)能協(xié)會原主席PrebenMaegaard:“顧氏風(fēng)國務(wù)院參事、中國可再生能源學(xué)會會長石定寰:“顧為東博士提出的非并網(wǎng)這一創(chuàng)新理念和概念,對我國風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展肯定會發(fā)揮很重要的作用”。國家發(fā)展改革委宏觀經(jīng)濟研究院原院長白和金:“非并網(wǎng)風(fēng)電直接用于高耗能產(chǎn)業(yè),它的影響所及,不僅僅對江蘇省,乃至對全國能源結(jié)構(gòu),能源布局都要產(chǎn)生重大影響,而且對高耗能產(chǎn)業(yè)的全國性產(chǎn)業(yè)布局,乃至于對這些高耗能資源性產(chǎn)品的原料和產(chǎn)品進(jìn)出口、對全球經(jīng)濟都會產(chǎn)生重大的影響”。中國風(fēng)能協(xié)會副理事長施鵬飛:“對于非并網(wǎng)風(fēng)電我們應(yīng)抓緊時間進(jìn)行研究,再過幾年等國外風(fēng)電上網(wǎng)的矛盾激化,開始進(jìn)行非并網(wǎng)研究時,由于他們?nèi)肆?、物力、財力比較雄厚,就會走在我們前面,造成墻內(nèi)開花,墻外結(jié)果”。世界可再生能源理事會主席WolfgangPalz:“大規(guī)模風(fēng)電非并網(wǎng)世界上還沒有先例,會使中國在風(fēng)電發(fā)展方面成為世界先進(jìn)的國家”。國務(wù)院參事、中國可再生能源學(xué)會會長石定寰:“顧為東博士提出的我國第一個風(fēng)電項目國家博士后科研工作站(上圖)和江蘇省新能源博士后科研工作站揭牌儀式。我國第一個風(fēng)電項目國家博士后科研工作站(上2009第一屆世界非并網(wǎng)風(fēng)電與能源大會在南京舉行來自13個國家的281名國內(nèi)外專家、學(xué)者與會。2009第一屆世界非并網(wǎng)風(fēng)電與能源大會在南京舉行世界風(fēng)能學(xué)會主席PrebenMaegaard、世界風(fēng)能協(xié)會主席AnilKane、非洲風(fēng)能協(xié)會、埃及風(fēng)能協(xié)會會長GalalOsman、美國南方理工州立大學(xué)OmarZia教授、日本東京工業(yè)大學(xué)村原正隆教授等國際風(fēng)能專家先后考察研究院實驗室。世界風(fēng)能學(xué)會主席PrebenMaegaar
2010年1月16日在國家主管部門領(lǐng)導(dǎo)表示要盡快啟動建立中試基地,并給予立項和經(jīng)費的大力支持。2010年1月16日在國家主管部門領(lǐng)導(dǎo)表示要盡快啟動建目前,項目理論階段研究已基本完成,取得一系列階段性成果,并于2009年1月通過了科技部的中期評審,實現(xiàn)了計劃目標(biāo)。目前,項目理論階段研究已基本完成,取得一系列階段性成果,并于一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸二、非并網(wǎng)風(fēng)電系統(tǒng)的內(nèi)涵三、非并網(wǎng)風(fēng)電的研究歷程四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化主要內(nèi)容一、風(fēng)電的發(fā)展和面臨的瓶頸主要內(nèi)容四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化鋁是我國的重要戰(zhàn)略物資,在電解鋁等金屬冶煉過程中需要消耗大量的電能2009年,我國電解鋁產(chǎn)量達(dá)到1299萬噸。按照目前國內(nèi)電解鋁的生產(chǎn)水平,每噸鋁耗電約13200kWh全行業(yè)直流用電量約為1715億度,實際用電量占全國用電量5%以上,是我國工業(yè)用電第一大戶,典型的高載能產(chǎn)業(yè)目前,這些電力幾乎全部由電網(wǎng)提供,每年排放約1.5億噸二氧化碳四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化鋁是我國的重要戰(zhàn)略物資,在電解鋁等鋁電解生產(chǎn)高度自動化控制我國電解鋁企業(yè)至2003年已全部技術(shù)改造完畢,達(dá)到世界先進(jìn)水平鋁電解生產(chǎn)高度自動化控制我國電解鋁企業(yè)至20為解決風(fēng)電發(fā)展面臨的瓶頸,使我國豐富的風(fēng)能資源盡快轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力,將風(fēng)電不經(jīng)電網(wǎng)直接應(yīng)用于電解鋁等高載能產(chǎn)業(yè)是一種科學(xué)、合理、適合中國國情的好方法。(1)2006年12月,在北京先后兩次召開“非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于高耗能(電解鋁)產(chǎn)業(yè)中試方案”論證會四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化為解決風(fēng)電發(fā)展面臨的瓶頸,使我國豐富的風(fēng)能資源盡快轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(2)2007年1月在國家重點學(xué)科鋁鎂實驗室成功進(jìn)行非并網(wǎng)風(fēng)電直接應(yīng)用于高載能電解鋁中試,并熔煉出第一塊鋁錠
四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化(2)2007年1月在國家重點學(xué)科鋁鎂實驗室成功進(jìn)行非并網(wǎng)風(fēng)(3)2007年2月,在國家發(fā)改委能源所主持下,在北京召開“非并網(wǎng)仿真風(fēng)電鋁電解中試”成果評審會,專家認(rèn)為“該試驗成果屬于世界首創(chuàng),建議國家相關(guān)部門積極支持開展進(jìn)行電解鋁等非并網(wǎng)風(fēng)電應(yīng)用的規(guī)?;I(yè)試驗”
四、非并網(wǎng)風(fēng)電電解鋁一體化(3)2007年2月,在國家發(fā)改委能源所主持下,在北京召開“(4)2007年3月12日,國家發(fā)改委能源研究所在北京主持召開工業(yè)化試驗方案評審會,專家們認(rèn)
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