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新能源发电技术的应用及发展前景

更新时间:2019-04-23 08:42 浏览::次

随着能源的发展,社会的进步,科技和信息化水平的不断提高以及全球资源与环境问题的日益突出,能源的开发利用面临着新的挑战。当今世界正在进行一场以新能源大规模开发利用为显著标志的能源产业革命。

彩店宝彩票官网 工业革命以来,人类活动排放的温室气体明显增加,特别是工业化国家大量燃烧化石燃料排放的二氧化碳,致使大气中温室气体的浓度显著上升,近百年来,气球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化,这种变化对全球自然生态系统和经济社会活动,特别是对发展中国家已经产生了重大的影响。为了应对全球气候变化问题,1992年联合国环境与发展大会通过《气候变化框架公约》,要求世界各国控制温室气体排放,并确立了"共同但有区别的责任"原则,提出了"可持续发展原则"。1997年通过了《京都协议书》,制定了量化减排目标。2009年后的哥本哈根气候变化会议,对于推进全球低碳经济、节能减排又产生了积极的推动作用。

与长期广泛使用,技术上较为成熟的常规能源(如煤、石油、天然气、水能等)相比,新能源是指在科学技术基础上开发利用的非常规能源,包括风能、太阳能、海洋能、地热能、生物质能、氢能、核聚变能等。

从世界来看,一次化石能源是有限的,从长久来看,新能源将是未来人类的主要能源来源,新能源发电是指把新能源转换为电能的过程。文章几种新能源发电技术的现状及应用前景进行分析和探讨。

1 风力发电

风力发电系统的发电过程是一个能量转换过程,风的动能先被风机的桨叶捕获转换为机械能,再经过机械传动系统传递给发电机,由发电机实现机械能到电能的转换,直接接人电网或通过电力电子装置接入电网。目前风机的输出电压多为690V,需要经变压器升压到满足电网要求的电压,一般为35kV及以上。风力发电系统由桨叶、机械传动系统、发电机、电力电子装置、升压变压器等组成。

彩店宝彩票官网 自19世纪80年代来,美国电力工业的奠基人查尔斯・弗朗西斯・布拉升安装了世界上第一台自动运行且用于发电的风机,到现在为止,风机技术发展越来越成熟。尤其是20世纪90年代以后,世界各国政府相继出台了风电发展的激励政策等,促进了风电技术的快速发展。目前已经出现了几种成熟的主流技术,包括失速型恒速风机、主动失速型恒速风机、双馈变速风机,直驱变速风机、半直驱变速风机。

现代风机的单机容量不断增大,从几百千瓦到兆瓦级。目前市场上的风机单机容量平均约为2000kV,风机单机容量最高已达6000kV。

1986年4月中国第一个风电场在山东荣成并网发电。1989年起全国各地陆续引进风机建设风电场,装机容量逐年增长。规模在1000 kV以上的电场有新疆达坂城、内蒙古辉腾锡勒,广东南澳等地的风电场。2009年底我国风电并网总容量为1613万kV,同比增长92.26%,截止2010年底,风电并网总量已超过2000万kV,而我国风电开发潜力超过25亿kV。

2 太阳能发电

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急,能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时,越来越多的国家开始实行"阳光计划",开发太阳能资源,寻求经济发展的新动力。2009年全球新装置的太阳能发电容量为7.2GW,其中欧盟就占了5.8Gw。

我国也于近年相继提出了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》、金太阳示范工程等鼓励光伏发电产业发展的政策,2020年的光伏发电目标从原先的1.6GW提高到现在的20GW,一系列的政策支持和长远规划让中国的光伏发电发展之路更加宽广。

目前太阳能发电形式主要有两种:光伏发电和光热发电。2.1 光伏发电

2.1.1光伏发电原理

光伏发电技术不断进步,成本逐渐降低,世界上很多国家都制定了相关的激励政策,大大推动了光伏发电的发展。

我国在光伏发电领域起步较早,目前已经在太阳能电池组件的生产能力上走在世界前列,很多科研院所也逐步开展相关技术的研究。

光伏效应是指通过光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。

太阳能电池是利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的部件。太阳光照射太阳能电池,太阳光的光子在电池里激发出电子空穴对,电子和空穴分别向电池的两端移动,如果外部构成通路,就形成电流,产生电能。

太阳能电池按照研发时间先后,可以分为三代,第一代晶硅类(单晶硅和多晶硅)、第二代薄膜类和化合物类(非晶类、铜锢镓硒、砷化镓、碲化镉等)、第三代新概念类(染料敏化电池等)。目前比较成熟且广泛应用的是晶硅类太阳能电池。

电池单元是光伏发电的最小单元。将电气性能相近的多个太阳能电池单元并联并进行封装,即组成太阳能电池组件。

2.1.2光伏发电系统的分类

光伏发电系统将太阳能电池输出的直流电能通过功率变换装置给负荷供电或者接入电网。光伏发电系统可分为离网型和并网型两种。

离网型光伏发电系统如图1所示。太阳能电池发出的直流电可以直接为直流负荷供电,也可以通过逆变器,将直流转换为交流,为交流负荷供电。为了向负荷持续供电,系统必须配备储能装置。

彩店宝彩票官网 并网型光伏发电系统是指与电网相连的光伏发电系统。根据是否含有储能装置可以分为两类,含有储能装置的称为可调度式并网光伏发电系统,不含储能装置的称为不可调度式并网型光伏发电系统,

彩店宝彩票官网 20世纪90年代以来,太阳能发电越来越受到各国重视,太阳能电池由实验室制造很快发展为批量生产,且产量逐年增加。光伏发电应用范围快速发展,功率与规模迅速扩大。目前光伏发电的主要开发形式有建筑光伏电站和荒漠光伏电站。

困扰光伏发电技术应用的主要问题是效率和成本。太阳能电池技术总体发展趋势是高转换效率,低成本、低耗能、低污染,高稳定性。

2.2 光热发电

光热发电主要是利用聚光器汇集太阳能,对工作物质进行加热,使其由液态变为气态,推动汽轮发电机发电。光热发电系统主要有槽式,塔式、蝶式3种。槽式光热发电技术是光热发电商业化应用的主流。截止2009年5月,全世界运行的光热电站总容量已达73.6万kw。

我国光热发电起步较晚,一些学校和科研院所开展了光热发电系统关键部件研发的基础性工作,离大规模商业化运营还有较大差距。

3 海洋能发电

  海洋能发电时利用海洋所蕴藏的能量进行发电。海洋能通常是指蕴藏在海洋中的可再生能源,主要它包括 潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。海洋能清洁无污染,蕴藏丰富,但能量密度低,地域性强,开发困难且具有一定的局限性。海洋能开发利用的方式主要是发电,其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经得到了实际应用。

3.1 潮汐发电

彩店宝彩票官网 潮汐能是由于月球和太阳等天体的引力使海洋水位发生潮汐变化而产生能量。潮汐发电的工作原理与常规水力发电的原理类似,它是利用潮水涨落产生的水位差所具有的势能来发电的,潮汐发电与常规水力发电的差别在于海水与河水不同,海水落差小,流量大,且有间歇性。

潮汐发电的特点是:潮汐能属于可再生能源,蕴藏量大,运行成本低。对环境影响小,不排放污染物,属于清洁能源。潮汐发电的水库是利用海湾或河口建成的,不占用耕地。潮汐电站的堤坝较低,容易建造,投资较少。目前潮汐发电发展的主要因素是建造成本高,电价高,我国商用潮汐电站仍然不多。3.2 波浪发电

波浪发电的原理是将波浪能通过转换装置转换为机械、气压或液压的能量,然后通过传动机构驱动发电机发电。

在广东汕尾建成的100kw振荡水柱式波浪电站已经通过验收。我国已制定了波浪发电开发以福建、广东、海南和山东为主,着重研制建设100kw以上的岸式波浪发电站的发展目标。

虽然波浪能开发的技术复杂、成本高、投资回收期长,但是我国波浪发电的前景十分广阔。

4 生物质发电

生物质能是蕴藏在生物质中的能量,是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用,把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量。生物质能资源种类繁多,具有可再生、分布广、低污染等特点,是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源。目前,生物质能利用的主要途径有直接燃烧,热化学法(气化、热解、直接液化)、生化法(水解、发酵、沼气技术)、化学法(间接液化、酯化)、物理化学法(压缩成型法)等。生物质发电是现代生物质能利用的一种重要方式,主要有直燃发电、混燃发电、气化发电、沼气发电等几种。

我国是农业大国,生物质能资源十分丰富。2003年以来,国家先后批准了河北晋州、山东单县和江苏如东3个地区的秸秆发电示范项目,并出台了生物质能发电优惠上网电价等相关配套政策,使生物质发电产业迅速发展。

我国企业在生物质发电领域已有重大进展。国家电网公司、五大发电集团等大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与。截至2007年底,我国共有10家生物质发电企业建成投产。国家和各省发改委已核准项目87个,总装机规模220万kW。全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个,在建项目30多个。从总体上看,我国生物质发电产业化尚处于起步阶段,产业化和商业化程度较低,效益不乐观,市场竞争力较弱 《可再生能源中长期发展规划》提出,到2010年底,全国生物质发电装机容量将达到550万kW;到2020年,生物质发电总装机容量达到3000万kW。

垃圾焚烧发电在我国已兴起,为解决城市垃圾处理问题提供了有序平台。垃圾发电技术主要解决燃烧后气体排放达标问题,这一问题已逐渐解决,因此可以大力推广。

尽管生物质能资源数量巨大,但原料的收获、储存、加工及运输过程需要额外投入,导致原料总成本相对较高。国家有必要尽快建立健全相关配套政策与立法,包括可再生能源的税收优惠政策、财政贴息优惠贷款办法;进一步完善可再生能源管理体制,制订推动相关配套产业以及加强宣传教育等。

5 地热发电

地热发电是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能,然后带动发电机发电,这一点和火力发电的原理是一样的。不同的是,地热发电不像火力发电那样要有庞大的锅炉,也不需要消耗燃料,它利用的是地热能,需要有载热体把地下的热能带到地面上来。目前能够利用的载热体,主要是地下的天然蒸汽和热水,因此地热发电可分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。

20世纪70年代初,我国各地涌现出大量的地热电站,如广东风顺、山东招远、辽宁熊岳、江西温汤等地。建于1977年的羊八井地热电站位于我国西藏羊八井地热田,地热蒸汽温度高达172℃,是我国目前已探明的最大高温地热田。

目前,全球范围的地热发电每年大约以9%的速度增长,以此速度推测,到2020年,全球年地热发电量将达到3180亿kW・h。

我国要发展地热发电,还必须加大对地热资源的勘查,加强对地源热泵技术的研究。 随着科技的进步,新能源发电技术将不断成熟,对于推进全球低碳经济、节能减排、环境保护无疑会产生积极的推动作用。我国新能源发电技术应用前景广阔。

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