新能源及其发电技术综述

新能源及其发电技术综述

【摘要】：目前，受全球大环境的影响，能源的开发和利用面临着新的挑战。迫切需要寻求新的能源来代替传统能源。本文论述了新能源的基本概念，详细说明了几种典型的新能源，并分析了我国新能源产业的发展现状。积极促进新能源发电，节约和代替部分化石能源，是优化能源结构、保护生态环境、促进经济与社会可持续发展的必然战略选择。本章在总结了典型能源发电技术及其原理的基础上，阐述了其对我国电力系统发展的重要影响。

【关键词】：新能源，发电技术

0 引言

随着科学技术的不断进步和可持续发展的进一步深化，以及环保意识的逐步加强，人类逐渐认识到由化石能源引起的生态平衡和大气污染等一系列环境问题已经成为人类生存和经济发展的重要障碍。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。

所谓新能源，又称非常规能源，是指以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源，包括太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能等。新能源产业的发展既是整个能源供应系统的有效补充手段，也是环境治理和生态保护的重要措施，是满足人类社会可持续发展需要的最终能源选择。

新能源的主要特点有：1)资源丰富，普遍具备可再生特性，可供人类永续利用；2)能量密度低，开发利用需要较大空间；3)不含碳或含碳量很少，对环境影响小；4)分布广，有利于小规模分散利用；5)间断式供应，波动性大，对继续供能不利；6)目前除水电外，可再生能源的开发利用成本较化石能源高。

1 几种典型的新能源

1.1 太阳能

太阳能的转换和利用方式有：光一热转换、光一电转换和光一化学转换等。接收或聚集太阳能使之转换为热能，然后用于生产和生活的一些方面，是光一热转换即太阳能光热利用的基本方式。太阳能产生的热能可以广泛应用于采暖、制冷、干燥、蒸馏、温室、烹饪以及工农业生产等各个领域。并可进行太阳能热发电。利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池，可将太阳的光能直接转化为电能，

称为光一电转换，即太阳能光电利用。

1.2 风能

风能是指太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起各地温差和气压不同，导致空气运动而产生的能量。利用风力机可将风能转化为电能、机械能和热能等。风能利用的主要形式有风力发电、风力提水、风力制热及风帆助航等。

1.3 生物质能

生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物以及动物粪便等。生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换3种途径。

1.4 海洋能

海洋能是指蕴藏在海洋中的可再生能源。它包括潮汐能、波浪能、海流能、潮流能、海水温差能和海水盐差能等不同的能源形态。海洋能按储存的能量形式。可分为机械能、热能和化学能。潮汐能、波浪能、海流能、潮流能为机械能；海水温差能为热能：海水盐差能为化学能。海洋能的利用是将海洋能转化为电能或机械能。

1.5 地热能

地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下。地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。地热资源按赋存形式可分为水热型、地压型、干热岩型和岩浆型4大类。地热能的利用方式主要有地热发电和地热直接利用两大类。

2 我国新能源产业发展现状

我国新能源产业自上世纪90年代开始萌动，2008年后进入规模化发展，目前在新能源产业部分细分领域取得了骄人的成绩。2006年1月1日起施行的《中华人民共和国可再生能源法》和2007年9月由国家发改委发布的《可再生能源中长期发展规划》，进一步明确了我国可再生能源(包括新能源)等产业发展的法律地位和发展目标。2009年，温家宝总理在首都科技界大会上详细阐述了以新能源产业为首的七大战略性新兴产业的发展蓝图。正在制订中的国家新能源发展

规划，把新能源发展摆在了国家战略的地位。同时，节能减排的宏伟目标给新能源产业发展带来了巨大的社会需求，我国新能源产业正面临着千载难逢的发展机遇。

目前，国际上新能源产业尚未形成大规模的产业转移，国内新能源产业起步较晚、发展时间较短，新能源产业的很多领域还处在研究开发和工程示范阶段，部分领域虽然进入了产业化发展阶段，但离最终的产业布局还有很长的路要走。从长远来看，新能源产业的发展要适应未来经济社会的需要，新能源产业的发展也将在转变增长方式、调整产业结构的大格局下稳步形成。然而，由于新能源对高科技技术的依赖度非常高、资金投入大、回报周期长，使得处于发展初期的新能源产业面临极大的财务约束。

3 新能源发电技术

近年来，新能源发电技术以其环保性和经济性引起了人们越来越多的关注。一些发达国家和地区，在进行能源结构调整过程中，已经把新能源技术放到非常重要的位置。而大力发展新能源发电技术将是我国电力系统发展的趋势。新能源发电是指把新能源转换为电能的过程。它既可以独屯于公共电网直接为少量用户提供电能，也能直接接入配网，与公共电网一起为用户提供电能。它是以资源和环境效益最大化、能源利用效率最优化来确定方式和容量的新型能源系统。3.1太阳能发电

太阳能是目前世界储备最多的自然资源，当电力、煤炭、石油等资源存储量耗尽之后，选择太阳能发电则是解决能源危机的最佳方式。从国内现有的技术水平看，太阳能发电形式包括：光伏发电、光热发电。

3.1.1光伏发电

光伏发电是将太阳光的光能直接转换为电能的一种发电形式。科学技术的发展促进了光伏发电技术的更新，这不仅实现了电能生产效率的提升，也加快了各种能源转换的运用。太阳能电池主要运用光伏效应把太阳能转变成电能的部件。太阳光对太阳能电池持续照射后，太阳光的光子在电池里激发出电子空穴对，电子和空穴则会向电池的两端移动，当外部存在通路时则会出现电流，最终生成了电能。

离网型、并网型是光伏发电系统的两大形式，离网型光伏发电系统从太阳能

电池发出的直流电多数可作为电能使用，我们可根据具体需要采用逆变器将电流调整为直流电，从而满足了不同的使用要求。与电网相连的光伏发电系统则是通常所说的并网型光伏发电系统，这种系统在结构性能上都有一定的优越性。按照配备的储能装置对并网型光伏发电系统进行分类，包括可调度式并网光伏发电系统、不可调度式并网型光伏发电系统，前者含有储能装置，后者不含储能装置。

3.1.2光热发电

光热发电的原理是将自然界的光能聚集到一起，主要结合聚光器汇集太阳能，经过相应的处理后把太阳能从液态变为气态，用于汽轮发电机发电。光热发电系统主要槽式、塔式、蝶式3种。

3.2地热发电

地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，地热发电的基本原理是将蒸汽的热能经过汽轮机转变为机械能，然后带动发电机发电。新型的地热发电技术无需太多的装置，也不需要消耗燃料，只要能将地下的热能运用起来则能实现电能的生产。地热发电的方式分为地热蒸汽发电和地下热水发电两大类。最简单的地热干蒸气发电，是采用背压式汽轮机地热蒸气发电系统。其工作原理为：首先把干蒸气从蒸气井中引出，先加以净化，经过分离器分离出所含的同体杂质。然后把蒸气通入汽轮机做功，驱动发电机发电。为提高地热电站的机组出力和发电效率。通常也采用凝汽式汽轮机地热蒸气发电系统。在该系统中，由于蒸气在汽轮机中能膨胀到很低的压力，因而能做出更多的功。地下热水发电一种是直接将地下热水送入减压设备一扩容器。将产生的低压水蒸气导入汽轮机做功。另外一种不是直接利用地下热水所产生的蒸汽进入汽轮机做功，而是通过热交换器利用地下热水来加热某种低沸点的工质，使之变为蒸汽，然后以此蒸汽去推动汽轮机，带动发电机发电。

3.3海洋能发电

3.3.1潮汐发电

潮汐发电的工作原理多数是利用潮水涨落产生的水位差来创造势能，再将势能变化为电能后投入使用。潮汐发电的最大优势在于：潮汐能是可再生能源，潮汐能的存储量多，电能生产成本少。同时，从环保角度看，这一能量不会引起环境污染，对维护社会环境能起到很好的保护作用。潮汐发电的水库主要采用海湾

或河口建立，不会影响到地区的耕地面积变化。

3.3.2波浪发电

波浪发电指的是把波浪能利用转换装置变化为机械、气压或液压的能量。国内比较典型的波浪发电案例是广东汕尾建成的100 kW 振荡水柱式波浪电站，该电站经国家验收正式使用。其他的波浪发电地区，如：福建、广东、海南也取得了研究成果，其主要是以100 kw 以上的岸式波浪发电站作为任务目标。尽管这种发电技术难度大，成本投资多，但由于符合我国市场经济发展需要，在国内推广运用的前景广阔。

3.4生物质能发电

生物质能发电主要是运用自然界生物产生电能，这种技术要借助于绿色植物的光合作用，将太阳能转化为化学能之后存储于生物体内。当前，生物质能运用的方式包括直接燃烧、生化法、化学法、热化学法、物理化学法等。生物质发电的推广有助于生物质能的运用，其发电形式常见的有：直燃发电、混燃发电、气化发电、沼气发电等。

利用生物质能发电的最有效途径，是首先将其转化为可驱动发电机的能量形式，如燃气、燃油、甲醇、乙醇等，再按照通用的发电技术发电，然后直接提供给用户或并入电网提供给用户。生物质能的转化技术除了直接燃烧外，可利用现代物理、生物、化学等技术，把生物质资源转化为气体、液体或同体形式的燃料和原料。目前研究开发的转换技术主要分为物理干馏、热解法和生物、化学发酵法等，包括于馏制取木炭技术、可燃气体气化技术、生物质厌氧消化技术和生物质能转化技术。生物质进行转化后，可采用的发电技术有：甲醇发电、城市垃圾发电、木炭气发电和沼气发电等。

3.5风力发电

风力发电系统的发电过程是一个能量转换过程，风的动能先被风力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，直接接入电网或通过电力电子装置接入电网。

风力发电技术可分为恒速恒频和变速恒频2大类。其中变速恒频发电技术有因最大限度地捕捉风能、较宽的转速运行范围、可灵活调节系统的有功功率和无功功率和采用先进的pwm控制等优点，逐渐成为当前风力发电的主流技术。

4 新能源发电对我国未来电力发展的意义

4.1提高电网的可靠性

目前新能源发电技术在我国已经取得一定的进展，有的地区已经投入实际应用中。由新能源组成的微电网系统能够提高我国电网的可靠性，并且能够改善电能的质量。我国的经济发展早已步入了数字化的时代，随着各行各业用电量的增大，只有提供优质且可靠的电力供应才能为经济的发展提供保障。大电网在高峰期的脆弱性就会表现出来，而新能源发电能够在一定程度上缓解这种状况，这样不仅节约了成本，还能提供优质可靠的电能，又能避免因超负荷停电带来的经济损失，从而为我国经济的高速发展创造条件。

4.2有利于扩大我国电网覆盖面

在新能源发电未出现之前，我国利用煤炭、石油和天然气等传统能源的发电方式形成的电网覆盖面受地理环境的制约，使得一部分偏远地区并未实现通电，用电的限制在一定程度上制约了这些地区的经济发展。新能源出现后，可以利用当地的风能或者太阳能等能源来设计合理的微电网系统，在这些地区实现微电网供电。这样在充分发挥我国的资源优势的基础上实现了电力建设的快速发展。扩大了我国整个电网的覆盖面积，使我国电力系统朝着较好的方向发展。

4.3节约成本，提高安全性

传统的发电方式形成的供电系统一般实行的是远距离的高压输送，这要求必须有一些相应配套的输变电设备，不但占地面积大，而且成本高。而利用新能源中的燃料发电方式可以把电池建在终端用户的附近，一些家用电源甚至可以直接装在居民的家里，这样就大大降低了输送成本。在一些偏远的山区或者海岛等地方就可以直接在当地使用燃料电池发电，从而节约电网的建设费用，降低了供电的成本。另外，传统电网存在一定的安全隐患。如果发生战争或者自然灾害，或者是一些技术上的故障等，这些因素都会造成电网系统的大范围的停电。而利用新能源发电形成的小网络就能避免这些现象的发生，从而提高电网的抗破坏能力，在一定程度上保障电网的运行安全。