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10摘要从全球的能源现状出发,详细介绍了我国能源发电技术的应用现状,发现研究新能源发电对我国的现代化建设具有现实意义和战略意义。介绍了燃料电池发电系统和风光互补发电两种新能源发电技术。太阳能发电技术发展己经趋于成熟;风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式,也是近期发展的重点;而燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置,它能量转化效率高,几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物;风光互补发电技术是一种综合类发电技术,目前处于起步阶段。本文主要介绍了燃料电池发电系统和风光互补发电两种新能源发电技术。关键词:能源转型;发电及其互补技术;新能源;前言随着社会的发展和人口的增长,人类对能源的消耗量急剧增加。就二氧化碳的排放量来说,现在的排放量是35万年以来最大的,因此,Co过高的消耗量使全球正面临着能源紧缺的危机,有关专家对世界能源形势预测:到2030年,化石燃料的总性能将达到峰值,那以后可以使用的化石燃料将会变得非常有限;而到2050年,化石燃料的总性能将降到最低值,换句线年将不再会有可以供人类使用的化石燃料,那时人类将面临非常严峻的考验。能源紧缺己成为制约各国经济发展的瓶颈,如何开发先进安全的新能源使用技术、如何提高能源利用率也随之成为世界各国关心的课题。本文综述了各种新能源发电技术的原理和研究现状,成本过高是限制它们大量推广应用的瓶颈,因此通过技术革新降低成本将是今后新能源发电技术的重要研究方向。虽然能源发电为未来人类解决能源短缺问题描绘了令人振奋的前景,但要使这幅蓝图真正成为现实的确还面临着诸多问题,需要科学家、研究人员和政府部门等来共同解决。相信随着科技的进步,电路电子器件的发展,新能源发电技术将会发挥出它们巨大的潜力,在电力系统中占据更重要的地位,为人类的持续发展铺平道路。我国能源和发电技术的现状我国作为工业大国和人口大国,对能源的消耗量非常大。近年来,消耗总量的增长速度也非常快:标准煤从2001年的14亿吨增长到2005年的22亿吨,⑴。电力电能作为能源输出的最大方向,。如此巨大的电能消耗,必然会加剧能源的需求,对于我国的能源政策也更加不利。电能是国民生活和生产的根基,无论是从能源角度,还是电力系统自身方面来看,研究新能源发电技术对于我国的现代化建设和人民生活都具有相当大的现实意义和战略意义凶。新能源发电技术现状从新能源发电成本变化趋势看,尽管由于技术尚未完全成熟、关键设备仍需要依靠进口、设备利用小时低、配套政策不完善等因素的影响,新能源发电成本在短期内还没有大幅下降的可能,在与传统能源的竞争中暂时处于劣势。另一方面我们应当看到,中国在发展新能源方面有着自己的优势,随着技术的进步、规模的扩大、供应链的完善和政策扶持力度的进一步加大,为新能源的规模化、商业化、产业化发展铺平了道路。尤其是考虑到煤炭、石油、天然气等传统能源价格上涨因素及环保成本,预计再过5-10年,部分新能源电力成本将接近传统化石能源,市场竞争优势将逐步显现。第一,“十四五”期间政策扶持力度将进一步加大。制定切实可行的发展目标。《可再生能源发展“十四五”规划》提出,至2025年底,并网风电累计装机容量要达到1亿千瓦,年发电量要达到1900亿千瓦时。光伏发电装机要达到1400万千瓦,光热发电装机100万千瓦,太阳能热水器推广面积要达到4亿平方米。政策上还首次提出地热能、潮汐能和海洋能的发展目标。进一步加大资金投入规模。即将出台的《新兴能源产业发展规划》在具体实施路径、发展规模以及重大政策举措等方面,对新能源的开发利用和传统能源的升级变革进行了部署,预计规划期累计直接增加投资5万亿元,。研究推出可再生能源配额制。“十四五”期间,国家将建立和实施可再生能源配额制,即按各地电力消费总量来规定可再生能源比例。《可再生能源电力配额管理办法(讨论稿)》2012年5月初己下发各地政府和相关企业,征求意见后即出台最终方案,《讨论稿》要求,对于总装机容量超过500万千瓦的发电企业,可再生能源发电占自身发电比例要达到11%,下一步国家发改委将把配额下发至各省份。完善新能源价格补贴机制。《可再生能源发展“十四五”规划》提出,要通过市场竞争的机制,完善可再生能源产品的政策补贴机制,鼓励可再生能源发电企业与用电户的直接交易,全面落实完善可再生能源发电补贴政策及可再生能源集中供热、供气和液体燃料的价格及服务收费标准。第二,新能源发电技术逐渐成熟。“十一五”期间,中国风电产业在机组适合中国低风速、低温、高海拔等特殊环境条件方面进行了大量的创新,兆瓦级风机、海上风机等科技难关被相继攻克,大容量机组开发方面已实现了与世界同步,关键零部件基本实现国产化,风电设备供应链日趋完善。科技部发布的《国家“十四五”科学和技术发展规划》指出:“十四五”期间,我国将重点发展5兆瓦以上风电机组整机及关键部件设计、核心装备部件制造、并网、电网调度等关键技术,形成从风况分析到风电机组、风电场、风电并网技术的系统布局,推动近海和陆上风力发电产业技术达到世界先进水平。光伏行业在硅锭制造技术、冶金级多晶硅、高效能电池片、SE、ESE、MWT等方面的技术已达国际先进水平。多晶硅生产技术持续进步,2012年,我国万吨级多晶硅生产线将投产,低能耗还原、冷氢化、高效提纯等关键技术环节进一步提高,副产物综合利用率进一步增强,先进企业的综合电耗将达到80千瓦时/千克、生产成本达到19美元/千克的国际先进水平。我国百万千瓦级压水堆核电站关键设备的设计制造己基本立足国内,通过大规模的技术改造,我国形成了世界一流的核电装备研发制造基地,可为未来二十年我国核电发展提供可靠的设备保障。国家能源局积极打造国家级研发平台,分两批设置了十个国家级核电研发中心,目前我们己全面掌握二代改进型压水堆核电技术,并实现了批量化、系列化发展,AP1000三代压水堆技术引进、消化吸收和示范工程建设稳步推进。第三,原材料及设备制造成本将持续下降。作为新能源中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电方式,目前风能发电的技术己经较成熟,国内风电机组普遍采用当今世界主流技术,世界领先的3MW机和海上风电项目均在国内落户,同时风电市场化运作机制不仅吸引了大量资本进入风机制造领域,也使得风机厂商在技术、质量和成本控制上实现充分竞争,推动国内风电技术和管理水平快速提高,由于竞争激烈,风电整机价格大幅下滑,整机价格从2008年的6500元/千瓦,降到2009年的5400元/千瓦,再到2010年跌破4000元/千瓦,直至如今的低于3500元/千瓦,较三年前几乎腰斩。当前光伏组件价格大幅下降,2012年太阳能电池生产成本将进一步下降,多晶硅、硅片、电池片和组件环节加工成本分别有望降至19美元/千克、、/瓦,,同比将下降27%。在降低成本的同时提高产品质量,部分企业已经做出10年的产品做工保证,产品性能保修期延长至25年,%以下。随着薄膜电池的发展,光电发电成本会越来越低。欧美国家预计,2025年至2030年之后光伏发电成本将接近煤电成本,有望实现平价上网。,直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时,它可以连续发电。依据电解质的不同,燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。按燃料电池所用原始燃料的类型,大致分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池和汽油燃料电池。燃料电池不受卡诺循环限制,能量转换效率高,洁净、无污染、噪声低,模块结构、积木性强、比功率高,既可以集中供电,也适合分散供电。使用燃料电池发电,是将燃料的化学能直接转换为电能,不需要进行燃烧,没有转动部件,理论上能量转换率为100%,装置无论大小实际发电效率可达40%?60%,可以实现热电联产联用,没有输电输热损失,综合能源效率可达80%,装置为集木式结构,容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比,非常灵活。燃料电池其原理与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部,因此,限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质,只是个催化转换元件。因此燃料电池是名副其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时,燃料和氧化剂由外部供给,进行反应。原则上只要反应物不断输入,反应产物不断排除,燃料电池就能连续地发电。燃料电池具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的特点,它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源,还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源,又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给,还能解决电网调峰问题。随着燃料电池的商业化推广,市场前景十分广阔。人们预测,燃料电池将成为继火电、水电、核电后的第四代发电方式,它将引发21世纪新能源与环保的绿色革命。2005年,从事燃料电池开发的公司总投资额己超过10亿美元。据统计,2005年全球拥有50万个固定的(静止式)燃料电池装置,到2010年,将有250万户家庭使用燃料电池,同时全球拥有60万台燃料电池汽车,占世界汽车生产量的1%。,与其他燃气相比,抗爆性能较好,是一种可再生的清洁能源。沼气一般在农村比较多使用,传统上大多利用沼气取暖、炊事和照明。沼气发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项新型沼气利用技术,它将沼气用作发动机燃料,驱动发电机产生电能。由于城市化进程大城市,利用垃圾沼气发电也成为了可再生能源的一大热点。在我国,上海,北京,深圳等大城市正在或准备建立垃圾沼气发电厂。我国第一家垃圾沼气发电厂是在1998年10月,在杭州天子岭垃圾填埋场建成。在我国,目前拥有1000万座沼气池。但总体上沼气应用范围不够广,利用率也比较低。我国城市垃圾量以每年6%~7%的速度递增,而我国90%以上的城市处理垃圾的方式采取的是填埋方式,许多大城市垃圾填埋场日处理垃圾在千吨以上,如果能变废为宝,我国可以明显减少对化石能源的依赖,减少石油进口。在国外,沼气发电也是蓬勃发展,在2006年12月12日,世界上最大规模的利用垃圾沼气发电站在韩国建成并正式投入运营,发电规模为50MW级,这座沼气发电站生产的电力可为18万户家庭供电,它将替代韩国每年50万桶重油进口。在此之前,全世界50MW级的沼气发电站仅在美国有1座。随着沼气发电站的容量提高,沼气发电并网运行将会对整个电力系统造成冲击,继电保护相关问题也会随着容量提高而变得突出。文献[沼气发电机并网一次主接线及继电保护配置的探讨]阐述了沼气发电机并网的接线方式及保护配置问题。潮汐发电潮汐能发电的工作原理与一般的水力发电原理差不多。它建筑一条大坝把靠海的河口或者海湾与大海隔开,形成一个大水库,发电机组安装在拦海大坝里面,大部分机器在地面下,利用潮汐涨落的位能差来推动水力涡轮发电机组发电。潮汐发电与水力发电的原理相似,它是利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的,也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能,再把机械能转变为电能(发电)的过程。具体地说,由于潮水的流动与河水的流动不同,它是不断变换方向的,因此就使得潮汐发电出现了不同的型式,例如:(1)单库单向型,只能在落潮时发电。(2)单库双向型:在涨、落潮时都能发电。(3)双库双向型:可以连续发电,但经济上不合算,未见实际应用。世界上第一座潮汐电站是法国的郎斯河口电站,其装机容量为240MW,年均发电量为544GWh。中国沿海己建成9座小型潮汐电站,1980年建成的江厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站,也是世界上较大的一座,其总装机容量为3200kW,。世界较大的潮汐电站至今运行正常,证明潮汐发电在技术上是可行的,可是从20世纪80年代至今,近20年来几乎没有建新的潮汐电站,100MW级的潮汐电站没有一个建设投产。没建新的潮汐电站的原因主要是考虑电站的经济性和潮汐大坝对环境的影响。地热发电地球是一个巨大的热仓库。其内部的热能根据科学家的推算,全球潜在地热能源的资源量约4X1013MW,相当于现在全球能耗的45X104倍。地热是一种洁净的可再生能源。地热发电是利用超过沸点的中、高温地热(蒸汽)直接进入并推动汽轮机,并带动发电机发电,或者通过热交换利用地热来加热某种低沸点的工作流体,使之变成蒸气,然后进入并推动汽轮机,带动发电机发电。最近发展起来的“热干研过程法”地热发电法不受地理限制,可以在任何地方进行地热开采。原理是首先将水通过压力泵压入地下4到6km深处,在此处岩石层的温度大约在200C左右。睡在高温岩石层被加热后通过管道加压被提取到地面并输入一个热交换器中。热交换器推动汽轮发电机将地热转化成电能。而推动汽轮机工作的热水冷冻后再重新输入到地下供循环使用。世界上第一座地热发电站要算是1904年在意大利的拉德雷诺建成的小型地热电站,它是用地热蒸汽推动涡轮机发电的,但功率很小,只点亮了5盏电灯。后来经过充实发展,目前该电站的装机容量已达548MWo当初这座电站虽然只能点亮5盏电灯,却开创了地热发电的历史。目前世界上最大的地热发电站装机容量己经达到了1000MW,位于美国加利福尼亚盖瑟尔斯。我国地热发电在新中国成立后开始研究,于1970年,中国科学院在广东省丰顺县汤坑镇邓屋村建起了发电量60kW的地热发电站。这是我国第一座地热试验发电站。1976年,全世界海拔最高的地热发电站在我国羊八井盆地建成发电,现己兴起了一座崭新的地热城,地热开发利用正向综合性方向发展。目前,该电厂已有8台3000kW机组,总装机25MW,年发电量在拉萨电网中占到45%。羊八井地热发电站目前是我国最大的地热发电站。燃料电池发电技术燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置,它类似于电池,基于电化学原理。不同于电池的反应物保存在电池内部,燃料电池的反应物由外部不断输入,它像是一个发电厂,只要供给燃料和氧气就可以发生电能。燃料电池不经过热机过程,因此不受卡诺循环的限制,能量^化效率高、环境友好,几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。,是世界上较早从事燃料电池研究的国家之一⑶。天津化学电源研究所首先开展了MCFC的研究,后来由于电池结构材料的耐腐蚀性等关键技术一时难以解决而终止。1993年以来,又开展了MCFC电解质隔膜的工艺技术及阳极气体重整技术的深入探索。结合我国社会经济的发展状况,燃料电池的主要应用背景有三个方面:将燃料电池系统用于民用发电,主要包括生活小区以及较偏远地区的供电,其发电容量在数十千瓦至兆瓦级范围内,适合建立PAFC、MCFC和SOFC的燃料电池电站;利用电动汽车发展的机遇,开展电动汽车用的燃料电池系统研究,这主要是指PEMFC系统技术的开发;在一定的条件下,继续研究航天及军队特殊用途的燃料电池系统,如航天器、舰船、潜艇等的动力源。:提高供电的可靠性。当燃料电池的负载有变动时,它会很快响应,故无论处于额定功率以上运行,还是低于额定功率运行,它都能承受且效率变化不大。其电流谐波和电压谐波均满足标准,负荷变化范围达到20%?120%,供电可靠性得到了有效保证。提高电网的安全性。战争、自然灾害、技术故障等因素都会引起现行电网系统的大面积停电,而利用燃料电池形成的小网络可以极大地避免这些因素的影响,从而大大提高电网的抗破坏能力,保证电网的安全运行。增强调峰的能力。当电网高出力时可利用电能电解水得到氢、氧储备起来,这样在电网低出力时就可以用燃料电池来发电,起到调峰的作用。同时,由于燃料电池的燃料可利用甲醇等可再生的能源,减少了人类对一次性能源的消耗。,如阴雨天或是晚上,太阳能发电就会受影响或无效。而风力发电会受风速的影响。将两者结合起来,就能相互弥补彼此的不足,使用范围也将更大:我国属季风气候区,一般夏季风小,太阳辐射强度大;冬季风大,太阳辐射强度小,风能和太阳能正好可以互相补充。自2006年光热发电在我国起步至今,光热发电产业的快速发展离不开我国政策支持。平准化发电成本是评价发电项目效益的重要指标,依据前文对光热发电项目标准化发电成本的敏感性分析可知,单位投资和利用小时数是其最重要的影响因素。设备购置成本太高是造成单位投资过高的主要原因,降低设备成本需要完善光热发电产业链。除此之外,光热发电产业发展不成熟,建设项目少导致设备供应商难以实现规模化生产固。、风能的互补特性,可以获得比较稳定的总输出,进而提高系统供电的稳定性和可靠性;在保证同样供电的情况下,可使储能电池的容量大大地减少;由风/光系统供电,很少启动备用电源,如柴油发电机等,可以获得较好的社会经济效益。风光互补控制器对光伏电池板、风力发电机转化的电能进行调整和控制,一方面把光伏、风力发电机产生的电能优先供给直流负载或交流负载,另一方面把多余的电能存储到蓄电池同。结论与展望本文从全球和我国的能源现状出发,分析说明了新能源发电技术是当前迫切而有实际价值的研究课题,新能源不仅仅指风能和燃料电池,还包括太阳能、生物质能、海洋能、地热能和光伏电池等。我国乃至全世界的新能源发电技术发展的潜力都是巨大的。在人类明天的舞台上,新能源将取代化石燃料,扮演重要的角色。参考文献⑴[D].杭州:浙江大学,2009.〔2]郝伟,舒隽,[C].华北电力大学第五届研究生学术交流年会,2007.⑶[D].南京:东南大学,2007:5-6,63-64.〔4】张伟波,潘宇超,[J].中国能源,2012.【5】[J].机电信息,2016.