新能源和可再生能源發電概述

馮耀勛，王顯龍，鄭曉峰，賈明生

（1.廣東海洋大學工程學院，廣東 湛江 524088；2.中國科學院廣州能源研究所，廣東 廣州 510640）

能源是人類社會存在和發展的物質基礎，電力能源因為其獨特的優勢，已經成為了當今社會人類生產、生活的不可或缺的元素。為了更好的生產、使用能源，國家頒布實行了《中華人民共和國節約能源法》，頒布了《可再生能源中長期發展規劃》等一系列相關規劃，期望提高新能源和可再生能源的利用，推動全社會節約能源，保護和改善環境，促進經濟社會全面協調可持續發展[1]。

現階段國內外最普及、最成熟的方式是火力發電，核電、水力發電、風力發電、生物質發電和太陽能發電等新能源和可再生能源發電，則被視為未來發電結構的重點發展對象，其特點和投資都有很大區別，了解這些，可以幫助我們更好地開發和利用他們。

1 火力發電

現在世界上大部分國家，都是以火力發電為主。在我國，在2007年的電力結構中，火力發電占據的比例高達近83%，基本全部為煤炭發電。圖1 是中國近年來的電力結構比重圖[2]。

圖1 1990~2008年中國電力結構

隨著經濟的快速發展，每年都會有燃煤電站開工建設。其中，投資成本低并具有節水、節能、節地、節材、環保等特點的超臨界、超超臨界機組，是主要發展趨勢。對比30 萬kW 亞臨界燃煤機組的平均4 400 元/kW 的建設成本，100 萬kW 超超臨界燃煤機組約3 600～3 700 元/kW 的建設成本降低，而發電效率相對提高。

例如，國內第一個采用自主知識產權研發、制造的60 萬kW 超臨界燃煤鍋爐的發電項目2008年在河南順利投產，其總投資約42.9 億元；在2009年投資73 億元，陜北建設裝機為2×100 萬kW 超超臨界燃煤發電機組。

2 可再生能源發電

為了增加能源供應，改善能源結構，保障能源安全，保護環境，實現經濟社會的可持續發展，我國在2006年1月1日開始施行《中華人民共和國可再生能源法》，以促進可再生能源的開發利用。按照此法的定義，我國的可再生能源是指風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等非化石能源。

2007年，國家發改委制定頒布了《可再生能源中長期發展規劃》，提出了力爭在2010年使可再生能源消費量，達到能源消費總量的10%，到2020年達到15%的目標。

2.1 水力發電

在可再生能源利用結構中，水力發電是目前世界上最成熟、使用量最多的可再生能源發電技術。我國水能資源蘊藏量和可開發水能資源，居世界第一位，但其開發程度僅僅在20%左右。現在發達國家的水電開發度一般達到60 %～70 %，例如，挪威超過90%，日本為84%，美國超過82%，法國、瑞士等亦已超過80%，德國為73%，加拿大65%[3]。

近年來，我國水電發電總量，隨著用電總量的增加，也逐年提高，對于水電站的重視程度和投資力度，也逐年加大。水電站的建設成本與當地的地理、地質條件、人口分布等因素關聯較大，因此不同地方的水電站建設成本差別很大。例如，2008年12月開工的云南益珠河電站總裝機容量為8 000 千瓦，預算總投資人民幣4 200 萬元左右；世界上最大的水電站項目，長江三峽水電站，最初設計為1 820 萬kW 裝機容量（不包括現在設計的地下420 萬kW 裝機容量），其動態預算投資為2 039 億元，實際投資1 800 億元左右。

除了利用江、河直接發電，抽水蓄能電站也是一種發展潛力很大的水電站。美國2003年抽水蓄能電站消耗的電量達到近87 億kW·h。山東泰安建立的4臺25 萬kW，總計100 萬kW 裝機容量的抽水蓄能電站，投資43 億左右，對比煤電，其發電年收益多出10%以上[4]。

在我國，水力發電擁有以下主要特點和發展趨勢：

（1）技術成熟、穩定，運行成本低，效率高（對比煤電的40%，水電高達70%～80%）。

（2）資源總量豐富，但地域分布不均，用電多的中、東部比例小。

（3）與火力發電配合，水火互濟，調峰靈活。

（4）潔凈發電，多方綜合利用，多方得益。

（5）受自然條件限制大，大型工程對環境、生態影響較大。

（6）對比火力發電站，一次性投資大，工期長，平均投資成本和配套建設差別大。

（7）大型工程具有戰略地位，事故后果嚴重。

（8）對比發達國家，我國水電發展迅猛，但是整體開發率較低，發展空間大。

2.2 風力發電

風電作為節能、安全、環保和可再生的清潔能源，已經成為全球最具潛力能源之一，受到世界各國的關注。而到2006年底，全球風電裝機容量已經從1995年的4 800 MW 增加到73 904 MW，到2009年，全世界總風力發電裝機容量，達到158 000 MW。

許多國家制定了長期的目標，支持發展風力發電。美國計劃到2030年，其風電裝機比例達到20%，而現在風力發電比例最大的國家丹麥，也計劃將風電占電力用量的比例由現在的20 %增加到2025年的50%[5]。

近年來，國內風電發展迅猛。2006年、2007年和2008年，中國累計風電裝機增長率分別為105 %、127%和106.5%。2009年，中國新增1.3 萬MW 裝機容量，這在世界上也是一個國家首次在一年內，新增裝機容量超過1 萬MW。風電建設標準化程度高，可模塊化加工和運行，投資成本相近。內蒙古開魯縣開工建設規模將達到50 萬kW，總投資達50 億元。

隨著政府、民眾對于可再生能源的重視，眾多企業對投資風電項目看好并積極行動，這在帶動風電裝機容量大幅度增加的同時，也導致了眾多企業的無序競爭、一哄而上、重復或違規建設、圈地占地現象，在浪費了資源的同時，對于環境建設和經濟發展都帶來了不利影響。因此近期國家和地方政府，都加大了對風電站項目的規范化管理。

現階段風電有以下的特點和趨勢[6]：

（1）無污染的可再生能源，技術比較成熟，應用時間較長。

（2）分布廣泛，總量巨大，建設周期短。

（3）小型設備簡單，相對造價低，對于偏遠地區、地廣人稀地區應用價值大。

（4）具有長期規律性和短期隨機不可控性，必須與其他形式的能源相互配合，或具有某種蓄能裝置，增加了技術的復雜性。

（5）能量密度低，裝置龐大，設備分散，占地廣，場地要求較高。

（6）對比火力發電站，建設費用高。

（7）國家政策鼓勵，大容量發電基地發展突出。

2.3 太陽能發電

太陽能被稱為“能源之母”，化石能源、風能、水能、生物質能等，都是由太陽能經過某種形式轉換而形成的。現在使用太陽能發電，包括兩種類型：一種是通過光電轉換元件直接發電，另外一種是通過太陽能聚光集熱系統獲得能量輸入，然后轉化為高溫蒸汽或者氣體，從而驅動汽輪機或者發電機發電。對于這兩種形式的太陽能發電，現在國內外的發展都非常迅速，裝機比例也提高很快[7]。

太陽能發電屬于無污染的可再生能源發電，其建設周期短，但是受地域、氣候、天氣影響大，整體發電效率較低（一般為10%～20%之間）。

按照2007年8月頒布的《可再生能源中長期發展規劃》中的目標，我國到2020年太陽能發電達到180 萬kW 容量，其中在2010年達到30 萬kW 的目標。

2.3.1 太陽能光伏發電

近年來，隨著太陽能技術和材料行業的發展，太陽能光伏發電的材料成本不斷下降，使得裝機規模不斷擴大。例如，在2006 到2008年這3年時間里，國內的安裝量僅為5 萬kW，而隨著多晶硅材料價格的迅速降低，現在有報道預測，2020年中國的太陽能光伏發電裝機容量將達到1 000 萬kW 到2 000 萬kW 之間，是最初規劃目標的6 倍以上。

太陽能光伏發電，具有如下主要特點：

（1）可以大規模集中供電，也可以以家庭、產品為單位供電，模塊化生產、安裝。

（2）發電設備極為精煉，可靠穩定壽命長，安裝維護簡便。

（3）在人口密度稀少的偏遠地區，或者宇宙探險等方面，可以發揮重要作用。

（4）建設成本和發電成本遠高于火電站，對比水電、風電，現在安裝規模非常小。

（5）日常應用發展迅速，如太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等。

（6）近期原材料成本大幅度降低，導致光伏發電的成本大規模降低，但是其投資成本仍然高于火電、水電、風電等。

2.3.2 太陽能熱發電

而對于太陽能熱發電，大體可以分為塔式、槽式和蝶式這3 種形式。按照計算，在撒哈拉大沙漠1%的面積上，建立太陽能熱發電廠，就可以足夠滿足整個世界的電力要求。

現在大規模商業化運行的，是槽式熱發電，在20年前，美國建立了大規模的發電基地，至今仍在使用。

如今，美國和西班牙的太陽能熱發電發展最快，這兩個國家都有槽式熱發電站投入使用并繼續大規模推廣，預期到2012年的兩國的裝機總容量，達到560 萬kW，在預測的640 萬kW 的世界總裝機容量中，占據絕大部分。

現在太陽能槽式熱發電的成本，已經降到0.12 美元/kW·h，美國能源部打算到2015年降低聚光太陽能熱發電廠的成本到0.07～0.1 美元/kW·h，到2020年則到0.05～0.07 美元/kW·h，從而可以和以化石為燃料的發電站競爭。

現在太陽能熱發電的建設成本，仍然較高。以槽式熱發電為例，從1985年到1991年間，美國在加州沙漠建造了9 座太陽能槽式熱發電站，其建設成本從1 號電站的近6 000 美元降低到9 號電站的近3 000 美元。現在美國準備建設的世界最大的槽式熱發電站，其裝機容量為34 萬kW，而其建設成本估計為20 億美元。因材料、人工等方面的優勢，在國內建設太陽能熱發電的成本，要遠低于美國。

現在，中國科學院廣州能源研究所，正在建設槽式熱發電的試驗臺，而在此試驗臺上，廣州能源研究所的研究人員提出了新的結構設想，據初步統計，可以將熱發電的建設成本控制在1 萬元/kW 左右，優勢非常明顯。

太陽能熱發電的特點如下：

（1）現在大規模推廣使用的槽式熱發電，以集中模塊式大規模運行為主。

（2）太陽能熱發電廠的峰值產出時間，與用電高峰時段一致，可作為基本負荷或者間歇發電的選擇；同時太陽光照射一般也是可以預測和可靠的。

（3）太陽能電廠是可以完全以標準模塊和日常材料建成，具有大約30～40年的使用壽命。而且大部分太陽能區域材料，是可以循環利用的。

（4）太陽能熱發電廠最好位置是陸地，可在很少被利用到區域，例如沙漠等地。

（5）太陽能熱發電廠可以設計為單獨一種太陽能或者混合能源運行，例如風能可以在峰值時段使用太陽能發電。

（6）熱發電的核心部件，掌握在發達國家，例如蝶式熱發電使用的斯特林發動機，槽式熱發電的真空管接收器等。

3 核電

核能雖然不屬于可再生能源，但是也屬于清潔能源，是一種國家鼓勵的新能源發電形式。國家發改委在2007年10月頒布了《核電中長期發展規劃（2005-2020）》。

資料表明，全世界核電總裝機容量為3.69 億kW，分布在31個國家和地區。核電年發電量占世界發電總量的17%，核電發電量超過20%的國家和地區，也達到了16個。

而我國的核電發電量，在總發電量中占據的比重還不到2%，對比而言，其發展空間巨大，為此國家公布了2005-2020 核電發展目標。

隨著國家對于核電的大力支持，《規劃》中的部分目標，已經提前實現，為此許多學者重新提出了核電跨越式發展的目標：2020年中長期的核電發展目標，調整到建成6 000 萬～7 000 萬kW，在建3 000 萬kW。

我國近幾年也有眾多核電項目上馬。2008年，廣東陽江核電站正式開工，其裝機容量為6 臺百萬kW級核電機組、總投資近700 億元人民幣。秦山核電二期擴建工程2 臺60 萬kW 機組，總投資148 億元。

總結核電具有以下主要特點[8]：

（1）運行費用低，發電無污染。

（2）建造要求嚴格，安全標準高，安全性能好。

（3）能量密度高，受自然條件、地理位置限制小。

（4）國內的鈾資源不豐富，國外的富鈾礦區被發達國家控制，特別是法國占有很大部分，其核電比例也是世界最高的。

（5）我國的火電、水電資源蘊藏豐富地區與用電多地區脫節，核電可以有效彌補這方面的缺陷，節約電力運輸消耗。

（6）核電站具有戰略地位，事故后果嚴重，操作、管理、燃料后續處理要求高。

（7）核電站建設以百萬千瓦機組為主，第三代新技術的消化吸收成為重點。

表1 是對上節介紹的幾種發電形式的成本對比。通過以上的特點分析和投資對比，希望在政府和企業個人對電力行業投資時，起到借鑒的作用，針對當地的情況，有選擇地重點投資可再生能源發電，促進社會的和諧和可持續發展。

表1 幾種不同類型發電的投資成本和發電效率比較

4 結束語

通過上面的分析可以看出，對新建電站，條件允許的情況下，優先選擇水電發電，其次選擇風電。從經濟性分析，太陽能光伏發電材料加工成本過高，現階段大規模推廣的前景不是很樂觀。而核電方面，燃料、安全等方面限制較大。

從未來發展的前景來看，火電、水電、風電、核電的成本和效率提高空間有限，而太陽能發電方面技術和成本改進空間大，相信隨著科技的發展，太陽能發電在行業內的比重將會越來越高。

[1]王革華，田雅林，袁婧婷，等.能源與可持續發展[M]. 北京：化學工業出版社，2005．

[2]中華人民共和國國家統計局.中國統計年鑒[M].北京：中國統計出版社，2008．

[3]曹廣晶，趙鑫鈺.水電是實現可持續發展的重要能源[J].中國能源，2007，29(6)：18-20．

[4]刑小平.泰安抽水蓄能電站與燃煤火力發電廠聯合運營的經濟性淺析[A].抽水蓄能電站建設經驗技術交流會議論文集[C]，北京:中國水力發電工程學會,2002．

[5] Neeraj Golaita，R M Moharilb，P S Kulkarnia．W ind electric power in the world and perspectives of its development in India[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2009，13 (1)：233-247.

[6] 李俊峰，高 虎，王仲穎，等. 2008 中國風電發展報告[J]. 中國投資，2008，（12）：121-121．

[7] 羅運俊，何梓年，王長貴. 太陽能利用技術[M]. 北京：化學工業出版社，2005．

[8] 肖新建，高世憲，韓文科. 我國核電實現跨越式發展的優勢、挑戰與建議[J].中國能源，2009，31(3)：5-9．