新能源發電技術研究綜述

譚　輝,孔祥福,曾凡濤

（1.國網恩施供電公司,湖北 恩施　445000；2.吐魯番供電公司,新疆 吐魯番 838000）

新能源發電技術研究綜述

譚輝1,孔祥福2,曾凡濤1

（1.國網恩施供電公司,湖北 恩施445000；2.吐魯番供電公司,新疆 吐魯番 838000）

摘要：當前，全球資源緊缺與環境問題日益突出，能源和環境問題成了制約經濟發展的主要問題，新能源的開發和利用可以很好的緩解這一問題，其中利用新能源的發電技術受到廣泛的重視。本文介紹了幾種典型的新能源發電技術的基本原理、研究現狀，結合各類新能源發電技術的優勢展望了其廣闊的應用前景。

關鍵詞：新能源發電技術；新能源；發電技術

0　引言

目前，全球資源逐漸減少，環境問題越來越受到人們的重視，利用傳統煤、石油等化石能源來發電即將受到很多局限，能源的開發面臨著新的問題和挑戰，充分開發利用可再生能源顯得頗為重要。新能源是指在科學技術上開發和利用的非常規性的綠色能源，運用新能源轉化為電能，實現資源的可持續發展[1]。可見，研究太陽能、風能、海洋能、生物能、小水電等清潔的可再生能源的發電技術已經成為電力能源革命的重中之重，必須引起電力領域的關注。

本文介紹了常見的技術較為成熟的應用較為廣泛的新能源發電技術。主要針對其研究、發展以及應用現狀進行了闡述，并就現階段的研究熱點和存在問題進行了總結和詳細介紹。

1　新能源發電技術概念及現狀

能源緊缺已成為制約各國經濟發展的瓶頸，如何開發新能源發電技術也隨之成為世界各國關心的課題[2]。一直以來，主要依靠煤等化石能源發電，帶來了環境污染等諸多社會問題，在化石能源儲量不斷減少的情況下，發展新能源發電顯得非常必要。新能源發電主要指充分利用風力、光伏、沼氣等天然可再生的清潔一次能源發電，新能源發電由于資源分布較為分散，不便于大規模集中開發利用，一般新能源發電是在資源分布的區域，建立中小型發電裝置，新能源發電既可以獨立向電力負荷供電，即獨立運行，不與公共電網連接，也可以選擇并網運行，即將新能源發電裝置與公共電網相連，新能源發出的電量直接輸出到電網。但一般新能源發電電量較小且分布在電力用戶附近，可以看做吸收負電量的負荷，與配電網一起為電力負荷供電，充分利用了可再生能源，減少了環境的污染，實現了社會效益的最大化，很大程度提高了能源的利用效率。目前，在新能源發電技術方面國內外已經比較成熟，并得到了廣泛應用[3]。

新能源發電技術在國外發展非常迅速。特別是在部分發達國家，諸如美國、歐盟和日本等國家，已經取得了非常顯著的成果，部分發達國家已經在能源結構調整過程中把新能源技術放到非了首位，部分國家與地區已經為新能源發電技術研制較為長遠的規劃，如歐盟已經首先提出新的發展目標，進一步提高可再生能源占歐盟總能源消耗的比例，要求到2020年該比例達到20％。美國于2007年簽署了新的能源法案，提倡推進新能源的利用和節能環保計劃[4]。在我國集中發電、遠距離輸電和大電網互聯的情形下，不能靈活跟蹤負荷的變化，無法及時更改供電量等大電網的弊端凸顯，在此基礎上發展用戶端的新能源發電技術，實現新能源發電與電力用戶結合的微型電網也將是我國電力系統發展的趨勢。

2　風能發電技術

風能是目前受到世界各國最為重視可再生能源之一，蘊量巨大，據報道全球的風能含量約為2.74×109MW，方便開發利用，在全球風能約2×107MW可利用，全球可開發利用的風能非常可觀，具有極大開發利用價值。風能發電技術通過風力帶動風力機轉動將風的動能轉變成機械動能，與風力機同軸安裝的發電機將隨著風力機一起轉動把機械能轉化為電能。所以風力發電系統主要的組成部件包括風力機、發電機和變速箱等。但風能有著其獨特之處，其能量密度低，間歇性和隨機性也是其突出的特點，為了充分開發利用風能，風力發電中的控制技術是核心技術也是安全高效運行的關鍵。在國內外的研究中，在風力發電的控制中取得了顯著的成果，已經研制較為完善的風力發電系統和非常成熟的風力發電控制技術，能夠很好的適用于風力變換的隨機性，提高風力發電系統運行可靠、能量轉換效率，為進一步推廣應用風力發電技術奠下了堅實的基礎。

目前,隨著研究的深入，風力發電技術已經成為了新能源中技術最成熟的發電方式，全球都在大力推廣風力發電技術的應用，目前，技術已經很成熟風力發電效益得到了很大的提高，其發電成本與常規發電成本相當，在可以預見的未來，風力發電在電力領域所占的比重將會越來越大。我國也投入了大量的人力和物力于風力發電技術的研究，也取得了可以廣泛推廣的成果，在2006年成功投運了國產化率高達90％，完全具有國內自主知識產權的風力發電機組，裝機容量達112MW，標志著我國較高的風力發電研究應用水平。隨著風力發電技術的成熟，我國不再局限于陸地的風能的開發，逐漸將風力發電朝著離岸型發展，充分利用我國海域內豐富的風能資源，由預測可知到2030年，風力發電量將約占全國總發電量的10％。

3　太陽能發電技術

太陽能是可利用的儲量最豐富的可再生能源之一，可以說是取之不竭、用之不盡。太陽能不方便直接利用，利用的太陽的方式太陽能發電，將太陽能轉換成電能。目前，太陽能的發電形式主要有兩種。一種是利用廣深輔導大效應，主要是利用光生伏特效應將光的輻射能轉化為電能；另一種是利用太陽能的熱能推動汽輪機轉動發電，即光熱發電[5]。

3.1光伏發電

光伏發電是目前利用太陽能的主要形式，太陽能電池在太陽光的照射下，光生伏特效應產生電能。一般光伏發電系統主要有光伏電池板、控制器和電能儲存及逆變器等幾個部分組成。光伏電池板產生的電能為直流電，一般供給于直流負荷及光伏發電系統配置的儲能電池，儲能電池組主要是為了平抑光伏發電輸出的波動性。電力系統大多負荷為交流負荷，需要通過逆變器轉換后，為交流負荷供電或者將電能輸送給電網。典型光伏發電系統的構成如下圖 1所示。

圖1　典型光伏發電系統

光伏發電技術在全球都取得較為突出的成績，在各地都廣泛應用了光伏發電技術。在光伏發電領域中，我國已經處于全球領先水平，形成了行業的標準，特別是在太陽能電池組件的生產能力等方面取得了非常卓越的成果。近年來，在光伏發電技術研發方面主要著力于光伏電池板及應用系統等光伏發電系統中的關鍵技術研究，為進一步推進光伏發電技術的全面應用打下基礎。在我國已經形成了非常成功的光伏發電案例，在深圳和拉薩分別建成了兆瓦級低壓并網光伏發電站和100kW的高壓并網發電站，光伏電站的成功運行為進一步規模化發展和推廣光伏發電技術的積累了豐富的經驗[6]。

3.2光熱發電

光熱發電的原理是將自然界的光能聚集到一起，通過大量的熱能將水變成氣態，利用汽輪發電機發電，將太陽能轉換成電能。光熱發電也是太陽能有效利用的形式，光熱發電根據不同的形式可以分為塔式太陽能光熱發電、槽式太陽能光熱發電和碟式太陽能光熱發電等幾種，由于研究技術的局限，目前光熱發電技術轉化率較低、商業化成本還較高，沒有得到廣泛的推廣應用。在光熱發電方面還需要投入大量的研究工作建立高效率、大容量、高聚光比的太陽能光熱發電系統，從而降低光熱發電成本便于商業化推廣應用。

在全球范圍內，光熱發電也得到了一定的發展，截止2009年的統計，建成成功投運的光熱電站總的裝機容量已達73.6MW，隨著技術的提高，光熱發電將得到一定的發展。在我國光熱發電方面的研究進展較為緩慢，不過也取得的一定的成績[7]，國內首座70kW塔式太陽能光熱發電系統于2005年在南京太陽能試驗場順利建成，并成功投入并網發電；于2004年單軸跟蹤的槽式太陽能聚光器在通州實驗基地開始成功運行[8]；光熱發電技術的研究已經為我國充分利用太陽能這種新能源推進了一步。

4　燃料電池發電技術

燃料電池發電技術也是目前深受關注的新型發電技術，主要是利用空氣中的氧氣和提取的氫氣通過化學轉換，將化學能轉換成電能。其中化學能轉換成電能裝置稱為燃料電池，燃料電池的反應物燃料和氧氣由外部不斷輸入，通過化學反應產生電能。燃料電池主要由預處理裝置、燃料電池堆和并網逆變裝置（PCU）等部分組成[4]，其簡要結構如圖 2所示。燃料電池具有裝置簡單，轉化效率高、無污染廢棄物等諸多優點，經進一步研究將具有很大的發展和應用潛力。

圖2　燃料電池的結構

近幾年來，燃料電池技術得到了社會各界的重視，在全球各國已經逐漸的形成了發展燃料電池技術的熱潮。在北美燃料電池的研發與生產已經得到了突破，形成了較大的規模和較為活躍市場，在歐洲和日本也取得了較為突出的發展。我國近年來加大了對燃料電池研究的投入，在“863”計劃和“十五”規劃中高度重視研究燃料電池相關的基礎理論，國家自然科學基金也對部分高校的燃料電池研究項目給予了大力的資助。可見，我國的燃料電池技術的重視，可以預見燃料電池明朗的未來。

5　沼氣發電技術

沼氣發電技術是近階段興起的新型發電技術。主要是利用有機廢棄物發酵產生沼氣，通過沼氣在內燃機中燃燒，產生大量的熱量，帶動汽輪機和發電機轉動發電，從而實現了能量的轉換，即從化學能轉成方便利用的電能[9]，常見的沼氣發電系統配置如圖 3所示。

圖3　沼氣發電系統配置

從全球范圍來看，沼氣發電技術已受到廣泛重視和積極推廣，在美國、德國、日本、荷蘭等國家已經取得實際運行成果[10]。我國在沼氣發電領域研發已經有了較長的時間，浙江杭州于1998年建成全國首家垃圾沼氣發電廠，接著深圳建成下坪和南山兩個沼氣發電廠。隨著成功經驗的推廣，目前，北京、上海、南京等大中城市籌備修建垃圾沼氣發電廠，充分的將資源轉換成能源。隨著多年對沼氣發電技術的研究，我國已經建立了具有高水平強能力的研發隊伍，并通過生產基地以及實際投運電站的成功經驗的積累，為沼氣發電技術的應用研究再上臺階奠定了基礎。

6　總結

利用可再生能源代替化石能源發電是電力發展的趨勢，本文主要闡述了在我國應用較為廣泛幾種新能源發電技術，從新能源發電的發展與應用現狀開始，簡要的分析了其發電原理，常規能源的有限性和環境壓力的情景下，使世界各國必然重新加強對新能源和可再生能源技術發展的支持，新能源發電技術將面臨著更加廣闊的應用前景。

參考文獻：

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[9]岳勝兵，張衍林，梁浩等.沼氣發電技術的研究與應用[J].現代農業科學，2008（01）.

[10]丁德新.沼氣發電技術發展現狀[J].農業工程技術（新能源產業），2007（03）：50-51.

作者簡介：譚輝（1982-），男，工程師，研究方向：為配電網規劃。