淺談新能源發(fā)電及其發(fā)展前景

韓達 趙巖

摘 要：隨著工業(yè)革命的發(fā)展人類的科技水平得到了跨步式的提升，但伴隨而來的便是化石燃料的大量消耗造成了嚴重的環(huán)境污染和資源匱乏等問題，使我們不得不尋找新能源來代替化石燃料等傳統(tǒng)能源。本文簡單的介紹了新能源發(fā)電的種類以及未來的發(fā)展和前景。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；風電；光電；海洋能

由于20世紀70年代石油危機的爆發(fā)，風力發(fā)電作為新能源得到各國政府大力的支持和飛速的發(fā)展，隨著科技的不斷進步新能源發(fā)電已經(jīng)覆蓋到風力、光伏和海洋能等等。而在一些發(fā)達國家，新能源發(fā)電技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成了他們解決電力系統(tǒng)問題的一種必不可少的手段。

新能源指風能、太陽能及海洋能等正處于開發(fā)研究階段有待推廣的能源。它具有污染小、儲量大的特點。如今新能源發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為應對能源危機和環(huán)境問題的必要選擇。

1 風能

1.1 風力發(fā)電

兒童所玩的紙質(zhì)風車便是風力發(fā)電原理雛形，它利用空氣的流動使風車葉片旋轉(zhuǎn)從而將將動能轉(zhuǎn)化為機械能。

風力發(fā)電設(shè)備由風輪、機艙、塔架和基礎(chǔ)構(gòu)成。風輪是風力發(fā)電機的主要部件，由兩片或其以上的螺旋槳性葉輪構(gòu)成，要求其材料具有高強度、質(zhì)量輕的特點來適應野外的風場環(huán)境。根據(jù)當前的風車技術(shù)，以每秒三公尺的微風速度就可以推動發(fā)電，而實際中為了提高風輪的轉(zhuǎn)速，將其轉(zhuǎn)軸與增速機相連，讓它帶動發(fā)電機發(fā)電。機艙是由底盤、整流罩和機艙罩三部分組成，底盤上有機組發(fā)電系統(tǒng)，變槳矩系統(tǒng)及偏航系統(tǒng)等部件組成，機艙罩后上方裝有風速和風向傳感器，[1]艙壁上有隔音器和通風裝置等部件。

塔架與機艙底部相連支撐機艙，塔架上有發(fā)電機和主控制器之間的動力電纜、控制電纜、通信電纜等等，為了獲取一定強度和均勻的風力，一般將鐵塔修建的比較高，具體高度依據(jù)風輪的直徑和地面物體對風速的影響而定。基礎(chǔ)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)制成，上面安放塔架，基礎(chǔ)四周設(shè)置防雷擊的接地裝置。

1.2 風力發(fā)電前景

風能的利用具有悠久的歷史，早在19世紀90年代風力發(fā)電便在丹麥出現(xiàn)，成為解決傳統(tǒng)輸電線路到達不了的地區(qū)用電問題，可見早在100多年以前人類就意識到風能的利用問題。據(jù)研究以9米每秒的風速作用于物體能產(chǎn)生大約98N的力，20米每秒的烈風能產(chǎn)生大約500N的力，可以想象風力中蘊藏著巨大的潛在能量。我國西北戈壁地區(qū)、華北以及東北的草原地帶、東南沿海及島嶼附近有著豐富的風力資源，同時我國的東部海岸線淺海域地區(qū)風力穩(wěn)定，具備建立海上風電場的潛力。

2 太陽能

2.1 光伏發(fā)電

太陽能光伏發(fā)電的基本原理是1839年法國科學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的光生伏打效應，其主要利用半導體材料的結(jié)構(gòu)特性和光學特性，能夠在光照下吸收特定波長段內(nèi)光的能量并將之用來激發(fā)自由電子和空穴對，自由電子和空穴的定向擴散運動會產(chǎn)生電動勢和電能。[2]

目前光伏發(fā)電系統(tǒng)有并網(wǎng)型、分布式和獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其一般結(jié)構(gòu)由太陽能電池組件、逆變器、防反沖二極管、變壓器和支架結(jié)構(gòu)等組成。太陽能電池單體是光電 轉(zhuǎn)換的核心部件其在太陽輻射的條件下，它能將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電并且穩(wěn)定輸出，工作電流約為20mA每平方厘米而電壓約為0.5V。逆變器通過半導體功率開關(guān)的開通和關(guān)斷作用，能把太陽能電池組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電。防反沖二極管作用是防止太陽能電池方陣在沒有太陽輻射條件下，如夜晚不發(fā)電時或出現(xiàn)短路故障時，電池組通過太陽能電池方陣放電。變壓器能夠?qū)l(fā)電系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)化為要求電壓等級，確保電能傳送的距離。支架結(jié)構(gòu)一般由不銹鋼或者鋁合金材料制成，它能保證太陽能電池組的傾角朝向問題同時能夠避免一些惡劣天氣對發(fā)電系統(tǒng)的影響。

2.2 光伏發(fā)電前景

據(jù)統(tǒng)計每年地表接受的太陽輻射能量達17萬億千瓦，而2016世界的能源消耗為4850億千瓦，可以看出太陽能光伏發(fā)電的利用對能源供給具有重要的作用。我國面積廣闊，70%的土地年均太陽輻射量占總時長的20%以上，再加之西部地區(qū)地形廣袤，居民居住地較為分散，對太陽能的采集與利用提供了便利的條件。其次太陽能光伏發(fā)電具有相當高的安全性，發(fā)電過程無噪聲、無污染，同時無需考慮機械部件的轉(zhuǎn)動問題，這樣大大降低了它的維修成本。

3 海洋能

3.1 潮汐發(fā)電

地球表面大部分是海水，它接受太陽或其他星球的輻射較多。因此海水通過各種物理或化學變化將太陽的大部分能量以潮汐、溫差、波浪、海流等能量形式依附于海水之中。

由于目前潮汐發(fā)電技術(shù)比較成熟，本文以潮汐能舉例： 海水的垂直漲落運動稱為潮汐（位能），其多發(fā)生在長幾十千米的河流和海灣的端處。海水水平運動叫潮流（動能），其多出現(xiàn)在一些群島的海峽和海灣狹小的入口處，而它的流速會受到海底地形和海岸的形狀影響。人們通常把海水周期性的垂直漲落和水平運動中所包含的機械能統(tǒng)稱為潮汐能。潮汐發(fā)電必須具備兩個前提條件：第一所地區(qū)海水漲落的幅度不能小，至少要有幾米；第二海岸地形必須確保儲蓄大量海水，同時能夠進行大型的建筑工程。即區(qū)域蘊有足夠大的潮汐能是十分重要的。

潮汐發(fā)電，就是利用海水漲落及其造成的水位差來推動水輪機，再由水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。[3]如果建一條大壩，把靠海的河口與臨近的海灣隔開，形成一個天然的水庫，在大壩中留一個豁口，安裝上水輪發(fā)電機組，那么漲潮時海水從大海流進水庫，沖擊水輪機轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機發(fā)電；而在落潮時，海水又從水庫流進大海，則又可從相反的方向帶動發(fā)電機組發(fā)電。這樣海水一漲一落電站就可以源源不斷地發(fā)出電來。

3.2 潮汐能發(fā)電前景

海洋占地球面積的71%，據(jù)聯(lián)合國教科文組織提供的數(shù)據(jù)全球可利用的海洋能源高達800億千瓦，完全能滿足2016全球消耗的總能量。我國具有得天獨厚的海洋資源，1.8萬公里的大陸海岸線和1.4萬公里的島嶼海岸線。其中我國海岸地區(qū)由平原型和基巖港灣型海岸組成，前者岸線平直，潮差小，由淤泥或粉砂構(gòu)成；后者海岸坡度陡，岸線曲折，適合潮汐電站的選址，而其主要分布于杭州灣以南地區(qū)。

4 結(jié)語

本文簡單的介紹了幾種新能源發(fā)電的技術(shù)，筆者相信隨著化石燃料的消耗以及環(huán)境污染的不斷加重，未來新能源發(fā)電技術(shù)前景一片大好。

參考文獻：

[1]徐洪亮.風力發(fā)電原理及前景概述[J].科技論壇，2016.

[2]楊秀敏.光伏發(fā)電技術(shù)綜述及發(fā)展前景[J].河北電力技術(shù)，20121225.

[3]張斌.潮汐能發(fā)電技術(shù)與前景[J].科技資訊，2014，09：34.

作者簡介：第一作者韓達（1996），本科，研究方向：新能源發(fā)電及并網(wǎng)；第二作者趙巖（1996），本科，研究方向：電力系統(tǒng)分析。