新能源工程的機械特點及發展

＊黃萬昭

（肇慶市恒電電力工程有限公司 廣東 526040）

城市建設的速度不斷加快，人們的生活水平也在不斷提高，對電力的需求量也越來越大。為了更好的滿足人們對電力的需求，電力部門需要通過各種科學手段提高發電能力，降低對環境的污染，節約成本。目前為止，新能源發電深受人們的關注和青睞，在節約生產成本的同時還能提高我國電網運行的安全性，除此之外，還能緩解我國資源壓力，減少對環境的影響與破壞，符合碳中和與碳達峰的發展目標，更有利于促進社會的穩步發展。

1.太陽能發電類型及特點

（1）太陽能發電系統特點。太陽能發電系統分為離網發電系統、并網發電系統及分布式發電系統。

①離網發電系統主要由太陽能組件、控制器和電池組成，輸出電源為220V或110V交流時，需要使用UPS。

②并網發電系統通過并網逆變器將太陽能組件產生的直流電流轉化為滿足城市電網要求的交流電流，然后直接接入公共電網。大型集中并網電廠通常是國有電廠，其主要特點是將電量直接輸送到電網，將電量均勻地分配給用戶。但這種電站投資大、建設時間長、占地面積大、開發水平低。小型并網發電系統，特別是一體化光伏發電系統，以其投資少、建設速度快、占地面積小、政治支持力度強等優點，成為了并網發電的主流。

③分布式生產系統，又稱分布式生產或分布式能源供應系統，是部署在用戶現場或附近的小規模光伏發電系統，其目的是滿足特定用戶的需要，支持現有配電網的經濟運作。分布式光伏發電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方架、直流母線箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備，以及系統監控裝置，光伏發電系統將太陽能電池組件網絡轉化為太陽能輸出電源，直流母線集中在直流配電柜中，并網逆變器將其轉化為交流電源。

（2）太陽能的發展前景。隨著現代社會的快速發展，對能源的需求不斷增加，全球能源危機也越來越突出。煤炭、石油和天然氣等傳統化石燃料的使用相對有限，隨著21世紀的到來，傳統能源已接近枯竭，導致了能源危機和全球性的環境問題。隨著化石能源的減少，化石能源價格將繼續上漲，這將嚴重制約人民生活水平的提高，因此，越來越多的人要求開發廉價的可再生能源。

太陽能具有獨特的優勢，包括不需要燃料；無需更換運動部件；幾乎不需要系統維護，沒有噪音，沒有有害排放物，沒有污染氣體，地球表面接收到的太陽輻射是全球能源需求的1萬倍，地球表面每平方米接收1700kW·h的輻射，據國際能源署（IEA）稱，在世界4%的沙漠地區安裝太陽能光伏系統就足以滿足全球能源需求，因此，太陽能的回收利用具有很大的發展潛力。

2.風力發電類型及特點

(1)風力發電技術特點

①水平軸風力發電機。水平軸風力發電機是旋轉軸和葉片處于垂直的狀態，和地面是保持平衡的狀態，轉軸是一個干式水平風力渦輪機。水平軸風力發電與干式垂直軸風力發電相比，具有旋轉空間大、轉速快的優點，適用于大型風電場。水平軸風力發電行業歷史悠久，結構簡單，效率高于垂直軸風力發電。

②垂直軸風力發電機。垂直軸風力發電機的旋轉軸和葉片是處于平行的狀態，和地面是垂直的狀態，而且旋轉軸垂直于波紋管中，與水平軸風力發電相比，垂直軸風力發電效率更高，葉片旋轉空間更小，防臺風能力更強。與水平軸風力機相比，垂直軸有兩個優勢：垂直軸的發電效率高于水平軸，垂直軸的發電效率高于水平軸。此外，國內外大量案例表明，水平風力機在城市地區旋轉不頻繁，在高風速地區，如北部和西北部，風力發電機可能斷裂和墜落，導致危險事故發生。

(2)風力發電發展

目前，我國風電仍面臨諸多問題，主要是工程造價高，供電成本高，目前，我國風電正處于發展階段，國家扶持政策不完善，國家政策不僅要保護和鼓勵風力發電，還要大力支持工業化進程。目前，我國已經開始推動風能的商業化利用，鼓勵制定風能的激勵政策。一方面，要發揮出當地政府的作用，結合實際情況制定相應的優惠政策和補貼，鼓勵風能的建設與使用。另外國家也要大力投入科技力量，不斷展開科技創新，推動風能的推廣和應用。

3.地熱發電類型及特點

(1)地熱發電特點

地熱發電是利用地熱能最重要的手段，必須首先利用高溫地熱流體發電，根據地熱流體的類型，地熱發電可分為蒸汽地熱發電和熱水地熱發電。

①蒸汽地熱發電

地熱蒸汽發電是將干蒸汽直接輸送到汽輪發電機組，但必須將蒸汽中的碎片和水滴分離后才能引入發電機組，這種發電方法是最簡單的，但干蒸汽地熱資源非常有限，且大多存在于深部地層中，因此發電技術難度大，開發程度有限。

②熱水地熱發電

熱水地熱發電是地熱發電的主要方式，可分為兩類：閃蒸式地熱發電（也稱擴張地熱發電）和雙循環地熱發電（也稱中溫地熱發電）。

第一，閃蒸式地熱發電，地熱井產生一定壓力的焊接混合氣體先進入焊接分離器，它能夠將蒸汽從中分離出來。此時分離出的蒸汽會進入到減壓器中，壓力下降，一部分地熱水變成二次蒸汽，進入透平機的低壓位置。一次蒸汽與二次蒸汽會驅動渦輪機和發電機進行發電。該系統組成比較簡單，尤其適合地熱資源比較豐富的地區，地熱井所產生的混合物溫度能夠高達150℃以上，后期的排水溫度較高，可排入噴嘴或作其他用途，目前，世界上大多數國家都采用這種生產方式。

第二，雙循環地熱發電，地熱水不會和發電系統發生直接關系，而是將熱量轉移到沸點比較低的地方，在低沸點環境中產生蒸汽，然后直接轉移到汽輪機。這種發電包括熱水地熱能系統和低沸點地熱能系統，稱為雙循環或中循環地熱能發電。它的工作流程如下：地熱井所產生的熱水進入到交換器之后，熱量會不斷傳到沸點較低的介質中，此時沸點較低的地方地熱水會釋放出熱量，然后排入注水井或其他井的低沸點環境中，熱量被熱交換器吸收后，在一定壓力下變成蒸汽，由汽輪機、發電機發電。蒸汽從汽輪機冷凝成液體，液體被泵入熱交換器，通過吸收熱量蒸發。

4.生物質能發電類型及特點

生物質能有許多化石燃料不具備的優點，生物質能作為一種重要的可再生能源，受到越來越多的關注。

（1）生物質能分布廣泛，比石油、煤等化石燃料豐富得多，生物質能是地球上最常見的可再生能源形式，存在于世界各地數千萬種植物和水體中。它就像一座巨大的太陽能化工廠，不斷地將太陽能轉化為化學能，并以有機物的形式儲存在工廠里，形成了極其豐富的可再生能源。

（2）從生物質能資源中提取或轉化的能源載體更具市場競爭力，生物質資源深加工生產的甲醇、汽油、液態氫、柴油等燃料不含有害成分，適用于內燃機，但是，如果從石油或煤炭中提取零排放的液體燃料，生產成本將大大增加。

（3）發展生物質能可以促進經濟發展，增加就業機會，具有經濟效益和社會效益，生物質能的開發利用可以為農村、偏遠山區和林區提供廉價的能源，促進經濟發展和人民生活水平的提高，利用生物質能還可以增加農村就業。

（4）在某些遭受過侵蝕或者十分貧瘠的土地上種植能源作物，能夠有效改善土壤環境。

（5）清潔能源有利于環保，生物質含硫量低，燃燒后灰分含量低，揮發分含量高，SO2和NO含量高，灰塵排放量比化石燃料低得多。同時，在生物質利用過程中，大氣環境中二氧化碳的凈排放為零，不會造成和加劇化石燃料等溫室效應，從生物質資源中提取或生產甲醇和液氫可以減少汽車尾氣中有害氣體的排放，因此，生物質能不僅可以緩解經濟發展造成的能源短缺，還能與環境和諧發展，具有獨特的環境效應。

5.潮汐能發電類型及特點

(1)潮汐能發電特點

貫流式機組一般用于潮汐能發電廠，該裝置具有流量大、比轉速高、有效面積大的特點。在同等容量下，軸流單元與蝸殼立軸之間的通道直徑較小，機器重量相對減輕。貫流式機組水平布置，可布置在水面潮位的波動位置，從而降低了車間的高度和采礦能力。汽輪機進出口管采用直流道代替蝸殼彎頭，機組間距離小，建筑長度短，管狀構件有很多種，包括球形、整體、垂直、開槽和軸向，球泡管和總管是一種新型的裝置。

汽輪機是20世紀60年代發展起來的一種新型機組，它與發電機連接在軸上，發電機安裝在水封燈泡內，整機放置在車間下方的水箱內，當水通過運河時，發電機就被驅動發電。

其主要特點是：水流直，長度短，水力損失小，發電效率高；該機組結構緊湊，外形小，工廠規模小，工作量小，投資少。缺點：球鋼消耗高，速度需要提高，當發電機冷卻時，通過強制循環室內空氣和通過燈泡接觸室外海水來實現，該機組不僅在法國云甸電廠使用，也在我國江夏實驗電廠使用，噴淋電廠機組可在前后發電、前后供水、前后抽水六種工況下運行，江夏水電站機組可在正、負兩種發電條件下運行。

管道的全流也稱為側管流，渦輪在直流通道中上升。其主要特點是發電機轉子通過柔性連接安裝在水輪機轉輪的外緣上，定子固定在葉輪的外壁上，發電機的定子和轉子必須密封，以防滲水。發電機可以安裝在隧道的混凝土柱上，而不是通常的球泡結構，發電機的位置與汽輪機的通道無關。因此，加長鐵芯的設計并不困難，該機組沒有發電機軸、轉子軸和一些常規部件，因此比燈泡管機組便宜得多。

潮汐電站在海洋環境中運行時，金屬材料在海水中腐蝕迅速，生物附著力低，污染嚴重。此外，沉積物還儲存在水庫或尾水區，影響機組運行，因此，我們需要解決防腐、防污染的問題，一般采用防腐涂料和陰極電流保護。防污涂料和電解海水主要用于防止污染，也可采用防腐涂料和人工清洗。

(2)潮汐能發電的發展展望

經過近十年的技術發展，我國的潮汐發電產業正在逐步發展，針對目前存在的問題，未來的研究可以集中在以下幾個方面：一是通過不斷的技術突破和國際交流，更新完善發電方式和機制，降低發電成本；二是加強選址規劃和概念論證，提高電廠建設質量，為進一步運營提供堅實保障，降低長期運營成本。三是要借鑒歐洲一些國家的相關政策，為新能源發展提供優惠政策，刺激新能源經濟效益增長。四是圍繞電廠發展水產養殖、旅游等配套產業，促進周邊地區經濟發展。

雖然潮汐能的開發存在很多困難，替代傳統化石能源還有很多工作要做，但隨著人類社會的發展和科技的進步，新能源的效益越來越重要，總有一天，新能源產業將取代傳統能源產業，成為市場的主導趨勢。

6.結束語

隨著人們生活的日益發展，居民用電越來越多，輸電范圍越來越廣泛，給我國的發電技術帶來了巨大的挑戰，此時新能源的提出與推廣有效的解決了這一問題。新能源發電在近幾年已經成為了主要發展趨勢，這種發電技術的廣泛應用趨勢在逐年增加，既能緩解能源壓力，又能在很大程度上避免對自然環境的破壞，減少不必要的經濟損失，由此可以看出，新能源發電技術是一種必然趨勢。