淺談新能源發(fā)電及其發(fā)展前景

韓達(dá) 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(lái)的便是化石燃料的大量消耗造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源匱乏等問(wèn)題，使我們不得不尋找新能源來(lái)代替化石燃料等傳統(tǒng)能源。本文簡(jiǎn)單的介紹了新能源發(fā)電的種類以及未來(lái)的發(fā)展和前景。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；風(fēng)電；光電；海洋能

由于20世紀(jì)70年代石油危機(jī)的爆發(fā)，風(fēng)力發(fā)電作為新能源得到各國(guó)政府大力的支持和飛速的發(fā)展，隨著科技的不斷進(jìn)步新能源發(fā)電已經(jīng)覆蓋到風(fēng)力、光伏和海洋能等等。而在一些發(fā)達(dá)國(guó)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(wèn)題的一種必不可少的手段。

新能源指風(fēng)能、太陽(yáng)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(chǔ)量大的特點(diǎn)。如今新能源發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的必要選擇。

1 風(fēng)能

1.1 風(fēng)力發(fā)電

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

風(fēng)力發(fā)電設(shè)備由風(fēng)輪、機(jī)艙、塔架和基礎(chǔ)構(gòu)成。風(fēng)輪是風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(qiáng)度、質(zhì)量輕的特點(diǎn)來(lái)適應(yīng)野外的風(fēng)場(chǎng)環(huán)境。根據(jù)當(dāng)前的風(fēng)車技術(shù)，以每秒三公尺的微風(fēng)速度就可以推動(dòng)發(fā)電，而實(shí)際中為了提高風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，將其轉(zhuǎn)軸與增速機(jī)相連，讓它帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。機(jī)艙是由底盤、整流罩和機(jī)艙罩三部分組成，底盤上有機(jī)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(jī)艙罩后上方裝有風(fēng)速和風(fēng)向傳感器，[1]艙壁上有隔音器和通風(fēng)裝置等部件。

塔架與機(jī)艙底部相連支撐機(jī)艙，塔架上有發(fā)電機(jī)和主控制器之間的動(dòng)力電纜、控制電纜、通信電纜等等，為了獲取一定強(qiáng)度和均勻的風(fēng)力，一般將鐵塔修建的比較高，具體高度依據(jù)風(fēng)輪的直徑和地面物體對(duì)風(fēng)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(fēng)力發(fā)電前景

風(fēng)能的利用具有悠久的歷史，早在19世紀(jì)90年代風(fēng)力發(fā)電便在丹麥出現(xiàn)，成為解決傳統(tǒng)輸電線路到達(dá)不了的地區(qū)用電問(wèn)題，可見(jiàn)早在100多年以前人類就意識(shí)到風(fēng)能的利用問(wèn)題。據(jù)研究以9米每秒的風(fēng)速作用于物體能產(chǎn)生大約98N的力，20米每秒的烈風(fēng)能產(chǎn)生大約500N的力，可以想象風(fēng)力中蘊(yùn)藏著巨大的潛在能量。我國(guó)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(fēng)力資源，同時(shí)我國(guó)的東部海岸線淺海域地區(qū)風(fēng)力穩(wěn)定，具備建立海上風(fēng)電場(chǎng)的潛力。

2 太陽(yáng)能

2.1 光伏發(fā)電

太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本原理是1839年法國(guó)科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的光生伏打效應(yīng)，其主要利用半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)特性和光學(xué)特性，能夠在光照下吸收特定波長(zhǎng)段內(nèi)光的能量并將之用來(lái)激發(fā)自由電子和空穴對(duì)，自由電子和空穴的定向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電能。[2]

目前光伏發(fā)電系統(tǒng)有并網(wǎng)型、分布式和獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其一般結(jié)構(gòu)由太陽(yáng)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(yáng)能電池單體是光電 轉(zhuǎn)換的核心部件其在太陽(yáng)輻射的條件下，它能將太陽(yáng)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(guò)半導(dǎo)體功率開關(guān)的開通和關(guān)斷作用，能把太陽(yáng)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(yáng)能電池方陣在沒(méi)有太陽(yáng)輻射條件下，如夜晚不發(fā)電時(shí)或出現(xiàn)短路故障時(shí)，電池組通過(guò)太陽(yáng)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(jí)，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(yáng)能電池組的傾角朝向問(wèn)題同時(shí)能夠避免一些惡劣天氣對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的影響。

2.2 光伏發(fā)電前景

據(jù)統(tǒng)計(jì)每年地表接受的太陽(yáng)輻射能量達(dá)17萬(wàn)億千瓦，而2016世界的能源消耗為4850億千瓦，可以看出太陽(yáng)能光伏發(fā)電的利用對(duì)能源供給具有重要的作用。我國(guó)面積廣闊，70%的土地年均太陽(yáng)輻射量占總時(shí)長(zhǎng)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(duì)太陽(yáng)能的采集與利用提供了便利的條件。其次太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有相當(dāng)高的安全性，發(fā)電過(guò)程無(wú)噪聲、無(wú)污染，同時(shí)無(wú)需考慮機(jī)械部件的轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)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(yáng)或其他星球的輻射較多。因此海水通過(guò)各種物理或化學(xué)變化將太陽(yáng)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(yùn)動(dòng)稱為潮汐（位能），其多發(fā)生在長(zhǎng)幾十千米的河流和海灣的端處。海水水平運(yùn)動(dòng)叫潮流（動(dòng)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(huì)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(yùn)動(dòng)中所包含的機(jī)械能統(tǒng)稱為潮汐能。潮汐發(fā)電必須具備兩個(gè)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(chǔ)蓄大量海水，同時(shí)能夠進(jìn)行大型的建筑工程。即區(qū)域蘊(yùn)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(lái)推動(dòng)水輪機(jī)，再由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(gè)天然的水庫(kù)，在大壩中留一個(gè)豁口，安裝上水輪發(fā)電機(jī)組，那么漲潮時(shí)海水從大海流進(jìn)水庫(kù)，沖擊水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；而在落潮時(shí)，海水又從水庫(kù)流進(jìn)大海，則又可從相反的方向帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(lái)。

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(guó)教科文組織提供的數(shù)據(jù)全球可利用的海洋能源高達(dá)800億千瓦，完全能滿足2016全球消耗的總能量。我國(guó)具有得天獨(dú)厚的海洋資源，1.8萬(wàn)公里的大陸海岸線和1.4萬(wàn)公里的島嶼海岸線。其中我國(guó)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(yǔ)

本文簡(jiǎn)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(lái)新能源發(fā)電技術(shù)前景一片大好。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐洪亮.風(fēng)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(jiǎn)介：第一作者韓達(dá)（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。