新能源發(fā)電技術(shù)

李晨晨

摘要：新能源發(fā)電是緩解能源危機的有效方法，本文主要介紹了新能源發(fā)電技術(shù)的原理及優(yōu)點和面臨的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電技術(shù)；現(xiàn)狀；原理；挑戰(zhàn)

引言

工業(yè)的每一次改革，都將人類帶入一個新的“世界”，同時也帶動了世界上的能源革命。煤、石油和天然氣的大量利用，在帶來巨大的經(jīng)濟增益的同時，也帶來了溫度上升、臭氧層破壞、酸雨霧霾等嚴重的環(huán)境污染，同時，煤、石油、天然氣是不可再生能源，過度的開采與利用引發(fā)了能源危機，不符合“可持續(xù)發(fā)展”的理念，由此新能源技術(shù)應運而生。新能源是指由于技術(shù)、經(jīng)濟或能源品質(zhì)等因素而未能大規(guī)模使用的能源，如太陽能、風能、海洋能、地熱、生物質(zhì)、氫能等[1]，新能源發(fā)電技術(shù)就是利用新能源發(fā)電的過程。新能源具有綠色環(huán)保，可再生等優(yōu)點，如果可以充分利用，既可以滿足供電又可以節(jié)省不可再生能源滿足“可持續(xù)發(fā)展的”的理念，同時可以緩解環(huán)境污染問題。

一.我國能源及發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀

我國作為工業(yè)大國和人口大國，對能源的消耗量非常大。近年來，消耗總量的增長速度也非常快：標準煤從2001年的14億噸增長到2005年的22億噸，原油進口從2001年的7300萬噸增長到2008年的1.79億噸。電力電能作為能源輸出的最大方向，其消耗總量從2001年的3.2億千瓦增長到了2008年的7.9億千瓦。如此巨大的電能消耗，必然會加劇能源的需求，對于我國的能源政策也更加不利[2]。

截止到2017年三季度末，我國煤電裝機10.81億千瓦，水電3.39億千瓦，核電3582萬千瓦，風電1.57億千瓦，光伏1.2億千瓦，生物質(zhì)1423萬千瓦；火電裝機占全部裝機容量的61.87%，水電裝機占19.4%，核電占2.05%，風電占9.0%，光伏占6.87%，生物質(zhì)占0.81%。從發(fā)電量來看，2017年前三季度，我國煤電發(fā)電3.45萬億度，水電8147億度，核電1834億度，風電2128億度，光伏857億度，生物質(zhì)568億度。煤電發(fā)電量占比高達71.84%，水電占16.95%，核電占3.82%，風電占4.43%，光伏占1.78%，生物質(zhì)占1.18%。由此看出，目前我國主要使用煤作為發(fā)電能源，利用火力發(fā)電，發(fā)電過程會產(chǎn)生較為嚴重的環(huán)境污染。同時，我國的能源與負荷分配不均，采用長距離輸電，會有較多的能量損耗，所以發(fā)電技術(shù)及新能源的開發(fā)利用對我國來說，至關(guān)重要。

二.新能源發(fā)電技術(shù)的原理

1.太陽能發(fā)電

目前太陽能發(fā)電有兩種形式，太陽能熱發(fā)電和光伏發(fā)電。通常所說的太能能發(fā)電，指的是太陽能蒸汽熱動力發(fā)電，太陽能蒸汽熱動力發(fā)電和傳統(tǒng)的火力發(fā)電原理相同，所采用的的發(fā)電機組和動力循環(huán)都基本相同，只是熱蒸汽產(chǎn)生的方式不同。太陽能熱蒸汽發(fā)電，是直接利用太陽能的熱能加熱水產(chǎn)生熱蒸汽，熱蒸汽驅(qū)動汽輪機旋轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機組發(fā)電，能量的轉(zhuǎn)換過程為：太陽能-熱能-動能-電能。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，由集熱部分、熱傳輸部分、蓄熱與熱交換部分和汽輪發(fā)電部分組成[1]。太陽能光伏發(fā)電是利用了光伏效應，當光照在不均勻半導體或半導體與金屬組合材料上，在不同的部位會產(chǎn)生電勢差，半導體的這種效應更為明顯，所以一般做成光伏電池，將光能裝換為電能。

2.風能發(fā)電

風力發(fā)電是利用風的動能帶動汽輪機旋轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機組發(fā)電。其中一般將用作原動機的風車稱為風力機，各種類型的風力機都至少包括葉片、輪轂、轉(zhuǎn)軸、支架等部分，按照轉(zhuǎn)軸與風向的關(guān)系，風力機大體上可以分為兩類：一類是水平軸風力機（風輪的旋轉(zhuǎn)軸與風向平行），一類是垂直風力機（風機的旋轉(zhuǎn)軸與風向垂直）。目前，水平軸的風力機主要有螺旋槳式風力機、多翼式風力機、離心甩出式風力機、渦輪式風力機和壓縮風能型風力機，垂直軸風力機主要包括S式、D式、S式和D式組合式和旋轉(zhuǎn)渦輪機式風力機，另外現(xiàn)在還存在多種多樣的新型風力機如旋風型風力機和建筑物風力機等。

3.水力發(fā)電

水力發(fā)電是將水的勢能和動能轉(zhuǎn)換為電能的過程。其基本原理是，利用水的重量和水流所具有的動能推動水輪機旋轉(zhuǎn)，再由水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，最后利用變電裝置，將電能輸送到電網(wǎng)。目前水電站的類型有，堤壩式水電站、引水式水電站、混合式水電站和抽水蓄能水電站。其中，抽水蓄能水電站具有調(diào)峰、填谷、事故備用、調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動和事故備用等多種功能。

4.潮汐能發(fā)電

潮汐是由于太陽和月球?qū)Φ厍蚋魈幍囊Φ牟煌鸷Ｋ幸?guī)律的、周期性的漲落現(xiàn)象。潮汐能發(fā)電則是利用了海水的漲落所具有的動能和勢能進行發(fā)電。潮汐能發(fā)電有兩種具體的形式：一種是將渦輪機置于接近淺海海底或深海的海水中，利用水流直接推動渦輪機旋轉(zhuǎn)發(fā)電，另一種是在港灣或者河口等水流大的地方安裝渦輪機，利用潮流動能發(fā)電。目前潮汐電站的類型主要有：單庫單向潮汐電站、單庫雙向潮汐電站、雙庫連續(xù)發(fā)電潮汐電站等。

5.海洋能發(fā)電

海洋能發(fā)電主要是利用海洋所具有的各種特征進行發(fā)電，主要形式有波浪發(fā)電、海流發(fā)電、鹽差發(fā)電和溫差發(fā)電。波浪發(fā)電是利用風吹海面使海面具有動能，再將這部分動能轉(zhuǎn)換為電能。海流發(fā)電則是利用了穩(wěn)定的洋流推動渦輪機旋轉(zhuǎn)發(fā)電，波浪發(fā)電和海流發(fā)電與潮汐能發(fā)電原理相近。鹽差發(fā)電，是利用濃溶液擴散到稀溶液時所釋放出的能量，具體的實現(xiàn)方法主要有滲透壓法、蒸氣壓法、濃差電池法等。溫差發(fā)電則是利用了不同深度的海水的溫度不同進行發(fā)電，主要形式有開式循環(huán)系統(tǒng)、閉式循環(huán)系統(tǒng)、混合循環(huán)系統(tǒng)和直接溫差發(fā)電，開式循環(huán)系統(tǒng)不僅可以得到電能，還可以得到淡水和濃鹽水等多種資源，而直接溫差發(fā)電則是利用了塞貝克效應。

6.地熱能發(fā)電

地熱能發(fā)電主要是利用地下熱水和蒸汽為動力的發(fā)電技術(shù)，地熱發(fā)電的原理與傳統(tǒng)火力發(fā)電原理相似，都是利用熱蒸汽推動汽輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機組發(fā)電，所不同的是，地熱發(fā)電不利用煤炭等資源而是直接利用地熱蒸汽或者地熱能加熱其他流體產(chǎn)生熱蒸汽。利用地熱能發(fā)電主要包括蒸汽型、熱水型、干熱巖型地熱發(fā)電系統(tǒng)。

7.生物質(zhì)能發(fā)電

生物質(zhì)是指有機物中除化石燃料外的所有來源于動物、植物和微生物的物質(zhì)，包括動物、植物、微生物及由這些生命體排泄和代謝的所有有機物[1]。生物質(zhì)能發(fā)電主要包括直接燃燒發(fā)電和沼氣發(fā)電。直接燃燒發(fā)電和傳統(tǒng)的火力發(fā)電原理相似，只是最初的能量來源不同，不是燃燒煤炭等不可再生資源而是利用可再生的生物質(zhì)為燃料，產(chǎn)生熱量，進而產(chǎn)生熱蒸汽，推動汽輪機旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機發(fā)電。沼氣發(fā)電則是先通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，然后以沼氣作為燃料進行發(fā)電。

三.新能源發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點

新能源發(fā)電具有清潔環(huán)保、可再生等優(yōu)點，生物質(zhì)能可以儲存和運輸，可以緩解能源與負荷分配不均的問題，同時新能源發(fā)電可以解決邊遠地區(qū)因架設(shè)電力走廊困難而無法供電的問題。在資源緊缺，環(huán)境污染嚴重的情況下，新能源發(fā)電不可或缺。

四.新能源發(fā)電技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

新能源雖然可再生，取之不盡用之不竭，但是目前的發(fā)電技術(shù)很難做到較高的轉(zhuǎn)化效率；同時有些新能源雖然儲量巨大，但是可開采直接投入使用的數(shù)量并不是很理想；新能源發(fā)電后的并網(wǎng)與繼電保護仍需深入研究。

五.結(jié)束語

能源緊缺、環(huán)境污染問題日益加重，新能源發(fā)電技術(shù)可以很好地解決這些問題，所以新能源發(fā)電是未來電能生產(chǎn)的主要方式，但是新能源發(fā)電的大范圍投入運行仍面臨很多的挑戰(zhàn)，相信在不遠的將來，這些問題都將被攻克。

參考文獻：

[1]朱永強.新能源與分布式發(fā)電技術(shù)[M].北京.北京大學出版社.2016.9

[2]徐德鴻.新能源電力電子導論[D].杭州：浙江大學.2009

[3]趙異波.新能源發(fā)電技術(shù)的最新進展[J].電工技術(shù).2004