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(jī)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(diǎn)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(gè)新的“世界”，同時(shí)也帶動(dòng)了世界上的能源革命。煤、石油和天然氣的大量利用，在帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)增益的同時(shí)，也帶來(lái)了溫度上升、臭氧層破壞、酸雨霧霾等嚴(yán)重的環(huán)境污染，同時(shí)，煤、石油、天然氣是不可再生能源，過(guò)度的開(kāi)采與利用引發(fā)了能源危機(jī)，不符合“可持續(xù)發(fā)展”的理念，由此新能源技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。新能源是指由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)或能源品質(zhì)等因素而未能大規(guī)模使用的能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)帷⑸镔|(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(guò)程。新能源具有綠色環(huán)保，可再生等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)可以緩解環(huán)境污染問(wèn)題。

一.我國(guó)能源及發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)作為工業(yè)大國(guó)和人口大國(guó)，對(duì)能源的消耗量非常大。近年來(lái)，消耗總量的增長(zhǎng)速度也非常快：標(biāo)準(zhǔn)煤從2001年的14億噸增長(zhǎng)到2005年的22億噸，原油進(jìn)口從2001年的7300萬(wàn)噸增長(zhǎng)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(zhǎng)到了2008年的7.9億千瓦。如此巨大的電能消耗，必然會(huì)加劇能源的需求，對(duì)于我國(guó)的能源政策也更加不利[2]。

截止到2017年三季度末，我國(guó)煤電裝機(jī)10.81億千瓦，水電3.39億千瓦，核電3582萬(wàn)千瓦，風(fēng)電1.57億千瓦，光伏1.2億千瓦，生物質(zhì)1423萬(wàn)千瓦；火電裝機(jī)占全部裝機(jī)容量的61.87%，水電裝機(jī)占19.4%，核電占2.05%，風(fēng)電占9.0%，光伏占6.87%，生物質(zhì)占0.81%。從發(fā)電量來(lái)看，2017年前三季度，我國(guó)煤電發(fā)電3.45萬(wàn)億度，水電8147億度，核電1834億度，風(fēng)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(dá)71.84%，水電占16.95%，核電占3.82%，風(fēng)電占4.43%，光伏占1.78%，生物質(zhì)占1.18%。由此看出，目前我國(guó)主要使用煤作為發(fā)電能源，利用火力發(fā)電，發(fā)電過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的環(huán)境污染。同時(shí)，我國(guó)的能源與負(fù)荷分配不均，采用長(zhǎng)距離輸電，會(huì)有較多的能量損耗，所以發(fā)電技術(shù)及新能源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，至關(guān)重要。

二.新能源發(fā)電技術(shù)的原理

1.太陽(yáng)能發(fā)電

目前太陽(yáng)能發(fā)電有兩種形式，太陽(yáng)能熱發(fā)電和光伏發(fā)電。通常所說(shuō)的太能能發(fā)電，指的是太陽(yáng)能蒸汽熱動(dòng)力發(fā)電，太陽(yáng)能蒸汽熱動(dòng)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(jī)組和動(dòng)力循環(huán)都基本相同，只是熱蒸汽產(chǎn)生的方式不同。太陽(yáng)能熱蒸汽發(fā)電，是直接利用太陽(yáng)能的熱能加熱水產(chǎn)生熱蒸汽，熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程為：太陽(yáng)能-熱能-動(dòng)能-電能。太陽(yáng)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(yáng)能光伏發(fā)電是利用了光伏效應(yīng)，當(dāng)光照在不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合材料上，在不同的部位會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，半導(dǎo)體的這種效應(yīng)更為明顯，所以一般做成光伏電池，將光能裝換為電能。

2.風(fēng)能發(fā)電

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

3.水力發(fā)電

水力發(fā)電是將水的勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程。其基本原理是，利用水的重量和水流所具有的動(dòng)能推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，再由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(dòng)和事故備用等多種功能。

4.潮汐能發(fā)電

潮汐是由于太陽(yáng)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(dòng)能和勢(shì)能進(jìn)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(jī)置于接近淺海海底或深海的海水中，利用水流直接推動(dòng)渦輪機(jī)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(jī)，利用潮流動(dòng)能發(fā)電。目前潮汐電站的類型主要有：?jiǎn)螏?kù)單向潮汐電站、單庫(kù)雙向潮汐電站、雙庫(kù)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(jìn)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(fēng)吹海面使海面具有動(dòng)能，再將這部分動(dòng)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(dòng)渦輪機(jī)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(kuò)散到稀溶液時(shí)所釋放出的能量，具體的實(shí)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(jìn)行發(fā)電，主要形式有開(kāi)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(kāi)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(yīng)。

6.地?zé)崮馨l(fā)電

地?zé)崮馨l(fā)電主要是利用地下熱水和蒸汽為動(dòng)力的發(fā)電技術(shù)，地?zé)岚l(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(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，所不同的是，地?zé)岚l(fā)電不利用煤炭等資源而是直接利用地?zé)嵴羝蛘叩責(zé)崮芗訜崞渌黧w產(chǎn)生熱蒸汽。利用地?zé)崮馨l(fā)電主要包括蒸汽型、熱水型、干熱巖型地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。

7.生物質(zhì)能發(fā)電

生物質(zhì)是指有機(jī)物中除化石燃料外的所有來(lái)源于動(dòng)物、植物和微生物的物質(zhì)，包括動(dòng)物、植物、微生物及由這些生命體排泄和代謝的所有有機(jī)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(lái)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(jìn)而產(chǎn)生熱蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。沼氣發(fā)電則是先通過(guò)微生物發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，然后以沼氣作為燃料進(jìn)行發(fā)電。

三.新能源發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

新能源發(fā)電具有清潔環(huán)保、可再生等優(yōu)點(diǎn)，生物質(zhì)能可以儲(chǔ)存和運(yùn)輸，可以緩解能源與負(fù)荷分配不均的問(wèn)題，同時(shí)新能源發(fā)電可以解決邊遠(yuǎn)地區(qū)因架設(shè)電力走廊困難而無(wú)法供電的問(wèn)題。在資源緊缺，環(huán)境污染嚴(yán)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(shí)有些新能源雖然儲(chǔ)量巨大，但是可開(kāi)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(hù)仍需深入研究。

五.結(jié)束語(yǔ)

能源緊缺、環(huán)境污染問(wèn)題日益加重，新能源發(fā)電技術(shù)可以很好地解決這些問(wèn)題，所以新能源發(fā)電是未來(lái)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(yùn)行仍面臨很多的挑戰(zhàn)，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，這些問(wèn)題都將被攻克。

參考文獻(xiàn)：

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