淺談新能源發(fā)電技術(shù)

冀翔

【摘 要】從全球的能源現(xiàn)狀出發(fā)，詳細(xì)介紹了我國能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)研究新能源發(fā)電對我國的現(xiàn)代化建設(shè)具有現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。介紹了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)光互補發(fā)電兩種新能源發(fā)電技術(shù)。太陽能發(fā)電技術(shù)發(fā)展已經(jīng)趨于成熟；風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今非水可再生能源發(fā)電中技術(shù)最成熟、最具有大規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化前景的發(fā)電方式，也是近期發(fā)展的重點；而燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，它能量轉(zhuǎn)化效率高，幾乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物；風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)是一種綜合類發(fā)電技術(shù)，目前處于起步階段。本文主要介紹了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)光互補發(fā)電兩種新能源發(fā)電技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】能源轉(zhuǎn)型；發(fā)電技術(shù)；新能源

一、前言

隨著社會的發(fā)展和人口的增長，人類對能源的消耗量急劇增加。就二氧化碳的排放量來說，現(xiàn)在的排放量是35萬年以來最大的，因此，地球表面的平均溫度也較以前上升了0.76℃。過高的消耗量使全球正面臨著能源緊缺的危機，有關(guān)專家對世界能源形勢預(yù)測：到2030年，化石燃料的總性能將達(dá)到峰值，那以后可以使用的化石燃料將會變得非常有限；而到2050年，化石燃料的總性能將降到最低值，換句話說，到2050年將不再會有可以供人類使用的化石燃料，那時人類將面臨非常嚴(yán)峻的考驗。能源緊缺已成為制約各國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，如何開發(fā)先進(jìn)安全的新能源使用技術(shù)、如何提高能源利用率也隨之成為世界各國關(guān)心的課題。

二、我國能源和發(fā)電技術(shù)的現(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(biāo)準(zhǔn)煤從2001年的14億噸增長到2005年的22億噸，原油進(jìn)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。電能是國民生活和生產(chǎn)的根基，無論是從能源角度，還是電力系統(tǒng)自身方面來看，研究新能源發(fā)電技術(shù)對于我國的現(xiàn)代化建設(shè)和人民生活都具有相當(dāng)大的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。

三、燃料電池發(fā)電技術(shù)

燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，它類似于電池，基于電化學(xué)原理。不同于電池的反應(yīng)物保存在電池內(nèi)部，燃料電池的反應(yīng)物由外部不斷輸入，它像是一個發(fā)電廠，只要供給燃料和氧氣就可以發(fā)生電能。燃料電池不經(jīng)過熱機過程，因此不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好，幾乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。

（一）燃料電池發(fā)電現(xiàn)狀及原理

我國早在1958年就開展了燃料電池的研究工作，是世界上較早從事燃料電池研究的國家之一。天津化學(xué)電源研究所首先開展了MCFC的研究，后來由于電池結(jié)構(gòu)材料的耐腐蝕性等關(guān)鍵技術(shù)一時難以解決而終止。1993年以來，又開展了MCFC電解質(zhì)隔膜的工藝技術(shù)及陽極氣體重整技術(shù)的深入探索。結(jié)合我國社會經(jīng)濟的發(fā)展?fàn)顩r，燃料電池的主要應(yīng)用背景有三個方面：第一，將燃料電池系統(tǒng)用于民用發(fā)電，主要包括生活小區(qū)以及較偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電，其發(fā)電容量在數(shù)十千瓦至兆瓦級范圍內(nèi)，適合建立PAFC、MCFC 和SOFC的燃料電池電站；第二，利用電動汽車發(fā)展的機遇，開展電動汽車用的燃料電池系統(tǒng)研究，這主要是指PEMFC系統(tǒng)技術(shù)的開發(fā)；第三，在一定的條件下，繼續(xù)研究航天及軍隊特殊用途的燃料電池系統(tǒng)，如航天器、艦船、潛艇等的動力源。

（二）燃料電池發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

燃料電池發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在三個方面：

（1）提高供電的可靠性。當(dāng)燃料電池的負(fù)載有變動時，它會很快響應(yīng)，故無論處于額定功率以上運行，還是低于額定功率運行，它都能承受且效率變化不大。其電流諧波和電壓諧波均滿足標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)荷變化范圍達(dá)到20%～120%，供電可靠性得到了有效保證。

（2）提高電網(wǎng)的安全性。戰(zhàn)爭、自然災(zāi)害、技術(shù)故障等因素都會引起現(xiàn)行電網(wǎng)系統(tǒng)的大面積停電，而利用燃料電池形成的小網(wǎng)絡(luò)可以極大地避免這些因素的影響，從而大大提高電網(wǎng)的抗破壞能力，保證電網(wǎng)的安全運行。

（3）增強調(diào)峰的能力。當(dāng)電網(wǎng)高出力時可利用電能電解水得到氫、氧儲備起來，這樣在電網(wǎng)低出力時就可以用燃料電池來發(fā)電，起到調(diào)峰的作用。同時，由于燃料電池的燃料可利用甲醇等可再生的能源，減少了人類對一次性能源的消耗。

四、風(fēng)光互補發(fā)電

（一）風(fēng)光互補發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及原理

太陽能發(fā)電會受到環(huán)境影響，如陰雨天或是晚上，太陽能發(fā)電就會受影響或無效。而風(fēng)力發(fā)電會受風(fēng)速的影響。將兩者結(jié)合起來，就能相互彌補彼此的不足，使用范圍也將更大。而我國屬季風(fēng)氣候區(qū)，一般夏季風(fēng)小，太陽輻射強度大；冬季風(fēng)大，太陽輻射強度小，風(fēng)能和太陽能正好可以互相補充。自2006年光熱發(fā)電在我國起步至今，光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展離不開我國政策支持。平準(zhǔn)化發(fā)電成本是評價發(fā)電項目效益的重要指標(biāo)，依據(jù)前文對光熱發(fā)電項目標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)電成本的敏感性分析可知，單位投資和利用小時數(shù)是其最重要的影響因素。設(shè)備購置成本太高是造成單位投資過高的主要原因，降低設(shè)備成本需要完善光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈。除此之外，光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展不成熟，建設(shè)項目少導(dǎo)致設(shè)備供應(yīng)商難以實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

（二）風(fēng)光互補發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

（1）利用太陽能、風(fēng)能的互補特性，可以獲得比較穩(wěn)定的總輸出，進(jìn)而提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性；

（2）在保證同樣供電的情況下，可使儲能電池的容量大大地減少；

（3）由風(fēng)/光系統(tǒng)供電，很少啟動備用電源，如柴油發(fā)電機等，可以獲得較好的社會經(jīng)濟效益。風(fēng)光互補控制器對光伏電池板、風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行調(diào)整和控制，一方面把光伏、風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的電能優(yōu)先供給直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面把多余的電能存儲到蓄電池。

五、結(jié)論與展望

本文從全球和我國的能源現(xiàn)狀出發(fā)，分析說明了新能源發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前迫切而有實際價值的研究課題，新能源不僅僅指風(fēng)能和燃料電池，還包括太陽能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮芎凸夥姵氐?。我國乃至全世界的新能源發(fā)電技術(shù)發(fā)展的潛力都是巨大的。在人類明天的舞臺上，新能源將取代化石燃料，扮演重要的角色。

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