新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的發(fā)展前景

全斌

摘 要：新能源作為一種可永續(xù)利用的可再生清潔能源，經(jīng)過合理地開發(fā)后所產(chǎn)生的效應(yīng)將會(huì)對(duì)社會(huì)中現(xiàn)有的能源體系造成極大的沖擊。在石油、煤炭等常規(guī)能源產(chǎn)業(yè)逐漸下滑的今天，新能源發(fā)電技術(shù)的開發(fā)利用將會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境建設(shè)等方面產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：新能源;發(fā)電技術(shù);供電系統(tǒng)

1 新能源概述

1.1 新能源的含義

1980年聯(lián)合國(guó)召開新能源和可再生能源會(huì)議，會(huì)上首次對(duì)新能源的含義做出闡述，即以新技術(shù)和新材料為依托，用現(xiàn)代化的方式對(duì)其進(jìn)行開發(fā)，從而用源源不盡的可再生能源取代目前最主要的化石能源，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等。

1.2 新能源發(fā)電的現(xiàn)狀

基于我國(guó)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展情況，我國(guó)新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)跟其他新興產(chǎn)業(yè)一樣，與世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家差距較大，并且由于新能源開發(fā)技術(shù)的限制，前期設(shè)施投入大，回報(bào)率低，產(chǎn)生社會(huì)效應(yīng)的速度較慢，因此我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)在這種基調(diào)下發(fā)展緩慢。近年來，隨著低碳經(jīng)濟(jì)的倡導(dǎo)和眾多國(guó)家支持政策的陸續(xù)出臺(tái)，我國(guó)的新能源相關(guān)產(chǎn)業(yè)得到了迅速并且相對(duì)穩(wěn)步的提升。據(jù)網(wǎng)上公開資料顯示，截至2019年底，我國(guó)可再生能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到7.94億千瓦，同比增長(zhǎng)9%，約占全部電力裝機(jī)的39.5%;其中，風(fēng)電裝機(jī)2.1億千瓦，光伏發(fā)電裝機(jī)2.04億千瓦，分別同比增長(zhǎng)14.0%，17.3%。我國(guó)的新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)正在逐步替代傳統(tǒng)電力能源，產(chǎn)生的效益也正在慢慢的體現(xiàn)。

2 新能源發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用程度

新能源發(fā)電需要克服很多技術(shù)方面的問題，技術(shù)愈成熟，產(chǎn)生的效益就愈大。就現(xiàn)在來說，我國(guó)新能源發(fā)電建設(shè)中，風(fēng)電、光伏發(fā)電和水電占了較大比重，相關(guān)設(shè)施和技術(shù)也趨于成熟，本部分將對(duì)這些技術(shù)及其應(yīng)用做出闡述。

2.1 風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)能資源在世界上眾多地區(qū)都極為豐富，而且風(fēng)能資源利用的歷史較長(zhǎng)，因此技術(shù)也相對(duì)成熟。在我國(guó)西部地區(qū)，風(fēng)能資源儲(chǔ)量巨大，開發(fā)也相對(duì)簡(jiǎn)單，利用風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)逐步成為我國(guó)新興能源產(chǎn)業(yè)的支柱之一。

2.1.1 風(fēng)力發(fā)電原理及組成

風(fēng)力發(fā)電的原理就是通過風(fēng)帶動(dòng)內(nèi)部發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。發(fā)電裝置主要依靠發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪和塔筒三部分。風(fēng)輪由三只葉片（也有其他數(shù)量葉片的風(fēng)輪）組成，是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的重要部件。風(fēng)輪的葉片一般用復(fù)合材料制造，重量輕，強(qiáng)度高，不易斷裂。再通過與其相對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)部分，將產(chǎn)生的電能，存儲(chǔ)、輸送，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

風(fēng)力發(fā)電中還有限速安全機(jī)構(gòu)、尾翼、蓄電池等結(jié)構(gòu)，共同發(fā)揮作用，將自然界的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為可利用的電能。

2.1.2 風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)及前景

風(fēng)力發(fā)電在全球各國(guó)都占有很大的比重，比如美國(guó)以及芬蘭等歐洲國(guó)家，都建設(shè)有很大規(guī)模的風(fēng)電機(jī)組，在這些地區(qū)，風(fēng)電技術(shù)成熟，設(shè)施布置時(shí)間早，已經(jīng)形成了完善的布局，對(duì)當(dāng)?shù)貛砹耸挚捎^的經(jīng)濟(jì)效益。

近年來，我國(guó)大力發(fā)展風(fēng)電清潔能源，特別是2008年以來，國(guó)內(nèi)的風(fēng)電建設(shè)掀起了一股熱潮，僅2009年一年中，國(guó)內(nèi)新建風(fēng)電機(jī)組就達(dá)到了10120余臺(tái)，容量達(dá)到了13800多MW，增幅達(dá)到了124%。其中，內(nèi)蒙古、河北、遼寧等省市地區(qū)占了很大部分，實(shí)現(xiàn)了快速的增長(zhǎng)。我國(guó)風(fēng)電能源產(chǎn)業(yè)呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，其產(chǎn)生的效益已經(jīng)足以與傳統(tǒng)燃煤發(fā)電相競(jìng)爭(zhēng)。

風(fēng)力發(fā)電具有其他發(fā)電方式無法比擬的優(yōu)勢(shì)，首先，風(fēng)力發(fā)電相較于火電等傳統(tǒng)能源來說對(duì)環(huán)境幾乎沒有影響，清潔、不產(chǎn)生任何對(duì)環(huán)境有害的廢物，且效益好;再者，風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的設(shè)施規(guī)?？筛鶕?jù)實(shí)地情況進(jìn)行調(diào)整，與一旦建成后就不容易改變的水電機(jī)組相比更為靈活，適應(yīng)范圍更廣。當(dāng)然，風(fēng)電也存在著不少缺點(diǎn)，就目前來說，由于技術(shù)的原因，風(fēng)電發(fā)電機(jī)的制造成本較高，而且其運(yùn)行過程中還會(huì)產(chǎn)生噪音;除此之外，風(fēng)力發(fā)電裝置的建設(shè)還需要占用大量的土地;而最主要的則是風(fēng)力資源的不穩(wěn)定、不可靠性，這也是制約風(fēng)力發(fā)電效益的一個(gè)重要原因。

2.2 水力發(fā)電

2.2.1 水力發(fā)電簡(jiǎn)介

水力發(fā)電，顧名思義，是將水的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。而在這過程中針對(duì)所產(chǎn)生的運(yùn)行生產(chǎn)和工程設(shè)方面問題用到的技術(shù)稱為水力發(fā)電技術(shù)，這其中包括對(duì)設(shè)備的控制、維護(hù)、管理以及環(huán)境方面問題的各項(xiàng)技術(shù)。

2.2.2 水力發(fā)電的特點(diǎn)及影響

水力發(fā)電的優(yōu)勢(shì)非常明顯，水能可以說是一種自然儲(chǔ)量巨大且可再生的清潔能源，可利用價(jià)值非常高，而且水力發(fā)電成本往往較低，機(jī)組調(diào)節(jié)比較簡(jiǎn)易，發(fā)電效率也高。與之相對(duì)的，水力發(fā)電的缺點(diǎn)也顯而易見，水電建設(shè)主要依靠自然的湖泊、河流等，因此地域局限性大;由于地形限制，單機(jī)容量無法建造的太大，初期一次性投資大，建造費(fèi)用高;再者，水電廠建成后往往會(huì)對(duì)周邊的生態(tài)環(huán)境造成巨大的影響，比如：下游河流的變化，對(duì)周邊動(dòng)植物的影響，因沖刷導(dǎo)致的下游肥沃積土減少等等;后期容量的增加也非常困難。因此，我國(guó)的水電設(shè)施在建設(shè)時(shí)往往配合灌溉、養(yǎng)殖、旅游、防洪等產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，綜合利用水資源。

自古以來，我國(guó)在水力的利用上就積累了非常多的經(jīng)驗(yàn)，近年來隨著溫室效應(yīng)的逐漸嚴(yán)重，各種極端天氣的數(shù)量也是與日俱增，水力發(fā)電配合水庫(kù)、蓄水站等設(shè)施在應(yīng)對(duì)極端天氣和災(zāi)害方面起到了不小的作用。當(dāng)出現(xiàn)旱災(zāi)時(shí)，蓄水站可對(duì)干旱地帶進(jìn)行灌溉，緩解干旱，洪澇時(shí)可通過及時(shí)蓄水以及放水來調(diào)節(jié)水量，同時(shí)還可利用放水進(jìn)行發(fā)電，對(duì)周圍地區(qū)的益處顯而易見。

2.3 太陽(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能是最原始的能源，也是已知的儲(chǔ)量最大的能源，地球上的生物所需要的絕大部分能量都來自太陽(yáng)能。

2.3.1 太陽(yáng)能發(fā)電原理和方式

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)太陽(yáng)能的開發(fā)利用也逐漸成熟，太陽(yáng)能熱發(fā)電、太陽(yáng)能光發(fā)電都是應(yīng)用的基本形式。光發(fā)電又包含光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電和光生物發(fā)電等，而光伏發(fā)電是我們生活中最常見的利用太陽(yáng)能發(fā)電的形式，它能夠利用特定的裝置將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化成電能。其中起到關(guān)鍵性作用的裝置是太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能電池的好壞決定著整個(gè)系統(tǒng)工作的效率和效果。

2.3.2 太陽(yáng)能發(fā)電的應(yīng)用和前景

現(xiàn)如今，太陽(yáng)能的利用形式主要有太陽(yáng)能熱水器，家用太陽(yáng)能小型發(fā)電裝置，大型太陽(yáng)能電站，宇航航天等。目前，太陽(yáng)能的實(shí)際應(yīng)用成本較高，效率也普遍較低。太陽(yáng)輻射出的能量十分巨大，其輻射到達(dá)地球大氣層內(nèi)部的數(shù)量雖然只有僅僅大約20億分之一，但這一小部分能量就足以供給地球上絕大多數(shù)的生命能量來源，從這個(gè)角度看，太陽(yáng)能將會(huì)是未來人類最可靠的能源所在。

隨著用電量需求的不斷增加，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的持續(xù)開發(fā)勢(shì)在必行，想要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電的大面積應(yīng)用，則必須解決兩個(gè)問題，即：太陽(yáng)能光電的轉(zhuǎn)換效率必須要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上得到極大的提升;建立起全面的、系統(tǒng)的太陽(yáng)能發(fā)電、運(yùn)輸電網(wǎng)。只有在這兩方面實(shí)現(xiàn)了突破，我們才算能夠真正有效的將太陽(yáng)能利用起來。

3 新能源發(fā)電的難關(guān)

近年來，隨著國(guó)家大力倡導(dǎo)低碳、環(huán)保經(jīng)濟(jì)的各種相關(guān)政策以及倡議的出臺(tái)，我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)的模式發(fā)生了翻天覆地的變化，風(fēng)能、核能、太陽(yáng)能等等新興電力產(chǎn)業(yè)異軍突起，改變了傳統(tǒng)能源，特別是電力行業(yè)的格局。我國(guó)的各種新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)都在飛速發(fā)展，帶動(dòng)著整個(gè)電力行業(yè)、甚至能源行業(yè)逐步向環(huán)保、生態(tài)方向發(fā)展。但在這個(gè)過程中，仍然暴露出了很多問題。

3.1 穩(wěn)定性低

由于大多數(shù)新能源發(fā)電都對(duì)外部條件有著極大的依賴性，且這些外部條件很難用人為因素去干預(yù)甚至改變。例如水電必須要在水位落差大的合適地點(diǎn)建設(shè)水電站，安裝發(fā)電機(jī)組;風(fēng)電則為了有效利用風(fēng)能，保證經(jīng)濟(jì)效益和回報(bào)率，安裝發(fā)電設(shè)備的地點(diǎn)必須選在風(fēng)力大且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的平原、山地、高原等地區(qū)。這樣一來，新能源發(fā)電的穩(wěn)定性就必然比不上傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電。

3.2 電能浪費(fèi)

有數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)僅在2016年一年中就有將近1500億千瓦時(shí)的新能源發(fā)電量因各種因素而無法得到有效利用。

3.3 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足

我國(guó)國(guó)土面積大，人口多，而且新能源發(fā)電的地點(diǎn)往往遠(yuǎn)離人群密集地點(diǎn)，因此，要想使得這些新能源所產(chǎn)出的電力能夠得到有效利用，就必須有著健全、完善的電力存儲(chǔ)、運(yùn)輸體系。

4 新能源發(fā)電的未來展望

盡管目前我國(guó)新能源發(fā)電還存在著諸多問題，但是在能源逐漸緊缺的今天，新能源產(chǎn)業(yè)的潛力已經(jīng)在各項(xiàng)數(shù)據(jù)中開始體現(xiàn)。而要使這種潛力得到充分挖掘，我們還有很長(zhǎng)的路要走。本文將提供以下幾方面的方向，供大家共同探討。

4.1 因地制宜發(fā)展新能源

我國(guó)地形種類多，地勢(shì)復(fù)雜多變，各地的風(fēng)土人情也千差萬別。因此在發(fā)展新能源電力產(chǎn)業(yè)時(shí)，必須充分考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，不能單純搬運(yùn)一成不變的建設(shè)方案和政策。

4.2 產(chǎn)業(yè)互補(bǔ)，合理分配

新能源發(fā)電應(yīng)大多為分布式能源，這樣才能相互補(bǔ)充、相互消納，從而使產(chǎn)出的電能得到最充分的利用。

4.3 完善電網(wǎng)設(shè)計(jì)，健全電網(wǎng)線路

就現(xiàn)在來說，我國(guó)電網(wǎng)的建設(shè)還留存著不少問題，例如：電力運(yùn)輸線路不夠全面，電力存儲(chǔ)設(shè)施不能支撐富余的產(chǎn)量等，還有個(gè)人用戶產(chǎn)出的電量不能并入電網(wǎng)，或者并入電網(wǎng)過程中沒有完善的體制和法律法規(guī)監(jiān)督等等問題。只有建成了完善、全面的電網(wǎng)體系，才能真正充分地利用起每一度電。

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