淺談新時期新能源發(fā)電技術(shù)

三峽新能源紅寺堡發(fā)電有限公司 陳有權(quán)

新時代新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展很大程度上緩解了能源不平衡的壓力。風(fēng)能、水能、海洋能、太陽能等都是新能源的重要代表，新能源開發(fā)技術(shù)不斷創(chuàng)新，逐漸滲透到日常生活中。新能源開發(fā)具有突出代表性優(yōu)勢，尤其是綠色環(huán)保方面，是改善傳統(tǒng)能源環(huán)境污染的重要載體。新能源的開發(fā)與利用在全球能源所占比上，從1995年～2050年、從18%會逐漸增加至22%，由此可看出，新能源的有效開發(fā)及科學(xué)應(yīng)用發(fā)展趨勢明顯。

當(dāng)前新能源開發(fā)中太陽能及風(fēng)能等技術(shù)應(yīng)用漸趨成熟，新能源開發(fā)也逐漸走上正軌。近年對太陽能、沼氣等的新能源存儲量持續(xù)增加，目前總?cè)萘恳阎饾u達(dá)到4×104MW，應(yīng)用最廣泛的新能源發(fā)電技術(shù)以太陽能與風(fēng)能為主。

1 新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展意義

1.1 新能源發(fā)電技術(shù)保障電網(wǎng)的安全性與可靠性

新能源發(fā)電技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)不同，借助可再生能源蓄力發(fā)電，減輕傳統(tǒng)能源的應(yīng)用壓力。電網(wǎng)運(yùn)行中一直受到發(fā)電與送電的困擾，尤其是高壓送電隱藏著極大的危險性，正因如此，高壓送電塔建設(shè)須選擇在邊遠(yuǎn)或荒蕪的區(qū)域。高壓送電塔跨越區(qū)域與危險范圍成正比關(guān)系。新能源發(fā)電技術(shù)以自然資源優(yōu)越性為基礎(chǔ)，通過小規(guī)模發(fā)電的方式，不需大范圍安裝送電裝置，這樣就可適當(dāng)縮小高壓危險區(qū)，同時加上蓄電池的實(shí)時監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的管理等，迅速發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常并迅速處理[1]。當(dāng)前用電量持續(xù)增加，尤其是網(wǎng)絡(luò)化的覆蓋、電能消耗越來越大，若依然以傳統(tǒng)送電網(wǎng)絡(luò)形式必然會干擾到電力系統(tǒng)工作環(huán)境。新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用有效減輕高峰期用電壓力，有效規(guī)避超負(fù)荷電網(wǎng)運(yùn)行問題，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與可靠性，用電成本得到有效控制。

1.2 擴(kuò)大國家電力系統(tǒng)覆蓋范圍與增強(qiáng)適應(yīng)性

國家電力系統(tǒng)作為生活生產(chǎn)的重要支撐，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運(yùn)行主要依靠煤、石油等資源，雖能夠滿足基本生活生產(chǎn)需要，但因各方面用電需求的增加，導(dǎo)致一些偏遠(yuǎn)地區(qū)或環(huán)境惡劣地區(qū)出現(xiàn)時常斷電現(xiàn)象，這不僅會影響到當(dāng)?shù)厣?，還會對經(jīng)濟(jì)發(fā)展與建設(shè)等造成影響。新能源發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用改善了偏遠(yuǎn)地區(qū)用電現(xiàn)狀，尤其是因地制宜的制定發(fā)電計劃，利用自然資源創(chuàng)建小規(guī)模電網(wǎng)，很大程度上維護(hù)了電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)覆蓋范圍擴(kuò)大、電網(wǎng)適應(yīng)性增強(qiáng)[2]。新能源發(fā)電技術(shù)充分放大我國自然資源豐富方面的優(yōu)勢，為電力技術(shù)創(chuàng)新提供了幫助，電網(wǎng)覆蓋范圍與適應(yīng)性等得到雙重強(qiáng)化，為偏遠(yuǎn)地區(qū)及環(huán)境惡劣區(qū)域等的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了可靠的電力支持。

1.3 協(xié)助電力系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)節(jié)約降耗與成本

新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用是新時代電力系統(tǒng)優(yōu)化的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，遇到環(huán)境嚴(yán)酷地帶、加上特殊天氣或者自然災(zāi)害的影響，電網(wǎng)必然會受到損傷，甚至出現(xiàn)大范圍停電的情況。新能源發(fā)電技術(shù)則采用小范圍供電模式，覆蓋點(diǎn)增多，一旦電網(wǎng)遇到特殊天氣或者是破壞等波及范圍僅局限于小范圍，影響損失可控性強(qiáng)。尤其是傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用期間，送電形式以高壓為主，送電范圍涉及到很多偏遠(yuǎn)地帶，這會增加發(fā)電廠的送電壓力[3]。

大型發(fā)電廠的建設(shè)耗時耗力，建設(shè)成本高、占地面積大，如此發(fā)電成本必然會增加。新時期新能源發(fā)電技術(shù)的研究，以小規(guī)模發(fā)電的方式直接駐扎于發(fā)電區(qū)域，尤其是偏遠(yuǎn)山區(qū)。同時應(yīng)用風(fēng)能、水能、太陽能等資源，發(fā)電與供電成本有效降低，同時節(jié)約資源消耗，可持續(xù)發(fā)展空間大。

2 新時代新能源發(fā)電技術(shù)的深層次研究

2.1 風(fēng)電技術(shù)的應(yīng)用

風(fēng)力發(fā)電是新時期新能源發(fā)電技術(shù)的重要代表，對比傳統(tǒng)石油、煤等資源，風(fēng)力資源豐富，屬于最常見能源類型，能源儲量巨大。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開設(shè)備設(shè)施的支持，通過有效處理轉(zhuǎn)換風(fēng)能為機(jī)械能，尤其是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的加入，將儲存的機(jī)械能及時處理隨即生成電能。風(fēng)電技術(shù)中核心設(shè)備為風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)受到發(fā)電形式的不同可選擇類型也存在不同。從風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量方面分析，風(fēng)機(jī)主要包括大型風(fēng)機(jī)、中型風(fēng)機(jī)、小型風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)在發(fā)電技術(shù)中須注意裝機(jī)能量的變化，裝機(jī)能量的調(diào)整需通過槳葉長度展開[4]。

從風(fēng)機(jī)風(fēng)輪結(jié)構(gòu)方面分類，一是水平軸風(fēng)機(jī)類型、二是垂直軸風(fēng)機(jī)類型；從風(fēng)機(jī)驅(qū)動方面分類，一是順風(fēng)風(fēng)機(jī)類型、二是逆風(fēng)風(fēng)機(jī)類型、三是低速風(fēng)機(jī)類型、四是高速風(fēng)機(jī)類型。風(fēng)力發(fā)電機(jī)在發(fā)電中的應(yīng)用，須保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)所有組成部分的性能，如機(jī)艙、風(fēng)輪及變槳系統(tǒng)、塔筒等，風(fēng)能發(fā)電中的吸收功能與葉片形狀緊密相關(guān)，為保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)功能的正常運(yùn)行，需定期檢查葉片狀態(tài)，維檢到位基礎(chǔ)上，對裂紋或腐蝕現(xiàn)象及時解決，繼而保證葉片的正常功能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電的運(yùn)行效率不會受到影響，運(yùn)行質(zhì)量得到提高。

通過并網(wǎng)發(fā)電機(jī)為基礎(chǔ)及時控制風(fēng)機(jī)，尤其是漿距的科學(xué)調(diào)整，嚴(yán)格把控機(jī)組功率，隨后對轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，確保風(fēng)力的正常運(yùn)行。風(fēng)機(jī)發(fā)電中還應(yīng)用到最大功率追蹤法，科學(xué)轉(zhuǎn)化風(fēng)電功率。風(fēng)電技術(shù)的應(yīng)用主要優(yōu)勢在于新技術(shù)的應(yīng)用，打破傳統(tǒng)發(fā)電方式，借助模糊控制方式精準(zhǔn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速，同時管理系統(tǒng)功率。滲透神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論可及時預(yù)測風(fēng)輪啟動特性，在此基礎(chǔ)上對葉片漿距進(jìn)行控制，真正做到了風(fēng)電轉(zhuǎn)化的最大化。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性是關(guān)注的重點(diǎn)，為提高穩(wěn)定性，需以風(fēng)電并網(wǎng)點(diǎn)基礎(chǔ)上應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)，若風(fēng)電場出現(xiàn)無功吸收的現(xiàn)象，則需現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查并選擇適合的位置對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行安裝，利用其動態(tài)性優(yōu)勢，科學(xué)規(guī)避輸送功率出現(xiàn)波動情況下引發(fā)的系統(tǒng)震蕩，為風(fēng)力發(fā)電營造理想的運(yùn)行條件。

2.2 太陽能發(fā)電技術(shù)

太陽能發(fā)電技術(shù)對新能源技術(shù)應(yīng)用來講是重要進(jìn)步。我國太陽能輻射熱量以年為計量單位為3.3×103～8.4×106kJ(m2·a)，相同發(fā)熱條件下需要消耗的煤至少為2.4×1012t。由此可以看出利用太陽能發(fā)電對節(jié)約煤炭資源有重要意義。我國受地理位置的影響太陽能資源非常豐富，全國70%的地區(qū)日照時間均≥2000h/年。面對傳統(tǒng)資源的日益減少，資源壓力增大，世界對太陽能發(fā)電技術(shù)的關(guān)注度越來越高。為有效彌補(bǔ)資源短缺，以太陽能作為發(fā)電能源，借助先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)滿足電量變大的需求，如光熱發(fā)電技術(shù)或是光伏發(fā)電技術(shù)等，都在一定程度上緩解了發(fā)電能源緊缺與供電量需求緊張的情況。

根據(jù)我國當(dāng)前太陽能發(fā)電規(guī)劃發(fā)展，已實(shí)現(xiàn)了2020年發(fā)電裝機(jī)容量1.6億kW 的計劃，以西北部大型集中式電站為中心，中東部分布式光伏發(fā)電為支持，離網(wǎng)型光伏發(fā)電愈發(fā)成熟，為太陽能電池組件的研究與推廣創(chuàng)造了有利條件。目前太陽能發(fā)電技術(shù)已形成產(chǎn)業(yè)化，加上其有效節(jié)約傳統(tǒng)能源，對環(huán)境影響小，為發(fā)電與生態(tài)環(huán)境建設(shè)關(guān)系的協(xié)調(diào)提供了重要幫助，將太陽能發(fā)電技術(shù)積極滲透到建筑生產(chǎn)生活中，為傳統(tǒng)能源發(fā)電效益最大化提供了保障。參考太陽能發(fā)電技術(shù)中的晶體硅電池，實(shí)際應(yīng)用中通過對外界溫度的感應(yīng)調(diào)整發(fā)電功率，加上立面架空安裝發(fā)電組件的輔助，有效遏制功率損失，節(jié)能降耗、綠色環(huán)保。

2.3 海洋能發(fā)電技術(shù)

海洋能發(fā)電技術(shù)是以海洋內(nèi)部能量為載體，通過波浪發(fā)電或是潮汐發(fā)電等方式及時供電，既可減輕電能應(yīng)用壓力，又能滿足供電需求。當(dāng)前海洋能發(fā)電比較成熟的技術(shù)主要為波浪發(fā)電、潮汐發(fā)電。海洋能發(fā)電在一定程度上打破地域性發(fā)電的局限性，同時發(fā)電過程清潔無污染。海洋能存儲量十分豐富，為發(fā)電研究提供了可靠支持，這些都在一定程度上保障了新能源發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用。

通過對深水油氣勘探裝備的應(yīng)用，利用海洋鉆井的方式打造海洋能發(fā)電水下生產(chǎn)系統(tǒng)，及時設(shè)置海洋深水管油立管，借助開采裝備，搭配發(fā)電方案，及時完成海洋能發(fā)電。海洋能發(fā)電技術(shù)還在研究探索階段，實(shí)際發(fā)電處理中同樣會面臨各種問題，如低流速啟動、密封等[5]。為有效解決海洋能發(fā)電問題，積極采取波浪發(fā)電動能的方式，通過動能的收集與機(jī)械能的有效轉(zhuǎn)換得到電能。

2.4 地?zé)岚l(fā)電技術(shù)

地?zé)岚l(fā)電技術(shù)包括熱水型地?zé)岚l(fā)電、蒸汽型地?zé)岚l(fā)電。地?zé)岚l(fā)電技術(shù)同樣是新時期新能源發(fā)電技術(shù)的重要組成，其發(fā)電的主要原理是借助設(shè)備及時將熱能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到機(jī)械能將其應(yīng)用至發(fā)電機(jī)中，繼而產(chǎn)生電能；蒸汽型地?zé)岚l(fā)電利用蒸汽能催動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動，在汽輪機(jī)帶動下實(shí)現(xiàn)發(fā)電。我國地?zé)岚l(fā)電技術(shù)的研究主要從20世紀(jì)70年代開始，地?zé)岚l(fā)電技術(shù)也在不斷優(yōu)化創(chuàng)新，但新型地?zé)岚l(fā)電裝置方面的研究卻依然止步不前，因此這方面需加大研究力度。地?zé)崮艹l(fā)電之外還具有天然能源清潔功能，研究與應(yīng)用過程不會產(chǎn)生污染性，因此在新能源發(fā)電技術(shù)研究中同樣備受關(guān)注。地?zé)岚l(fā)電技術(shù)的研究，還需加大對這方面技術(shù)人才的培養(yǎng)，打造專業(yè)的研究團(tuán)隊，充分發(fā)揮出地?zé)岚l(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢。

綜上，新能源發(fā)電技術(shù)的研究已成為全球關(guān)注的重點(diǎn)，目前風(fēng)能、太陽能、海洋能、地?zé)崮艿染蔀榘l(fā)電技術(shù)的代表，尤其是風(fēng)力發(fā)電與太陽能發(fā)電逐漸滲透到各行各業(yè)中。新能源發(fā)電技術(shù)對比傳統(tǒng)能源發(fā)電，能源儲備量更足、對環(huán)境污染更小，可實(shí)現(xiàn)局部發(fā)電，有效擴(kuò)大電力系統(tǒng)覆蓋范圍，滿足現(xiàn)代化建設(shè)與發(fā)展對供電量的需求。