新能源工程的機械特點及發(fā)展

＊黃萬昭

（肇慶市恒電電力工程有限公司 廣東 526040）

城市建設(shè)的速度不斷加快，人們的生活水平也在不斷提高，對電力的需求量也越來越大。為了更好的滿足人們對電力的需求，電力部門需要通過各種科學(xué)手段提高發(fā)電能力，降低對環(huán)境的污染，節(jié)約成本。目前為止，新能源發(fā)電深受人們的關(guān)注和青睞，在節(jié)約生產(chǎn)成本的同時還能提高我國電網(wǎng)運行的安全性，除此之外，還能緩解我國資源壓力，減少對環(huán)境的影響與破壞，符合碳中和與碳達(dá)峰的發(fā)展目標(biāo)，更有利于促進(jìn)社會的穩(wěn)步發(fā)展。

1.太陽能發(fā)電類型及特點

（1）太陽能發(fā)電系統(tǒng)特點。太陽能發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及分布式發(fā)電系統(tǒng)。

①離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能組件、控制器和電池組成，輸出電源為220V或110V交流時，需要使用UPS。

②并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通過并網(wǎng)逆變器將太陽能組件產(chǎn)生的直流電流轉(zhuǎn)化為滿足城市電網(wǎng)要求的交流電流，然后直接接入公共電網(wǎng)。大型集中并網(wǎng)電廠通常是國有電廠，其主要特點是將電量直接輸送到電網(wǎng)，將電量均勻地分配給用戶。但這種電站投資大、建設(shè)時間長、占地面積大、開發(fā)水平低。小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，特別是一體化光伏發(fā)電系統(tǒng)，以其投資少、建設(shè)速度快、占地面積小、政治支持力度強等優(yōu)點，成為了并網(wǎng)發(fā)電的主流。

③分布式生產(chǎn)系統(tǒng)，又稱分布式生產(chǎn)或分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)，是部署在用戶現(xiàn)場或附近的小規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)，其目的是滿足特定用戶的需要，支持現(xiàn)有配電網(wǎng)的經(jīng)濟運作。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本設(shè)備包括光伏電池組件、光伏方架、直流母線箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設(shè)備，以及系統(tǒng)監(jiān)控裝置，光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能電池組件網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為太陽能輸出電源，直流母線集中在直流配電柜中，并網(wǎng)逆變器將其轉(zhuǎn)化為交流電源。

（2）太陽能的發(fā)展前景。隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，對能源的需求不斷增加，全球能源危機也越來越突出。煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)化石燃料的使用相對有限，隨著21世紀(jì)的到來，傳統(tǒng)能源已接近枯竭，導(dǎo)致了能源危機和全球性的環(huán)境問題。隨著化石能源的減少，化石能源價格將繼續(xù)上漲，這將嚴(yán)重制約人民生活水平的提高，因此，越來越多的人要求開發(fā)廉價的可再生能源。

太陽能具有獨特的優(yōu)勢，包括不需要燃料；無需更換運動部件；幾乎不需要系統(tǒng)維護(hù)，沒有噪音，沒有有害排放物，沒有污染氣體，地球表面接收到的太陽輻射是全球能源需求的1萬倍，地球表面每平方米接收1700kW·h的輻射，據(jù)國際能源署（IEA）稱，在世界4%的沙漠地區(qū)安裝太陽能光伏系統(tǒng)就足以滿足全球能源需求，因此，太陽能的回收利用具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.風(fēng)力發(fā)電類型及特點

(1)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)特點

①水平軸風(fēng)力發(fā)電機。水平軸風(fēng)力發(fā)電機是旋轉(zhuǎn)軸和葉片處于垂直的狀態(tài)，和地面是保持平衡的狀態(tài)，轉(zhuǎn)軸是一個干式水平風(fēng)力渦輪機。水平軸風(fēng)力發(fā)電與干式垂直軸風(fēng)力發(fā)電相比，具有旋轉(zhuǎn)空間大、轉(zhuǎn)速快的優(yōu)點，適用于大型風(fēng)電場。水平軸風(fēng)力發(fā)電行業(yè)歷史悠久，結(jié)構(gòu)簡單，效率高于垂直軸風(fēng)力發(fā)電。

②垂直軸風(fēng)力發(fā)電機。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)軸和葉片是處于平行的狀態(tài)，和地面是垂直的狀態(tài)，而且旋轉(zhuǎn)軸垂直于波紋管中，與水平軸風(fēng)力發(fā)電相比，垂直軸風(fēng)力發(fā)電效率更高，葉片旋轉(zhuǎn)空間更小，防臺風(fēng)能力更強。與水平軸風(fēng)力機相比，垂直軸有兩個優(yōu)勢：垂直軸的發(fā)電效率高于水平軸，垂直軸的發(fā)電效率高于水平軸。此外，國內(nèi)外大量案例表明，水平風(fēng)力機在城市地區(qū)旋轉(zhuǎn)不頻繁，在高風(fēng)速地區(qū)，如北部和西北部，風(fēng)力發(fā)電機可能斷裂和墜落，導(dǎo)致危險事故發(fā)生。

(2)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展

目前，我國風(fēng)電仍面臨諸多問題，主要是工程造價高，供電成本高，目前，我國風(fēng)電正處于發(fā)展階段，國家扶持政策不完善，國家政策不僅要保護(hù)和鼓勵風(fēng)力發(fā)電，還要大力支持工業(yè)化進(jìn)程。目前，我國已經(jīng)開始推動風(fēng)能的商業(yè)化利用，鼓勵制定風(fēng)能的激勵政策。一方面，要發(fā)揮出當(dāng)?shù)卣淖饔?，結(jié)合實際情況制定相應(yīng)的優(yōu)惠政策和補貼，鼓勵風(fēng)能的建設(shè)與使用。另外國家也要大力投入科技力量，不斷展開科技創(chuàng)新，推動風(fēng)能的推廣和應(yīng)用。

3.地?zé)岚l(fā)電類型及特點

(1)地?zé)岚l(fā)電特點

地?zé)岚l(fā)電是利用地?zé)崮茏钪匾氖侄?，必須首先利用高溫地?zé)崃黧w發(fā)電，根據(jù)地?zé)崃黧w的類型，地?zé)岚l(fā)電可分為蒸汽地?zé)岚l(fā)電和熱水地?zé)岚l(fā)電。

①蒸汽地?zé)岚l(fā)電

地?zé)嵴羝l(fā)電是將干蒸汽直接輸送到汽輪發(fā)電機組，但必須將蒸汽中的碎片和水滴分離后才能引入發(fā)電機組，這種發(fā)電方法是最簡單的，但干蒸汽地?zé)豳Y源非常有限，且大多存在于深部地層中，因此發(fā)電技術(shù)難度大，開發(fā)程度有限。

②熱水地?zé)岚l(fā)電

熱水地?zé)岚l(fā)電是地?zé)岚l(fā)電的主要方式，可分為兩類：閃蒸式地?zé)岚l(fā)電（也稱擴張地?zé)岚l(fā)電）和雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電（也稱中溫地?zé)岚l(fā)電）。

第一，閃蒸式地?zé)岚l(fā)電，地?zé)峋a(chǎn)生一定壓力的焊接混合氣體先進(jìn)入焊接分離器，它能夠?qū)⒄羝麖闹蟹蛛x出來。此時分離出的蒸汽會進(jìn)入到減壓器中，壓力下降，一部分地?zé)崴兂啥握羝M(jìn)入透平機的低壓位置。一次蒸汽與二次蒸汽會驅(qū)動渦輪機和發(fā)電機進(jìn)行發(fā)電。該系統(tǒng)組成比較簡單，尤其適合地?zé)豳Y源比較豐富的地區(qū)，地?zé)峋a(chǎn)生的混合物溫度能夠高達(dá)150℃以上，后期的排水溫度較高，可排入噴嘴或作其他用途，目前，世界上大多數(shù)國家都采用這種生產(chǎn)方式。

第二，雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電，地?zé)崴粫桶l(fā)電系統(tǒng)發(fā)生直接關(guān)系，而是將熱量轉(zhuǎn)移到沸點比較低的地方，在低沸點環(huán)境中產(chǎn)生蒸汽，然后直接轉(zhuǎn)移到汽輪機。這種發(fā)電包括熱水地?zé)崮芟到y(tǒng)和低沸點地?zé)崮芟到y(tǒng)，稱為雙循環(huán)或中循環(huán)地?zé)崮馨l(fā)電。它的工作流程如下：地?zé)峋a(chǎn)生的熱水進(jìn)入到交換器之后，熱量會不斷傳到沸點較低的介質(zhì)中，此時沸點較低的地方地?zé)崴畷尫懦鰺崃浚缓笈湃胱⑺蚱渌牡头悬c環(huán)境中，熱量被熱交換器吸收后，在一定壓力下變成蒸汽，由汽輪機、發(fā)電機發(fā)電。蒸汽從汽輪機冷凝成液體，液體被泵入熱交換器，通過吸收熱量蒸發(fā)。

4.生物質(zhì)能發(fā)電類型及特點

生物質(zhì)能有許多化石燃料不具備的優(yōu)點，生物質(zhì)能作為一種重要的可再生能源，受到越來越多的關(guān)注。

（1）生物質(zhì)能分布廣泛，比石油、煤等化石燃料豐富得多，生物質(zhì)能是地球上最常見的可再生能源形式，存在于世界各地數(shù)千萬種植物和水體中。它就像一座巨大的太陽能化工廠，不斷地將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并以有機物的形式儲存在工廠里，形成了極其豐富的可再生能源。

（2）從生物質(zhì)能資源中提取或轉(zhuǎn)化的能源載體更具市場競爭力，生物質(zhì)資源深加工生產(chǎn)的甲醇、汽油、液態(tài)氫、柴油等燃料不含有害成分，適用于內(nèi)燃機，但是，如果從石油或煤炭中提取零排放的液體燃料，生產(chǎn)成本將大大增加。

（3）發(fā)展生物質(zhì)能可以促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展，增加就業(yè)機會，具有經(jīng)濟效益和社會效益，生物質(zhì)能的開發(fā)利用可以為農(nóng)村、偏遠(yuǎn)山區(qū)和林區(qū)提供廉價的能源，促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，利用生物質(zhì)能還可以增加農(nóng)村就業(yè)。

（4）在某些遭受過侵蝕或者十分貧瘠的土地上種植能源作物，能夠有效改善土壤環(huán)境。

（5）清潔能源有利于環(huán)保，生物質(zhì)含硫量低，燃燒后灰分含量低，揮發(fā)分含量高，SO2和NO含量高，灰塵排放量比化石燃料低得多。同時，在生物質(zhì)利用過程中，大氣環(huán)境中二氧化碳的凈排放為零，不會造成和加劇化石燃料等溫室效應(yīng)，從生物質(zhì)資源中提取或生產(chǎn)甲醇和液氫可以減少汽車尾氣中有害氣體的排放，因此，生物質(zhì)能不僅可以緩解經(jīng)濟發(fā)展造成的能源短缺，還能與環(huán)境和諧發(fā)展，具有獨特的環(huán)境效應(yīng)。

5.潮汐能發(fā)電類型及特點

(1)潮汐能發(fā)電特點

貫流式機組一般用于潮汐能發(fā)電廠，該裝置具有流量大、比轉(zhuǎn)速高、有效面積大的特點。在同等容量下，軸流單元與蝸殼立軸之間的通道直徑較小，機器重量相對減輕。貫流式機組水平布置，可布置在水面潮位的波動位置，從而降低了車間的高度和采礦能力。汽輪機進(jìn)出口管采用直流道代替蝸殼彎頭，機組間距離小，建筑長度短，管狀構(gòu)件有很多種，包括球形、整體、垂直、開槽和軸向，球泡管和總管是一種新型的裝置。

汽輪機是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型機組，它與發(fā)電機連接在軸上，發(fā)電機安裝在水封燈泡內(nèi)，整機放置在車間下方的水箱內(nèi)，當(dāng)水通過運河時，發(fā)電機就被驅(qū)動發(fā)電。

其主要特點是：水流直，長度短，水力損失小，發(fā)電效率高；該機組結(jié)構(gòu)緊湊，外形小，工廠規(guī)模小，工作量小，投資少。缺點：球鋼消耗高，速度需要提高，當(dāng)發(fā)電機冷卻時，通過強制循環(huán)室內(nèi)空氣和通過燈泡接觸室外海水來實現(xiàn)，該機組不僅在法國云甸電廠使用，也在我國江夏實驗電廠使用，噴淋電廠機組可在前后發(fā)電、前后供水、前后抽水六種工況下運行，江夏水電站機組可在正、負(fù)兩種發(fā)電條件下運行。

管道的全流也稱為側(cè)管流，渦輪在直流通道中上升。其主要特點是發(fā)電機轉(zhuǎn)子通過柔性連接安裝在水輪機轉(zhuǎn)輪的外緣上，定子固定在葉輪的外壁上，發(fā)電機的定子和轉(zhuǎn)子必須密封，以防滲水。發(fā)電機可以安裝在隧道的混凝土柱上，而不是通常的球泡結(jié)構(gòu)，發(fā)電機的位置與汽輪機的通道無關(guān)。因此，加長鐵芯的設(shè)計并不困難，該機組沒有發(fā)電機軸、轉(zhuǎn)子軸和一些常規(guī)部件，因此比燈泡管機組便宜得多。

潮汐電站在海洋環(huán)境中運行時，金屬材料在海水中腐蝕迅速，生物附著力低，污染嚴(yán)重。此外，沉積物還儲存在水庫或尾水區(qū)，影響機組運行，因此，我們需要解決防腐、防污染的問題，一般采用防腐涂料和陰極電流保護(hù)。防污涂料和電解海水主要用于防止污染，也可采用防腐涂料和人工清洗。

(2)潮汐能發(fā)電的發(fā)展展望

經(jīng)過近十年的技術(shù)發(fā)展，我國的潮汐發(fā)電產(chǎn)業(yè)正在逐步發(fā)展，針對目前存在的問題，未來的研究可以集中在以下幾個方面：一是通過不斷的技術(shù)突破和國際交流，更新完善發(fā)電方式和機制，降低發(fā)電成本；二是加強選址規(guī)劃和概念論證，提高電廠建設(shè)質(zhì)量，為進(jìn)一步運營提供堅實保障，降低長期運營成本。三是要借鑒歐洲一些國家的相關(guān)政策，為新能源發(fā)展提供優(yōu)惠政策，刺激新能源經(jīng)濟效益增長。四是圍繞電廠發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游等配套產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)周邊地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。

雖然潮汐能的開發(fā)存在很多困難，替代傳統(tǒng)化石能源還有很多工作要做，但隨著人類社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，新能源的效益越來越重要，總有一天，新能源產(chǎn)業(yè)將取代傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)，成為市場的主導(dǎo)趨勢。

6.結(jié)束語

隨著人們生活的日益發(fā)展，居民用電越來越多，輸電范圍越來越廣泛，給我國的發(fā)電技術(shù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，此時新能源的提出與推廣有效的解決了這一問題。新能源發(fā)電在近幾年已經(jīng)成為了主要發(fā)展趨勢，這種發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用趨勢在逐年增加，既能緩解能源壓力，又能在很大程度上避免對自然環(huán)境的破壞，減少不必要的經(jīng)濟損失，由此可以看出，新能源發(fā)電技術(shù)是一種必然趨勢。