新能源发电综述

新能源发电综述 刘志强 北京交通大学电气工程学院 (100044) 刘志勇 黑龙江省鹤煤集团 (154100) 摘要：文章综述了新能源及其发电技术，提示人们为了保护人类赖以生存的 地球生态环境，大力开发利用清洁、环保的新能源和可再生能源，走与生态环境 和谐的绿色能源之路。 关键词：新能源 可再生能源 化石能源 太阳能 生物质能 1 新能源 按照各种能源在当代人类社会经济生活中的地位，人们把能源分为常规能源 和新能源两大类。 常规能源为技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要 作用的能源。例如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能等。 新能源为目前尚未被人类大规模利用，还有待进一步研究试验与开发利用的 能源。例如太阳能、风能、地热能、海洋能及核聚变能等。 所谓新能源，是相对而言的。现在的常规能源在过去也曾是新能源，今天的 新能源将来也会成为常规能源。 2 新能源发电技术 2.1 太阳能发电技术 太阳是地球永恒的能源，它以光辐射的形式每秒钟向太空发射约 3.8× 1020MW 能量，其中有 22 亿分之一投射到地球上。巨大的太阳能是地球上万物生 长之源，充分利用太阳能具有持续供能和环保双重伟大的意义。在"8·14"美、 加大停电以及美国"9·11"事件后，提醒人们不能过分依赖常规能源集中供电这 种方式，利用太阳能的分布式能源系统受到重视。"到处阳光到处电"是倡导利用 绿色能源的主题。 太阳能发电的方式主要有通过太阳能热发电的塔式发电、抛物面聚光发电、 太阳能烟囱发电、热离子发电、热光伏发电、温差发电等和不通过热过程发电的 光伏发电、光感应发电、光化学发电及光生物发电等两种。 太阳能热发电基本工作原理是利用太阳能集热器将太阳能收集起来，加热工 质，产生过热蒸汽，驱动热动力装置带动发电机发电，从而将太阳能转换为电能。 典型的太阳能热发电站热力循环系统原理如图 1所示。 图 1 太阳能热发电热力循环系统原理图 2.2 风力发电技术 风是由于空气的流动而产生的，风具有一定的质量和速度，因而它具备产生 能量的基本要素。由于风能是随机性的，风力的大小时刻变化，必须根据风力大 小及电能需要量的变化及时通过控制装置来实现对风力发电机组的启动、调节 (转速、电压、频率)、停机、故障保护(超速、振动、过负荷等)以及对电能用户 所接负荷的接通、调整及断开等操作。风力发电系统是将风能转换为电能的机械、 电气及其控制设备的组合，典型的风力发电系统如图 2所示。 图 2 典型的风力发电系统图 2.3 生物质能发电技术 生物质能来源于生物质。所谓生物质，就是所有来源于植物、动物和微生物 的除矿物燃料外的可再生的物质。 利用生物质本身的能量，将其转化为可驱动发电机的能量形式，如燃气、燃 油、酒精等，再按照通用的发电技术发电，然后直接提供给用户或并入电网提供 给用户。 2.4 地热发电技术 所谓地热能，简单的说，就是来自地下的热能，即地球内部的热能。 地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，地热发电和 火力发电的基本原理是一样的，都是将蒸汽的热能经过汽轮机转变为机械能，然 后带动发电机发电。 2.5 潮汐能发电技术 潮汐能是海洋能的一种。地球上广大连续的水体叫做海洋，海洋的面积约为 3.62 亿 km2，占地球表面积的 70.9％。海洋是个庞大的能源宝库，它既是吸能 器，又是贮能器，蕴藏着巨大的动力资源。海水中蕴藏着的这一巨大的动力资源 的总称就叫做海洋能。潮汐能是海洋能的一种，潮汐能是指海水涨潮和落潮形成 的水的动能和势能。 潮汐发电，就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机，再由水轮 机带动发电机来发电。 2.6 燃料电池发电技术 燃料电池不同于平时所说的干电池与蓄电池。平时所说的干电池与蓄电池没 有反应物质的输入与生成物的排出，所以其寿命有一定限度；而燃料电池可以连 续地对其供给反应物(燃料)及不断排出生成物(水等)，因而可以连续的输出电 力。 燃料电池发电也不同于传统的火力发电，其燃料不经过燃烧，没有复杂的从 燃料化学能转化为热能，再转化为机械能，最终转化成电能的过程，而是直接将 燃料(天然气、煤气、石油等)中的氢气借助于电解质与空气中的氧气发生化学反 应，在生成水的同时进行发电，因此其实质是化学能发电。 3 中国新能源与可再生能源及其发电等应用现状 中国的新能源和可再生能源，如小水电、太阳能、风能、生物质能、地热能 和海洋能等，在发电与其它利用方面，截至 2000 年底的综合介绍见表 1。 表 1 中国新能源与可再生能源及其发电等应用现状 序号 能源类型 项目 应用现状 1 小水电 小水电 全国共建成小水电站 4.8 万座，总装机容量 24.8GW，年发电 800 亿 kwh。 2 太阳能 太阳能热水器 全国太阳能热水器保有量达 2600 万m 2，是世 界上最大的太阳能热水器产销国。 太阳灶 全国太阳灶累计保有量达 33.2 万台，居世界第一位。 太阳房 全国已建成太阳房约达 1800 万m2。 太阳能电池 全国太阳能电池发电装置累计装机容量约达 20MW。 3 风能 独立型风力发电机组 全国累计安装独立型风力发电机组约达 19.8 万台，总容量 5.28 万 kW。 并网型风力发电机组 全国已建成并网风力发电场 26 座，总装机 容量 34.4335 万 kW。 4 生物质能 家用沼气池 全国已累计推广家用沼气池 763.7 万个，产气 25.9 亿m3，居世界之首。 生活污水净化沼气池 全国已建成生活污水净化沼气池 49322 个。 大中型沼气工程 全国已建成大中型畜禽养殖场能源环境沼气工程 1000 多处，产气 10 亿m3。 秸秆气化 全国已建成秸秆气化集中供应点 388 处，产气 1.5 亿m3。 蔗渣发电 全国已建成蔗渣发电工程 800 多 MW。 5 地热能 地热发电 全国已建成地热发电约 27.78MW，其中西藏羊八井地热电站装机 25.18MW。 地热直接利用 全国约有地热直接利用点 1300 多处，利用 总量达 2443MW，其中利用量最大的是地热采 暖，全国已营运的冬季地热供热系统的供热 面积超过 1000 万m2 6 海洋能 潮汐发电 全国已建成潮汐电站 8座、潮洪电站 1座，总装机容量 10.65NW。 4 结束语 中国新能源与可再生能源，经过建国 50 多年，特别是最近 30 多年来的发展， 在技术水平、应用规模和产业建设上，均取得了长足进展，在国民经济建设中发 挥了重要作用。从优化能源结构、保护生态环境、实施经济社会可持续发展战略 的高度展望未来，中国新能源与可再生能源的发展前景是美好的，在 21 世纪前 20 年将有大的发展，到 21 世纪中叶将有可能逐步发展成为重要的替代能源。