新能源技術(shù)及未來發(fā)展的論文

北華大學電氣信息工程學院41太陽能的主要情況1.1傳統(tǒng)化石燃料的開發(fā)使用會帶來一系列的問題(1)能源短缺由于常規(guī)能源的有限性和分布的不均勻性，造成了世界上大部分國家能源供應不足，不能滿足其經(jīng)濟發(fā)展的需要。從長遠來看，全球已探明的石油儲量只能用到2020年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。因此，如不盡早找到化石能源的替代能源，人類遲早將面臨化石燃料枯竭的危機局面。(2)環(huán)境污染當前，由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質(zhì)拋向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴重污染，直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量;局部地區(qū)形成酸雨，嚴重污染水土。這些問題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu)，依靠利用太陽能等可再生潔凈能源來解決。1.2太陽能具有的優(yōu)點普遍。陽光普照大地，處處都有太陽能，可以就地利用，不需要到處尋找，更不需要火車、輪船、汽車等日夜不停運輸。這對解決偏遠地區(qū)以及交通不便的鄉(xiāng)村、海島的能源供應，具有很大的優(yōu)越性。無害。利用太陽能作為能源，沒有廢渣、廢料、廢水、廢氣排出，沒有噪音，不產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì)，因而不會污染環(huán)境，沒有公害。長久。只要有太陽存在，就有太陽能。因此利用太陽能作為能源，可以說是取之不盡用之不竭。巨大。一年內(nèi)到達地面的太陽能總量，要比地球上現(xiàn)在每年消耗的各種能源的總量大幾萬倍。 北華大學電氣信息工程學院6 槽形拋物面集熱器是一種線聚焦集熱器，多對太陽進行一維跟蹤，其聚光比在4080之間，集熱溫度一般低于400℃，屬于中溫系統(tǒng)，這種系統(tǒng)容量可大可小。目前，拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)普遍采用導熱油作為集熱工質(zhì)。低溫導熱油經(jīng)油泵被送入到太陽能集熱管，被加熱到390℃左右，成為高溫導熱油，高溫導熱油依次通過蒸汽再熱器、過熱器、蒸發(fā)器和預熱器等裝置，將收集到的太陽能傳遞到蒸汽循環(huán)中，產(chǎn)生370℃左右的過熱蒸汽，進入汽輪機做功，輸出電能，即系統(tǒng)采用雙回路形式。(2)塔式系統(tǒng)塔式系統(tǒng)又稱為集中型系統(tǒng)，其聚光裝置由許多安裝在場地上的大型反射鏡組成，這些反射鏡通常稱為定日鏡。每臺定日鏡都配有太陽跟蹤機構(gòu)，對太陽進行雙軸跟蹤，準確地將太陽光反射集中到一個高塔頂部的吸熱器上。系統(tǒng)的聚光比通常在200~1000之間，系統(tǒng)最高運行溫度可達到1500℃。經(jīng)定日鏡反射的太陽能聚集到塔頂?shù)奈鼰崞魃?，加熱吸熱器中的傳熱工質(zhì)，蒸汽產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的過熱蒸汽進入動力子系統(tǒng)后實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換，完成電能輸出。該系統(tǒng)主要由聚光集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)和動力子系統(tǒng)三部分組成。吸熱器:也稱之為太陽能鍋爐，要求體積小，換熱效率高。有垂直空腔型、水平空腔型和外部受光型等類型。對于垂直空腔型和水平空腔型來說，由于定日鏡反射光可以照射到空腔內(nèi)部，因而可以將內(nèi)部的熱損失控制到最低限度，但其最佳空腔尺寸與場地的布局有關。外部受光型吸熱器的熱損失要比上述的兩種類型大些，但適合于大容量系統(tǒng)。蓄熱裝置:應選用傳熱和蓄熱性能良好的材料作為蓄熱工質(zhì)。選用汽一水系統(tǒng)具有許多優(yōu)點。有大量的工業(yè)設計和運行經(jīng)驗，附屬設備也已經(jīng)商業(yè)化，但腐蝕問題是其不足之處。對于高溫大容量系統(tǒng)來說，可以選用鈉作為熱傳輸工質(zhì)，它具有良好導熱性能，可以在3004kW/m2的熱流密度下工作。（3）碟式系統(tǒng)碟式系統(tǒng)也稱之為盤式系統(tǒng)，主要特征是采用盤狀拋物面鏡聚光集熱器，其結(jié)構(gòu)從外形上看類似于大型拋物面雷達天線。由于盤狀拋物面鏡是一種點聚焦集熱器，其聚光比可以高達數(shù)百到數(shù)千因而可以產(chǎn)生非常高的溫度。這種系統(tǒng)可以獨立運行，作為無電邊遠地區(qū)的小型電源，一般其功率為10~25kW聚光鏡直徑約10~15m。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)也可以做成較大的系統(tǒng)，即可以將多臺裝置并聯(lián)起來，組成小型太陽能熱發(fā)電電站，為用戶提供電力需求。2.2太陽能熱發(fā)電的主要問題太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，不耗用化石能源，無污染物排放，是和生態(tài)環(huán)境相和諧的清潔能源發(fā)電系統(tǒng)。自研究試驗成功以后，經(jīng)過不斷發(fā)展與改進，取得了顯著的成果。世界上除了美國，太陽能熱發(fā)電技術(shù)還在日本、法國、以色列、意大利、西班牙、德國和澳 北華大學電氣信息工程學院7 大利亞等國家也有所發(fā)展。這些在并網(wǎng)運行的商用系統(tǒng)有30MW以上拋物面槽式系統(tǒng)、lOMW以上的塔式系統(tǒng)、幾kW至幾十kW采用燃氣輪機或斯特林發(fā)動機的碟式系統(tǒng)。前兩種一般與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，后一種一般供用戶作為獨立電源使用。(1)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)及其存在的問題在20世紀70年代末和80年代初，美國、西歐、以色列和日本等國家都對槽式系統(tǒng)作了很多研究開發(fā)工作，取得了較大的進展，特別是美國在90年代初有了9座拋物面槽式大型系統(tǒng)投入商業(yè)并網(wǎng)運行。此外，西班牙、日本等國的示范電站也取得了很好的成果，起到了試驗示范的作用。拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)雖然在美國己取得了大規(guī)模商業(yè)化運行的經(jīng)驗，但目前的主要問題是當系統(tǒng)集熱溫度高于40℃后，峰值集熱效率急劇下降，當DNI--800W/m2，溫度為500℃時的集熱效率比250℃時的集熱效率約降低22.5%。由于其幾何聚光比低及集熱溫度不高等條件的制約，使得拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中動力子系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)功效率偏低，通常在35%左右。因此，單純的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在進一步提高熱妙率、降低分電成太方而的難度較大。(2)塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)及其存在的問題塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)相比，其集熱溫度更高，易生產(chǎn)高參數(shù)蒸汽，因此熱動裝置的效率相應提高。目前，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要障礙是，當定日鏡場的集熱功率增大時，即單塔的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大型化后，定日鏡場的集熱效率隨之降低，其變化趨勢。我國的金紅光研究員提出了槽塔結(jié)合的雙級蓄熱太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，這些研究為塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展開拓了新方向。(3)碟式系統(tǒng)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)及其存在的問題.(4)目前碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模小，高效的發(fā)電技術(shù)還不成熟，處于試驗階段在三種太陽能熱發(fā)電技術(shù)的開發(fā)中，風險最大且投資成本最高。2.3太陽能熱風發(fā)電太陽能熱風發(fā)電站主要由太陽能空氣集熱器、帶有發(fā)電機的風力渦輪，以及太陽能煙囪等組成，為二項己有成熟技術(shù)的創(chuàng)新性組合應用。工作原理是利用煙囪對空氣的抽吸作用產(chǎn)生的氣流驅(qū)動風力渦輪進行發(fā)電，太陽能集熱器則用于加熱空氣，強化煙囪效應。從技術(shù)角度來講，太陽能熱風發(fā)電站與水利電站頗為相似，都是將流體流動動能轉(zhuǎn)變成葉輪機械旋轉(zhuǎn)機械能進行發(fā)電。這單太陽能熱風集熱器以太陽能煙囪所在位置為中心。呈圓周狀分布，包括面蓋和支架兩部分，集熱器四周開日用以引入空氣，面蓋及地面構(gòu)成空氣流動的通道。太陽能煙囪與地面垂直，建筑結(jié)構(gòu)與常規(guī)煙囪類似，煙囪底部和太陽能集熱器連接處要求有較好的密封。熱空氣密度小，在煙囪通道內(nèi)上升，同時在太陽能集熱器內(nèi)被加熱的熱空氣進入煙囪冷空氣進入集熱器，形成持續(xù)不斷的氣流流動。氣流流動具有的動能通過置于太陽能煙囪氣流流道底部的風力渦輪帶動發(fā)電機組轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，通常這種風力渦輪可設置一臺或多臺。 北華大學電氣信息工程學院8 3太陽能光伏發(fā)電3.1光伏系統(tǒng)基本組成一套基本的太陽能發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能光伏板、充電控制器、逆變器和蓄電池構(gòu)成，下面對各部分的功能做一個簡單的介紹:1.太陽能光伏板太陽光伏板的作用是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，供負載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。太陽能光伏板一般又分為:單晶硅電池光伏板、多晶硅電池光伏板和非晶硅光伏板(圖2.1)。這些光伏板因為組成的不同因而具有不同的外觀和發(fā)電效率，它們的特點為:(1)單晶硅光伏電池:表面規(guī)則穩(wěn)定，通常為黑色。電池形狀為lOcm~15cm的方形或圓形單元。效率約為14%~17%。(2)多晶硅光伏電池:結(jié)構(gòu)清晰，通常呈藍色，晶狀結(jié)構(gòu)形成美麗的圖案。電池的尺寸可任意裁剪，可以無固定的大小單元。效率約為12%~14%。(3)非晶硅光伏電池:具有透光，透光度可從5%~75%，當然，隨著透光性的增加，光電池的轉(zhuǎn)化效率會隨著下降，運用到建筑上的最理想的透光度為25%。效率約為5%~7%。2.充電控制器在不同類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器不盡相同，其功能多少及復雜程度差別很大，這需根據(jù)系統(tǒng)的要求及重要程度來確定。充電控制器主要由電子元件、儀表、繼電器、開關等組成。3.逆變器逆變器的作用就是將太陽能電池方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220伏交流電，供給交流負載使用。4.蓄電池組蓄電池組是將太陽能光伏方陣發(fā)出直流電貯藏起來，供負載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，夏天日照量大，除了供給負載用電外，還對蓄電池充電;在冬天日照量少，這部分貯存的電能逐步放出。白天太陽能電池方陣給蓄電池充電(同時方陣還要給負載用電)晚上負載用電全部由蓄電池供給。因此，要求蓄電池的自放電要小，而且充電效率要高，同時還要考慮價格和使用是否方便等因素。常用的蓄電池有鉛酸蓄電池和硅膠蓄電池，要求較高的場合也有價格比較昂貴的鎳鍋蓄電池。 北華大學電氣信息工程學院12 參考文獻[1].邢運民，陶永紅，杜正春，現(xiàn)代能源與發(fā)電技術(shù)，西安電子科技大學出版社.2007年[2].楊金煥.太陽能發(fā)電的進展與建議.清潔能源.