可再生能源利用與發(fā)電技術(shù)

可再生能源利用與發(fā)電技術(shù)課程：電氣工程學(xué)科進(jìn)展系列講座報(bào)告人：學(xué)號(hào)：?jiǎn)挝唬?引言隨著傳統(tǒng)化石燃料，如石油、煤礦、天然氣等儲(chǔ)存量不斷減少，而同時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，對(duì)能源的需求日益增加，以及環(huán)境惡化的巨大壓力，新能源被提到了更重要的位置。雖然中國(guó)還處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的關(guān)鍵階段，但是仍然在哥本哈根會(huì)議上提出努力的方向，“到2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%—45%”。新能源是一個(gè)有力的工具。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能等可再生新能源發(fā)展很快，并且逐漸走向成熟和規(guī)?；?，所占的比重也有望大幅度提高，為人類解決能源和環(huán)保問(wèn)題開(kāi)辟了新的天地。從目前世界的能源結(jié)構(gòu)來(lái)看，以資源有限、污染嚴(yán)重的石化能源為主的能源結(jié)構(gòu)將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐再Y源無(wú)限、清潔干凈的可再生能源為主的能源結(jié)構(gòu).太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、海洋能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、燃料電池等可再生能源作為新興的綠色能源，以其永不枯竭、無(wú)污染、不受地域資源限制等優(yōu)點(diǎn)，正得到迅速的推廣應(yīng)用。2可再生能源利用非再生能源，也叫不可再生能源，用完后不可重新生成（至少在短期內(nèi)無(wú)法恢復(fù)），總有枯竭的一天。如化石燃料和核燃料均為非再生能源。據(jù)估計(jì)，按照現(xiàn)有的探明儲(chǔ)量和開(kāi)采程度，地球上的化石燃料最多還可使用幾百年?？稍偕茉?，可以循環(huán)使用，能夠有規(guī)律地不斷得到補(bǔ)充，沒(méi)有使用期限，也不會(huì)因長(zhǎng)期使用而減少。如太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能，均為可再生能源。2.1太陽(yáng)能太陽(yáng)能利用主要有太陽(yáng)能的熱利用和發(fā)電兩種途徑。熱利用以太陽(yáng)能熱水器為代表，主要集中在小城鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)，由于城市土地緊張以及政策、規(guī)劃和設(shè)計(jì)等因素，太陽(yáng)能的熱利用在城市屬于個(gè)案，如位于深圳市龍崗區(qū)的振業(yè)城是華南第一個(gè)大規(guī)模應(yīng)用太陽(yáng)能技術(shù)的社區(qū)，整個(gè)太陽(yáng)能中央熱水系統(tǒng)采用的是聯(lián)集式全玻璃真空式太陽(yáng)能集熱器。太陽(yáng)能板和屋頂結(jié)合，與保溫水箱分離，這種安裝方式達(dá)到形式與功能的統(tǒng)一，與建筑較為完美的結(jié)合，這些太陽(yáng)能熱水器還設(shè)置了電輔助加熱設(shè)施，即使在陰雨天也可正常使用，能提供適宜身體的水溫。而集中利用則較少。另一種主要的途徑就是太陽(yáng)能光伏發(fā)電，雖然近些年來(lái)光伏發(fā)電技術(shù)有了較大的進(jìn)步，但是與常規(guī)發(fā)電方式和核發(fā)電相比太貴了，經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)。2.2風(fēng)能中國(guó)的風(fēng)能資源豐富和較豐富的地區(qū)主要分布在兩個(gè)大帶：一是三北(東北、華北、西北)地區(qū)豐富帶。風(fēng)能功率密度在200W//?300W//以上，有的可達(dá)500W/皿，可利用的小時(shí)數(shù)在5000h以上，有的可達(dá)7000h以上。二是沿海及其島嶼地豐富帶。年有效風(fēng)能功率密度在200W/tf以上，可利用小時(shí)數(shù)在7000h?8000h。這一地區(qū)特別是東南沿海，由海岸向內(nèi)陸是丘陵連綿，所以風(fēng)能豐富地區(qū)僅在海岸50km之內(nèi)。《可再生能源法》實(shí)施以來(lái)，中國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)和風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展十分迅速，截至2007年底，中國(guó)已累計(jì)建成100多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，分布在22個(gè)省、市、自治區(qū)，新增裝機(jī)容量3304MW，累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到5906MW，已躋身世界第五位，成為世界上最主要的風(fēng)電市場(chǎng)之一。2.3生物質(zhì)能生物質(zhì)能的利用途徑主要有以下三種：生物質(zhì)燃料油作為替代石油的重要戰(zhàn)略選擇，生物質(zhì)能可直接生產(chǎn)和提供動(dòng)力液體燃料，這對(duì)于解決交通能源十分重要。生物柴油是清潔的可再生能源，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黃連木等油料林木果實(shí)、工程微藻等油料水生植物以及動(dòng)物油脂、廢餐飲油等為原料制成的液體燃料，是優(yōu)質(zhì)的石油柴油替代品。生物質(zhì)酒精是由甘蔗、小麥等作物進(jìn)行生化轉(zhuǎn)換，主要是通過(guò)厭氧消化制取沼氣和通過(guò)酶技術(shù)制取乙醇液體燃料，可以與汽油混合使用，是未來(lái)汽油的優(yōu)良替代品。生物質(zhì)固體燃料固型燃料燃燒是新推廣的技術(shù)，它把生物質(zhì)固化成型后，再采取傳統(tǒng)的燃煤設(shè)備燃用。其優(yōu)點(diǎn)是充分利用生物質(zhì)能源替代煤炭，生物質(zhì)固體燃料可以用來(lái)發(fā)電、供熱，它對(duì)煤炭的替代使用可以削減大氣中二氧化碳和二氧化硫的排放量。(3)生物質(zhì)氣化主要是以低生物質(zhì)為原料的氣化技術(shù)，使低生物質(zhì)完成從固態(tài)到可燃?xì)怏w的轉(zhuǎn)化。低生物質(zhì)是以農(nóng)作物秸桿為主，還可以使用玉米芯、木屑、柴草等。生物質(zhì)氣化技術(shù)的用途與城市管道煤氣相同，燃燒穩(wěn)定、熱效率高，適用于炊事、取暖、鍋爐等。3可再生能源在發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和規(guī)模的擴(kuò)大，使其逐步從補(bǔ)充型能源向替代型能源過(guò)渡。下面簡(jiǎn)介幾種主要的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng).圖1是一個(gè)太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖.該系統(tǒng)由太陽(yáng)能、光伏陣列、雙向直流變換器、蓄電池或超級(jí)電容和并網(wǎng)逆變器構(gòu)成.光伏陣列除保證負(fù)載的正常供電外，將多余電能通過(guò)雙向直流變換器儲(chǔ)存到蓄電池或超級(jí)電容中；當(dāng)光伏陣列不足以提供負(fù)載所需的電能時(shí)，雙向直流變換器反向工作3.2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電按照風(fēng)輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速是否恒定分為定轉(zhuǎn)速運(yùn)行與可變速運(yùn)行兩種式.按照發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)區(qū)分，有異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、永磁式發(fā)電機(jī)、無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)等機(jī)型.風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式可分為獨(dú)立運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行、與其它發(fā)電方式互補(bǔ)運(yùn)行等.3.3燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池是一種將持續(xù)供給的燃料和氧化劑中的化學(xué)能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置.燃料電池發(fā)電最大的優(yōu)勢(shì)是高效、潔凈，無(wú)污染、噪聲低，模塊結(jié)構(gòu)、積木性強(qiáng)、不受卡諾循環(huán)限制，能量轉(zhuǎn)換效率高，其效率可達(dá)40%—65%。燃料電池被稱為是繼水力、火力、核能之后第四代發(fā)電裝置和替代內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力裝置。3.4混合能源發(fā)電系統(tǒng)利用風(fēng)能資源和太陽(yáng)能資源天然的互補(bǔ)性而構(gòu)成的“風(fēng)力一太陽(yáng)能混合發(fā)電系統(tǒng)”，可以彌補(bǔ)因風(fēng)能、太陽(yáng)能資源間歇性不穩(wěn)定所帶來(lái)的可靠性低的缺陷，在一定程度上提供穩(wěn)定可靠電能?！疤?yáng)能光伏制氫儲(chǔ)能——燃料電池發(fā)電系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2太陽(yáng)能光伏制氫儲(chǔ)能-燃料電池發(fā)電系統(tǒng)4總結(jié)我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步較晚，技術(shù)相對(duì)落后，總體產(chǎn)業(yè)化程度不高，但同時(shí)，我國(guó)具備豐富的天然資源優(yōu)勢(shì)和巨大的市場(chǎng)需求空間，在國(guó)家相關(guān)政策引導(dǎo)扶持下，新能源領(lǐng)域成為投資熱點(diǎn)，技術(shù)利用水平正逐步提高，具有較大發(fā)展空間。中國(guó)新能源的發(fā)展現(xiàn)狀為：產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，發(fā)展速度加快，但普遍存在產(chǎn)業(yè)鏈尚不完整或上下游產(chǎn)業(yè)鏈無(wú)法對(duì)接的問(wèn)題。與發(fā)達(dá)國(guó)家比，平均技術(shù)水平偏低、利用成本較高，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力弱。從新能源的發(fā)展前景看，國(guó)家政策將為新能源發(fā)展創(chuàng)造有利環(huán)境。自主技