新能源发电技术发展研究

1、概述
在化石能源逐渐紧缺的情况下，世界各国都开展了对新型可再生能源的研究。近年来，除水利发电之外，可再生能源发电的总容量已超过4万MW。国内自然资源日益紧缺的状态下，新能源的开发研究与发达国家相比，表现出明显的滞后现象。因此推动新能源的开发利用已迫在眉睫。
2、重要的新能源发电技术
2.1 太阳能光伏发电
光伏发电利用光生伏特的原理，将太阳能在电池中直接转化为电能，电力的主要输送方式包括独立方式和并网方式，但不论是何种方式，光伏发电系统中都包含太阳能电池板组件、控制器和逆变器，这些都是由重要的电子元器件构成，因此光伏发电设备具有较高的耐久性，安装较为方便。太阳能光伏发电技术被广泛地应用于各种需要电源的场合，大至航天器，小到儿童玩具。太阳能光伏发电系统如图1 所示。

图1 太阳能光伏发电系统
在光伏发电系统中，太阳能电池板主要作用是将太阳的辐射能量转换为电能，并将电能存储在蓄电池中，或直接为负载供电。太阳能充电控制器的作用是对整个系统的工作状态进行控制，避免蓄电池过度充电或者过度放电，在有些温度差异较大的地带，控制器还必须实现温度补偿功能，对系统中的零部件进行保护。系统中应用的蓄电池一般为铅酸电池，一些小型的发电系统中也广泛采用镍氢电池和镍镉电池，蓄电池的主要作用就是将太阳能电池板发出的电能及时储存起来，以便及时利用。系统中的逆变器实现直流电向交流电的转换，因为太阳能光伏发电系统的输出电压为12v、24v、48v，且都为直流电，须将直流电转换为交流电。
目前，随着对太阳能电池效率的研究进步和电池的生产成本降低，可以与火力发电开展价格竞争。
2.2 风力发电
风力发电的原理是将风的动能转换为机械能，再将机械能转换为电能。在应用过程中，风力会带动风车叶片旋转，系统中的增速机提高旋转速度，带动发电机发电。风力发电是目前世界发电领域的热潮，风力发电技术不需要应用燃料，同时也不会出现辐射和空气污染。风力发电系统中重要的设备是风力发电机组，文章只重点探究变速恒频风力发电系统。
变速恒频风力发电系统发电机组的转速可以根据风速的变化实现控制，以得到恒定的频率。通过贝兹证明可以知道，风力发电机组需要从自然风中吸收功率，若将此吸收功率记为P。则：P=½CPAQv²
式中：CP-风力发电机组的功率系数；A-风力发电机扇叶的扫掠
面积；Q-实际空气密度；v-实时风速。
其中风力发电机组的功率系数CP是叶尖速比S与桨叶节距角d的函数，S=wmR/v，其中wm是风力发电机机械角的速度，R是风轮半径。
风能与风速的三次方呈正比，在实际应用中，风速在一定范围类变化，如果一定程度上允许风力机作变速运行，将可以实现风能的zui大化利用。从理论上面分析，风力机的风能利用系数CP随着叶尖速比S 的变化而变化，在风能利用系数不断变化的过程中，必定有一个时间点的叶尖速比S使得风能利用系数CPzui大，二者的变化图象如图2所示。

图2 风力机S-CP曲线
图中，横坐标表示叶尖速比S，纵坐标表示风能利用系数CP。
对于恒速恒频风力发电系统的风力机而言，它只能固定在某一转速上，但是自然界的风能具有较大的随机性和爆发性，风速也不可能固定不变，在风速发生变化的过程中，风力机必定偏移设定的*速度，显然风能利用系数CP不能维持在*值，所以必定导致风力资源的浪费，很大程度上降低发电效率。
变速恒频风力发电技术的应用，能实现在风速变化的过程中不断获得zui大风能，以自然界风速的变化为基准，智能调节风力发电机的转速，在风速变化的情况下实现风力发电机转速的调节，控制发电机转速运行于*状态，在变速恒频发电机的运行过程中，发现风能利用系数CP始终接近或达到*利用值，大大提高了发电机组的发电效率，实现了自然风能的zui大化利用，优化了风力机组的运行条件。随着技术的不断革新，变速恒频发电系统衍生出多种形式，主要包括双馈发电机变速恒频系统、笼型异步发电机系统、永磁同步发电系统。
2.3 地热发电
地热发电的原理是将地下热能转换为机械能，再将机械能转换为电能。由于地热能赋存形式的不同，一般将地热发电分为蒸汽型、热水型、干热岩型、地压型和岩浆型几种。在地热能开发和能量转换的过程中，这些形式的地热资源都可以作为发电的重要原料。目前为止开发较多的地热资源是蒸汽型资源和热水型资源。地热发电在应用的过程中不需要燃料，与火力发电和水力发电相比，降低了成本，另外，地热开发设备的应用周期较长，与水电站相比，建设投资也较低，不会受到将于季节的影响，发电过程中较为稳定，可以降低对环境的污染，具有广阔的应用前景。
2.4 海洋能发电
海洋能发电的过程是将海洋中蕴藏的能量开发出来，例如海流能、波浪能、温差能、潮汐能等，海洋能是一种的可再生能源，在海洋中蕴藏丰富，分布广泛，在应用过程中不会产生污染，由于受到地域的限制，在能量开发方面具有一定的困难。但目前潮汐发电和波浪发电技术已在国内获得了应用和推广。
2.5 生物质发电
生物质发电技术是利用生物质中所蕴含的生物质能进行发电，生物质能是一种的可再生能源，在应用过程中常见的发电方法有废弃物直接燃烧、垃圾填埋气、沼气等。以垃圾发电为例，主要包括垃圾焚烧发电和垃圾气化发电，在解决垃圾污染问题的同时，可以回收垃圾中的能量，在焚烧过程中将能量释放出来获得蒸汽，利用蒸汽推动发电机组发电，在这一技术的应用过程中，可以很*地处理垃圾污染，回收部分能源，具有广阔的应用前景。
3、结束语
在开展不同新能源发电技术的研究中，必须大力推行具有操作性的能量利用方式，可以将重点放在利用新能源取代核电发展中。新能源的形式有很多种，发电方式的技术要求也是不同的，未来的能源规划中，必须将太阳能发电和城市垃圾发电作为研究的重点。因为太阳能发电具有较大的稳定性优势，垃圾发电可以解决城市污染问题，值得研究推广。