新能源发电技术研究综述

目前，资源逐渐减少，环境问题越来越受到人们的重视，利用传统煤、石油等化石能源来发电即将受到很多局限，能源的开发面临着新的问题和挑战，充分开发利用可再生能源显得颇为重要。新能源是指在科学技术上开发和利用的非常规性的绿色能源，运用新能源转化为电能，实现资源的可持续发展。可见，研究太阳能、风能、海洋能、生物能、小水电等清洁的可再生能源的发电技术已经成为电力能源革命的重中之重，必须引起电力领域的关注。

常见的技术较为成熟的应用较为广泛的新能源发电技术。主要针对其研究、发展以及应用现状进行了阐述，并就现阶段的研究热点和存在问题进行了总结和详细介绍。

1、新能源发电技术概念及现状

能源紧缺已成为制约各国经济发展的瓶颈，如何开发新能源发电技术也随之成为世界各国关心的课题。一直以来，主要依靠煤等化石能源发电，带来了环境污染等诸多社会问题，在化石能源储量不断减少的情况下，发展新能源发电显得非常必要。新能源发电主要指充分利用风力、光伏、沼气等天然可再生的清洁一次能源发电，新能源发电由于资源分布较为分散，不便于大规模集中开发利用，一般新能源发电是在资源分布的区域，建立中小型发电装置，新能源发电既可以独立向电力负荷供电，即独立运行，不与公共电网连接，也可以选择并网运行，即将新能源发电装置与公共电网相连，新能源发出的电量直接输出到电网。但一般新能源发电电量较小且分布在电力用户附近，可以看做吸收负电量的负荷，与配电网一起为电力负荷供电，充分利用了可再生能源，减少了环境的污染，实现了社会效益的zui大化，很大程度提高了能源的利用效率。目前，在新能源发电技术方面国内外已经比较成熟，并得到了广泛应用。

新能源发电技术在国外发展非常迅速。特别是在部分发达国家，诸如美国、欧盟和日本等国家，已经取得了非常显著的成果，部分发达国家已经在能源结构调整过程中把新能源技术放到非了位，部分国家与地区已经为新能源发电技术研制较为长远的规划，如欧盟已经首先提出新的发展目标，进一步提高可再生能源占欧盟总能源消耗的比例，要求到2020 年该比例达到20%。美国于2007 年签署了新的能源法案，提倡推进新能源的利用和节能环保计划。在我国集中发电、远距离输电和大电网互联的情形下，不能灵活跟踪负荷的变化，无法及时更改供电量等大电网的弊端凸显，在此基础上发展用户端的新能源发电技术，实现新能源发电与电力用户结合的微型电网也将是我国电力系统发展的趋势。

2、风能发电技术

风能是目前受到世界各国zui为重视可再生能源之一，蕴量巨大，据报道的风能含量约为2.74×109MW，方便开发利用，在风能约2×107MW 可利用，可开发利用的风能非常可观，具有极大开发利用价值。风能发电技术通过风力带动风力机转动将风的动能转变成机械动能，与风力机同轴安装的发电机将随着风力机一起转动把机械能转化为电能。所以风力发电系统主要的组成部件包括风力机、发电机和变速箱等。但风能有着其*之处，其能量密度低，间歇性和随机性也是其突出的特点，为了充分开发利用风能，风力发电中的控制技术是核心技术也是安全运行的关键。在国内外的研究中，在风力发电的控制中取得了显著的成果，已经研制较为完善的风力发电系统和非常成熟的风力发电控制技术，能够很好的适用于风力变换的随机性，提高风力发电系统运行可靠、能量转换效率，为进一步推广应用风力发电技术奠下了坚实的基础。

目前, 随着研究的深入，风力发电技术已经成为了新能源中技术zui成熟的发电方式，都在大力推广风力发电技术的应用，目前，技术已经很成熟风力发电效益得到了很大的提高，其发电成本与常规发电成本相当，在可以预见的未来，风力发电在电力领域所占的比重将会越来越大。我国也投入了大量的人力和物力于风力发电技术的研究，也取得了可以广泛推广的成果，在2006 年成功投运了国产化率高达90%，*具有国内自主知识产权的风力发电机组，装机容量达112MW，标志着我国较高的风力发电研究应用水平。随着风力发电技术的成熟，我国不再局限于陆地的风能的开发，逐渐将风力发电朝着离岸型发展，充分利用我国海域内丰富的风能资源，由预测可知到2030 年，风力发电量将约占全国总发电量的10%。

3、太阳能发电技术

太阳能是可利用的储量zui丰富的可再生能源之一，可以说是取之不竭、用之不尽。太阳能不方便直接利用，利用的太阳的方式太阳能发电，将太阳能转换成电能。目前，太阳能的发电形式主要有两种。一种是利用广深辅导大效应，主要是利用光生伏应将光的辐射能转化为电能；另一种是利用太阳能的热能推动汽轮机转动发电，即光热发电。

3.1光伏发电

光伏发电是目前利用太阳能的主要形式，太阳能电池在太阳光的照射下，光生伏应产生电能。一般光伏发电系统主要有光伏电池板、控制器和电能储存及逆变器等几个部分组成。光伏电池板产生的电能为直流电，一般供给于直流负荷及光伏发电系统配置的储能电池，储能电池组主要是为了平抑光伏发电输出的波动性。电力系统大多负荷为交流负荷，需要通过逆变器转换后，为交流负荷供电或者将电能输送给电网。典型光伏发电系统的构成如下图1所示。

光伏发电技术在都取得较为突出的成绩，在各地都广泛应用了光伏发电技术。在光伏发电领域中，我国已经处于水平，形成了行业的标准，特别是在太阳能电池组件的生产能力等方面取得了非常的成果。近年来，在光伏发电技术研发方面主要着力于光伏电池板及应用系统等光伏发电系统中的关键技术研究，为进一步推进光伏发电技术的全面应用打下基础。在我国已经形成了非常成功的光伏发电案例，在深圳和拉萨分别建成了兆瓦级低压并网光伏发电站和100kW 的高压并网发电站，光伏电站的成功运行为进一步规模化发展和推广光伏发电技术的积累了丰富的经验。

图1 典型光伏发电系统

3.2光热发电

光热发电的原理是将自然界的光能聚集到一起，通过大量的热能将水变成气态，利用汽轮发电机发电，将太阳能转换成电能。光热发电也是太阳能有效利用的形式，光热发电根据不同的形式可以分为塔式太阳能光热发电、槽式太阳能光热发电和碟式太阳能光热发电等几种，由于研究技术的局限，目前光热发电技术转化率较低、商业化成本还较高，没有得到广泛的推广应用。在光热发电方面还需要投入大量的研究工作建立率、大容量、高聚光比的太阳能光热发电系统，从而降低光热发电成本便于商业化推广应用。

在范围内，光热发电也得到了一定的发展，截止2009年的统计，建成成功投运的光热电站总的装机容量已达73.6MW，随着技术的提高，光热发电将得到一定的发展。在我国光热发电方面的研究进展较为缓慢，不过也取得的一定的成绩，*座70kW塔式太阳能光热发电系统于2005年在南京太阳能试验场顺利建成，并成功投入并网发电；于2004年单轴跟踪的槽式太阳能聚光器在通州实验基地开始成功运行；光热发电技术的研究已经为我国充分利用太阳能这种新能源推进了一步。

4、燃料电池发电技术

燃料电池发电技术也是目前深受关注的新型发电技术，主要是利用空气中的氧气和提取的氢气通过化学转换，将化学能转换成电能。其中化学能转换成电能装置称为燃料电池，燃料电池的反应物燃料和氧气由外部不断输入，通过化学反应产生电能。燃料电池主要由预处理装置、燃料电池堆和并网逆变装置(PCU) 等部分组成，其简要结构如图 2 所示。燃料电池具有装置简单，转化效率高、无污染废弃物等诸多优点，经进一步研究将具有很大的发展和应用潜力。

图2　燃料电池的结构

近几年来，燃料电池技术得到了社会各界的重视，在各国已经逐渐的形成了发展燃料电池技术的热潮。在北美燃料电池的研发与生产已经得到了突破，形成了较大的规模和较为活跃市场，在欧洲和日本也取得了较为突出的发展。我国近年来加大了对燃料电池研究的投入，在"863"计划和"十五"规划中高度重视研究燃料电池相关的基础理论，国家自然科学基金也对部分高校的燃料电池研究项目给予了大力的资助。可见，我国的燃料电池技术的重视，可以预见燃料电池明朗的未来。

5、沼气发电技术

沼气发电技术是近阶段兴起的新型发电技术。主要是利用有机废弃物发酵产生沼气，通过沼气在内燃机中燃烧，产生大量的热量，带动汽轮机和发电机转动发电，从而实现了能量的转换，即从化学能转成方便利用的电能，常见的沼气发电系统配置如图3所示。

图3　沼气发电系统配置
从范围来看，沼气发电技术已受到广泛重视和积极推广，在美国、德国、日本、荷兰等国家已经取得实际运行成果。我国在沼气发电领域研发已经有了较长的时间，浙江杭州于1998年建成全国垃圾沼气发电厂，接着深圳建成下坪和南山两个沼气发电厂。随着成功经验的推广，目前，北京、上海、南京等大中城市筹备修建垃圾沼气发电厂，充分的将资源转换成能源。随着多年对沼气发电技术的研究，我国已经建立了具有高水平强能力的研发队伍，并通过生产基地以及实际投运电站的成功经验的积累，为沼气发电技术的应用研究再上台阶奠定了基础。