第1章新能源转换与控制技术导论
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②对电能通过变换与控制，满足高质量的终端能源消费需 求和电力的高效管理。
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第1章新能源转换与控制技术导论
第1章 新能源转换与控制技术导论
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第1章新能源转换与控制技术导论
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第1章新能源转换与控制技术导论
• 本章主要内容 1.1 能源储备与可持续发展战略 1.2 能源的分类与基本特征 1.3 新能源发电――能源转换的重要形式 1.4 新能源转换与控制技术的经济意义
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第1章新能源转换与控制技术导论
1.3新能源发电――能源转换的重要形式
1.3.1 新能源发电技术的应用
风力发电
风力发电经历了从独立发电系统到并网发电系统的 发展过程，大规模风力发电系统的建设已成为 发达国家风电发展的主要形式。
目前研发重点主要集中在
大型风力发电场与现有电网联网； 继续开发可靠的风力预报方法； 开展与风能开发相配套的生态影响研究； 发展海上风力发电等。
• 中国一次能源消费结构
煤炭 72.2 75.8 76.2 74.6 67.8 66.7 66.3 68.4 68 69.1 69.4
石油 20.7 17.1 16.6 17.5 23.2 22.9 23.4 22.2 22.3 21 20.4
占能源消费总量的比重/%
天然气
水电、核电、风电
3.1
4
2.2
• 实现了GDP翻两番而能源消费仅翻一番的成就。 • 能源利用效率大幅度提高。 • 取得了相当大的环境效益。
这些成就为我国的经济社会可持续发展做出了巨大贡献。但与世界发 达国家相比，我国在新能源利用与开发方面还存在很大差距。
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第1章新能源转换与控制技术导论
在2006年初，我国正式颁布了《可再生能源法》，即 将陆续出台一系列鼓励政策与配套措施。这标志着可再 生能源的利用已进入法制化、规范化和可持续发展的新 阶段，并将迸发超前的活力，为中国能源事业的发展、 为国民经济与社会事业的繁荣再添辉煌。
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• 生物质发电示意
图
• 秸秆发电厂
第1章新能源转换与控制技术导论
➢ 核能发电
又称原子能，包括裂变能和聚变能两种主要形式。核裂变主要应用于 核能发电，技术应用比较成熟。核聚变则有几大优点：安全、无污染、 高效，核能中聚变能是一种无限、清洁、安全的理想能源。
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•俄罗斯悬浮核能发电厂
1.2.3 新能源及主要特征
新能源：技术上可行；经济上合理；环境和社会可以接受；
能确保供应和替代常规化石能源的可持续发展能源体系。
包含两方面：
新能源体系：可再生能源(风能、太阳能、生物质能、水能、海洋能)和地热 能、氢能、核能
新能源利用技术：高效利用能源、资源综合利用、替代能源、节能等新技术
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第1章新能源转换与控制 技术导论
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2020/11/25
第1章新能源转换与控制技术导论
本课程主要内容
•第1章 新能源转换与控制技术导论 第2章 电源变换和控制技术基础知识 第3章 风能、风力发电与控制技术 第4章 太阳能、光伏发电与控制技术 第5章 生物质能的转换与控制技术 第6章 天然气、燃气发电与控制技术 第7章 水能、小水力发电与控制技术 第8章 海洋能利用与发电技术 第9章 其他新能源的发电与应用技术
⑤节能。
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第1章新能源转换与控制技术导论
1.2.4 分布式能源及主要特征
1、分布式能源 国际分布式能源联盟（WADE）对“分布式能源”给出的定义是：发电系
统能够在消费地点或很近的地方发电，并具有： ①高效的利用发电产生的废能生产热和电； ②现场端的可再生能源系统； ③包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。
• 核能发电厂水蒸
汽
第1章新能源转换与控制技术导论
➢ 燃气发电
根据用户用能性质、资源配置等不同情况，由燃气管网将天然气、 煤层气、地下气化气、生物沼气等一切可以利用的资源就近送达用户。 由小型燃机、微型燃机、内燃机、外燃机等各种传统的和新型发电装 置组成热电联产或分布式能源供给系统。
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•非再生能•
源
包括：原煤、原油、天然气、页岩油、核能等，它们是 不能再生的，用掉一点，便少一点。
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第1章新能源转换与控制技术导论
二次能源:是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品。
例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、 氢气和焦炭等等。
二次能源是联系一次能源和能源终端用户的中间纽带。
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第1章新能源转换与控制技术导论
➢ 太阳能发电
美国是世界上太阳能发电技术研究开发较早的国家，在太阳能槽式 发电系统和盘式发电系统领域发展较快。目前，在世界范围内已建成 多个MW级的联网光伏电站。
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•美国最大太阳能发电项目——“太阳能之 星”
第1章新能源转换与控制技术导论
➢ 燃料电池发电
燃料电池是一种无污染的能源，主要用途包括：固定地点发电、提 供居民住宅用电、交通运输、便携电源、垃圾与污水处理。美国每年 投资数亿元开发燃料电池，掌握了许多最先进的技术。
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• 燃料电池发电
系统
• 燃料电池
汽车
第1章新能源转换与控制技术导论
➢ 生物质发电
全球每年植物所固定的生物质能相当于10.2万亿吨标准煤，相当于全 世界每年耗能（87亿吨标准煤）的1172倍。巴西以甘蔗为原料提取 酒精，添加汽油后制成的乙醇汽油在工农业中广泛使用。我国每年可 利用的生物质能总量约合7亿吨标准煤，但目前开发极少。
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第1章新能源转换与控制技术导论
1.2.2 能源的基本特征 一次能源:指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源。
•
源一 次 能
•
•可再生能
源
可再生能源应是清洁能源或绿色能源，它包括：太阳能、 水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等等； 是可以循环再生、取之不尽、用之不竭的初级资源 。
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• 高效燃料
电池
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• 微型燃气轮
机
第1章新能源转换与控制技术导论
2、分布式能源主要特征
• (1)高效性 • (2)环保性 • (3)能源利用的多样性 • (4)调峰作用 • (5)安全性和可靠性 • (6)减少国家输配电投资 • (7)解决边远地区供电
• 电 话：88802691-213
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第1章新能源转换与控制技术导论
绪论
新能源利用包括可再生能源(风能、太阳能、生物质能、 水能、海洋能)和地热能、氢能、核能转换及其利用新技术 （高效利用能源、资源综合利用、替代能源、节能等新技 术）。
新能源转换与控制技术涉及：
①利用可再生能源和清洁能源发电，以便持续获得二次清 洁能源―电能；
未来，我国将以水电、沼气发电、秸杆发电、太阳能 供热等常规清洁能源转换成熟技术和风电、光伏发电、 燃料电池、微燃机组热-电联产分布供电等具有大规模 发展潜力的新技术为重点。
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• 风力
发电
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• 水力
4.9
2.1
5.1
1.8
6.1
2.4
6.7
2.6
7.9
2.6
7.7
2.6
6.8
2.6
7.1
2.8
7.1
3
7.2
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• “十五”以来中国能源消费增长情
况
第1章新能源转换与控制技术导论
1.1.2 中国的可持续发展战略
l980～2000年期间，中国能源发展成就巨大：
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第1章新能源转换与控制技术导论
煤多油少是中国能源储存
结构的基本特点，这种结 构到今后20年，甚至到本 世纪中叶，以煤为主的能 源结构将不会改变。
• 在能源生产与消费中，以
煤炭为主要能源直接进行燃 烧，因燃烧工艺落后，燃烧
不充分，造成环境污染严 重、效率低下、浪费惊 人。
这些系统就称为分布式能源系统，不考虑这些项目的规模、燃料或技术，以 及该系统是否联接电网等条件。
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第1章新能源转换与控制技术导论
国际公认的两个具有发展前途、最重要的分布式能源利用形式：
微型燃气机发电机组，这是实现热电联产、高效利用能源和节能的最主
要形式；
“燃料电池”技术，这也是未来最主要的分布式能源利用技术方向之一。
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第1章新能源转换与控制技术导论
1.1能源储备与可持续发展战略
1.1.1中国的能源结构与储备
1、中国的能源结构
中国是一个能源大国，在能源结构中煤炭储量最为丰富 ， 仅次于俄罗斯、美国。但是，中国又是一个能源贫国，中国 的人均能源资源占有量为全世界人均水平的1/2，仅为美国 人均水平的1/10。
• 距尼日利亚拉各斯70
余公里的帕帕兰多燃气 电站一角。
• 帕帕兰多燃气电站的8
台燃气机组都是由中国 制造。总装机容量为 33.6万千瓦。
第1章新能源转换与控制技术导论
其他还有小水力发电、地热能发电、海洋能发电等新能源转换利用。
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•地热能发电
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第1章新能源转换与控制技术导论
教学安排
• 本门课程共32个学时，其中讨论课16学时。
• 最后成绩：讨论报告占60％，结课报告占40%。
• 教材：程明等著《可再生能源发电技术》
•
•
技术》
吴治坚著《新能源和可再生能源的利用》 R. Strzelecki等著《智能电网中的电力电子
• 办公室：电力电子与电气传动工程研究中心
发电
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•燃料电池汽车
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•奥体中心光伏发电项目
第1章新能源转换与控制技术导论
1.2能源的分类与基本特征
1.2.1 能源的分类
1、能源 能源是可以直接或通过转换提供给人类所需的有用的资源。世界上一切 形式的能源的初始来源是核聚变、核裂变、放射线源以及太阳系行星的 运行。
煤炭、石油、天然气、水能等能源属于常规能源。
• 商品能源是作为商品经流通环节大量消费的能源。目前，
商品能源主要有煤炭、石油、天然气、水电和核电等。
• 非商品能源主要指枯柴、秸秆等农业废料、人畜粪便等
就地利用的能源。非商品能源在发展中国家农村地区的 能源供应中占有很大比重。
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第1章新能源转换与控制技术导论
2、能源的分类 “世界能源理事会(World Energy Council – WEC)”推荐的能源分类 如下：固体燃料；液体燃料；气体燃料；水力；核能；电能；太阳能； 生物质能；风能；海洋能；地热能；核聚变能。 能源还可分为：一次能源，二次能源和终端能源；可再生能源和非再生 能源；新能源和常规能源；商品能源和非商品能源等。
• 如：
电能
• 如：柴油、汽
油
二次能源又可分为“过程性能源”和“合能体能源”。
过程性能源和合能体能源是不能互相替代的，各有自己的应用范围。
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第1章新能源转换与控制技术导论
• 终端能源指供给社会生产、非生产和生活中直接用于消
费的各种能源。
• 常规能源又称传统能源。已经大规模开采和广泛利用的
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第1章新能源转换与控制技术导论
2、中国的资源和能源储备
• 我国对能源的开发利用已达到相当高的强度，但能源利用
效率低下。我国能源利用效率仅为30%左右。
• 中国能源短缺在很大程度上是能源利用结构同资源结构矛
盾的表现。
• 煤电油供需矛盾相当突出。
• 建立高度节约型的循环经济体制，深入研究、大力开发和
第1章新能源转换与控制技术导论
“新”与“旧”的区别
“新”与传统的“旧” 能源利用方式和能源系统相对立 。 “旧”：以化石燃料为主的传统能源利用形态；
只强调转换端效率，不注重能源需求侧的综合利用效率 ； 只强调经济效益，不注重资源、环境代价的传统能源利用理念。 “新”： ①高效利用能源； ②资源综合利用； ③可再生能源； ④替代能源；
利用新能源，是中国实现和平崛起的唯一选择。
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•中国与世界一次能源消费结构比较（2004 年）
（美国数据为2001年）
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• 中国能源产消
现状
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年份 1980 1985 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
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第1章新能源转换与控制技术导论
第1章 新能源转换与控制技术导论
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第1章新能源转换与控制技术导论
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第1章新能源转换与控制技术导论
• 本章主要内容 1.1 能源储备与可持续发展战略 1.2 能源的分类与基本特征 1.3 新能源发电――能源转换的重要形式 1.4 新能源转换与控制技术的经济意义
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第1章新能源转换与控制技术导论
1.3新能源发电――能源转换的重要形式
1.3.1 新能源发电技术的应用
风力发电
风力发电经历了从独立发电系统到并网发电系统的 发展过程，大规模风力发电系统的建设已成为 发达国家风电发展的主要形式。
目前研发重点主要集中在
大型风力发电场与现有电网联网； 继续开发可靠的风力预报方法； 开展与风能开发相配套的生态影响研究； 发展海上风力发电等。
• 中国一次能源消费结构
煤炭 72.2 75.8 76.2 74.6 67.8 66.7 66.3 68.4 68 69.1 69.4
石油 20.7 17.1 16.6 17.5 23.2 22.9 23.4 22.2 22.3 21 20.4
占能源消费总量的比重/%
天然气
水电、核电、风电
3.1
4
2.2
• 实现了GDP翻两番而能源消费仅翻一番的成就。 • 能源利用效率大幅度提高。 • 取得了相当大的环境效益。
这些成就为我国的经济社会可持续发展做出了巨大贡献。但与世界发 达国家相比，我国在新能源利用与开发方面还存在很大差距。
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第1章新能源转换与控制技术导论
在2006年初，我国正式颁布了《可再生能源法》，即 将陆续出台一系列鼓励政策与配套措施。这标志着可再 生能源的利用已进入法制化、规范化和可持续发展的新 阶段，并将迸发超前的活力，为中国能源事业的发展、 为国民经济与社会事业的繁荣再添辉煌。
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• 生物质发电示意
图
• 秸秆发电厂
第1章新能源转换与控制技术导论
➢ 核能发电
又称原子能，包括裂变能和聚变能两种主要形式。核裂变主要应用于 核能发电，技术应用比较成熟。核聚变则有几大优点：安全、无污染、 高效，核能中聚变能是一种无限、清洁、安全的理想能源。
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•俄罗斯悬浮核能发电厂
1.2.3 新能源及主要特征
新能源：技术上可行；经济上合理；环境和社会可以接受；
能确保供应和替代常规化石能源的可持续发展能源体系。
包含两方面：
新能源体系：可再生能源(风能、太阳能、生物质能、水能、海洋能)和地热 能、氢能、核能
新能源利用技术：高效利用能源、资源综合利用、替代能源、节能等新技术
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第1章新能源转换与控制技术导论
本课程主要内容
•第1章 新能源转换与控制技术导论 第2章 电源变换和控制技术基础知识 第3章 风能、风力发电与控制技术 第4章 太阳能、光伏发电与控制技术 第5章 生物质能的转换与控制技术 第6章 天然气、燃气发电与控制技术 第7章 水能、小水力发电与控制技术 第8章 海洋能利用与发电技术 第9章 其他新能源的发电与应用技术
⑤节能。
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第1章新能源转换与控制技术导论
1.2.4 分布式能源及主要特征
1、分布式能源 国际分布式能源联盟（WADE）对“分布式能源”给出的定义是：发电系
统能够在消费地点或很近的地方发电，并具有： ①高效的利用发电产生的废能生产热和电； ②现场端的可再生能源系统； ③包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。
• 核能发电厂水蒸
汽
第1章新能源转换与控制技术导论
➢ 燃气发电
根据用户用能性质、资源配置等不同情况，由燃气管网将天然气、 煤层气、地下气化气、生物沼气等一切可以利用的资源就近送达用户。 由小型燃机、微型燃机、内燃机、外燃机等各种传统的和新型发电装 置组成热电联产或分布式能源供给系统。
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•非再生能•
源
包括：原煤、原油、天然气、页岩油、核能等，它们是 不能再生的，用掉一点，便少一点。
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第1章新能源转换与控制技术导论
二次能源:是指由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品。
例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、 氢气和焦炭等等。
二次能源是联系一次能源和能源终端用户的中间纽带。
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第1章新能源转换与控制技术导论
➢ 太阳能发电
美国是世界上太阳能发电技术研究开发较早的国家，在太阳能槽式 发电系统和盘式发电系统领域发展较快。目前，在世界范围内已建成 多个MW级的联网光伏电站。
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•美国最大太阳能发电项目——“太阳能之 星”
第1章新能源转换与控制技术导论
➢ 燃料电池发电
燃料电池是一种无污染的能源，主要用途包括：固定地点发电、提 供居民住宅用电、交通运输、便携电源、垃圾与污水处理。美国每年 投资数亿元开发燃料电池，掌握了许多最先进的技术。
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• 燃料电池发电
系统
• 燃料电池
汽车
第1章新能源转换与控制技术导论
➢ 生物质发电
全球每年植物所固定的生物质能相当于10.2万亿吨标准煤，相当于全 世界每年耗能（87亿吨标准煤）的1172倍。巴西以甘蔗为原料提取 酒精，添加汽油后制成的乙醇汽油在工农业中广泛使用。我国每年可 利用的生物质能总量约合7亿吨标准煤，但目前开发极少。
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第1章新能源转换与控制技术导论
1.2.2 能源的基本特征 一次能源:指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源。
•
源一 次 能
•
•可再生能
源
可再生能源应是清洁能源或绿色能源，它包括：太阳能、 水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等等； 是可以循环再生、取之不尽、用之不竭的初级资源 。
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• 高效燃料
电池
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• 微型燃气轮
机
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2、分布式能源主要特征
• (1)高效性 • (2)环保性 • (3)能源利用的多样性 • (4)调峰作用 • (5)安全性和可靠性 • (6)减少国家输配电投资 • (7)解决边远地区供电
• 电 话：88802691-213
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第1章新能源转换与控制技术导论
绪论
新能源利用包括可再生能源(风能、太阳能、生物质能、 水能、海洋能)和地热能、氢能、核能转换及其利用新技术 （高效利用能源、资源综合利用、替代能源、节能等新技 术）。
新能源转换与控制技术涉及：
①利用可再生能源和清洁能源发电，以便持续获得二次清 洁能源―电能；
未来，我国将以水电、沼气发电、秸杆发电、太阳能 供热等常规清洁能源转换成熟技术和风电、光伏发电、 燃料电池、微燃机组热-电联产分布供电等具有大规模 发展潜力的新技术为重点。
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• 风力
发电
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• 水力
4.9
2.1
5.1
1.8
6.1
2.4
6.7
2.6
7.9
2.6
7.7
2.6
6.8
2.6
7.1
2.8
7.1
3
7.2
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• “十五”以来中国能源消费增长情
况
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1.1.2 中国的可持续发展战略
l980～2000年期间，中国能源发展成就巨大：
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第1章新能源转换与控制技术导论
煤多油少是中国能源储存
结构的基本特点，这种结 构到今后20年，甚至到本 世纪中叶，以煤为主的能 源结构将不会改变。
• 在能源生产与消费中，以
煤炭为主要能源直接进行燃 烧，因燃烧工艺落后，燃烧
不充分，造成环境污染严 重、效率低下、浪费惊 人。
这些系统就称为分布式能源系统，不考虑这些项目的规模、燃料或技术，以 及该系统是否联接电网等条件。
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第1章新能源转换与控制技术导论
国际公认的两个具有发展前途、最重要的分布式能源利用形式：
微型燃气机发电机组，这是实现热电联产、高效利用能源和节能的最主
要形式；
“燃料电池”技术，这也是未来最主要的分布式能源利用技术方向之一。
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1.1能源储备与可持续发展战略
1.1.1中国的能源结构与储备
1、中国的能源结构
中国是一个能源大国，在能源结构中煤炭储量最为丰富 ， 仅次于俄罗斯、美国。但是，中国又是一个能源贫国，中国 的人均能源资源占有量为全世界人均水平的1/2，仅为美国 人均水平的1/10。
• 距尼日利亚拉各斯70
余公里的帕帕兰多燃气 电站一角。
• 帕帕兰多燃气电站的8
台燃气机组都是由中国 制造。总装机容量为 33.6万千瓦。
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其他还有小水力发电、地热能发电、海洋能发电等新能源转换利用。
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•地热能发电
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教学安排
• 本门课程共32个学时，其中讨论课16学时。
• 最后成绩：讨论报告占60％，结课报告占40%。
• 教材：程明等著《可再生能源发电技术》
•
•
技术》
吴治坚著《新能源和可再生能源的利用》 R. Strzelecki等著《智能电网中的电力电子
• 办公室：电力电子与电气传动工程研究中心
发电
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•燃料电池汽车
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•奥体中心光伏发电项目
第1章新能源转换与控制技术导论
1.2能源的分类与基本特征
1.2.1 能源的分类
1、能源 能源是可以直接或通过转换提供给人类所需的有用的资源。世界上一切 形式的能源的初始来源是核聚变、核裂变、放射线源以及太阳系行星的 运行。
煤炭、石油、天然气、水能等能源属于常规能源。
• 商品能源是作为商品经流通环节大量消费的能源。目前，
商品能源主要有煤炭、石油、天然气、水电和核电等。
• 非商品能源主要指枯柴、秸秆等农业废料、人畜粪便等
就地利用的能源。非商品能源在发展中国家农村地区的 能源供应中占有很大比重。
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2、能源的分类 “世界能源理事会(World Energy Council – WEC)”推荐的能源分类 如下：固体燃料；液体燃料；气体燃料；水力；核能；电能；太阳能； 生物质能；风能；海洋能；地热能；核聚变能。 能源还可分为：一次能源，二次能源和终端能源；可再生能源和非再生 能源；新能源和常规能源；商品能源和非商品能源等。
• 如：
电能
• 如：柴油、汽
油
二次能源又可分为“过程性能源”和“合能体能源”。
过程性能源和合能体能源是不能互相替代的，各有自己的应用范围。
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• 终端能源指供给社会生产、非生产和生活中直接用于消
费的各种能源。
• 常规能源又称传统能源。已经大规模开采和广泛利用的
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2、中国的资源和能源储备
• 我国对能源的开发利用已达到相当高的强度，但能源利用
效率低下。我国能源利用效率仅为30%左右。
• 中国能源短缺在很大程度上是能源利用结构同资源结构矛
盾的表现。
• 煤电油供需矛盾相当突出。
• 建立高度节约型的循环经济体制，深入研究、大力开发和
第1章新能源转换与控制技术导论
“新”与“旧”的区别
“新”与传统的“旧” 能源利用方式和能源系统相对立 。 “旧”：以化石燃料为主的传统能源利用形态；
只强调转换端效率，不注重能源需求侧的综合利用效率 ； 只强调经济效益，不注重资源、环境代价的传统能源利用理念。 “新”： ①高效利用能源； ②资源综合利用； ③可再生能源； ④替代能源；
利用新能源，是中国实现和平崛起的唯一选择。
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•中国与世界一次能源消费结构比较（2004 年）
（美国数据为2001年）
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• 中国能源产消
现状
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年份 1980 1985 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006