新能源发展论文

07级电自2班
20070710202
邓百川
新能源发电技术的前景
摘要：新能源的开发和利用在近20年来得到了越来越广泛的重视.本文针对
我国的新能源应用和发展重点介绍了目前比较成熟的风能、太阳能等发电技术的
现状、研究热点、存在问题以及在我国的应用前景等.透过本文的分析和比较,
可以预见到新能源发电技术必将更加成熟、实用,同时成本也将大大下降.新能源
电力在不远的未来将成为我国电力建设的不可缺少的一部分.
引言：自20世纪70年代以来，许多国家开展了对新型可再生能源的研究、
开发和利用工作，到目前为止，除水电外，全世界可再生能源发生的总容量已经
接近4×104MW，占全世界总装机容量的1%。

其中风力发电装机容量已达到1.8
×104MW，太阳能光伏发电装机容量近的1×104MW。

美国、日本、澳大利亚等国
家和欧盟都制订了相关政策积极发展新能源产业。

我国自然能资源非常丰富，开发潜力巨大，然而，由于技术、资金以及政策
引导等方面的原因，新能源的开发步伐明显滞后。

至2000年底，我国风能、太
阳能等新能源发电约为33×104kW，只占我国电力装机总容量的0.4%。

因此，推
动新能源产业的快速发展，已成当务之急。

本文就目前国内外新能源发电的最新
动态做一论述。

正文：新能源发电技术发展情况
（1）太阳能发电美国是世界上太阳能发电技术开发较早的国家，太阳能槽式
发电系统已经积累了10多年联网营运的经验，1×104kW塔式和5~25kW盘式太
阳能发电系统正处于示范阶段。

法国、西班牙、日本、意大利等国太阳能发电的
应用也有一定发展。

太阳能光伏发电最早用于缺电地区，从80年代开始，联网
问题得到很大重视。

目前，在世界范围内已建成多个兆瓦级的联网光伏电站，光
伏发电总装机容量约1×103MW。

我国的太阳能电池制造水平比较先进，实验室效率已经达到21%，一般商业
电池效率是10%~13%。

已建成1座光伏电站，容量约40MW。

其中容量最大的是
1998年投运的西藏安多100kW电站。

太阳能发电项目正在启动，计划在拉萨建
立一座35MW的鲁兹型太阳能电站。

在新能源和可再生能源家族中，太阳能是最引人注目，开展研究工作最多，
应用最广的成员。

太阳能是一种清洁能源，这对于当前人类对环境污染的重视尤
为重要。

太阳能还属于无限的能源。

据专家预测，太阳的寿命有600亿年，而地
球的寿命只有50亿年，因此太阳能相对于我们人类来说是无限的。

而且它也不
受任何人的控制和垄断。

这些优点都是常规能源所无法比拟的。

当然太阳能也有
不足的地方，比如太阳辐射的强度受到气候、昼夜、纬度、季节、海拔的影响，
往往需要配备储能设备。

又如它的能流密度低，实际利用时需要较大的太阳能收
集装置，占地面积大，投资大。

这些因素也都制约了太阳能的利用。

到本世纪以
来，随着新材料的应用、电子技术等高科技的高速发展，为太阳能的有效利用提
供了条件。

人们将太阳能辐射通过收集和转换变为可直接利用的能源，使太阳能
的利用得到相当大的发展。

其中利用太阳能发电就是对太阳能最好的利用。

目前太阳能发电有两种方法。

一种是将太阳能转换为热能，然后按常规方式发电，称为太阳能热发电。

另一种是通过光电器件利用光生伏打原理将太阳能直接转换为电能，称为太阳能光伏发电。

太阳能热发电1、太阳能热发电系统太阳能热发电也叫做太阳能聚光发电，是将太阳辐射从面积上浓缩产生高温发电的装置。

由于太阳光聚集后可以产生高温，因此该技术用于与热发电机相连来构成发电系统。

太阳能聚光技术最早可以追溯到140年前(ls,2003),Mouchot和Pifre于1882年在法国所做的研究工作。

其后，在1888年Ericsson，1901年Eneas，1913年Shuman和1968年Francia在该方面也进行了大量的研究工作。

最值得一提的是在上世纪80年代，由于70年代的石油危机，太阳能热发电得到了重视，一批大规模的太阳聚光器在世界各国安装。

如发电总功率354MW的槽式太阳能热电站在美国加洲建成，在十几年间已经发电超过5000GWh。

太阳能光伏发电太阳能光伏发电是利用太阳能光伏电池的光生伏打原理把太阳光能直接转化为电能的发电方式。

太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。

如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。

太阳能光伏电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分，也是太阳能光伏发电系统中价值最高的部分。

其作用是将太阳的辐射能转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

太阳能光伏电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

太阳能控制器控制着整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。

在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。

蓄电池一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。

其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。

由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。

为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC 的电能
（2）风力发电风力发电经历了从独立系统到并网系统的发展过程，大规模风力田的建设已成为发达国家风电发展的主要形式。

目前，风力田建设投资已降至1000美元/kW，低于核电投资且建设时间可少于一年，其成本与煤电成本接近，因而具有很大的竞争潜力。

世界上最大的风力田位于美国加利福尼亚州，年发电约221×108kW·h。

全世界风电装机容量已达17706MW。

美国将在俄勒冈州至华盛顿州沿线建立一个世界最大的风力发电基地，德国计划30年后用风力发电取代核电，风力发电在德国供电系统中的比重将占到25%。

我国独立风电装置有10多万台，总容量20MW左右，80%以上在内蒙古。

80年代中后期以来，联网风电场建设迅速发展，全国共建成20个联网风电场，容量234MW。

新疆达板城风电二场是我国目前最大的联网风电场，我国自行研制的7.5MW风力发电机组已经投入运行。

风力发电技术是把风能转变为电能的技术。

通过风力发电机实现，利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

风力发电机一般有风轮、发电机（包括装置）、调向器（尾翼）、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。

风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风
力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能。

发电机在风轮轴的带动下旋转发电。

风轮是集风装置，它的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。

一般风力发电机的风轮由2个或3个叶片构成。

在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。

风力发电机中调向器的功能是使风力发电机的风轮随时都迎着风向，从而能最大限度地获取风能。

一般风力发电机几乎全部是利用尾翼来控制风轮的迎风方向的。

尾翼的材料通常采用镀锌薄钢板。

限速安全机构是用来保证风力发电机运行安全的。

限速安全机构的设置可以使风力发电机风轮的转速在一定的风速范围内保持基本不变。

塔架是风力发电机的支撑机构，稍大的风力发电机塔架一般采用由角钢或圆钢组成的桁架结构。

风力机的输出功率与风速的大小有关。

由于自然界的风速是极不稳定的，风力发电机的输出功率也极不稳定。

风力发电机发出的电能一般是不能直接用在电器上的，先要储存起来。

目前风力发电机用的蓄电池多为铅酸蓄电池。

风机叶片是风力发电技术进步的关键核心。

风力机部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。

我国风机叶片行业的发展是伴随着风电产业及风电设备行业的发展而发展起来的。

由于起步较晚，我国风机叶片最初主要是依靠进口来满足市场需求的。

随着国内企业和科研院所的共同努力，我国风机叶片行业的供给能力迅速提升。

目前，我国风机叶片市场已经形成外资企业、民营企业、研究院所、上市公司等多元化的主体投资形式。

外资企业主要有GE、LM、GAMESA、VESTA S等，国内企业以时代新材、中材科技、中航惠腾、中复连众为代表。

截至到2008年5月，中国境内的风电机组叶片厂商共有31家。

其中，已经进入批量生产阶段的公司有10家。

2008年，已经批量生产的叶片公司生产能力为460万千瓦。

预计2010年，这些叶片公司全部进入批量生产阶段后，综合生产能力将达到900万千瓦。

（3）地热发电地热发电的相关技术已经基本成熟，进入了商业化应用阶段。

美国拥有世界上最大的盖塞斯地热发电站，装机容量达2080MW。

菲律宾的地热发电装机容量也高达1050MW，占该国电力装机总容量的15%。

目前全世界地热发电站约有300座，总装机容量接近1×104MW，分布在20多个国家，其中美国占40%。

我国地热发电在新中国成立后开始研究，于1970年，中国科学院在广东省丰顺县汤坑镇邓屋村建起了发电量60kW的地热发电站。

这是我国第一座地热试验发电站。

1976年，全世界海拔最高的地热发电站在我国羊八井盆地建成发电，现已兴起了一座崭新的地热城，地热开发利用正向综合性方向发展。

目前，该电厂已有8台3000kW机组，总装机25MW，年发电量在拉萨电网中占到45％。

羊八井地热发电站目前是我国最大的地热发电站。

地球是一个巨大的热仓库。

其内部的热能根据科学家的推算，全球潜在地热能源的资源量约4×1013MW，相当于现在全球能耗的45×104倍。

地热是一种洁净的可再生能源。

地热发电是利用超过沸点的中、高温地热（蒸汽）直接进入并推动汽轮机，并带动发电机发电，或者通过热交换利用地热来加热某种低沸点的工作流体，使之变成蒸气，然后进入并推动汽轮机，带动发电机发电。

最近发展起来的“热干研过程法”地热发电法不受地理限制，可以在任何地方进行地热开采。

原理是首先将水通过压力泵压入地下4到6km深处，在此处岩石层的温度大约在200℃左右。

睡在高温岩石层被加热后通过管道加压被提取到地面并输入一
个热交换器中。

热交换器推动汽轮发电机将地热转化成电能。

而推动汽轮机工作的热水冷冻后再重新输入到地下供循环使用。

世界上第一座地热发电站要算是1904年在意大利的拉德雷诺建成的小型地热电站，它是用地热蒸汽推动涡轮机发电的，但功率很小，只点亮了5盏电灯。

后来经过充实发展，目前该电站的装机容量已达548MW。

当初这座电站虽然只能点亮5盏电灯，却开创了地热发电的历史。

目前世界上最大的地热发电站装机容量已经达到了1000MW，位于美国加利福尼亚盖瑟尔斯。

（4）潮汐能发电目前，世界各地已建成了许多潮汐电站，其中规模最大的是法国的郎斯电站，装机容量240MW。

规模较大的还有加拿大的安那波利斯电站、中国的江厦电站和幸福洋电站、原苏联的基斯洛电站等。

潮汐能发电的工作原理与一般的水力发电原理差不多。

它建筑一条大坝把靠海的河口或者海湾与大海隔开，形成一个大水库，发电机组安装在拦海大坝里面，大部分机器在地面下，利用潮汐涨落的位能差来推动水力涡轮发电机组发电。

潮汐发电与水力发电的原理相似，它是利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程。

具体地说，由于潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，因此就使得潮汐发电出现了不同的型式，例如：（1）单库单向型，只能在落潮时发电。

（2）单库双向型：在涨、落潮时都能发电。

（3）双库双向型：可以连续发电，但经济上不合算，未见实际应用。

世界上第一座潮汐电站是法国的郎斯河口电站，其装机容量为240MW，年均发电量为544GWh。

中国沿海已建成9座小型潮汐电站，1980年建成的江厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，也是世界上较大的一座，其总装机容量为3200kW，年发电量为10.70GWh。

世界较大的潮汐电站至今运行正常，证明潮汐发电在技术上是可行的，可是从20世纪80年代至今，近20年来几乎没有建新的潮汐电站，100MW级的潮汐电站没有一个建设投产。

没建新的潮汐电站的原因主要是考虑电站的经济性和潮汐大坝对环境的影响。

（5）生物能发电城市垃圾发电是30年代发展起来的新技术，最先利用垃圾发电的是德国和美国。

目前，美国垃圾焚烧发电约占总垃圾处理量的40%，已建立了几百座垃圾电站，其中底特律市拥有世界上最大的日处理垃圾4000t的垃圾发电厂。

日本城市垃圾焚烧发电技术发展更快，垃圾焚烧处理的比例已接近100%。

生物能发电在我国尚处于起步阶段，蔗渣/稻壳燃烧发电、稻壳气化发电和沼气发电等技术已得到应用，总装机约800MW。

深圳垃圾发电厂已运行了七年，为垃圾发电在我国的发展积累了一定的经验，这将为解决我国城市垃圾处理问题带来新的希望和契机。

沼气具有较高热值，与其他燃气相比，抗爆性能较好，是一种可再生的清洁能源。

沼气一般在农村比较多使用，传统上大多利用沼气取暖、炊事和照明。

沼气发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项新型沼气利用技术，它将沼气用作发动机燃料，驱动发电机产生电能。

由于城市化进程大城市，利用垃圾沼气发电也成为了可再生能源的一大热点。

在我国，上海，北京，深圳等大城市正在或准备建立垃圾沼气发电厂。

我国第一家垃圾沼气发电厂是在1998年10月，在杭州天子岭垃圾填埋场建成。

在我国，目前拥有1000万座沼气池。

但总体上沼气应用范围不够广，利用率也比较低。

我国城市垃圾量以每年6%～7%的速度递增，而我国90%以上的城市处理垃圾的方式采取的是填埋方式，许多大城市垃圾填埋场日处理垃圾在千吨以上，如果能变废为宝，我国可以明显减少对化石能
源的依赖，减少石油进口。

在国外，沼气发电也是蓬勃发展，在2006年12月12日，世界上最大规模的利用垃圾沼气发电站在韩国建成并正式投入运营，发电规模为50MW级，这座沼气发电站生产的电力可为18万户家庭供电，它将替代韩国每年50万桶重油进口。

在此之前，全世界50MW级的沼气发电站仅在美国有1座。

随着沼气发电站的容量提高，沼气发电并网运行将会对整个电力系统造成冲击，继电保护相关问题也会随着容量提高而变得突出。

（6）燃料电池发电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。

日本也大力开展燃料电池及发电技术的研究，仅磷酸型燃料电池（PAFC）发电装机就已超过30MW。

加拿大、韩国以及欧洲许多国家也在燃料电池的研究与应用上取得了很大进展。

目前，PAFC是技术最成熟、商业化应用最广泛的燃料电池，其价格已降至1500美元/kW。

已有数百座PAFC型电站在美国、日本以及欧洲各国投入运行，容量最大的是东京电力公司的五井电厂（11MW）。

90年代中期以来，我国在PEMFC燃料电池研究方面取得了较大的进展。

燃料电池技术列入了国家""九五""科技攻关项目和中国科学院""九五""应用研究与发展重大项目，其研究目标直指国际水平。

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。

当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。

依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。

按燃料电池所用原始燃料的类型，大致分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池和汽油燃料电池。

燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。

使用燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，没有转动部件，理论上能量转换率为100%，装置无论大小实际发电效率可达40%～60%，可以实现热电联产联用，没有输电输热损失，综合能源效率可达80%，装置为集木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比，非常灵活。

燃料电池其原理与一般电池相同。

其单体电池是由正负两个电极（负极即燃料电极和正极即氧化剂电极）以及电解质组成。

不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。

而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。

因此燃料电池是名副其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。

电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。

原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。

燃料电池具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的特点，它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源，还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源，又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给，还能解决电网调峰问题。

随着燃料电池的商业化推广，市场前景十分广阔。

人们预测，燃料电池将成为继火电、水电、核电后的第四代发电方式，它将引发21世纪新能源与环保的绿色革命。

2005年，从事燃料电池开发的公司总投资额已超过10亿美元。

据统计，2005年全球拥有50万个固定的（静止式）燃料电池装置，到2010年，将有250万户家庭使用燃料电池，同时全球拥有60万台燃料电池汽车，占世界汽车生产量的1%。

结论：随着经济全球化的进一步发展，世界各国的联系日益密切，经济和社会发展相互依存，世界已没有一个国家能够离开其它国家而孤立地发展，特别是温室气体排放引起的全球气候变化问题影响着全球每一个国家，因此，应对全球能源资源和环境问题是世界各国的共同责任。

但是，由于世界各国的发展阶段不同，所具备的能力和承担的责任也应不同。

发达国家已经完成了工业化进程，技术、人才及经济实力都很强，而且全球能源资源大部分是由发达国家消耗的，因此，发达国家在开发利用清洁能源、保护环境方面应该承担更大的责任。

前，全球可再生能源已经进入了加快发展的重要时期，既充满希望，也面临挑战。

这次国际可再生能源大会是一次总结经验、加强交流、规划未来的重要会议，将会起到“增进共识、加强合作、落实行动、共同发展”的作用，相信在世界各国的共同努力下，可再生能源必将得到更快、更好的发展，将对全球可持续发展产生积极的推动作用。

能源是人类社会赖以生存的物质基础，是经济和社会发展的重要资源。

几百年前，人类利用的能源主要是生物质能等传统的可再生能源。

工业革命以后，煤炭、石油、天然气等化石能源快速发展，逐渐成为生产生活的主导能源，对推动世界经济发展和人类社会进步发挥了巨大作用。

目前，全球每年生产和消费的能源总量已经超过100亿吨标准油，其中90%左右是化石能源。

但化石能源不可再生，其大规模的开发利用，迅速消耗着地球亿万年积存下的宝贵资源，同时也带来了气候变化、生态破坏等严重的环境问题，直接威胁着人类的可持续发展。

随着科学技术的进步，人类对可再生能源尤其是风能、太阳能、水能等新型可再生能源的认识不断深化。

这些能源资源分布广，开发潜力大，环境影响小，可以永续利用，有利于促进经济社会的可持续发展。

上个世纪七十年代以来，可再生能源的开发利用日益受到重视，产业规模持续扩大，技术水平逐步提高，成为世界能源领域的一大亮点，呈现出良好的发展前景。