新能源发电知识

新能源发电知识 新能源发电介绍 内容提要:本文主要介绍了常规能源以外的各种能源的发电方式。叙述了各种能源开发的特殊性、大致的蕴藏量、能源转换的一般概念，简单地说明了我国对新能源的利用开发情况。 关键词: 能源 海洋能 地热能 太阳能 风能 生物质能 1?新能源概念 本文所谓新能源是相对于常规能源而言。常规能源是目前各国电力工业广泛使用的矿物燃料发电、水力发电和核能发电。目前已经开始使用或正在开发使用的新能源有:海洋能发电、地热发电、太阳能发电、风能发电、生物质能发电和其他能源发电。其实，这一类所谓新能源在人类古老的时代早已被利用，现在只不过是在高新技术的基础上加以开发和利用。 新能源是属于可再生能源，它们共同的特点是:能源密度低、蕴藏的分散性、间隙性、随机性。因此它们的开发和利用受到一定的限制，在技术上也有一定的难度。但新能源又是属于清洁能源，它们的开发利用不会污染环境。而化石能源的生产和消费正在改变着全球的气候，环境问题将对能源的供应产生重大的影响。因此，大力开发利用新能源和可再生能源将是各国未来能源政策的重大选择。 可再生能源有三个初始来源:阳光、地热和潮汐。其中阳光是最大的来源。整个地球每年接受太阳能折合1086×1018 kwh。这些能量转变为大气和水的显热和潜热，从而形成地球上的风能、水能、波浪能和海流能等动能。阳光还通过植物的光合作用转变为生物质能每年约折合876×1012 kwh。地热能来自地球内部的热量和地壳中的放射性元素衰变所释放的热量，通过热传导达到地面和海洋有306×1012 kwh。潮汐能来自月球和太阳的引力，每年约折合26×1012 kwh。从以上这些再生能源的数量来看，如果有几万分之一被利用那可真是取之不尽用之不竭的能源啊～ 2?海洋能发电 2.1 潮汐发电 潮汐发电是在潮差较大的海湾或河口筑堤构成水库，利用堤坝两侧潮汐涨落的水位差驱动水轮发动机发电。潮汐发电的方式有:单库单向式、单库双向式、双库式和抽水蓄能混合式。由于潮汐每天两次涨落，单库单向式每昼夜发电两次，每一周期运行工况为:?充水工况?等候工况?落潮发电工况?等候工况，平均日发电9,11小时;单库双向式每昼夜发电四次，每一周期运行工况为?等候工况?涨潮发电工况?充水工况?等候工况?落潮发电工况?泄水工况，平均日发电14,16小时;双库式的水轮发动机组安装在两个水库之间，一个库的进水闸在高潮位时引水进库，另一库的泄水闸在低潮位时泄水出海，使两个库之间终日保持一定水位差，水轮发动机可连续发电;抽水蓄能混合式(单库双向式)，当库内与海面水位接近时，用电网的电力抽水蓄能，涨潮时将海水抽入库内，落潮时将库内水往海中抽，以提高发电时的有效水头，增加发电量。每一周期运行工况为:?泵水出海工况?等候工况?涨潮发电工况?充水工况?泵水入库工况?等候工况?落潮发电工况?泄水工况。 潮汐电站一般采用贯流式机组。其特点是过流量大、水头低、比转速高。既要作水轮机运行，又要作水泵运行，既要正向旋转，又要反向旋转。主要有灯泡贯流式、全贯流式、明槽贯流式和轴伸贯流式。 中国可开发的潮汐资源约有21,000MW，年发电量600亿kwh。目前已建成7座潮汐电站，装机容量11MW。在浙江温岭县的江厦潮汐试验电站，装机3200kw 是目前我国最大的。 3?地热能发电 利用高温地热资源进行发电称为地热发电。地球表层以下15,30m的范围内，其热源来自太阳辐射，温度随昼夜四季变化。到一定深度，其热源来自地球内部。岩石中存在着的放射性元素的衰变所释放的热量是地球内热的主要来源。随着深度的增加，温度增加。每深入地下100 m 地温的增加称为地热增温率，在15 km深处地热增温率平均为2?/100m。由于人类钻井技术的限制，地热资源通常是指地壳上部10km以内所贮存的那部分资源。地热资源有蒸汽型地热资源、热水型地热资源、地压型地热资源和干热岩型地热资源。在现时条件下有经济上开发利用价值的地热相对富集区称为地热田。 3.1 地热发电装置 地热电站目前有两大类型。一类是利用地热蒸汽发电，一类是利用地热水发电。高温地热蒸汽发电系统简单，来自地热井的蒸汽经过井口分离装置分离掉蒸汽中的固体杂质，就可以进入汽轮发电机，排汽经冷凝后排掉。利用地热水发电又可分为两种基本类型。一种叫闪蒸地热发电系统(又称减压扩容法);另一种叫双循环式地热发电系统(又称中间介质法)。前者是以水作为工质来发电;后者则是通过地热水与低沸点工质的热交换，使之产生低沸点工质蒸汽去推动汽轮发电机。 4?太阳能发电 太阳氢核聚变所释放的总功率高达3.8×1020 MW。地球接受太阳电磁辐射仅有二亿分之一。经大气反射和吸收后达到地面的只有40%，约8×1010MW。但能流密度较低，只有1kw/m2，而且受到昼夜、季节、地理纬度、海拔高度和晴阴云雨等随机因素的影响。太阳辐射能被物体吸收，转换方式主要有:光?热、光?电、光?化学和光?生物质等几种转换方式。 4.1 太阳能热发电 太阳能热发电是利用太阳的热能通过热机带动发动机发电。吸收太阳的热辐射能转换成热能的装置叫集热装置。集热装置的分类有:?平板型集热器结构简单，没有跟踪装置，工作温度在100?以下，故转换效率在5 % 以下。?抛物面反射镜需要季节性调整其倾角，工作温度了达100,250?。?柱状抛物面线聚焦装置利用单轴跟踪，工作温度可达200,300?。?盘形抛物面点聚焦装置配用全跟踪系统，提供了最大可能聚焦度，工作温度达500,2000?。?定日镜是将多块大型平板玻璃反射镜铺装在带有曲面的钢架上，钢架可俯仰运动，由微型电子计算机控制进行方位角和仰角的双轴跟踪。?塔式聚光集热装置是在很大面积的场地上安装了几千台定日镜，各台定日镜之间有一定距离，以免跟踪运动时造成阴影遮住阳光。各台定日镜各自的跟踪系统正确地将太阳光反射到一个高塔顶部的接收器上。聚光倍率超过1000倍。?分散式太阳能热发电是采用许多套小型集热装置，通过管道将热能汇集起来再进行热电转换。或者将各部分发出的 电力汇集起来，联成系统，对外输出。这种分散式太阳能热发电系统又称为太阳能场(solar farm)。 4.2 太阳能光发电 太阳能光发电是不通过热过程，而是直接将太阳能转换成电能。其分类有:?光伏发电是使用一种具有光伏效应的半导体器件将太阳光转换成电力输出。迄今为止，人们已经研究出100多种不同材料、不同结构、不同用途和不同型式的太阳能电池(又称光伏电池)。宇航飞行器和人造卫星都是由太阳能电池获得电能。?光感应发电是利用某些有机高分子团吸收太阳的光能后变成光极化偶极子的现象。分别把积聚在感应偶极子两端的正负电荷引出，即得到光电流。?光化学发电是利用在电解质溶液中半导体产生的光电现象，形成电子空穴对，在两极间产生电流?光生物发电是利用像叶绿素这样生物细胞，在光的作用下产生生物电现象，又称叶绿素电池。 太空发电尚是一种设想。用太阳能发电卫星在太空中将太阳光能转换成电能，然后再转换成微波向地面发射。以现有的技术来实现这种设想是完全可能的，关键是太空电站的造价问题。 5?风能发电 风能本身也是从太阳能转化而来，由于太阳辐射使地球表面大气温度不一，从而产生空气的流动。全球能利用的风能约为 2×1010 kw。中国风能资源约为 1.6×108 kw。全世界风力发电装机容量已经达到2652 MW。中国风能发电已 MW。 有16.8 5.1风力发电机组 风能可以通过风力发电装置直接转换为电能。由于风能是随机性的，风力大小时刻变化，必须根据风力大小及时通过控制装置来实现风力发电机组的启动、调节(转速、电压、频率)、停机、故障保护(超速、振动、过负荷)。小容量风力机一般采用继电器、接触器及传感元件组成的控制装置;大容量风力机普遍采用微机保护。风力机的运行方式可以独立运行，也可并网运行。并网运行又可分为:?恒速恒频方式和?变速恒频方式。 风力发电机组的单机容量从几十瓦至几兆瓦。1MW以上为大型，100kw,1MW为中型，1kw,100w为小型，小于100w为微型。风力机是将风的动能转换为机械转动能的装置，其结构有水平轴风力机和垂直轴风力机。水平轴风力机又可分为:单叶片式、双叶片式、三叶片式、多叶片式、帆叶式、上风向式和下风向式等;垂直轴风力机又可分为:S型、杯型、涡轮型、板翼直叶片式、车翼式、空气偏导器式、文丘里式等。 6?生物质能发电 绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量称为生物质能。常见的有薪柴、秸杆、杂草、工业有机废水废物厌氧发酵产生的沼气， 6.1垃圾电站 利用垃圾焚烧取得热量而发电的称为垃圾电站。垃圾电站一般建在城市的郊区，可直接利用城市居民的生活垃圾。垃圾焚烧炉有水冷壁焚烧炉、半悬浮式水冷壁焚烧炉、直接焚烧炉、回转焚烧炉和低焰焚烧炉。垃圾燃烧过程一般不加助燃材料，靠自身燃烧，所以要控制燃烧强度的稳定性。垃圾电站有如下的优点: ?垃圾焚烧时，炉内温度一般为900?，炉心最高温度为1100?。经过焚烧，垃圾中的病原菌彻底杀灭，从而达到无害化的目的。?垃圾焚烧后，灰渣只占原体积的5%，从而达到减量化的目的。?垃圾焚烧之后，纸张、塑料和其他有机废物被完全去除，回收金属和玻璃比较容易。?垃圾焚烧发电，可补充电能的不足，有明显的节能效益。垃圾发电的关键问题是垃圾的质量和数量随季节的不同而发生变化，垃圾的筛选和分离，垃圾焚烧的有害排放等。垃圾气化燃烧技术正处于研究过程中。 6.2沼气电站 沼气具有热值21000,25000J/m3，辛烷值可达到125,130，1m3沼气可发电1.2,1.8kwh。沼气电站可分为纯沼气电站和沼气-柴油混烧电站。沼气池(或称消化池)产生的沼气经气水分离、脱硫化氢(脱二氧化碳)等净化后，由贮气柜送至稳压箱稳压后供给沼气发动机，从而驱动发电机发电。沼气发动机一般为往复式内燃机。配套的发电机可以是同步发电机或是感应发电机。中国已经研制出0.5,250kw不同容量的沼气发动机组。已建成沼气电站115座，总装机容量2342kw，年发电3010Mwh。 7?新能源联合发电系统 各种能源发电中，有的资源丰富，但受气候和地理条件的影响，来源不稳定;有的本身是廉价或无偿的，但转换成电能成本较高价格较贵。依据各种能源的特点，包括稳定和不稳定的，丰富的和不足的，普遍的和区域性的，价昂的和便宜的，在经济上和技术上进行互补，各自发挥其优势，又互相弥补其不足。这就是新能源联合发电系统的优点。 联合发电形式之一，在较高纬度地区冬季太阳辐射弱而风力强，夏季太阳辐射强而风力弱，这就可以风力发电和太阳能发电都输入到同一个贮能装置;北方地区小水电全年利用率很低，枯水期可利用风能和太阳能进行抽水蓄能，提高小水库的作用;风能和太阳能还可为沼气池提供搅拌动力和保温热量，以提高产气率。 联合发电形式之二，有些新能源不一定需要直接用于发电，可以作为另一种能源的前一级转换。叫做“梯级转换”或“接力转换”。如沿海地区波浪和风力都很不稳定，可以先利用风力发电和波浪发电，用抽水蓄能将电能转换为水库的位能，然后再进行小型水力发电。 联合发电形式之三，新能源与常规能源组成联合发电系统。如风力发电机组与柴油发电机组并联运行;太阳能为火电厂锅炉进行给水预热;沼气与柴油并用进行内燃机发电。 联合发电形式之四，从全能系统的观点来看，根据各种能的性质和特点，以其有效的能量输出形式，并按其不同的能级分别加以利用，组成联合系统，老提高系统的总效率。 参考文献 [1] 倪安华 《电力新能源发电》 [2] 于国强 《新能源发电技术》 出版社:中国电力出版社