新能源發(fā)電技術(shù)發(fā)展研究

1、概述
在化石能源逐漸緊缺的情況下，世界各國都開(kāi)展了對新型可再生能源的研究。近年來(lái)，除水利發(fā)電之外，可再生能源發(fā)電的總容量已超過(guò)4萬(wàn)MW。國內自然資源日益緊缺的狀態(tài)下，新能源的開(kāi)發(fā)研究與發(fā)達國家相比，表現出明顯的滯后現象。因此推動(dòng)新能源的開(kāi)發(fā)利用已迫在眉睫。
2、重要的新能源發(fā)電技術(shù)
2.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電
光伏發(fā)電利用光生伏特的原理，將太陽(yáng)能在電池中直接轉化為電能，電力的主要輸送方式包括獨立方式和并網(wǎng)方式，但不論是何種方式，光伏發(fā)電系統中都包含太陽(yáng)能電池板組件、控制器和逆變器，這些都是由重要的電子元器件構成，因此光伏發(fā)電設備具有較高的耐久性，安裝較為方便。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)被廣泛地應用于各種需要電源的場(chǎng)合，大至航天器，小到兒童玩具。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統如圖1 所示。

圖1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統
在光伏發(fā)電系統中，太陽(yáng)能電池板主要作用是將太陽(yáng)的輻射能量轉換為電能，并將電能存儲在蓄電池中，或直接為負載供電。太陽(yáng)能充電控制器的作用是對整個(gè)系統的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，避免蓄電池過(guò)度充電或者過(guò)度放電，在有些溫度差異較大的地帶，控制器還必須實(shí)現溫度補償功能，對系統中的零部件進(jìn)行保護。系統中應用的蓄電池一般為鉛酸電池，一些小型的發(fā)電系統中也廣泛采用鎳氫電池和鎳鎘電池，蓄電池的主要作用就是將太陽(yáng)能電池板發(fā)出的電能及時(shí)儲存起來(lái)，以便及時(shí)利用。系統中的逆變器實(shí)現直流電向交流電的轉換，因為太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統的輸出電壓為12v、24v、48v，且都為直流電，須將直流電轉換為交流電。
目前，隨著(zhù)對太陽(yáng)能電池效率的研究進(jìn)步和電池的生產(chǎn)成本降低，可以與火力發(fā)電開(kāi)展價(jià)格競爭。
2.2 風(fēng)力發(fā)電
風(fēng)力發(fā)電的原理是將風(fēng)的動(dòng)能轉換為機械能，再將機械能轉換為電能。在應用過(guò)程中，風(fēng)力會(huì )帶動(dòng)風(fēng)車(chē)葉片旋轉，系統中的增速機提高旋轉速度，帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電是目前世界發(fā)電領(lǐng)域的熱潮，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不需要應用燃料，同時(shí)也不會(huì )出現輻射和空氣污染。風(fēng)力發(fā)電系統中重要的設備是風(fēng)力發(fā)電機組，文章只重點(diǎn)探究變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統。
變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統發(fā)電機組的轉速可以根據風(fēng)速的變化實(shí)現控制，以得到恒定的頻率。通過(guò)貝茲證明可以知道，風(fēng)力發(fā)電機組需要從自然風(fēng)中吸收功率，若將此吸收功率記為P。則：P=½CPAQv²
式中：CP-風(fēng)力發(fā)電機組的功率系數；A-風(fēng)力發(fā)電機扇葉的掃掠
面積；Q-實(shí)際空氣密度；v-實(shí)時(shí)風(fēng)速。
其中風(fēng)力發(fā)電機組的功率系數CP是葉尖速比S與槳葉節距角d的函數，S=wmR/v，其中wm是風(fēng)力發(fā)電機機械角的速度，R是風(fēng)輪半徑。
風(fēng)能與風(fēng)速的三次方呈正比，在實(shí)際應用中，風(fēng)速在一定范圍類(lèi)變化，如果一定程度上允許風(fēng)力機作變速運行，將可以實(shí)現風(fēng)能的zui大化利用。從理論上面分析，風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數CP隨著(zhù)葉尖速比S 的變化而變化，在風(fēng)能利用系數不斷變化的過(guò)程中，必定有一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的葉尖速比S使得風(fēng)能利用系數CPzui大，二者的變化圖象如圖2所示。

圖2 風(fēng)力機S-CP曲線(xiàn)
圖中，橫坐標表示葉尖速比S，縱坐標表示風(fēng)能利用系數CP。
對于恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統的風(fēng)力機而言，它只能固定在某一轉速上，但是自然界的風(fēng)能具有較大的隨機性和爆發(fā)性，風(fēng)速也不可能固定不變，在風(fēng)速發(fā)生變化的過(guò)程中，風(fēng)力機必定偏移設定的*速度，顯然風(fēng)能利用系數CP不能維持在*值，所以必定導致風(fēng)力資源的浪費，很大程度上降低發(fā)電效率。
變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應用，能實(shí)現在風(fēng)速變化的過(guò)程中不斷獲得zui大風(fēng)能，以自然界風(fēng)速的變化為基準，智能調節風(fēng)力發(fā)電機的轉速，在風(fēng)速變化的情況下實(shí)現風(fēng)力發(fā)電機轉速的調節，控制發(fā)電機轉速運行于*狀態(tài)，在變速恒頻發(fā)電機的運行過(guò)程中，發(fā)現風(fēng)能利用系數CP始終接近或達到*利用值，大大提高了發(fā)電機組的發(fā)電效率，實(shí)現了自然風(fēng)能的zui大化利用，優(yōu)化了風(fēng)力機組的運行條件。隨著(zhù)技術(shù)的不斷革新，變速恒頻發(fā)電系統衍生出多種形式，主要包括雙饋發(fā)電機變速恒頻系統、籠型異步發(fā)電機系統、永磁同步發(fā)電系統。
2.3 地熱發(fā)電
地熱發(fā)電的原理是將地下熱能轉換為機械能，再將機械能轉換為電能。由于地熱能賦存形式的不同，一般將地熱發(fā)電分為蒸汽型、熱水型、干熱巖型、地壓型和巖漿型幾種。在地熱能開(kāi)發(fā)和能量轉換的過(guò)程中，這些形式的地熱資源都可以作為發(fā)電的重要原料。目前為止開(kāi)發(fā)較多的地熱資源是蒸汽型資源和熱水型資源。地熱發(fā)電在應用的過(guò)程中不需要燃料，與火力發(fā)電和水力發(fā)電相比，降低了成本，另外，地熱開(kāi)發(fā)設備的應用周期較長(cháng)，與水電站相比，建設投資也較低，不會(huì )受到將于季節的影響，發(fā)電過(guò)程中較為穩定，可以降低對環(huán)境的污染，具有廣闊的應用前景。
2.4 海洋能發(fā)電
海洋能發(fā)電的過(guò)程是將海洋中蘊藏的能量開(kāi)發(fā)出來(lái)，例如海流能、波浪能、溫差能、潮汐能等，海洋能是一種的可再生能源，在海洋中蘊藏豐富，分布廣泛，在應用過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生污染，由于受到地域的限制，在能量開(kāi)發(fā)方面具有一定的困難。但目前潮汐發(fā)電和波浪發(fā)電技術(shù)已在國內獲得了應用和推廣。
2.5 生物質(zhì)發(fā)電
生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是利用生物質(zhì)中所蘊含的生物質(zhì)能進(jìn)行發(fā)電，生物質(zhì)能是一種的可再生能源，在應用過(guò)程中常見(jiàn)的發(fā)電方法有廢棄物直接燃燒、垃圾填埋氣、沼氣等。以垃圾發(fā)電為例，主要包括垃圾焚燒發(fā)電和垃圾氣化發(fā)電，在解決垃圾污染問(wèn)題的同時(shí)，可以回收垃圾中的能量，在焚燒過(guò)程中將能量釋放出來(lái)獲得蒸汽，利用蒸汽推動(dòng)發(fā)電機組發(fā)電，在這一技術(shù)的應用過(guò)程中，可以很*地處理垃圾污染，回收部分能源，具有廣闊的應用前景。
3、結束語(yǔ)
在開(kāi)展不同新能源發(fā)電技術(shù)的研究中，必須大力推行具有操作性的能量利用方式，可以將重點(diǎn)放在利用新能源取代核電發(fā)展中。新能源的形式有很多種，發(fā)電方式的技術(shù)要求也是不同的，未來(lái)的能源規劃中，必須將太陽(yáng)能發(fā)電和城市垃圾發(fā)電作為研究的重點(diǎn)。因為太陽(yáng)能發(fā)電具有較大的穩定性?xún)?yōu)勢，垃圾發(fā)電可以解決城市污染問(wèn)題，值得研究推廣。