可再生能源利用與發(fā)電技術

可再生能源利用與發(fā)電技術課程：電氣工程學科進展系列講座報告人：學號：單位：1引言隨著傳統(tǒng)化石燃料，如石油、煤礦、天然氣等儲存量不斷減少，而同時社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，對能源的需求日益增加，以及環(huán)境惡化的巨大壓力，新能源被提到了更重要的位置。雖然中國還處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的關鍵階段，但是仍然在哥本哈根會議上提出努力的方向，“到2020年單位國內生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%—45%”。新能源是一個有力的工具。進入21世紀以來，太陽能、風能、海洋能、生物質能等可再生新能源發(fā)展很快，并且逐漸走向成熟和規(guī)?；嫉谋戎匾灿型蠓忍岣?，為人類解決能源和環(huán)保問題開辟了新的天地。從目前世界的能源結構來看，以資源有限、污染嚴重的石化能源為主的能源結構將逐步轉變?yōu)橐再Y源無限、清潔干凈的可再生能源為主的能源結構.太陽能、風能、水能、海洋能、生物質能、地熱能、燃料電池等可再生能源作為新興的綠色能源，以其永不枯竭、無污染、不受地域資源限制等優(yōu)點，正得到迅速的推廣應用。2可再生能源利用非再生能源，也叫不可再生能源，用完后不可重新生成（至少在短期內無法恢復），總有枯竭的一天。如化石燃料和核燃料均為非再生能源。據(jù)估計，按照現(xiàn)有的探明儲量和開采程度，地球上的化石燃料最多還可使用幾百年。可再生能源，可以循環(huán)使用，能夠有規(guī)律地不斷得到補充，沒有使用期限，也不會因長期使用而減少。如太陽能、水能、風能、海洋能、地熱能和生物質能，均為可再生能源。2.1太陽能太陽能利用主要有太陽能的熱利用和發(fā)電兩種途徑。熱利用以太陽能熱水器為代表，主要集中在小城鎮(zhèn)和農村地區(qū)，由于城市土地緊張以及政策、規(guī)劃和設計等因素，太陽能的熱利用在城市屬于個案，如位于深圳市龍崗區(qū)的振業(yè)城是華南第一個大規(guī)模應用太陽能技術的社區(qū)，整個太陽能中央熱水系統(tǒng)采用的是聯(lián)集式全玻璃真空式太陽能集熱器。太陽能板和屋頂結合，與保溫水箱分離，這種安裝方式達到形式與功能的統(tǒng)一，與建筑較為完美的結合，這些太陽能熱水器還設置了電輔助加熱設施，即使在陰雨天也可正常使用，能提供適宜身體的水溫。而集中利用則較少。另一種主要的途徑就是太陽能光伏發(fā)電，雖然近些年來光伏發(fā)電技術有了較大的進步，但是與常規(guī)發(fā)電方式和核發(fā)電相比太貴了，經(jīng)濟性不強。2.2風能中國的風能資源豐富和較豐富的地區(qū)主要分布在兩個大帶：一是三北(東北、華北、西北)地區(qū)豐富帶。風能功率密度在200W//?300W//以上，有的可達500W/皿，可利用的小時數(shù)在5000h以上，有的可達7000h以上。二是沿海及其島嶼地豐富帶。年有效風能功率密度在200W/tf以上，可利用小時數(shù)在7000h?8000h。這一地區(qū)特別是東南沿海，由海岸向內陸是丘陵連綿，所以風能豐富地區(qū)僅在海岸50km之內?！犊稍偕茉捶ā穼嵤┮詠恚袊娘L電產(chǎn)業(yè)和風電市場發(fā)展十分迅速，截至2007年底，中國已累計建成100多個風電場，分布在22個省、市、自治區(qū)，新增裝機容量3304MW，累計風電裝機容量達到5906MW，已躋身世界第五位，成為世界上最主要的風電市場之一。2.3生物質能生物質能的利用途徑主要有以下三種：生物質燃料油作為替代石油的重要戰(zhàn)略選擇，生物質能可直接生產(chǎn)和提供動力液體燃料，這對于解決交通能源十分重要。生物柴油是清潔的可再生能源，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黃連木等油料林木果實、工程微藻等油料水生植物以及動物油脂、廢餐飲油等為原料制成的液體燃料，是優(yōu)質的石油柴油替代品。生物質酒精是由甘蔗、小麥等作物進行生化轉換，主要是通過厭氧消化制取沼氣和通過酶技術制取乙醇液體燃料，可以與汽油混合使用，是未來汽油的優(yōu)良替代品。生物質固體燃料固型燃料燃燒是新推廣的技術，它把生物質固化成型后，再采取傳統(tǒng)的燃煤設備燃用。其優(yōu)點是充分利用生物質能源替代煤炭，生物質固體燃料可以用來發(fā)電、供熱，它對煤炭的替代使用可以削減大氣中二氧化碳和二氧化硫的排放量。(3)生物質氣化主要是以低生物質為原料的氣化技術，使低生物質完成從固態(tài)到可燃氣體的轉化。低生物質是以農作物秸桿為主，還可以使用玉米芯、木屑、柴草等。生物質氣化技術的用途與城市管道煤氣相同，燃燒穩(wěn)定、熱效率高，適用于炊事、取暖、鍋爐等。3可再生能源在發(fā)電系統(tǒng)中應用可再生能源發(fā)電技術的發(fā)展和規(guī)模的擴大，使其逐步從補充型能源向替代型能源過渡。下面簡介幾種主要的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng).圖1是一個太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖.該系統(tǒng)由太陽能、光伏陣列、雙向直流變換器、蓄電池或超級電容和并網(wǎng)逆變器構成.光伏陣列除保證負載的正常供電外，將多余電能通過雙向直流變換器儲存到蓄電池或超級電容中；當光伏陣列不足以提供負載所需的電能時，雙向直流變換器反向工作3.2風力發(fā)電系統(tǒng)風力發(fā)電按照風輪發(fā)電機轉速是否恒定分為定轉速運行與可變速運行兩種式.按照發(fā)電機的結構區(qū)分，有異步發(fā)電機、同步發(fā)電機、永磁式發(fā)電機、無刷雙饋發(fā)電機和開關磁阻發(fā)電機等機型.風力發(fā)電的運行方式可分為獨立運行、并網(wǎng)運行、與其它發(fā)電方式互補運行等.3.3燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池是一種將持續(xù)供給的燃料和氧化劑中的化學能連續(xù)不斷地轉化為電能的電化學裝置.燃料電池發(fā)電最大的優(yōu)勢是高效、潔凈，無污染、噪聲低，模塊結構、積木性強、不受卡諾循環(huán)限制，能量轉換效率高，其效率可達40%—65%。燃料電池被稱為是繼水力、火力、核能之后第四代發(fā)電裝置和替代內燃機的動力裝置。3.4混合能源發(fā)電系統(tǒng)利用風能資源和太陽能資源天然的互補性而構成的“風力一太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)”，可以彌補因風能、太陽能資源間歇性不穩(wěn)定所帶來的可靠性低的缺陷，在一定程度上提供穩(wěn)定可靠電能?！疤柲芄夥茪鋬δ堋剂想姵匕l(fā)電系統(tǒng)”的結構如圖2所示。圖2太陽能光伏制氫儲能-燃料電池發(fā)電系統(tǒng)4總結我國新能源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步較晚，技術相對落后，總體產(chǎn)業(yè)化程度不高，但同時，我國具備豐富的天然資源優(yōu)勢和巨大的市場需求空間，在國家相關政策引導扶持下，新能源領域成為投資熱點，技術利用水平正逐步提高，具有較大發(fā)展空間。中國新能源的發(fā)展現(xiàn)狀為：產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，發(fā)展速度加快，但普遍存在產(chǎn)業(yè)鏈尚不完整或上下游產(chǎn)業(yè)鏈無法對接的問題。與發(fā)達國家比，平均技術水平偏低、利用成本較高，產(chǎn)品競爭力弱。從新能源的發(fā)展前景看，國家政策將為新能源發(fā)展創(chuàng)造有利環(huán)境。自主技