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1、新能源发电技术的前景 摘要：能源是人类生存和发展的重要物质条件。煤炭、石油、天然气等化石能源支持了19和20世纪近200年来人类文明进步和经济社会发展，但煤炭、石油、天然气等不可再生能源持续增长的大量消耗，不仅使人类面临资源枯竭的压力，同时更感到了环境问题的严重威胁。目前，提高能源利用效率、开发利用可再生能源、保护生态环境、实现可持续发展已成为国际社会的共同行动可再生能源丰富、清洁，可永续利用。加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。关键词：新能源 发电技术 前景在经济发展、社会进步的同时，人们认识到了一个严峻的现实：几亿年形成的
2、矿物质燃料储量是有限的，地球自净化的环境容量也不是无限的，在经济高速发展进程中，人类过度消耗能源的同时，严重地污染了自己赖以生存的地球和空间，能源与环境是进入21世纪必须考虑的四大难题之首-能源、环境、人口和粮食。节约能源，抑制化石燃料的过度消耗；保护环境，净化人类生存的有限空间；开发与利用再生能源与新能源，带来在环境及价格上均有竞争能力的能源革命。既满足人类当前发展的需要，又不对后代人满足其需求的能力构成危害，这一“持续发展”已成为人类当前和未来共同遵循的迫切问题。可再生能源包括生物质能、水能、太阳能、风能。地热、海洋能等。1995年全球可再生能源占一次能源的18，预计到2050年将达22，
3、到21世纪末，将达到33，即11G吨标煤。因此可以说，21世纪是可再生能源世纪。目前技术比较成熟，已经开始大规模利用的新能源是风能、太阳能、沼气、燃料电池这四种。现有的新能源发电方法很多，其中有：地面太阳能发电、卫星太阳能发电、地面风能发电、高空风能发电、地壳热能发电、岩浆热能发电、潮汐发电、波浪发电、海水温差发电、核聚变能发电等等。由此可见，人类对新能源发电方法探索，已处在全方位、高科技、重资金投入的时期，目的只有一个，就是要找到一种可以解决人类能源需求的新能源发电方法。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
4、总容量已经接近4104MW，占全世界总装机容量的1%。其中风力发电装机容量已达到1.8104MW，太阳能光伏发电装机容量近的1104MW。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33104kW，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。太阳能作为清洁无污染的新能源方式之一，同样具有广阔的发展前景。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
5、联网营运的经验，1104kW塔式和525kW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1103MW。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。在我国太阳能发电主要以光伏发电为主，近年来，我国通过国
6、陈合作光伏发电取得了一定的进展。据统计，到2001年我国的太阳电池年产量已达4 MW，累计装机容量达到23MW，此后陆续建成了一些新的生产厂，使我国太阳电池的生产能力得到了较大的增长，到2002年底我国的光伏系统累计的装机容量达40 MW，但是多晶硅太阳能电池还仅仅处于少量的试生产阶段。虽然我国的光伏生产和开发研究取得了一些成绩，但与国外相比，还有很大的差距，投人太少，生产规模小，技术水平较低，应用系统的商品化程度不高，市场发展迟缓等，另外目前我国的太阳能发电还处于中小规模利用阶段。人类大规模利用太阳能的另一条有效途径。燃料电池电池发电。燃料电池(Fuel Cell: FC)是一种新型的发电方
7、式，与传统的火力发电等方式比它具有效率高、噪声低、污染低等优点，发电效率可达60%一70%,是迄今为止发电效率最高、污染物排放最少的化石燃料发电技术。随着技术的发展，不仅可直接用作分散电源，安装在用户附近节省输变电投资。未来可建成以煤为原料的大型中心电站，被视为21世纪很有发展前途的高效清洁的发电方式之一。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150
8、0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。风力发电是新能源中技术最成熟的、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式，随着利用风能发电的技术逐渐成熟，其发电成本已可以和常规能源相比拟了，在美国其上网电价5美分，而其他国家大体上也是如此。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
9、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221108kWh。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
10、入运行。同时国产化风力机组的开发也取得了一定成果，但我国风力发电成本仍然较高，主要原因之一是大型风力发电机组几乎都是引进的。我国小型风力发电技术已经比较成熟。我国能够自行研制和开发容盆从100W-l0kW共约10个风力发电机组品种，累计保有量已经居于世界第一位，与国外同类型机组相比，具有启动风速低、低速发电性好、限速可靠、运行平稳等优点，而且成本低，价格便宜。但在外观质量、叶片材料的应用和制作工艺水平上以及在较大容量的离网型机组的生产制造技术方面，还存在一定差距。我国发展风力发电的三大支柱是：技术、政策。投资。可以期望，进入新的世纪之时，风力发电会得到迅速发展，为我国经济可持续发展提供能源与环
11、保的保证。地热电站既没有燃料运输设备，也没有庞大的锅炉设备，所以也气对环境的污染，是比较清沽的能源。地热发电站发电后排出的热水，可供诸如采暖、医疗、洗涤、提取化学物质和农，业养殖。地热发电成本较水电、火电都低。地热发电是以地下热水和蒸气为动力源，其基本原理与火力发电类似。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1104MW，分布在20多个国家，其中美国占40%。我国地热发电站总装机容量30MW左右，
12、其中西藏羊八井、那曲、郎久三个地热电站规模较大。目前我国共有八座潮汐电站建成运行，容量5.4104kWh，最大的是80年代建成的浙江江厦电站，装机容量3.2MW。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
13、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。潮汐是指海水时进时退、海面时涨时落的这种自然现象。潮汐的最大潮差为8.9 m，据计算，世界海洋潮汐能或费量约为27亿kW，若全部转换成电能每年发电t大约为1.2万亿kWhe MP发电与水力发电的原理基本相似.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。2003年4月，英国科学家在德文郡北部距离海岸1.3 km的海洋中，建造了世界第一座潮汐发电站。这台潮汐发电机采用单转子发电系统，装有一个直径11m的
14、叶轮，工作时可产生300 kW的电力。中国的煤炭资源以及开始显现枯竭迹象，而且煤炭所产生的大量二氧化碳不利于环境保护，寻找替代能源及利用可再生能源成为中国经济发展的决定力量。新能源的开拓是我国能源产业发展的必由之路。到2020年中国年需用煤量为40亿吨。我国已探明的煤炭储量为1145亿吨，按照目前能源的消耗速度，中国已探明的煤炭储量仅能维持30年的消耗。寻找可替代能源及开发可循环利用的能源将决定中国经济发展的命脉。从2003年开始，政府大力推进风能、太阳能、小水电、生物质能的发展，以期改变对传统能源的依赖。经过7年的高速发展，各种新能源的发展呈现出不同态势。太阳能发电目前最大的问翅是成本昂贵，
15、约为火电的6一8倍，提高转换效率、降低成本是光伏发电技术发展的关键。晶体硅太阳能电池转换效率虽高，但成本难以大幅度下降，而商效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径，据估算，到2020年，太阳能发电的成本可大体与火电成本相比拟，那时，光伏发电进入规模发展期。在我国，按照国家计委制订的“光明工程”计划，2010年解决2000万人口的照明和用电，光伏总容量将达到300 MW，到2015年将开始大规模发展并网式光伏系统。另外，随着人类航天技术以及微波输电技术的进一步发展，空间太阳能电站的设想可望得到实现。由于空间太阳能电站不受天气、气候条件的制约，其发展显示出美好的前景，是人
16、类大规模利用太阳能的另一条有效途径。我国然料电池发电的发展应以优先发展能组成大容量联合循环发电系统，能以煤气为燃料，并具有降低造价潜力的高温燃料电池发电技术。即选择MCFC和SOFC为我国电力系统燃料电池发电技术的主要发展方向。MCFC和SOFC各有特点，都有各自适用范围和发展潜力，但目前均未达到商业化。MCFC适合与底部热回收系统组成热电联供，SOFC则适合加压运行扩底部采用燃气轮机和余热回收系统，组成高效率的复合循环发电系统。随着氢能技术发展，PEFC在移动电源、分散电源、应急电源、家庭电源等方面具有一定优势和市场潜力。AFC不适合民用发电，PAFC技术目前已趋于成熟，与MCFC, SOFC和PEFC比较，技术已相对落后，这4种燃料电池不应作为开发的方向。中国风力资源极为丰富，风能发电很可能作为可再生能源的主力军在今后能源产业中起到领军作用。中国气象科学院研究员朱瑞兆提供的数据显示，中国风能资源仅次于美国
