新能源發電技術發展研究

1、概述
在化石能源逐漸緊缺的情況下，世界各國都開展了對新型可再生能源的研究。近年來，除水利發電之外，可再生能源發電的總容量已超過4萬MW。國內自然資源日益緊缺的狀態下，新能源的開發研究與發達國家相比，表現出明顯的滯后現象。因此推動新能源的開發利用已迫在眉睫。
2、重要的新能源發電技術
2.1 太陽能光伏發電
光伏發電利用光生伏特的原理，將太陽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方式，但不論是何種方式，光伏發電系統中都包含太陽能電池板組件、控制器和逆變器，這些都是由重要的電子元器件構成，因此光伏發電設備具有較高的耐久性，安裝較為方便。太陽能光伏發電技術被廣泛地應用于各種需要電源的場合，大至航天器，小到兒童玩具。太陽能光伏發電系統如圖1 所示。

圖1 太陽能光伏發電系統
在光伏發電系統中，太陽能電池板主要作用是將太陽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。太陽能充電控制器的作用是對整個系統的工作狀態進行控制，避免蓄電池過度充電或者過度放電，在有些溫度差異較大的地帶，控制器還必須實現溫度補償功能，對系統中的零部件進行保護。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能電池板發出的電能及時儲存起來，以便及時利用。系統中的逆變器實現直流電向交流電的轉換，因為太陽能光伏發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，隨著對太陽能電池效率的研究進步和電池的生產成本降低，可以與火力發電開展價格競爭。
2.2 風力發電
風力發電的原理是將風的動能轉換為機械能，再將機械能轉換為電能。在應用過程中，風力會帶動風車葉片旋轉，系統中的增速機提高旋轉速度，帶動發電機發電。風力發電是目前世界發電領域的熱潮，風力發電技術不需要應用燃料，同時也不會出現輻射和空氣污染。風力發電系統中重要的設備是風力發電機組，文章只重點探究變速恒頻風力發電系統。
變速恒頻風力發電系統發電機組的轉速可以根據風速的變化實現控制，以得到恒定的頻率。通過貝茲證明可以知道，風力發電機組需要從自然風中吸收功率，若將此吸收功率記為P。則：P=½CPAQv²
式中：CP-風力發電機組的功率系數；A-風力發電機扇葉的掃掠
面積；Q-實際空氣密度；v-實時風速。
其中風力發電機組的功率系數CP是葉尖速比S與槳葉節距角d的函數，S=wmR/v，其中wm是風力發電機機械角的速度，R是風輪半徑。
風能與風速的三次方呈正比，在實際應用中，風速在一定范圍類變化，如果一定程度上允許風力機作變速運行，將可以實現風能的zui大化利用。從理論上面分析，風力機的風能利用系數CP隨著葉尖速比S 的變化而變化，在風能利用系數不斷變化的過程中，必定有一個時間點的葉尖速比S使得風能利用系數CPzui大，二者的變化圖象如圖2所示。

圖2 風力機S-CP曲線
圖中，橫坐標表示葉尖速比S，縱坐標表示風能利用系數CP。
對于恒速恒頻風力發電系統的風力機而言，它只能固定在某一轉速上，但是自然界的風能具有較大的隨機性和爆發性，風速也不可能固定不變，在風速發生變化的過程中，風力機必定偏移設定的*速度，顯然風能利用系數CP不能維持在*值，所以必定導致風力資源的浪費，很大程度上降低發電效率。
變速恒頻風力發電技術的應用，能實現在風速變化的過程中不斷獲得zui大風能，以自然界風速的變化為基準，智能調節風力發電機的轉速，在風速變化的情況下實現風力發電機轉速的調節，控制發電機轉速運行于*狀態，在變速恒頻發電機的運行過程中，發現風能利用系數CP始終接近或達到*利用值，大大提高了發電機組的發電效率，實現了自然風能的zui大化利用，優化了風力機組的運行條件。隨著技術的不斷革新，變速恒頻發電系統衍生出多種形式，主要包括雙饋發電機變速恒頻系統、籠型異步發電機系統、永磁同步發電系統。
2.3 地熱發電
地熱發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。在地熱能開發和能量轉換的過程中，這些形式的地熱資源都可以作為發電的重要原料。目前為止開發較多的地熱資源是蒸汽型資源和熱水型資源。地熱發電在應用的過程中不需要燃料，與火力發電和水力發電相比，降低了成本，另外，地熱開發設備的應用周期較長，與水電站相比，建設投資也較低，不會受到將于季節的影響，發電過程中較為穩定，可以降低對環境的污染，具有廣闊的應用前景。
2.4 海洋能發電
海洋能發電的過程是將海洋中蘊藏的能量開發出來，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，在應用過程中不會產生污染，由于受到地域的限制，在能量開發方面具有一定的困難。但目前潮汐發電和波浪發電技術已在國內獲得了應用和推廣。
2.5 生物質發電
生物質發電技術是利用生物質中所蘊含的生物質能進行發電，生物質能是一種的可再生能源，在應用過程中常見的發電方法有廢棄物直接燃燒、垃圾填埋氣、沼氣等。以垃圾發電為例，主要包括垃圾焚燒發電和垃圾氣化發電，在解決垃圾污染問題的同時，可以回收垃圾中的能量，在焚燒過程中將能量釋放出來獲得蒸汽，利用蒸汽推動發電機組發電，在這一技術的應用過程中，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
在開展不同新能源發電技術的研究中，必須大力推行具有操作性的能量利用方式，可以將重點放在利用新能源取代核電發展中。新能源的形式有很多種，發電方式的技術要求也是不同的，未來的能源規劃中，必須將太陽能發電和城市垃圾發電作為研究的重點。因為太陽能發電具有較大的穩定性優勢，垃圾發電可以解決城市污染問題，值得研究推廣。