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        淺談新能源發(fā)電技術(shù)

        2019-07-05 18:43:32冀翔
        智富時(shí)代 2019年5期
        關(guān)鍵詞:新能源

        冀翔

        【摘 要】從全球的能源現(xiàn)狀出發(fā),詳細(xì)介紹了我國(guó)能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)研究新能源發(fā)電對(duì)我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)具有現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。介紹了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電兩種新能源發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)發(fā)展已經(jīng)趨于成熟;風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今非水可再生能源發(fā)電中技術(shù)最成熟、最具有大規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化前景的發(fā)電方式,也是近期發(fā)展的重點(diǎn);而燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置,它能量轉(zhuǎn)化效率高,幾乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物;風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)是一種綜合類發(fā)電技術(shù),目前處于起步階段。本文主要介紹了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電兩種新能源發(fā)電技術(shù)。

        【關(guān)鍵詞】能源轉(zhuǎn)型;發(fā)電技術(shù);新能源

        一、前言

        隨著社會(huì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng),人類對(duì)能源的消耗量急劇增加。就二氧化碳的排放量來(lái)說(shuō),現(xiàn)在的排放量是35萬(wàn)年以來(lái)最大的,因此,地球表面的平均溫度也較以前上升了0.76℃。過(guò)高的消耗量使全球正面臨著能源緊缺的危機(jī),有關(guān)專家對(duì)世界能源形勢(shì)預(yù)測(cè):到2030年,化石燃料的總性能將達(dá)到峰值,那以后可以使用的化石燃料將會(huì)變得非常有限;而到2050年,化石燃料的總性能將降到最低值,換句話說(shuō),到2050年將不再會(huì)有可以供人類使用的化石燃料,那時(shí)人類將面臨非常嚴(yán)峻的考驗(yàn)。能源緊缺已成為制約各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸,如何開發(fā)先進(jìn)安全的新能源使用技術(shù)、如何提高能源利用率也隨之成為世界各國(guó)關(guān)心的課題。

        二、我國(guó)能源和發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀

        我國(guó)作為工業(yè)大國(guó)和人口大國(guó),對(duì)能源的消耗量非常大。近年來(lái),消耗總量的增長(zhǎng)速度也非??欤簶?biāo)準(zhǔn)煤從2001年的14億噸增長(zhǎng)到2005年的22億噸,原油進(jìn)口從2001年的7300萬(wàn)噸增長(zhǎng)到2008年的1.79億噸。電力電能作為能源輸出的最大方向,其消耗總量從2001年的3.2億千瓦增長(zhǎng)到了2008年的7.9億千瓦。如此巨大的電能消耗,必然會(huì)加劇能源的需求,對(duì)于我國(guó)的能源政策也更加不利。電能是國(guó)民生活和生產(chǎn)的根基,無(wú)論是從能源角度,還是電力系統(tǒng)自身方面來(lái)看,研究新能源發(fā)電技術(shù)對(duì)于我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)和人民生活都具有相當(dāng)大的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。

        三、燃料電池發(fā)電技術(shù)

        燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置,它類似于電池,基于電化學(xué)原理。不同于電池的反應(yīng)物保存在電池內(nèi)部,燃料電池的反應(yīng)物由外部不斷輸入,它像是一個(gè)發(fā)電廠,只要供給燃料和氧氣就可以發(fā)生電能。燃料電池不經(jīng)過(guò)熱機(jī)過(guò)程,因此不受卡諾循環(huán)的限制,能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好,幾乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。

        (一)燃料電池發(fā)電現(xiàn)狀及原理

        我國(guó)早在1958年就開展了燃料電池的研究工作,是世界上較早從事燃料電池研究的國(guó)家之一。天津化學(xué)電源研究所首先開展了MCFC的研究,后來(lái)由于電池結(jié)構(gòu)材料的耐腐蝕性等關(guān)鍵技術(shù)一時(shí)難以解決而終止。1993年以來(lái),又開展了MCFC電解質(zhì)隔膜的工藝技術(shù)及陽(yáng)極氣體重整技術(shù)的深入探索。結(jié)合我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?fàn)顩r,燃料電池的主要應(yīng)用背景有三個(gè)方面:第一,將燃料電池系統(tǒng)用于民用發(fā)電,主要包括生活小區(qū)以及較偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電,其發(fā)電容量在數(shù)十千瓦至兆瓦級(jí)范圍內(nèi),適合建立PAFC、MCFC 和SOFC的燃料電池電站;第二,利用電動(dòng)汽車發(fā)展的機(jī)遇,開展電動(dòng)汽車用的燃料電池系統(tǒng)研究,這主要是指PEMFC系統(tǒng)技術(shù)的開發(fā);第三,在一定的條件下,繼續(xù)研究航天及軍隊(duì)特殊用途的燃料電池系統(tǒng),如航天器、艦船、潛艇等的動(dòng)力源。

        (二)燃料電池發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

        燃料電池發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:

        (1)提高供電的可靠性。當(dāng)燃料電池的負(fù)載有變動(dòng)時(shí),它會(huì)很快響應(yīng),故無(wú)論處于額定功率以上運(yùn)行,還是低于額定功率運(yùn)行,它都能承受且效率變化不大。其電流諧波和電壓諧波均滿足標(biāo)準(zhǔn),負(fù)荷變化范圍達(dá)到20%~120%,供電可靠性得到了有效保證。

        (2)提高電網(wǎng)的安全性。戰(zhàn)爭(zhēng)、自然災(zāi)害、技術(shù)故障等因素都會(huì)引起現(xiàn)行電網(wǎng)系統(tǒng)的大面積停電,而利用燃料電池形成的小網(wǎng)絡(luò)可以極大地避免這些因素的影響,從而大大提高電網(wǎng)的抗破壞能力,保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

        (3)增強(qiáng)調(diào)峰的能力。當(dāng)電網(wǎng)高出力時(shí)可利用電能電解水得到氫、氧儲(chǔ)備起來(lái),這樣在電網(wǎng)低出力時(shí)就可以用燃料電池來(lái)發(fā)電,起到調(diào)峰的作用。同時(shí),由于燃料電池的燃料可利用甲醇等可再生的能源,減少了人類對(duì)一次性能源的消耗。

        四、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電

        (一)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀及原理

        太陽(yáng)能發(fā)電會(huì)受到環(huán)境影響,如陰雨天或是晚上,太陽(yáng)能發(fā)電就會(huì)受影響或無(wú)效。而風(fēng)力發(fā)電會(huì)受風(fēng)速的影響。將兩者結(jié)合起來(lái),就能相互彌補(bǔ)彼此的不足,使用范圍也將更大。而我國(guó)屬季風(fēng)氣候區(qū),一般夏季風(fēng)小,太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大;冬季風(fēng)大,太陽(yáng)輻射強(qiáng)度小,風(fēng)能和太陽(yáng)能正好可以互相補(bǔ)充。自2006年光熱發(fā)電在我國(guó)起步至今,光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展離不開我國(guó)政策支持。平準(zhǔn)化發(fā)電成本是評(píng)價(jià)發(fā)電項(xiàng)目效益的重要指標(biāo),依據(jù)前文對(duì)光熱發(fā)電項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)電成本的敏感性分析可知,單位投資和利用小時(shí)數(shù)是其最重要的影響因素。設(shè)備購(gòu)置成本太高是造成單位投資過(guò)高的主要原因,降低設(shè)備成本需要完善光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈。除此之外,光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展不成熟,建設(shè)項(xiàng)目少導(dǎo)致設(shè)備供應(yīng)商難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)。

        (二)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

        (1)利用太陽(yáng)能、風(fēng)能的互補(bǔ)特性,可以獲得比較穩(wěn)定的總輸出,進(jìn)而提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性;

        (2)在保證同樣供電的情況下,可使儲(chǔ)能電池的容量大大地減少;

        (3)由風(fēng)/光系統(tǒng)供電,很少啟動(dòng)備用電源,如柴油發(fā)電機(jī)等,可以獲得較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)光互補(bǔ)控制器對(duì)光伏電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行調(diào)整和控制,一方面把光伏、風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能優(yōu)先供給直流負(fù)載或交流負(fù)載,另一方面把多余的電能存儲(chǔ)到蓄電池。

        五、結(jié)論與展望

        本文從全球和我國(guó)的能源現(xiàn)狀出發(fā),分析說(shuō)明了新能源發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前迫切而有實(shí)際價(jià)值的研究課題,新能源不僅僅指風(fēng)能和燃料電池,還包括太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮芎凸夥姵氐取N覈?guó)乃至全世界的新能源發(fā)電技術(shù)發(fā)展的潛力都是巨大的。在人類明天的舞臺(tái)上,新能源將取代化石燃料,扮演重要的角色。

        【參考文獻(xiàn)】

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