徐斯為

摘 要：隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，電力需求飛速增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)不僅無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的電力需求，還會(huì)產(chǎn)生能源消耗與環(huán)境污染問題。在可持續(xù)發(fā)展理念的背景下，開發(fā)與利用具有可再生清潔特點(diǎn)的新能源成為主要發(fā)展趨勢(shì)。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用新能源發(fā)電技術(shù)，對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)、減少環(huán)境污染等具有積極作用?；诖?，主要針對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮芤约吧镔|(zhì)能4種新能源發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用情況進(jìn)行概述，對(duì)促進(jìn)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：新能源;發(fā)電技術(shù);電力系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）23-0126-03

Abstract： With the acceleration of the industrialization process， the rapid growth of electricity demand， traditional power generation technology can not only meet the growing demand for electricity， but also produce energy consumption and environmental pollution problems. Under the background of the concept of sustainable development， the development and utilization of new energy， as a renewable and clean energy， has become the main development trend. The application of new energy generation technology in the power system has played a positive role in low-carbon economy and reducing environmental pollution. This paper mainly summarizes the application of wind， solar， geothermal and biomass energy in the power system， it is of great importance to promote the sustainable development of the power industry.

Keywords： new energy;power generation technology;power system

1 新能源概述

新能源作為一種可再生的清潔能源，具有儲(chǔ)量大的特點(diǎn)。當(dāng)前可開發(fā)和利用的新能源有風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能4種。新能源發(fā)電是電力網(wǎng)絡(luò)中一種重要的發(fā)電方式。基于低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展背景，新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展對(duì)保障能源安全和建設(shè)友好型社會(huì)具有一定的推動(dòng)作用。以湖南省為例，截至2020年10月，可再生新能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到7.191×106 kW，約占全部電力裝機(jī)的19.31%。其中，風(fēng)電裝機(jī)5.119×106 kW，光伏發(fā)電裝機(jī)1.569×106 kW，生物質(zhì)能裝機(jī)2.670×105 kW，其他裝機(jī)2.36×105 kW，清潔能源發(fā)電量同比增長(zhǎng)50%[1]。由此可見，新能源發(fā)電技術(shù)的替代作用在不斷增強(qiáng)。

2 新能源發(fā)電技術(shù)類型

新能源發(fā)電技術(shù)是指通過現(xiàn)有的技術(shù)手段，將可再生能源轉(zhuǎn)化為電能的過程。下面主要對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能4種類型的新能源發(fā)電技術(shù)進(jìn)行概述。

2.1 風(fēng)能

風(fēng)能是可再生清潔能源中最主要的一種，具有儲(chǔ)量大和分布廣的特點(diǎn)。此外，風(fēng)能極為常見，為資源的利用創(chuàng)造了良好的條件。加強(qiáng)風(fēng)能資源的利用，有助于發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)和實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。

2.2 太陽(yáng)能

與其他新能源相比，太陽(yáng)能的獲取與利用相對(duì)比較便捷與穩(wěn)定，且資源豐富，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的清潔能源，具有污染較低、容易獲取等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)展方面獲得了政府的大力支持[2]。

2.3 地?zé)崮?/p>

地?zé)崮苤饕菑牡厍騼?nèi)部抽取的天然熱能，是一種新的可再生清潔能源。在環(huán)保意識(shí)日漸增強(qiáng)和能源日趨緊缺的背景下，合理開發(fā)和利用地?zé)豳Y源顯得愈加重要。近年來(lái)，我國(guó)在地?zé)豳Y源應(yīng)用方面越來(lái)越普遍，如在地?zé)岚l(fā)電、供暖與空調(diào)制冷、溫室農(nóng)業(yè)以及溫泉旅游等方面都取得了一定成果。

2.4 生物質(zhì)能

生物質(zhì)能是一種可再生的清潔能源，也是唯一一個(gè)可再生的碳源，是世界第四大能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位。開發(fā)和利用生物質(zhì)能對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)具有重大意義，因此，我國(guó)非常重視和支持生物質(zhì)能的開發(fā)和利用，力求有效提升生物質(zhì)能的利用效率。

3 新能源發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用

3.1 風(fēng)能發(fā)電技術(shù)

風(fēng)能發(fā)電技術(shù)主要是通過風(fēng)能資源轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的機(jī)械能，帶動(dòng)內(nèi)部發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再借助于風(fēng)力發(fā)電機(jī)最終將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。目前，這項(xiàng)技術(shù)已成為我國(guó)新興產(chǎn)業(yè)之一[3]。

3.1.1 設(shè)備組成及功能。風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電裝置主要由發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪和塔筒3個(gè)部分組成。風(fēng)輪和塔筒是發(fā)電裝置的核心構(gòu)件。其中，風(fēng)輪主要包括葉片和變槳系統(tǒng)等。葉片一般是由質(zhì)量小、強(qiáng)度高、不易斷裂的復(fù)合材料制造，是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要部件。塔筒是風(fēng)力發(fā)電的塔桿，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中主要發(fā)揮支撐作用。發(fā)電裝置通過相對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)部分，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電中還包含了限速安全機(jī)構(gòu)、尾翼以及蓄電池等結(jié)構(gòu)。所有設(shè)備共同發(fā)揮作用，才能將風(fēng)能高效轉(zhuǎn)化為可利用的電能。

3.1.2 風(fēng)機(jī)控制技術(shù)。風(fēng)能發(fā)電技術(shù)是一種重要的并網(wǎng)技術(shù)，主要借助并網(wǎng)發(fā)電機(jī)，如雙饋機(jī)、雙速異步機(jī)以及變速異步發(fā)電機(jī)等實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。為了發(fā)揮風(fēng)機(jī)并網(wǎng)的最大作用，在新的并網(wǎng)技術(shù)中引入模糊控制技術(shù)，以高效保證風(fēng)機(jī)并網(wǎng)的轉(zhuǎn)速和功率。同時(shí)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整控制葉片槳距，大大提升了風(fēng)機(jī)并網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的作用，提升了整體供配電質(zhì)量。

3.1.3 無(wú)功電壓控制技術(shù)。為了確保風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行效益，在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)配置了SVC或者其他無(wú)功補(bǔ)償裝置。借助無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，達(dá)到良好的無(wú)功電壓控制。此外，可以減少因輸送功率不穩(wěn)等問題而引發(fā)的系統(tǒng)振蕩情況，優(yōu)化電力系統(tǒng)的電力輸送環(huán)境。

3.1.4 應(yīng)用前景。風(fēng)能發(fā)電有其他新能源發(fā)電方式無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，如清潔無(wú)污染、效益好以及適應(yīng)范圍廣等。目前，湖南省風(fēng)電裝機(jī)量已達(dá)5.119×106 kW，占新能源總體裝機(jī)量的71.19%，裝機(jī)比例大。但是，風(fēng)能發(fā)電也存在缺點(diǎn)，如成本較高、噪聲大以及風(fēng)力資源不穩(wěn)定、不可靠等，在一定程度上影響了風(fēng)能的發(fā)電效益。

3.2 光伏發(fā)電技術(shù)

隨著太陽(yáng)能資源的開發(fā)和利用，光伏發(fā)電技術(shù)也被廣泛應(yīng)用。通過特定的裝置（如太陽(yáng)能板）將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，是最常見的太陽(yáng)能發(fā)電形式。

3.2.1 光電效應(yīng)。光電效應(yīng)是光伏發(fā)電技術(shù)中最重要的部分。當(dāng)相關(guān)的物質(zhì)被特定電磁波長(zhǎng)期照射時(shí)，在電磁波的作用下，內(nèi)部的電子會(huì)被激發(fā)，PN結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)光電效應(yīng)。

3.2.2 電池組。電池組是光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的部分，發(fā)揮著關(guān)鍵作用，決定了整個(gè)系統(tǒng)工作的效率和效果。太陽(yáng)能電池組的類型較多，目前，電池組類型有晶硅電池、硅基薄膜光伏電池、化合物薄膜電池以及聚光光伏電池等。晶硅電池轉(zhuǎn)換效率高、成本低，有單晶電池和多晶電池之分;硅基薄膜光伏電池工作效率較低;化合物薄膜電池污染嚴(yán)重，危害人體健康;聚光光伏電池在應(yīng)用過程中需配備相應(yīng)的散熱器與聚光系統(tǒng)，應(yīng)用成本相對(duì)較高。為確保電池組選用的科學(xué)性，應(yīng)結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行要求合理選擇。

3.2.3 調(diào)壓技術(shù)。光伏電站運(yùn)行時(shí)，它的末端電源點(diǎn)電站容易受到電壓的影響。由于電站的整體調(diào)壓能力不強(qiáng)，需要借助靜止無(wú)功發(fā)生器（Static Var Generator，SVG）進(jìn)行調(diào)節(jié)。SVG調(diào)壓技術(shù)主要有恒功率因數(shù)模式和恒電壓模式。通常情況下，恒功率因數(shù)模式主要負(fù)責(zé)控制日常運(yùn)行，并根據(jù)電壓的動(dòng)態(tài)變化調(diào)整無(wú)功變化。但是，當(dāng)系統(tǒng)電壓高于額定電壓的10%時(shí)，恒功率因數(shù)模式很難達(dá)到調(diào)控電壓的目的，此時(shí)需要采用恒電壓模式。

3.2.4 應(yīng)用前景。隨著用電量需求的不斷增加，光伏發(fā)電技術(shù)的持續(xù)開發(fā)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。但是，當(dāng)前我國(guó)太陽(yáng)能的實(shí)際應(yīng)用成本較高，效率普遍較低。為有效解決這個(gè)問題，必須提升太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率，建立全面的、系統(tǒng)的太陽(yáng)能發(fā)電、運(yùn)輸電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的大面積應(yīng)用。

3.3 地?zé)岚l(fā)電技術(shù)

地?zé)岚l(fā)電技術(shù)主要是利用現(xiàn)有的綜合技術(shù)，通過汽輪機(jī)將地?zé)崮苻D(zhuǎn)化為電能，能有效擺脫能源緊缺困境和解決環(huán)境污染問題。目前，常用的地?zé)豳Y源有干蒸汽、地?zé)崴龋鋺?yīng)用的發(fā)電技術(shù)主要有背壓發(fā)電、凝汽發(fā)電以及閃蒸發(fā)電等。不同的地?zé)豳Y源可利用的熱力系統(tǒng)不同，具體如表1所示。

3.3.1 背壓發(fā)電技術(shù)。該技術(shù)主要在蒸汽井中引出干蒸汽，去除雜質(zhì)后將純凈蒸汽引入汽輪發(fā)電機(jī)，在蒸汽作用下產(chǎn)生電能。該方式發(fā)電較為簡(jiǎn)單，投資成本較低。該發(fā)電方式的發(fā)電效率較低，因此比較適用于壓力和溫度較高的干蒸汽田，即地?zé)嵴羝胁荒Y(jié)氣體含量多的場(chǎng)合。

3.3.2 凝汽發(fā)電技術(shù)。該發(fā)電技術(shù)一般應(yīng)用于干蒸汽地?zé)崽铮饕菍⒌責(zé)嵴羝胝羝麅艋鞑⑦M(jìn)行過濾，去除雜質(zhì)后再將純凈蒸汽引入汽輪發(fā)電機(jī)，隨后不凝結(jié)氣體聚集在凝汽器中，利用抽氣器排除凝汽器中的空氣使凝汽器呈真空狀態(tài)。與背壓發(fā)電技術(shù)相比，凝汽發(fā)電技術(shù)使用凝汽器，顯著提高了電站的發(fā)電效率。

3.3.3 閃蒸發(fā)電技術(shù)。它主要是將地?zé)崴畯牡責(zé)峋幸?，并送到閃蒸器中做降壓閃蒸（或稱擴(kuò)容）處理，使其產(chǎn)生一定量的蒸汽，再將蒸汽引到汽輪機(jī)做功發(fā)電[4]。從汽輪機(jī)中排出的蒸汽在混合式凝汽器內(nèi)冷凝成凝結(jié)水送到冷卻塔中，剩下一部分分離器中的含鹽水流入地下或通過閃蒸分離器引入，用于第二級(jí)低壓閃蒸，分離出低壓蒸汽，引起汽輪機(jī)中部某一級(jí)中膨脹做功。要求發(fā)電設(shè)備對(duì)地下熱水的溫度、礦化度以及不凝結(jié)氣體含量等有較高的適應(yīng)性。

3.3.4 應(yīng)用前景。我國(guó)地?zé)豳Y源主要分布于西藏、四川等地，地?zé)豳Y源較為豐富。近年來(lái)，為加強(qiáng)能源體系建設(shè)，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，地?zé)岚l(fā)電受到重視，政府出臺(tái)了一系列政策，為地?zé)岚l(fā)電技術(shù)的發(fā)展指明了方向。截至2020年，我國(guó)淺層地?zé)崮芾眠_(dá)5 000 MW·h，地?zé)幔厝┲苯永? 000 MW·h，具有廣闊的發(fā)展前景。

3.4 生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)通過對(duì)綠色植物光合作用的應(yīng)用，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?，再利用燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電，具有分布廣、污染低、種類多以及清潔度高等優(yōu)點(diǎn)。它在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括直接燃燒發(fā)電、氣化發(fā)電以及沼氣發(fā)電等。

3.4.1 直接燃燒發(fā)電技術(shù)。它主要是生物質(zhì)直接在生物質(zhì)電站鍋爐燃燒，產(chǎn)生的熱蒸汽在汽輪機(jī)的作用下轉(zhuǎn)換成機(jī)械能和電能。發(fā)電系統(tǒng)由汽輪機(jī)、生物質(zhì)直燃鍋爐、給料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、除塵以及除渣裝置等構(gòu)成。其中，生物質(zhì)直燃鍋爐的熱效率至關(guān)重要，直接影響發(fā)電效率。

3.4.2 氣化發(fā)電技術(shù)。它主要是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w燃燒所產(chǎn)生的熱能在發(fā)電設(shè)備的作用下，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電系統(tǒng)主要由生物質(zhì)、氣化爐、燃?xì)鈨艋饕约皟?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)等組成。工藝流程如下：生物質(zhì)原料（加工處理后）→進(jìn)料設(shè)備→氣化爐。一般會(huì)出現(xiàn)兩種情況：①生物質(zhì)燃燒完全，即氣化爐→冷卻系統(tǒng)和凈化裝置→汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)→發(fā)電;②生物質(zhì)燃燒未完全，即氣化爐→氣化氣體回收預(yù)熱→冷卻系統(tǒng)和凈化裝置→汽輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)→發(fā)電。與傳統(tǒng)的火電直燃發(fā)電技術(shù)相比，氣化發(fā)電技術(shù)更加清潔、高效、可靠，應(yīng)用更廣泛。

3.4.3 沼氣發(fā)電技術(shù)。該技術(shù)具有高效、節(jié)能、安全和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。它主要利用大量有機(jī)廢棄物，如禽畜糞、城市垃圾和污水等，通過厭氧發(fā)酵技術(shù)處理后產(chǎn)生沼氣，并將沼氣用于電能轉(zhuǎn)換。具體工藝流程如圖1所示。使用該技術(shù)不僅能解決產(chǎn)生的大量廢棄物等問題，還能產(chǎn)生熱能和電能，符合當(dāng)前的環(huán)保發(fā)展理念。

3.4.4 應(yīng)用前景。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)資源非常豐富，因此加強(qiáng)生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用是新能源開發(fā)的必然趨勢(shì)[5]。為推動(dòng)生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)先后核準(zhǔn)批復(fù)了生物質(zhì)發(fā)電示范項(xiàng)目，并頒布了相關(guān)法律法規(guī)等，同時(shí)加大可再生能源的技術(shù)研發(fā)資金支持，大力建設(shè)完善的設(shè)備制造及檢測(cè)認(rèn)證等產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)電力需求量的增加，資源的消耗量越來(lái)越大，導(dǎo)致資源與環(huán)境之間的矛盾突出。在此背景下，為有效解決資源短缺及環(huán)境污染問題，實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，需要加強(qiáng)新能源發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的研究，促進(jìn)電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛微，李珊珊.我國(guó)新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（4）：28-30.

[2]鄭雷濤，尹柳.特色專業(yè)建設(shè)中新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用分析[J].通訊世界，2017（17）：218-219.

[3]趙晉京.新能源發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的有效應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（22）：235-236.

[4]田蓬勃.新能源發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用效果研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2018（22）：214-215.

[5]王浩炯.淺析新能源發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀及其展望[J].魅力中國(guó)，2017（22）：243-244.