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新能源發(fā)電技術(shù)發(fā)展研究

更新時間:2017-09-14      點擊次數(shù):1596

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(fā)電之外,可再生能源發(fā)電的總?cè)萘恳殉^4萬MW。國內(nèi)自然資源日益緊缺的狀態(tài)下,新能源的開發(fā)研究與發(fā)達(dá)國家相比,表現(xiàn)出明顯的滯后現(xiàn)象。因此推動新能源的開發(fā)利用已迫在眉睫。
2、重要的新能源發(fā)電技術(shù)
2.1 太陽能光伏發(fā)電
光伏發(fā)電利用光生伏特的原理,將太陽能在電池中直接轉(zhuǎn)化為電能,電力的主要輸送方式包括獨立方式和并網(wǎng)方式,但不論是何種方式,光伏發(fā)電系統(tǒng)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(gòu)成,因此光伏發(fā)電設(shè)備具有較高的耐久性,安裝較為方便。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)被廣泛地應(yīng)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(fā)電系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,太陽能電池板主要作用是將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換為電能,并將電能存儲在蓄電池中,或直接為負(fù)載供電。太陽能充電控制器的作用是對整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)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(xiàn)溫度補償功能,對系統(tǒng)中的零部件進行保護。系統(tǒng)中應(yīng)用的蓄電池一般為鉛酸電池,一些小型的發(fā)電系統(tǒng)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(fā)出的電能及時儲存起來,以便及時利用。系統(tǒng)中的逆變器實現(xiàn)直流電向交流電的轉(zhuǎn)換,因為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓為12v、24v、48v,且都為直流電,須將直流電轉(zhuǎn)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(chǎn)成本降低,可以與火力發(fā)電開展價格競爭。
2.2 風(fēng)力發(fā)電
風(fēng)力發(fā)電的原理是將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換為機械能,再將機械能轉(zhuǎn)換為電能。在應(yīng)用過程中,風(fēng)力會帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn),系統(tǒng)中的增速機提高旋轉(zhuǎn)速度,帶動發(fā)電機發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電是目前世界發(fā)電領(lǐng)域的熱潮,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不需要應(yīng)用燃料,同時也不會出現(xiàn)輻射和空氣污染。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中重要的設(shè)備是風(fēng)力發(fā)電機組,文章只重點探究變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)風(fēng)速的變化實現(xiàn)控制,以得到恒定的頻率。通過貝茲證明可以知道,風(fēng)力發(fā)電機組需要從自然風(fēng)中吸收功率,若將此吸收功率記為P。則:P=½CPAQv²
式中:CP-風(fēng)力發(fā)電機組的功率系數(shù);A-風(fēng)力發(fā)電機扇葉的掃掠
面積;Q-實際空氣密度;v-實時風(fēng)速。
其中風(fēng)力發(fā)電機組的功率系數(shù)CP是葉尖速比S與槳葉節(jié)距角d的函數(shù),S=wmR/v,其中wm是風(fēng)力發(fā)電機機械角的速度,R是風(fēng)輪半徑。
風(fēng)能與風(fēng)速的三次方呈正比,在實際應(yīng)用中,風(fēng)速在一定范圍類變化,如果一定程度上允許風(fēng)力機作變速運行,將可以實現(xiàn)風(fēng)能的zui大化利用。從理論上面分析,風(fēng)力機的風(fēng)能利用系數(shù)CP隨著葉尖速比S 的變化而變化,在風(fēng)能利用系數(shù)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(fēng)能利用系數(shù)CPzui大,二者的變化圖象如圖2所示。

圖2 風(fēng)力機S-CP曲線
圖中,橫坐標(biāo)表示葉尖速比S,縱坐標(biāo)表示風(fēng)能利用系數(shù)CP。
對于恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)力機而言,它只能固定在某一轉(zhuǎn)速上,但是自然界的風(fēng)能具有較大的隨機性和爆發(fā)性,風(fēng)速也不可能固定不變,在風(fēng)速發(fā)生變化的過程中,風(fēng)力機必定偏移設(shè)定的*速度,顯然風(fēng)能利用系數(shù)CP不能維持在*值,所以必定導(dǎo)致風(fēng)力資源的浪費,很大程度上降低發(fā)電效率。
變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用,能實現(xiàn)在風(fēng)速變化的過程中不斷獲得zui大風(fēng)能,以自然界風(fēng)速的變化為基準(zhǔn),智能調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速,在風(fēng)速變化的情況下實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),控制發(fā)電機轉(zhuǎn)速運行于*狀態(tài),在變速恒頻發(fā)電機的運行過程中,發(fā)現(xiàn)風(fēng)能利用系數(shù)CP始終接近或達(dá)到*利用值,大大提高了發(fā)電機組的發(fā)電效率,實現(xiàn)了自然風(fēng)能的zui大化利用,優(yōu)化了風(fēng)力機組的運行條件。隨著技術(shù)的不斷革新,變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)衍生出多種形式,主要包括雙饋發(fā)電機變速恒頻系統(tǒng)、籠型異步發(fā)電機系統(tǒng)、永磁同步發(fā)電系統(tǒng)。
2.3 地?zé)岚l(fā)電
地?zé)岚l(fā)電的原理是將地下熱能轉(zhuǎn)換為機械能,再將機械能轉(zhuǎn)換為電能。由于地?zé)崮苜x存形式的不同,一般將地?zé)岚l(fā)電分為蒸汽型、熱水型、干熱巖型、地壓型和巖漿型幾種。在地?zé)崮荛_發(fā)和能量轉(zhuǎn)換的過程中,這些形式的地?zé)豳Y源都可以作為發(fā)電的重要原料。目前為止開發(fā)較多的地?zé)豳Y源是蒸汽型資源和熱水型資源。地?zé)岚l(fā)電在應(yīng)用的過程中不需要燃料,與火力發(fā)電和水力發(fā)電相比,降低了成本,另外,地?zé)衢_發(fā)設(shè)備的應(yīng)用周期較長,與水電站相比,建設(shè)投資也較低,不會受到將于季節(jié)的影響,發(fā)電過程中較為穩(wěn)定,可以降低對環(huán)境的污染,具有廣闊的應(yīng)用前景。
2.4 海洋能發(fā)電
海洋能發(fā)電的過程是將海洋中蘊藏的能量開發(fā)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(yīng)用過程中不會產(chǎn)生污染,由于受到地域的限制,在能量開發(fā)方面具有一定的困難。但目前潮汐發(fā)電和波浪發(fā)電技術(shù)已在國內(nèi)獲得了應(yīng)用和推廣。
2.5 生物質(zhì)發(fā)電
生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是利用生物質(zhì)中所蘊含的生物質(zhì)能進行發(fā)電,生物質(zhì)能是一種的可再生能源,在應(yīng)用過程中常見的發(fā)電方法有廢棄物直接燃燒、垃圾填埋氣、沼氣等。以垃圾發(fā)電為例,主要包括垃圾焚燒發(fā)電和垃圾氣化發(fā)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(fā)電機組發(fā)電,在這一技術(shù)的應(yīng)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(yīng)用前景。
3、結(jié)束語
在開展不同新能源發(fā)電技術(shù)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(fā)展中。新能源的形式有很多種,發(fā)電方式的技術(shù)要求也是不同的,未來的能源規(guī)劃中,必須將太陽能發(fā)電和城市垃圾發(fā)電作為研究的重點。因為太陽能發(fā)電具有較大的穩(wěn)定性優(yōu)勢,垃圾發(fā)電可以解決城市污染問題,值得研究推廣。

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