新能源和可再生能源发电概述

冯耀勋，王显龙，郑晓峰，贾明生

（1.广东海洋大学工程学院，广东 湛江 524088；2.中国科学院广州能源研究所，广东 广州 510640）

能源是人类社会存在和发展的物质基础，电力能源因为其独特的优势，已经成为了当今社会人类生产、生活的不可或缺的元素。为了更好的生产、使用能源，国家颁布实行了《中华人民共和国节约能源法》，颁布了《可再生能源中长期发展规划》等一系列相关规划，期望提高新能源和可再生能源的利用，推动全社会节约能源，保护和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发展[1]。

现阶段国内外最普及、最成熟的方式是火力发电，核电、水力发电、风力发电、生物质发电和太阳能发电等新能源和可再生能源发电，则被视为未来发电结构的重点发展对象，其特点和投资都有很大区别，了解这些，可以帮助我们更好地开发和利用他们。

1 火力发电

现在世界上大部分国家，都是以火力发电为主。在我国，在2007年的电力结构中，火力发电占据的比例高达近83%，基本全部为煤炭发电。图1 是中国近年来的电力结构比重图[2]。

图1 1990~2008年中国电力结构

随着经济的快速发展，每年都会有燃煤电站开工建设。其中，投资成本低并具有节水、节能、节地、节材、环保等特点的超临界、超超临界机组，是主要发展趋势。对比30 万kW 亚临界燃煤机组的平均4 400 元/kW 的建设成本，100 万kW 超超临界燃煤机组约3 600～3 700 元/kW 的建设成本降低，而发电效率相对提高。

例如，国内第一个采用自主知识产权研发、制造的60 万kW 超临界燃煤锅炉的发电项目2008年在河南顺利投产，其总投资约42.9 亿元；在2009年投资73 亿元，陕北建设装机为2×100 万kW 超超临界燃煤发电机组。

2 可再生能源发电

为了增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展，我国在2006年1月1日开始施行《中华人民共和国可再生能源法》，以促进可再生能源的开发利用。按照此法的定义，我国的可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。

2007年，国家发改委制定颁布了《可再生能源中长期发展规划》，提出了力争在2010年使可再生能源消费量，达到能源消费总量的10%，到2020年达到15%的目标。

2.1 水力发电

在可再生能源利用结构中，水力发电是目前世界上最成熟、使用量最多的可再生能源发电技术。我国水能资源蕴藏量和可开发水能资源，居世界第一位，但其开发程度仅仅在20%左右。现在发达国家的水电开发度一般达到60 %～70 %，例如，挪威超过90%，日本为84%，美国超过82%，法国、瑞士等亦已超过80%，德国为73%，加拿大65%[3]。

近年来，我国水电发电总量，随着用电总量的增加，也逐年提高，对于水电站的重视程度和投资力度，也逐年加大。水电站的建设成本与当地的地理、地质条件、人口分布等因素关联较大，因此不同地方的水电站建设成本差别很大。例如，2008年12月开工的云南益珠河电站总装机容量为8 000 千瓦，预算总投资人民币4 200 万元左右；世界上最大的水电站项目，长江三峡水电站，最初设计为1 820 万kW 装机容量（不包括现在设计的地下420 万kW 装机容量），其动态预算投资为2 039 亿元，实际投资1 800 亿元左右。

除了利用江、河直接发电，抽水蓄能电站也是一种发展潜力很大的水电站。美国2003年抽水蓄能电站消耗的电量达到近87 亿kW·h。山东泰安建立的4台25 万kW，总计100 万kW 装机容量的抽水蓄能电站，投资43 亿左右，对比煤电，其发电年收益多出10%以上[4]。

在我国，水力发电拥有以下主要特点和发展趋势：

（1）技术成熟、稳定，运行成本低，效率高（对比煤电的40%，水电高达70%～80%）。

（2）资源总量丰富，但地域分布不均，用电多的中、东部比例小。

（3）与火力发电配合，水火互济，调峰灵活。

（4）洁净发电，多方综合利用，多方得益。

（5）受自然条件限制大，大型工程对环境、生态影响较大。

（6）对比火力发电站，一次性投资大，工期长，平均投资成本和配套建设差别大。

（7）大型工程具有战略地位，事故后果严重。

（8）对比发达国家，我国水电发展迅猛，但是整体开发率较低，发展空间大。

2.2 风力发电

风电作为节能、安全、环保和可再生的清洁能源，已经成为全球最具潜力能源之一，受到世界各国的关注。而到2006年底，全球风电装机容量已经从1995年的4 800 MW 增加到73 904 MW，到2009年，全世界总风力发电装机容量，达到158 000 MW。

许多国家制定了长期的目标，支持发展风力发电。美国计划到2030年，其风电装机比例达到20%，而现在风力发电比例最大的国家丹麦，也计划将风电占电力用量的比例由现在的20 %增加到2025年的50%[5]。

近年来，国内风电发展迅猛。2006年、2007年和2008年，中国累计风电装机增长率分别为105 %、127%和106.5%。2009年，中国新增1.3 万MW 装机容量，这在世界上也是一个国家首次在一年内，新增装机容量超过1 万MW。风电建设标准化程度高，可模块化加工和运行，投资成本相近。内蒙古开鲁县开工建设规模将达到50 万kW，总投资达50 亿元。

随着政府、民众对于可再生能源的重视，众多企业对投资风电项目看好并积极行动，这在带动风电装机容量大幅度增加的同时，也导致了众多企业的无序竞争、一哄而上、重复或违规建设、圈地占地现象，在浪费了资源的同时，对于环境建设和经济发展都带来了不利影响。因此近期国家和地方政府，都加大了对风电站项目的规范化管理。

现阶段风电有以下的特点和趋势[6]：

（1）无污染的可再生能源，技术比较成熟，应用时间较长。

（2）分布广泛，总量巨大，建设周期短。

（3）小型设备简单，相对造价低，对于偏远地区、地广人稀地区应用价值大。

（4）具有长期规律性和短期随机不可控性，必须与其他形式的能源相互配合，或具有某种蓄能装置，增加了技术的复杂性。

（5）能量密度低，装置庞大，设备分散，占地广，场地要求较高。

（6）对比火力发电站，建设费用高。

（7）国家政策鼓励，大容量发电基地发展突出。

2.3 太阳能发电

太阳能被称为“能源之母”，化石能源、风能、水能、生物质能等，都是由太阳能经过某种形式转换而形成的。现在使用太阳能发电，包括两种类型：一种是通过光电转换元件直接发电，另外一种是通过太阳能聚光集热系统获得能量输入，然后转化为高温蒸汽或者气体，从而驱动汽轮机或者发电机发电。对于这两种形式的太阳能发电，现在国内外的发展都非常迅速，装机比例也提高很快[7]。

太阳能发电属于无污染的可再生能源发电，其建设周期短，但是受地域、气候、天气影响大，整体发电效率较低（一般为10%～20%之间）。

按照2007年8月颁布的《可再生能源中长期发展规划》中的目标，我国到2020年太阳能发电达到180 万kW 容量，其中在2010年达到30 万kW 的目标。

2.3.1 太阳能光伏发电

近年来，随着太阳能技术和材料行业的发展，太阳能光伏发电的材料成本不断下降，使得装机规模不断扩大。例如，在2006 到2008年这3年时间里，国内的安装量仅为5 万kW，而随着多晶硅材料价格的迅速降低，现在有报道预测，2020年中国的太阳能光伏发电装机容量将达到1 000 万kW 到2 000 万kW 之间，是最初规划目标的6 倍以上。

太阳能光伏发电，具有如下主要特点：

（1）可以大规模集中供电，也可以以家庭、产品为单位供电，模块化生产、安装。

（2）发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长，安装维护简便。

（3）在人口密度稀少的偏远地区，或者宇宙探险等方面，可以发挥重要作用。

（4）建设成本和发电成本远高于火电站，对比水电、风电，现在安装规模非常小。

（5）日常应用发展迅速，如太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等。

（6）近期原材料成本大幅度降低，导致光伏发电的成本大规模降低，但是其投资成本仍然高于火电、水电、风电等。

2.3.2 太阳能热发电

而对于太阳能热发电，大体可以分为塔式、槽式和蝶式这3 种形式。按照计算，在撒哈拉大沙漠1%的面积上，建立太阳能热发电厂，就可以足够满足整个世界的电力要求。

现在大规模商业化运行的，是槽式热发电，在20年前，美国建立了大规模的发电基地，至今仍在使用。

如今，美国和西班牙的太阳能热发电发展最快，这两个国家都有槽式热发电站投入使用并继续大规模推广，预期到2012年的两国的装机总容量，达到560 万kW，在预测的640 万kW 的世界总装机容量中，占据绝大部分。

现在太阳能槽式热发电的成本，已经降到0.12 美元/kW·h，美国能源部打算到2015年降低聚光太阳能热发电厂的成本到0.07～0.1 美元/kW·h，到2020年则到0.05～0.07 美元/kW·h，从而可以和以化石为燃料的发电站竞争。

现在太阳能热发电的建设成本，仍然较高。以槽式热发电为例，从1985年到1991年间，美国在加州沙漠建造了9 座太阳能槽式热发电站，其建设成本从1 号电站的近6 000 美元降低到9 号电站的近3 000 美元。现在美国准备建设的世界最大的槽式热发电站，其装机容量为34 万kW，而其建设成本估计为20 亿美元。因材料、人工等方面的优势，在国内建设太阳能热发电的成本，要远低于美国。

现在，中国科学院广州能源研究所，正在建设槽式热发电的试验台，而在此试验台上，广州能源研究所的研究人员提出了新的结构设想，据初步统计，可以将热发电的建设成本控制在1 万元/kW 左右，优势非常明显。

太阳能热发电的特点如下：

（1）现在大规模推广使用的槽式热发电，以集中模块式大规模运行为主。

（2）太阳能热发电厂的峰值产出时间，与用电高峰时段一致，可作为基本负荷或者间歇发电的选择；同时太阳光照射一般也是可以预测和可靠的。

（3）太阳能电厂是可以完全以标准模块和日常材料建成，具有大约30～40年的使用寿命。而且大部分太阳能区域材料，是可以循环利用的。

（4）太阳能热发电厂最好位置是陆地，可在很少被利用到区域，例如沙漠等地。

（5）太阳能热发电厂可以设计为单独一种太阳能或者混合能源运行，例如风能可以在峰值时段使用太阳能发电。

（6）热发电的核心部件，掌握在发达国家，例如蝶式热发电使用的斯特林发动机，槽式热发电的真空管接收器等。

3 核电

核能虽然不属于可再生能源，但是也属于清洁能源，是一种国家鼓励的新能源发电形式。国家发改委在2007年10月颁布了《核电中长期发展规划（2005-2020）》。

资料表明，全世界核电总装机容量为3.69 亿kW，分布在31个国家和地区。核电年发电量占世界发电总量的17%，核电发电量超过20%的国家和地区，也达到了16个。

而我国的核电发电量，在总发电量中占据的比重还不到2%，对比而言，其发展空间巨大，为此国家公布了2005-2020 核电发展目标。

随着国家对于核电的大力支持，《规划》中的部分目标，已经提前实现，为此许多学者重新提出了核电跨越式发展的目标：2020年中长期的核电发展目标，调整到建成6 000 万～7 000 万kW，在建3 000 万kW。

我国近几年也有众多核电项目上马。2008年，广东阳江核电站正式开工，其装机容量为6 台百万kW级核电机组、总投资近700 亿元人民币。秦山核电二期扩建工程2 台60 万kW 机组，总投资148 亿元。

总结核电具有以下主要特点[8]：

（1）运行费用低，发电无污染。

（2）建造要求严格，安全标准高，安全性能好。

（3）能量密度高，受自然条件、地理位置限制小。

（4）国内的铀资源不丰富，国外的富铀矿区被发达国家控制，特别是法国占有很大部分，其核电比例也是世界最高的。

（5）我国的火电、水电资源蕴藏丰富地区与用电多地区脱节，核电可以有效弥补这方面的缺陷，节约电力运输消耗。

（6）核电站具有战略地位，事故后果严重，操作、管理、燃料后续处理要求高。

（7）核电站建设以百万千瓦机组为主，第三代新技术的消化吸收成为重点。

表1 是对上节介绍的几种发电形式的成本对比。通过以上的特点分析和投资对比，希望在政府和企业个人对电力行业投资时，起到借鉴的作用，针对当地的情况，有选择地重点投资可再生能源发电，促进社会的和谐和可持续发展。

表1 几种不同类型发电的投资成本和发电效率比较

4 结束语

通过上面的分析可以看出，对新建电站，条件允许的情况下，优先选择水电发电，其次选择风电。从经济性分析，太阳能光伏发电材料加工成本过高，现阶段大规模推广的前景不是很乐观。而核电方面，燃料、安全等方面限制较大。

从未来发展的前景来看，火电、水电、风电、核电的成本和效率提高空间有限，而太阳能发电方面技术和成本改进空间大，相信随着科技的发展，太阳能发电在行业内的比重将会越来越高。

[1]王革华，田雅林，袁婧婷，等.能源与可持续发展[M]. 北京：化学工业出版社，2005．

[2]中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2008．

[3]曹广晶，赵鑫钰.水电是实现可持续发展的重要能源[J].中国能源，2007，29(6)：18-20．

[4]刑小平.泰安抽水蓄能电站与燃煤火力发电厂联合运营的经济性浅析[A].抽水蓄能电站建设经验技术交流会议论文集[C]，北京:中国水力发电工程学会,2002．

[5] Neeraj Golaita，R M Moharilb，P S Kulkarnia．W ind electric power in the world and perspectives of its development in India[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2009，13 (1)：233-247.

[6] 李俊峰，高 虎，王仲颖，等. 2008 中国风电发展报告[J]. 中国投资，2008，（12）：121-121．

[7] 罗运俊，何梓年，王长贵. 太阳能利用技术[M]. 北京：化学工业出版社，2005．

[8] 肖新建，高世宪，韩文科. 我国核电实现跨越式发展的优势、挑战与建议[J].中国能源，2009，31(3)：5-9．