浅谈新能源发电技术

冀翔

【摘 要】从全球的能源现状出发，详细介绍了我国能源发电技术的应用现状，发现研究新能源发电对我国的现代化建设具有现实意义和战略意义。介绍了燃料电池发电系统和风光互补发电两种新能源发电技术。太阳能发电技术发展已经趋于成熟；风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是近期发展的重点；而燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置，它能量转化效率高，几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物；风光互补发电技术是一种综合类发电技术，目前处于起步阶段。本文主要介绍了燃料电池发电系统和风光互补发电两种新能源发电技术。

【关键词】能源转型；发电技术；新能源

一、前言

随着社会的发展和人口的增长，人类对能源的消耗量急剧增加。就二氧化碳的排放量来说，现在的排放量是35万年以来最大的，因此，地球表面的平均温度也较以前上升了0.76℃。过高的消耗量使全球正面临着能源紧缺的危机，有关专家对世界能源形势预测：到2030年，化石燃料的总性能将达到峰值，那以后可以使用的化石燃料将会变得非常有限；而到2050年，化石燃料的总性能将降到最低值，换句话说，到2050年将不再会有可以供人类使用的化石燃料，那时人类将面临非常严峻的考验。能源紧缺已成为制约各国经济发展的瓶颈，如何开发先进安全的新能源使用技术、如何提高能源利用率也随之成为世界各国关心的课题。

二、我国能源和发电技术的现状

我国作为工业大国和人口大国，对能源的消耗量非常大。近年来，消耗总量的增长速度也非常快：标准煤从2001年的14亿吨增长到2005年的22亿吨，原油进口从2001年的7300万吨增长到2008年的1.79亿吨。电力电能作为能源输出的最大方向，其消耗总量从2001年的3.2亿千瓦增长到了2008年的7.9亿千瓦。如此巨大的电能消耗，必然会加剧能源的需求，对于我国的能源政策也更加不利。电能是国民生活和生产的根基，无论是从能源角度，还是电力系统自身方面来看，研究新能源发电技术对于我国的现代化建设和人民生活都具有相当大的现实意义和战略意义。

三、燃料电池发电技术

燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置，它类似于电池，基于电化学原理。不同于电池的反应物保存在电池内部，燃料电池的反应物由外部不断输入，它像是一个发电厂，只要供给燃料和氧气就可以发生电能。燃料电池不经过热机过程，因此不受卡诺循环的限制，能量轉化效率高、环境友好，几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。

（一）燃料电池发电现状及原理

我国早在1958年就开展了燃料电池的研究工作，是世界上较早从事燃料电池研究的国家之一。天津化学电源研究所首先开展了MCFC的研究，后来由于电池结构材料的耐腐蚀性等关键技术一时难以解决而终止。1993年以来，又开展了MCFC电解质隔膜的工艺技术及阳极气体重整技术的深入探索。结合我国社会经济的发展状况，燃料电池的主要应用背景有三个方面：第一，将燃料电池系统用于民用发电，主要包括生活小区以及较偏远地区的供电，其发电容量在数十千瓦至兆瓦级范围内，适合建立PAFC、MCFC 和SOFC的燃料电池电站；第二，利用电动汽车发展的机遇，开展电动汽车用的燃料电池系统研究，这主要是指PEMFC系统技术的开发；第三，在一定的条件下，继续研究航天及军队特殊用途的燃料电池系统，如航天器、舰船、潜艇等的动力源。

（二）燃料电池发电对电力系统的影响

燃料电池发电对电力系统的影响主要体现在三个方面：

（1）提高供电的可靠性。当燃料电池的负载有变动时，它会很快响应，故无论处于额定功率以上运行，还是低于额定功率运行，它都能承受且效率变化不大。其电流谐波和电压谐波均满足标准，负荷变化范围达到20%～120%，供电可靠性得到了有效保证。

（2）提高电网的安全性。战争、自然灾害、技术故障等因素都会引起现行电网系统的大面积停电，而利用燃料电池形成的小网络可以极大地避免这些因素的影响，从而大大提高电网的抗破坏能力，保证电网的安全运行。

（3）增强调峰的能力。当电网高出力时可利用电能电解水得到氢、氧储备起来，这样在电网低出力时就可以用燃料电池来发电，起到调峰的作用。同时，由于燃料电池的燃料可利用甲醇等可再生的能源，减少了人类对一次性能源的消耗。

四、风光互补发电

（一）风光互补发电发展现状及原理

太阳能发电会受到环境影响，如阴雨天或是晚上，太阳能发电就会受影响或无效。而风力发电会受风速的影响。将两者结合起来，就能相互弥补彼此的不足，使用范围也将更大。而我国属季风气候区，一般夏季风小，太阳辐射强度大；冬季风大，太阳辐射强度小，风能和太阳能正好可以互相补充。自2006年光热发电在我国起步至今，光热发电产业的快速发展离不开我国政策支持。平准化发电成本是评价发电项目效益的重要指标，依据前文对光热发电项目标准化发电成本的敏感性分析可知，单位投资和利用小时数是其最重要的影响因素。设备购置成本太高是造成单位投资过高的主要原因，降低设备成本需要完善光热发电产业链。除此之外，光热发电产业发展不成熟，建设项目少导致设备供应商难以实现规模化生产。

（二）风光互补发电对电力系统的影响

（1）利用太阳能、风能的互补特性，可以获得比较稳定的总输出，进而提高系统供电的稳定性和可靠性；

（2）在保证同样供电的情况下，可使储能电池的容量大大地减少；

（3）由风/光系统供电，很少启动备用电源，如柴油发电机等，可以获得较好的社会经济效益。风光互补控制器对光伏电池板、风力发电机转化的电能进行调整和控制，一方面把光伏、风力发电机产生的电能优先供给直流负载或交流负载，另一方面把多余的电能存储到蓄电池。

五、结论与展望

本文从全球和我国的能源现状出发，分析说明了新能源发电技术是当前迫切而有实际价值的研究课题，新能源不仅仅指风能和燃料电池，还包括太阳能、生物质能、海洋能、地热能和光伏电池等。我国乃至全世界的新能源发电技术发展的潜力都是巨大的。在人类明天的舞台上，新能源将取代化石燃料，扮演重要的角色。

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