新能源科技论文探讨
关于新能源发电技术的新能源技术论文1
从全球能源现状出发，介绍了能源发电技术在中国的应用，发现中国新能源发电对现代化建设具有重要的战略意义。进一步介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统两种新能源发电技术。风力发电是非水可再生能源发电中技术最成熟、最具规模化发展条件和商业前景的，也是近期发展的重点。燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置。它具有高能量转换效率，并且几乎不排放氮和硫的氧化物。
关键词:新能源；风能；燃料电池；发电技术
中国图书馆分类号:F206文献识别码:A
能源短缺已经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利用技术，如何提高能源利用率也成为世界各国关注的话题。欧盟首次提出20-20-20计划:到2020年，可再生能源将占欧盟能源消费总量的20%。5438年6月+2007年2月，美国前总统老布什也签署了《能源独立与安全法案》(EISA)，从而大力推广新能源的使用和节能计划。另外，从环保角度来说，为了保护人类赖以生存的地球，发展新能源也是必由之路。
一、中国能源和发电技术的现状
2011年，我国新能源发电继续保持快速发展态势，并网装机持续增长，发电量持续增加。截至2011年底，我国新能源装机达到7000万千瓦，居世界第一，新能源并网装机达到54.09千瓦，同比增长47.4%，约占发电总装机的5.1%。其中，风电并网容量约占并网新能源总装机容量的85.5%；并网太阳能光伏装机容量约占并网新能源总装机容量的4.4%；生物质等新能源装机容量约占并网新能源总装机容量的10.1%。
2011年我国新能源发电量约为1016亿kW？h，同比增长29.9%，约占总发电量的2.2%。其中，风力发电约占新能源发电总量的72.0%；太阳能光伏发电约占0.9%；生物质及其他新能源约占27.1%。2011年，我国新能源发电量将为320g/(kW？h)计算，相当于节约3241000 tce，减少二氧化碳排放9030万t..
电能是国民生活和生产的基础。无论从能源角度还是电力系统本身来看，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重要的现实意义和战略意义。
二、风力发电技术
风能资源主要包括陆地资源和海上资源。风力发电是非水可再生能源发电中技术最成熟、最具规模化发展条件和商业前景的，也是目前新能源发展的重点方向。
1.发展状况
近年来，我国风电产业取得了长足的发展，这与我国丰富的风能资源是分不开的。据相关资料显示，在地面以上10米高度，我国风能资源理论储量约43亿千瓦，技术开发能力约3亿千瓦。估计离地50米的时候可能会翻倍。海上资源高10米，经济可采量约7.5亿千瓦，高50米约15亿千瓦。从我国并网风电场总装机容量来看，截至2006年底，我国已建成约91个风电场，总装机容量约260万千瓦，比2005年增加654.38+0.34万千瓦，增长率为654.38+0.05%。根据国家长远规划，2015年风力发电将达到15万千瓦，2020年达到3000万千瓦。但是，与发达国家相比，中国的发展规模仍然很小，发展速度也很慢。制约我国风电发展的重要因素包括技术和体制。技术方面，风电机组制造水平低，风电机组性能检测设备和技术相对落后，缺乏相应的认证机构；在制度方面，风电场的运维水平和制度与国外风电场和国内火电生产明显不同，缺乏对运行过程中出现的问题和故障的详细记录和分析。
2.对电力系统的影响
风力发电机由风驱动，风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的电能输出也是波动性和间歇性的。因此，风电场的大规模接入会带来功率波动，增加电网负担，影响电网供电质量和稳定性。
(1)对电能质量的影响。气流运动引起的风速波动周期通常为几秒到几分钟。这种短周期风速波动和风力涡轮机本身的运行特性可能会影响电网的电能质量。首先会影响频率:风力发电有功功率的波动会引起电磁功率的波动。由于发电机转子的惯性，调节系统难以跟上电磁功率的瞬时变化，造成功率不平衡，会改变发电机转速和系统频率。此外，风电也会对电压产生影响:并网风电机组输出功率的波动会导致电压波动，其输出功率的频率范围在电压闪变的范围内(25Hz)，所以会引起电压闪变，最后会产生谐波电压和谐波电流。
(2)对电网稳定性的影响。对于弱电网来说，风电功率的波动会导致瞬时电压下降和风电机组频繁解列。故障清除后，发电机磁化和转差率的增加会消耗大量无功功率，使电网电压难以恢复。
(3)对调频和调峰能力的影响。气流长期、季节性运动引起的风速波动周期通常为几个小时，甚至几天或几个月，会增加现有电网的调频调峰负担。负荷曲线的低谷期往往对应风电输出的高峰期，风电场并网发电增加了电网等效负荷的峰谷差，大大增加了电网的调频调峰负担。
三、太阳能光伏电池发电技术
1.1太阳能光伏电池
太阳能光伏发电，也简称太阳能光伏发电，被认为是未来世界上发展最快、最有前景的可再生新能源技术。太阳能光伏电池的基本原理是利用半导体的“光伏效应”(光伏效应)，将太阳光能直接转化为电能。能够利用光伏效应发电的材料称为光伏材料。通过光伏效应将太阳能直接转化为电能的器件称为太阳能光伏电池或光伏电池。光伏电池是太阳能光伏发电的核心部件。
1839年，法国物理学家贝克雷尔发现，由两块浸在电解液中的金属组成的光伏电池，在接收太阳光时电压上升。在他发表的论文中，他将这种现象称为“PhotovohaicEffect”。“光伏效应”是异质半导体或半导体-金属混合材料中能传导电流的载流子在光的作用下分布和浓度发生变化，从而在不同部分之间产生电位差的现象。1941年，奥尔发现了硅材料上的光伏效应，为半导体硅在太阳能光伏发电中的广泛应用奠定了基础。从65438年到0954年，贝尔实验室的科学家Darryl Chapin和Pirson成功开发了世界上第一个实用的单晶硅光伏电池。同年，Vekker发现砷化镓具有光伏效应，在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成世界上第一个薄膜光伏电池。2010年2月投产的大丰20 MW光伏电站是中国最大的薄膜光伏电站，年发电量2300万kW·h。
太阳能光伏电池的工作原理如图1所示。
在半导体中掺杂杂质制作PN结，形成平衡状态的内建电场，在内建电场的作用下，外部激发产生的过剩载流子被分离，从而形成外部电压。在光照下，半导体中的电子吸收光子能量，从价带跳到导带，形成电子-空穴对，成为载流子。产生载流子所需的最低能量是半导体的带隙Eg，带隙较小的材料制成的太阳能电池可以形成较大的电流。
基于单晶硅的第一代光伏电池是目前太阳能光伏电池市场的主流，其光电转换率已经达到24。7%.基于薄膜技术的第二代光伏电池的光电转换效率达到了16.5% ~ 18.8%。薄膜光伏电池由于大大降低了半导体材料的消耗，具有良好的发展前景。需要指出的是，在光伏电池的光电转换过程中，光伏材料不发生任何化学变化和机械磨损，因此太阳能光伏电池是一种无噪音、无异味、无污染的理想清洁能源。2006年，中国太阳能电池总产量首次达到400兆瓦，从而超过美国成为世界第三大生产国，也是世界上发展最快的国家。
1.2太阳能光伏电站
太阳能光伏电站是将若干个光电转换器件即光伏电池封装成光伏电池模块，然后根据需要将若干个模块组合成具有一定功率的光伏阵列，再配以储能、测控装置，组成太阳能光伏电站。
太阳能光伏电池具有很大的灵活性，不仅可以用来建设零星电站，还可以组成太阳能光伏发电系统，供小型、分散的电力用户使用。这种独立的太阳能光伏发电系统称为离网型太阳能光伏发电系统。
由于昼夜日照变化和天气的影响，离网光伏发电系统通常需要与其他电源结合，如柴油发电机组和蓄电池，从而增加了电站的投资和维护成本。离网光伏发电系统往往建在远离电网的偏远山区和沙漠地区，为独立的区域用户供电。西藏措勒20 kW光伏电站是我国较早建设的离网型光伏电站，总投资290万元，于1994年2月正式投产。
离网太阳能光伏电站系统如图2所示。
电站发电系统由太阳能光伏电池阵列、蓄电池、DC控制器、DC-交流逆变器、交流配电柜和备用电源系统(包括柴油发电机组和整流充电柜)组成。其工作原理是太阳能光伏电池阵列通过DC控制柜向电池组供电，根据需要设定电池组的上下限电压，DC控制柜自动控制充电。电池组通过DC控制柜向DC-交流逆变器供电，通过逆变器将DC转换为三相交流电，然后通过交流配电柜以三相四线制向用户供电。当蓄电池电压降至下限电压时，DC控制柜会自动切断其输出电路，使DC-交流逆变器停止工作，以免造成蓄电池过度放电。柴油发电机组是电站的备用电源。必要时，备用电源通过整流充电柜给蓄电池充电，或在光伏发电系统故障停机时，通过交流配电柜直接给用户供电。DC-交流逆变器和柴油发电机组不能同时向用户供电，需要在交流配电柜中设置联锁装置，以保证供电的唯一性。
当太阳能光伏电站的容量达到一定规模时，还可以接入电网，称为并网光伏电站。此时，如果本地负荷不足，多余的电能可以输送到电网。当地太阳能发电不足时，电网向用户供电。因此，并网光伏电站不需要使用储能装置，降低了系统投资和维护成本。同时，由于与电网的互助，提高了发电设备的利用率和供用电的安全可靠性，是太阳能发电技术规模化发展的必然趋势。中国第一座并网光伏电站是2006年建成投产的西藏羊八井可再生能源基地100 kW高压并网光伏电站。2010年底，我国首个光伏发电项目敦煌2 ×10 MW光伏发电项目建成投产。
四。结论与展望
本文从全球和中国的能源形势出发，分析了新能源发电技术是当前一个迫切而实用的研究课题，然后介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统的特点以及这两方面在中国的发展现状。新能源不仅指风能和燃料电池，还包括生物质能、海洋能、地热能和光伏电池。新能源发电技术在中国乃至世界的发展潜力巨大。在人类明天的舞台上，新能源将取代化石燃料，发挥重要作用。
参考资料:
【1】徐德宏。新能源电力电子导论[D]。杭州:浙江大学，2009。
[2]郝伟、舒娟、张颗粒。新能源发电技术概述[C]。2007年华北电力大学第五届研究生学术交流会。
石涛。燃料电池发电系统的建模与仿真[D].南京:东南大学，2007年:5月6日，63-64。
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