风力发电技术论文
风力发电是一种清洁的、可再生的能源。下面我整理了风力发电技术论文,欢迎阅读!
风力发电技术论文篇一风力发电技术
摘要:随着世界能源的日趋匮乏和科学技术的飞速发展,加之人们对环境保护的要求,人们在努力寻找一种能替代石油、天然气等能源的可再生、环保、洁净的绿色能源。风能是当前最有发展前景的一种新型能源,它是取之不尽用之不竭的能源,还是一种洁净、无污染、可再生的绿色能源。风能的利用,从风车到风力发电,证明了文明和科学进步。绿色和平组织和欧洲风能协会2002年提出了《风力2012》报告,报告中指出到2020年,世界风力发电将达到世界电力总需求量的12%,我国电力发展“十一五”发展纲要中也指出,中国的风力发电将占世界风力发电总量的14%。风力发电与火力发电和水力发电比较,具有单机容量小、可分散建设等优点。随着国家对能源需求和环保要求力度的不断加大,风力发电的优势和经济性、实用性等优点也必将显现出来。
关键词:风力发电技术
一、风力发电国内外发展现状
1、 国外风力发电发展现状
2012 年新增风电装机容量最多的10 个国家占世界风电装机的87%。与2007 年相比,美国保持第1 名,中国超过西班牙从第3 名上升到第2 名,印度超过德国和西班牙从第5名升至第3 名,前3 名的国家合计新增装机容量占全世界的60%。根据世界风能协会的统计,2012 年全世界风电装机容量新增约2726 万kW,增长率约为29%。累计达到1.21 亿kW,增长率为42%,突破1 亿kW 大关。风电总量为2600 亿kWh,占全世界总电量的比例从2000 年的0.25%增加到2012 年的1.5%。尽管风电的发展仍然存在着很多困难,如电网适应能力、风能资源、海上风电发展等,但相比于常规能源,经济性优势逐步凸显,世界各国都对风电发展充满了信心。
2、 我国风力发电的现状
我国的风力发电始于20世纪50年代后期,在吉林、辽宁、新疆等省建立了单台容量在10kW以下的小型风力发电场,但其后就处于停滞状态。直到1986年,在山东荣城建成了我国第一座并网运行的风电场后,从此并网运行的风电场建设进入了探索和示范阶段,但其特点是规模和单机容量均较小。到1990年已建成4座并网型风电场,总装机容量为4.215MW,其最大单机容量为200kW。在此基础上,风力发电从1991年起开始步入了逐步推广阶段,到1995年,全国共建成了5座并网型风电场,装机总容量为36.1MW,最大单机容量为500kW。1996年后,风力发电进入了扩大建设规模的阶段,其特点是风电场规模和装机容量均较大,最大单机容量为1500kW。据中国风能协会最新统计,2007年中国除台湾省外新增风电机组3,144 台。与2006 年相比,2007年当年新增装机增长率为145.8%,累计装机增长率为126.6%。2007年中国除台湾省外累计风电机组6,458台,装机容量5,890MW。
各种风力发电机的优缺点
风力发电机组主要由两大部分组成:
风力机部分它将风能转换为机械能
发电机部分它将机械能转换为电能。
根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征,再加上它们的不同组合,风力发电机组可以有多种多样的分类。
(1) 按照功率传递的机械连接方式的不同,可分为“有齿轮箱型风机”和无齿轮箱的“直驱型风机”。
有齿轮箱型风机的桨叶通过齿轮箱及其高速轴及万能弹性联轴节将转矩传递到发电机的传动轴,联轴节具有很好的吸收阻尼和震动的特性,可吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移,并且联轴器可阻止机械装置的过载。
而直驱型风机则另辟蹊径,配合采用了多项先进技术,桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接传递到发电机的传动轴,使风机发出的电能同样能并网输出。这样的设计简化了装置的结构,减少了故障几率,优点很多,现多用于大型机组上。
(2) 根据按桨叶接受风能的功率调节方式可分为:
“定桨距(失速型)机组”桨叶与轮毂的连接是固定的。当风速变化时,桨叶的迎风角度不能随之变化。由于定桨距(失速型)机组结构简单、性能可靠,在20 年来的风能开发利用中一直占据主导地位。
“变桨距机组”叶片可以绕叶片中心轴旋转,使叶片攻角可在一定范围内(一般0-90度)调节变化,其性能比定桨距型提高许多,但结构也趋于复杂,现多用于大型机组上。
(3) 按照叶轮转速是否恒定可分为:
“恒速风力发电机组”设计简单可靠,造价低,维护量少,直接并网缺点是:气动效率低,结构载荷高,给电网造成电网波动,从电网吸收无功功率。
“变速风力发电机组”气动效率高,机械应力小,功率波动小,成本效率高,支撑结构轻。缺点是:功率对电压降敏感,电气设备的价格较高,维护量大。现常用于大容量的主力机型。
(4) 根据风力发电机组的发电机类型分类,可分为两大类:
“异步发电机型” “同步发电机型”
只要选用适当的变流装置,它们都可以用于变速运行风机。
异步发电机按其转子结构不同又可分为:
(a) 笼型异步发电机转子为笼型。由于结构简单可靠、廉价、易于接入电网,而在小、中型机组中得到大量的使用
(b) 绕线式双馈异步发电机转子为线绕型。定子与电网直接连接输送电能,同时绕线式转子也经过变频器控制向电网输送有功或无功功率。
同步发电机型按其产生旋转磁场的磁极的类型又可分为:
(a) 电励磁同步发电机转子为线绕凸极式磁极,由外接直流电流激磁来产生磁场。
(b) 永磁同步发电机转子为铁氧体材料制造的永磁体磁极,通常为低速多极式,不用外界激磁,简化了发电机结构,因而具有多种优势。 二、相关风力发电控制技术
随着经济节约型社会的逐步推进,风能作为清洁的可再生能源,实现风力发电也越来越受到人们关注。然而面对风况的可变性(锋速的大小、方向的随机性)以及风电场中风力发电机组布置的分散性,要实现风电低成本、超大规模开发利用,作为其可靠、高效运行的关键技术,控制技术需要进行不断地改进,并具有广阔的研究前景。
三、风力发电机组控制系统构成
风力发电机组控制系统由本体系统和电控(总体控制)系统组成,本体系统包括空气动力学系统、发电机系统、变流系统及其附属结构电控系统由不同的模块构成,主模块包括变桨控制、偏航控制、变流控制等,辅助模块则包括通讯、监控、健康管理控制等。而且,在本体系统与电控系统间实现系统的联系及信号的变换。例如,空气动力系统的桨距由变桨控制系统控制,保证了风能转化的最大化,功率输出的稳定等作用。风轮的自动对风及连续跟踪风向引起电缆缠绕的自动解缆受偏航控制系统控制,分为主、被动迎风两种模式,目前大型并网风电系统多采用主动偏航模式。变流控制常和变桨距系统结合,对变速恒频的运行及最大额定功率进行控制。
根据风电机组不同的分类标准,可将机组控制系统分为不同种类。目前风力发电的主流机型主要是依据桨距特性,发电机类型等分类,通过技术不断改进,控制系统由最先的定桨距恒速恒频控制到变桨距恒速恒频控制,随之发展为变桨距变速恒频控制。此外,据连接电网类型可将风电控制系统分为离网型和并网型,前者已步入大规模稳定发展阶段。后者则成为现阶段控制系统的主要发展方向。
1.变桨控制
变桨控制是风电机组控制系统的研究重点,其实际上即对功率的控制。相对于定桨距控制无法解决桨叶自动失速,功率不稳的问题,该系统通过改变桨距角,使得在低风速(即低于额定风速)时,风机处于最优的风能捕获状态,桨距保持为零,实现风能的最大利用率在高风速(即高于额定风速)时,改变攻角变化,降低叶片空气动力转矩,又能达到调节速度、限制功率的目的。减小风速、风向可变性对机组的影响。因相应的风轮特性的不同,变桨控制分为主动和被动控制。
2.偏航控制
偏航系统又称对风装置,是风电机组特有的伺服控制系统,将风向改变的信号经过一系列的控制系统程序,调整风轮与风向一致,保证了风电机组的平稳运转,使得风能高效利用,进而大大降低发电成本并有效保护电机。作为随动系统,连续跟踪风向很可能造成电缆缠绕,偏航系统也具有自动解缆的功能。同样对应不同的风电机组,应用不同的偏航装置,分为尾舵对风、侧风轮对风、伺服电机或调向电机调向,前两者为被动迎风,后者为主动迎风。
3.变流系统
变流系统采用全功率变流,完成风电机组输出功率的变换与并网。现今并网系统包括直接并网、降压并网、准同步并网、软并网,而软并网目前使用最普遍。
风电机组启动时,变流控制原件实现风电机的并网,在正常工作中,变流控制单元又要接受主控器的命令,控制输出功率,实现了电网有功功率与无功功率的灵活控制。
四、风力发电技术发展趋势的展望
在我国大力发展以风能太阳能新发电方式为代表的电力系统成为长期的国策,新能源电力不远将来成为我国电力建设不可缺少的部分,随着洋品牌不断降价,整机厂介入,新一轮竞争越来越激烈,要和国内整机厂结合起来大家要做。电网友好耗型的故障穿越式的技术是国产变流器必须解决的问题,国产化使我们国家整个技术水平上一个台阶。
五、风力发电前景的建议
1 做好风能资源的勘察
风资源的测定是发挥风电作用的前提基础,因此将来应该在这方面增大投入,对我国实际的风资源在总体上有细致准确的了解,为政府和风电的决策者合理地规划风电提供正确的指导。为进一步摸清风能资源状况,必须加快开展风能资源的普查工作。这方面,不仅需要有关部门筹集一定资金用于加大风力资源勘测工作的投入,各地也要自筹资金开展本地区风力资源的勘察,认真调查确定可开发风电场的分布和规模。
2 提高风电机组的制造技术
要提高我国风力发电应用的技术水平,需要不断增进与发达国家的交流,学习其先进技术,只有清楚彼此差距,才能不断提升我国的风电技术水平。我国提出,到2010年风电装机要有80%的国产化率,必须在技术上占领竞争制高点。《可再生能源法》规定:“国家将可再生能源开发利用的科学技术研究和产业化发展列为科技发展与高技术产业发展的优先领域,纳入国家科技发展规划和高技术产业发展规划,并安排资金支持可再生能源开发利用的科学技术研究、应用示范和产业化发展,促进可再生能源开发利用的技术进步”。这一规定为风电技术进步创造了良好的契机。提高风电技术也是降低风电成本和上网电价的关键所在。
3 依托政策发展风电
2006年国家正式实施了《可再生能源法》,2008年,国家发改委印发了《可再生能源发展“十一五”规划》。这些政策法规的出台为风力发电的发展提供了制度上的支持,在具体的措施和规则上还要细化、规范、便于操作,使风电的发展稳步,快速的发展起来。
中国的风电发展迄今已经有30多年,取得了显著进步。但由于基础薄弱,风电发展的过程中面临的技术落后、政策扶持不够及上网电价高等诸多困难。随着政府和民众对风电的逐步认识、《可再生能源法》正式实施和《可再生能源发展“十一五”规划》的出台,以及风电设备的设计、制造技术方面不断提高,风能利用必将为我国的环保事业、能源结构的调整做出巨大的贡献。风电产业和相关的科研机构应该抓住这一契机,为风电的全面发展作一个系统可行的规划,逐步解决风电发展中的困难,完善风电机制,在提高风电战略地位的同时,早日使风电普及惠民。
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中国风力发电潜力巨大
中科院专家提出:风能、太阳能、潮汐能的开发可以有效缓解中国的能源供应困局,其中产业化条件最为成熟的首推风力发电。
中国风力发电已经历20年漫长的“试验期”,而风力发电的产业化举步维艰,大大小小的风电场遍布全国,几乎各省都有,却并不成气候。
据统计,到去年年底,全国共有43个风电场,分布在14个省(区、市),总装机容量76.4万千瓦。刘应宽说,按照目前的发展势头,到今年年底,全国风电装机容量将肯定超过100万千瓦。
而早在1995年,原国家电力部就提出,到2000年中国风机规模要达到100万千瓦,这一时间表整整推迟了5年。
随着近年煤炭、石油等常规能源的全面紧张,清洁环保的可再生能源驶入发展的快车道。《京都议定书》的签订和《可再生能源法》的出台,为风电迅速成长注入蓬勃动力。
在各种可再生能源中,风能因资源丰富、成本相对较低而最具商业化、产业化前景。政策的驱动,以及利益的诱惑,吸引着嗅觉敏锐的企业纷纷投资风电。据不完全统计,包括五大发电集团在内的全国30多家企业已争相涉足这一领域,总投资超过100亿元。
按照国内目前的行业平均水平,每千瓦风电装机容量的成本为8000-10000元,与造价约4000元/千瓦的煤炭、石油等常规能源电厂相比,风电场的造价大约高出1倍。目前,每度风电的成本约为0.4-0.5元。
研究表明,风力发电能力每增加一倍,成本就会下降15%。由于近年世界风电增长一直保持在30%以上,风电成本快速下降,国外已日趋接近燃煤发电成本。此外,风电外部成本几乎为零,甚至低于核电成本,因此经济效益凸现。随着中国风电设备国产化和发电的规模化,风电可望比燃煤发电更具成本和价格优势。
在风电场急速增长的带动下,风电设备制造正呈现出巨大的市场空间。按照中国远期规划(2020年风电装机2000万千瓦)和每千瓦8000-10000元的造价,每年风电设备市场容量约为97亿-122亿元。即使考虑国产化程度提高而导致的价格下降,平均每年的市场容量也应保持在70亿元以上。在可预期的巨大市场空间面前,中国风电设备制造企业将迎来难得的发展机遇。
同样看到这个巨大市场的,还有来自欧洲的跨国风电设备制造企业。由于起步早,技术先进,欧洲企业占据着全球风电设备市场的绝大部分市场份额,中国市场也不例外。
由于看到中国市场的巨大需求,欧洲各大风电设备制造企业纷纷提高产品售价,并严格控制技术转让。有资料显示,过去3年间,进口风电设备的价格上涨了20%以上。
面对风电的商机与困惑,有关专家提出,已具产业化条件的中国风力发电迟迟不能迈出关键一步,最重要的原因在于:由于电价、关税、贷款、税收等优惠政策与扶持措施不到位,风电产业化从市场这个“源头”被束缚住了。中国的风力发电产业化,只能从做大风电市场破题。应该促进可再生能源立法,打破电力市场的地区分割,解决风电在全国摊销的关键难题,同时辅以信贷、税收、消费等方面的鼓励政策,从而引导更多的投资进入风电产业,进而借鉴彩电、汽车等行业的国产化方式,以市场来推进风力发电设备制造、研发的国产化。
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风力发电机技术论文篇一风电储能技术分析与研究
[摘 要]本文首先概述了风力发电储能技术,然后详细阐述了风力发电储能技术的具体应用。随着我国对于能源需要的不断增大,风能的作用也就显得越来越重要了。因此,研究风力发电系统中储能技术就具有非常重大的现实意义。
[关键词]风力发电系统储能技术
中图分类号:TM614 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)15-0376-01
一、前言
随着科技的不断进步与发展,风电储能技术越来越受到企业及研究人员的重视,本文着重就该部分内容进行了研究。
二、风力发电储能概述
能源是整个世界经济发展的重要基础,人类社会的发展与能源开发利用是息息相关的,人类历史上每次使经济产生质的飞跃都是从新型能源的利用开始的。经济的发展对能源的需求量越来越多,而今使用的传统化石能源消耗速度远远大于自然自身补给速度,从而导致传统能源逐渐趋于枯竭,同时由于能源的不合理开法和利用所排放的有害气体导致环境破坏日益严重。从社会的可持续发展战略来看,开发和利用可再生能源替代传统化石能源是能源结构调整的重要发展方向。因此,世界各国必须寻求一种可再生能源来代替日益匮乏的传统化石能源,在过去的半个多世纪,储量丰富、分布广泛、无污染、使用便利的风能已经受到极大的关注,并被确认为最有前途的替代能源。随着人类对风能的开发和利用,风力发电市场迅速发展起来,进入 20 世纪九十年代以来,世界各国掀起了风力发电应用的新浪潮,风力发电在全球范围内得到前所未有的发展。
我国风能资源丰富、分布广泛,主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部沿海地区及附近岛屿,这些地区工业污染和能源紧缺问题也比较严重,风电并网的开发利用成为解决这一问题的重要策略之一。但是由于风能的间歇性和随机性,风电功率随着风速大小变化而随机波动,尽管大电网允许一定容量波动的风电功率并网,一旦超过一定容量,其功率的波动就影响电网运行的稳定性,随之带来谐波污染、闪变等影响电能质量,为保证电网运行的可靠性和电能质量的优质性,电网不能接纳超过一定容量的风电电能,从而导致无法并网的风电被舍弃,这一状况严重阻碍了我国风电的大规模发展。据国家电监会公布的《风电、光伏发电情况监管报告》和电科院关于电网接纳风电能力的论证报告,可知目前我国大规模风电并网和电网接纳的矛盾日益突出。
三、风电储能技术
现有的储能技术主要包括物理储能、化学储能、电磁储能和相变储能等四种类型。物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等,电磁储能包括超导磁储能(SMES)和超级电容储能等,化学储能包括铅酸电池、锂离子电池和钠硫电池等,相变储能包括冰蓄冷储能和相变建筑材料储能等。各种储能的功率/能量特性及其适应范围不同。需要说明的是,与其他储能方式相比,相变储能并非以电能形式释放存储的电能,且其功率/能量等级涉及的因素很复杂,因而此处不予讨论。但是,随着智能电网的推进,其将在需求侧管理(DSM)方面发挥重要作用。
根据不同储能方式的能量/功率等级、响应速度、经济性等特点,其可应用于电力系统的削峰填谷、调频/调峰、稳定控制、改善电能质量乃至紧急备用电源等不同场合。
四、风力发电储能技术的具体应用
1、利用储能系统增强风电稳定性
增强电力系统稳定性的根本措施是改善系统平衡度,储能系统能够快速吸收或释放有功及无功功率,改善系统的有功、无功功率平衡水平,增强稳定性。针对电压稳定性问题,储能系统改善电压稳定性并增加系统的风电接入容量问题,但该文仅对储能系统做了理想的假设,缺乏有效的动态仿真及理论分析。利用超导储能和超级电容储能系统增强风电稳定性的问题,设计了相应的控制策略,结果显示,超导储能和超级电容储能系统均能有效降低风电并网PCC的电压波动,平滑风电机组的有功输出,增强系统稳定性。频率稳定性问题的研究主要集中在储能系统平滑风电输出功率方面。研究表明采用超导储能系统改善频率稳定性问题,仿真结果表明,超导储能系统在文中既定的条件下使得系统的最大频率偏差从0.369Hz降为0.095Hz,有效改善了系统的频率稳定性,且超导储能系统容量越大系统频率偏差越小。
2、利用储能系统增强风电机组LVRT功能在风电机组比例较高的电力系统中,LVRT是影响系统稳定性的关键因素之一。通过对有、无LVRT功能的风电机组在故障情况下的电网电压恢复情况的比较,结果显示,有LVRT功能的风电机组并网能够有效解决风电并网所产生的电压稳定性问题,有利于系统稳定性的增强。
3、利用储能系统增加风电穿透功率极限
不同电网,限制WPP水平的主导因素不同,采用的储能系统也不同。很多研究人员探讨了采用飞轮储能、电池储能和超导储能系统增加WPP的问题,结果表明,这3种储能系统都能有效增加系统的WPP,并能改善PCC的电压波动性,在冬季大方式和夏季小方式两种极端工况下,频率偏移和线路功率约束是限制WPP的主要因素。
4、利用储能系统优化风电经济性
随机波动的间歇性风电接入电网,将导致系统备用容量增加,系统运行经济性降低。合适的储能系统能够有效解决这一问题,实现电网与风电场的双赢。此外,在电力市场环境下,风电的竞争力较差,采用储能系统配合风电场运行,能够实现风电效益最大化。
五、风电储能展望
受自然条件限制,可再生能源发电具有很大的随机性,直接并入电网会对系统造成一定的冲击,增加系统不稳定的因素。因此,通过研发高效储能装置及其配套设备,与风电、光伏发电机组容量相匹配,支持充放电状态的迅速切换,确保并网系统的安全稳定已成为可再生能源充分利用的关键。
储能技术将在平抑、稳定风能发电或太阳能发电的输出功率和提升新能源的利用价值方面发挥重要作用。风电、光伏等可再生能源发电设备的输出功率会随环境因素变化,储能装置可以及时地进行能量的储存和释放,保证供电的持续性和可靠性。在风力发电中,风速的变化会使原动机输出机械功率发生变化,从而使发电机输出功率产生波动而使电能质量下降。应用储能装置是改善发电机输出电压和频率质量的有效途径,同时增加了分布式发电机组与电网并网运行时的可靠性。分布式发电系统可以与电网连接,实现向电网的馈电,并可以提供削峰、紧急功率支持等服务。而一些可再生能源分布式发电系统,受环境因素的影响较大,因此无法制订特定的发电规划。
针对变速风电机组设计了附加频率控制环节进行研究,分别通过对转子和风轮机的附加控制,使得DFIG对系统的一次调频有所贡献。针对这些控制方案将降低风电机组效率的缺陷,采用飞轮储能系统辅助风电机组运行,通过对飞轮储能系统的充放电控制,实现平滑风电输出功率、参与电网频率控制的双重目标,并通过仿真验证了方案的可行性。
六、结束语
加强对风电储能技术的研究,可以使风电储能更加完善,使风能发电更加实用,是非常具有现实意义的研究。
参考文献
[1] 王涛.浅析风电储能技术[J].清洁能源.2013(3):166-168.
[2] 盛文仲.浅谈风电储能技术[J].电力系统保护与控制.2012(3):16-18.
[3] 王文鹏.风电储能技术分析[J].电网与清洁能源.2013(6):66-69.
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新能源是指传统能源之外的各种能源形式。我整理了浅谈新能源技术论文,欢迎阅读!
浅谈新能源技术论文篇一论新能源发电技术
摘要:本文从全球能源的现状,介绍了中国能源发电技术的应用情况,发现中国新能源发电对现代化建设具有重要战略意义。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。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。
关键词:新能源风能燃料电池发电技术
中图分类号: F206 文献标识码: A
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。欧盟就首先提出了20-20-20计划:到2020 年,可再生能源占欧盟总能源消耗的20%。2007年12月,美国前总统布什也签署了《能源独立和安全法案》(EISA),从而大力推动新能源的使用和节能计划。另外,从环境的角度来看,为了保护人们赖以生存的地球,开发新能源也是必由之路。
一、我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,并网装机容量持续增长,发电量不断增加。截至2011年底,我国新能源安装容量达到7000万kW,居世界首位,并网新能源装机容量达到5409万kW,同比增长47.4%,约占全部发电装机容量的5.1%。其中,风电并网容量约占并网新能源装机总量的85.5%并网太阳能光伏装机容量约占并网新能源装机总量的4.4%生物质及其他新能源发电装机容量约占并网新能源装机总量的10.1%。
2011年,我国新能源发电量约为1016亿kW?h,同比增长29.9%,约占全部发电量的2.2%。其中,风电发电量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发电约占27.1%。2011年我国新能源发电量按发电煤耗320g/(kW?h)计算,相当于节约3241万tce,减排二氧化碳9030万t。
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。
二、风力发电技术
风能资源主要包括陆地资源与近海离岸资源两部分。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,也是目前新能源发展的重点方向。
1.发展现状
近年来,我国风力发电产业取得了长足发展,这与我国的风能资源丰富密不可分。据有关资料显示,陆地上离地面10米高度处,我国风能资源理论储量约为43亿千瓦,技术可开发量约为3亿千瓦,离地面50米,估计可能增大一倍近海资源10米高经济可开发量约7.5亿千瓦,50米高约15亿千瓦。从我国联网风电场总装机量来说,到2006 年底,我国已建成约91个风电场,装机总容量达到约260万千瓦,比2005年新增装机134万千瓦,增长率为105%。根据国家中长期规划,2015年风能发电要达到1500万千瓦,2020年要达到3000万千瓦。但是,与风电发达国家相比,我国的发展规模还很小,发展速度也较缓慢。制约我国风电发展的重要因素包括技术和制度两个方面。技术方面,风电机组的制造水平较低,风电机组性能测试设备和技术也相对落后,并缺少相应的认证机构制度方面,风电场的运行维护水平和制度与国外风电场及国内火电生产相比有明显差距,缺乏对运行过程中出现的问题和故障的详细记录、分析。
2.对电力系统的影响
风力发电机是以风作为原动力,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和间歇的。所以,风电场的大规模接入将会带来波动功率,从而加重电网负担,影响电网供电质量和电网稳定性等。
(1)对电能质量的影响。空气气流运动导致的风速波动周期一般为几秒到几分钟,这种短周期的风速波动以及风电机组本身的运行特性可能影响电网的电能质量。首先会对频率产生影响:风力发电有功功率波动引起电磁功率的波动,由于发电机组转子惯性,调节系统很难跟上电磁功率的瞬时变化,造成功率不平衡,使发电机转速变化,系统频率也将改变。此外,风电还会对电压产生影响:并网风电机组输出功率的波动导致电压的波动,而其输出功率的频率范围正处于电压闪变的范围之内(25Hz),因此又会造成电压闪变,最后会产生谐波电压和谐波电流。
(2)对电网稳定性的影响。对较为薄弱的电网,风电功率波动将导致瞬间电压跌落以及风力发电机的频繁掉线。在故障清除之后,发电机的磁化和转差率的增加会消耗大量无功,导致电网电压恢复困难。
(3)对调频调峰能力的影响。气流长时间、季节性运动导致的风速波动周期一般为数小时,甚至数天、数月,这种长周期的风速波动会增加现有电网调频调峰的负担。负荷曲线的低谷期常常对应了风电出力的高峰期,风电场的并网发电使电网的等效负荷峰谷差增大,大大增加了电网调频调峰负担。
三、太阳能光伏电池发电技术
1. 1 太阳能光伏电池
太阳能光伏电池发电也简称为太阳能光伏发电,被认为是未来世界上发展最快和最有前途的一种可再生新能源技术。太阳能光伏电池的基本原理是利用半导体的“光生伏打效应”( 光伏效应) 将太阳的光能直接转换成电能。能利用光伏效应产生电能的物质,称为光伏材料。利用光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件叫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组件。
1839 年,法国物理学家贝克勒尔 ( Edmond Bec-qurel) 发现: 将两片金属浸入电解液中所构成的伏打电池,当接收到太阳光照射时电压升高,他在所发表的论文中把这种现象称为“光生伏打效应( PhotovohaicEffect) ”。“光生伏打效应”是不均匀半导体或半导体与金属混合材料在光照作用下,其内部可以传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化,因而在不同部位之间产生电位差的现象。1941 年,奥尔在硅材料上发现了光伏效应,从而奠定了半导体硅在太阳能光伏发电中广泛应用的基础。1954 年,美国贝尔实验室的科学家恰宾( Darryl Chapin) 和皮尔松( Gerald Pearson) 研制成功世界上第一个实用的单晶硅光伏电池。同年,韦克尔发现砷化镓具有光伏效应,并在玻璃上沉积硫化镉薄膜,制成世界上第一块薄膜光伏电池。我国2010 年 12 月投入运行的大丰 20 MW 光伏电站,是目前全国最大的薄膜光伏电站,年发电量2 300 万 kW·h。
太阳能光伏电池的工作原理如图 1 所示。
在半导体中掺加杂质制成 PN 结,以形成在平衡状态时具有的内建电场,在该内建电场的作用下分离由外界激发而生成的过剩载流子,从而形成外部电压。在光照条件下,半导体中的电子吸收光子能量从价带跃入导带,形成电子———空穴对,成为载流子。生成载流子所需要的最低能量是半导体的禁带宽度 Eg,使用禁带宽度较小的材料制作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,其光电转换率已达 24. 7%基于薄膜技术的第二代光伏电池的光电转换效率已达到16. 5% ~ 18. 8% 。由于薄膜光伏电池大大减少了半导体材料的消耗,因此具有很好的发展前景。应该指出,光伏电池在光电转换过程中,光伏材料既不发生任何化学变化,也不产生任何机械磨损,因此太阳能光伏电池是一种无噪音、无气味、无污染的理想清洁能源。2006 年,我国太阳能电池生产总量首次达到400 MW,从而超过美国成为全球第三大生产国,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伏转换器件即光伏电池封装成光伏电池组件,再根据需要将若干个组件组合成一定功率的光伏阵列,并与储能、测量、控制装置相配套,构成太阳能光伏电站。
太阳能光伏电池具有很大的灵活性,不仅可以用其建设零星规格的电站,而且可以组成应用于小型、分散电力用户的太阳能光伏发电系统。这种独立运行的太阳能光伏发电系统称之为离网型太阳能光伏发电系统。
由于受昼夜日照变化及天气的影响,离网型光伏发电系统通常需要和其他电源形式联合使用,比如柴油发电机组以及蓄电池组,从而增大了电站的投资和维护费用。离网型光伏发电系统往往建在距离电网较远的偏远山区及荒漠地带,向独立的区域用户供电。西藏措勒 20 kW 光伏电站是我国建设较早的离网型光伏电站,总投资 290 万元,1994 年 12 月正式投产发电。
离网型太阳能光伏电站系统如图 2 所示。
电站的发电系统由太阳能光伏电池方阵、蓄电池组、直流控制器、直流 - 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) 等组成。其工作原理为太阳能光伏电池方阵经过直流控制柜向蓄电池组供电,并根据需要整定蓄电池组的上限和下限电压,由直流控制柜自动控制充电。蓄电池组通过直流控制柜向直流 - 交流逆变器供电,经逆变器将直流电变换成三相交流电,再通过交流配电柜以三相四线制向用户供电。当蓄电池组的电压下降到下限电压时,为不造成蓄电池组的过渡放电,直流控制柜将自动切除其输出电路,使直流 - 交流逆变器停止工作。柴油发电机组为电站的备用电源,必要时由备用电源通过整流充电柜向蓄电池组充电,或在光伏发电系统出现故障及停运时直接通过交流配电柜向用户供电。直流 - 交流逆变器和柴油发电机组不能同时向用户供电,为此必须在交流配电柜中设置互锁装置以保证供电电源的唯一性。
当太阳能光伏电站的容量达到一定规模时,还可与电网相联,即所谓的并网型光伏电站。这时,如果本地负荷不足,则可将多余的电能输送给电网。当本地太阳能发电量不足时,则由电网向用户提供电能。因此,并网型光伏电站可以不需要使用蓄能装置,减少系统投资和维护费用。同时由于与电网的互济,提高了发电设备的利用率和供电用电的安全可靠性,是大规模开发太阳能发电技术的必然趋势。我国第一座并网型光伏电站是 2006 年建成投运的西藏羊八井可再生能源基地 100 kW 高压并网光伏电站。2010 年底全国首个光伏并网发电项目敦煌 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,进而具体介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统的特点以及我国在这两个方面的发展现状。新能源不仅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。
参考文献:
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随着经济的快速增长,风电技术也在不断的改善,给人们的生活带来了许多方便.下面我整理了风电技术论文3000字,欢迎阅读!
风电技术论文3000字篇一促进风电发展的技术解决方案
【摘要】随着经济的快速增长,风电发展的技术也在不断的改善,给人们的生活带来了许多方便,但是,随着技术的发展,在风电发展这方面发现了许多的问题需要解决,本文就从促进风电发展的技术解决方案这方面来研究研究。
【关键词】风电发展技术解决方案
中图分类号:X703文献标识码: A
一、前言
促进风电发展的技术解决方案是我国面临的一个重大的课题,在我国社会水平的发展,科学技术也在不断的发展,所以,在以后的日子中,需要科学技术人员在促进风电发展的技术解决方案这个方向做出很大的付出。
二、影响海上风力发电技术方面的因素
1、风资源评估
风资源评估是风电场开发建设的首要步骤,是进行风场选址、机位布局、风机选型、发电量估算和经济概算的基础.在宏观分析选址上,根据当地的气象部门的统计数据,获得辽宁沿海的几个城市的气象特征分别如见表1、图1所示.
表1辽宁省部分沿海城市风资源情况
营口、盘锦、大连、锦州等地区按照风能资源上分处于风能丰富区和风能较丰富区,并且临海处于渤海湾内,风速平稳、风浪较小,从宏观风资源角度上看非常适合海上风资源的开发,若要进一步的微观选址则需要建立一整套完整的测风系统以获得准确的技术数据.
2、海床考察与基础建设
海床的条件直接关系到基础采用的形式,基础的成本目前占单机总成本的19%,并且不同情况下的使用环境、造价都是不同.对于我国海上风力发电机基础,通常采用4种基础形式:单桩基础、三脚架或多支架基础、沉降基础和浮运式基础.其使用海域范围如图2所示.
图2根据水域深度海上风力发电机基础应用范围的划分
其中的单桩基础适于浅水、滩涂,并且安装简便,但是不能移动,不适合软海床.三角架或多支架基础适合于水深30m以上的水域,其基础非常坚固,但费用昂贵,很难移动,也不适合软海床.而沉降基础适用于深度不太大的软海床海区,并且安装方便,但海床表面不平时需要进行平整处理,建造费用高.浮运式基础适合于50m以上的水深,其本质就是一艘发电船,并且只适合深海域.辽宁沿海风速平稳,海床下降平缓,海床地质相对坚硬,比较适合应用单桩基础.
三、我国风电发展应重视的问题
1、风电规划过于粗放
(1)风电项目地方建设规划与全国整体规划衔接不够。各地区在开发规划风电基地时,主要是依照当地风能资源情况制定风电的规划规模和建设时序,而很少考虑电力系统的电源结构、电网输电能力、风电消纳市场等因素。各地政府确定的风力发电规划远远大于国家总体规划,使风电项目的规划发展没有体系性和衔接性,而且“十一五”以来,我国风电发展标准多次修改,对风电产业的总体指导性作用不能很好的体现。
(2)风电项目发展与水煤等其他电源规划协调不够。由于风能资源具有间歇性、随机性和不可控等特征,因此风力发电就不可避免的具有着随机和局部反调峰的这种特性,对系统的安全运行带来许多影响。电网系统能够消纳风力发电的规模大小,主要因素在于整个系统的合理规划程度和资源的优化配置情况。国外发达国家的水油气电源比重较高、系统调峰能力充裕,而我国则恰好相反,我国的情况是富煤缺油少气,在目前的电源结构中,煤电装机容量占到全国总装机容量的75%以上。水力发电中大部分是径流式电站、在丰水期是不能够进行调峰的,而核电站目前不参与调峰,因此整个电力系统的调峰能力严重不足,导致我国大部分地区电网的风电消纳能力受到限制。
(3)风电开发与电网规划建设配套不够。我国陆地可开发利用的风能资源主要集中分布在东北、西北、华北北部这“三北”地区,技术可开发量占到全国陆地风能总量的95%以上,我国风能资源基本上与用电负荷逆向分布。在风能富裕集中的“三北”地区,电网建设规模相对较小、且用电负荷有限,风电出力很难就地消纳。这与欧美等西方发达国家“小规模、分布式,低电压、就地接入”的风电发展方式显著不同,由于我国特有的地理、气候等因素制约,我国的风电开发不可避免的具有“大规模、集中开发,远程输送”特性,这就面临着更加复杂的技术挑战。风电的大规模开发必须依托坚强、灵活的电网来实现,且电网的建设周期相对与风电项目要长,因此风电和电网的规划和建设必须相互兼顾、配套开发,不能出现脱节现象。而当前,各地的风电项目规划不参照当地的电网建设计划和进度进行,使建好的风电场无法完全、稳定的接入电网,存在不协调情况。
四、风电前景展望
1、保守模式
这种模式假设中国风电按照常规方式发展,风机质量及供应能力基本保持目前的发展水平。在该模式下,减排温室气体压力不大,且中国风电发展还存在较多的限制性因素,电网建设落后于风电建设速度,电网瓶颈问题未得到有效解决,风电产业的总体投入相对较少,使得风电产业发展一般。这样在 2020 年前后,风电发展依旧比较缓慢之后,一些问题得到初步解决,2030年以后,风电产业开始快速发展。若以这种发展模式进行,根据我国《新型能源产业发展规划》报告预计,2020 年之前我国风电年新增装机容量将保持在 1.2 GW 左右,累计装机容量将达到150 GW之后,年新增装机容量保持在 1 GW,并于 2030、2040 和2050 年分别实现累计装机容量 250 GW、350 GW 和 450 GW。
2、乐观模式
这种模式考虑到目前中国风电资源潜力、环境约束、社会总成本等因素,考虑到政府发展目标和产业发展水平,同时假设开发商对目前的风电市场充满信心。在该模式下,中国风电发展存在的问题将得到有效解决,如电网瓶颈问题初步消除、风电价格体制进一步完善、风电设备攻关技术取得进展等。中国风电产业各时间段发展较为均衡,风机制造业和风电市场开发保持合理的速度,电力和电量输送能力基本满足风电发展需求,电力系统具备一定的调度运行能力,中国风力资源得到较充分的开发。这种模式是一种平衡、稳健的发展模式,接近现实发展水平。若以这种发展模式进行,根据我国《新型能源产业发展规划》报告预计,2020 年我国风电累计装机容量将达到 200 GW,占世界装机容量的 20%,年发电量实现 440 TW・h,创收 2 500 亿人民币。2020 年之后,年新增装机容量保持在 1 GW,并于 2030、2040 和2050 年分别实现累计装机容量 200 GW、400 GW 和 500 GW。
3、积极模式
这种模式充分考虑了温室气体的减排压力,国家加大投资力度,积极推进技术研发能力,使得产业发展和基础研发同步提高,电网建设和区域连接得到充分解决,电力系统具备灵活的调度能力同时国家积极推出各项风电产业激励政策,法律条款能够运行到位,有效解决了各利益主体间的关系。国家发展目标与风电发展速度达到一致,配套的风电服务业也得到新的提升和快速发展。在该模式下,风电发展呈现高速发展趋势,风机制造和市场开发保持快速发展,电网技术、电力系统技术和风电应用技术有了质的突破,风电在电力结构中的比例迅速增长。这种模式是一种超前发展模式,若以这种发展模式进行,根据我国《新型能源产业发展规划》报告预计,2020 年前,我国风电年新增装机容量保持在 1.8 GW 左右,累计装机容量将达到 230 GW,之后,年新增装机容量保持在 1.5 GW,并于 2030、2040 和 2050 年分别实现累计装机容量 380 GW、530 GW 和 680 GW。
五、政策层面的解决策略
1、加强需求侧管理,推动风电多样化利用由于目前储热技术的成本远低于储电成本,为充分利用低谷风电,丹麦大部分终端用户配备了电锅炉、热泵等电采暖设备,将低谷剩余的风电转化为热能供暖,有些还通过储热装置,变储电为储热,大大减少了低谷弃风。我国风力资源多集中在东北和西北这些冬季采暖期长、采暖负荷较大的地区,如果将风电场的建设与地区供热结合,在原有供热锅炉的供热区域或新增的供热区域,试点电采暖,对于提高风电消纳、减少煤炭消耗都具有重要意义。结合用户侧电力需求管理,推动风电多样化利用,积极探索用户侧利用低谷电能的方式,也是提高风电利用率的重要途径。
2、积极开展风电低谷电价试点
充分调动更广泛的电力需求侧资源的关键在于电价激励。国外风电大国依托其成熟的电力市场,充分发挥风电运营成本低的优势,实现了风电的充分消纳。随着我国风电规模的扩大,低谷风电弃风限电问题日益突出。我国可借鉴西班牙、丹麦的风电电价模式,遵循不打破现行上网电价体系、衔接现行风电标杆上网电价的基本原则,试点风电低谷上网电价。初步考虑,风电低谷上网电价由 2 个部分构成:一部分为政府补贴电价(即当地火电机组脱硫标杆电价与当地所属风资源区风电并网标杆电价的差价),维持不变另一部分为低谷电价,可根据低谷风电特定用途倒算,如采用低谷风电供电锅炉采暖的,可按不高于采用燃煤锅炉采暖成本倒算,也可采用风电边际电量成本计算。
六、结束语
综上所述,就促进风电发展的技术解决方案这方面而言,为了找到促进风电发展的技术解决方案,科学技术人员不仅在技术方面努力,还得总结以前的不足加以改正,解决存在的问题也会是一大进步。
参考文献
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随着经济的发展、社会的进步,人们对能源提出越来越高的要求
,寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有电力能源的来源主要有3种,即火电、水电和核电。
火电的缺点
火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少,正面临着枯竭的危险。据估计,全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物,因此会导致温室效应和酸雨,恶化地球环境。
水电的缺点
水电要淹没大量土地,有可能导致生态环境破坏,而且大型水库一旦塌崩,后果将不堪设想。另外,一个国家的水力资源也是有限的,而且还要受季节的影响。
太阳能屋顶发电站
核电的缺点
核电在正常情况下固然是干净的,但万一发生核泄漏,后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故,已使900万人受到了不同程度的损害,而且这一影响并未终止。
太阳能满足新能源的条件
这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件:一是蕴藏丰富不会枯竭;二是安全、干净,不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种,一是太阳能,二是燃料电池。另外,风力发电也可算是辅助性的新能源。其中,最理想的新能源是太阳能。
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太阳能发电是最理想的新能源
照射在地球上的太阳能非常巨大,大约40分钟照射在地球上的太阳能,便足以供全球人类一年能量的消费。可以说,太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净,不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。
从太阳能获得电力,需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同,具有以下特点:①无枯竭危险;②绝对干净(无公害);③不受资源分布地域的限制;④可在用电处就近发电;⑤能源质量高;⑥使用者从感情上容易接受;⑦获取能源花费的时间短。不足之处是:①照射的能量分布密度小,即要占用巨大面积;②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来,瑕不掩瑜,作为新能源,太阳能具有极大优点,因此受到世界各国的重视。
要使太阳能发电真正达到实用水平,一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本,二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。
目前,太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高,已达20%以上,但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低,但价格最便宜,今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10%,每瓦发电设备价格降到1-2美元时,便足以同现在的发电方式竞争。估计本世纪末便可达到这一水平。
当然,特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多,如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳电地,光电变换效率可达36%,快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵,目前只能限于在卫星上使用。
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太阳能发电的应用
太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响,但可以分散地进行,所以它适于各家各户分别进行发电,而且要联接到供电网络上,使得各个家庭在电力富裕时可将其卖给电力公司,不足时又可从电力公司买入。实现这一点的技术不难解决,关键在于要有相应的法律保障。现在美国、日本等发达国家都已制定了相应法律,保证进行太阳能发电的家庭利益,鼓励家庭进行太阳能发电。
日本已于1992年4月实现了太阳能发电系统同电力公司电网的联网,已有一些家庭开始安装太阳能发电设备。日本通产省从1994年开始以个人住宅为对象,实行对购买太阳能发电设备的费用补助三分之二的制度。要求第一年有1000户家庭、2000年时有7万户家庭装上太阳能发电设备。
据日本有关部门估计日本2100万户个人住宅中如果有80%装上太阳能发电设备,便可满足全国总电力需要的14%,如果工厂及办公楼等单位用房也进行太阳能发电,则太阳能发电将占全国电力的30%-40%。当前阻碍太阳能发电普及的最主要因素是费用昂贵。为了满足一般家庭电力需要的3千瓦发电系统,需600万至700万日元,还未包括安装的工钱。有关专家认为,至少要降到100万到200万日元时,太阳能发电才能够真正普及。降低费用的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。
不久前,美国德州仪器公司和SCE公司宣布,它们开发出一种新的太阳电池,每一单元是直径不到1毫米的小珠,它们密密麻麻规则地分布在柔软的铝箔上,就像许多蚕卵紧贴在纸上一样。在大约50平方厘米的面积上便分布有1,700个这样的单元。这种新电池的特点是,虽然变换效率只有8%—10%,但价格便宜。而且铝箔底衬柔软结实,可以像布帛一样随意折叠且经久耐用,挂在向阳处便可发电,非常方便。据称,使用这种新太阳电池,每瓦发电能力的设备只要1.5至2美元,而且每发一度电的费用也可降到14美分左右,完全可以同普通电厂产生的电力相竞争。每个家庭将这种电池挂在向阳的屋顶、墙壁上,每年就可获得一二千度的电力。
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太阳能发电的前景
太阳能发电有更加激动人心的计划。一是日本提出的创世纪计划。准备利用地面上沙漠和海洋面积进行发电,并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一电网以便向全球供电。据测算,到2000年、2050年、2100年,即使全用太阳能发电供给全球能源,占地也不过为 65.11万平方公里、 186.79万平方公里、829.19万平方公里。829.19万平方公里才占全部海洋面积 2.3%或全部沙漠的 51.4%,甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5% 。因此这一方案是有可能实现的。
另一是天上发电方案。早在1980年美国宇航局和能源部就提出在空间建设太阳能发电站设想,准备在同步轨道上放一个长10公里、宽5公里的大平板,上面布满太阳电池,这样便可提供500万千瓦电力。但这需要解决向地面无线输电问题。现已提出用微波束、激光束等各种方案。目前虽已用模型飞机实现了短距离、短时间、小功率的微波无线输电,但离真正实用还有漫长的路程。
随着我国技术的发展,在2006年,中国有三家企业进入了全球前十名,标志着中国将成为全球新能源科技的中心之一,世界上太阳能光伏的广泛应用,导致了目前缺乏的是原材料的供应和价格的上涨,我们需要将技术推广的同时,必须采用新的技术,以便大幅度降低成本,为这一新能源的长远发展提供原动力!
太阳能的使用主要分为几个方面:家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等,现在主要的应用方式为建筑一体化和风光互补系统。
世界目前已有近200家公司生产太阳能电池,但生产设备厂主要在日企之手。
近年韩国三星、LG都表示了积极参与的愿望,中国海峡两岸同样十分热心。据报道,我国台湾2008年结晶硅太阳能电池生产能力达2.2GW,以后将以每年1Gw生产能力扩大,当年并开始生产薄膜太阳能电池,今年将大力增强,台湾期待向欧洲“太阳能电池大国”看齐。2010年各国及地区有1GW以上生产计划的太阳能电池厂商有日本Sharp,德国Q—Cells,Scho~Solar,拐5威RWESolar,中国SuntechPower等5家公司,其余7家500MW以上生产能力的公司。
近年世界太阳能电池市场高歌猛进,一片大好,但百年不遇的金融风暴带来的经济危机,同样是压在太阳能电池市场头上的一片乌云,主要企业如德国Q—Cells的业绩应声下调,预年今年世界太阳电地市场也会因需求疲软、石油价格下降而竞争力反提升等不利因素而下挫。但与此同时,人们也看到美国.奥巴马上台后即将施行GreenNewDeal政策,包括其内的绿色能源计划可有1500亿美元的补助资金,日本也将推行补助金制度来继续普及太阳能电池的应用。
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太阳能电池发电原理
太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种,如:单晶硅,多晶硅,非晶硅,砷化镓,硒铟铜等。它们的发电原理基本相同,现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P-N结。
吉光光电
当光线照射太阳能电池表面时,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子,使电子发生了越迁,成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是:光子能量转换成电能的过程。
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晶体硅太阳能电池的制作过程
储量丰富的硅
“硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后,它几乎改变了一切,甚至人类的思维。20世纪末,我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用,晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。
生产过程
生产过程大致可分为五个步骤:a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。
以单晶硅为例,其生产过程可分为:
工序一,硅片清洗制绒
目的——表面处理:
清除表面油污和金属杂质;
去除硅片表面的切割损坏层;
在硅片表面制作绒面,形成减反射织构,降低表面反射率;
利用Si在稀NaOH溶液中的各向异性腐蚀,在硅片表面形成3-6 微米的金字塔结构,这样光照在硅片表面便会经过多次反射和折射,增加了对光的吸收;
工序二,扩散
硅片的单/双面液态源磷扩散,制作N型发射极区,以形成光电转换的基本结构:PN结。
POCl3 液态分子在N2 载气的携带下进入炉管,在高温下经过一系列化学反应磷原子被置换,并扩散进入硅片表面,激活形成N型掺杂,与P型衬底形成PN结。主要的化学反应式如下:
POCl3 + O2 → P2O5 + Cl2 P2O5 + Si → SiO2 + P
工序三,等离子刻边
去除扩散后硅片周边形成的短路环;
工序四,去除磷硅玻璃
去除硅片表面氧化层及扩散时形成的磷硅玻璃(磷硅玻璃是指掺有P2O5的SiO2层)。
工序五,PECVD
目的——减反射+钝化:
PECVD即等离子体增强化学气相淀积设备,Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition;
制作减少硅片表面反射的SiN 薄膜(~80nm);
SiN 薄膜中含有大量的氢离子,氢离子注入到硅片中,达到表面钝化和体钝化的目的,有效降低了载流子的复合,提高了电池的短路电流和开路电压。
工艺原理:
硅烷与氨气反应生成SiN 淀积在硅片表面形成减反射膜。
利用高频电源辉光放电产生等离子体对化学气相沉积过程施加影响的技术。由于等离子体存在,促进气体分子的分解、化合、激
发和电离,促进反应活性基团的生成,从而降低沉积温度。PECVD在200℃~500℃范围内成膜,远小于其它CVD在700℃~950℃范围
内成膜。
反应过程中有大量的氢离子注入到硅片中,使硅片中悬挂键饱和、缺陷失去活性,达到表面钝化和体钝化的目的。
工序六,丝网印刷
用丝网印刷的方法,完成背场、背电极、正栅线电极的制作,已引出产生的光生电流;
工艺原理:
给硅片表面印刷一定图形的银浆或铝浆,通过烧结后形成欧姆接触,使电流有效输出;
正面电极用Ag金属浆料,通常印成栅线状,在实现良好接触的同时使光线有较高的透过率;
背面通常用Al金属浆料印满整个背面,一是为了克服由于电池串联而引起的电阻,二是减少背面的复合;
工序七,烘干和烧结
目的及工作原理:
烘干金属浆料,并将其中的添加料挥发(前3个区);
在背面形成铝硅合金和银铝合金,以制作良好的背接触(中间3个区);
铝硅合金过程实际上是一个对硅进行P掺杂的过程,需加热到铝硅共熔点(577℃)以上。经过合金化后,随着温度的下降,液
相中的硅将重新凝固出来,形成含有少量铝的结晶层,它补偿了N层中的施主杂质,从而得到以铝为受主杂质的P层,达到了消除背
结的目的。
在正面形成银硅合金,以良好的接触和遮光率;
Ag浆料中的玻璃添加料在高温(~700度)下烧穿SiN膜,使得Ag金属接触硅片表面,在银硅共熔点(760度)以上进行合金化。
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聚光太阳能发电
聚光太阳能发电(Concentrating Solar Power)简称CSP,准确地说应该是“聚光太阳能热发电”。
聚光太阳能发电的先行者是美国的吉尔伯特?科恩,在美国内华达州建造极具规模的聚光太阳能发电站,已经成功地为拉斯维加斯供应22兆瓦的电力能源。
聚光太阳能发电继风能、光电池之后,已经开始崭露头角,有望成为解决能源匮乏、应对气候变暖的有效技术手段。
基本原理:聚光太阳能发电使用抛物镜将光线聚集到充有合成油的吸热管上,再将加热到约400摄氏度的合成油输送到热交换器里,将热量通过此加热循环水,将水加热,产生水蒸气,推动涡轮转动使发电机运转,以此来发电。
聚光太阳能发电与太阳能电池不同,太阳能电池使用太阳电池板将太阳能直接变成电能,可以在阴天操作,CSP一般只能够在阳光充足、天气晴朗的地方进行。
不过,即使在没有太阳的夜晚,采用熔融盐储存热量的方法,现在也能解决全天候的供电问题了。
国际能源署(IEA)下属的SolarPACES、欧洲太阳能热能发电协会(ESTELA)和绿色和平组织的预测则较为温和,认为CSP到2030年在全球能源供应份额中将占3%-3.6%,到2050年占8%-11.8%,这意味着到2050年CSP装机容量将达到830GW,每年新增41GW。在未来5-10年内累计年增长率将达到17%-27%。
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太阳能电池的应用
通信卫星供电
上世纪60年代,科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电,上世纪末,在人类不断自我反省的过程中,对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切,不仅在空间应用,在众多领域中也大显身手。如:太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵(饮水或灌溉)、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家,将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。
离网发电系统
太阳能发电[1]控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制,一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载,另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存,当所发的电不能满足负载需要时,控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后,控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时,控制器要控制蓄电池不被过放电,保护蓄电池。控制器的性能不好时,对蓄电池的使用寿命影响很大,并最终影响系统的可靠性。
蓄电池组的任务是贮能,以便在夜间或阴雨天保证负载用电。
逆变器负责把直流电转换为交流电,供交流负荷使用。逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻,维护困难,为了提高光伏风力发电系统的整体性能,保证电站的长期稳定运行,对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高,逆变器的高效运行也显得非常重要。
产品包括:A、光伏组件 B、风机 C、控制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源
并网发电系统
上海力友电气有限公司的可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能,通过并网逆变器[2]直接反向馈入电网的发电系统。
因为直接将电能输入电网,免除配置蓄电池,省掉了蓄电池储能和释放的过程,可以充分利用可再生能源所发出的电力,减小能量损耗,降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源,降低整个系统的负载缺电率。同时,可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。网发电系统是太阳能风力发电的发展方向,代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。
产品包括:A、光伏并网逆变器 B、小型风力机并网逆变器 C、大型风机变流器 (双馈变流器,全功率变流器)
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太阳能高效发电已成事实
由于我国是一个能源匮乏的国家,太阳能是一个行之有效的取之不尽的清洁能源,是发展低碳经济不可缺少的重要手段。为此济南市东方龙科技实业公司经过十多年的努力已全面的掌握了太阳能发电技术,尤其在砷化镓聚光发电的技术上已居于世界领先地位。目前可达到千倍光率的发电能力,可以使1平方厘米的砷化镓电池发电量提高到36~40w以上,其效能超过同等大小的硅晶片2000多倍,而目前我国同行业中只能达到500倍聚光,即每平方厘米发电量仅达到18~20w左右。
此外,东方龙科技实业公司发明了“模块式聚光发电技术”使太阳能发电不仅节约了大量的成本,而且使太阳能发电可以程序化规模化生产,可以作为流水线般的进行加工,这些技术已经或正在被推广到澳大利亚、加拿大、美国等一些国家,为我国政府在哥本哈根节能减排的首脑会议上的承诺做出了实际有效的贡献。
发展低碳经济,开发新能源,充分利用取之不尽的太阳能,为低碳经济的发展是当今各国政府所之关心的大事。同样,我国政府在对太阳能利用方面下了非凡的决心,颁布了利用太阳能发展低碳经济的“太阳能金屋顶计划”,计划中明文规定:太阳能发电系统建造成本每瓦国家补助20元,同时发电入网每度电补助5元左右。这本身就满足投资者所有费用的支出并且有盈余,而且国家连续补助25年。除了维护费用之外,其余都为盈利。这是我国政府下决心保护环境的重要举措。显然该计划是充分调动一切民间力量,利用新能源加速我国经济的发展。这是对保护日益恶化的自然环境作出的有益贡献。
摘 要:本文通过新能源——生物质能的概述,初步展示其性质特点。同时,结合当下时事,论述其在新农村建设中起到的作用来证明新农村的建设离不开生物质能的应用与发展,重点讲述了秸秆在实际应用中的途径与意义。而生物质能作为一种无污染,效益高的新性能源,通过查阅相关文献了解到其发展过程中存在的主要问题进行分析研究,进而提出了几点对策。
关键词:生物质能,新农村建设,秸秆应用,现状分析
生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能(biomass energy ),就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源依据来源的不同,可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
生物质能特点
1) 可再生性
生物质属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用;
2) 低污染性
生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少;生物质作为燃料时,由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零,可有效地减轻温室效应;
3) 广泛分布性
缺乏煤炭的地域,可充分利用生物质能;
4) 生物质燃料总量十分丰富。
生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000~1250亿吨生物质海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
生物质能应用
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。
目前人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计,每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440~1800亿吨( 干重 ),其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3~8倍。但是尚未被人们合理利用,多半直接当薪柴使用,效率低,影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭 ,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,以及利用生物工程技术培育能源植物,发展能源农场。
新农村建设离不开新能源发展
中国是一个农业大国,农村人口占大多数,因此农村和农民问题是关系到国家稳定与发展的关键性问题。近年来,随着农村经济的发展,农民生活水平不断提高,广大农村对于能源的需求量也在不断上升,传统能源的大量使用造成了严重的污染问题,同时日益增大的农村能源需求量也给我国本已严峻地能源形势带来了更大的挑战。根据《2004年世界BP能源统计年鉴》提供的资料,2003年世界石油探明总储量为1567亿吨,中国石油探明总储量仅占世界的2.1%,但中国的石油年消费量却占到了世界的7.6%,2003年中国石油对外依存度达到了35%,专家预计这一数字到2020年将达到60%。同时我国农村许多地区风能、太阳能、生物质能源丰富,蕴含着发展新能源的巨大潜力,因此,将可持续发展理念引入农村能源利用领域,大力推进新能源建设,则是解决农村能源与环境之间矛盾的有效途径。
新农村建设是我国现代化进程中的重大历史任务,目的在于改善农村生态环境,提高农民生活质量。其中一项重要措施就是大力发展循环农业,开发使用新能源。过去对于农村能源有一个十六字方针,即“因地制宜,多能互补,综合利用,讲求效益”,这是在短缺经济的背景下,针对能源危机而提出来的。目前,我国农村的社会、经济及其能源供需结构形势发生了重大变化,大量商品能源进入农村市场,农村能源面临着结构升级和如何现代化的问题,原十六字方针因缺少生态观和市场观,已不符合现时和未来农村能源可持续发展的实际。因而开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80%人口生活在农村,秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加,但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤,其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤,占56.7%。因此发展生物质能技术,为农村地区提供生活和生产用能,是帮助这些地区脱贫致富,实现小康目标的一项重要任务。
1991年至1998年,农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤,增加了18.3%,年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户,增加了2倍多,年增长达17.7%,增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。
生物质能在新农村建设中的应用意义
生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能储存在生物质内部的能量。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能,它通常包括以下几个方面:一是木材及森林工业废弃物;二是农业废弃物;三是水生植物;四是油料植物;五是城市和工业有机废弃物;六是动物粪便。在世界能耗中,生物质能约占14%,在不发达地区占60%以上。全世界约25亿人的生活能源的90%以上是生物质能。
以秸秆产能技术为例,秸秆产能是生物质能里面具有代表性的一种。秸秆属可再生能源,年复一年可保证能源的永续利用。有资料介绍,植物在燃烧过程中放出二氧化碳,但它在生长过程中要吸收二氧化碳,这放出和吸收是基本平衡的,所以对环境保护有利。同时从秸秆的化学成分和热值看亦有它的优势,将它燃烧产生的灰分不小于10%,而且灰分还是一种好的农作物所需的肥料,是发展循环经济的好项目。农作物的成熟期主要集中在春季和秋季,由于它们的生长期和成熟期与气候密切相关,因地区不同也有一些差异。我国秸秆的产生量主要集中在春末或春夏交替期、夏末或夏秋交替期及秋季。由于中国土地辽阔,秸秆的收获时间也存在一定的差异,但趋势是一致的。这里所谈季节性主要针对农作物成熟时产生的秸秆,至于农作物收获后,经过加工过程产生的生物质资源如稻壳等不在此列,它根据粮食的市场需求加工产生。以上秸秆产生的特点将对开发利用秸秆的管理和技术方面带来重大影响。当然对于一些具体情况,应该具体问题具体分析处理。
从实际应用来说,秸秆作为能源原材料可用于制作秸秆煤或者用于秸秆发电。秸秆煤比起普通煤炭,秸秆煤不仅投入小、生产安全,还具有易燃耐燃、热效率高、残渣少等特点,在新农村建设中推广秸秆煤,不仅能使农村的生态环境得到保护,而且能使生产秸秆煤的农民家庭带来丰厚的利润回报。目前利用秸秆发电的途径有两种:一是秸秆气化发电,二是秸秆直接燃烧发电,用得最广泛的是秸秆直接燃烧发电。秸秆发电与常规的火力发电的不同之处主要是燃料不同引起燃烧系统的变化,重点是燃烧设备的变化,而热力系统的其余部分和电气系统与常规一般火电厂类同。秸秆燃烧的另一途径是利用已经运行电厂中的锅炉进行掺烧,这既可节约煤,又可增加秸秆利用的途径。各地电厂所配炉型不同,可以由秸秆的各种成型来满足不同炉型锅炉燃烧要求。有一种在煤粉炉中掺烧秸秆的思路是炉膛中下部稍加改造增加一块炉排烧秸秆,称之为联合燃烧。还有对将按要求被关闭的小型火力发电厂,可以对其锅炉改造或重新建设锅炉装置,改造成为生物质能电厂,这也是有利的途径。在新农村建设中使用秸秆发电,能够有利于减轻农民的负担,同时可以有利于保护环境。
生物质能在新农村建设的现状与发展对策
我国政府历来重视生物质能的开发利用,将其作为能源领域的一个重要方面,纳入了国家能源发展的基本政策之中,先后签署了《里约宣言》、《气候变化框架公约》等国际公约,颁布了《中国21 世纪议程》和《中国环境与发展十大对策》,在十届全国人大第四次会议通过了《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》,确定了可再生能源的发展目标,并提出要实行优惠的财税、投资政策和强制性市场份额政策,鼓励生产与消费可再生能源,提高可再生能源在一次能源消费中的比重,出台了一些支持可再生能源技术发展的政策性文件,这些都有力地推动着可再生能源(包括生物质能)的发展。十一届全国人大常委会第十次会议对可再生能源法修正案(草案)进行了初次审议。在审议中,常委会组成人员建议———大量消费煤炭造成环境污染, 农作物秸秆等发电利国利民。但现实却是,我国可作为能源使用的农作物秸秆、林业剩余物等却大量被废弃。资料显示,每年全国可作为能源使用的农作物秸秆资源量约为1.5亿吨标准煤,林业剩余物资源量约2亿吨标准煤,小桐子(麻疯树)、油菜籽、蓖麻、漆树、黄连木和甜高粱等油料植物和能源作物潜在种植面积,理论上可满足年产5000万吨生物液体燃料的原料需求。工业有机废水和畜禽养殖场废水资源量,理论上可以生产沼气近800亿立方米,相当于5700万吨标准煤。但到2008年底,全国生物质发电装机容仅315万千瓦,其中蔗渣发电170万千瓦,碾米厂稻壳发电5万千瓦,城市垃圾焚烧发电40万千瓦,秸秆、林木废弃物发电55万千瓦。
生物质能源技术同其他新能源技术一样,在其发展的进程中面临着众多的问题。概括而言,这些问题主要有两类:一类是共同性的问题,即绝大多数生物质能源都面临的问题另一类是特殊性问题,即生物质能各个领域中某些技术所面临的特殊问题,一般来说,由于生物质能源技术多种多样,其工艺特征不同、发展阶段不同、市场的取向不同,因此在发展过程中所面临的问题也有所不同。从共性上分析,主要存在以下几个主要问题。分别是:思想认识不到位,技术研发。创新能力弱,政府配套政策不健全,资金缺口大。投融资体系单一,市场体系建设不完善。针对这些存在的问题,为了生物质能的发展应需要做到:提高认识、理清思路、加大宣传,加强人才能力建设、加大科研投入,搞好试验示范,开展资源评价、调整种植业结构、发展能源作物。完善相关的法律法规,吸收外国的成功经验等等。
在呼唤环保建设的今天,无污染的生物质能将会成为热门的能源,为新农村建设带来经济性和环保性的双效收益。总而言之,生物质能是可再生能源,它的应用对于新农村建设有重大的意义,有利于环保工作的进行,而且产能的原材料数量多,分布广,有部分原材料还起到了变废为宝,回收利用等,加大应用生物质能的力度,能够促进调整能源结构,保障能源安全。当然,生物质能也不是没有缺点的,热值及热效率低,体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10%一30%。这些缺点都需要技术的革新和政策的相应变动来进行改善,从而为新农村建设发展指向一条明亮的,无污染的发展道路。
生物质能与中国新农村建设
084386 汉语言文学 兰艳丽
摘 要:本文通过新能源——生物质能的概述,初步展示其性质特点。同时,结合当下时事,论述其在新农村建设中起到的作用来证明新农村的建设离不开生物质能的应用与发展,重点讲述了秸秆在实际应用中的途径与意义。而生物质能作为一种无污染,效益高的新性能源,通过查阅相关文献了解到其发展过程中存在的主要问题进行分析研究,进而提出了几点对策。
关键词:生物质能,新农村建设,秸秆应用,现状分析
生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能(biomass energy ),就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源依据来源的不同,可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
生物质能特点
1) 可再生性
生物质属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用;
2) 低污染性
生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少;生物质作为燃料时,由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零,可有效地减轻温室效应;
3) 广泛分布性
缺乏煤炭的地域,可充分利用生物质能;
4) 生物质燃料总量十分丰富。
生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000~1250亿吨生物质海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
生物质能应用
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。
目前人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计,每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440~1800亿吨( 干重 ),其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3~8倍。但是尚未被人们合理利用,多半直接当薪柴使用,效率低,影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭 ,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,以及利用生物工程技术培育能源植物,发展能源农场。
新农村建设离不开新能源发展
中国是一个农业大国,农村人口占大多数,因此农村和农民问题是关系到国家稳定与发展的关键性问题。近年来,随着农村经济的发展,农民生活水平不断提高,广大农村对于能源的需求量也在不断上升,传统能源的大量使用造成了严重的污染问题,同时日益增大的农村能源需求量也给我国本已严峻地能源形势带来了更大的挑战。根据《2004年世界BP能源统计年鉴》提供的资料,2003年世界石油探明总储量为1567亿吨,中国石油探明总储量仅占世界的2.1%,但中国的石油年消费量却占到了世界的7.6%,2003年中国石油对外依存度达到了35%,专家预计这一数字到2020年将达到60%。同时我国农村许多地区风能、太阳能、生物质能源丰富,蕴含着发展新能源的巨大潜力,因此,将可持续发展理念引入农村能源利用领域,大力推进新能源建设,则是解决农村能源与环境之间矛盾的有效途径。
新农村建设是我国现代化进程中的重大历史任务,目的在于改善农村生态环境,提高农民生活质量。其中一项重要措施就是大力发展循环农业,开发使用新能源。过去对于农村能源有一个十六字方针,即“因地制宜,多能互补,综合利用,讲求效益”,这是在短缺经济的背景下,针对能源危机而提出来的。目前,我国农村的社会、经济及其能源供需结构形势发生了重大变化,大量商品能源进入农村市场,农村能源面临着结构升级和如何现代化的问题,原十六字方针因缺少生态观和市场观,已不符合现时和未来农村能源可持续发展的实际。因而开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80%人口生活在农村,秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加,但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤,其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤,占56.7%。因此发展生物质能技术,为农村地区提供生活和生产用能,是帮助这些地区脱贫致富,实现小康目标的一项重要任务。
1991年至1998年,农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤,增加了18.3%,年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户,增加了2倍多,年增长达17.7%,增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。
生物质能在新农村建设中的应用意义
生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能储存在生物质内部的能量。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能,它通常包括以下几个方面:一是木材及森林工业废弃物;二是农业废弃物;三是水生植物;四是油料植物;五是城市和工业有机废弃物;六是动物粪便。在世界能耗中,生物质能约占14%,在不发达地区占60%以上。全世界约25亿人的生活能源的90%以上是生物质能。
以秸秆产能技术为例,秸秆产能是生物质能里面具有代表性的一种。秸秆属可再生能源,年复一年可保证能源的永续利用。有资料介绍,植物在燃烧过程中放出二氧化碳,但它在生长过程中要吸收二氧化碳,这放出和吸收是基本平衡的,所以对环境保护有利。同时从秸秆的化学成分和热值看亦有它的优势,将它燃烧产生的灰分不小于10%,而且灰分还是一种好的农作物所需的肥料,是发展循环经济的好项目。农作物的成熟期主要集中在春季和秋季,由于它们的生长期和成熟期与气候密切相关,因地区不同也有一些差异。我国秸秆的产生量主要集中在春末或春夏交替期、夏末或夏秋交替期及秋季。由于中国土地辽阔,秸秆的收获时间也存在一定的差异,但趋势是一致的。这里所谈季节性主要针对农作物成熟时产生的秸秆,至于农作物收获后,经过加工过程产生的生物质资源如稻壳等不在此列,它根据粮食的市场需求加工产生。以上秸秆产生的特点将对开发利用秸秆的管理和技术方面带来重大影响。当然对于一些具体情况,应该具体问题具体分析处理。
从实际应用来说,秸秆作为能源原材料可用于制作秸秆煤或者用于秸秆发电。秸秆煤比起普通煤炭,秸秆煤不仅投入小、生产安全,还具有易燃耐燃、热效率高、残渣少等特点,在新农村建设中推广秸秆煤,不仅能使农村的生态环境得到保护,而且能使生产秸秆煤的农民家庭带来丰厚的利润回报。目前利用秸秆发电的途径有两种:一是秸秆气化发电,二是秸秆直接燃烧发电,用得最广泛的是秸秆直接燃烧发电。秸秆发电与常规的火力发电的不同之处主要是燃料不同引起燃烧系统的变化,重点是燃烧设备的变化,而热力系统的其余部分和电气系统与常规一般火电厂类同。秸秆燃烧的另一途径是利用已经运行电厂中的锅炉进行掺烧,这既可节约煤,又可增加秸秆利用的途径。各地电厂所配炉型不同,可以由秸秆的各种成型来满足不同炉型锅炉燃烧要求。有一种在煤粉炉中掺烧秸秆的思路是炉膛中下部稍加改造增加一块炉排烧秸秆,称之为联合燃烧。还有对将按要求被关闭的小型火力发电厂,可以对其锅炉改造或重新建设锅炉装置,改造成为生物质能电厂,这也是有利的途径。在新农村建设中使用秸秆发电,能够有利于减轻农民的负担,同时可以有利于保护环境。
生物质能在新农村建设的现状与发展对策
我国政府历来重视生物质能的开发利用,将其作为能源领域的一个重要方面,纳入了国家能源发展的基本政策之中,先后签署了《里约宣言》、《气候变化框架公约》等国际公约,颁布了《中国21 世纪议程》和《中国环境与发展十大对策》,在十届全国人大第四次会议通过了《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》,确定了可再生能源的发展目标,并提出要实行优惠的财税、投资政策和强制性市场份额政策,鼓励生产与消费可再生能源,提高可再生能源在一次能源消费中的比重,出台了一些支持可再生能源技术发展的政策性文件,这些都有力地推动着可再生能源(包括生物质能)的发展。十一届全国人大常委会第十次会议对可再生能源法修正案(草案)进行了初次审议。在审议中,常委会组成人员建议———大量消费煤炭造成环境污染, 农作物秸秆等发电利国利民。但现实却是,我国可作为能源使用的农作物秸秆、林业剩余物等却大量被废弃。资料显示,每年全国可作为能源使用的农作物秸秆资源量约为1.5亿吨标准煤,林业剩余物资源量约2亿吨标准煤,小桐子(麻疯树)、油菜籽、蓖麻、漆树、黄连木和甜高粱等油料植物和能源作物潜在种植面积,理论上可满足年产5000万吨生物液体燃料的原料需求。工业有机废水和畜禽养殖场废水资源量,理论上可以生产沼气近800亿立方米,相当于5700万吨标准煤。但到2008年底,全国生物质发电装机容仅315万千瓦,其中蔗渣发电170万千瓦,碾米厂稻壳发电5万千瓦,城市垃圾焚烧发电40万千瓦,秸秆、林木废弃物发电55万千瓦。
生物质能源技术同其他新能源技术一样,在其发展的进程中面临着众多的问题。概括而言,这些问题主要有两类:一类是共同性的问题,即绝大多数生物质能源都面临的问题另一类是特殊性问题,即生物质能各个领域中某些技术所面临的特殊问题,一般来说,由于生物质能源技术多种多样,其工艺特征不同、发展阶段不同、市场的取向不同,因此在发展过程中所面临的问题也有所不同。从共性上分析,主要存在以下几个主要问题。分别是:思想认识不到位,技术研发。创新能力弱,政府配套政策不健全,资金缺口大。投融资体系单一,市场体系建设不完善。针对这些存在的问题,为了生物质能的发展应需要做到:提高认识、理清思路、加大宣传,加强人才能力建设、加大科研投入,搞好试验示范,开展资源评价、调整种植业结构、发展能源作物。完善相关的法律法规,吸收外国的成功经验等等。
在呼唤环保建设的今天,无污染的生物质能将会成为热门的能源,为新农村建设带来经济性和环保性的双效收益。总而言之,生物质能是可再生能源,它的应用对于新农村建设有重大的意义,有利于环保工作的进行,而且产能的原材料数量多,分布广,有部分原材料还起到了变废为宝,回收利用等,加大应用生物质能的力度,能够促进调整能源结构,保障能源安全。当然,生物质能也不是没有缺点的,热值及热效率低,体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10%一30%。这些缺点都需要技术的革新和政策的相应变动来进行改善,从而为新农村建设发展指向一条明亮的,无污染的发展道路。
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【3】 田永淑. 新型秸秆气化炉及净化工艺. 河北唐山,可再生能源 2003.4
【4】 法忠勇.推进我国农村新能源推广应采取的措施, 甘肃农业2007 年第9 期
【5】 陈亚中 生物质能源应用前景分析 2008
【6】 百度百科