新能源在电力系统中的应用(精)

新能源在电力系统中的应用1、新能源概述新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。1.1新能源的定义1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源的定义为：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源，重点开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能等。《2013-2017年中国新能源产业调研与投资方向研究报告》新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面与深层之间的热循环等；此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等，而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、等能源，称为常规能源。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。1.2新能源概况据估算，每年辐射到地球上的太阳能为17.8亿千瓦，其中可开发利用500～1000亿度。但因其分布很分散，能利用的甚微。地热能资源指陆地下5000米深度内的岩石和水体的总含热量。其中全球陆地部分3公里深度内、150℃以上的高温地热能资源为140万吨标准煤，一些国家已着手商业开发利用。世界风能的潜力约3500亿千瓦，因风力断续分散，难以经济地利用，今后输能储能技术如有重大改进，风力利用将会增加。海洋能包括潮汐能、波浪能、海水温差能等，理论储量十分可观。限于技术水平，现尚处于小规模研究阶段。当前由于新能源的利用技术尚不成熟，故只占世界所需总能量的很小部分，今后有很大发展前途。2、新能源在电力系统中的应用用于发电的新能源主要包括太阳能、风能和核能等。近年来，世界各国对新能源的开发利用取得了实质性的进展。本文仅就利用风能、太阳能、地热能和潮汐能这些新能源在发电方面的发展近况作—综述。2.1风力发电风中包含着巨大的能量，是地球上重要的能量来源之一，它比人类迄今已掌握的能量还要高得多。据估计，地球上可利用的风能为20TW，相当于水能资源的l0倍。风力发电就是将风力转变为回转的机械力，再驱动发电机组发电。风力发电机组主要由转子、升速系统、发电机、控制系统、调速系统、支撑铁塔和电气系统等组成。风力发电和其他发电方式相比，建设周期一般很短（1台风机的安装时间不超过3个月，1个50万千瓦级的风力发电厂建设期不到1年，而且安装1台投入运行1台，装机规模灵活。目前风电厂造价为8000-9000元/千瓦，其中，机组(设备占75%，基础设施占20%，其他为5%；风能利用小时数在2700-3200小时/年，其风电成本约0.45-0.6元/千瓦时。风电机组的设计寿命一般为20-25年，其运行和维护费用一般相当于风电机组成本的3%-5%。我国的风力资源主要分布在两大风带：一是三北地区(东北、华北和西北地区。包括东北3省和河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏、新疆等省区近200千米宽的地带，可开发利用的风能储量约2亿千瓦，约占全国可利用储量的79%。该地区风电场地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是我国连成一片的最大风能资源区，有利于大规模地开发风电场。二是东部沿海陆地、岛屿及近岸海域。冬春季的冷空气、夏秋的台风，都能影响到沿海及其岛屿，是我国风能最佳丰富区，年有效风功率密度在200瓦/平方米以上。如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等，可利用小时数约在7000至8000小时。这一地区特别是东南沿海，由海岸向内陆丘陵连绵，风能丰富地区仅在距海岸50千米之内。另外，内陆地区还有一些局部风能资源丰富区。2.2太阳能发电能源和环境问题是近十几年来世界关注的焦点，为了能源和环境的可持续发展，各国都将光伏发电作为发展的重点，特别是20世纪90年代以来，随着美国国家光伏发展计划、百万太阳能屋顶计划的实施以及日本、欧洲光伏应用市场需求的迅速增长，全球光伏产业发展迅速。从上世纪70年代起，许多国家掀起了太阳能光伏发电热潮，美国、日本、欧盟、印度等国家纷纷制定雄心勃勃的中长期发展规划推动光伏技术和光伏产业的发展，推动这一新能源产业的发展。目前，世界光伏产业正以31.2%的平均年增长率高速发展，是全球增长率最高的产业，己成为当今世界最受关注、增长幅度最快的能源产业之一。自上个世纪90年代以来，国外发达国家掀起了发展“屋顶光伏发电系统”的研发高潮，屋顶光伏发电系统不单独占地，将太阳电池安装在现成的屋顶上，非常适应太阳能能量密度较低的特点，而且其灵活性和经济性都大大优于大型光伏并网发电，有利于普及，有利于战备和能源安全，所以受到了各国的重视。（1）德国2011年，全球光伏电池总产量为64GW，其中，德国光伏电池产量占全球光伏电池总量的37%（24.8GW）。截至2011年底，德国建造了大约100万座光伏电站。2011年，德国光伏电池产生的电能满足了德国全国3%的用电需求。2011年，全球可再生能源产生的电能满足了世界20%的用电需求。2011年德国光伏电池产生的电能达到19太瓦时（TWh），由此而减少二氧化碳排放大约10Mio.t。光伏发电系统的功能得到很大提高，在过去的15年间，功率由70%上升至85%。德联邦统计局日前发布的最新统计结果显示，2012年德国总发电量为6176亿千瓦时，较上年微增1.4%。从电力来源看，煤炭发电量（褐煤、石煤）占比44.8%，可再生能源22.1%，核能16.1%，天然气11.3%。2012年，光伏发电占德国发电总量的比重升至4.5%，达到280亿千瓦时，较2011年和2010年分别增长45%和139.3%。（2）日本日本是最早推行太阳能政策的国家。20世纪70年代第一次石油危机以后，为了改善能源结构，减轻对石油的依赖，日本就开始寻找替代能源。1974年日本执行了阳光计划，把太阳能、地热、煤炭、氢能源等4个领域作为石油替代能源的重点进行开发研究，光伏发电以50%的补助额度鼓励居民使用太阳能发电。由于政府的推动，日本光伏产业发展迅速，以每年超过60%的速度增长，占全球市场的40%。截至2010年底，累计装机达到340万kW，同比增长29%，约是2000年的10倍。日本光伏产业的基本情况是，生产成本持续降低，产量不断扩大，产业迅速发展。据OFweek行业研究部最新出版的《2013年日本光伏发电市场调查报告》显示，截至2011年底，日本光伏累计装机容量4914MW，其中2011年新增1296MW。在2011年3月福岛核电站事故后，日本加大了在光伏发电领域的投资与建设力度。预计到2016年日本累计装机将超18.5GW，2012-2016年需新增光伏装机14GW左右。（3）澳大利亚由于政府鼓励、气候变化及其他原因，澳大利亚的分布式发电发展迅速，预测在2030年分布式发电量将满足40%的能源需求，而光伏并网发电为主要的分布式发电形式。光伏系统的快速发展和负载线的变化使人们关心分布式网络的影响，特别是供应给消费者的电能质量。据最新统计数据显示，澳大利亚2011年光伏安装为700MW，同比增长119%，累计装机达到1.2GW。2012年市场需求预计将较前一年萎缩30%，然而市场预期将在2013年随着大型地面型安装系统的发展而重振旗鼓。澳洲光伏补贴政策的削减造成许多下游安装商经营艰难，并有一部分的企业停止营运。（4）国内发展现状经过十多年的努力，我国光伏发电技术有了很大的发展，光伏电池技术不断进步，与发达国家相比虽然有差距，但差距在不断缩小。光伏电池转换效率不断提高，目前单晶硅电池实验室效率达20%，批量生产效率为14%，多晶硅实验室效率为12%。在2000年之后，多晶硅产品逐步走出实验室，开始形成规模生产，其效率与发达国家相比，差距在不断缩小。产业化方面，2000年以后，我国光伏产业进入快速发展期，但整体发展水平仍然落后于国际先进水平，参与国际竞争有一定的难度。2003年国内光伏电池的生产能力约20MW，但光伏组件的封装能力约50MW，远大于光伏电池的生产能力。虽然到2002年底，我国己有近20MW的光伏电池生产能力，但实际生产量仅为4MW左右，占世界光伏电池实际生产量的1%左右。在2002-2003年国家实施的总装机容量20MW的“光明工程”项目中，国内生产的光伏电池的应用量不足10%，错过了这一市场时机。近期内我国光伏发电市场仍将是为无电地区供电为主，有一定的市场潜力，但也有局限性。2001年及以前，我国光伏产品的年销售量均保持在3-4MW，其中单品硅产品占80%，非单品硅产品占20%。2005年，光明工程项目使市场年销售量猛增到20MW，光伏系统保有量达到40MW左右。从市场份额上看，光伏发电在2000年前的主要应用领域是：通讯行业占40%一50%，农村电气化行业(主要包括户用光伏系统和乡村级光伏发电占40%左右，其它领域占10%左右。但2007年当年农村电气化领域的市场份额占到85%以上。目前，国内光电池硅片的生产能力己达4.5M瓦，在西藏7个无水无电县中已全部建成了光伏发电，其中功率最大的100KW。综上所述，我国的光伏市场和光伏企业面临严峻的挑战，如果把我国光伏产业的发展放到国际光伏发展的大环境中考虑，世界光伏产业每年以31%的速度发展，而我国的光伏产业每年只有15%的增长率，光伏企业的发展靠市场，光伏市场的发展靠政策。光伏发电成本高，无法与常规能源竞争，所以更需要政府制定强有力的法规和政策支持以驱动我国光伏产业的商业化发展。然而，我国的光伏企业虽然弱小，但经过努力已经有了一定的基础，当前，对光伏企业的发展来说机遇和挑战并存。另外，我国的太阳能资源非常丰富，据统计，太阳能年辐照总量大于502万千焦/平方米，年日照时数在2200小时以上的地区约占国土面积的2/3以上。