论述新能源发电的发展趋势

1论述新能源发电的发展现状与趋势【摘要】当前全球资源与环境问题日益突出，能源的开发利用面临着新的挑战。节能减排、绿色发展、开发利用新能源已经成为世界各国的经济发展战略。与常规能源相比，新能源发电具有明显的优势，如何发展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。本文论述了几种新能源发电技术的现状并展望了新能源发电的前景。【关键词】新能源发电现状趋势【正文】与长期广泛使用，技术上较为成熟的常规能源（如煤、石油、天然气、水能等）相比，新能源是指在科学技术基础上开发利用的非常规能源，包括风能、太阳能、海洋能、地热能、生物质能、氢能、核聚变能等。从世界来看，一次能源是有限的，从长久来看，新能源将是未来人类的主要能源来源，新能源发电是指把新能源转换为电能的过程。下面将对几种新能源发电技术的现状及发展趋势进行论述。1.风力发电1..1风力发电原理图1欧洲JRC预测本世纪常规能源及新能源的发展趋势2风力发电系统由桨叶、机械传动系统、发电机、电力电子装置、升压变压器等组成。风力发电系统的发电过程是一个能量转换过程，风的动能先被风机的桨叶捕获转换为机械能，再经过机械传动系统传递给发电机，由发电机实现机械能到电能的转换，直接接入电网或通过电力电子装置接入电网。目前风机的输出电压多为690伏，需要经变压器升压到满足电网要求的电压，一般为35kV及以上。1.2风力发电现状自19世纪80年代以来，美国电力工业的奠基人查尔斯·弗朗西斯·布拉升安装了世界上第一台自动运行且用于发电的风机，到现在为止，风机技术发展越来越成熟。尤其是20世纪90年代以后，世促进了风电技术的快速发展。目前已经出现了几种成界各国政府相继出台了风电发展的激励政策等，熟的主流技术，包括失速型恒速风机、主动失速型恒速风机、双馈变速风机、直驱变速风机、半直驱变速风机。2011年，全球风电产业继续保持着繁荣景象，全球新增装机容量达到40.5GW，较2010年装机容量增长率提高6％，总装机容量达到237.669GW，累计增长率超过20％。亚洲风电行业持续快速增长，成为超越欧美的重要市场。2011年风电产业的图21996—2011年全球风电新增装机容量变化趋势3发展仍源于亚洲风电市场的推动，主要代表为中国和印度，两国年新增装机容量之和达到全球年装机容量的50％，累计装机容量之和达到了全球总装机容量的33％。其中，2011年，中国的新增装机容量达到17.631GW，占据全球新增装机容量的43％，累计装机容量达到了62.364GW，占全球总装机容量的26.2％，继续在新增装机容量与累计装机容量两方面扮演着世界第一大风电市场的角色。印度风电市场仍呈现蓬勃发展趋势，2011年新增装机容量3.019GW，位居美国之后，继续保持着世界第三大新增风电市场的地位；累计装机容量为16.084GW，位居世界第五。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。美国风电市场得到了较快恢复，年新增装机容量为6.8lGW，较2010年装机容量增长率超过30％；总装机容量达到46.919GW，累计增长率将近17％。加拿大风电发展相对迅速，年新增装机容量为1.267GW，较2010年装机容量增长率近84％，首次实现一年内风电装机容量超越1GW，具有里程碑意义。相比于2010年，欧洲风电市场发展较为平稳，年新增装机容量为10.281GW，其中欧盟27国共占9.616GW；累计装机容量为96.6GW，其中欧盟27国共占93.95GW。2011年，德国新增装机容量2.086GW，累计装机容量29.06GW，成为欧洲最大的风电市场。英国新增装机容量1.293GW，其中0.752GW为海上风电，位居其次；其他欧洲国家年新增装机容量，如西班牙1.05GW，意大利0.95GW，法国0.83GW，瑞典0.763GW，罗马尼亚0.52GW，土耳其0.47GW，波兰0.436GW等。海上风电出现小幅度下滑，年安装0.866GW，较2010年少0.017GW，累计达到3.813GW，占据欧洲风电市场的9％。其中，英国大约拥有2GW，巩固了其在欧洲乃至全球在海上风电的领军地位；丹麦拥有0.857GW，位居其次。拉丁美洲及加勒比地区新兴风电市场也逐步走向成熟，2011年新增装机容量为0.852GW，4累计装机容量为2.33GW，累计增长率达到57.6％，成为最具风电发展潜力的地域。其中，巴西年新增装机容量为0.583GW，累计装机容量实现了lGW以上，为1.509GW。阿根廷年新增容量为0.079GW，累计容量0.13GW，相比于2010年总装机容量0.05GW，增长率达到158％。1.3风力发电趋势据全球风能理事会预测，未来5年，全球风电产业将继续呈现较快发展趋势，2012-2016年，全球风电新增装机容量将达到59.26GW，累积装机容量将达到493．33GW，远高于目前40.6GW(新增装机容量)和237.7GW(累计装机容量)。同时，未来5年内，年装机容量平均增长率将保持在7.97％，累计平均增长率将保持在15.77％。2012-2016年，亚洲、欧盟和美国将继续引领世界风电市场的发展，亚洲将继续保持最快的风电发展势头。其中，中国风电发展基本保持稳定，据“十二五”规划，预测2015年新增装机容量将达到20GW，实现总装机容量100GW的目标(包括70GW大型风电项目、30GW小型风电项目以及5GW海上风电)。印度将成为亚洲发展最快的区域，由于2011年印度年新增装机容量突破3GW，在2015年新增装机容量将有望达到5GW。2016年，亚洲风电市场新增装机容量预计将达到25.9GW，并在2016年累计装机容量突破200GW。2太阳能发电目前太阳能发电形式主要有两种：光伏发电和光热发电。下面将分别对这两方面加以介绍。2.1太阳能光伏发电2.1.1太阳能光伏发电的原理光伏发电是利用半导体材料光伏效应直接将太阳能转换为电能的一种发电形式。早在1839年，法国科学家贝克勒尔就发现光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。然而，第一个实用单晶硅光伏电池直1954年才在美国贝尔实验室研制成功，从此诞生了太阳能转换为电能的实用光伏发电技术太阳电池的基本原理为半导体的光5伏效应。当太阳光照射到太阳电池上时，电池吸收光能，产生“光生电子—空穴”对。在电池内电场作用下，光生电子和空穴被分离，从而在电池两端积累起异号电荷，即产生电压。光伏发电系统发出的直流电通过一系列逆变、控制、检测、保护等手段并入电网。2.1.2太阳能光伏发电发展概况国外太阳能光伏发电发展自1839年发现“光生伏打效应”和1954年第一块使用的光伏电池问世以来，太阳能光伏发电取得了长足的进步。1973年的石油危机和20世纪90年代的环境污染问题大大促进了太阳能光伏发电的发展。随近几年国际上光伏发电快速发展，2008年，全球光伏发电市场增至5.5GW。在亚洲，日本的太阳能光伏发电系统已经形成了稳定的技术和产业体系。太阳能光伏发电系统得到了迅速发展，尤其是住宅建筑的太阳能光伏发电系统，已经成为最大的太阳能光伏发电系统的设置用户。美国同样推出相关政策推动太阳能发电技术发展。美国法律中促进太阳能产业发展的主要有颁布于1978年的《公共事业政策管理法》(最新修订于1999年)、1992年的《能源政策法案》、1990年的《清洁空气法修正案》等。面对可再生能源发电成本高于化石能源的现实，该法强制规定了利用可再生能源发电的电价制定标准。最后，给予可再生能源技术支持政策。相比于国外，中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。就目前看，我国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量图32011年全球太阳能光伏市场分布图6最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。我国地域广阔，是太阳能资源丰富的国家之一，三分之二的地区年辐射总量大于5020Mj/m2，年日照时数再2200h以上。光伏发电系统总安装容量约20MW。这些光伏电站对提高当地人民物质文化水平和带动当地经济发展都起到了非常积极的作用。通过国家太阳能产业扶持，我国光伏发电产业有了长足的进步，尤其是在电池封装、系统集成、并网发电技术等方面与国外的差距进一步缩小，但是，随着未来光伏发电产业的扩大会对太阳级硅材料产生巨大的需求的增长，我国的原材料自给率能力低的矛盾将日益突出。虽然我国也在扩大硅材料生产能力做出了努力，但仍然无法摆脱对进口的依赖，已有的生产线普遍存在开采不足，原材料的短缺将成为未来我国光伏发电产业发展的一个瓶颈。2.2太阳能光热发电2.2.1太阳能光热发电原理太阳能光热发电通常叫做聚光式太阳能发电，与传统发电站不一样的是，它是通过聚集太阳辐射获得热能，将热能转化成高温蒸汽驱动蒸汽轮机来发电。从热力学原理上讲，太阳能光热发电站与常规热力发电厂完全一样。太阳能光热发电按照聚集热量方式的不同，主要分为槽式、塔式和碟式三种技术路线。槽式太阳能光热发电技术是目前实现商业化运行最多，且技术最成熟的太阳能光热发电站系统。槽式太阳能光热发电技术是采用“线聚焦”原理，利用大面积槽式抛物面形式的反射镜将太阳光聚焦反射到集热管上，并将集热管内的传热工质加热至高温，利用其热量加热水产生蒸汽，推动常规汽轮机发电。图4槽式太阳能热电站示意图7塔式太阳能光热发电技术是采用的“点聚焦”原理，是通过成千上万个定日镜，将太阳光反射到位于高塔顶部的太阳炉表面，太阳炉上设有公共吸热器，由于太阳光被无数个镜片反射聚焦到吸热器一个“点”上，所以在其表面可形成高达2000℃左右的高温，可将其内部的传热介质加热至高温蒸汽，从而利用高温蒸汽推动汽轮机发电。塔式太阳能光热发电站的蒸汽运行温度约500℃左右，热效率在15％以上。碟式又称盘式，其主要技术特征是采用盘状抛物面聚光集热器，它也是一种点聚焦集热器，其聚光比可以高达数百倍到数千倍，因而可以产生非常高的温度。在其接收器上安装热电转换装置，比如斯特林发动机或朗肯循环热机等，从而将热能直接转换成电能。可以单台使用或多台并联使用，适宜小规模发电，所以比较适合偏远山区、远离电网地区，进行分布式离网供电。2.2.2太阳能光热发展概况国外太阳能光热发电研究起步较早，可以追溯到18世纪80年代，但从20世纪初才逐步开始在工业上应用。直到20世纪80年代太阳能光热发电技术才大规模应用，但主要集中在美国和西班牙等地区。随着技术的不断完善，以及国际能源的危机，当前世界上越来越多的国家都积极参与其中，如以色列、日本、法国、埃及、希腊、摩洛哥、阿尔及利亚、印度和澳大利亚等等，使当今世界太阳能光热发电技术及产业得以迅猛的发展。目前世界上最大的太阳能光热发电站为美国SEGS电站，总装机容量达到354MW，该电站也是世界上首座商业化运行的槽式太阳热光热发电站，其始建于1985年，之后不断扩建，到目前为止共9台槽式太阳能光热发电系统。随后美国在2006年．在内华达州建造了一座装机容量为64MW的槽式太阳能光热发电站，该电站在设计中广泛采取和吸纳了SEGE电站的运行经验，大大提高了机组的运行效率和可靠性。欧洲第一座商业化太阳能光热发电站始建于1997年，是在希腊的克里达岛建成投产，为50MW槽式太阳能光热发电站。目前美国和欧洲都在积极建设一批参数更高、性能更加优越的太阳能光热发电站系统，如美国esolar公司宣布将在美国南加利福尼亚Antelope河谷建造一座功率达245MW的太阳能光热发电站。根据国