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新能源的利用与分布式发电

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随着我国经济的发展,对电力的需求也越来越多。中国的电力目前主要依靠常规一次化石能源:煤、石油和天然气等获得,这些短期内不可再生的能源,其总量随着人们的大量开采逐步减少,开发及应用新能源已是人类所共同需要解决的问题。同时,利用这些化石能源引起的酸雨、温室效应和臭氧层破坏等环境污染问题也已成为制约全球经济发展的重要因素,引起了各国政府、科技界和民众的普遍重视。因此,大力发展新能源发电势在必行。

  近年来,分布式发电因具有初期建设投资低、发电方式灵活等特点在全球范围内越来越受到重视,给电力系统的运行和控制带来了巨大的变化,研究利用新能源分布式发电对解决电力和能源问题都具有重要意义。

1.新能源的开发利用
  目前,新能源主要是指可再生能源,常见的有太阳能、风能、水能、生物能、地热能、海洋能等。近年来,我国正大力开发利用新能源。2000年我国进口原油达7000多万吨,预计到2020年我国的GDP可达5万亿美元,能源缺口将进一步扩大。因此不仅要大力开发利用新能源,而且此项工作十分紧迫。

  太阳能:它是一种极其丰富,取之不尽,用之不竭的清洁能源。在环境污染日趋严重的今天,开发和利用太阳能显得尤为重要。目前其开发利用已经受到人们的高度重视,并取得较大的进展。可以预见,未来的太阳能一定有广阔的应用前景。风能:风能是一次能源,也是可再生能源,与太阳能一样,它也是一种清洁能源。全球的风能资源约为27400亿kW,其中可利用的风能为200亿kW,比地球上可开发利用的水能总量还要大l0倍。据估计,到2020年,风能将可提供世界电力需求的l0%,并在全球范围内减少二氧化碳排放100多亿吨。我国风能资源总量为l6亿kW,约有10%可供开发利用,特别是内蒙古、新疆、青海、甘肃等省风能资源丰富.用风能发电.可达到经济发展与环境保护双赢之目的。

  生物质能:指以生物质为原料,通过燃烧秸杆、焚烧垃圾利用热能发电,通过酶法生物制取燃料乙醇、生物柴油、沼气.利用地沟油和煎炸油为原料提取生物柴油的能源提取利用方式。生物质能的利用是对化石(石油、煤炭)能源的良好补充。生物质能的有效利用,对变废为宝、环境保护、处理和调节粮食与能源作物的平衡关系具有十分重大的意义。

  地热能:主要是来自地下的热能,即地球内部的热能。地热能在我国已经投入开发利用20多年,近年发展最快的是中、低温地热利用,采暖、医疗、旅游、种养业、地热采暖已发展到800多万m2。在地热利用中,能源利用率、资源的梯级开发和尾水回灌等技术,还有待进一步重视和提高。

  海洋能:主要包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能、盐差能以及海洋风能和太阳能等,对这些新能源进行研究和开发利用,可为我国沿海及海岛农村提供新能源,对保持海洋经济社会的持续、稳定、协调发展意义重大。

2.利用新能源的分布式发电技术
  分布式发电(Distributed Generation,DG)是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施,经济、高效、可靠地发电。分布式电源,(Distributed Gendration Resources,DGRs)通常指主要利用可再生新能源且发电功率为几kW至50 MW小型模块式、与环境兼容的独立电源,可以满足电力系统和用户特定要求。

2.1 太阳能光伏发电技术
  太阳能的转换和利用方式有光热转换、光电转换和光化学转换等。目前,技术比较成熟、应用广泛的是太阳能光伏发电技术,即光电转换。太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。具有无噪声、无污染、能量随处可得、不受地域限制、不消耗燃料、运行成本低、建设周期短、规模设计自由度大、可就地使用、不需长距离输送、方便与建筑物相结合等优点,是常规发电方式所不能比拟的。因此,开发利用太阳能已成为世界上许多国家可持续发展的重要战略决策。随着人们对可再生能源认识的提高以及太阳能光伏发电系统价格的下降,太阳能发电技术的应用前景将是十分广阔的。

2.2风力发电
  风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术,其输出功率由风能决定。风速作用在风力机的叶片上产生转矩,该转矩驱动轮盘转动,通过齿轮箱高速轴、刹车盘和联轴器再与异步发电机转子相联,从而发电运行。它最有希望的应用前景是用于无电网地区,为边远农村、牧区和海岛居民提供生活和生产所需的电力。风力发电技术在新能源领域已经比较成熟,经济指标逐渐接近清洁煤发电。
2.3生物质能发电
  生物质能发电主要包括畜禽养殖场废水、工业废水、垃圾填埋场沼气发电.以及农业秸秆、粮食加工废弃物、林业生产和木材加工废弃物发电.城市生活垃圾焚烧发电。这些废弃物都有能源利用价值,但燃料不适宜远距离运输,分散利用较为合理,适宜建设小型发电设施,电力基本上就地消化,这也是一种典型的分布式发电.对电力供应和环境保护有着双重意义。

2.4地热能发电
  地热能发电是指利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术.其与火力发电的基本原理一样,都是将蒸汽的热能经过汽轮机转变为机械能。然后带动发电机发电。所不同的是.地热发电不像火力发电那样要具有庞大的锅炉,也不需要消耗燃料。

2.5海洋能发电
  目前,海洋能发电多数处在实验阶段,比较成熟的是潮汐能发电技术。潮汐能发电和水力发电厂相似,就是利用海水涨落及其所造成的水位差来推动水轮机,再由水轮机带动发电机来发电。

3.研究利用新能源DG技术的意义
  (1)能源结构变化。DG技术是最有效利用新能源的方式,其研究对新能源的利用和能源结构的变化带来了重大意义。
  (2)经济性。由于DG使用的是可再生的新能源且可用发电的余热来制热、制冷,因此能源得以合理利用,从而提高能源的利用效率.并可降低初投资费用和网损。
  (3)可靠性。DG是大电网的有益补充,当大电网出现大面积停电事故时,具有特殊设计的DG系统仍能保持正常运行,可提高供电的安全性和可靠性,是解决电力安全问题的有效途径。
  (4)环保性。DG采用天然气做燃料及太阳能、风能等新能源.大大减少了污染物的排放总量。此外,大量的就近供电减少了大容量长距离高电压输电线的建设,由此不但减少了高压输电线电磁污染,也减少了高压输电线征地面积。
  (5)调峰作用。夏季和冬季通常是负荷的高峰期,如采用以天然气为燃料的燃气轮机等冷、热、电三联供电系统,不但可解决夏冬季的供冷和供热的需要,同时也提供了一部分电力,可降低电力峰荷,起到电力调峰的作用。
  (6)边远地区的供电问题。我国许多边远及农村远离大电网.采用太阳能光伏发电、风力发电和生物质能发电等独立发
电系统成为一种可选方法。很好的解决了边远地区供电问题。

4.新能源分布式发电应用障碍和瓶颈
  尽管世界上分布式发电技术发展十分迅速,但其在我国的发展还刚刚起步,且存在不少障碍和瓶颈。

  (1)技术局限问题。与国外相比,我国的DG研究尚处于起步阶段,许多发电技术尚处于实验室应用阶段,发电效率不高且存在许多不确定性,有些核心技术需从国外引进,这样成本将大大升高,导致电价大大提高。
  (2)与配电网联网问题。当电网中存在较多的DG单元或者存在大容量的DG单元时,对电力系统的稳定性、控制和继电保护都有较大影响。如何消除或减少其负面影响将是未来电力科技人员研究的课题。
  (3)政策许可问题。目前,DG在获得行政许可方面的困难大于常规电力项目,原因是缺乏对DG政策许可的规定,即便是与常规电力项目在行政许可方面一样对待也是不公平的,因为DG项目规模小、投资少,完全套用常规发电项目,其行政许可前期准备费用相对过高。
  (4)融资问题。在目前市场条件下,DG的社会效益没有内部化,政策不完善,项目不确定因素多,金融部门认为风险高,而且投资者中小公司多。资金实力弱,融资资信低。

5.应用前景
  利用新能源的DG技术是一种很有发展前途的发电和能源综合利用方式。但DG对电力系统稳定性、电力系统控制和继电保护都有负面影响,且其发展障碍还包括政策、市场规则、技术性能和经济性诸多方面,因此这种电源在我国仅占极小的比例。但随着DG技术的发展,各种分布式电源设备性能不断改进、效率不断提升、成本不断降低,加上各项政策体制的不断完善,其应用范围将不断扩大,DG作为一种具有竞争力的发电方式必将在现代电力系统中占有越来越重要的地位,应用前景广阔。

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