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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：
[1] 徐德鸿 . 新能源电力电子导论 [D]. 杭州 : 浙江大学 ,2009.
[2] 郝伟, 舒隽, 张粒子. 新能源发电技术综述 [C].华北电力大学第五届研究生学术交流年会 ,2007.
[3] 施涛.燃料电池发电系统的建模与仿真 [D].南京:东南大学,2007:5-6,63-64.
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中国新能源汽车产业竞争力分析 [2010-04-29 03:35]
新能源汽车是指采用非常规车用燃料作为动力来源(或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车(BEV,包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器)汽车等。在能源紧缺,环境污染越来越严重的今天,新能源汽车已成为汽车产业未来发展的趋势。
一、中国新能源汽车产业发展现状
中国新能源汽车产业始于21世纪初。经过“十五”、“十一五”的努力,中国新能源汽车研发能力由弱变强,实现了电动汽车自主创新和技术集成,形成了比较完整的产业布局。但中国新能源汽车产业仍面临着不容忽视的瓶颈问题:
一是新能源汽车整车集成开发和产业化技术方面有待提高;混合动力汽车发动机技术、自动变速箱技术有自主产权的不多;纯电动汽车和燃料电池汽车在发展中还面临动力蓄电池、电机控制器、燃料电池发动机等零部件上的技术挑战。
二是市场推广有一定难度。新能源汽车虽然清洁,但面临着产品可靠性、稳定性、成本高等方面的问题。
三是配套设施建设缓慢,严重制约着产业发展。纯电动汽车、可充电式混合动力汽车和燃料电池汽车在应用中面临着充电、加氢困难的问题。
二、基于“钻石模型”的中国新能源汽车产业要素分析
(一)“钻石模型”简介
哈佛大学商学院迈克尔·波特提出了著名的“钻石”理论模型和相应的分析框架。波特认为,一国的特定产业是否具有国际竞争力主要取决于生产要素,需求条件,相关及支持产业,企业战略、结构和竞争四个关键要素。这四个要素具有双向作用,形成“钻石”体系,在四大要素之外还存在两大变数——机会和政府。机会是无法控制的,政府政策的影响是不可忽视的。“钻石”模型为我们分析中国新能源汽车产业竞争力的形成与保持,提供了重要的方法。
(二)影响中国新能源汽车产业竞争力的因素
1、生产要素。波特将生产要素分为初级要素和高级要素。初级要素是指一个国家先天拥有的天然资源、非技术工人、资金等;高级要素通常是人力创造出来的,包括受过高等教育的人力、技术、科研机构等。新能源汽车产业作为先进制造业,对先进技术和人力资源的依赖性很强。同时,作为新兴产业,其发展离不开配套的基础设施建设。
2、需求条件。波特认为,国内需求是提高产业国际竞争力的原动力,良好的需求条件能够迅速促进产业规模化,达到降低成本、提高效率的最终目的。对新能源汽车产业来说,强劲的需求有利于加快市场推广和产业化发展的速度。
3、相关及支持性产业。任何产业竞争优势的形成都离不开相关及支持性产业。对新能源汽车来说,动力系统的转型将强烈依赖电池技术的突破,因此新型电池技术产业已成为新能源汽车产业最重要的支持产业。
4、企业战略、结构及竞争。面对国家同时推进混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车的局面,国内企业在技术路线的选择上迷失了方向,缺乏清晰的近期、中远期发展规划。波特指出,强有力的国内竞争对手普遍存在于具有国际竞争力的产业中。激烈有效的竞争可以促进发明创造、提高产品质量、降低成本、增强国际竞争力。中国新能源汽车产业的内部竞争主要体现在国内汽车企业与跨国汽车企业的竞争上。
5、机会。波特指出,机会可以打破原来的竞争状态,提供新的竞争空间,落后国家可以借此获得竞争优势。同时他认为,基础科技的发明创造;传统技术出现断层;外因导致生产成本突然提高(如石油危机);金融市场的重大变化等都可以给企业带来机会。
6、政府。波特认为,政府对一国某产业是否具有竞争力有着重要影响。政府可以通过制定相关政策,刺激“钻石”体系的四个关键要素,来影响该国的产业竞争力。
三、提升中国新能源汽车产业竞争力的对策
针对制约中国新能源汽车产业发展的因素,本文给出如下对策:
(一)加快基础设施建设
基础设施建设应以政府投资为主,多方共同参与。政府应重点建设一批企业无法承担的项目,如公用充电站、能源补充站、维修设施、交通配套设施等。天然气总公司和石化企业可以参与兴建一批加气站来服务燃气车辆,电网公司可以在自己的低压电网上建立公用充电站系统。
(二)积极扩大内需,提高消费者成熟度
促进新能源汽车消费的关键是降低生产成本和使用成本。企业和相关科研单位应加快技术研发的步伐,在技术上最大限度地降低生产成本、提高产品质量。政府应对新能源汽车的研发与生产给予财税支持,出台针对普通消费者的优惠政策,如减免车辆购置费、提供补贴等,来降低新能源汽车的使用成本。同时,要进一步调整燃油税政策,提高传统汽车的持续性支出。另外,政府还要加大宣传教育力度,提高整个社会的环保意识,培育崇尚购买、使用新能源汽车的文化,扩大新能源汽车用户基础。
(三)加大研发力度、掌握核心技术
在新能源汽车技术研发和产业化发展的初期,政府要起到主导作用,通过整合国内科技和资金资源,确定关键技术领域,与企业、研究机构共同推动关键技术研发。要加大知识产权保护力度,保护企业相关权益。在支持自主创新的前提下,鼓励企业到海外注册专利和购买外国专利,增加产品的技术创新和竞争力。此外还要加快建立国家技术标准体系,以建立和维护中国新能源汽车产业的竞争优势。
(四)以市场为导向、明确阶段性战略重点
中国的新能源汽车研发应借鉴国际经验,以市场为导向,选择战略重点,采取近期开发与中长期发展并重的策略。近期发展柴油机、汽油直喷、汽车轻量化、混合动力等技术,中长期着眼于高水平混合动力、燃料电池及替代燃料汽车的研发。汽车企业要根据自身情况及其所在区域拥有的资源、文化、习俗等条件,因地制宜地研发相应的新能源汽车产品。同时应根据市场形势的变化不断调整、完善企业战略结构及经营策略。
(五)推动产业重组、发展产业集群
为把中国未来的新能源汽车产业做强、做大,建议国家推动跨国、跨地区、跨行业、跨所有制的收购与兼并活动,通过资本市场对现有企业实现整合与重组。积极探索中资主导型、外资主导型、中资控股型、外资控股型的新能源汽车发展模式。优化和规范公司治理结构,鼓励中外企业以多种形式的合作创新和创业,促进新能源汽车产业联盟的形成与发展,同时要实施严格的公平竞争与反垄断环节的重组审查制度。