新能源利用现状和趋势
一、引言
近年来，新能源发电技术以其环保性和经济性引起了人们越来越多的关注。美国、欧盟和日本等发达国家和地区，在进行能源结构调整过程中，已经把新能源技术放到非常重要的位置。在我国，充足保障电力供应对经济的持续发展必将起到决定性作用，在现有大电网的基础上，大力发展新能源发电技术将是我国电力系统发展的趋势。新能源发电主要包括：光伏发电系统、风力发电站、微型燃气轮机、燃料电池、生物质发电装置以及储能装置等[1]。根据用户及使用目的的不同，新能源发电可用于备用电站、电力调峰、冷热电联供以及边远地区的独立供电等多种用途。将新能源和可再生能源大规模应用于发电是解决目前电力供应紧张以及环境污染问题的一个有效途径。下面将就几个新型新能源发电技术加以介绍。
二、海洋能发电（潮汐能、波浪能、海流能）
海洋能资源包括潮汐能、波浪能和温差能等，是一种可再生的、无污染的清洁能源。全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有27亿kW，可供开发的约占2%，即约5400万kW[2]。全球电力市场到2000年已达8000亿美元并继续呈上升趋势。
其中，潮汐能是一种不会给地球上未来人类带来污染和灾难的能源。前苏联的伯恩斯坦指出利用这种昼夜间断断续续、一个月内波动起伏的潮汐能发电可以获得能量。在有条件利用潮汐能的沿海国家和地区，建设潮汐电站不失为缓解能源危机的一种方案。全世界潮汐能的理论值为109kw量级，我国潮汐能理论值为108kw量级。根据中国海洋能区划结果．沿海潮汐能可开发的电站424个，总装机容鼍约为2.2×l07kW，其中浙江和福建分别占40.9%和47%[3]。潮汐发电的工作原理与常规水力发电的原理类似，它是利用潮水的涨、落产生的水位差所具有的势能来发电。差别在于海水与河水不同，蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。具体地说，就是在有条件的海湾或感潮河口建筑堤坝、闸门和厂房，将海湾(或河口)与外海隔开围成水库，并在闸坝内或发电站厂房内安装水轮发电机组。 海洋潮位周期性的涨落过程曲线类似于正弦波。对水闸适当地进行启闭调节，使水库内水位的变化滞后于海面的变化，水库水位与外海潮位就会形成一定的高度差(即工作水头)。从而驱动水轮发电机组发电[2]。从能量的角度来看。就是将海水的势能和动能，通过水轮发电机组转化为电能的过程。可参加下图所示：
由于潮水的流动方向是不断改变的，因此就使得潮汐发电出现不同的类型，即单库单向型、单库双向型和双库单向型3种：
潮汐能发电的优点有以下几点：
(1)能源可靠，可以经久不息地利用。不像常规水力发电那样受到气候条件的影响
(2)虽然有周期性间歇，但有准确规律，可用电子计算机预报，并有计划纳入电网运行。
(3)一般离用电中心近，不必远距离送电。
(4)潮汐电站兴建后的最高库水位总是低于建站前最高潮水位，因此潮汐电站库区不但不淹没土地，还可以促淤围垦，发展水产养殖。
(5)潮汐电站的主要部分建在水下，不污染环境，还美化环境，提高旅游效益。 但它也有以下缺点：
(1)单库潮汐电站发电有间歇性。
(2)机电设备常和海水、盐雾及海生物接触，在防腐和防污等方面有其特殊要求。
(3)单位千瓦的造价较常规水电站高。
潮汐电站工程的综合利用，不仅会增加经济效益，而且还会大幅度降低工程单位投资。因此，潮汐电站应以水库、堤坝和岸滩为依托，提高除发电以外的综合效益，包括水产养殖、围垦海涂、改善交通及发展旅游等多方面综上，对于海洋能的发展前景，我认为鉴于我国海岸线曲折漫长，岸线长度超过32000km。潮汐能发电因其具有可再生性、清洁性、可预报性等优点。经过多年来对潮汐电站建设的研究和试点，
不仅在技术上日趋
成熟，而且在降低成本，提高经济效益方面也取得了很大进展。潮汐能发电技术前景广阔。
三、太阳能发电技术
在中国广阔富饶的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地太阳年辐射总量为3340-8400MJ/m2，中值为5852MJ-m2[4]。从中国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙古南部属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州等地太阳能资源稍差外，东部、南部及东北等均为太阳能资源较丰富和中等地区。太阳能发电有两种方式，即太阳能热发电和太阳能光伏发电。太阳能热发电在美国、以色列等发达国家目前已进入商业化试验阶段，而我国还未真正进入该领域。太阳能光伏发电技术巳日趋成熟。世界太阳能电池产量每年以20%-30%甚至更高的递增速度发展。截止到2004年底，世界太阳能光伏发电系统的总装机容量已超过1000GW，应用于工业、农业、科技、文教、国防和人民生活的各个领域。预计21世纪中叶，太阳能光伏发电将发展为重要的发电方式，在世界可持续发展的能源结构中占有一定的比例。
1. 太阳能光伏发电
相对于其他新能源发电，太阳能光伏发电在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地位[5]。现在世界上许多国家都加大了对太阳能光伏发电技术的研究，并制定了相关的政策鼓励太阳能产业的发展。太阳能光伏发电的原理主要是利用半导体的光生伏打效应。太阳能电池实际上是由若干个p-n结构成。当太阳光照射到p-n结时，一部分被反射，其余部分被p-n结吸收，被吸收的辐射能有一部分变成热，另一部分以光子的形式与组成p-n结的原子价电子碰撞，产生电子空穴对，在p-n结势垒区内建电场的作用下，将电子驱向n区，空穴驱向P区，从而使得n区有过剩的电子，P区有过剩的空穴。这样在P-n结附近就形成与内建电场方向相反的光生电场。光生电场除一部分抵消内建电场外，还使P型层带正电，n型层带负电，在n区和P区之间的薄层产生光生电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线，接通负载，在持续光照下，外电路就有电流通过，如此形成一个电池元件，经过串并联，就能产生一定的电压和电流，输出电能，从而实现光电转换。世界光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。太阳能光伏发电的长期发展目标见下表:
无论从近期还是远期，太阳能光伏发电都极具吸引力。特别是2006年1月1日正式实施的《中华人民共和国可再生能源法》将极大地促进我国光伏市场和光伏产业的发展。此法明确规范了政府和社会在可再生能源开发利用方面的责任与义务，
确立了包括中长
期总量目标与发展规划。鼓励可再生能源产业发展和技术开发，支持可再生能源并网，优惠上网电价和全社会分摊费用，能源财政设立可再生专项资金等。可以预见，在长期能源战略中，太阳能光伏发电将成为人类社会未来能源的基石，世界能源舞台的主角。
2．太阳能热发电技术
太阳能热发电在美国、以色列等发达国家目前已进入商业化试验阶段，而我国还未真正进入该领域。在各种太阳能热发电技术中太阳能烟囱发电技术是被许多能源专家看好的一项新技术。建造太阳能烟囱电站的设想是由来自斯图加特大学的乔根·施莱奇教授提出的[6]。太阳能烟囱发电系统由太阳能集热棚、太阳能烟囱和涡轮机发电机组3个基本部分所构成，如下图所示：
太阳能集热棚建在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的土地上；集热棚和地面有一定间隙，可以让周围空气进入系统；集热棚中间离地面一定距离处装着烟囱，在烟囱底部装有涡轮机。太阳光照射集热棚，集热棚下面的土地吸收透过覆盖层的太阳辐射能，并加热土地和集热棚覆盖层之间的空气，使集热棚内空气温度升高，密度下降，并沿着烟囱上升，集热棚周围的冷空气进入系统，从而形成空气循环流动。由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内的空气流到达烟囱底部的时候，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气流推动装在烟囱底部的涡轮机，带动发电机发电。在空气流动过程中，产生了3个能量转换过程。首先空气被加热，太阳能转化为空气内能；由于空气在烟囱内的上升流动，内能转变为动能；当空气流到涡轮机时，气流推动涡轮机转子转动，动能又转化成我们所需的电能。它具有如下三个优点：
(1)设备简单，运行费用低。
(2)适合建设在人口稀少的沙漠地区。
(3)不产生有害物，具有良好的环境效应。
自从西班牙建成了第一座太阳能烟囱发电站后，美国、日本、德国、南非等国的专家已对太阳能烟囱电站表现出浓厚兴趣。不过在太阳能烟囱发电技术方面，我国只有华中科技大学已经开始从事这方面的研究。我国幅员辽阔，太阳能资源丰富，太阳能利用条件较好的地方占我国国土面积的2／3以上。西北和青藏高原是我国重要的太阳能应用基地，将来一定会在我国的太阳能产业中发挥重要作用。太阳能烟囱发电技术研究在国外进行的时间不长，国内在这方面的研究更少。加大研究力度，促进太阳能烟囱发电技术成熟，对于我国开发西部的的电力资源有很大意义。
四、总结
我国快速持续发展的经济，正面临着有限的化石燃料资源和更高的环境保护要求的严峻挑战。坚持节能优先，提高能源效率；优化能源结构，以煤为主多元化发展；加强环境保护，开展洁净煤利用；采取综合措施，保障能源安全；依靠科技进步，开发利用新能源和可再生能源，是建立可持续能源系统最主要的政策措施，也是我国长期的能源发展战略。据不完全统计，中国沿海潮汐能蕴藏量中可开发利用部分的92%是集中在工农业生产比较发达、对能源的需求迫切的华东沿海地区，其中的99.3%集中在福建、浙江和上海一带，可装机容量达2270多万千瓦，是一个很大的能源资源。加之潮汐能分布面广，潮汐发电虽有周期性却没有季节性。建设沿海地区潮汐电站将极好地弥补华东地区的严重电力不足，很有现实意义。太阳能光伏发电虽然在我国只有一些小规模的应用，但光伏发电非常具有开发前景，我国的太阳能电池制造水平又比较先进，应继续努力为大规模应用作好准备。
Reference
1. 杨为,高研.新能源发电技术的分析.电工电气.No.4. 2009.P1-4
2. 李书恒,郭伟.潮汐发电技术的现状与前景.海洋科学.Vol.30 No.12. 2006.P82-85
3. 朱俊生.中国新能源和可再生能源发展状况.可再生能源.No.2. 2003.P2-6
4. 邢运民,张文娟.新能源与可再生能源发电技术的发展.西华大学学报·自然科学
版.Vol.26 No.1. Jan,2007.P50-53
5. 李春鹏 ,张廷元. 太阳能光伏发电综述. 电工材料.No.5. 2 0 0 6 .P45-47
6. 张建锋, 杨家宽. 太阳能烟囱发电技术现状及展 望. 可再生能源 Vol.1. 20 03.P5-8
新能源利用现状和趋势
一、引言
近年来，新能源发电技术以其环保性和经济性引起了人们越来越多的关注。美国、欧盟和日本等发达国家和地区，在进行能源结构调整过程中，已经把新能源技术放到非常重要的位置。在我国，充足保障电力供应对经济的持续发展必将起到决定性作用，在现有大电网的基础上，大力发展新能源发电技术将是我国电力系统发展的趋势。新能源发电主要包括：光伏发电系统、风力发电站、微型燃气轮机、燃料电池、生物质发电装置以及储能装置等[1]。根据用户及使用目的的不同，新能源发电可用于备用电站、电力调峰、冷热电联供以及边远地区的独立供电等多种用途。将新能源和可再生能源大规模应用于发电是解决目前电力供应紧张以及环境污染问题的一个有效途径。下面将就几个新型新能源发电技术加以介绍。
二、海洋能发电（潮汐能、波浪能、海流能）
海洋能资源包括潮汐能、波浪能和温差能等，是一种可再生的、无污染的清洁能源。全球海洋中所蕴藏的潮汐能约有27亿kW，可供开发的约占2%，即约5400万kW[2]。全球电力市场到2000年已达8000亿美元并继续呈上升趋势。
其中，潮汐能是一种不会给地球上未来人类带来污染和灾难的能源。前苏联的伯恩斯坦指出利用这种昼夜间断断续续、一个月内波动起伏的潮汐能发电可以获得能量。在有条件利用潮汐能的沿海国家和地区，建设潮汐电站不失为缓解能源危机的一种方案。全世界潮汐能的理论值为109kw量级，我国潮汐能理论值为108kw量级。根据中国海洋能区划结果．沿海潮汐能可开发的电站424个，总装机容鼍约为2.2×l07kW，其中浙江和福建分别占40.9%和47%[3]。潮汐发电的工作原理与常规水力发电的原理类似，它是利用潮水的涨、落产生的水位差所具有的势能来发电。差别在于海水与河水不同，蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐发电的水轮机的结构要适合低水头、大流量的特点。具体地说，就是在有条件的海湾或感潮河口建筑堤坝、闸门和厂房，将海湾(或河口)与外海隔开围成水库，并在闸坝内或发电站厂房内安装水轮发电机组。 海洋潮位周期性的涨落过程曲线类似于正弦波。对水闸适当地进行启闭调节，使水库内水位的变化滞后于海面的变化，水库水位与外海潮位就会形成一定的高度差(即工作水头)。从而驱动水轮发电机组发电[2]。从能量的角度来看。就是将海水的势能和动能，通过水轮发电机组转化为电能的过程。可参加下图所示：
由于潮水的流动方向是不断改变的，因此就使得潮汐发电出现不同的类型，即单库单向型、单库双向型和双库单向型3种：
潮汐能发电的优点有以下几点：
(1)能源可靠，可以经久不息地利用。不像常规水力发电那样受到气候条件的影响
(2)虽然有周期性间歇，但有准确规律，可用电子计算机预报，并有计划纳入电网运行。
(3)一般离用电中心近，不必远距离送电。
(4)潮汐电站兴建后的最高库水位总是低于建站前最高潮水位，因此潮汐电站库区不但不淹没土地，还可以促淤围垦，发展水产养殖。
(5)潮汐电站的主要部分建在水下，不污染环境，还美化环境，提高旅游效益。 但它也有以下缺点：
(1)单库潮汐电站发电有间歇性。
(2)机电设备常和海水、盐雾及海生物接触，在防腐和防污等方面有其特殊要求。
(3)单位千瓦的造价较常规水电站高。
潮汐电站工程的综合利用，不仅会增加经济效益，而且还会大幅度降低工程单位投资。因此，潮汐电站应以水库、堤坝和岸滩为依托，提高除发电以外的综合效益，包括水产养殖、围垦海涂、改善交通及发展旅游等多方面综上，对于海洋能的发展前景，我认为鉴于我国海岸线曲折漫长，岸线长度超过32000km。潮汐能发电因其具有可再生性、清洁性、可预报性等优点。经过多年来对潮汐电站建设的研究和试点，
不仅在技术上日趋
成熟，而且在降低成本，提高经济效益方面也取得了很大进展。潮汐能发电技术前景广阔。
三、太阳能发电技术
在中国广阔富饶的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地太阳年辐射总量为3340-8400MJ/m2，中值为5852MJ-m2[4]。从中国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙古南部属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州等地太阳能资源稍差外，东部、南部及东北等均为太阳能资源较丰富和中等地区。太阳能发电有两种方式，即太阳能热发电和太阳能光伏发电。太阳能热发电在美国、以色列等发达国家目前已进入商业化试验阶段，而我国还未真正进入该领域。太阳能光伏发电技术巳日趋成熟。世界太阳能电池产量每年以20%-30%甚至更高的递增速度发展。截止到2004年底，世界太阳能光伏发电系统的总装机容量已超过1000GW，应用于工业、农业、科技、文教、国防和人民生活的各个领域。预计21世纪中叶，太阳能光伏发电将发展为重要的发电方式，在世界可持续发展的能源结构中占有一定的比例。
1. 太阳能光伏发电
相对于其他新能源发电，太阳能光伏发电在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地位[5]。现在世界上许多国家都加大了对太阳能光伏发电技术的研究，并制定了相关的政策鼓励太阳能产业的发展。太阳能光伏发电的原理主要是利用半导体的光生伏打效应。太阳能电池实际上是由若干个p-n结构成。当太阳光照射到p-n结时，一部分被反射，其余部分被p-n结吸收，被吸收的辐射能有一部分变成热，另一部分以光子的形式与组成p-n结的原子价电子碰撞，产生电子空穴对，在p-n结势垒区内建电场的作用下，将电子驱向n区，空穴驱向P区，从而使得n区有过剩的电子，P区有过剩的空穴。这样在P-n结附近就形成与内建电场方向相反的光生电场。光生电场除一部分抵消内建电场外，还使P型层带正电，n型层带负电，在n区和P区之间的薄层产生光生电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线，接通负载，在持续光照下，外电路就有电流通过，如此形成一个电池元件，经过串并联，就能产生一定的电压和电流，输出电能，从而实现光电转换。世界光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。太阳能光伏发电的长期发展目标见下表:
无论从近期还是远期，太阳能光伏发电都极具吸引力。特别是2006年1月1日正式实施的《中华人民共和国可再生能源法》将极大地促进我国光伏市场和光伏产业的发展。此法明确规范了政府和社会在可再生能源开发利用方面的责任与义务，
确立了包括中长
期总量目标与发展规划。鼓励可再生能源产业发展和技术开发，支持可再生能源并网，优惠上网电价和全社会分摊费用，能源财政设立可再生专项资金等。可以预见，在长期能源战略中，太阳能光伏发电将成为人类社会未来能源的基石，世界能源舞台的主角。
2．太阳能热发电技术
太阳能热发电在美国、以色列等发达国家目前已进入商业化试验阶段，而我国还未真正进入该领域。在各种太阳能热发电技术中太阳能烟囱发电技术是被许多能源专家看好的一项新技术。建造太阳能烟囱电站的设想是由来自斯图加特大学的乔根·施莱奇教授提出的[6]。太阳能烟囱发电系统由太阳能集热棚、太阳能烟囱和涡轮机发电机组3个基本部分所构成，如下图所示：
太阳能集热棚建在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的土地上；集热棚和地面有一定间隙，可以让周围空气进入系统；集热棚中间离地面一定距离处装着烟囱，在烟囱底部装有涡轮机。太阳光照射集热棚，集热棚下面的土地吸收透过覆盖层的太阳辐射能，并加热土地和集热棚覆盖层之间的空气，使集热棚内空气温度升高，密度下降，并沿着烟囱上升，集热棚周围的冷空气进入系统，从而形成空气循环流动。由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内的空气流到达烟囱底部的时候，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气流推动装在烟囱底部的涡轮机，带动发电机发电。在空气流动过程中，产生了3个能量转换过程。首先空气被加热，太阳能转化为空气内能；由于空气在烟囱内的上升流动，内能转变为动能；当空气流到涡轮机时，气流推动涡轮机转子转动，动能又转化成我们所需的电能。它具有如下三个优点：
(1)设备简单，运行费用低。
(2)适合建设在人口稀少的沙漠地区。
(3)不产生有害物，具有良好的环境效应。
自从西班牙建成了第一座太阳能烟囱发电站后，美国、日本、德国、南非等国的专家已对太阳能烟囱电站表现出浓厚兴趣。不过在太阳能烟囱发电技术方面，我国只有华中科技大学已经开始从事这方面的研究。我国幅员辽阔，太阳能资源丰富，太阳能利用条件较好的地方占我国国土面积的2／3以上。西北和青藏高原是我国重要的太阳能应用基地，将来一定会在我国的太阳能产业中发挥重要作用。太阳能烟囱发电技术研究在国外进行的时间不长，国内在这方面的研究更少。加大研究力度，促进太阳能烟囱发电技术成熟，对于我国开发西部的的电力资源有很大意义。
四、总结
我国快速持续发展的经济，正面临着有限的化石燃料资源和更高的环境保护要求的严峻挑战。坚持节能优先，提高能源效率；优化能源结构，以煤为主多元化发展；加强环境保护，开展洁净煤利用；采取综合措施，保障能源安全；依靠科技进步，开发利用新能源和可再生能源，是建立可持续能源系统最主要的政策措施，也是我国长期的能源发展战略。据不完全统计，中国沿海潮汐能蕴藏量中可开发利用部分的92%是集中在工农业生产比较发达、对能源的需求迫切的华东沿海地区，其中的99.3%集中在福建、浙江和上海一带，可装机容量达2270多万千瓦，是一个很大的能源资源。加之潮汐能分布面广，潮汐发电虽有周期性却没有季节性。建设沿海地区潮汐电站将极好地弥补华东地区的严重电力不足，很有现实意义。太阳能光伏发电虽然在我国只有一些小规模的应用，但光伏发电非常具有开发前景，我国的太阳能电池制造水平又比较先进，应继续努力为大规模应用作好准备。
Reference
1. 杨为,高研.新能源发电技术的分析.电工电气.No.4. 2009.P1-4
2. 李书恒,郭伟.潮汐发电技术的现状与前景.海洋科学.Vol.30 No.12. 2006.P82-85
3. 朱俊生.中国新能源和可再生能源发展状况.可再生能源.No.2. 2003.P2-6
4. 邢运民,张文娟.新能源与可再生能源发电技术的发展.西华大学学报·自然科学
版.Vol.26 No.1. Jan,2007.P50-53
5. 李春鹏 ,张廷元. 太阳能光伏发电综述. 电工材料.No.5. 2 0 0 6 .P45-47
6. 张建锋, 杨家宽. 太阳能烟囱发电技术现状及展 望. 可再生能源 Vol.1. 20 03.P5-8