新能源技术及未来发展的论文

北华大学电气信息工程学院41太阳能的主要情况1.1传统化石燃料的开发使用会带来一系列的问题(1)能源短缺由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。因此，如不尽早找到化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。(2)环境污染当前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量;局部地区形成酸雨，严重污染水土。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。1.2太阳能具有的优点普遍。阳光普照大地，处处都有太阳能，可以就地利用，不需要到处寻找，更不需要火车、轮船、汽车等日夜不停运输。这对解决偏远地区以及交通不便的乡村、海岛的能源供应，具有很大的优越性。无害。利用太阳能作为能源，没有废渣、废料、废水、废气排出，没有噪音，不产生对人体有害的物质，因而不会污染环境，没有公害。长久。只要有太阳存在，就有太阳能。因此利用太阳能作为能源，可以说是取之不尽用之不竭。巨大。一年内到达地面的太阳能总量，要比地球上现在每年消耗的各种能源的总量大几万倍。 北华大学电气信息工程学院6 槽形抛物面集热器是一种线聚焦集热器，多对太阳进行一维跟踪，其聚光比在4080之间，集热温度一般低于400℃，属于中温系统，这种系统容量可大可小。目前，抛物槽式太阳能热发电系统普遍采用导热油作为集热工质。低温导热油经油泵被送入到太阳能集热管，被加热到390℃左右，成为高温导热油，高温导热油依次通过蒸汽再热器、过热器、蒸发器和预热器等装置，将收集到的太阳能传递到蒸汽循环中，产生370℃左右的过热蒸汽，进入汽轮机做功，输出电能，即系统采用双回路形式。(2)塔式系统塔式系统又称为集中型系统，其聚光装置由许多安装在场地上的大型反射镜组成，这些反射镜通常称为定日镜。每台定日镜都配有太阳跟踪机构，对太阳进行双轴跟踪，准确地将太阳光反射集中到一个高塔顶部的吸热器上。系统的聚光比通常在200~1000之间，系统最高运行温度可达到1500℃。经定日镜反射的太阳能聚集到塔顶的吸热器上，加热吸热器中的传热工质，蒸汽产生装置所产生的过热蒸汽进入动力子系统后实现热功转换，完成电能输出。该系统主要由聚光集热子系统、蓄热子系统和动力子系统三部分组成。吸热器:也称之为太阳能锅炉，要求体积小，换热效率高。有垂直空腔型、水平空腔型和外部受光型等类型。对于垂直空腔型和水平空腔型来说，由于定日镜反射光可以照射到空腔内部，因而可以将内部的热损失控制到最低限度，但其最佳空腔尺寸与场地的布局有关。外部受光型吸热器的热损失要比上述的两种类型大些，但适合于大容量系统。蓄热装置:应选用传热和蓄热性能良好的材料作为蓄热工质。选用汽一水系统具有许多优点。有大量的工业设计和运行经验，附属设备也已经商业化，但腐蚀问题是其不足之处。对于高温大容量系统来说，可以选用钠作为热传输工质，它具有良好导热性能，可以在3004kW/m²的热流密度下工作。（3）碟式系统碟式系统也称之为盘式系统，主要特征是采用盘状抛物面镜聚光集热器，其结构从外形上看类似于大型抛物面雷达天线。由于盘状抛物面镜是一种点聚焦集热器，其聚光比可以高达数百到数千因而可以产生非常高的温度。这种系统可以独立运行，作为无电边远地区的小型电源，一般其功率为10~25kW聚光镜直径约10~15m。碟式太阳能热发电系统也可以做成较大的系统，即可以将多台装置并联起来，组成小型太阳能热发电电站，为用户提供电力需求。2.2太阳能热发电的主要问题太阳能热发电系统，不耗用化石能源，无污染物排放，是和生态环境相和谐的清洁能源发电系统。自研究试验成功以后，经过不断发展与改进，取得了显著的成果。世界上除了美国，太阳能热发电技术还在日本、法国、以色列、意大利、西班牙、德国和澳 北华大学电气信息工程学院7 大利亚等国家也有所发展。这些在并网运行的商用系统有30MW以上抛物面槽式系统、lOMW以上的塔式系统、几kW至几十kW采用燃气轮机或斯特林发动机的碟式系统。前两种一般与大电网并网运行，后一种一般供用户作为独立电源使用。(1)槽式太阳能热发电系统及其存在的问题在20世纪70年代末和80年代初，美国、西欧、以色列和日本等国家都对槽式系统作了很多研究开发工作，取得了较大的进展，特别是美国在90年代初有了9座抛物面槽式大型系统投入商业并网运行。此外，西班牙、日本等国的示范电站也取得了很好的成果，起到了试验示范的作用。抛物槽式太阳能热发电系统虽然在美国己取得了大规模商业化运行的经验，但目前的主要问题是当系统集热温度高于40℃后，峰值集热效率急剧下降，当DNI--800W/m²，温度为500℃时的集热效率比250℃时的集热效率约降低22.5%。由于其几何聚光比低及集热温度不高等条件的制约，使得抛物槽式太阳能热发电系统中动力子系统的热转功效率偏低，通常在35%左右。因此，单纯的抛物槽式太阳能热发电系统在进一步提高热妙率、降低分电成太方而的难度较大。(2)塔式太阳能热发电系统及其存在的问题塔式太阳能热发电系统与槽式太阳能热发电系统相比，其集热温度更高，易生产高参数蒸汽，因此热动装置的效率相应提高。目前，塔式太阳能热发电系统的主要障碍是，当定日镜场的集热功率增大时，即单塔的太阳能热发电系统大型化后，定日镜场的集热效率随之降低，其变化趋势。我国的金红光研究员提出了槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统，这些研究为塔式太阳能热发电技术的发展开拓了新方向。(3)碟式系统太阳能热发电系统及其存在的问题.(4)目前碟式太阳能热发电系统规模小，高效的发电技术还不成熟，处于试验阶段在三种太阳能热发电技术的开发中，风险最大且投资成本最高。2.3太阳能热风发电太阳能热风发电站主要由太阳能空气集热器、带有发电机的风力涡轮，以及太阳能烟囱等组成，为二项己有成熟技术的创新性组合应用。工作原理是利用烟囱对空气的抽吸作用产生的气流驱动风力涡轮进行发电，太阳能集热器则用于加热空气，强化烟囱效应。从技术角度来讲，太阳能热风发电站与水利电站颇为相似，都是将流体流动动能转变成叶轮机械旋转机械能进行发电。这单太阳能热风集热器以太阳能烟囱所在位置为中心。呈圆周状分布，包括面盖和支架两部分，集热器四周开日用以引入空气，面盖及地面构成空气流动的通道。太阳能烟囱与地面垂直，建筑结构与常规烟囱类似，烟囱底部和太阳能集热器连接处要求有较好的密封。热空气密度小，在烟囱通道内上升，同时在太阳能集热器内被加热的热空气进入烟囱冷空气进入集热器，形成持续不断的气流流动。气流流动具有的动能通过置于太阳能烟囱气流流道底部的风力涡轮带动发电机组转变为电能，通常这种风力涡轮可设置一台或多台。 北华大学电气信息工程学院8 3太阳能光伏发电3.1光伏系统基本组成一套基本的太阳能发电系统是由太阳能光伏板、充电控制器、逆变器和蓄电池构成，下面对各部分的功能做一个简单的介绍:1.太阳能光伏板太阳光伏板的作用是将太阳辐射能直接转换成电能，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。太阳能光伏板一般又分为:单晶硅电池光伏板、多晶硅电池光伏板和非晶硅光伏板(图2.1)。这些光伏板因为组成的不同因而具有不同的外观和发电效率，它们的特点为:(1)单晶硅光伏电池:表面规则稳定，通常为黑色。电池形状为lOcm~15cm的方形或圆形单元。效率约为14%~17%。(2)多晶硅光伏电池:结构清晰，通常呈蓝色，晶状结构形成美丽的图案。电池的尺寸可任意裁剪，可以无固定的大小单元。效率约为12%~14%。(3)非晶硅光伏电池:具有透光，透光度可从5%~75%，当然，随着透光性的增加，光电池的转化效率会随着下降，运用到建筑上的最理想的透光度为25%。效率约为5%~7%。2.充电控制器在不同类型的光伏发电系统中，充电控制器不尽相同，其功能多少及复杂程度差别很大，这需根据系统的要求及重要程度来确定。充电控制器主要由电子元件、仪表、继电器、开关等组成。3.逆变器逆变器的作用就是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电，供给交流负载使用。4.蓄电池组蓄电池组是将太阳能光伏方阵发出直流电贮藏起来，供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，夏天日照量大，除了供给负载用电外，还对蓄电池充电;在冬天日照量少，这部分贮存的电能逐步放出。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电(同时方阵还要给负载用电)晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此，要求蓄电池的自放电要小，而且充电效率要高，同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。常用的蓄电池有铅酸蓄电池和硅胶蓄电池，要求较高的场合也有价格比较昂贵的镍锅蓄电池。 北华大学电气信息工程学院12 参考文献[1].邢运民，陶永红，杜正春，现代能源与发电技术，西安电子科技大学出版社.2007年[2].杨金焕.太阳能发电的进展与建议.清洁能源.