河南理工大学新能源发电技术

第一章什么是新能源：常规能源：技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源。如煤炭、石油、天然气、水能和核能等。新能源：尚未被人类大规模利用，有待进一步研究实验和开发利用的能源，如风能、太阳能、地热能、海洋能和生物质能等。我国新能源和可再生能源一般是指除常规化石能源、大中型水利发电和核裂变发电之外的太阳能、风能、小水电、生物质能、地热能及海洋能等一次能源。我国能源问题：人口多，人均能源资源量低、化石能源仍居于主导地位、煤炭比例多年始终保持在70%左右、严重的资源和环境双重问题、人均能源消费水平低太阳能发电是将太阳辐射能转换为热能，再通过各种发电装置将热能转换为电能的发电技术。风电是利用风能推动叶轮转动，进行发电的技术。生物质能发电是将生物质本身的热量转化为可驱动发电机的能量形式，再按照通用发电技术，直接提供给用户或并网。其主要利用方式有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换三种途径。地热发电技术是利用地下热水和蒸汽为动力的一种新型发电技术。其原理和火力发电基本类似，都是将蒸汽的热能经过汽轮机转换为机械能发电的技术。分为水热型、地压型、干热岩型和岩浆型。海洋能发电包括潮汐能发电、波浪能发电和海洋温差能发电。促进新能源开发的政策措施：建立可再生能源发展考核制度，贯彻落实《可再生能源法》，实施可再生能源电力配额制、完善可再生能源价格和税收政策、健全可再生能源产业管理体系第一章太阳能利用的主要形式，包括太阳能供热、太阳能热发电、太阳能光伏发电太阳能优点：长久、普遍（到处借可用）、无害（无废气废渣废水）、巨大。太阳能缺点：分散、不稳定、效率和成本。太阳能发电分为光热发电和光伏发电。光热发电是将太阳辐射能转换为热能，再通过各种发电装置将热能转换为电能的发电技术。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。组成：太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。太阳能热发电有两种类型：一类是蒸汽热动力发电，一类是热电直接转换。太阳能热发电按照集热方式不同可分为槽式、塔式和蝶式三种形式。槽式太阳能热发电系统由抛物面反射镜、集热管、跟踪机构组成。塔式太阳能热发电系统，在空地高塔顶上安装接收器，以高塔为中心，在周围地面上布置大量的太阳能反射镜群把阳光积聚到接收器上，加热工质，产生高温高压蒸汽推动汽轮机发电。容量大，效率高，适用于大规模应用。蝶式太阳热发电系统包括：旋转抛物面聚光器、接收器、跟踪装置和热机系统。太阳能光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。元件是太阳能电池，太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。独立光伏电站，并网光伏发电系统（是否带蓄电池，前者带调度性）逆变器：光伏电池和蓄电池输出的都是直流电。逆变器是将直流电变换成交流电的电力电子设备，是光伏电池普及应用的关键技术之一。光伏发电系统的应用及发展状况：太阳能光伏电站，光伏建筑（路灯、站牌、火车站、住宅）光伏电力、电子产品（车、表）。第三章风车的种类：按叶片数量：单叶片，双叶片，三叶片，四叶片和多叶片按主轴与地面的相对位置：水平轴、垂直轴（立轴）；按桨叶工作原理分为：升力型、阻力型目前大量使用的以三叶片水平轴升力型居多。垂直大气运动气流，水平风。形成原因分为信风、海陆风、山谷风。我国的风能资源分布广泛，其中较为丰富的地区主要集中在东南沿海及附近岛屿以及北部（东北、华北、西北）地区，内陆也有个别风能丰富点，近海风能资源很丰富。风力机的原理：其中风力机完成风能到机械能的转换，发电机及其控制系统完成机械能到电能的转换。风力机的种类：按转轴与风向的关系分为水平轴风力机和垂直轴风力机。水平轴风力机有螺旋桨式、多翼（叶）式。常见的风力发电机类型恒速恒频的鼠笼式感应发电机（淘汰）、变速恒频的双馈感应式发电机、变速变频的直驱式永磁同步发电机双馈式风机优点：风轮与永磁同步发电机直接相连，无需升速齿轮箱。转子为永磁式结构，无需励磁绕组，因此不存在励磁绕组的损耗，提高效率。转子上无滑环，运行安全可靠。缺点永磁体增加了电机的成本，永磁物质具去磁性，电机的功率因数不可控。不可能将接触的风能全部转化成机械能。从风中吸取的能量，与风轮扫过面积内的全部风能之比，称为风能利用系数。据Betz理论，Cp理论最大值约0.6。取决于叶片的设计（如攻角、桨距、翼型）以及制造水平，还和转速有关。优点：（1）没有直接污染排放；（2）不需要水参与发电过程；（3）经济性好。对环境的负面影响：（1）风力机的噪声，主要是叶片哨声和偏航对风时，机械摩擦噪音；（2）风力机的电磁干扰；（3）视觉影响等等。第四章地热能来源：地球物质中放射性元素衰变产生的热量是地热的主要来源。地热资源分类：热水层、干蒸汽田、湿蒸汽田、干热岩层。按照其储存形式：地热资源可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类。我国地热直接利用有①传导型地热资源、②对流型地热资源。体现到地热采暖、地热温室、工业利用。地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。地热发电系统主要有四种：地热蒸汽发电系统、双循环发电系统、全流发电系统、干热岩发电系统。全球地热资源的分布主要分布在板块生长、开裂-大洋扩张脊和板块碰撞，衰亡-消减带部位。（1）环太平洋地热带（2）地中海一喜马拉雅地热带（3）大西洋中脊地热带（4）红海一亚丁湾一东非裂谷地热带地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术地热发电和火力发电的基本原理是一样的，都是将蒸汽的热能经过汽轮机转换为机械能，然后带动发电机发电。不同处：地热发电不像火力发电具有庞大的锅炉；不需要消耗燃料。地热发电就是把地下热能首先转变为机械能，然后再把机械能转变为电能的过程。地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类蒸汽型地热发电方式简单，开采难度大。有背压式和凝汽式两种发电系统热水型地热发电是主要方式。闪蒸系统，双循环系统。第五章生物质，是指有机物中除化石燃料外所有来源于动、植物和微生物的物质包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物。生物质能，指蕴藏在生物质中的能量，是直接或间接地通过光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内。获取生物质的途径大体上有两种情况：1）有机废弃物的回收利用2）专门培植作为生物质来源的农林作物生物质商业化利用技术方向：1）发电技术2）气化技术3）液化技术4）成型技术生物质能特点：（1）可循环再生（2）可存储和运输（3）资源分散（4）大多来自废物我国的生物质能来源：秸秆等农业生物质、林木生物、动物粪便、城市垃圾和废水生物质能的优点：燃烧容易，污染少，灰分较低缺点：热值及热效率低，体积大不易运输。生物质能转换利用技术的分类：直接燃烧、生物转换技术、热化学转换技术。生物质发电是利用生物质直接燃烧或转化为某种燃料后燃烧所产生的热量发电。生物质能发电的特殊性在于燃料的准备。一般要对生物质进行一定的预处理，如烘干、压缩、成型等。不采用直接燃烧方式的，还需要通过特殊的工艺流程，实现生物质原料到气态或液态燃料的转换。生物质能发电具有如下特点：（1）适于分散建设、就地利用（2）技术基础较好、建设容易（3）碳排放比化石燃料少（4）变废为宝，更加环保需要注意：（1）转化设备必须安全可靠。（2）能源作物需要占用大量土地直接燃烧发电，即直接利用处理过的生物质为燃料（而不转换），燃烧所释放的热量在锅炉中生产高压热蒸汽，通过汽轮机膨胀做功。原理和发电过程与常规火电一样，利用秸秆、木材、农林废弃物。设备投资较高，效率较低。中国有最大的发电机组和秸秆发电知识产权。生物质直接燃烧发电技术主要分为灶炉燃烧和锅炉燃烧。锅炉燃烧按方式又分为：1）传统的层燃技术2）流化床燃烧技术3）悬浮燃烧技术4）生物质与煤混烧技术第六章海洋能的类型：潮汐能；波浪能；海洋温差能；海洋盐差能；海流能。潮汐能是以位能形态出现的海洋能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。盐差能是以化学能形态出现的海洋能。海流能是另一种以动能形态出现的海洋能。潮汐的动能发电：利用涨落潮水的流速直接冲击水轮机发电；潮汐的势能发电：在海湾或河水修筑拦潮大坝，利用坝内外涨、落潮时的水位差来发电。潮汐发电站主要由拦水堤坝、水闸和发电厂三部分组成。水轮发电机组有三种基本结构型式竖轴式机组、卧轴式机组、贯流式机组。贯流式机组主要有两种形式：灯泡贯流式机组、全贯流式机组第七章大电网与分布式电网的结合，被公认为是节省投资、降低能耗、提高电力系统稳定性和灵活性的主要方式。发展原因：中国面临的区域政治因素、城市化进程。分布式发电：在一定的地域范围内，由多个甚至多种形式的发电设备共同发电，以就地满足较大规模的用电要求。相对于集中发电的大型机组而言，其总的发电能力由分布在不同位置的多个中小型电源来实现。相对于小型独立电源而言，其容量分配和布置有一定的规律，满足特定的整体要求。分布式电源是独立于电网，集成或单独使用的、靠近用户的小型模块化发电设备。分布式发电的特点：（1）建设容易，投资少（2）靠近用户，输配电简单，损耗小（3）污染少，环境相容性好（4）能