河南理工大學(xué)新能源發(fā)電技術(shù)

第一章什么是新能源：常規(guī)能源：技術(shù)上比較成熟，已被人類廣泛利用，在生產(chǎn)和生活中起著重要作用的能源。如煤炭、石油、天然氣、水能和核能等。新能源：尚未被人類大規(guī)模利用，有待進(jìn)一步研究實(shí)驗(yàn)和開發(fā)利用的能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽芎蜕镔|(zhì)能等。我國(guó)新能源和可再生能源一般是指除常規(guī)化石能源、大中型水利發(fā)電和核裂變發(fā)電之外的太陽(yáng)能、風(fēng)能、小水電、生物質(zhì)能、地?zé)崮芗昂Ｑ竽艿纫淮文茉?。我?guó)能源問(wèn)題：人口多，人均能源資源量低、化石能源仍居于主導(dǎo)地位、煤炭比例多年始終保持在70%左右、嚴(yán)重的資源和環(huán)境雙重問(wèn)題、人均能源消費(fèi)水平低太陽(yáng)能發(fā)電是將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，再通過(guò)各種發(fā)電裝置將熱能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電技術(shù)。風(fēng)電是利用風(fēng)能推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。生物質(zhì)能發(fā)電是將生物質(zhì)本身的熱量轉(zhuǎn)化為可驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的能量形式，再按照通用發(fā)電技術(shù)，直接提供給用戶或并網(wǎng)。其主要利用方式有直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換三種途徑。地?zé)岚l(fā)電技術(shù)是利用地下熱水和蒸汽為動(dòng)力的一種新型發(fā)電技術(shù)。其原理和火力發(fā)電基本類似，都是將蒸汽的熱能經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能發(fā)電的技術(shù)。分為水熱型、地壓型、干熱巖型和巖漿型。海洋能發(fā)電包括潮汐能發(fā)電、波浪能發(fā)電和海洋溫差能發(fā)電。促進(jìn)新能源開發(fā)的政策措施：建立可再生能源發(fā)展考核制度，貫徹落實(shí)《可再生能源法》，實(shí)施可再生能源電力配額制、完善可再生能源價(jià)格和稅收政策、健全可再生能源產(chǎn)業(yè)管理體系第一章太陽(yáng)能利用的主要形式，包括太陽(yáng)能供熱、太陽(yáng)能熱發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電太陽(yáng)能優(yōu)點(diǎn)：長(zhǎng)久、普遍（到處借可用）、無(wú)害（無(wú)廢氣廢渣廢水）、巨大。太陽(yáng)能缺點(diǎn)：分散、不穩(wěn)定、效率和成本。太陽(yáng)能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。光熱發(fā)電是將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，再通過(guò)各種發(fā)電裝置將熱能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。組成：太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。太陽(yáng)能熱發(fā)電有兩種類型：一類是蒸汽熱動(dòng)力發(fā)電，一類是熱電直接轉(zhuǎn)換。太陽(yáng)能熱發(fā)電按照集熱方式不同可分為槽式、塔式和蝶式三種形式。槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)由拋物面反射鏡、集熱管、跟蹤機(jī)構(gòu)組成。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，在空地高塔頂上安裝接收器，以高塔為中心，在周圍地面上布置大量的太陽(yáng)能反射鏡群把陽(yáng)光積聚到接收器上，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。容量大，效率高，適用于大規(guī)模應(yīng)用。蝶式太陽(yáng)熱發(fā)電系統(tǒng)包括：旋轉(zhuǎn)拋物面聚光器、接收器、跟蹤裝置和熱機(jī)系統(tǒng)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。元件是太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。獨(dú)立光伏電站，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)（是否帶蓄電池，前者帶調(diào)度性）逆變器：光伏電池和蓄電池輸出的都是直流電。逆變器是將直流電變換成交流電的電力電子設(shè)備，是光伏電池普及應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展?fàn)顩r：太陽(yáng)能光伏電站，光伏建筑（路燈、站牌、火車站、住宅）光伏電力、電子產(chǎn)品（車、表）。第三章風(fēng)車的種類：按葉片數(shù)量：?jiǎn)稳~片，雙葉片，三葉片，四葉片和多葉片按主軸與地面的相對(duì)位置：水平軸、垂直軸（立軸）；按槳葉工作原理分為：升力型、阻力型目前大量使用的以三葉片水平軸升力型居多。垂直大氣運(yùn)動(dòng)氣流，水平風(fēng)。形成原因分為信風(fēng)、海陸風(fēng)、山谷風(fēng)。我國(guó)的風(fēng)能資源分布廣泛，其中較為豐富的地區(qū)主要集中在東南沿海及附近島嶼以及北部（東北、華北、西北）地區(qū)，內(nèi)陸也有個(gè)別風(fēng)能豐富點(diǎn)，近海風(fēng)能資源很豐富。風(fēng)力機(jī)的原理：其中風(fēng)力機(jī)完成風(fēng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)完成機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。風(fēng)力機(jī)的種類：按轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向的關(guān)系分為水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)。水平軸風(fēng)力機(jī)有螺旋槳式、多翼（葉）式。常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型恒速恒頻的鼠籠式感應(yīng)發(fā)電機(jī)（淘汰）、變速恒頻的雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)、變速變頻的直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)雙饋式風(fēng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)輪與永磁同步發(fā)電機(jī)直接相連，無(wú)需升速齒輪箱。轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，無(wú)需勵(lì)磁繞組，因此不存在勵(lì)磁繞組的損耗，提高效率。轉(zhuǎn)子上無(wú)滑環(huán)，運(yùn)行安全可靠。缺點(diǎn)永磁體增加了電機(jī)的成本，永磁物質(zhì)具去磁性，電機(jī)的功率因數(shù)不可控。不可能將接觸的風(fēng)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。從風(fēng)中吸取的能量，與風(fēng)輪掃過(guò)面積內(nèi)的全部風(fēng)能之比，稱為風(fēng)能利用系數(shù)。據(jù)Betz理論，Cp理論最大值約0.6。取決于葉片的設(shè)計(jì)（如攻角、槳距、翼型）以及制造水平，還和轉(zhuǎn)速有關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：（1）沒(méi)有直接污染排放；（2）不需要水參與發(fā)電過(guò)程；（3）經(jīng)濟(jì)性好。對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響：（1）風(fēng)力機(jī)的噪聲，主要是葉片哨聲和偏航對(duì)風(fēng)時(shí)，機(jī)械摩擦噪音；（2）風(fēng)力機(jī)的電磁干擾；（3）視覺(jué)影響等等。第四章地?zé)崮軄?lái)源：地球物質(zhì)中放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量是地?zé)岬闹饕獊?lái)源。地?zé)豳Y源分類：熱水層、干蒸汽田、濕蒸汽田、干熱巖層。按照其儲(chǔ)存形式：地?zé)豳Y源可分為蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型和熔巖型5大類。我國(guó)地?zé)嶂苯永糜孝賯鲗?dǎo)型地?zé)豳Y源、②對(duì)流型地?zé)豳Y源。體現(xiàn)到地?zé)岵膳?、地?zé)釡厥摇⒐I(yè)利用。地?zé)岚l(fā)電是利用地下熱水和蒸汽為動(dòng)力源的一種新型發(fā)電技術(shù)。地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)主要有四種：地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)、雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、全流發(fā)電系統(tǒng)、干熱巖發(fā)電系統(tǒng)。全球地?zé)豳Y源的分布主要分布在板塊生長(zhǎng)、開裂-大洋擴(kuò)張脊和板塊碰撞，衰亡-消減帶部位。（1）環(huán)太平洋地?zé)釒В?）地中海一喜馬拉雅地?zé)釒В?）大西洋中脊地?zé)釒В?）紅海一亞丁灣一東非裂谷地?zé)釒У責(zé)岚l(fā)電是利用地下熱水和蒸汽為動(dòng)力源的一種新型發(fā)電技術(shù)地?zé)岚l(fā)電和火力發(fā)電的基本原理是一樣的，都是將蒸汽的熱能經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，然后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。不同處：地?zé)岚l(fā)電不像火力發(fā)電具有龐大的鍋爐；不需要消耗燃料。地?zé)岚l(fā)電就是把地下熱能首先轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程。地?zé)岚l(fā)電的方式劃分為蒸汽型地?zé)岚l(fā)電和熱水型地?zé)岚l(fā)電兩大類蒸汽型地?zé)岚l(fā)電方式簡(jiǎn)單，開采難度大。有背壓式和凝汽式兩種發(fā)電系統(tǒng)熱水型地?zé)岚l(fā)電是主要方式。閃蒸系統(tǒng)，雙循環(huán)系統(tǒng)。第五章生物質(zhì)，是指有機(jī)物中除化石燃料外所有來(lái)源于動(dòng)、植物和微生物的物質(zhì)包括動(dòng)物、植物、微生物以及由這些生命體排泄和代謝的所有有機(jī)物。生物質(zhì)能，指蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量，是直接或間接地通過(guò)光合作用，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和貯藏在生物體內(nèi)。獲取生物質(zhì)的途徑大體上有兩種情況：1）有機(jī)廢棄物的回收利用2）專門培植作為生物質(zhì)來(lái)源的農(nóng)林作物生物質(zhì)商業(yè)化利用技術(shù)方向：1）發(fā)電技術(shù)2）氣化技術(shù)3）液化技術(shù)4）成型技術(shù)生物質(zhì)能特點(diǎn)：（1）可循環(huán)再生（2）可存儲(chǔ)和運(yùn)輸（3）資源分散（4）大多來(lái)自廢物我國(guó)的生物質(zhì)能來(lái)源：秸稈等農(nóng)業(yè)生物質(zhì)、林木生物、動(dòng)物糞便、城市垃圾和廢水生物質(zhì)能的優(yōu)點(diǎn)：燃燒容易，污染少，灰分較低缺點(diǎn)：熱值及熱效率低，體積大不易運(yùn)輸。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換利用技術(shù)的分類：直接燃燒、生物轉(zhuǎn)換技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)。生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)直接燃燒或轉(zhuǎn)化為某種燃料后燃燒所產(chǎn)生的熱量發(fā)電。生物質(zhì)能發(fā)電的特殊性在于燃料的準(zhǔn)備。一般要對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行一定的預(yù)處理，如烘干、壓縮、成型等。不采用直接燃燒方式的，還需要通過(guò)特殊的工藝流程，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)原料到氣態(tài)或液態(tài)燃料的轉(zhuǎn)換。生物質(zhì)能發(fā)電具有如下特點(diǎn)：（1）適于分散建設(shè)、就地利用（2）技術(shù)基礎(chǔ)較好、建設(shè)容易（3）碳排放比化石燃料少（4）變廢為寶，更加環(huán)保需要注意：（1）轉(zhuǎn)化設(shè)備必須安全可靠。（2）能源作物需要占用大量土地直接燃燒發(fā)電，即直接利用處理過(guò)的生物質(zhì)為燃料（而不轉(zhuǎn)換），燃燒所釋放的熱量在鍋爐中生產(chǎn)高壓熱蒸汽，通過(guò)汽輪機(jī)膨脹做功。原理和發(fā)電過(guò)程與常規(guī)火電一樣，利用秸稈、木材、農(nóng)林廢棄物。設(shè)備投資較高，效率較低。中國(guó)有最大的發(fā)電機(jī)組和秸稈發(fā)電知識(shí)產(chǎn)權(quán)。生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)主要分為灶爐燃燒和鍋爐燃燒。鍋爐燃燒按方式又分為：1）傳統(tǒng)的層燃技術(shù)2）流化床燃燒技術(shù)3）懸浮燃燒技術(shù)4）生物質(zhì)與煤混燒技術(shù)第六章海洋能的類型：潮汐能；波浪能；海洋溫差能；海洋鹽差能；海流能。潮汐能是以位能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能波浪能是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能。溫差能是指海洋表層海水和深層海水之間水溫之差的熱能。鹽差能是以化學(xué)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。海流能是另一種以動(dòng)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。潮汐的動(dòng)能發(fā)電：利用漲落潮水的流速直接沖擊水輪機(jī)發(fā)電；潮汐的勢(shì)能發(fā)電：在海灣或河水修筑攔潮大壩，利用壩內(nèi)外漲、落潮時(shí)的水位差來(lái)發(fā)電。潮汐發(fā)電站主要由攔水堤壩、水閘和發(fā)電廠三部分組成。水輪發(fā)電機(jī)組有三種基本結(jié)構(gòu)型式豎軸式機(jī)組、臥軸式機(jī)組、貫流式機(jī)組。貫流式機(jī)組主要有兩種形式：燈泡貫流式機(jī)組、全貫流式機(jī)組第七章大電網(wǎng)與分布式電網(wǎng)的結(jié)合，被公認(rèn)為是節(jié)省投資、降低能耗、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和靈活性的主要方式。發(fā)展原因：中國(guó)面臨的區(qū)域政治因素、城市化進(jìn)程。分布式發(fā)電：在一定的地域范圍內(nèi)，由多個(gè)甚至多種形式的發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電，以就地滿足較大規(guī)模的用電要求。相對(duì)于集中發(fā)電的大型機(jī)組而言，其總的發(fā)電能力由分布在不同位置的多個(gè)中小型電源來(lái)實(shí)現(xiàn)。相對(duì)于小型獨(dú)立電源而言，其容量分配和布置有一定的規(guī)律，滿足特定的整體要求。分布式電源是獨(dú)立于電網(wǎng)，集成或單獨(dú)使用的、靠近用戶的小型模塊化發(fā)電設(shè)備。分布式發(fā)電的特點(diǎn)：（1）建設(shè)容易，投資少（2）靠近用戶，輸配電簡(jiǎn)單，損耗?。?）污染少，環(huán)境相容性好（4）能