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新能源发电技术本课程主要内容新能源发电技术现状核能发电技术风力发电技术太阳能发电技术其他新能源利用技术本课程主要参考数目1.张晓东，杜云贵，郑永刚编著.核能及新能源发电技术.北京：中国电力出版社，2008.2.王长贵，崔容强，周篁主编.新能源发电技术.北京：中国电力出版社，2003.绪论能源概述一能源的分类和利用二我国电力工业的发展能源的作用和现状能源与环境评估能源品质的技术指标能源的分类新能源的利用第一节能源概述一、能源的作用和现状社会发展的目标是促进社会经济的发展和提高人民生活水平，这有赖于推进工业化发展进程，而能源是工业化发展进程的关键因素。社会物质财富发展到一定水平之后，特别是在工业化进程中，生活质量的提高将主要有赖于能源消费，特别是电能的消费。在当今世界上，人类维持生存所需的能源，每人每年约300~400kg煤当量，达到小康水平的能源需求量每人每年约为1300kg煤当量.2002年，发达国家的人均年能源消耗量已达到7700kg煤当量能源消费弹性系数能源消费量与经济增长的关系可用能源消费弹性系数来表示。一次能源消费量的年平均增长率与国民经济年平均增长率之比定义为能源消费弹性系数。它的大小与生产力发展水平、经济结构、技术装备水平、生产工艺、能源管理水平和消费水平有关。实现工业化后，经济增长中技术和服务行业所占的比重增加，经济产业由劳动密集到能源密集转而为技术密集，能源弹性系数可能会下降到1以下.电力消费弹性系数电力的生产是能源领域的主要内容。电力消费年平均增长率与国民经济年平均增长率之比称为电力消费弹性系数。一般来讲电力消费弹性系数总是大于1.今年我国能源消费弹性系数和电力消费弹性系数我国目前正处于经济快速增长时期，能源，特别是电力的供给显得尤为重要。这就要求能源产业，特别是电力工业有一个较好的发展水平。实践表明，能源特别是电力供给不足将严重影响经济的发展和人民生活，所造成的损失可能是能源本身价值的20~100倍。目前的一次能源消费中，煤、石油、天然气三种化石燃料仍是主要的能源来源。依照现状的能源消费水平和消费增长，这些宝贵的化石燃料将在200年左右的时间内用完。因此，节能降耗，提高能源利用率，积极探索新能源，对于可持续发展具有深远意义。截至2006低，全球石油、天然气和煤炭资源的探明储量分布和储采比情况。2006年低全球石油探明储量分布情况历史上主要年份世界煤炭产量（亿吨）及其与上与对比年份的相对增长率（%）010203040506070186019131950195219801989199119931996200020062007-1000100200300400500600700800产量（亿吨）和上一对比期增长率(%)世界煤炭产量逐年增长中国与世界一次能源消费结构比较欧洲市场煤炭价格变动情况我国正在加大天然气的普及使用，预计2010年，天然气在我国能源市场上的份额将从之前的约2.5%增加到6%，2020年至10%。照此计算，在未来10年内，我国进口液化天然气的需求将达到每年2000万吨以上。储采比是指年末剩余储量除以当年开采产量得出剩余储量按当前生产水平尚可开采的年数。我国石油、天然气和煤炭资源储采比均低于世界平均水平。就目前来看，探明储量新增增长缓慢和能源消费的增加，化石能源的储采比呈下降趋势。我国目前处于工业化进程之中，经济增长以高耗能的重工业所占的比重最大，经济社会的发展仍然有赖于能源供给。美国、日本等发达国家已完成重工业化，能源消耗总量已不随GDP的增长而增长，甚至可能在经济增长的同时，能源消耗总量下降。二、能源与环境人类进入工业化进程后，一方面，社会经济的发展和人们的生活质量越来越依赖自然资源；另一方面，社会生产和人们的日常生活也对自然环境造成了一定威胁甚至严重破坏。人类活动引起环境破坏，包括环境污染和生态破坏。当前，能源的利用引起的环境污染主要表现在温室效应和气候变化、酸雨、臭氧层破坏、局部生态系统破坏、放射性污染等。温室效应化石燃料的利用和森林面积的减少，使大气层中的CO2量增加，会使地球表面向宇宙空间散失的热量减少，引起地球温度升高。还有CH4、N2O等气体也能引起温室效应。全球变暖导致非洲最高山峰冰雪融化气候的变化温室效应使地球表面的温度升高，一些极端现象出现的频率有所增加，如高温天气、台风、强降雨。海平面的升高、湖泊水位的下降、很多地区出现干旱现象也与全球变暖有关。因此，不断增长的温室气体排放是十分危险的现象，受到了国际社会的广泛重视，1997年12月，149国家在东京共同签署了旨在限制温室气体排放的《京都议定书》。酸雨化石燃料的燃烧不仅会产生CO2，还会产生大量的SO2和NOx,排放到大气中的SO2和NOx转化成硫酸盐和硝酸盐，借助重力回到地面和水域，称为干式沉降，SO2和NOx的湿式沉降则称为酸雨。我国二氧化硫排放量居世界第一，长江以南、青藏高原以东地区和四川盆地及北方部分地区，酸雨污染严重。酸雨以不同的方式危害水生生态、陆生生态、腐蚀材料和影响人体健康。臭氧层破坏1984年，英国科学家首次发现了南极上空出现了臭氧空洞。臭氧层可以吸收太阳辐射中对动植物有害的紫外线的大部分，是地球的主要屏障。造成臭氧层破坏的主要原因是人类过多的使用氟氯烃类物质和燃烧产生的N2O。重金属如汞、铅、砷、镉、镍等，也会随着燃料燃烧进入环境，对大气、水和土壤造成污染，危害人体健康。三、我国电力工业的发展解放初期，我国电力工业的基础极其薄弱，技术严重依赖国外。20世纪90年代是我国电力工业发展的第一个快速时期。到1997年，我国的总装机容量达到2.5亿kW，居世界第二。2008年低，我国总装机容量突破8亿kW，缓解了电力供给不足的局面。同时，电源结构不合理的问题更加突出，煤电比重过大，占电力生产总量的78%，远高于世界平均水平。从长远来看，能源的生产应该符合可持续发展的要求，否则会危及人类自身的生存和发展。目前，世界各国的能源构成都依赖于化石燃料等不可再生能源。研究和使用新型能源一直是人们努力的方向。我国将新型能源的开发利用列为能源发展的优先领域，国家鼓励各种所有制经济主体参与新型能源的开发利用。当前我国电力工业发展和电源结构调整的一些原则：(1)优先发展水电。(2)积极发展核电。(3)优化发展火电。(4)重点发展资源潜力大、技术基本成熟的风力发电、生物质发电、生物质成型燃料、太阳能利用等可再生能源，以规模化建设带动产业化发展。第二节能源的分类和利用一、能源的分类能源是指可以转换成电能、热能、机械能等的自然资源，即提供人们可以利用的能量的自然资源。能量是指一种作功的能力，可能以各种形式存在，如势能、动能、热能、电能、化学能、核能和其他变化形式。热量和功是能量在物体之间转移的过程中存在的两种能量形式。如果按照能源的来源来分，可以将目前所有已知的来源分成三类：①地球以外的星体辐射到地球上的能量，如太阳辐射能和固化成的化石燃料和生物质能，以及转化为的风能、水力等；②地球本身具有的能量，如地热能、火山喷发；③地球与其他天体相互作用的能量，如潮汐能。通常，我们把自然界中存在的能源称为一次能源；从一次能源基础上生产或制取的能源称为二次能源，比较典型的是氢能。如果从可持续发展的角度出发，对能源最有意义的分类是可再生能源和不可再生能源。不可再生能源:传统的煤、石油、天然气等化石燃料.可再生能源：可燃性可再生物质和垃圾；水力发电；地热能；太阳能；风力发电；潮汐、波浪和海流发电等。目前人类依赖的能源主要是不可再生能源，人们探索其他可代替能源的努力一直在进行。这样，能源又可以分为常规能源和新能源。常规能源是指那些普遍使用的、利用技术成熟的能源；新能源则是之正在研究、开发、探索的能源。国外核裂变技术已比较成熟，应用也较广泛，有人将其视为常规能源，我国也在不断发展核能，因此，核能处在由新能源向常规能源转化的时期。开发新能源的必要性常规能源化石燃料逐渐被消耗枯竭全球油价、煤价迅速上涨全球气候变化人类渴求可持续发展二、新能源的利用新能源在电力工业中有一定规模应用的主要是核能发电、太阳能和风能发电，其他的新技术有地热能、海洋能、氢能及生物质能等。风能发电是大气流动而造成的动能。蒸汽机时代以前，风能和水力是人们广泛使用的两种动力来源。现代意义的风能利用在能源危机之后迅速展开，并且主要用于发电。进入20世纪90年代以来，风力发电的能力以每年平均22%的速度增长，已经成为世界各种能源中增长最快的一种。2005年我国的风力发电装机总量达到126万kW，2006年新增装机容量超过100%，累计装机容量超过259万kW，2007年风力发电的总装机容量达到了590万kW，2008年超过1000万kW，风电市场规模迅速扩大。2003年，全球风电装机容量已有39.3GW，到2007年低，全球风电总装机容量累计达到94.1GW，2007年，全球约生产了2000亿kWh风电，约占全球电力供应的1%。全球风力发电累计装机容量排名前十的国家世界风电总装机容量地区分布欧盟年新增电力构成2007国际风电机组单机容量变化趋势世界风电前十名国家近三年发展情况比较核能发电是由原子核反应释放的巨大能量。目前应用的主要是核裂变反应，而核聚变还处于研究之中。发达国家的核电能力已经达到发电能力的1/3左右。目前，核电的增长主要集中在发展中国家，以亚洲发展最快；而且发达国家的核电站很快面临退役，必然引起新一轮的核电建设。深圳大亚湾核电站太阳能发电是以电磁辐射的形式从太阳向外传播的能量。太阳能的利用形式主要有两种：一种是太阳能的光热转换，也包括太阳能热力发电；另一种是太阳能的光电转换，即太阳能光伏发电。目前，太阳能已经应用于建设小容量的电站和民用发电设备，用于建筑采暖、热水、空调、工业生产工艺、海水淡化等领域。生产太阳能利用设备的厂家众多，市场也很大。海洋能源发电通常是指海洋中所蕴藏的可再生的自然资源，主要有潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能和海水盐差能。1.潮汐能是指海洋潮涨和潮落形成的水的势能，其利用原理与水力发电相似。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。与水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当于微水头发电的水平。浙江和福建沿海为潮汐能教丰富地区。2.波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪能的能量与波高的平方、波浪的运动周期及迎波面的宽度成正比。英国建成有利用波浪能发电的装置。3.海流能是指海水流动的动能，主要是之海底水道和海峡中较为稳定的流动，以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。海流能的能量与流速的平方和流量成正比。相对于波浪而言，海流能的变化要平稳而且有规律得多。我国的海流能属于世界上功率密度最大的地区之一，特别是浙江舟山群岛的金塘、龟山和西侯门水道，开发环境和条件很好。4.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。利用这一温差可以实现热力循环发电。南海的表层水温年均26℃以上，深层水温常年保持5℃，温差为21℃,属于温差能丰富区域。5.盐差能是指海水和淡水之间，或者两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，主要存在于河海交接处；盐差能是海洋中能量密度最大的一种可再生能源。这种位差可以通过利用半渗透膜在盐水和淡水交接处实现，利用这一位差就可以直接由水轮发电机发电。其中潮汐能的技术成熟，是海洋能技术中有可能大规模加以利用的。其他的海洋能的利用技术，多数处于实验室探索阶段，大规模开发还缺乏技术支持，可以在适宜的场合建造一些示范性的电站。但目前全球范围内的潮汐能发展两都非常缓慢，主要原因是：一是需要修建围库蓄水工程，土木工程大，且会造成一定的环境、生态影响；二是需要较好的潮位，通常是良好港口所在地，和港口的建设进行竞争；三是潮汐能的发电成本不具有竞争优势。地热能发电我国的地热资源也很丰富，但主要还是热利用，可应用发电的地热热田不多，主要集中在西藏、云南的横断山脉地区。这些地区拥有优质的旅游资源，不易发展大规模的电站。因而，除非出现重大的技术突破，地热发电在我国目前还