【《我国清洁能源发电技术发展》4700字】

我国清洁能源发电技术发展综述目录TOC\o"1-3"\h\u32141我国清洁能源发电技术发展综述 13831.1核能发电 1240111.2风能发电 2296811.3水能发电 4179381.4太阳能发电 543241.5潮汐能发电 7122831.6生物质能发电 81980年，联合国举行了新能源和可再生能源会议，在该会议上首次阐述了新能源的含义，即依靠新技术和新材料。会上首次阐述了新能源的含义，即以新技术和新材料为依托，用现代化的方式对其进行开发，从而用源源不尽的可再生能源取代目前最主要的化石能源，包括核能、风能、太阳能、生物质能和潮汐能等[18]。新能源发电的特点十分明显，发电过程污染少、对环境的危害小、所有能源都是自然环境，可以保证可持续发展。1.1核能发电核能发电是通过利用核反应堆内部的原子核裂变所产生释放的热量来发电的一种方式。它与火力发电非常相似。不同之处在于，核反应堆和原子蒸汽发生器被广泛地用来代替火力锅炉，而原子核裂变能被用来代替化石燃料的化学能。核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料（核燃料）的裂变反应所释放的裂变能。裂变反应是指在大量中子的作用下将重金属元素如铀-235、钚-239、铀-233分裂并形成两个碎片，同时释放更多中子和大量的再生能源。在该反应中，可裂变材料的原子核吸收一个中子并裂变，并释放两个或三个中子。如果这些中子被去除和消耗，则至少一个中子将引起另一个核的裂变，从而使裂变自我维持。该反应称为链裂变反应。实现连锁反应是核发电的先决条件。近年来，我国的核电运营装机容量持续增长，核电发电量持续增长。如图2.7所示，到2020年，我国核电发电量为3662.43亿千瓦时，比2019年增长5.02％。核电发电量约占全国累计发电量的4.94％，位居世界第二。截至2020年12月底，中国大陆的商用核电机组数量达到48个，总装机容量约为4988万千瓦，仅次于美国和法国，位居全球第三。而在今年的4月14日，中国核能可持续发展论坛2021春季高峰会议在北京隆重举办。开幕式上，福清核电厂5号机组正式授牌，这也标志着我国核能发电装机容量突破5000万千瓦。数据统计资料显示，截至目前，我国已经拥有49座大型商用核电机组，总装机容量为5107.20万千瓦，居世界第三位。已批准并正在建设的核动力装置有19个，总装机容量约为2099万千瓦。图2.72016—2020年我国核电发电情况核燃料是一种清洁燃料，使用核燃料不会污染环境。核电的不断发展，减少了一次能源的消耗，与燃煤发电站相比，2019年核能发电量相当于减少燃烧10687.62万吨标准煤，减少二氧化碳排放量280115.17万吨，减少二氧化硫排放量90.84万吨，减少氮氧化物排放790,900吨。到2020年，每年的核能发电量相当于减少10474.19万吨标准煤的燃烧，减少27442.38万吨二氧化碳，89.03万吨二氧化硫和77.51万吨氮氧化物的排放量，相当于造林77.14万公顷。1.2风能发电风能是通过与气流相互作用而提供给人类的一种可利用能源。气流的动能称为风能。空气流速越快，动能就会越大。风是由太阳辐射热引起的。当太阳撞击地球表面时，它会使得地球各个部位的不同区域受到不同程度的加热，从而导致温度差，从而使大气的对流运动形成风。风能的强弱取决于风速与空气密度。据估计，尽管目前到达地球的太阳能仅约2%被转换为风能，但资源总量仍然相当可观。世界上可用的风能比地球上可以开发和利用的水力发电总量大10倍。电力公司使用的风力发电是将风的动能转换为机械动能，然后将机械能转换为电能。这就是所谓的风力发电。风力发电的原理，如图2.8所示，它利用风力来驱动风车叶片进行旋转，然后通过增速器提高旋转速度，以促进发电机发电。风力发电正在全球范围内迅猛的繁荣和发展，因为他们既不需要使用任何燃料，又不会对环境造成辐射或者是空气污染。图2.8风力发电原理风力发电机可分为两类:一类是水平轴风力发电机，一类是垂直轴风力发电机；水平轴风力发电机又分为升力型风力发电机和阻力型风力发电机两类。升力型风力发电机以高速旋转为主，而阻力型风力发电机以低速旋转为主。对于风力发电，多选择采用升力型风力发电机。大多数水平轴风力发电机均具有对风装置，该装置可以沿风向旋转。对于小型风力发电机，这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则使用由风向传感元件和伺服电机组成的传动机构。将风轮置于塔架前的风力发电机称为上风向风力机，并将风轮置于塔架后的风力发电机称为下风向风机。水平轴风力发电机的类型很多，有些具有带倒置叶片的风轮，有些具有安装在塔架上的多个风轮，以在一定输出功率的情况下降低塔架的成本。轴风力发电机在风轮周围产生涡流，使气流集中，并提高气流速度。当风向改变时，垂直轴风力发电机不需要面对风。与水平轴风力发电机相比，这是一个很大的优势。它不仅简化了结构设计，而且减小了风轮面对风时的陀螺力。由于风力发电具有其他发电方式无法比拟的优势，在“十四五”及此后更长一段时间，风电实现加速提质发展已是必然之势。过去五年内我国的风力发电装机容量继续领先。到2020年，全国新建风电并网装机容量将首次达到28153万千瓦，同比上年增长34.6%，占总装机容量的12.79%。截至2021年2月底，全国风电累计装机容量达2.8856亿千瓦。风能储量很大，超过了石油，天然气和煤炭的所有储量。从理论上讲，只有1%的风能可以满足人类的能源需求；并且风能发电是无污染零排放的产业，能有效缓解一次能源发电所带来的环境污染问题，减少CO2排放，实现可持续发展。1.3水能发电水力发电是将自然界中水的势能转换为电能来进行发电的，如图2.9所示，水力发电的基本原理是利用水位下降与水力发电机配合发电，即将水的势能直接转换为水轮机的机械能，然后通过机械能驱动发电机获得电力。科学家可以利用水位下降的自然条件有效地运用流体工程和机械物理学技术来实现最大的发电量，从而促进人们在生活中能够更好地使用廉价且无污染的电力。图2.9水力发电工作原理水电凭借其环境保护和可持续利用的优势，在全国能源分配中占有非常重要的地位。水电是一种清洁，可再生，无污染，运行成本低，调峰方便的能源，有利于大幅度提高资源利用率和综合经济效益及社会效益。在当前地球上的传统能源日趋紧张的情况下，世界各国普遍采取优先发展水电，充分利用水电资源。我国水电资源丰富，理论储量规模约为6.9亿千瓦，经济上可以开发的新型装机容量近4亿千瓦，居世界首位。水电技术作为一种可再生的清洁能源，在推动我国清洁利用能源发展的历史上一直处于极其重要的地位，并为实现我国经济和社会可持续发展提供了支持。图2.10为我国2016—2020年我国水电发电量统计图，由图可知，2019年中国水电发电量达13019亿千瓦时，较2018年增了698亿千瓦时，同比增长5.67%，2020年中国水电发电量为12140.3亿千瓦时，有轻微下滑。我国在使用水力发电方面积累了丰富的经验。近年来，随着温室效应日趋加重，异常天气的数量也越来越多了。水电与水库与蓄水站等设施配合使用，可有效应对极端情况；如发生干旱，可以将蓄水站中储存的水放出部分来灌溉干旱地区以减轻干旱，若发生洪水，又可及时进行存储，用来发电。图2.102016—2020年我国水电发电量总图1.4太阳能发电太阳能是地球上永恒的资源，地球上的生物所需的大部分能量都来自太阳能。太阳能发电技术可划分为光伏发电和太阳能热发电。近年来，太阳能发电产业发展非常迅速，随着技术发展，太阳能发电成本下降较快。太阳能发电不产生温室气体排放，因此，太阳能发电的发电量相当于减少了其他方式的温室气体排放[19]。太阳能发电包括太阳能光发电和太阳能热发电；其中太阳能光发电又包括光伏发电、光化学发电、光感应发电以及光生物发电。太阳能光伏发电是指无需热处理即可直接将光能转换为电能的发电方法。在上述四类光发电中，最被我们所熟知的就是光伏发电，光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式；太阳能热发电首先将太阳能转换成热能，然后再将热能转换成电能。它有两种转换方法：一种是将用于太阳能的全部热能直接转换为其他电能，例如半导体或金属材料的热电发电，真空设备中的热中性电子和热电离子发电，碱金属热电转换和磁流体发电。另一种方法是通过热力发动机（例如蒸汽轮机）使用太阳能来驱动发电机发电，除了热能不是来自燃料，而是来自太阳能之外，这种发电方式几乎类似于传统的火力发电。随着电力需求的持续增长，太阳能发电技术的不断发展势在必行。如图2.11所示，2020年我国太阳能发电装机容量预计为25343万千瓦，同比增长24.12%；如图2.12所示，太阳能综合发电量为1421亿千瓦，同比增长21.23%；图2.112016—2020年我国太阳能发电装机容量图2.122016—2020年我国太阳能发电量1.5潮汐能发电潮汐是由月亮和太阳的吸引力引起的海洋规则波动的现象。一些科学家称这种现象为“海洋呼吸”，它包含大量的能量。潮汐能的主要用途是潮汐发电。潮汐发电与普通水力发电原理类似，如图2.13所示，通过水库，海水在涨潮时被直接储存在水库中，并以势能的形式进行储存。然后，海水会在低潮期释放，高潮和低潮水位之间的下降被用来驱动涡轮旋转并驱动发电机发电。与普通水力发电相比，潮汐发电主要的不同点在于海水不同于河水。积聚的海水滴很小，但流量大且断断续续。因此，用于潮汐发电的涡轮机的结构应当适合于低扬程和大流量的特性。潮汐能最大的优点是发电稳定，并且它还是一种清洁能源，不会产生任何环境污染，能有效缓解温室气体的排放情况；另外可再生、储存量大、生产成本低等等都是采用潮汐能发电的好处。目前，我国的潮流发电水库一般建在河口或海湾，不占耕地。我国拥有丰富的潮汐资源。潮汐能的综合开发，不仅可以保护和改善生态环境，而且能够实现水产养殖，土地复垦，旅游观光和旅游文化观光的有机结合，带来巨大的经济效益和良好的社会效益。图2.13潮汐能发电原理图1.6生物质能发电生物质能利用通过光合作用产生的生物（即生物质）作为载体，并以化学能的形式存储太阳能。它是唯一的可再生碳源，主要包括木质素、农林废弃物、畜禽粪便、污水废水、生活垃圾等。生物质能源因具有可再生性、低污染性、分布广泛易于取材等优势，成为煤炭、石油、天然气之后的第四大能源库[20]。生物质发电是指利用生物质所拥有的生物质能源发电。根据发电方式的不同，生物质发电技术可分为直接燃烧发电，混合燃烧发电，废物发电，沼气发电以及气化发电。如图2.14所示：图2.14生物质发电技术分类根据数据显示，我国生物质发电的累计装机容量正在增加，年新增装机容量也在增加。到2019年，我国新装生物质发电量为473万千瓦，同比增长55.08%，累计装机容量为2408万千瓦，同比增长35.2%。2020年底我国生物质发电并网装机容量累计2952万千瓦，同比增长22.59%；全年新增装机容量543万千瓦，同比增长14.8％。详见图2.15。利用结构方面，2020年我国垃圾焚烧发电装机容量达到1533万千瓦，在整体生物质发电容量中占比达到50%以上；其次是农林生物质发电，装机容量占比达到45.1%；然后是沼气发电，装机容量占比较少，仅为3.0%。图2.152016-2020年我国生物质发电累计及新增装机容量展望未来，生物质能源仍然是重要的可再生能源。随着世界各个国家加快推进发展可再生能源，我国的生物质发电产业前景可观。到2025年，其发电量将达到每年3235亿千瓦时，占可再生能源发电量的比重达到11.5％。生物质能利用有机垃圾和废物为主要原料，可以同时实现自然资源和清洁能源供给，并且具备多种社会和环境效益。关于生物质能的开发利用与我国生态文明建设的思想相吻合。这既是实现我国生态环境保护，建设美丽中国