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论新能源发电技术

摘要：本文从全球能源的现状，介绍了中国能源发电技术的应用情况，发现中国新能源发电对现代化建设具有重要战略意义。进一步介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统两种新能源发电技术。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是近期发展的重点。燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置，它能量转化效率高，几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。

关键词：新能源;风能;燃料电池;发电技术

中图分类号： F206 文献标识码： A

能源紧缺已成为制约各国经济发展的瓶颈，如何开发先进安全的新能源使用技术、如何提高能源利用率也随之成为世界各国关心的课题。欧盟就首先提出了20-20-20计划：到2020 年，可再生能源占欧盟总能源消耗的20%。2007年12月，美国前总统布什也签署了《能源独立和安全法案》(EISA)，从而大力推动新能源的使用和节能计划。另外，从环境的角度来看，为了保护人们赖以生存的地球，开发新能源也是必由之路。

一、我国能源和发电技术的现状

2011年，我国新能源发电继续保持快速发展态势，并网装机容量持续增长，发电量不断增加。截至2011年底，我国新能源安装容量达到7000万kW，居世界首位，并网新能源装机容量达到5409万kW，同比增长，约占全部发电装机容量的。其中，风电并网容量约占并网新能源装机总量的;并网太阳能光伏装机容量约占并网新能源装机总量的;生物质及其他新能源发电装机容量约占并网新能源装机总量的。

2011年，我国新能源发电量约为1016亿kW?h，同比增长，约占全部发电量的。其中，风电发电量约占新能源发电总量的;太阳能光伏发电约占;生物质及其他新能源发电约占。2011年我国新能源发电量按发电煤耗320g/(kW?h)计算，相当于节约3241万tce，减排二氧化碳9030万t。

电能是国民生活和生产的根基，无论是从能源角度，还是电力系统自身方面来看，研究新能源发电技术对于我国的现代化建设和人民生活都具有相当大的现实意义和战略意义。

二、风力发电技术

风能资源主要包括陆地资源与近海离岸资源两部分。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是目前新能源发展的重点方向。

1.发展现状

近年来，我国风力发电产业取得了长足发展，这与我国的风能资源丰富密不可分。据有关资料显示，陆地上离地面10米高度处，我国风能资源理论储量约为43亿千瓦，技术可开发量约为3亿千瓦，离地面50米，估计可能增大一倍;近海资源10米高经济可开发量约亿千瓦，50米高约15亿千瓦。从我国联网风电场总装机量来说，到2006 年底，我国已建成约91个风电场，装机总容量达到约260万千瓦，比2005年新增装机134万千瓦，增长率为105%。根据国家中长期规划，2015年风能发电要达到1500万千瓦，2020年要达到3000万千瓦。但是，与风电发达国家相比，我国的发展规模还很小，发展速度也较缓慢。制约我国风电发展的重要因素包括技术和制度两个方面。技术方面，风电机组的制造水平较低，风电机组性能测试设备和技术也相对落后，并缺少相应的认证机构;制度方面，风电场的运行维护水平和制度与国外风电场及国内火电生产相比有明显差距，缺乏对运行过程中出现的问题和故障的详细记录、分析。

2.对电力系统的影响

风力发电机是以风作为原动力，风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的电能输出也是波动和间歇的。所以，风电场的大规模接入将会带来波动功率，从而加重电网负担，影响电网供电质量和电网稳定性等。

(1)对电能质量的影响。空气气流运动导致的风速波动周期一般为几秒到几分钟，这种短周期的风速波动以及风电机组本身的运行特性可能影响电网的电能质量。首先会对频率产生影响：风力发电有功功率波动引起电磁功率的波动，由于发电机组转子惯性，调节系统很难跟上电磁功率的瞬时变化，造成功率不平衡，使发电机转速变化，系统频率也将改变。此外，风电还会对电压产生影响：并网风电机组输出功率的波动导致电压的波动，而其输出功率的频率范围正处于电压闪变的范围之内(25Hz)，因此又会造成电压闪变，最后会产生谐波电压和谐波电流。

(2)对电网稳定性的影响。对较为薄弱的电网，风电功率波动将导致瞬间电压跌落以及风力发电机的频繁掉线。在故障清除之后，发电机的磁化和转差率的增加会消耗大量无功，导致电网电压恢复困难。

(3)对调频调峰能力的影响。气流长时间、季节性运动导致的风速波动周期一般为数小时，甚至数天、数月，这种长周期的风速波动会增加现有电网调频调峰的负担。负荷曲线的低谷期常常对应了风电出力的高峰期，风电场的并网发电使电网的等效负荷峰谷差增大，大大增加了电网调频调峰负担。

三、太阳能光伏电池发电技术

1. 1 太阳能光伏电池

太阳能光伏电池发电也简称为太阳能光伏发电，被认为是未来世界上发展最快和最有前途的一种可再生新能源技术。太阳能光伏电池的基本原理是利用半导体的“光生伏打效应”( 光伏效应) 将太阳的光能直接转换成电能。能利用光伏效应产生电能的物质，称为光伏材料。利用光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件叫太阳能光伏电池或光伏电池。光伏电池是太阳能光伏发电的核心组件。

1839 年，法国物理学家贝克勒尔 ( Edmond Bec-qurel) 发现: 将两片金属浸入电解液中所构成的伏打电池，当接收到太阳光照射时电压升高，他在所发表的论文中把这种现象称为“光生伏打效应( PhotovohaicEffect) ”。“光生伏打效应”是不均匀半导体或半导体与金属混合材料在光照作用下，其内部可以传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，因而在不同部位之间产生电位差的现象。1941 年，奥尔在硅材料上发现了光伏效应，从而奠定了半导体硅在太阳能光伏发电中广泛应用的基础。1954 年，美国贝尔实验室的科学家恰宾( Darryl Chapin) 和皮尔松( Gerald Pearson) 研制成功世界上第一个实用的单晶硅光伏电池。同年，韦克尔发现砷化镓具有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成世界上第一块薄膜光伏电池。我国2010 年 12 月投入运行的大丰 20 MW 光伏电站，是目前全国最大的薄膜光伏电站，年发电量2 300 万 kW·h。

太阳能光伏电池的工作原理如图 1 所示。

在半导体中掺加杂质制成 PN 结，以形成在平衡状态时具有的内建电场，在该内建电场的作用下分离由外界激发而生成的过剩载流子，从而形成外部电压。在光照条件下，半导体中的电子吸收光子能量从价带跃入导带，形成电子———空穴对，成为载流子。生成载流子所需要的最低能量是半导体的禁带宽度 Eg，使用禁带宽度较小的材料制作的太阳能电池可以形成较大的电流。

基于单晶硅的第一代光伏电池是目前太阳能光伏电池市场的主流，其光电转换率已达 24. 7%; 基于薄膜技术的第二代光伏电池的光电转换效率已达到16. 5% ～ 18. 8% 。由于薄膜光伏电池大大减少了半导体材料的消耗，因此具有很好的发展前景。应该指出，光伏电池在光电转换过程中，光伏材料既不发生任何化学变化，也不产生任何机械磨损，因此太阳能光伏电池是一种无噪音、无气味、无污染的理想清洁能源。2006 年，我国太阳能电池生产总量首次达到400 MW，从而超过美国成为全球第三大生产国，也是世界上发展最快的国家。

1. 2 太阳能光伏电站

太阳能光伏电站是将若干个光伏转换器件即光伏电池封装成光伏电池组件，再根据需要将若干个组件组合成一定功率的光伏阵列，并与储能、测量、控制装置相配套，构成太阳能光伏电站。

太阳能光伏电池具有很大的灵活性，不仅可以用其建设零星规格的电站，而且可以组成应用于小型、分散电力用户的太阳能光伏发电系统。这种独立运行的太阳能光伏发电系统称之为离网型太阳能光伏发电系统。

由于受昼夜日照变化及天气的影响，离网型光伏发电系统通常需要和其他电源形式联合使用，比如柴油发电机组以及蓄电池组，从而增大了电站的投资和维护费用。离网型光伏发电系统往往建在距离电网较远的偏远山区及荒漠地带，向独立的区域用户供电。西藏措勒 20 kW 光伏电站是我国建设较早的离网型光伏电站，总投资 290 万元，1994 年 12 月正式投产发电。

离网型太阳能光伏电站系统如图 2 所示。

电站的发电系统由太阳能光伏电池方阵、蓄电池组、直流控制器、直流 - 交流逆变器、交流配电柜和备用电源系统( 包括柴油发电机组和整流充电柜) 等组成。其工作原理为太阳能光伏电池方阵经过直流控制柜向蓄电池组供电，并根据需要整定蓄电池组的上限和下限电压，由直流控制柜自动控制充电。蓄电池组通过直流控制柜向直流 - 交流逆变器供电，经逆变器将直流电变换成三相交流电，再通过交流配电柜以三相四线制向用户供电。当蓄电池组的电压下降到下限电压时，为不造成蓄电池组的过渡放电，直流控制柜将自动切除其输出电路，使直流 - 交流逆变器停止工作。柴油发电机组为电站的备用电源，必要时由备用电源通过整流充电柜向蓄电池组充电，或在光伏发电系统出现故障及停运时直接通过交流配电柜向用户供电。直流 - 交流逆变器和柴油发电机组不能同时向用户供电，为此必须在交流配电柜中设置互锁装置以保证供电电源的唯一性。

当太阳能光伏电站的容量达到一定规模时，还可与电网相联，即所谓的并网型光伏电站。这时，如果本地负荷不足，则可将多余的电能输送给电网。当本地太阳能发电量不足时，则由电网向用户提供电能。因此，并网型光伏电站可以不需要使用蓄能装置，减少系统投资和维护费用。同时由于与电网的互济，提高了发电设备的利用率和供电用电的安全可靠性，是大规模开发太阳能发电技术的必然趋势。我国第一座并网型光伏电站是 2006 年建成投运的西藏羊八井可再生能源基地 100 kW 高压并网光伏电站。2010 年底全国首个光伏并网发电项目敦煌 2 ×10 MW 光伏发电项目建成投产。

四、结论与展望

本文从全球和我国的能源现状出发，分析说明了新能源发电技术是当前迫切而有实际价值的研究课题，进而具体介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统的特点以及我国在这两个方面的发展现状。新能源不仅仅指风能和燃料电池，还包括生物质能、海洋能、地热能和光伏电池等。我国乃至全世界的新能源发电技术发展的潜力都是巨大的。在人类明天的舞台上，新能源将取代化石燃料，扮演重要的角色。

参考文献：

[1] 徐德鸿 . 新能源电力电子导论 [D]. 杭州 : 浙江大学 ,2009.

[2] 郝伟, 舒隽, 张粒子. 新能源发电技术综述 [C].华北电力大学第五届研究生学术交流年会 ,2007.

[3] 施涛.燃料电池发电系统的建模与仿真 [D].南京:东南大学,2007:5-6,63-64.

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电力通信在电力系统中存在的问题研究论文

电网在现代信息时代的社会有着非常重要的地位和价值，但是，我们也要不断的提高电网运行的经济性和可靠性，发挥电网的优势，充分的适应现在信息发展的时代。

一.电力需要高度安全稳定控制系统，自动化监控系统，高度现代化通信系统。

(一) 电力通信的概述。中国电力通信作为世界电力通信大家族的一员，同样经历了前所未有的迅速发展和巨大变化，从总体上看，正在朝着既能体现出中国特色又不隔绝于世界潮流的方向努力，在跨入新世纪之际，我们满怀希望和信心，憧憬着中国电力通信事业兴旺发达的美好前景。

(二) 电力通信技术发展的现状。我国电力通讯系统的发展是非常迅速的，在短短的几十年的时间里，经历了从明线和同轴电缆到光纤传输，从定点通信到移动通信等的发展历程。电力通讯在我国是电网的一个重要组成部分，也是专业性非常强的通讯网。现在，网络的通讯技术也是突飞猛进的发展，电力通讯网也在不断的发展和壮大，这就需要电力通讯在很多方面需要更加的改进和完善。

二.电力通信系统的主要结构与业务种类

(一) 电力通信系统由三部分架构而成，即通信机构，通信装备，通信业务。三个组成元素缺一不可，任何一个环节的落后都会导致电力通信发展的不畅，因此研究新时期下电力 通信发展方向就要从机构体制改革，通信设备技术提高，业务市场发掘拓展这三个方面着眼去看。

(二) 电力系统通信业务的种类。(1)生产控制类，如调电话，远方保护，运动等。(2)行政管理类，如行政电话，传真，0A数据等。(3)市场运营类，如电力公司与用电客户之间的B2G等电子商务。由于电力系统对通信业务有其特殊要求，有些关键性业务在一般公用通信网上难以满足。

三.新时期电力通信的根本任务

(一) 继续完善和提高电力专用通信，为电力系统安全，稳定，经济运行提供更加可靠的保障。

(二)要更加充分地利用电力设施和电力通信设施，形成和扩大新的价值增长点，为保持电力通信发展后劲和提高电力公司竞争能力创造了良好的基础。(1)电力企业的体制改革。(2)发展专用通信。(3)开拓外部市场。(4)配套改革问题。

四.电力通信在电力系统中的应用

(一) 在电力通信同步网的构建。

(二) 在发电领域的电力通信系统。

(三) 在用电领域中的电力通信系统。

(四) 在用电领域中的电力通信系统。

(五) 在智能电网中的电力通信系统。

五.电力通信目前存在的问题表现

(一) 缺乏强有力的统一规划管理，一是电力系统通窍 主作为电力系统附属系统的地位，决定了其无法按照电力系统通信自身发展的规律制定合理的统一规划，二是电力系统通信的投资来源于发电厂，变电站建设项目，也是在一定程度上影响统一规划的实施。三是“八五”后期和“九五”期间，电力建设项目投资主体的多元化和发展的不平衡性，使统一规划的指导性进一步降低。

(二) 重建设，轻运营。由于是国家投资，电力通信项目不单独核发虎收益，所以立项期间争项目，建设期间“吃”投资，运营期间尽可能不投资，其结果即影响电力系统通信的安全，稳定和可靠运行，也制约了其通信能力的充分发挥。

(三) 生产管理基本有序，经营管理严重欠缺。由于没有经营方面的要求，造成了电力系统通信在网络方面缺少电信管理和经营管理的观念和相应的人才，更缺少市场的观念和开拓通信市场的人才。经营管理不状况是造成电力系统通信投资严重浪费的主要原因。

(四) 专业技术人员不足，技术研究气氛不浓，学术带头人与技术专家较少。

(五) 缺乏自我完善与发展的意识和能力。长期被动地依赖发电厂变电站建设的配套工程投资，长期免费为电力企业提供力所能及的通信服务，长期的电力通信技术改造资金不足，严重制约了电力系统通信的'自我完善和发展能力。

(六) 通信技术革命。通信网络结构薄弱。目前，全国电力通信系统，通信网络结构基本上是树形结构或星形结构或是两者的综合，风格的互连性相对较差，很难构成电路的迂回，更不用说是自愈坏了。

(七) 网络管理系统不健全。目前，电力系统通信网的网络管理系统还没有真正实现，只能是PCM，ADM和信道机各自的网络管理系统，难以形成整个通信网络管理.

(八) 干线设备老化，制式落后.由于通信设备元器件老化，设备运行不稳定，难以保证设备运行质量，同时由于制式的老化，使得通信电路缺乏灵活应用，难以适应通信新技术的发展。

六.采取措施

(一)电力信息基础设施是包括传输，交换和各种支撑网在内的一体化的高速信息传输平台，其中传输是基础，交换是核心，支撑网是保证，这三者构成了通信信息基础设施的主体，为此我们应从以下几个方面采取相应的措施。(1)开展市场调研。在电信市场逐步开放的过程中，电力通信应在立足电力系统的前提下，面向社会提供社会。(2)保障技术支持。IP时代的到来，对接入网也提出了新的要求，这些要求包括：实时快速，宽带多媒体，综合化，双向不对称，移动性和可扩展性。它的最大特点是宽带化，即采用光纤到户或采用XDSL技术利用现有铜缆资源或采用HFC技术，积极开发用户宽带接入技术。

(二) 提高人员素质。科学技术是第一生产力，是推动企业不断前进的动力，现在企业的竞争关键是人才的竞争，要使企业立足于不败之地，必须要加大专业人才和经营人才的培养力度，通过多种渠道广纳人才，建设一支懂技术，善管理，会经营的电力通信队伍，同时要提高整个电力通信的服务质量，以适应现代通信的发展和开拓电信市场的需要。

结束语

做好电力通信行业的发展，必须依托于坚固的电网结构，先进的通讯网络，并有完善的金融和法制体系作支撑。目前，电力通讯技术在我国处于稳步上升发展的时期，其发展前途和生命力都是非常强大的，因此，对于电力通讯技术与资金的投入都是重要的方面。