课 程： 电气工程学科进展系列讲座
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1 引言
生铁冶炼随着传统化石燃料，如石油、煤矿、天然气等储存量不断减少，而同时社会经济不断发展，对能源的需求日益增加，以及环境恶化的巨大压力，新能源被提到了更重要的位置。虽然中国还处于工业化、城镇化快速发展的关键阶段，但是仍然在哥本哈根会议上提出努力的方向，“到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％”。新能源是一个有力的工具。 进入21世纪以来，太阳能、风能、海洋能、生物质能等可再生新能源发展很快，并且逐渐走 向成熟和规模化，所占的比重也有望大幅度提高，为人类解决能源和环保问题开辟了新的天地 。
从目前世界的能源结构来看，以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构将逐步转变为以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的能源结构．太阳能、风能、水能、海洋能、生物质能、地热能、燃料电池等可再生能源作为新兴的绿能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。再生素
2 可再生能源利用
非再生能源，也叫不可再生能源，用完后不可重新生成（至少在短期内无法恢复），总有枯竭的一天。如化石燃料和核燃料均为非再生能源。据估计，按照现有的探明储量和开采程度，地球上的化石燃料最多还可使用几百年。
可再生能源，可以循环使用，能够有规律地不断得到补充，没有使用期限，也不会因长期使用而减少。如太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和生物质能，均为可再生能源。
2.1 太阳能
太阳能利用主要有太阳能的热利用和发电两种途径。热利用以太阳能热水器为代表，主要集中在小城镇和农村地区，由于城市土地紧张以及政策、规划和设计等因素，太阳能的热利用在城市属于个案，如位于深圳市龙岗区的振业城是华南第一个大规模应用太阳能技术的社区，整个太阳能中央热水系统采用的是联集式全玻璃真空式太阳能集热器。太阳能板和屋顶结合，与保温水箱分离，这种安装方式达到形式与功能的统一，与建筑较为完美的结合，这些太阳能热水器还设置了电辅助加热设施，即使在阴雨天也可正常使用，能提供适宜身体的水温。而集中利用则较少。
另一种主要的途径就是太阳能光伏发电，虽然近些年来光伏发电技术有了较大的进步，但是与常规发电方式和核发电相比太贵了，经济性不强。
2.2 风能
中国的风能资源丰富和较丰富的地区主要分布在两个大带：一是三北（东北、华北、西北）地区丰富带。风能功率密度在200W/㎡～300W/㎡以上，有的可达500 W/㎡，可利用的小时数在5000h以上，有的可达7000h以上。二是沿海及其岛屿地丰富带。年有效风能功率密度在200W/㎡以上，可利用小时数在7000h～8000h。这一地区特别是东南沿海，由海
岸向内陆是丘陵连绵，所以风能丰富地区仅在海岸50km之内。
《可再生能源法》实施以来，中国的风电产业和风电市场发展十分迅速，截至2007年底，中国已累计建成100多个风电场，分布在22个省、市、自治区，新增装机容量3304MW，累计风电装机容量达到5906MW，已跻身世界第五位，成为世界上最主要的风电市场之一。
2.3 生物质能
生物质能的利用途径主要有以下三种：
（1）生物质燃料油
aveee 作为替代石油的重要战略选择，生物质能可直接生产和提供动力液体燃料，这对于解决交通能源十分重要。生物柴油是清洁的可再生能源，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的石油柴油替代品。生物质酒精是由甘蔗、小麦等作物进行生化转换，主要是通过厌氧消化制取沼气和通过酶技术制取乙醇液体燃料，可以与汽油混合使用，
是未来汽油的优良替代品。
（2）生物质固体燃料
固型燃料燃烧是新推广的技术，它把生物质固化成型后，再采取传统的燃煤设备燃用。其优点是充分利用生物质能源替代煤炭，生物质固体燃料可以用来发电、供热，它对煤炭的替代使用可以削减大气中二氧化碳和二氧化硫的排放量。
(3)生物质气化
主要是以低生物质为原料的气化技术，使低生物质完成从固态到可燃气体的转化。低生物质是以农作物秸杆为主，还可以使用玉米芯、木屑、柴草等。生物质气化技术的用途与城市管道煤气相同，燃烧稳定、热效率高，适用于炊事、取暖、锅炉等。
3 可再生能源在发电系统中应用
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可再生能源发电技术的发展和规模的扩大，使其逐步从补充型能源向替代型能源过渡。下面简介几种主要的可再生能源发电系统。
ca1853.1光伏发电系统
光伏发电系统可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统．图1是一个太阳能光伏并网发电系统示意图．该系统由太阳能、光伏阵列、双向直流变换器、蓄电池或超级电容和并网逆变器构成．光伏阵列除保证负载的正常供电外，将多余电能通过双向直流变换器储存到蓄电池或超级电容中；当光伏阵列不足以提供负载所需的电能时，双向直流变换器反向工作向负载提供电能．
图1 太阳能光伏并网发电系统
3.2风力发电系统
风力发电按照风轮发电机转速是否恒定分为定转速运行与可变速运行两种式．按照发电机的结构区分，有异步发电机、同步发电机、永磁式发电机、无刷双馈发电机和开关磁阻发电机等机型．风力发电的运行方式可分为独立运行、并网运行、与其它发电方式互补运行等．
3.3燃料电池发电系统
燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化为电能的电化学装置．燃料电池发电最大的优势是高效、洁净，无污染、噪声低，模块结构、积木性强、不受卡诺循环限制，能量转换效率高，其效率可达40％一65％。燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置。
3.4 混合能源发电系统
利用风能资源和太阳能资源天然的互补性而构成的“风力—太阳能混合发电系统”，可以弥补因风能、太阳能资源间歇性不稳定所带来的可靠性低的缺陷，在一定程度上提供稳定可靠电能。小学生文具盒
“太阳能光伏制氢储能——燃料电池发电系统”的结构如图2所示。
图2 太阳能光伏制氢储能-燃料电池发电系统
4 总结
我国新能源产业化发展起步较晚，技术相对落后，总体产业化程度不高，但同时，我国具备丰富的天然资源优势和巨大的市场需求空间，在国家相关政策引导扶持下，新能源领域成为投资热点，技术利用水平正逐步提高，具有较大发展空间。
中国新能源的发展现状为：产业规模不断扩大，发展速度加快，但普遍存在产业链尚不完整或上下游产业链无法对接的问题。与发达国家比，平均技术水平偏低、利用成本较高，产品竞争力弱。
从新能源的发展前景看，国家政策将为新能源发展创造有利环境。自主技术研发将为新能源发展奠定技术基础。近两年，我国新能源技术取得了突破性进展，在引进国外先进技术的基础上，自主研发能力持续提高。产业龙头带动与民营企业异军突起将为新能源发展注入动力，新能源发展已经成为国内各产业巨头和民间资本重点投资的对象，发展新能源成为企业发展重要的战略之一。
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