李晨晨
摘要：新能源发电是缓解能源危机的有效方法，本文主要介绍了新能源发电技术的原理及优点和面临的挑战。
关键词：新能源发电技术；现状；原理；挑战
引言
工业的每一次改革，都将人类带入一个新的“世界”，同时也带动了世界上的能源革命。煤、石油和天然气的大量利用，在带来巨大的经济增益的同时，也带来了温度上升、臭氧层破坏、酸雨雾霾等严重的环境污染，同时，煤、石油、天然气是不可再生能源，过度的开采与利用引发了能源危机，不符合“可持续发展”的理念，由此新能源技术应运而生。新能源是指由于技术、经济或能源品质等因素而未能大规模使用的能源，如太阳能、风能、海洋能、地热、生物质、氢能等[1]，新能源发电技术就是利用新能源发电的过程。新能源具有绿色环保，可再生等优点，如果可以充分利用，既可以满足供电又可以节省不可再生能源满足“可持续发展的”的理念，同时可以缓解环境污染问题。
一.我国能源及发电技术现状
我国作为工业大国和人口大国，对能源的消耗量非常大。近年来，消耗总量的增长速度也非常快：标准煤从2001年的14亿吨增长到2005年的22亿吨，原油进口从2001年的7300万吨增长到2008年的1.79亿吨。电力电能作为能源输出的最大方向，其消耗总量从2001年的3.2亿千瓦增长到了2008年的7.9亿千瓦。如此巨大的电能消耗，必然会加剧能源的需求，对于我国的能源政策也更加不利[2]。
截止到2017年三季度末，我国煤电装机10.81亿千瓦，水电3.39亿千瓦，核电3582万千瓦，风电1.57亿千瓦，光伏1.2亿千瓦，生物质1423万千瓦；火电装机占全部装机容量的61.87%，水电装机占19.4%，核电占2.05%，风电占9.0%，光伏占6.87%，生物质占0.81%。从发电量来看，2017年前三季度，我国煤电发电3.45万亿度，水电8147亿度，核电1834亿度，风电2128亿度，光伏857亿度，生物质568亿度。煤电发电量占比高达71.84%，水电占16.95%，核电占3.82%，风电占4.43%，光伏占1.78%，生物质占1.18%。由此看出，目前我国主要使用煤作为发电能源，利用火力发电，发电过程会产生较为严重的环境污染。同时，我国的能源与负荷分配不均，采用长距离输电，会有较多的能量损耗，所以发电技术及新能源的开发利用对我国来说，至关重要。
二.新能源发电技术的原理
1.太阳能发电
目前太阳能发电有两种形式，太阳能热发电和光伏发电。通常所说的太能能发电，指的是太阳能蒸汽热动力发电，太阳能蒸汽热动力发电和传统的火力发电原理相同，所采用的的发电机组和动力循环都基本相同，只是热蒸汽产生的方式不同。太阳能热蒸汽发电，是直接利用太阳能的热能加热水产生热蒸汽，热蒸汽驱动汽轮机旋转并带动发电机组发电，能量的转换过程为：太阳能-热能-动能-电能。太阳能热发电系统，由集热部分、热传输部分、蓄热与热交换部分和汽轮发电部分组成[1]。太阳能光伏发电是利用了光伏效应，当光照在不均匀半导体或半导体与金属组合材料上，在不同的部位会产生电势差，半导体的这种效应更为明显，所以一般做成光伏电池，将光能装换为电能。
2.风能发电
风力发电是利用风的动能带动汽轮机旋转并带动发电机组发电。其中一般将用作原动机的风车称为风力机，各种类型的风力机都至少包括叶片、轮毂、转轴、支架等部分，按照转轴与风向的关系，风力机大体上可以分为两类：一类是水平轴风力机（风轮的旋转轴与风向平行），一类是垂直风力机（风机的旋转轴与风向垂直）。目前，水平轴的风力机主要有螺旋桨式风力机、多翼式风力机、离心甩出式风力机、涡轮式风力机和压缩风能型风力机，垂直轴风力机主要包括S式、D式、S式和D式组合式和旋转涡轮机式风力机，另外现在还存在多种多样的新型风力机如旋风型风力机和建筑物风力机等。
3.水力发电
水力发电是将水的势能和动能转换为电能的过程。其基本原理是，利用水的重量和水流所具有的动能推动水轮机旋转，再由水轮机带动发电机发电，最后利用变电装置，将电能输送到电网。目前水电站的类型有，堤坝式水电站、引水式水电站、混合式水电站和抽水蓄能水电站。其中，抽水蓄能水电站具有调峰、填谷、事故备用、调频、调相、黑启动和事故备用等多种功能。
4.潮汐能发电
潮汐是由于太阳和月球对地球各处的引力的不同而引起海水有规律的、周期性的涨落现象。潮汐能发电则是利用了海水的涨落所具有的动能和势能进行发电。潮汐能发电有两种具体的形式：一种是将涡轮机置于接近浅海海底或深海的海水中，利用水流直接推动涡轮机旋转发电，另一种是在港湾或者河口等水流大的地方安装涡轮机，利用潮流动能发电。目前潮汐电站的类型主要有：单库单向潮汐电站、单库双向潮汐电站、双库连续发电潮汐电站等。
5.海洋能发电
海洋能发电主要是利用海洋所具有的各种特征进行发电，主要形式有波浪发电、海流发电、盐差发电和温差发电。波浪发电是利用风吹海面使海面具有动能，再将这部分动能转换为电能。海流发电则是利用了稳定的洋流推动涡轮机旋转发电，波浪发电和海流发电与潮汐能发电原理相近。盐差发电，是利用浓溶液扩散到稀溶液时所释放出的能量，具体的实现方法主要有渗透压法、蒸气压法、浓差电池法等。温差发电则是利用了不同深度的海水的温度不同进行发电，主要形式有开式循环系统、闭式循环系统、混合循环系统和直接温差发电，开式循环系统不仅可以得到电能，还可以得到淡水和浓盐水等多种资源，而直接温差发电则是利用了塞贝克效应。
6.地热能发电
地热能发电主要是利用地下热水和蒸汽为动力的发电技术，地热发电的原理与传统火力发电原理相似，都是利用热蒸汽推动汽轮机旋转，带动发电机组发电，所不同的是，地热发电不利用煤炭等资源而是直接利用地热蒸汽或者地热能加热其他流体产生热蒸汽。利用地热能发电主要包括蒸汽型、热水型、干热岩型地热发电系统。
7.生物质能发电
生物质是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动物、植物和微生物的物质，包括动物、植物、微生物及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物[1]。生物质能发电主要包括直接燃烧发电和沼气发电。直接燃烧发电和传统的火力发电原理相似，只是最初的能量来源不同，不是燃烧煤炭等不可再生资源而是利用可再生的生物质为燃料，产生热量，进而产生热蒸汽，推动汽轮机旋转带动发电机发电。沼气发电则是先通过微生物发酵产生沼气，然后以沼气作为燃料进行发电。
三.新能源发电技术的优点
新能源发电具有清洁环保、可再生等优点，生物质能可以储存和运输，可以缓解能源与负荷分配不均的问题，同时新能源发电可以解决边远地区因架设电力走廊困难而无法供电的问题。在资源紧缺，环境污染严重的情况下，新能源发电不可或缺。
四.新能源发电技术面临的挑战
新能源虽然可再生，取之不尽用之不竭，但是目前的发电技术很难做到较高的转化效率；同时有些新能源虽然储量巨大，但是可开采直接投入使用的数量并不是很理想；新能源发电后的并网与继电保护仍需深入研究。
五.结束语
能源紧缺、环境污染问题日益加重，新能源发电技术可以很好地解决这些问题，所以新能源发电是未来电能生产的主要方式，但是新能源发电的大范围投入运行仍面临很多的挑战，相信在不远的将来，这些问题都将被攻克。
参考文献：
[1]朱永强.新能源与分布式发电技术[M].北京.北京大学出版社.2016.9
[2]徐德鸿.新能源电力电子导论[D].杭州：浙江大学.2009
[3]赵异波.新能源发电技术的最新进展[J].电工技术.2004
