發(fā)布時(shí)間：2023-09-22 09:38:07
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的新能源發(fā)電的前景樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
2008年9月股神巴菲特18億港元投資比亞迪新能源，同年10月英特爾投資2000萬(wàn)美元注資深圳創(chuàng)益科技，11月世界銀行集團(tuán)成員國(guó)際金融公司（IFC）向新奧集團(tuán)旗下新奧太陽(yáng)能有限公司投資1500萬(wàn)美元，并組織總計(jì)1.21億美元的貸款……這些逆市行為不由令人感到詫異。
盡管充滿(mǎn)各種風(fēng)險(xiǎn)，但中國(guó)已是世界上最活躍的新能源投資市場(chǎng)。近4年來(lái)，由于傳統(tǒng)能源領(lǐng)域內(nèi)存在諸多限制，外資主要涉足中國(guó)的風(fēng)能和太陽(yáng)能市場(chǎng)。這的確也是一個(gè)非常巨大的市場(chǎng)。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委的規(guī)劃，到2020年，中國(guó)可再生能源占能源消費(fèi)總量比例將從16%上升到21%。根據(jù)全國(guó)工商聯(lián)新能源商會(huì)統(tǒng)計(jì)，預(yù)測(cè)2010年太陽(yáng)能產(chǎn)品的銷(xiāo)售額將達(dá)到400億元左右，而到2020年這一市場(chǎng)將達(dá)近千億元規(guī)模。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過(guò)去的2008年里有近高達(dá)6億美元的私募資本進(jìn)入這個(gè)行業(yè)。究其根本原因，可再生能源的投資平均回報(bào)率高達(dá)20%，是中國(guó)最好的投資領(lǐng)域之一。而此次全球金融危機(jī)到來(lái)似乎也給這個(gè)行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了千載難逢的機(jī)遇。全球金融危機(jī)逐步侵蝕中國(guó)實(shí)體經(jīng)濟(jì)，大批出口型企業(yè)倒閉、重工業(yè)企業(yè)減產(chǎn)、部分行業(yè)出現(xiàn)大面積虧損，但是也有人坐收漁利，鋼材、硅料、設(shè)備等原材料價(jià)格的大幅下降，讓不少光伏企業(yè)能夠“笑傲”危機(jī)。
數(shù)據(jù)顯示，去年全年和光伏行業(yè)相關(guān)的原材料價(jià)格大幅下降，未來(lái)原料成本有望降低40%-50%，光伏發(fā)電成本有望提前與傳統(tǒng)發(fā)電成本接軌，光伏發(fā)電的商用和普及有望在兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。發(fā)電成本降到每度1元人民幣的可能性會(huì)非常大。如果光伏發(fā)電成本達(dá)到或接近傳統(tǒng)發(fā)電的成本，那么對(duì)于中國(guó)這樣龐大的市場(chǎng)，所帶來(lái)的商業(yè)機(jī)會(huì)不言而喻，這或許是VC、PE在逆市中大筆投入綠能領(lǐng)域的真正原因。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；現(xiàn)狀和前景
隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)能源被不斷的消耗，同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。為了減少環(huán)境的污染，保證能源的可持續(xù)利用，就必須改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，重視新能源的開(kāi)發(fā)和利用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度看，可再生資源是人類(lèi)未來(lái)的主要能源來(lái)源，因此，世界上很多國(guó)家都開(kāi)始重視太陽(yáng)能等新能源的開(kāi)發(fā)利用。在這些可再生資源中，光伏發(fā)電的發(fā)展速度最快，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電已經(jīng)成為可再生能源領(lǐng)域中繼風(fēng)力發(fā)電之后產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快、最大的產(chǎn)業(yè)。世界各國(guó)都非常重視太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)擁有豐富的太陽(yáng)能資源，對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)采具有很大的優(yōu)勢(shì)，因此，太陽(yáng)能光伏發(fā)電成為我國(guó)開(kāi)發(fā)新能源的重要內(nèi)容。本文介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成，并對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀及前景進(jìn)行分析。
1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成
一般的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由光伏電池組件，交直流逆變器、蓄電池和光伏系統(tǒng)電池控制器組成。首先，通過(guò)光伏電池組件將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，其次，再利用交直流逆變器將直流電轉(zhuǎn)變成交流電，同時(shí)逆變器還可以自動(dòng)穩(wěn)定電壓，改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。利用蓄電池將電能存儲(chǔ)起來(lái)，在需要的時(shí)候在釋放出來(lái)。充放電控制器則是可以防止太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能蓄電池組過(guò)充電和過(guò)放電的設(shè)備，它是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分。
2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景
2.1 國(guó)外的太陽(yáng)能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
作為20世紀(jì)80年代世界上增長(zhǎng)最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。截止2004年，世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到了964.9 MW。到了2006年底，這個(gè)數(shù)據(jù)達(dá)到了4961.69MW。像單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、帶狀硅電池、聚光電池以及薄膜電池等太陽(yáng)能光伏電池已經(jīng)商品化和實(shí)用化。在國(guó)際市場(chǎng)上，太陽(yáng)能光伏電池的價(jià)格一般在3.15美元左右，并網(wǎng)后的價(jià)格為每瓦6美元，發(fā)電成本為每千瓦時(shí)0.25美元。光伏電池的發(fā)電效率在不斷的提高，晶體硅光電池的轉(zhuǎn)換率為15%，而單晶硅電池轉(zhuǎn)化率則達(dá)到了23.3%，砷化鎵光電池更是達(dá)到25%的轉(zhuǎn)化率。同時(shí)太陽(yáng)能光伏電池組件的使用壽命也大大的延長(zhǎng)，最多可達(dá)30年之久。目前，世界上太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用最多的國(guó)家為美國(guó)、日本和歐盟，它們的太陽(yáng)能發(fā)電總量占世界光伏發(fā)電量的80%。專(zhuān)家預(yù)測(cè)，日后的世界太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)將會(huì)朝高效率、高壽命、低成本和美觀實(shí)用的方向發(fā)展，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電總量也將占13-15%，預(yù)測(cè)到2100年光伏發(fā)電總量將占60%以上。
2.2 國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。
我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的啟用較晚，20世紀(jì)90年代以來(lái)我國(guó)光伏發(fā)電快速發(fā)展。在這一階段我國(guó)光伏組件的生產(chǎn)能力不斷提升，產(chǎn)品生產(chǎn)成本降低，市場(chǎng)不斷擴(kuò)大并出口到國(guó)外，裝機(jī)總?cè)萘恳仓鹉暝黾?。截?006年底，我國(guó)光伏發(fā)電總量為35MW，占世界總量的3%。到2020年之前，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展和完善，光伏市場(chǎng)也將發(fā)生巨大的變化。發(fā)電成本也逐漸降低，2010年我國(guó)光伏發(fā)電的價(jià)格約為每千瓦時(shí)1.2元人民幣，預(yù)計(jì)到2020年，這個(gè)價(jià)格將會(huì)降低為每千瓦時(shí)0.6元人民幣。
隨著我國(guó)光伏企業(yè)的不斷發(fā)展，近年來(lái)受到西方國(guó)家的反傾銷(xiāo)等政策的打擊，一些光伏組件的生產(chǎn)廠商面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在這個(gè)背景下，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用應(yīng)該轉(zhuǎn)向國(guó)內(nèi)，中國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，尤其是西北等內(nèi)地地區(qū)，光照充足，必須加大財(cái)政支持，推進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在中國(guó)的應(yīng)用，促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
3 結(jié)語(yǔ)
隨著太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用，我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用快速成熟起來(lái)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)不但具有環(huán)保的特點(diǎn)，而且科技含量高，發(fā)電成本低，是對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電模式的重大突破。但是，光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用率還不高，主要原因是光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成科技含量高，對(duì)材料的使用要求嚴(yán)格，因此必須加快研發(fā)太陽(yáng)能光伏電池的新材料，提高光伏發(fā)電的效率，降低發(fā)電成本。加大對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的扶持力度，開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，將光伏發(fā)電系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用到國(guó)內(nèi)，提高光伏產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)了，不斷推進(jìn)光伏產(chǎn)品的更新和升級(jí)，為我國(guó)的電力供應(yīng)開(kāi)辟新的途徑。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電，太陽(yáng)能充電樁，新能源汽車(chē)，協(xié)同發(fā)展，節(jié)能環(huán)保
一、引言
在倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的背景下，電動(dòng)汽車(chē)作為一種新興的綠色節(jié)能環(huán)保的交通工具，使新能源汽車(chē)展現(xiàn)出了廣闊的前景，從而充電配套設(shè)施是電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)賴(lài)以發(fā)展的基礎(chǔ)。加強(qiáng)太陽(yáng)能充電樁技術(shù)的應(yīng)用，能達(dá)到節(jié)能環(huán)保，解決新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用及其發(fā)展的瓶頸。從而帶動(dòng)太陽(yáng)能充電樁產(chǎn)業(yè)和新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的共同發(fā)展。
二、太陽(yáng)能充電樁與新能源汽車(chē)協(xié)同發(fā)展之間的聯(lián)系
根據(jù)國(guó)家“十三五規(guī)劃”提出綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的背景下，電動(dòng)汽車(chē)作為一種新興的綠色環(huán)保交通工具，在未來(lái)汽車(chē)市場(chǎng)將占據(jù)重要地位，但充電網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，一直困擾著電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展和推廣，也影響消費(fèi)者對(duì)新能源汽車(chē)的親睞。因此，電動(dòng)汽車(chē)代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車(chē)，最主要的瓶頸就是充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)問(wèn)題難以解決。要想新能源汽車(chē)得到相應(yīng)的推廣及發(fā)展，加強(qiáng)推廣靈活多用的充電樁基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尤其相關(guān)重要?？沙潆姌犊侩娋W(wǎng)供電是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，不僅加大了城市用電負(fù)荷，而且加大了我國(guó)的大量火力發(fā)電，又違背了節(jié)能環(huán)保的主題。從而推廣太陽(yáng)能充電樁在各領(lǐng)域的配套建設(shè)，利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電代替電網(wǎng)供電的充電樁是一種比較優(yōu)越的選擇，這樣不僅減小了城市電網(wǎng)供電負(fù)荷，而且對(duì)環(huán)境污染及能源的有效控制得到重大改善。
三、怎樣促進(jìn)太陽(yáng)能充電樁與新能源汽車(chē)協(xié)同發(fā)展
如何做到太陽(yáng)能充電樁與新能源汽車(chē)的協(xié)同發(fā)展，我們要這樣解決以下幾個(gè)問(wèn)題：
實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)充電樁比傳統(tǒng)燃油汽車(chē)加油站更加靈活。
1.新能源汽車(chē)充電樁的靈活性在于它不僅局限于和傳統(tǒng)燃油汽車(chē)加油站的建設(shè)地點(diǎn)一樣必須建設(shè)在交通要道，而且太陽(yáng)能充電樁可便于安裝在學(xué)校，企業(yè)、城市小區(qū)、公共場(chǎng)所、停車(chē)場(chǎng)、以及農(nóng)村。其次，太陽(yáng)能資源隨處可得，可就近供電，不必長(zhǎng)距離輸送，避免了長(zhǎng)距離輸電線路所造成的電能損失及高昂的建設(shè)經(jīng)濟(jì)成本，這樣有效解決新能源汽車(chē)充電困難的問(wèn)題，從而促進(jìn)了新能源汽車(chē)的廣泛應(yīng)用。
2.新能源汽車(chē)充電樁能夠很方便的與建筑物相結(jié)合，構(gòu)成太陽(yáng)能充電停車(chē)棚，不需要單獨(dú)占地，可節(jié)省寶貴的土地資源來(lái)建設(shè)光伏發(fā)電充電樁，也可以把現(xiàn)有的加油站頂棚改建成太陽(yáng)能充電樁及加油一體化綜合服務(wù)站，這樣不僅促進(jìn)了充電樁的有效應(yīng)用，而且促進(jìn)了充電樁的覆蓋區(qū)域。
實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)的普及應(yīng)用
根據(jù)“十三五”規(guī)劃綱要，再次將新能源汽車(chē)作為重要內(nèi)容，使新能源汽車(chē)得到長(zhǎng)期向好基本面沒(méi)有改變，國(guó)家將持續(xù)加大對(duì)新能源汽車(chē)市場(chǎng)導(dǎo)入期的政策支持力度，積分交易制度、各地充電設(shè)施規(guī)劃和購(gòu)置補(bǔ)貼等政策將陸續(xù)出臺(tái)。2016年是新能源汽車(chē)“調(diào)整再出發(fā)”的一年，全年產(chǎn)銷(xiāo)有望達(dá)到60萬(wàn)輛，公交公務(wù)物流環(huán)衛(wèi)仍將為主力推廣領(lǐng)域，分時(shí)租賃等商業(yè)模式創(chuàng)新也將逐步提升私人消費(fèi)，由此看到今后新能源汽車(chē)市場(chǎng)具有較大的吸引力。
政府應(yīng)加強(qiáng)扶持和鼓勵(lì)新能源汽車(chē)及太陽(yáng)能充電樁相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
在我國(guó)，人民消費(fèi)水平不斷提高，汽車(chē)逐漸增多，對(duì)環(huán)境的污染逐年攀升。能源不斷減少，過(guò)度開(kāi)發(fā)給環(huán)境帶來(lái)相應(yīng)的自然危害，其次能源不斷依賴(lài)與于進(jìn)口，增加了能源進(jìn)口價(jià)格，給我國(guó)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)不穩(wěn)定因素的影響。作為新能源汽車(chē)和太陽(yáng)能充電樁具有節(jié)能，環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等條件，政府應(yīng)大力支持推動(dòng)新能源汽車(chē)和太陽(yáng)能充電樁等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，減少能源短缺及環(huán)境污染的危機(jī)，使我國(guó)的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境得到有效改善。
降低太陽(yáng)能充電樁的建設(shè)成本
1太陽(yáng)能充電樁發(fā)的電不需儲(chǔ)存裝置，直接與相關(guān)領(lǐng)域的電網(wǎng)并網(wǎng)，當(dāng)遇到陰雨天氣時(shí)，太陽(yáng)能光伏板不能發(fā)電，電網(wǎng)可以給充電樁供電，這樣不僅加強(qiáng)了充電樁的可靠性而且降低了經(jīng)濟(jì)成本。
2太陽(yáng)能充電樁不僅能給新能源汽車(chē)充電，而且還能把多余的電給相關(guān)領(lǐng)域用戶(hù)供電，例如小區(qū)，企業(yè)、學(xué)校、街道等路燈及其它負(fù)載供電。同時(shí)，太陽(yáng)能充電樁不僅減輕了電網(wǎng)供電負(fù)荷，而且使太陽(yáng)能發(fā)電更加節(jié)能環(huán)保。
3將太陽(yáng)能光伏電池組件利用于企業(yè)，學(xué)校及其他場(chǎng)所的停車(chē)棚建設(shè)之中，將減少占地面積和建筑材料，這樣不僅有效地降低了前期成本投入，而且有效地促進(jìn)了太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
四、新能源汽車(chē)與太陽(yáng)能充電樁協(xié)同發(fā)展帶來(lái)哪些好處
新能源汽車(chē)的發(fā)展離不開(kāi)充電樁，就像傳統(tǒng)燃油汽車(chē)離不開(kāi)加油站一樣，需要充電樁補(bǔ)給能量作為動(dòng)力來(lái)源。太陽(yáng)能光伏發(fā)電充電樁具有節(jié)能環(huán)保，能減輕電網(wǎng)高峰負(fù)荷，就地安裝就地發(fā)電，不需遠(yuǎn)距離輸電等特點(diǎn)。其次，很方便地與停車(chē)棚結(jié)合，構(gòu)成太陽(yáng)能光伏發(fā)電停車(chē)棚，既能充電又能停車(chē)，合理地節(jié)約利用資源等優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了充電樁和停車(chē)棚的靈活配套。
五、太陽(yáng)能充電樁和新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，純電動(dòng)車(chē)依然面臨著基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善，電池技術(shù)等有待提高的問(wèn)題。目前，依然主要靠公共服務(wù)領(lǐng)域的單位采購(gòu)?fù)苿?dòng)銷(xiāo)量，私人市場(chǎng)的拓展十分緩慢，因此，相應(yīng)的鼓勵(lì)政策并沒(méi)有激發(fā)私人購(gòu)置電動(dòng)車(chē)的熱情。但是可以預(yù)見(jiàn)，新能源汽車(chē)將成為我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的新生力量。隨著電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的日趨成熟，電動(dòng)汽車(chē)成本逐步下降、性能逐步提升，電動(dòng)汽車(chē)將逐步完成對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)的替代。2016年是“十三五”的開(kāi)局之年，政策暖風(fēng)頻繁吹向新能源汽車(chē)行業(yè)，與其相配套的充電設(shè)施建設(shè)也備受關(guān)注。業(yè)界預(yù)計(jì)，國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)充電設(shè)施建設(shè)將在“十三五”時(shí)期迎來(lái)快速發(fā)展，充電樁市場(chǎng)前景廣闊，越來(lái)越多的企業(yè)將會(huì)在這一領(lǐng)域搶占市場(chǎng)先機(jī)。由此解決了新能源汽車(chē)發(fā)展瓶頸，使新能源汽車(chē)向前邁進(jìn)一步，為今后的發(fā)展奪得重大突破。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】新能源；分布式發(fā)電；技術(shù)前景
中圖分類(lèi)號(hào)：P754.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
一、前言
經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使電力的需求更加廣泛。我國(guó)電力當(dāng)前主要是依靠一次能源如煤、石油、天然氣來(lái)獲得。但這些不可再生資源隨著開(kāi)采量的增大而逐漸減少。因此，開(kāi)發(fā)新能源是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要。
二、分布式發(fā)電的定義
由于分布式發(fā)電在電力舞臺(tái)上的再度興起是最近幾年的事,因此,國(guó)際上關(guān)于分布式發(fā)電技術(shù)尚無(wú)統(tǒng)一的定義。涉足于該領(lǐng)域的制造商、電力零售商及用戶(hù)對(duì)分布式發(fā)電有各自的詮釋。本文將采用較為普遍的定義作為分布式發(fā)電系統(tǒng)的定義,對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵進(jìn)行進(jìn)一步的討論。即任何靠近負(fù)荷的發(fā)電方式都稱(chēng)為分布式發(fā)電。這種定義不僅包含了采用再生能源的發(fā)電機(jī)組,也涵蓋了任何位于負(fù)荷側(cè)的采用常規(guī)能源的發(fā)電機(jī)組,它包括:安裝于重要負(fù)荷,如醫(yī)院、大工礦企業(yè)的備用柴油發(fā)電機(jī)組;根據(jù)用戶(hù)對(duì)供電可靠性的要求,安裝于負(fù)荷中心的小型發(fā)電機(jī)組;安裝于變電站,用于提供無(wú)功支持及改善電能質(zhì)量的同步調(diào)相機(jī)等。國(guó)外某些電力系統(tǒng)對(duì)分布式發(fā)電的規(guī)模有進(jìn)一步的限制,將靠近負(fù)荷中心,裝機(jī)容量少于“N”kW (或MW)的發(fā)電設(shè)備稱(chēng)為分布式發(fā)電系統(tǒng),“N”的具體數(shù)值依不同的電力系統(tǒng)而異,一般在10 kW到50 MW之間。
分布式發(fā)電系統(tǒng)的主要特點(diǎn):電源容量小,電壓等級(jí)低,小型模塊化,接近負(fù)荷中心,運(yùn)行方式靈活。而這些特點(diǎn)也恰恰使分布式發(fā)電系統(tǒng)彌補(bǔ)了超高壓、遠(yuǎn)距離輸電的不足,滿(mǎn)足了電力系統(tǒng)和用戶(hù)的特定要求(如調(diào)峰、為邊遠(yuǎn)用戶(hù)或商業(yè)區(qū)供電等),成為電網(wǎng)規(guī)劃及運(yùn)行管理者關(guān)注的新課題。
三、分布式發(fā)電的特點(diǎn)
分布式發(fā)電由于在效率、靈活、能源多樣化、環(huán)保、節(jié)能等多方面的優(yōu)越性，加上電力市場(chǎng)化的快速發(fā)展，獲得廣泛的關(guān)注，給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了大電網(wǎng)在穩(wěn)定性方面的不足。 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可以提供緊急供電支持，既保證重要用戶(hù)供電，又可防止系統(tǒng)事故擴(kuò)大。不僅增加電網(wǎng)機(jī)動(dòng)性，而且改善電能質(zhì)量，提高供電可靠性。不需要建設(shè)配電站，不需要架設(shè)長(zhǎng)距離輸電線路，建設(shè)成本較低，并避免投運(yùn)后增加輸配電成本，同時(shí)大大降低了輸電損耗。 分布式供電的環(huán)保性能優(yōu)良，其能源利用率高， 可達(dá) 65％～95％（傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的發(fā)電效率為 40％左右）。分布式電源投資小、占地少，建設(shè)周期短，有利于在較短時(shí)間內(nèi)解決電力短缺問(wèn)題。 另外，分布式電源能夠同時(shí)提供熱、電、冷三種能源，并且可以根據(jù)用戶(hù)的特定要求，提供不同溫度等級(jí)的熱量和冷氣。
四、分布式發(fā)電技術(shù)分類(lèi)
按照分布式發(fā)電使用的能源是否再生,可以將分布式發(fā)電分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是基于可再生能源的,主要包括:風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、生物質(zhì)能等發(fā)電形式;另一類(lèi)是使用不可再生能源的,主要有:內(nèi)燃機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、熱電聯(lián)產(chǎn)等發(fā)電形式。目前幾種主要的分布式發(fā)電形式及特點(diǎn):
1、風(fēng)能發(fā)電
風(fēng)能蘊(yùn)藏量巨大、可再生、分布廣,具有明顯的環(huán)保效益，且發(fā)電成本低,規(guī)模效益比較顯著。風(fēng)能發(fā)電技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展得較為成熟。風(fēng)力發(fā)電形式有并網(wǎng)型和離網(wǎng)型兩種。其中并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電是大規(guī)模開(kāi)發(fā)風(fēng)電的主要形式,是近年來(lái)風(fēng)電發(fā)展的主要趨勢(shì)。離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電可以為偏遠(yuǎn)地區(qū)或無(wú)電網(wǎng)的地區(qū)提供電能。
2、太陽(yáng)能發(fā)電
目前應(yīng)用較多的是太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。其原理是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。雖然目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電的成本太高,但是光能是取之不盡用之不竭的清潔能源,而且不受地域限制,發(fā)電裝置安全可靠,規(guī)模靈活,其發(fā)展前景仍然被廣泛看好。
3、生物質(zhì)發(fā)電
生物質(zhì)發(fā)電是利用秸稈、垃圾、沼氣、農(nóng)林廢棄物等,直接燃燒將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電方式。它是一種可再生能源發(fā)電,其發(fā)電成本低,容易控制,環(huán)保綜合利用效果好。但電能轉(zhuǎn)換的效率低,生物質(zhì)燃料的獲取、存儲(chǔ)和穩(wěn)定的供給較困難。因此,生物質(zhì)發(fā)電的容量和規(guī)模受到限制。
4、微型溜氣輪機(jī)發(fā)電
以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)。其發(fā)電效率較高,且體積小、質(zhì)量輕、污染小、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。
五、分布式發(fā)電中的儲(chǔ)能技術(shù)
1、儲(chǔ)能技術(shù)的作用
（1）能夠改善電能質(zhì)量，維持系統(tǒng)穩(wěn)定
例如在風(fēng)力發(fā)電中，風(fēng)速的變化會(huì)使原動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率發(fā)生變化，從而使發(fā)電機(jī)輸出功率產(chǎn)生波動(dòng)而使電能質(zhì)量下降。應(yīng)用儲(chǔ)能裝置是改善發(fā)電機(jī)輸出電壓和頻率質(zhì)量的有效途徑，同時(shí)增加了分布式發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的可靠性?？煽康姆植际桨l(fā)電單元與儲(chǔ)能裝置的結(jié)合是解決諸如電壓跌落、涌流和瞬時(shí)供電中斷等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題的有效手段之一。在分布式發(fā)電裝置不能正常工作時(shí)向用戶(hù)提供備用電力。在一些特殊情況下，如太陽(yáng)能發(fā)電的夜間，風(fēng)力發(fā)電無(wú)風(fēng)時(shí)，儲(chǔ)能裝置能夠起到過(guò)渡的作用，持續(xù)向用戶(hù)供電。
（2）提高分布式發(fā)電單元擁有者的經(jīng)濟(jì)效益
在電力市場(chǎng)的環(huán)境下，分布式發(fā)電單元與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，有了足夠的儲(chǔ)存電力，分布式發(fā)電單元成為可調(diào)度的機(jī)組單元，發(fā)電單元擁有者可以根據(jù)不同情況向電力公司賣(mài)電，提供調(diào)峰和緊急功率支持等服務(wù)，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。
2、各種儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用
（1）飛輪儲(chǔ)能技術(shù)
飛輪儲(chǔ)能技術(shù)是一種機(jī)械儲(chǔ)能方式，利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來(lái)儲(chǔ)存能量。由輪材料和軸承問(wèn)題等關(guān)鍵技術(shù)一直沒(méi)有解決而停滯不前，20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，由于高強(qiáng)度的碳纖維材料、低損耗磁懸浮軸承、電力電子學(xué)三方面技術(shù)的發(fā)展，飛輪儲(chǔ)能器才得以重提，并且得到了快速的發(fā)展。
（2）超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)
超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)利用由超導(dǎo)線制成的線圈，將電網(wǎng)供電勵(lì)磁產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)， 在需要時(shí)再將儲(chǔ)存的能量送回電網(wǎng)或作它用。
（3）蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)
蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由電池、直―――交逆變器、控制裝置和輔助設(shè)備（安全、環(huán)境保護(hù)設(shè)備）等組成，目前在小型分布式發(fā)電中應(yīng)用最為廣泛。 根據(jù)所使用化學(xué)物質(zhì)的不同，蓄電池可以分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。
（4）超級(jí)容器儲(chǔ)能技術(shù)
超級(jí)電容器使用特殊材料制作電極和電解質(zhì)，這種電容器的存儲(chǔ)容量是普通電容器的 20～1000 倍，同時(shí)又保持了傳統(tǒng)電容器釋放能量速度快的特點(diǎn)。根據(jù)儲(chǔ)能原理的不同，可以把超級(jí)電容器分為 2 類(lèi)：雙電層電容器和電化學(xué)電容器。
除了上述的幾種儲(chǔ)能方式外，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較多的儲(chǔ)能方式還有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等。抽水蓄能在現(xiàn)代電網(wǎng)中大多用來(lái)調(diào)峰，在集中式發(fā)電中應(yīng)用較多。壓縮空氣儲(chǔ)能不是像蓄電池儲(chǔ)能那樣的簡(jiǎn)單儲(chǔ)能系統(tǒng)，它是一種調(diào)峰用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠，對(duì)于同樣的電力輸出，它所消耗的燃?xì)庖瘸Ｒ?guī)燃?xì)廨啓C(jī)少 40％。
六、新能源分布式發(fā)電應(yīng)用障礙和瓶頸
盡管世界上分布式發(fā)電技術(shù)發(fā)展十分迅速, 但其在我國(guó)的發(fā)展還剛剛起步, 且存在不少障礙和瓶頸。
1、技術(shù)局限問(wèn)題。與國(guó)外相比, 我國(guó)的 DG 研究尚處于起步階段, 許多發(fā)電技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用階段, 發(fā)電效率不高且存在許多不確定性, 有些核心技術(shù)需從國(guó)外引進(jìn), 這樣成本將大大升高, 導(dǎo)致電價(jià)大大提高。
2、與配電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題。當(dāng)電網(wǎng)中存在較多的 DG 單元或者存在大容量的 DG 單元時(shí), 對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制和繼電保護(hù)都有較大影響。如何消除或減少其負(fù)面影響將是未來(lái)電力科技人員研究的課題。
3、政策許可問(wèn)題。目前, DG 在獲得行政許可方面的困難大于常規(guī)電力項(xiàng)目, 原因是缺乏對(duì) DG 政策許可的規(guī)定, 即便是與常規(guī)電力項(xiàng)目在行政許可方面一樣對(duì)待也是不公平的,因?yàn)?DG 項(xiàng)目規(guī)模小、投資少, 完全套用常規(guī)發(fā)電項(xiàng)目, 其行政許可前期準(zhǔn)備費(fèi)用相對(duì)過(guò)高。
4、融資問(wèn)題。在目前市場(chǎng)條件下, DG 的社會(huì)效益沒(méi)有內(nèi)部化, 政策不完善, 項(xiàng)目不確定因素多, 金融部門(mén)認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)高,而且投資者中小公司多, 資金實(shí)力弱, 融資資信低。
七、應(yīng)用前景
利用新能源的 DG 技術(shù)是一種很有發(fā)展前途的發(fā)電和能源綜合利用方式。但 DG 對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、電力系統(tǒng)控制和繼電保護(hù)都有負(fù)面影響, 且其發(fā)展障礙還包括政策、市場(chǎng)規(guī)則、技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性諸多方面, 因此這種電源在我國(guó)僅占極小的比例。但隨著 DG 技術(shù)的發(fā)展, 各種分布式電源設(shè)備性能不斷改進(jìn)、效率不斷提升、成本不斷降低, 加上各項(xiàng)政策體制的不斷完善, 其應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大, DG 作為一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)電方式必將在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中占有越來(lái)越重要的地位, 應(yīng)用前景廣闊。
八、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)上述分析，我們對(duì)分布式發(fā)電有了一個(gè)認(rèn)識(shí)。當(dāng)前世界各國(guó)都在加緊對(duì)分布式發(fā)電技術(shù)的研究。這必將成為二十一世紀(jì)的電力工業(yè)發(fā)展方向。盡管我國(guó)還處在初級(jí)階段，但是隨著我們對(duì)分布式發(fā)電認(rèn)識(shí)的不斷深化，也必將促進(jìn)其更加深入的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1] 惠子厚 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀和前景[J].電工電能新技術(shù)2010
[關(guān)鍵詞]太陽(yáng)能；光伏發(fā)電技術(shù)；應(yīng)用；前景
中圖分類(lèi)號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）18-0149-01
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)于能源的需求也在不斷增大。但資源的匱乏、能源的緊缺以及生態(tài)問(wèn)題的日益突出成為目前最大的問(wèn)題，引起了全世界的關(guān)注和擔(dān)憂(yōu)。此時(shí)人們認(rèn)識(shí)到可持續(xù)發(fā)展的重要性，并開(kāi)始關(guān)注資源的有效利用和管理。太陽(yáng)能資源是一種干凈、無(wú)污染、分布廣泛的一種可再生資源，符合了當(dāng)前環(huán)保節(jié)約的生產(chǎn)要求，逐漸被人們所認(rèn)可和采用，并成為公認(rèn)的理想化替代性能源之一。人們?cè)谔?yáng)能研究基礎(chǔ)上研究了光伏發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了從太陽(yáng)能到電能的有效轉(zhuǎn)變，這對(duì)于人類(lèi)生活來(lái)說(shuō)具有重大意義。如果對(duì)于太陽(yáng)能加大研究和探索，用它來(lái)代替石油、煤炭等不可再生資源將是全人類(lèi)的福音。
一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的原理
太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池板、控制器和電能儲(chǔ)存及變換環(huán)節(jié)構(gòu)成的。這種新型的發(fā)電體系中太陽(yáng)能電池起著調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的作用，也被稱(chēng)為光伏電池，太陽(yáng)能電池之所以能夠產(chǎn)生電源其主要的原因是光生伏特效應(yīng)導(dǎo)致的。當(dāng)太陽(yáng)光線或其他一些光源照在這種特殊性能的電池上的時(shí)候，它會(huì)將全部的光線吸收到體內(nèi)，從而形成光生電子―空穴對(duì)。光生電子和空穴在里面經(jīng)過(guò)一些特殊的化學(xué)反應(yīng)以后會(huì)出現(xiàn)相互離散的現(xiàn)象，異號(hào)電荷會(huì)不斷地積累然后集中分布在兩頭，所謂的“光生電壓”也就產(chǎn)生了，這就是太陽(yáng)能發(fā)電的原理“光生伏特效應(yīng)”[1]。要是把電極內(nèi)部的兩極進(jìn)行導(dǎo)出處理，然后和負(fù)載連接在一起，“光生電流”就會(huì)從負(fù)載流出，在這種情況下就會(huì)引起功率的流失?？梢詿o(wú)限獲取的太陽(yáng)的能量就能轉(zhuǎn)換成我們?nèi)粘Ｉ钜约吧a(chǎn)所需的源源不斷的能量了。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間仔細(xì)研究與分析我們總結(jié)出了這一偉大的轉(zhuǎn)換工作之所以能夠順利完成的基本原理：①當(dāng)電池板吸收了足夠的太陽(yáng)光線的時(shí)候，在其內(nèi)部就會(huì)形成電子―空穴對(duì)產(chǎn)生，也就是所謂的“光生負(fù)載電子”，它們的主要區(qū)別就是電性是相反的，空穴帶正電，電子帶負(fù)電；②在半導(dǎo)體節(jié)中生成的具有特殊性的電場(chǎng)在化學(xué)反應(yīng)的影響之下會(huì)將光生電流的兩種性能卻別開(kāi)來(lái)[2]；③太陽(yáng)能電池的正、負(fù)極分別收集光生載流子和空穴，在這種情況下電路中就會(huì)有電流出現(xiàn)，我們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)活動(dòng)所需的電量就會(huì)出現(xiàn)。
二、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的具體應(yīng)用
2.1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的建立
獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)由于不與公共電網(wǎng)相連接，因此其建設(shè)地點(diǎn)一般選在與電網(wǎng)隔離的偏遠(yuǎn)地區(qū)，比如海島、移動(dòng)通訊站及邊防哨所等。儲(chǔ)能元件是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的，這是由于太陽(yáng)能發(fā)電一般選擇在白天，然而負(fù)荷用電是全天24h實(shí)施，這就需要在光伏系統(tǒng)中設(shè)置必要的儲(chǔ)能元件。在氣象環(huán)境影響下，其供電可靠性很難得到保障，然而對(duì)于偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)而言這一系統(tǒng)的建立已然產(chǎn)生十分重要的社會(huì)價(jià)值。
2.2 光伏建筑一體化應(yīng)用
關(guān)于光伏建筑的一體化應(yīng)用主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：通過(guò)在建筑物屋頂安裝光伏器件的方式實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與光伏陣列的并聯(lián)，進(jìn)而構(gòu)成光伏建筑一體化系統(tǒng)；通過(guò)建筑和光伏器件集成化的方式于屋頂位置設(shè)置光伏電池板，利用光伏玻璃幕墻替代原有幕墻，提高墻面積屋頂?shù)奶?yáng)能吸收量，這就同時(shí)實(shí)現(xiàn)了建材功能與發(fā)電功能，是對(duì)光伏發(fā)電成本的有效控制。與此同時(shí)，在墻體外飾材料研究方面也出現(xiàn)了全新的彩色光伏模塊，這在充分利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電原理的同時(shí)也使得建筑物外觀更具美學(xué)欣賞價(jià)值。
2.3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建
所謂的混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)是將多種發(fā)電方式相互融合并應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的過(guò)程，混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)建旨在發(fā)揮不同發(fā)電模式的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，從而更加有效地提高電能的利用率。例如光伏發(fā)電經(jīng)常會(huì)受到天氣狀況的影響，在冬季風(fēng)力較大地區(qū)，就可通過(guò)光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的混合模式，盡可能減少天氣變化對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的影響，進(jìn)而達(dá)到控制負(fù)載發(fā)電率的目的。
2.4 光伏發(fā)電在LED照明中的應(yīng)用
作為半導(dǎo)體材料制作而成的組件，LED 與光伏發(fā)電的結(jié)合可實(shí)現(xiàn)電能至光能的轉(zhuǎn)化。這一半導(dǎo)體照明技術(shù)不僅有著環(huán)保、節(jié)能、高效的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并且照明周期較長(zhǎng)，且易于維護(hù)。光伏發(fā)電在LED照明系統(tǒng)中的應(yīng)用突出了光生伏特效應(yīng)的技術(shù)原理，通過(guò)太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能至電能的轉(zhuǎn)化，再借助LED照明系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)化為最終的光能。由于 LED 照明和光伏發(fā)電技術(shù)同是直流電，因此轉(zhuǎn)化過(guò)程并不需要借助變頻器，這明顯提高了整個(gè)過(guò)程的執(zhí)行效率。除此之外，在可充放蓄電池的輔助下，光伏發(fā)電在 LED照明中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)必將更加突出。
三、太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用普及障礙及發(fā)展趨勢(shì)
3.1 我們都知道太陽(yáng)能屬于一種綠色資源，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展我國(guó)利用太陽(yáng)能技術(shù)滿(mǎn)足生活生產(chǎn)所需的技術(shù)水平也在不斷提高，但是在這種新型的發(fā)電系統(tǒng)中還是存在各種不足之處需要我們進(jìn)行調(diào)整和完善，主要表現(xiàn)在：使用策略、環(huán)保型和社會(huì)需求等，這些因素都在某一些程度上影響了這種新型發(fā)電體系的普及，另外，由于太陽(yáng)能發(fā)電成本太高；制作所需的材料還是銷(xiāo)售所需的市場(chǎng)都不再本土市場(chǎng)中，產(chǎn)業(yè)與市場(chǎng)倒掛現(xiàn)象嚴(yán)重；太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)投資出現(xiàn)的潮涌現(xiàn)象，這些都在很大程度上制約著太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用的普及。
3.2 發(fā)展趨勢(shì)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電還有很多需要完善的地方，需要政府及相關(guān)部門(mén)予以政策和資金上的支持，以保證新能源和可再生能源得以良好地發(fā)展。目前，我國(guó)政府對(duì)新能源和可再生能源的發(fā)展給予了高度重視，面對(duì)化石能源的枯竭，大量化石能源對(duì)環(huán)境的影響逐漸加劇，國(guó)家起草了可再生能源開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃，為我國(guó)新能源以及可再生能源的長(zhǎng)期發(fā)展制定了指導(dǎo)方針。在規(guī)劃當(dāng)中，對(duì)于新能源的利用效率提出了要求，其中發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到了6000萬(wàn)kW，太陽(yáng)能光伏發(fā)電達(dá)到45萬(wàn)k W。未來(lái)我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的總量將逐漸提升，覆蓋的范圍也將更為廣泛，成為我國(guó)電業(yè)行業(yè)發(fā)展的主要能動(dòng)力。相信通過(guò)各方面的協(xié)調(diào)配合以及努力，我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)將向著更快、更好的方向發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：新能源;智能配電網(wǎng) 風(fēng)力發(fā)電;光伏發(fā)電;電動(dòng)車(chē)充電站
近年來(lái)，世界范圍內(nèi)能源危機(jī)日益加劇，能源的開(kāi)采和使用加速了人類(lèi)生存環(huán)境的惡化。人類(lèi)必須在有限資源和環(huán)境保護(hù)要求的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)。因此，作為一次能源的最大使用者，電力行業(yè)綜合利用各種新能源具有非常重要的意義。由于新能源發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性，其接入電網(wǎng)會(huì)影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
一、新能源發(fā)電技術(shù)及其對(duì)智能配電網(wǎng)的影響
在可再生能源中，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電發(fā)展最快，世界各國(guó)都將其作為重要的發(fā)展方向。新能源的轉(zhuǎn)換、利用和并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)，是世界各國(guó)智能電網(wǎng)技術(shù)的研究焦點(diǎn)。
（一）風(fēng)力發(fā)電簡(jiǎn)介。風(fēng)力發(fā)電是目前新能源開(kāi)發(fā)中技術(shù)最成熟、最具規(guī)?；虡I(yè)開(kāi)發(fā)前景的發(fā)電方式。風(fēng)力發(fā)電是利用天然風(fēng)吹轉(zhuǎn)葉片，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電。其運(yùn)行方式可分為獨(dú)立運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行、與其它發(fā)電方式互補(bǔ)運(yùn)行如與柴油機(jī)組、與太陽(yáng)能光伏發(fā)電、與燃料電池發(fā)電方式等互補(bǔ)等。
（二）光伏發(fā)電簡(jiǎn)介。光伏發(fā)電是應(yīng)用太陽(yáng)電池在受到太陽(yáng)光照時(shí)產(chǎn)生光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?，主要由光伏陣列、傳感器、?chǔ)能型蓄電池和充放電控制器、升壓電路、逆變器、濾波器和系統(tǒng)控制器等組成。
（三）新能源發(fā)電接入對(duì)電網(wǎng)的影響。新能源發(fā)電的目的是增加電力系統(tǒng)的電量，減少電力系統(tǒng)對(duì)一次能源的消耗。新能源發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性、可調(diào)度性差的特點(diǎn)。在電網(wǎng)接納能力不足的情況下，新能源發(fā)電并網(wǎng)會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)一些不利影響，存在的主要問(wèn)題在眾多文獻(xiàn)中均有描述，現(xiàn)總結(jié)如下。
（1）對(duì)電能質(zhì)量的影響。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電受天氣影響均具有間歇性和波動(dòng)性特點(diǎn)，且一般配有整流-逆變?cè)O(shè)備和大量的電力電子設(shè)備，會(huì)產(chǎn)生一定的諧波和直流分量。（2）對(duì)網(wǎng)損的影響。新能源接入配電網(wǎng)后，配電系統(tǒng)將由原有的單電源輻射式網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橛脩?hù)互聯(lián)和多電弱環(huán)網(wǎng)絡(luò)[1]。電網(wǎng)的分布形式將發(fā)生根本性的變化，負(fù)荷大小和方向都很難預(yù)測(cè)。這使得網(wǎng)損不但與負(fù)載等因素有關(guān)，還與系統(tǒng)連接的電源具置和容量大小密切相關(guān)。（3）對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控的影響。現(xiàn)行的配電網(wǎng)是一個(gè)無(wú)源的放射形電網(wǎng)，信息采集、開(kāi)關(guān)的操作、能源的調(diào)度等相應(yīng)比較簡(jiǎn)單，其實(shí)施監(jiān)測(cè)、控制和高度是由供電部門(mén)統(tǒng)一來(lái)執(zhí)行的。新能源的接入使此過(guò)程復(fù)雜化，特別需要對(duì)新能源接入后可能出現(xiàn)的“孤島”現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)防。（4）并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國(guó)還沒(méi)有統(tǒng)一的關(guān)于新能源發(fā)電的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于大中型新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性、電能質(zhì)量、電網(wǎng)調(diào)度和運(yùn)行等的影響因素，以及電網(wǎng)接納能力等方面的技術(shù)問(wèn)題尚沒(méi)有確切定論，對(duì)接入系統(tǒng)的有功/無(wú)功控制能力、電能質(zhì)量及低電壓穿越能力等的檢測(cè)手段也不完善，包括對(duì)控制器、逆變器、輸配電設(shè)備、雙向計(jì)量設(shè)備及系統(tǒng)安全性方面的檢測(cè)。
二、電動(dòng)車(chē)充電設(shè)備及其對(duì)智能配電網(wǎng)的影響
（一）電動(dòng)車(chē)充電設(shè)備簡(jiǎn)介。目前新能源汽車(chē)主要有替代燃料汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)三種。電動(dòng)汽車(chē)在環(huán)保、清潔、節(jié)能等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，成為了當(dāng)代汽車(chē)的主要發(fā)展方向，是最有潛力的交通工具。
（二）電動(dòng)車(chē)充電設(shè)備對(duì)智能配電網(wǎng)的影響。（1）對(duì)電能質(zhì)量的影響。電動(dòng)車(chē)直流充電機(jī)采用電力電子技術(shù)、整流裝置等非線性設(shè)備，在實(shí)際使用過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生諧波和無(wú)功電流，從而影響電能質(zhì)量。（2）對(duì)配電網(wǎng)的其他影響。電動(dòng)車(chē)采用白天行駛、夜間充電的運(yùn)行方式，有利于電網(wǎng)的峰谷平衡，改善電網(wǎng)負(fù)荷特點(diǎn)，減少為維持電網(wǎng)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)而引起的調(diào)峰費(fèi)用。
三、結(jié)語(yǔ)與展望
隨著微網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、微型風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)以及新型濾波充電樁技術(shù)越來(lái)越成熟，未來(lái)的智能配電網(wǎng)必須可以兼容新能源，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)的交互，支持多元化電源的靈活接入和方便使用。首先，智能配電網(wǎng)可以利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電和微型風(fēng)力發(fā)電不受地域限制的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)新能源的即插即用，建立微型發(fā)網(wǎng)系統(tǒng)，組成微型電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用。其次，電動(dòng)車(chē)特別是電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)雖然發(fā)展迅速，但普及率仍不高。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；新能源發(fā)電技術(shù)；創(chuàng)新人才培養(yǎng)
作者簡(jiǎn)介：韓楊（1982-），男，四川成都人，電子科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院電力電子系，講師。
基金項(xiàng)目：本文系電子科技大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助（項(xiàng)目編號(hào)：2672011ZYGX2011J093）的研究成果。
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）14-0046-02
“新能源發(fā)電技術(shù)”是電子科技大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、工業(yè)工程三個(gè)專(zhuān)業(yè)課程體系中的一門(mén)重要課程。該課程屬于高年級(jí)本科生的專(zhuān)業(yè)選修課，共32課時(shí)、內(nèi)容多、知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)。[1， 2]由于三個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生知識(shí)體系存在一定差異，在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面，需要做出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。筆者在教學(xué)過(guò)程中，充分吸收國(guó)外高校模塊化教學(xué)模式、凝練教學(xué)內(nèi)容，充分利用交互式教學(xué)方法，采用課堂講授、提問(wèn)與解答、課程項(xiàng)目、研究報(bào)告等手段，把互動(dòng)式教學(xué)方法成功應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中。課程以電能變換與控制為主線，鼓勵(lì)不同專(zhuān)業(yè)背景的學(xué)生組成研究小組對(duì)課程項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)作研究，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。[3， 4]
一、國(guó)外“新能源發(fā)電技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容與模式回顧
1.麻省理工學(xué)院（MIT）的模塊化教學(xué)模式
課程簡(jiǎn)介：課程評(píng)估當(dāng)前和未來(lái)潛在的能源系統(tǒng)，包括資源提取、轉(zhuǎn)換和最終使用技術(shù)，重點(diǎn)區(qū)域和全球能源需求。研究各種可再生能源和傳統(tǒng)能源的生產(chǎn)技術(shù)，能源最終用途和替代品，在不同國(guó)家的消費(fèi)習(xí)慣。
第一部分：能源的背景。欠發(fā)達(dá)國(guó)家日益增長(zhǎng)的能源需求、發(fā)達(dá)國(guó)家可持續(xù)的未來(lái)能源。能源概述、能源供給和需求的問(wèn)題；能源轉(zhuǎn)換和經(jīng)濟(jì)性分析，氣候變化和應(yīng)對(duì)措施。模塊1：能量傳遞和轉(zhuǎn)換方法。模塊2：資源評(píng)估和消耗分析。模塊3：能量轉(zhuǎn)換、傳輸和存儲(chǔ)。模塊4：系統(tǒng)的分析方法。模塊5：能源供應(yīng)，需求和存儲(chǔ)規(guī)劃。模塊6：電氣系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。模塊7：熱力學(xué)與效率的計(jì)算。
第二部分：具體的能源技術(shù)。模塊1：核能的基礎(chǔ)和現(xiàn)狀；核廢料處理；擴(kuò)建民用核能和核擴(kuò)散。模塊2：化石能源的燃料轉(zhuǎn)換，電源循環(huán)，聯(lián)合循環(huán)。模塊3：地?zé)崮茉吹念?lèi)型；技術(shù)、環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。模塊4：生物質(zhì)能資源和用途，資源的類(lèi)型和要求。
第三部分：能源最終用途，方案評(píng)估和權(quán)衡分析。模塊1：汽車(chē)技術(shù)和燃料經(jīng)濟(jì)政策。模塊2：生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的生命周期分析；土地使用問(wèn)題、凈能量平衡和能量整合。模塊3：電化學(xué)方法電能儲(chǔ)存、能量轉(zhuǎn)換，燃料電池。模塊4：可持續(xù)能源，非洲撒哈拉以南地區(qū)的電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)和選擇。
2.瑞典皇家理工學(xué)院（KTH）課程內(nèi)容與要求
課程內(nèi)容：替代能源和可再生能源的全方位的介紹和分析，包括整合這些解決方案以滿(mǎn)足能源服務(wù)的要求。包括現(xiàn)有和未來(lái)的替代能源，如水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、光伏、光熱，燃料處理；可再生能源系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)；動(dòng)態(tài)整合各種可再生能源。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的讀、寫(xiě)和研討主題是“先進(jìn)的可再生能源系統(tǒng)技術(shù)”，特別是通過(guò)項(xiàng)目工作和多個(gè)為期半天的研討會(huì)對(duì)相關(guān)專(zhuān)題進(jìn)行研討，每個(gè)人都參與演講和討論，并邀請(qǐng)有行業(yè)工程背景的專(zhuān)家和政策制定者來(lái)課堂參與探討，豐富課堂內(nèi)容、提升教學(xué)質(zhì)量。
課程要求：在課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生應(yīng)能夠分析和設(shè)計(jì)能源系統(tǒng)，利用風(fēng)能、生物能源、太陽(yáng)能產(chǎn)生電力或用于加熱與冷卻。完成課程后，學(xué)生能詳細(xì)說(shuō)明風(fēng)能、生物能、太陽(yáng)能基本原理和主要特點(diǎn)，以及它們之間的區(qū)別。能掌握這3種可再生能源系統(tǒng)的主要組件，了解基于化石燃料的能源系統(tǒng)對(duì)環(huán)境和社會(huì)的影響。
3.威斯康星大學(xué)（UWM）課程內(nèi)容與要求
課程內(nèi)容：學(xué)習(xí)有關(guān)國(guó)家最先進(jìn)的可再生能源系統(tǒng)，包括生物質(zhì)、電力和液體燃料，以及風(fēng)力、太陽(yáng)能、水電。學(xué)生們將對(duì)可再生能源電力和能源供應(yīng)做工程計(jì)算，并要了解可再生能源的生產(chǎn)、分配和最終使用系統(tǒng)。能源存儲(chǔ)、可再生能源政策；經(jīng)濟(jì)分析，購(gòu)買(mǎi)和銷(xiāo)售能源；風(fēng)能理論與實(shí)踐；太陽(yáng)能可用性，光熱和光伏發(fā)電系統(tǒng)；水電；地?zé)?，潮汐能和波浪發(fā)電；生物能源、生物質(zhì)燃燒熱力和電力；生物質(zhì)氣化，生物油熱解；生物燃料的生命周期評(píng)估。
課程要求：掌握基本的可再生能源系統(tǒng)的工程計(jì)算，了解可再生資源評(píng)估和能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化。確定可再生能源系統(tǒng)的環(huán)境影響。設(shè)計(jì)和評(píng)估可再生能源系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性。了解能源在社會(huì)中的關(guān)鍵作用。了解可再生能源發(fā)展的公共政策、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)。卓越學(xué)生的學(xué)習(xí)成果：能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程原則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并能分析和解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。有能力設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)、部件或過(guò)程，以滿(mǎn)足預(yù)期要求，具備解決工程問(wèn)題和有效溝通的能力。
二、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式下“新能源發(fā)電技術(shù)”教學(xué)設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解中國(guó)的能源現(xiàn)狀，掌握電源變換與控制技術(shù)的基本原理，掌握光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的基本原理及系統(tǒng)的構(gòu)成，加深對(duì)中國(guó)風(fēng)力資源和風(fēng)力發(fā)電基本原理的認(rèn)識(shí)，理解生物質(zhì)資源的利用現(xiàn)狀、轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)的基本原理，了解天然氣、燃?xì)獍l(fā)電與控制技術(shù)的基本原理和應(yīng)用情況。吸收國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)教學(xué)模塊。
1.電源變換和控制技術(shù)
內(nèi)容要點(diǎn)：電力電子器件的概念、特征和分類(lèi)，不可控器件——電力二極管，半控型器件——晶閘管，電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管——電力MOSFET，絕緣柵雙極型晶體管——IGBT；AC—DC變換電路：二極管整流器——不控整流，晶閘管整流器——相控整流，PWM整流器——斬波整流；DC—DC變換電路：?jiǎn)喂懿桓綦x式DC—DC變換器，隔離式DC—DC變換器；DC—AC變換電路原理、分類(lèi)、參數(shù)計(jì)算；AC—AC變換電路。
課堂提問(wèn)：晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷條件是什么？相控整流與PWM整流電路區(qū)別是什么？交流調(diào)壓電路的基本原理是什么？什么是逆變？如何防止逆變失敗？
課程項(xiàng)目1：讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)50kW的相控整流和PWM整流電路，進(jìn)行MATLAB仿真分析，比較兩種整流電路的區(qū)別，要求分組討論、制作PPT演講，撰寫(xiě)研究報(bào)告。
2.風(fēng)能、風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù)
內(nèi)容要點(diǎn)：風(fēng)的產(chǎn)生、特性與應(yīng)用；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)與工作原理；風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)、控制要求和功率調(diào)節(jié)控制；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行和功率補(bǔ)償：同步發(fā)電機(jī)組、異步發(fā)電機(jī)組和雙饋異步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行和功率補(bǔ)償。
課堂提問(wèn)：簡(jiǎn)述風(fēng)能轉(zhuǎn)換的基本原理。風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)有哪些？具體怎么求解？風(fēng)力機(jī)有哪幾種分類(lèi)方法？
課程項(xiàng)目2：讓學(xué)生設(shè)計(jì)基于全功率變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在課程項(xiàng)目1的PWM整流電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)整流和逆變電路及其控制算法，進(jìn)行MATLAB仿真，驗(yàn)證工作原理，要求分組討論、制作PPT演講、撰寫(xiě)研究報(bào)告。
3.太陽(yáng)能、光伏發(fā)電與控制技術(shù)
內(nèi)容要點(diǎn)：太陽(yáng)能利用方式、分類(lèi)及原理，中國(guó)光伏發(fā)電的歷史和研究現(xiàn)狀；太陽(yáng)能電池的工作原理，太陽(yáng)能電池材料的光學(xué)性質(zhì)、等效電路、輸出功率和填充因數(shù)，太陽(yáng)能電池的效率、影響效率的因素及提高的途徑；太陽(yáng)能電池制造工藝，多、單晶硅制造技術(shù)；太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成，正弦波PWM技術(shù)，逆變器基本特性及評(píng)價(jià)；獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成；并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類(lèi)、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、供電形式和設(shè)備構(gòu)成。
課堂提問(wèn)：多晶硅和單晶硅的制造工藝有什么不同？根據(jù)制作工藝的不同它們各有什么特點(diǎn)？什么是正弦波PWM逆變技術(shù)？并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成？
課程項(xiàng)目3：讓學(xué)生設(shè)計(jì)小功率并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，在課程項(xiàng)目2逆變電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)單相及三相逆變電路及其控制算法，進(jìn)行MATLAB仿真，驗(yàn)證工作原理，要求分組討論、制作PPT演講、撰寫(xiě)研究報(bào)告。
4.生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)
內(nèi)容要點(diǎn)：生物質(zhì)能的定義、生物質(zhì)資源特點(diǎn)及類(lèi)別；生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換和發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換的能源模形式，城市垃圾、生物質(zhì)燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)；生物質(zhì)熱裂解發(fā)電技術(shù)的分類(lèi)、生物質(zhì)熱裂解機(jī)理，生物質(zhì)熱裂解技術(shù)及裝置簡(jiǎn)介；我國(guó)生物質(zhì)能的利用現(xiàn)狀及開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能的必要性，生物質(zhì)能發(fā)電前景。
課堂提問(wèn)：生物質(zhì)能的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)如何揚(yáng)長(zhǎng)避短充分利用生物質(zhì)資源？生物質(zhì)熱裂解的機(jī)理是什么？請(qǐng)?jiān)敿?xì)分析說(shuō)明。影響生物質(zhì)熱裂解的因素有哪些？具體是如何影響的？
5.天然氣、燃?xì)獍l(fā)電與控制技術(shù)
內(nèi)容要點(diǎn)：天然氣水合物的概念，形成機(jī)理及化學(xué)性質(zhì)；天然氣的綜合利用、環(huán)境價(jià)值與發(fā)展前景；小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的原理及用途、主要形式及應(yīng)用前景；燃?xì)廨啓C(jī)組的電能變換與控制系統(tǒng)、電網(wǎng)供電及控制；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行與控制策略，DC-AC低頻并網(wǎng)逆變技術(shù)，DC-AC/ AC-DC-AC三級(jí)變換高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變技術(shù)；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組高頻并網(wǎng)逆變的控制策略。
課堂提問(wèn)：小型燃?xì)廨啓C(jī)組并網(wǎng)發(fā)電的原理是什么？簡(jiǎn)述燃?xì)廨啓C(jī)組電能變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組高頻并網(wǎng)逆變是如何實(shí)現(xiàn)的？
三、結(jié)束語(yǔ)
在充分吸收國(guó)外高校“新能源發(fā)電技術(shù)”模塊化教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，以人才培養(yǎng)為中心，凝練教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法，提高了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，課堂互動(dòng)得到明顯改善，不同專(zhuān)業(yè)背景的學(xué)生能夠?qū)φn程項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)作研究，發(fā)揮各自的特長(zhǎng)收集和吸收國(guó)外前沿技術(shù)，在PPT演講、研究報(bào)告撰寫(xiě)方面鍛煉了學(xué)生的綜合能力，取得了良好的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)：
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[2]王三義.淺談新能源發(fā)電技術(shù)[J].中國(guó)電力教育，2011，（15）：92-93.
關(guān)鍵詞:壓電效應(yīng);新能源發(fā)電;壓電發(fā)電;微機(jī)電;自供電
中圖分類(lèi)號(hào):TN76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):16749944(2010)10016503
1 當(dāng)前世界能源利用現(xiàn)狀
能源是科技發(fā)展的關(guān)鍵。歷史上主要技術(shù)的發(fā)展都與新能源的利用或能源利用方法的改進(jìn)有關(guān)。人類(lèi)的一切活動(dòng)都離不開(kāi)能源,社會(huì)向前發(fā)展是以能源消費(fèi)為前提的。自然界的能量總是遵守能量守恒定律,目前,工、農(nóng)業(yè)所需的能量來(lái)源主要是石油、煤、天然氣等。根據(jù)目前能源的消耗速度,在不久的將來(lái),石油、煤、天然氣等能源必將耗盡。因此,能源危機(jī)并非是虛幻。針對(duì)能源危機(jī),應(yīng)降低能源消耗速度,進(jìn)行能量回收再利用,同時(shí)尋找并開(kāi)發(fā)新能源。以上3種方法中最有前景的是尋找并開(kāi)發(fā)新能源,近年來(lái)利用壓電材料進(jìn)行能量收集的研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注,壓電材料是一種節(jié)能型環(huán)保材料,綠色安全,不會(huì)產(chǎn)生有毒有害的殘留物質(zhì),符合可持續(xù)發(fā)展的要求。壓電發(fā)電是依靠外界振動(dòng)使壓電材料發(fā)生變形而發(fā)電,其可利用的振動(dòng)源無(wú)處不在,其應(yīng)用不受場(chǎng)地的限制,也不需要專(zhuān)設(shè)場(chǎng)地,其應(yīng)用的伸縮性及活動(dòng)性強(qiáng)。同時(shí)利用壓電材料制作的壓電發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),成本低,可大型化批量生產(chǎn)。
2 壓電發(fā)電技術(shù)的工作原理及研究現(xiàn)狀
2.1 壓電發(fā)電工作原理――壓電效應(yīng)
壓電效應(yīng)分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng) 。某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí),其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象,同時(shí)在它的2個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后,它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài),這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí),電荷的極性也隨之改變。相反,當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng),這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形,電場(chǎng)去掉后,電介質(zhì)的變形隨之消失,這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng),或稱(chēng)為電致伸縮現(xiàn)象。準(zhǔn)確地說(shuō),壓電發(fā)電技術(shù)是利用壓電材料的正壓電效應(yīng),將機(jī)械振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目標(biāo)[1]。
2.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況
近幾十年來(lái),利用壓電材料將環(huán)境中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的研究越來(lái)越受人們的重視,國(guó)內(nèi)外許多科學(xué)家對(duì)壓電材料的實(shí)驗(yàn)研究都已經(jīng)證明壓電材料有著廣泛的用途,對(duì)壓電材料特性的研究和發(fā)電能力的研究與探討也已經(jīng)獲得了實(shí)質(zhì)性的效果,這些為實(shí)現(xiàn)壓電材料發(fā)電在實(shí)際中的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前,關(guān)于壓電發(fā)電與能量存儲(chǔ)技術(shù)的研究在美國(guó)、日本、荷蘭、以色列、西班牙等許多國(guó)家已經(jīng)逐步深入,并且取得了一定的實(shí)驗(yàn)成果,但國(guó)內(nèi)壓電發(fā)電技術(shù)的研究尚處于起步階段。
2.3 壓電發(fā)電的應(yīng)用實(shí)例
2.3.1 壓電發(fā)電保暖鞋
國(guó)外所研究的壓電發(fā)電裝置大多屬于人力發(fā)電機(jī),其中對(duì)“壓電發(fā)電鞋”研究的報(bào)道最多。壓電發(fā)電鞋原理就是把壓電材料發(fā)電裝置置入鞋底,通過(guò)走路時(shí)腳對(duì)鞋底的沖擊使壓電材料變形而產(chǎn)生電量[2,3],達(dá)到保暖的效果。這種發(fā)電裝置的發(fā)電功率可滿(mǎn)足戶(hù)外登山運(yùn)動(dòng)員的腳底保暖和陸上部隊(duì)在野外軍事行動(dòng)中的保暖使用需求,這項(xiàng)技術(shù)的成功運(yùn)用展示了壓電發(fā)電與能量存儲(chǔ)技術(shù)的光明前景。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在也開(kāi)發(fā)出了壓電發(fā)光鞋,原理跟上述壓電保暖鞋相似。
2.3.2 壓電發(fā)電型電池充電器
維基尼亞科學(xué)家HENRY A.SODANO等在比較利用電容存儲(chǔ)電能不足的前提下,第一次證明了利用壓電材料制作的發(fā)電系統(tǒng)給電池充電的可行性。并且得出壓電振子在諧振工作條件下給一個(gè)40mAh電池充電時(shí)間不到1h,利用隨機(jī)頻率充電需要1.5h的結(jié)果[4]。這項(xiàng)研究結(jié)果使利用壓電材料進(jìn)行能量收集的方法更加趨于實(shí)用化,同時(shí)也擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
2.3.3 無(wú)源安全帶檢測(cè)裝置
阿爾卑斯電氣公司開(kāi)發(fā)了一種無(wú)源安全帶檢測(cè)裝置,解決了車(chē)內(nèi)布線難的問(wèn)題。此裝置是通過(guò)將壓電元件和無(wú)線電路嵌入到安全帶帶扣中,利用解下安全帶時(shí)的動(dòng)作,對(duì)壓電元件施加壓力使其發(fā)電來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)線電路,就能向司機(jī)通報(bào)安全帶使用情況。無(wú)線電路使用遙控車(chē)門(mén)系統(tǒng)所用的頻帶315MHz或433MHz[5]。
2.3.4 利用公路路面振動(dòng)進(jìn)行壓電發(fā)電
以色列科學(xué)家表示,他們已經(jīng)找到一種利用汽車(chē)運(yùn)動(dòng)讓街道和公路發(fā)電的方法。據(jù)負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的科學(xué)家海姆 阿布拉莫維奇稱(chēng)該技術(shù)可以讓汽車(chē)在耗能的同時(shí)也能產(chǎn)生新的能量,這項(xiàng)技術(shù)的奧秘在于路面下鋪設(shè)了一種特殊的材料――微型壓電晶體,這種壓電晶體在受到擠壓變形時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量電量(相當(dāng)于將等量的正負(fù)電荷分離,出現(xiàn)了電壓),而當(dāng)成千上萬(wàn)個(gè)壓電晶體被植入公路表面時(shí),公路便可產(chǎn)生巨大的電能。研究人員還表示,這種發(fā)電系統(tǒng)的具體發(fā)電能力取決于路面上通行車(chē)輛的數(shù)量、重量和行駛速度,理想情況下每千米路段每小時(shí)的發(fā)電量可達(dá)400 kWh,足以供應(yīng)800戶(hù)人家的日常用電需求[6]。
2.3.5 發(fā)電舞池
全世界第1家通過(guò)跳舞發(fā)電的迪廳在荷蘭鹿特丹開(kāi)業(yè)。在這家名為“瓦特俱樂(lè)部”的迪廳,舞池中大約1/3的用電是由跳舞的賓客們自己制造。2009年7月10日,坐落在倫敦繁華的國(guó)王十字大街的生態(tài)環(huán)保夜總會(huì)開(kāi)張納客。環(huán)保夜總會(huì)提供有機(jī)飲料、選用可回收餐具、在衛(wèi)生間安裝水循環(huán)系統(tǒng)以節(jié)約用水,最具創(chuàng)新的是它有一個(gè)會(huì)發(fā)電的舞池。當(dāng)年輕男女在舞池中翩翩起舞時(shí),地板可以將他們隨音樂(lè)舞動(dòng)而產(chǎn)生的能量通過(guò)地板下面的彈簧和一系列發(fā)電裝置轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存在充電電池中,據(jù)說(shuō)采用這套裝置,理想情況下可以解決夜總會(huì)60%的電力需求,舞迷們?cè)诳駳g之余也為環(huán)保“踩”出了積極的貢獻(xiàn)[7]。
2.3.6 海浪使壓電材料發(fā)電
新澤西州普林斯頓海洋動(dòng)力技術(shù)公司研究一種從海洋中獲取廉價(jià)而潔凈能源的方法,即把一種壓電聚合物置于海浪和海流中,利用海浪和海流產(chǎn)生的壓力和應(yīng)力使壓電聚合物發(fā)電。據(jù)估算,一個(gè)100MW的發(fā)電系統(tǒng),其浮體可能要覆蓋約7.7km2的海面,它發(fā)出的電力足夠供一個(gè)2萬(wàn)人的城市用電。壓電發(fā)電機(jī)的發(fā)電成本是很有競(jìng)爭(zhēng)力的,在有些地方每千瓦時(shí)的電只需要1~3美分。因?yàn)楹＠耸恰懊赓M(fèi)”的,而壓電聚合物很少需要甚至不需要維修。壓電聚合物對(duì)有腐蝕性的海水有良好的抗蝕性,且不透水,設(shè)計(jì)壽命可以達(dá)20年,而且還可以回收利用[8]。
3 壓電發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
3.1 向微能源器件發(fā)展
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是21世紀(jì)重要的研究領(lǐng)域之一,而微能源器件是MEMS的一個(gè)重要分支,其發(fā)展直接關(guān)系到MEMS在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。當(dāng)前,很多領(lǐng)域解決方案只適用于短壽命周期?；趬弘姴牧系陌l(fā)電裝置雖然只能產(chǎn)生小級(jí)別的電力,一般在微瓦到毫瓦之間,但對(duì)于微功耗系統(tǒng)已經(jīng)足夠。目前,壓電技術(shù)在加速度傳感器、變壓器、變頻器、濾波器等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用,但作為獨(dú)立的微能源器件來(lái)滿(mǎn)足商業(yè)和生活需求的壓電電源還僅僅處于實(shí)驗(yàn)原型階段。隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的不斷深入,高壽命的便攜式壓電電源必將出現(xiàn),以推動(dòng)電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和MEMS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
3.1.1 壓電馬達(dá)
壓電馬達(dá)是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng),把電信號(hào)加到壓電陶瓷-金屬構(gòu)成的定子上,使定子產(chǎn)生一定軌跡的機(jī)械振動(dòng),驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的新型電機(jī)。由于定子的振動(dòng)頻率多數(shù)工作在超聲頻范圍,因此也稱(chēng)為超聲波電機(jī)或超聲馬達(dá)。壓電馬達(dá)的超靜運(yùn)行適用于醫(yī)院、賓館、辦公室等要求低噪聲的場(chǎng)合。它的大能量密度適用于機(jī)器人的驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)過(guò)程中不需要齒輪裝置,適用于精密定位裝置中。在汽車(chē)工業(yè)和航天工業(yè)中壓電馬達(dá)也有著廣泛的應(yīng)用前景。特別是在航天領(lǐng)域,它有著電磁馬達(dá)所不可替代的地位:一臺(tái)大型的航天器(如太空站),需要眾多的電動(dòng)機(jī),采用超聲馬達(dá),不僅不產(chǎn)生電磁干擾,而且還能實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的定位控制和鎖定位置的自保持功能,減小航天器的重量和體積.超聲馬達(dá)的一系列優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越引起航天領(lǐng)域內(nèi)許多專(zhuān)家、學(xué)者的興趣和重視。
3.1.2 替代傳統(tǒng)的電聲器件
電聲器件是指電與聲音轉(zhuǎn)換的器件,傳統(tǒng)的電聲器件主要是利用電磁效應(yīng)、靜電感應(yīng)效應(yīng)等原理來(lái)實(shí)現(xiàn)電與聲的轉(zhuǎn)換,而壓電電聲器件是利用壓電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,壓電電聲器件不需要外接電源,它能夠采集環(huán)境中的能量,為器件供電。主要有壓電傳聲器、壓電耳機(jī)、壓電受話器等。壓電電聲器件具有體積小、重量輕、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),有很大的發(fā)展前途。
3.1.3 壓電變壓器
壓電變壓器是20世紀(jì)50年代開(kāi)始研制,并于70年展起來(lái)的新型電子變壓器。早期使用鈔酸鋇材料,轉(zhuǎn)換效率很低,實(shí)用價(jià)值不大。隨著欽餡酸鉛等高壓電常數(shù)、高KA和高Qm壓電陶瓷材料的出現(xiàn),壓電變壓器的研制才取得了顯著進(jìn)展。與傳統(tǒng)的線繞變壓器相比,壓電變壓器具有體積小、重量輕、耐高溫、耐輻射、高可靠、使用時(shí)不會(huì)擊穿,且不產(chǎn)生電磁干擾等優(yōu)良特性。壓電變壓器也具有電壓變換、阻抗變換和電流變換等功能,壓電變壓器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于批量生產(chǎn)。近10多年來(lái)壓電變流器得到了迅速發(fā)展,并在筆記本電腦中成功應(yīng)用,隨著壓電變壓器的設(shè)計(jì)、制作和應(yīng)用等方面的問(wèn)題得到解決,壓電變壓器代替電磁變壓器不再是夢(mèng)想。
3.2 集成實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自供電技術(shù)
在便攜式和無(wú)線電子市場(chǎng)不斷繁榮的今無(wú),能量捕獲是其自供電的一個(gè)關(guān)鍵。未來(lái)能量捕獲的研究將集中在能量捕獲、存儲(chǔ)和應(yīng)用電路等方面,以解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式傳感器等領(lǐng)域的供電問(wèn)題,這方面已經(jīng)有初步的研究,如將能量捕獲裝置和狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備集成在一起構(gòu)成完全的供電感應(yīng)單元,用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)[9]。這類(lèi)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展將促使能量捕獲方法從純粹的實(shí)驗(yàn)向?qū)嵱梅矫姘l(fā)展。通過(guò)壓電檢測(cè)與控制傳感器集成,利用壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)能設(shè)計(jì)制作出各種各樣的檢測(cè)與控制傳感器,以實(shí)現(xiàn)不同的需求。在一些特殊的場(chǎng)合,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自供電越來(lái)越重要,自供電的關(guān)鍵是能量捕獲。在這一方面,壓電材料有著顯著的優(yōu)點(diǎn),能夠消除工作環(huán)境的限制。
3.3 壓電發(fā)電技術(shù)與旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)合
當(dāng)前,能量捕獲裝置基本上都是將設(shè)備周?chē)恼駝?dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能。而為了控制噪聲和減少機(jī)械零部件的疲勞損傷,很多場(chǎng)合都會(huì)盡力抑制設(shè)備的振動(dòng),這使得振動(dòng)能量的捕獲更加團(tuán)難。但旋轉(zhuǎn)機(jī)械有大量可以轉(zhuǎn)換的動(dòng)能,即使效率低的壓電發(fā)電裝置也可以提供大部分電器設(shè)備所需的能量。當(dāng)前,從旋轉(zhuǎn)機(jī)械上收集能量的裝置有高速公路中的視線導(dǎo)航標(biāo)識(shí)等,但其他方面的研究很少見(jiàn)。因此,壓電發(fā)電技術(shù)與旋轉(zhuǎn)機(jī)械的結(jié)合將成為下一步研究的重點(diǎn)[10]。
4 結(jié)語(yǔ)
從微電量在點(diǎn)火裝置傳感器和壓電器件的應(yīng)用,到壓電能量的大量捕獲,這是壓電技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。根據(jù)實(shí)際的振動(dòng)環(huán)境,選擇更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)配置、壓電振子村料和幾何參數(shù),以及高效的能量轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)電路是提高振動(dòng)能量捕獲量和捕獲效率的必要途徑。壓電發(fā)電是一種綠色環(huán)保的新能源發(fā)電技術(shù),具有很好的發(fā)展前景,必定會(huì)是將來(lái)新能源開(kāi)發(fā)工程中的一個(gè)重要部分。
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