聊聊讓國人自豪的再生能源發電

一、可再生能源發電概念

可再生能源泛指利用多種用之不盡、取之不竭的能源，這種能源是可以再生的，是人類歷史時期內都不會耗盡的能源來發電。一般是指水力發電、風力發電、 生物質發電、太陽能發電、海洋能發電和地熱能發電等。

發展綠色能源對改善能源消耗結構具有不可替代的作用。我國已成為全球綠色能源發展的核心驅動者和綠色能源技術進步的重要領導者。

二、各類可再生能源發電簡介

1.水力發電

水力發電的基本原理是利用水位落差 ，配合水輪發電機產生電力，也就是利用水的位能轉為水輪的機械能，再以機械能推動發電機，而得到電力?？茖W家們以此水位落差的天然條件，有效地利用流力工程及機械物理等，精心搭配以達到最高的發電量，供人們使用廉價又無污染的電力。

①種類

按集中落差的方式分類：堤壩式水電廠，引水式水電廠，混合式水電廠，潮汐水電廠和抽水蓄能電廠。

按徑流調節的程度分類：無調節水電廠和有調節水電廠。

按照水源的性質，一般稱為常規水電站，即利用天然河流、湖泊等水源發電。

按水電站利用水頭的大小，可分為高水頭（70米以上）、中水頭（ 15-70米）和低水頭（低于15米）水電站。

按水電站裝機容量的大小，可分為大型、中型和小型水電站。

一般將裝機容量在5,000kW以下的稱為小水電站，5,000至100,000kW的稱為中型水電站，10萬kW或以上的稱為大型水電站或巨型水電站。

②流程

慣常水力發電的流程為：河川的水經由攔水設施攫取后，經過壓力隧道、壓力鋼管等水路設施送至電廠，當機組須運轉發電時，打開主閥（類似家中水龍頭之功能），后開啟導翼（實際控制輸出力量的小水門）使水沖擊水輪機，水輪機轉動后帶動發電機旋轉，發電機加入勵磁后，發電機建立電壓，并于斷路器投入后開始將電力送至電力系統。

如果要調整發電機組的出力，可以調整導翼的開度增減水量來達成，發電后的水經由尾水路回到河道，供給下游的用水使用。

2.風力發電

把風的動能轉變成機械動能，再把機械能轉化為電力動能，這就是風力發電。

其原理是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三米的微風速度，便可以開始發電。風力發電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發電不需要使用燃料，也不會產生輻射或空氣污染。風力發電所需要的裝置，稱作風力發電機組。這種風力發電機組，大體上可分風輪 (包括尾舵)、發電機和鐵塔三部分。（大型風力發電站基本上沒有尾舵， 一般只有小型包括家用型才會擁有尾舵）

盡管風力發電機多種多樣， 但歸納起來可分為兩類：一是水平軸風力發電機，風輪的旋轉軸與風向平行；二是垂直軸風力發電機，風輪的旋轉軸垂直于地面或者氣流方向。

風力發電機因風量不穩定，故其輸出的是13～25V變化的交流電，須經充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發電機產生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流220V市電，才能保證穩定使用。

3.生物質發電

生物質發電是利用生物質所具有的生物質能進行的發電，是可再生能源發電的一種包括農林廢棄物直接燃燒發電、農林廢棄物氣化發電、垃圾焚燒發電、垃圾填埋氣發電、沼氣發電。

目前我國生物質能發電技術有三類，包括生物質燃燒發電技術、氣化發電技術、沼氣發電技術。

① 生物質燃燒發電技術

A．生物質能直接燃燒發電技術此技術已基本成熟，已進入推廣階段。將收集來的生物質經過簡單處理或直接將生物質投入到燃燒爐中燃燒發電該項技術需要有特制的然燒爐設備。由于生物質體積大密度低，給收集和運輸生物質帶來了困難，同時這樣的生物質燃燒值也較低。

B．生物質成型燃燒發電技術生物質成型是將稻殼、木屑、花生殼、甘蔗渣等生物質原料粉碎到一定粒度，在高壓條件下，利用機械擠壓成一定的形狀。生物質成型燃料具有型煤和木柴的許多特點，可以在許多場合替代煤和木柴作為燃料。

其缺點是成型機械磨損嚴重，配套設施復雜，在設備的實用性、系列化、規?；线€很不足，距國際先進水平還有不小的差距。

②氣化發電技術

生物質氣化發電是處于初步商業化的技術，主要是利用氣化技術，把生物質廢物轉換為可燃氣體，經除焦油等凈化處理后，送至氣體內燃發電機發電。生物質氣化發電的經濟性良好，因此開發中等規模生物質發電技術將有很好的經濟效益和發展前景。氣化爐是生物質氣化的主要設備其主要有固定床氣化爐和流化床氣化爐。

③沼氣發電技術

沼氣然燒發電是隨著沼氣綜合利用的不斷發展而出現的一項沼氣利用技術，它將沼氣用于發動機上，并裝有綜合發電裝置，以產生電能和熱能，是有效利用沼氣的一種重要方式。目前用于沼氣發電的設備主要有內燃機和汽輪機。

目前我國在沼氣發電方面的研究工作主要集中在內燃機系列上。

4.太陽能發電

太陽能是一種極為豐富的能源，與地下資源不同，是永遠不會枯竭的。只要有太陽，任何人都能享受到太陽的恩惠。每小時照射地球的太陽能相當于全世界消費的每小時能量的約1萬倍。假如儲存太陽能1小時的能量，其能量能夠滿足全人類364天加23小時的能源消耗。所以太陽能是非常強大的，是一種清潔能源，在這環境污染日益嚴重的今天，尤為重要。

目前，太陽能發電有兩種方法。一種是先將太陽能轉換為熱能，然后按常規方法發電，稱為太陽能熱發電。另一種是通過光電器件(如太陽能電池)將太陽能直接轉換為電能，稱為太陽能光發電，亦稱光伏太陽能發電。

利用太陽熱能發電，首先要收集太陽光輻射并將其轉換成熱能，然后再按常規方法發電。太陽能熱電轉換系統主要有兩種：分散集熱系統和中央接收系統。分散集熱系統主要是通過集熱器場收集太陽能，并以流體或化學物質為載體，經管網系統將其輸送到熱電轉換裝置中心。中央接收系統是一個巨大的、統一控制的、可以追綜太陽的反射鏡(稱為定日鏡)場，太陽能輻射集中反射到裝在中心塔頂的接收器上，在接收器內產生高溫、高壓蒸汽，驅動汽輪發電機發電。

太陽能光發電是利用太陽能電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池，太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽能電池組件，再配合控制器和逆變器等部件就形成光伏發電裝置?？芍圃焯柲茈姵氐陌雽w材料已發現十幾種，除硅系列(單晶硅、多晶硅、非晶硅)太陽能電池外，還有多元半導體太陽能電池等。光伏發電的優點是較少受到地域限制，因為陽光普照大地，光伏系統還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電、供電。目前光伏太陽能發電已廣泛應用于宇宙開發、光伏電站、航空、航天、航海、氣象、通信、交通等各個領域。

5.海洋能發電

海洋能通常是指海洋中蘊藏的可再生能源，主要包括波浪能、潮汐能、風能、海流能、溫差能、鹽差能等

①風能

國內風能從剛開始起步時的補充能源，變成現在的替代能源，是中國發展最快的綠色能源。在我國陸地風電場建設快速發展的近些年，人們已經注意到陸地風能利用所受到的一些限制，將目光逐漸轉向了風速大、風向較穩定的海上風能。根據國內外已經建成的海上風電場投資比例及一些研究成果，風機基礎約占風電場總成本的20%～30%，是造成海上風電成本較高的原因之一。當然建設海上風電也有幾大優點，主要是：

A．海上吹程長，摩擦力小，風速大。大家知道能量和速度的二次方成正比，如果海上風速是陸地上的1.5倍，輸出功率則是2倍多。

B．采用海上運輸能吊裝更大的機組，因此海上可以安裝更大型的裝置。

C．近海風場往往距離沿海人口密集地區較近，減少了電力運輸的損耗。

D．不會占用陸地的寶貴資源，尤其是西歐、東亞的沿海人口密集地區。

②潮汐能

潮汐是一種蘊藏量極大、取之不盡、用之不竭、不需開采和運輸、潔凈無污染的可再生能源。建設潮汐電站，不需要移民，不淹沒土地，沒有環境污染問題，還可以結合潮汐發電發展圍墾、水生養殖和海洋化工等綜合利用項目。

潮汐發電與普通水利發電原理類似，通過出水庫，在漲潮時將海水儲存在水庫內，以勢能的形式保存，然后，在落潮時放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉，帶動發電機發電，如下圖所示。差別在于海水與河水不同，蓄積的海水落差不大，但流量較大，并且呈間歇性，從而潮汐發電的水輪機結構要適合低水頭、大流量的特點。

③波浪能

顧名思義，波浪能發電是以波浪的能量為動力生產電能。海洋波浪蘊藏著巨大的能量，通過某種裝置可將波浪的能量轉換為機械的、氣壓的或液壓的能量，然后通過傳動機構、氣輪機、水輪機或油壓馬達驅動發電機發電。

波浪能利用裝置的種類繁多，關于波能轉換裝置的發明專利超過千項。這些裝置主要基于以下幾種基本機理：①利用物體在波浪作用下的振蕩和搖擺運動；②利用波浪壓力的變化；③利用波浪的沿岸爬升將波浪能轉換成水的勢能等。

④溫差能

海洋溫差發電是利用熱帶及亞熱帶海洋表層和深層海水間存在的溫差進行發電。在低緯度的海域，比如我國的南海和東海的一部分海域，海洋表層海水的溫度可以高達25℃以上，而海面以下500米的海水溫度卻只有4℃～5℃，二者存在20℃以上的溫差。

海洋溫差發電的原理是利用蒸汽推動汽輪機旋轉發電，就是利用溫水泵把表層溫度較高的海水抽上送往蒸發器，液氨吸收了表層溫海水的能量，沸騰并變為氨氣，氨氣經過汽輪機（氨透平）的葉片通道，膨脹做功，推動汽輪機旋轉。隨后，氨氣進入冷凝器，深層的冷海水重新將其冷凝為液態氨，再由氨泵將其送入蒸發器，而經歷熱交換后溫度較高的海水會再次被抽回海洋，如此在閉合回路中反復進行蒸發、膨脹、冷凝。

6.地熱發電

地熱發電是利用地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發電技術。其基本原理與火力發電類似, 也是根據能量轉換原理, 首先把地熱能轉換為機械能, 再把機械能轉換為電能。地熱發電實際上就是利用天然的地熱水蒸氣, 或由地熱水加熱的低沸點工質蒸汽, 驅動汽輪機做功, 將熱能轉變為機械能, 然后再將機械能轉變為電能的能量轉變過程。

我國地熱資源類型分為淺層地熱資源, 水熱型地熱資源和干熱巖資源。但目前只有水熱型地熱資源能用于商業發電, 水熱型地熱資源又分為: 干蒸汽、濕蒸汽和地熱水。由于地熱資源性質不 同, 其發電方法也不同, 目前有背壓發電、凝汽 發電、閃蒸發電、雙工質發電、全流發電。因此 地熱發電至關重要的問題, 是要選擇好合適的能 量轉換系統 ( 或熱力系統 ), 以便合理和充分的利用地熱資源。

地熱發電是地熱利用的最重要方式。地熱發電是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變為機械能，然后帶動發電機發電。將地熱流體所運載的熱能轉換為電能的系統，可分為地熱閃蒸發電系統、地熱雙工質循環發電系統、地熱全流發電系統、地熱干蒸汽發電系統以及地熱聯合發電系統。

三、我國可再生能源發電的發展現狀

1.可再生能源發電量占全社會用電量的29.7%

近日，國家能源局新能源司副司長熊敏峰在《中國可再生能源發展報告2021》發布會上表示，“截至2021年底，我國可再生能源裝機突破10億千瓦，占全國電力裝機的44.8%，水電、抽水蓄能、風電、太陽能發電、生物質發電裝機規模均居世界第一；可再生能源發電量2.48萬億千瓦時，占全社會用電量的29.7%；可再生能源利用總量達到7.5億噸標準煤，占一次能源消費總量的14.2%。

2.我國可再生能源發電總裝機突破11億千瓦

據最新統計，截至今年5月底，我國可再生能源再創新高，發電裝機容量超過11億千瓦。

同比增長15.1%?？稍偕茉吹目焖侔l展為構建清潔低碳、安全高效的能源體系作出了積極貢獻?！?/p>

1-5月，全國可再生能源發電新增裝機4349萬千瓦，占全國發電新增裝機的82.1%，已成為我國發電新增裝機的主體。

1-5月，全國可再生能源發電量達到1.06萬億千瓦時，同比增長16.8%，約占全社會用電量的31.5%。

3. 跨越式發展

當下的中國，從沙漠戈壁到蔚藍大海，從世界屋脊到廣袤平原，可再生能源發展展現出勃勃生機。在金沙江上，世界第二大的白鶴灘水電站累計生產清潔電能突破300億千瓦時，不斷提升我國電力供應保障能力。在浙江溫嶺，全國首座潮光互補型光伏電站已投入運行。我國以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點的大型風電光伏基地建設也已拉開大幕，目前第一批約1億千瓦的大型風電光伏基地項目已開工超過9500萬千瓦?！笆奈濉睍r期，我國可再生能源發電量增量在全社會用電量增量中的占比將超過50%，風電和太陽能發電量將實現翻倍。

四、環境效益

1.未來以再生能源為主

在未來國家能源的戰略布局中，可再生能源將占據越來越重要的位置。據有關部門預測，到2050年，我國能源供應將以可再生能源為主，其中主要將依賴風能和太陽能，煤炭消耗量將降至最低。

2.可再生能源：未來我國最安全、最環保、最經濟的能源

“價格低廉”、“穩定供給”、“清潔環?！笔侨祟惿鐣δ茉吹幕疽?，過去也被稱為能源“不可能三角”。專家們認為任何一種能源只能具備一到兩種優勢，如火電價格低廉，供應穩定，但對環境影響較大，太陽能和風能都被認為昂貴又不穩定。對此全國人大代表、陽光電源董事長曹仁賢有不同觀點：“一直以來光伏被認為是價格高昂的能源，但近期中東2GW的光伏項目度電價格已到1毛人民幣，在很多場合可再生能源經濟性已經遠超化石能源，也為我們可再生能源長期發展奠定了基礎。隨著可再生能源制氫、儲氫技術與產業的成熟完善，可再生能源即使不考慮清潔環保的優勢，也完全可以同化石能源競爭?！彼J為可再生能源即將把能源“不可能三角”變為“可能三角”，成為最安全、最環保、最經濟、最便利的能源，在實現能源安全的同時實現氣候安全和經濟安全。

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