新型發電技術研究論文

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【摘要】在發電領域減少二氧化碳產生的途徑包括：提高發電效率減少燃耗；采用原子能發電；使用再生(天然)能源。每單位發電量二氧化碳的產生，以礦物燃料發電最高，特別是燒煤電廠。再生能源發電雖然設施的建造會產生二氧化碳，但發電本身不會產生二氧化碳。因此，增加使用再生能源發電和有效使用礦物燃料，是抑制產生二氧化碳的有效方法

人口是影響能耗的重要因素，全球人口的增加將造成能耗增加，導致大氣層中二氧化碳濃度上升，使氣溫上升，全球變暖。

在發電領域減少二氧化碳產生的途徑包括：提高發電效率減少燃耗；采用原子能發電；使用再生(天然)能源。每單位發電量二氧化碳的產生，以礦物燃料發電最高，特別是燒煤電廠。再生能源發電雖然設施的建造會產生二氧化碳，但發電本身不會產生二氧化碳。因此，增加使用再生能源發電和有效使用礦物燃料，是抑制產生二氧化碳的有效方法。

再生能源發電技術可分為水力發電；風力發電；太陽能發電(太陽─熱發電和光伏發電)；海洋發電(海洋-熱能轉換、潮汐、洋流、海波)；地熱發電。

水力發電

水力發電是目前發電技術中每單位發電量產生二氧化碳最低的。它不會產生破壞環境的物質；在徑流式水電站的情況下，也不需要水庫，對保護環境最為有利。在水庫型和抽水儲能型電站情況下，必須考慮水庫建造對環境的影響。

風力發電

歐洲和美洲在風力渦輪的發展上處于領先地位，隨著在美國公用事業管理政策條例(PURPA)的制定和加州減免賦稅，它們的實際應用迅速取得進展。三菱重工(MHI)已在美國加州安裝了660臺275千瓦級的風力渦輪。實際應用的這些渦輪機，其輸出功率范圍從100千瓦到600千瓦，而兆瓦級的風力渦輪目前正處于中試階段。在日本，迄今輸出功率最高為300-400千瓦，但MHI開發的500千瓦級的渦輪在1996年10月已成功運轉。

太陽-熱發電

太陽能發電技術可分為太陽-熱發電和光伏發電。在前一種情況下，通過搜集的太陽熱能，用水或低沸點流體直接或間接產生的蒸汽驅動汽輪發電機；在后一種情況下，通過p-型和n-型半導體的組合，將陽光直接轉換為電。太陽-熱發電又分為直接和間接(二元循環)型發電系統。在前一種情況下，使用一臺冷凝器，通過直接產生的蒸汽驅動汽輪機；而在后一種情況下，是在主系統使用一種沸點高于水的熔鹽或液態鈉，通過熱交換加熱輔助系統內的工作流體-水或低沸點流體產生蒸汽。雖然前一種系統簡單，但熱效率低于后者，難以在高溫下取得蒸汽，需要輔助燃料點火。

在日本已建成輸出功率1000千瓦的中試裝置，應用了塔型和曲線-直線型冷凝器，用熱水蓄熱設施予以補充。美國在1982年開始對10兆瓦級的發電機進行研究，隨后建成了實際應用輸出功率超過30兆瓦的裝置。

再生能源發電尚有一些問題需研究解決：

(1)由于日光能量密度低(在白天，最高每平方米1千瓦)，要放置太陽熱能收集器需要巨大的空間。

(2)太陽輻射的強度變化大，因發電取決于時間和天氣，所以不能實現穩定發電。

(3)由于難以通過熱積累把蒸汽的溫度提高到一個高水平，所以不能實現高效率的蘭金循環(總效率10%～15%)。

為減少成本，實現電力的穩定供應和提高效率，要解決的問題(1)必須改善拋物面反向鏡型和定日鏡塔型系統的熱收集效率；(2)必須應用一補充鍋爐或蓄熱系統；(3)需使用一個二元循環提高溫度，并通過應用低沸點混合液體改善蘭金循環。

光伏發電

應用光伏發電所產生的二氧化碳量僅次于水力發電技術，也不會產生污染環境的物質，是一種理想的干凈發電技術。為發電提供能量的日光是無限的。假定在白天太陽輻射的最高強度是每平方米1千瓦，發電效率為10%，整個地面上每年可能的發電量為1.4億億度，大約相當于全世界能耗量的100倍。這意味著如果把太陽電池放置于不到全球陸地面積的1/100，或其沙漠面積的1/20，所發電量就足以滿足全世界能量的需求。

這種再生能源每單位面積的輸出功率密度低，所需要的面積大約為燒煤電站的20倍。在美國和印度，沙漠面積巨大，目前正在進行的計劃是建造188兆瓦(美國)或50兆瓦(印度)的光伏發電廠。由于世界上有許多地區適用于大規模光伏發電，作為新日照計劃的一部分，發展一種全球性的干凈能源系統，即世界能源網(WENET)正在進行中，該計劃的目的是，在這些地區實現中央光伏發電，用所發出的電使水分解產生氫，氫既可用做能源，又可用做蓄能和輸能介質。從保護全球環境和能量生產角度看，實現這一計劃很重要。

地熱發電

可供發電的地熱資源可粗分為蒸汽、蒸汽和熱水二相流、熱水。地熱蒸汽可不加處理直接引入汽輪機；而二相流被分為熱水和蒸汽，熱水通過閃蒸器變為蒸汽，引入汽輪機的低壓側。在熱水情況下，可采用上述的二元系統(通過使用主系統一側的熱水使輔助側的低沸點液體蒸發，并通過低沸點液體驅動渦輪)。

自從1966和1967年9.5兆瓦、11兆瓦的電站(由日本三菱重工安裝)分別投入運行以來，目前在日本正在運行的裝置有18臺，約生產530兆瓦的電。以間歇泉電站的容量最高，為151兆瓦。美國目前正在運行的間歇泉電站，功率在100萬千瓦以上。

日本三菱重工的技術得到高度評價，它通過單級或雙級閃蒸系統，將熱水變為蒸汽并將蒸汽引入渦輪的中壓或低壓段，這樣，雙相流熱資源就得到了有效應用。

這種雙級閃蒸系統于1977年投入商用，目前用在60多臺發電裝置。

從有效使用小規模地熱資源觀點看，預計未來會發展小型(便攜式)發熱發電裝置。

洋能發電

雖然使用洋能的發電技術包括：大洋熱能轉換、潮汐、洋流和海波發電，但是，洋能密度低，因此必須建造大規模的海上設施，這就使洋能發電在經濟上很不利，除非能保證有良好的選址條件。

以上簡述了使用各種再生能源的發電技術，除水電外，任何再生能源的單位面積或體積的能量密度都低，要有大規模的能量收集器，這將導致建筑成本的增加，在經濟方面比不上熱電站。從保護地球環境角度講，應最大限度地使用再生能源。因此改善這類技術的經濟性，必須通過促進能量收集技術和提高未來電的轉換效率，加快再生能源轉換的應用和傳播。