一、可再生能源發(fā)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(nèi)都不會耗盡的能源來發(fā)電。一般是指水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、 生物質(zhì)發(fā)電、太陽能發(fā)電、海洋能發(fā)電和地?zé)崮馨l(fā)電等。

發(fā)展綠色能源對改善能源消耗結(jié)構(gòu)具有不可替代的作用。我國已成為全球綠色能源發(fā)展的核心驅(qū)動者和綠色能源技術(shù)進步的重要領(lǐng)導(dǎo)者。

二、各類可再生能源發(fā)電簡介

1.水力發(fā)電

水力發(fā)電的基本原理是利用水位落差 ，配合水輪發(fā)電機產(chǎn)生電力，也就是利用水的位能轉(zhuǎn)為水輪的機械能，再以機械能推動發(fā)電機，而得到電力?？茖W(xué)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(fā)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(diào)節(jié)的程度分類：無調(diào)節(jié)水電廠和有調(diào)節(jié)水電廠。

按照水源的性質(zhì)，一般稱為常規(guī)水電站，即利用天然河流、湖泊等水源發(fā)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(fā)電的流程為：河川的水經(jīng)由攔水設(shè)施攫取后，經(jīng)過壓力隧道、壓力鋼管等水路設(shè)施送至電廠，當機組須運轉(zhuǎn)發(fā)電時，打開主閥（類似家中水龍頭之功能），后開啟導(dǎo)翼（實際控制輸出力量的小水門）使水沖擊水輪機，水輪機轉(zhuǎn)動后帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機加入勵磁后，發(fā)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(tǒng)。

如果要調(diào)整發(fā)電機組的出力，可以調(diào)整導(dǎo)翼的開度增減水量來達成，發(fā)電后的水經(jīng)由尾水路回到河道，供給下游的用水使用。

2.風(fēng)力發(fā)電

把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機械動能，再把機械能轉(zhuǎn)化為電力動能，這就是風(fēng)力發(fā)電。

其原理是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三米的微風(fēng)速度，便可以開始發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因為風(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。風(fēng)力發(fā)電所需要的裝置，稱作風(fēng)力發(fā)電機組。這種風(fēng)力發(fā)電機組，大體上可分風(fēng)輪 (包括尾舵)、發(fā)電機和鐵塔三部分。（大型風(fēng)力發(fā)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(fēng)力發(fā)電機多種多樣， 但歸納起來可分為兩類：一是水平軸風(fēng)力發(fā)電機，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行；二是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或者氣流方向。

風(fēng)力發(fā)電機因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的是13～25V變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。

3.生物質(zhì)發(fā)電

生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進行的發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。

目前我國生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)有三類，包括生物質(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)、氣化發(fā)電技術(shù)、沼氣發(fā)電技術(shù)。

① 生物質(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)

A．生物質(zhì)能直接燃燒發(fā)電技術(shù)此技術(shù)已基本成熟，已進入推廣階段。將收集來的生物質(zhì)經(jīng)過簡單處理或直接將生物質(zhì)投入到燃燒爐中燃燒發(fā)電該項技術(shù)需要有特制的然燒爐設(shè)備。由于生物質(zhì)體積大密度低，給收集和運輸生物質(zhì)帶來了困難，同時這樣的生物質(zhì)燃燒值也較低。

B．生物質(zhì)成型燃燒發(fā)電技術(shù)生物質(zhì)成型是將稻殼、木屑、花生殼、甘蔗渣等生物質(zhì)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(zhì)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(shè)施復(fù)雜，在設(shè)備的實用性、系列化、規(guī)模化上還很不足，距國際先進水平還有不小的差距。

②氣化發(fā)電技術(shù)

生物質(zhì)氣化發(fā)電是處于初步商業(yè)化的技術(shù)，主要是利用氣化技術(shù)，把生物質(zhì)廢物轉(zhuǎn)換為可燃氣體，經(jīng)除焦油等凈化處理后，送至氣體內(nèi)燃發(fā)電機發(fā)電。生物質(zhì)氣化發(fā)電的經(jīng)濟性良好，因此開發(fā)中等規(guī)模生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)將有很好的經(jīng)濟效益和發(fā)展前景。氣化爐是生物質(zhì)氣化的主要設(shè)備其主要有固定床氣化爐和流化床氣化爐。

③沼氣發(fā)電技術(shù)

沼氣然燒發(fā)電是隨著沼氣綜合利用的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項沼氣利用技術(shù)，它將沼氣用于發(fā)動機上，并裝有綜合發(fā)電裝置，以產(chǎn)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(fā)電的設(shè)備主要有內(nèi)燃機和汽輪機。

目前我國在沼氣發(fā)電方面的研究工作主要集中在內(nèi)燃機系列上。

4.太陽能發(fā)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(huán)境污染日益嚴重的今天，尤為重要。

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

利用太陽熱能發(fā)電，首先要收集太陽光輻射并將其轉(zhuǎn)換成熱能，然后再按常規(guī)方法發(fā)電。太陽能熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要有兩種：分散集熱系統(tǒng)和中央接收系統(tǒng)。分散集熱系統(tǒng)主要是通過集熱器場收集太陽能，并以流體或化學(xué)物質(zhì)為載體，經(jīng)管網(wǎng)系統(tǒng)將其輸送到熱電轉(zhuǎn)換裝置中心。中央接收系統(tǒng)是一個巨大的、統(tǒng)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?shù)慕邮掌魃?，在接收器?nèi)產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽，驅(qū)動汽輪發(fā)電機發(fā)電。

太陽能光發(fā)電是利用太陽能電池半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池，太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)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(fā)電裝置?？芍圃焯柲茈姵氐陌雽?dǎo)體材料已發(fā)現(xiàn)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(dǎo)體太陽能電池等。光伏發(fā)電的優(yōu)點是較少受到地域限制，因為陽光普照大地，光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電、供電。目前光伏太陽能發(fā)電已廣泛應(yīng)用于宇宙開發(fā)、光伏電站、航空、航天、航海、氣象、通信、交通等各個領(lǐng)域。

5.海洋能發(fā)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(fēng)能、海流能、溫差能、鹽差能等

①風(fēng)能

國內(nèi)風(fēng)能從剛開始起步時的補充能源，變成現(xiàn)在的替代能源，是中國發(fā)展最快的綠色能源。在我國陸地風(fēng)電場建設(shè)快速發(fā)展的近些年，人們已經(jīng)注意到陸地風(fēng)能利用所受到的一些限制，將目光逐漸轉(zhuǎn)向了風(fēng)速大、風(fēng)向較穩(wěn)定的海上風(fēng)能。根據(jù)國內(nèi)外已經(jīng)建成的海上風(fēng)電場投資比例及一些研究成果，風(fēng)機基礎(chǔ)約占風(fēng)電場總成本的20%～30%，是造成海上風(fēng)電成本較高的原因之一。當然建設(shè)海上風(fēng)電也有幾大優(yōu)點，主要是：

A．海上吹程長，摩擦力小，風(fēng)速大。大家知道能量和速度的二次方成正比，如果海上風(fēng)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(fēng)場往往距離沿海人口密集地區(qū)較近，減少了電力運輸?shù)膿p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(qū)。

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(shè)潮汐電站，不需要移民，不淹沒土地，沒有環(huán)境污染問題，還可以結(jié)合潮汐發(fā)電發(fā)展圍墾、水生養(yǎng)殖和海洋化工等綜合利用項目。

潮汐發(fā)電與普通水利發(fā)電原理類似，通過出水庫，在漲潮時將海水儲存在水庫內(nèi)，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(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)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(fā)電的水輪機結(jié)構(gòu)要適合低水頭、大流量的特點。

③波浪能

顧名思義，波浪能發(fā)電是以波浪的能量為動力生產(chǎn)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(zhuǎn)換為機械的、氣壓的或液壓的能量，然后通過傳動機構(gòu)、氣輪機、水輪機或油壓馬達驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。

波浪能利用裝置的種類繁多，關(guān)于波能轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)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(zhuǎn)換成水的勢能等。

④溫差能

海洋溫差發(fā)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(fā)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(fā)電的原理是利用蒸汽推動汽輪機旋轉(zhuǎn)發(fā)電，就是利用溫水泵把表層溫度較高的海水抽上送往蒸發(fā)器，液氨吸收了表層溫海水的能量，沸騰并變?yōu)榘睔猓睔饨?jīng)過汽輪機（氨透平）的葉片通道，膨脹做功，推動汽輪機旋轉(zhuǎn)。隨后，氨氣進入冷凝器，深層的冷海水重新將其冷凝為液態(tài)氨，再由氨泵將其送入蒸發(fā)器，而經(jīng)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(fù)進行蒸發(fā)、膨脹、冷凝。

6.地?zé)岚l(fā)電

地?zé)岚l(fā)電是利用地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發(fā)電技術(shù)。其基本原理與火力發(fā)電類似, 也是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理, 首先把地?zé)崮苻D(zhuǎn)換為機械能, 再把機械能轉(zhuǎn)換為電能。地?zé)岚l(fā)電實際上就是利用天然的地?zé)崴魵? 或由地?zé)崴訜岬牡头悬c工質(zhì)蒸汽, 驅(qū)動汽輪機做功, 將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能, 然后再將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)變過程。

我國地?zé)豳Y源類型分為淺層地?zé)豳Y源, 水熱型地?zé)豳Y源和干熱巖資源。但目前只有水熱型地?zé)豳Y源能用于商業(yè)發(fā)電, 水熱型地?zé)豳Y源又分為: 干蒸汽、濕蒸汽和地?zé)崴?。由于地?zé)豳Y源性質(zhì)不 同, 其發(fā)電方法也不同, 目前有背壓發(fā)電、凝汽 發(fā)電、閃蒸發(fā)電、雙工質(zhì)發(fā)電、全流發(fā)電。因此 地?zé)岚l(fā)電至關(guān)重要的問題, 是要選擇好合適的能 量轉(zhuǎn)換系統(tǒng) ( 或熱力系統(tǒng) ), 以便合理和充分的利用地?zé)豳Y源。

地?zé)岚l(fā)電是地?zé)崂玫淖钪匾绞健５責(zé)岚l(fā)電是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，然后帶動發(fā)電機發(fā)電。將地?zé)崃黧w所運載的熱能轉(zhuǎn)換為電能的系統(tǒng)，可分為地?zé)衢W蒸發(fā)電系統(tǒng)、地?zé)犭p工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、地?zé)崛靼l(fā)電系統(tǒng)、地?zé)岣烧羝l(fā)電系統(tǒng)以及地?zé)崧?lián)合發(fā)電系統(tǒng)。

三、我國可再生能源發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀

1.可再生能源發(fā)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(fā)展報告2021》發(fā)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(fēng)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電裝機規(guī)模均居世界第一；可再生能源發(fā)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(fā)電總裝機突破11億千瓦

據(jù)最新統(tǒng)計，截至今年5月底，我國可再生能源再創(chuàng)新高，發(fā)電裝機容量超過11億千瓦。

同比增長15.1%。可再生能源的快速發(fā)展為構(gòu)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(fā)電新增裝機4349萬千瓦，占全國發(fā)電新增裝機的82.1%，已成為我國發(fā)電新增裝機的主體。

1-5月，全國可再生能源發(fā)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(fā)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(fā)展展現(xiàn)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(chǎn)清潔電能突破300億千瓦時，不斷提升我國電力供應(yīng)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(qū)為重點的大型風(fēng)電光伏基地建設(shè)也已拉開大幕，目前第一批約1億千瓦的大型風(fēng)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(fā)電量增量在全社會用電量增量中的占比將超過50%，風(fēng)電和太陽能發(fā)電量將實現(xiàn)翻倍。

四、環(huán)境效益

1.未來以再生能源為主

在未來國家能源的戰(zhàn)略布局中，可再生能源將占據(jù)越來越重要的位置。據(jù)有關(guān)部門預(yù)測，到2050年，我國能源供應(yīng)將以可再生能源為主，其中主要將依賴風(fēng)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(huán)保、最經(jīng)濟的能源

“價格低廉”、“穩(wěn)定供給”、“清潔環(huán)?！笔侨祟惿鐣δ茉吹幕疽螅^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(yōu)勢，如火電價格低廉，供應(yīng)穩(wěn)定，但對環(huán)境影響較大，太陽能和風(fēng)能都被認為昂貴又不穩(wěn)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(jīng)濟性已經(jīng)遠超化石能源，也為我們可再生能源長期發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨著可再生能源制氫、儲氫技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的成熟完善，可再生能源即使不考慮清潔環(huán)保的優(yōu)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?yōu)椤翱赡苋恰保蔀樽畎踩?、最環(huán)保、最經(jīng)濟、最便利的能源，在實現(xiàn)能源安全的同時實現(xiàn)氣候安全和經(jīng)濟安全。

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