淺談新能源發(fā)電技術(shù)

湯曉虎

【摘 要】 能源與環(huán)境已經(jīng)成為影響社會發(fā)展的重要問題。新能源比常規(guī)能源在環(huán)境保護，節(jié)能減排方面更具有優(yōu)勢，而新能源發(fā)電技術(shù)具有廣闊的發(fā)展空間?；诖宋恼略敿氷U述了風力發(fā)電技術(shù)及生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)，以供相關(guān)工作人員參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】 新能源 風能 生物質(zhì)能 發(fā)電技術(shù)

1 風力發(fā)電技術(shù)

1.1 風電系統(tǒng)的控制技術(shù)

風電發(fā)電系統(tǒng)按照其運行方式來看，主要包括三種類型。分別是：獨立型、并網(wǎng)型以及聯(lián)網(wǎng)型。其中，并網(wǎng)型主要是由風機、風機控制器、傳動裝置、勵磁調(diào)節(jié)器、發(fā)電機、變頻器和變壓器等組成。風電機組中的風機是將風能轉(zhuǎn)換成機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，它由風輪、迎風裝置和塔架等組成。按結(jié)構(gòu)不同，風力機可分為水平軸式和立軸式兩種;按功率調(diào)節(jié)方式不同，風力機可分為定槳距失速、變槳距和主動失速3種。風電機組中的發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，發(fā)電機在并網(wǎng)時必須輸出恒定頻率（一般為50Hz）的電能。按照發(fā)電機轉(zhuǎn)速的不同，發(fā)電機可分為恒速和變速兩類，其中變速需要通過變頻器來實現(xiàn)。變頻器采用電力電子變流技術(shù)和控制技術(shù)，將發(fā)電機發(fā)出的頻率變化交流電轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)頻率相同、能與電網(wǎng)柔性連接的交流電，且能實現(xiàn)最大風能跟蹤控制。

1.2 風電系統(tǒng)舉例分析

1.2.1 基于DFIG的風電系統(tǒng)

基于雙饋式異步發(fā)電機（doubly fed induction generator，DFIG）的變速風電系統(tǒng)。風力機采用變槳距調(diào)節(jié)，雙饋發(fā)電機的轉(zhuǎn)子采用繞線式結(jié)構(gòu)，定子側(cè)直接接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子側(cè)通過雙向變頻器連接到電網(wǎng)，可對轉(zhuǎn)子進行交流勵磁;通過控制轉(zhuǎn)差頻率，可實現(xiàn)發(fā)電機的雙饋調(diào)速。該系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流的頻率、相位和功率來調(diào)節(jié)定子側(cè)輸出功率，使之與風力輸出功率相匹配，使風機運行在最大功率點附近。其優(yōu)點是：①轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器容量僅為發(fā)電機容量的30%左右，大大降低了變換器的損耗、造價和體積;②轉(zhuǎn)子能量沒有被消耗掉，轉(zhuǎn)子繞組端口的功率根據(jù)電機運行狀態(tài)可以實現(xiàn)雙向流動;③電網(wǎng)側(cè)及直流側(cè)濾波電感、電容功率減小，電磁干擾降低;④電網(wǎng)側(cè)變換器可提供無功補償，便于實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，平滑并網(wǎng)電流，變頻控制靈活，調(diào)節(jié)性良好;⑤具有良好的動態(tài)和暫態(tài)特性，實現(xiàn)有功和無功的解耦控制。

1.2.2 基于DSPMG的風電系統(tǒng)

雙凸極永磁發(fā)電機（doubly salient permanent magnet generator，DSPMG）是一種將SRG的簡單結(jié)構(gòu)與高性能永磁材料相結(jié)合的新型發(fā)電機。這種發(fā)電機的定子和轉(zhuǎn)子均為凸極齒槽結(jié)構(gòu)，定子齒上安放集中式繞組，繞組端部短、用料量少、損耗小。永磁體被置于定子軛部，具有獨特的聚磁效應，使激勵磁場受定子極弧面尺寸限制較少。使用時，只需增加凸極數(shù)量，就可滿足風電直驅(qū)的需要。其優(yōu)點是：①其結(jié)構(gòu)簡單、便于控制、功率和效率較高;②轉(zhuǎn)子是由純鐵打造，沒有繞組以及永磁體，從而更加的堅固耐用，轉(zhuǎn)動時慣性小、動作反應快，可靠性明顯增強;③可單拍或雙拍運行，控制參數(shù)多，由于定子具有永磁體，繞組電感小，電流換向容易，動態(tài)響應良好;④采用永磁材料勵磁，能量轉(zhuǎn)換率高，損耗低;⑤采用直接驅(qū)動方式，無需齒輪箱，電機和功率變換電路各相獨立，容錯性能好，利用了可產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的兩個區(qū)，功率密度較高。

2 生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)

2.1 生物質(zhì)鍋爐直接燃燒發(fā)電

振動爐排秸稈直燃爐的工藝流程：粗處理后的燃料經(jīng)給料機送入爐堂，燃料自然落入爐排前部，在此處由于高溫煙氣和一次風的作用逐步預熱、干燥、著火、燃燒。燃料邊燃燒邊向爐排后部運動，直至燃盡，最后灰渣落入爐后的除渣口。

直燃爐易存在的問題：由于秸稈灰中堿金屬和氯的含量相對較高，因此，煙氣在高溫時（450℃以上）對過熱器具有較高的腐蝕性。此外，飛灰的熔點較低，易產(chǎn)生結(jié)渣的問題。如果灰分變成固體和半流體，運行中就很難清除，就會阻礙管道中從煙氣至蒸汽的熱量傳輸。嚴重時甚至會完全堵塞煙氣通道，將煙氣堵在鍋爐中。針對這些問題各鍋爐廠家在鍋爐設計上，在鍋爐結(jié)構(gòu)、鍋爐材料等方面采取了相應措施來解決這些問題，效果仍需實際運行中不斷檢測改進。

2.2 生物質(zhì)～煤混合燃燒發(fā)電

循環(huán)流化床是一種新型的環(huán)保鍋爐，它主要采取了爐內(nèi)物料循環(huán)、低溫燃燒、可進行爐內(nèi)脫硫的新技術(shù)。由于它采取了爐內(nèi)物料循環(huán)，對燃料的適應性強，它可以燃用低位發(fā)熱值2000～7000kcal/kg的矸石、原煤、煤泥和洗中煤等;還可以燃用熱值比較低的糖渣、木霄、各種生物質(zhì)秸稈及各種垃圾等。

該爐雖然有燃用各種燃料的特性，但是在燃燒的過程中卻有不同的效果，或多或少對鍋爐都有一定的影響。摻燒糖渣、木屑、各種生物質(zhì)秸稈及各種垃圾，需要重新計算風量等，并有穩(wěn)定的燃料來源，相對固定的摻燒比例。循環(huán)硫化床鍋爐對燃料的適應性非常強，無論燃燒哪種燃料首先要核算經(jīng)濟性，而后計算摻燒量、最后再進行人員培訓、注意事項、運行調(diào)整等。

2.3 生物質(zhì)氣化發(fā)電

生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的基本原理是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃氣，再利用可燃氣推動燃氣發(fā)電設備進行發(fā)電。它既能解決生物質(zhì)難于燃用而又分布分散的缺點，又可以充分發(fā)揮燃氣發(fā)電技術(shù)設備緊湊而污染少的優(yōu)點，所以是生物質(zhì)能最有效最潔凈的利用方法之一。氣化發(fā)電過程包括三個方面，一是生物質(zhì)氣化，把固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料;二是氣體凈化，氣化出來的燃氣都帶有一定的雜質(zhì)，包括灰份、焦炭和焦油等，需經(jīng)過凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)除去，以保證燃氣發(fā)電設備的正常運行;三是燃氣發(fā)電，利用燃氣輪機或燃氣內(nèi)燃機進行發(fā)電，有的工藝為了提高發(fā)電效率，發(fā)電過程可以增加余熱鍋爐和蒸汽輪機。目前國際上采用的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)有生物質(zhì)整體氣化聯(lián)合循環(huán)（B/IGCC）和CAPS-II/250MT型熱分解系統(tǒng)。

3 結(jié)語

隨著人類社會的不斷發(fā)展，促進了新能源發(fā)電技術(shù)日益完善，從未來發(fā)展的前景來看，火電、水電、風電、核電的成本和效率提高空間有限，而太陽能發(fā)電方面技術(shù)和成本改進空間大，相信隨著科技的發(fā)展，太陽能發(fā)電在行業(yè)內(nèi)的比重將會越來越高。

參考文獻：

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