新能源发电种类

生物质能发电

由于我国国土辽阔，农业区域广泛，农作物多样，再加上森林资源雄厚，绿色植物积蓄数量巨大，生物质材料品种丰富、品质优良，具有得天独厚的生物质能源材料的资源禀赋。农作物秸秆是重要的生物质能源材料。我国是农作物秸秆生产大国,每年可生产7亿多吨，我国生物质能源发展呈现出蓬勃的发展态势。在我国生物质能源发展中,农作物秸秆发电最具代表性、战略性和可持续性。国能、大唐等企业都发展了秸秆发电项目。我国农村户用沼气近些年也取得了长足发展。但从总体看,我国生物质能源发展依然缓慢,相关政策措施亟需进一步加强。

II核能发电的利与弊

核裂变：

核能发电最大的优势就是我们所认识的，能量巨大。它以少量的核子燃料即可产生大量的能量。低浓缩铀1吨具有相当于约5万吨的重油之能量。除此之外，核能发电的优势还有以下几点：一、污染低。核能发电的方式是：利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电。核能发电不会排放巨量的污染物质到大气中，不会造成空气污染。尤其是同火电站相比，核能发电不会产生地球温室效应的二氧化碳。核电站设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，就是放射性污染也比烧煤电站少得多。从燃料资源上而言，地球有望供应。世界上有比较丰富的核资源，核燃料有铀、钍氘、锂、硼等等，全球铀的储量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资源、可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。运输方便、成本低。核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便。

然而，核电的利用也有其局限性。

第一，核燃料的开采带来的是无穷尽的污染。以往大家对于铀燃料的价格估算都低估了开采的成本。当年东德公司挖掘和提炼核燃料成本低廉，但是矿工并没有安全保障，总计有7163名矿工由于吸入放射性物质感染肺癌死亡。

第二，还有核废料污染和处理。放射性物质像物体间的瘟疫，没有放射性的物质沾染到放射性物质以后也会产生放射性。不论是铀矿石提纯，或者是核电厂运作，都会产生强放射性的核燃料和乏燃料，以及大量的中等或者弱放射性的废料、废弃设备。德国曾经把核废料用铅+不锈钢桶封装后投入一个数百米深、地址状态非常稳定的盐矿并将矿井封死。他们认为封存数十万年以后随着放射性的减弱和科技的进步，我们的子孙后代会有办法处理好这些核废料。可是他们万万没有想到麻烦这么快就上门了——由于地下水位变化，几个废料点陆陆续续被发现桶体腐蚀和放射性物质泄漏——更棘手的问题是我们还没有成熟手段能收回这些废料重新包装！这些污染将随着地下水影响到更广的区域。福岛核电厂的事故，只是压倒骆驼的最后一根稻草而已。德国人终于想明白核电是多么不值得，这还不包括月月都有的反核行动所带来的社会成本，所以德国打算放弃核电，本质问题还是（潜在的）经济成本和社会成本，通过弃核来倒逼新能源产业发展，保证德国未来的竞争优势。这是一条没有人走过的道路，希望他们能走好，给全世界所有各国都能多一些启发和借鉴。

核聚变

核聚变是解决人类能源问题的根本方法。可控核聚变是指人们可以控制核聚变的开启和停止，以及随时可以对核聚变的反应速度进行控制。或者说，最简单地比喻就是，同样是可燃烧物质，火药可以用来做成炸弹，因为只是利用其高能量瞬间爆发的破坏性；同时也可以掺点杂质，做成蜂窝煤，使其可以当做一个煤炉子来缓慢释放能量，想让它烧就烧，想让它灭就灭，秘诀就在蜂窝煤炉子的炉门上。将这个蜂窝煤炉子的燃料换成核燃料，烧上开水，让开水变成蒸汽去推动轮机发电，就成了一个当今的核电站的基本原理雏形了。

相比可控核裂变来讲，可控核聚变的优势在于：一、原料易得，核聚变的原料是重水，可以直接从海水中提炼，并且地球中储量极大。二、核聚变的过程及其产物均不会对环境造成污染，亦不会造成亦不会造成泄漏的危害的危害。

那么将这个煤炉子里的燃料从核燃料换成核聚变的原料的最大的麻烦在哪里？就在于其反应条件。核裂变需要的反应条件很弱，天然的铀矿在常温的自然条件下就可以发生衰变。但是相比于核裂变过程来讲，核聚变最麻烦的反应条件就是——需要瞬间上亿度的高温才能引起核聚变反应。而如此高的温度是用传统加热方法所无法达到的。人类研制氢弹时，对于该问题给出了以下解决方案：用核弹引爆氢弹！即通过核弹引爆得到达到核聚变反应的温度，

从而引起核聚变使得氢弹爆炸。因此氢弹内部是有一个小型核弹的。这样的话，研究可控核聚变的最关键问题现在已经很明显了，即：一、怎么将核聚变的原料加热到这么高的温度？

二、将核聚变的原料加热到这么高的温度以后拿什么来装它？

首先来说第一个问题，关于如何加热的方法，从上世纪60年代开始，激光器的发明，为如何将物质加热到极高能量这一问题打开了一条门缝。最早是苏联专家开始考虑使用激光加热核聚变的原料，因为该方法能量大，而且无需与被加热物质接触，简单理解就是类似于拿阳光聚焦之后点燃木屑。但是单个激光器的能量太低，所以为了解决这样的问题，需要将多个激光器的能量聚焦于同一点。该问题看似简单，实则非常困难。因为必须保证在短暂的加热时间内，被加热物体的所有方向受热均匀，一致向球心坍缩（简单理解就是将被加热物质想象成一个足球，如果想要挤压足球内部的空气，最好的方法就是从四面八方一起用力，使其体积被压缩。如果仅仅从两个方向使劲，则足球会变形，足球内部的空气被挤压效果就会大打折扣）。这不仅需要每个激光器对准的方向控制地异常精确，也需要在这一极短的时间内每个激光器的能量大小需要严格控制。目前在该领域美国的研究进展是最快的，其“国家点火装置”目前正在实验将192个激光器聚焦于同一点。而我国的“神光三号”项目目前则正在试验将32个激光器聚焦，下一步目标是48个。

现在再来讨论第二个问题，我们拿什么来盛放这些物质。上亿度的物质足够烧毁任何与其相接触的东西，那么就算能将这些反应燃料点燃，又能拿什么来盛放它？「超导托卡马克」装置的研制就是为了实现能将上亿度的物质存放于其中的目的。具体的基本原理在高中物理课本就有提到，是通过将这些物质约束在一个密闭的环中使其高速旋转，来将其固定在一个密闭的空间中，从而实现了变相的盛放。

如果这两个问题能够得以解决，则其他问题大体可以迎刃而解——但是目前还有一个更加严重的问题，那就是这两种分别针对两个难点的方案，完全没有办法使其结合起来！由于神光三号属于惯性约束过程，需要聚变物质静止于指定的标靶位置等待加热，点燃，而超导托卡马克装置则属于磁约束过程，如果聚变物质静止下来，则无法在磁场中受到相应的洛伦兹力等作用从而被约束在一个指定的密闭空间当中。所以这两种方案只能在对一个问题的解决占有极大优势的情况下想办法去解决另一问题。

因此，虽然核聚变的研究有所发展，但是不论从理论上，还是从工程上，亟待解决的问题仍有许多，人类追求可控核聚变发电的道路仍任重而道远。

III 分布式能源系统

分布式电源一般定义：综合国际上有关国家及组织界定标准和我国电网-特点，分布式电源一般可定义为：利用分散式资源，装机规模小，位于用户附近，通过10（35）千伏及以下电压等级接入的可再生能源、资源综合利用和能量梯级利用多联供发电设施。我国分布式

电源发展重点是风电、光伏发电、小水电和小型天然气多联供等技术类型。

根据世界分布式能源联合会（WADE）《2017年分布式能源世界调查》报告，丹麦分布式能源发电量占本国总发电量的比例最高，达到53%，在芬兰、德国、荷兰、捷克已达38%，日本和印度分别达到14%和18%。

根据燃料不同，分布式能源系统的主要形式，可分为燃用化石能源、燃用可再生能源和燃用二次能源及垃圾燃料等几种。燃用化石能源的动力装置有：微型燃气轮机、燃气轮机、内燃机、常规的柴油发电机、燃料电池；利用可再生能源发电技术有太阳能发电、风力发电、小水利发电、生物质发电等；利用二次能源的有氢能发电技术。根据用户需求不同，则可分为电力单供、热电联产方式(C H P)和热电冷三联产(CCHP)等方式。

分布式能源系统的优势在于冷热电联产,所以除了动力设备外,还得有一个系统。例如,最常规的办法是利用广义的内燃机的排气余热通过余热锅炉产生蒸汽供热,同时通过吸收式制冷设备供冷。通常是简单或回热循环燃气轮机的冷热电联产。但要保证联产系统能满足很大范围变工况下的任意冷、热、电输出需求(这是联产系统的关键科技课题之一),上述系统是难以做到的。这时可用程循环(回注蒸汽循环,有时也称STIG循环)加上补燃,就可以使热电联产系统能够在电为设计点的5/3到0、热为设计点的近3倍到0的任意热、电数值的匹配要求下,高效安全运行。对冷、热、电联产的情况,为达到广阔范围的冷、热、电输出,上述程循环加补燃在原则上也是合适的,但可用范围的具体数字尚待研究。我国目前已有人正在进行此项工作。

对以燃气轮机为核心的各种循环，实际上以联合循环最为成功。但是它只适合用在较大功率等级机组中。如前所述,分布式能源系统功率不会大，因此不宜用联合循环。近期被认为较有前途的HAT循环（湿空气透平循环），它的追求目标主要在以湿化空气来尽量利用未充分利用的低温热，也不适合同时供热、供冷的目标。而且它的冷、热、电变工况可控性也比不上程循环。所以，按目前所了解的情况，现有HAT循环也不宜用在分布式能源系统,除非将其加以改动，例如再与程循环结合起来。程循环与HAT循环中都要消耗不少清洁的给水，会浪费水资源，原则上可以采取冷却排气回收。这项技术并不难,我国不少用户也已采用，但用户附近最好还是有可用的普通冷却用水。

对活塞式内燃机，还很少听到有关它在分布式能源系统中使用不同循环形式的研究报道,也许因为在分布式能源系统中用活塞式内燃机较少之故。不过活塞式内燃机可利用余热相对较少，采用补燃可能对它更为适用。与燃气轮机不同,对活塞式内燃机补燃一般还要补空气。

由于分布式的能源系统用广义的.内燃机，所以一般只能燃用气、液燃料，而另一方面也使得它比较易于达到环保要求。

由于分布式能源系统的初投资大,要用好燃料；同时要有比较稳定的冷、热、电用户,主要是第三产业和住宅用户;要求具有环保性能较好的特点等等，所以，它在我国比较适合应用的地区显然是经济比较发达的地区。从地域分布来说,主要是珠江三角洲、长江三角洲、环渤海地区等等。这些地方是我国现在经济高速发展的黄金宝地,也是应该“先环保起来”的地区,而且经济上也确是有可能适宜使用分布式能源系统的地方。另外，分布式能源系统既然是“分布”，也就是说与大电厂、大电网不一样，不是由一小批经验丰富的技术人员集中运行管理，而是分散式运行管理，这就要求使用区域的总体科技文化水平和素养较高。

我国分布式能源的发展战略已写入了国家“十二五”发展规划。去年4月，国家能源局下发了《发展天然气分布式能源指导意见征求意见函》，提出到2020年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机容量达到5000万千瓦，并拟建设10个具有各类典型特征的分布式能源示范区域。国家能源局也提出，“十二五”期间，将在太阳能、风能占优势的地区建设微电网示范区，同时还将推动建设100座新能源示范城市。这对于分布式发电的发展具有指导意义，也将有助于各地节能减排目标的实现。目前需要结合各地的资源特点，因

地制宜发展分布式发电，加强对分布式发电规划与立项管理、并网管理、运营模式、电价机制、优惠政策等的研究，使分布式发电系统能够健康有序发展，发挥其作为大电网供电有益补充的作用。