生物質發電的缺點

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生物質發電的缺點范文第1篇

關鍵詞：教學改革；新能源發電技術；創新人才培養

作者簡介：韓楊（1982-），男，四川成都人，電子科技大學機電學院電力電子系，講師。

基金項目：本文系電子科技大學中央高校基本科研業務費資助（項目編號：2672011ZYGX2011J093）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）14-0046-02

“新能源發電技術”是電子科技大學電氣工程及自動化、機械設計制造及自動化、工業工程三個專業課程體系中的一門重要課程。該課程屬于高年級本科生的專業選修課，共32課時、內容多、知識面廣、綜合性強。[1， 2]由于三個專業的學生知識體系存在一定差異，在教學理念、教學內容、教學方法等方面，需要做出系統的設計和創新。筆者在教學過程中，充分吸收國外高校模塊化教學模式、凝練教學內容，充分利用交互式教學方法，采用課堂講授、提問與解答、課程項目、研究報告等手段，把互動式教學方法成功應用到教學實踐中。課程以電能變換與控制為主線，鼓勵不同專業背景的學生組成研究小組對課程項目進行協作研究，提升了學生的學習興趣，培養了學生的自主創新能力。[3， 4]

一、國外“新能源發電技術”教學內容與模式回顧

1.麻省理工學院（MIT）的模塊化教學模式

課程簡介：課程評估當前和未來潛在的能源系統，包括資源提取、轉換和最終使用技術，重點區域和全球能源需求。研究各種可再生能源和傳統能源的生產技術，能源最終用途和替代品，在不同國家的消費習慣。

第一部分：能源的背景。欠發達國家日益增長的能源需求、發達國家可持續的未來能源。能源概述、能源供給和需求的問題；能源轉換和經濟性分析，氣候變化和應對措施。模塊1：能量傳遞和轉換方法。模塊2：資源評估和消耗分析。模塊3：能量轉換、傳輸和存儲。模塊4：系統的分析方法。模塊5：能源供應，需求和存儲規劃。模塊6：電氣系統動力學。模塊7：熱力學與效率的計算。

第二部分：具體的能源技術。模塊1：核能的基礎和現狀；核廢料處理；擴建民用核能和核擴散。模塊2：化石能源的燃料轉換，電源循環，聯合循環。模塊3：地熱能源的類型；技術、環境、社會和經濟問題。模塊4：生物質能資源和用途，資源的類型和要求。

第三部分：能源最終用途，方案評估和權衡分析。模塊1：汽車技術和燃料經濟政策。模塊2：生物質轉化的生命周期分析；土地使用問題、凈能量平衡和能量整合。模塊3：電化學方法電能儲存、能量轉換，燃料電池。模塊4：可持續能源，非洲撒哈拉以南地區的電力系統的挑戰和選擇。

2.瑞典皇家理工學院（KTH）課程內容與要求

課程內容：替代能源和可再生能源的全方位的介紹和分析，包括整合這些解決方案以滿足能源服務的要求。包括現有和未來的替代能源，如水能、風能、太陽能、光伏、光熱，燃料處理；可再生能源系統面臨的挑戰；動態整合各種可再生能源。在整個教學過程中，學生的讀、寫和研討主題是“先進的可再生能源系統技術”，特別是通過項目工作和多個為期半天的研討會對相關專題進行研討，每個人都參與演講和討論，并邀請有行業工程背景的專家和政策制定者來課堂參與探討，豐富課堂內容、提升教學質量。

課程要求：在課程結束時，學生應能夠分析和設計能源系統，利用風能、生物能源、太陽能產生電力或用于加熱與冷卻。完成課程后，學生能詳細說明風能、生物能、太陽能基本原理和主要特點，以及它們之間的區別。能掌握這3種可再生能源系統的主要組件，了解基于化石燃料的能源系統對環境和社會的影響。

3.威斯康星大學（UWM）課程內容與要求

課程內容：學習有關國家最先進的可再生能源系統，包括生物質、電力和液體燃料，以及風力、太陽能、水電。學生們將對可再生能源電力和能源供應做工程計算，并要了解可再生能源的生產、分配和最終使用系統。能源存儲、可再生能源政策；經濟分析，購買和銷售能源；風能理論與實踐；太陽能可用性，光熱和光伏發電系統；水電；地熱，潮汐能和波浪發電；生物能源、生物質燃燒熱力和電力；生物質氣化，生物油熱解；生物燃料的生命周期評估。

課程要求：掌握基本的可再生能源系統的工程計算，了解可再生資源評估和能源基礎設施一體化。確定可再生能源系統的環境影響。設計和評估可再生能源系統的技術和經濟上的可行性。了解能源在社會中的關鍵作用。了解可再生能源發展的公共政策、市場結構。卓越學生的學習成果：能夠運用數學、科學和工程原則進行實驗設計，并能分析和解釋實驗現象。有能力設計一個系統、部件或過程，以滿足預期要求，具備解決工程問題和有效溝通的能力。

二、創新人才培養模式下“新能源發電技術”教學設計

通過對該課程的學習，使學生了解中國的能源現狀，掌握電源變換與控制技術的基本原理，掌握光伏發電和風力發電的基本原理及系統的構成，加深對中國風力資源和風力發電基本原理的認識，理解生物質資源的利用現狀、轉換與控制技術的基本原理，了解天然氣、燃氣發電與控制技術的基本原理和應用情況。吸收國外經驗，設計教學模塊。

1.電源變換和控制技術

內容要點：電力電子器件的概念、特征和分類，不可控器件——電力二極管，半控型器件——晶閘管，電力場效應晶體管——電力MOSFET，絕緣柵雙極型晶體管——IGBT；AC—DC變換電路：二極管整流器——不控整流，晶閘管整流器——相控整流，PWM整流器——斬波整流；DC—DC變換電路：單管不隔離式DC—DC變換器，隔離式DC—DC變換器；DC—AC變換電路原理、分類、參數計算；AC—AC變換電路。

課堂提問：晶閘管的導通和關斷條件是什么？相控整流與PWM整流電路區別是什么？交流調壓電路的基本原理是什么？什么是逆變？如何防止逆變失敗？

課程項目1：讓學生設計一個50kW的相控整流和PWM整流電路，進行MATLAB仿真分析，比較兩種整流電路的區別，要求分組討論、制作PPT演講，撰寫研究報告。

2.風能、風力發電與控制技術

內容要點：風的產生、特性與應用；風力發電機組的結構、分類與工作原理；風力發電的特點、控制要求和功率調節控制；風力發電機組的并網運行和功率補償：同步發電機組、異步發電機組和雙饋異步發電機組的并網運行和功率補償。

課堂提問：簡述風能轉換的基本原理。風力機的空氣動力學參數有哪些？具體怎么求解？風力機有哪幾種分類方法？

課程項目2：讓學生設計基于全功率變換器的風力發電系統，在課程項目1的PWM整流電路的基礎上，設計整流和逆變電路及其控制算法，進行MATLAB仿真，驗證工作原理，要求分組討論、制作PPT演講、撰寫研究報告。

3.太陽能、光伏發電與控制技術

內容要點：太陽能利用方式、分類及原理，中國光伏發電的歷史和研究現狀；太陽能電池的工作原理，太陽能電池材料的光學性質、等效電路、輸出功率和填充因數，太陽能電池的效率、影響效率的因素及提高的途徑；太陽能電池制造工藝，多、單晶硅制造技術；太陽能光伏發電系統設備構成，正弦波PWM技術，逆變器基本特性及評價；獨立光伏發電系統的結構及工作原理、系統構成；并網光伏發電系統的分類、特點、結構、供電形式和設備構成。

課堂提問：多晶硅和單晶硅的制造工藝有什么不同？根據制作工藝的不同它們各有什么特點？什么是正弦波PWM逆變技術？并網光伏發電系統由哪幾部分構成？

課程項目3：讓學生設計小功率并網光伏發電系統，在課程項目2逆變電路的基礎上，設計單相及三相逆變電路及其控制算法，進行MATLAB仿真，驗證工作原理，要求分組討論、制作PPT演講、撰寫研究報告。

4.生物質能的轉換與控制技術

內容要點：生物質能的定義、生物質資源特點及類別；生物質能轉換和發電技術、生物質能轉換的能源模形式，城市垃圾、生物質燃氣發電技術；生物質熱裂解發電技術的分類、生物質熱裂解機理，生物質熱裂解技術及裝置簡介；我國生物質能的利用現狀及開發生物質能的必要性，生物質能發電前景。

課堂提問：生物質能的優缺點是什么？根據其優缺點如何揚長避短充分利用生物質資源？生物質熱裂解的機理是什么？請詳細分析說明。影響生物質熱裂解的因素有哪些？具體是如何影響的？

5.天然氣、燃氣發電與控制技術

內容要點：天然氣水合物的概念，形成機理及化學性質；天然氣的綜合利用、環境價值與發展前景；小型燃氣輪機發電機組的原理及用途、主要形式及應用前景；燃氣輪機組的電能變換與控制系統、電網供電及控制；燃氣發電機組的并網運行與控制策略，DC-AC低頻并網逆變技術，DC-AC/ AC-DC-AC三級變換高頻環節并網逆變技術；燃氣發電機組高頻并網逆變的控制策略。

課堂提問：小型燃氣輪機組并網發電的原理是什么？簡述燃氣輪機組電能變換系統的結構和工作原理。燃氣發電機組高頻并網逆變是如何實現的？

三、結束語

在充分吸收國外高校“新能源發電技術”模塊化教學模式的基礎上，以人才培養為中心，凝練教學內容、改革教學方法，提高了學生對該課程的學習興趣，課堂互動得到明顯改善，不同專業背景的學生能夠對課程項目進行協作研究，發揮各自的特長收集和吸收國外前沿技術，在PPT演講、研究報告撰寫方面鍛煉了學生的綜合能力，取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]何瑞文，謝云，陳璟華.電氣工程及其自動化專業建設與實踐模式探討[J].中國電力教育，2012，（3）：72-73.

[2]王三義.淺談新能源發電技術[J].中國電力教育，2011，（15）：92-93.

生物質發電的缺點范文第2篇

關鍵字：秸稈發電技術應用

0、前言

隨著石化燃料的日益短缺和石化燃料的利用所引起的環境問題日趨嚴重，大力開發利用可再生能源資源，實現能源資源利用的本地化成了解決我國能源問題的主要措施之一。秸稈作為一種可再生能源，相比太陽能和風能，具有儲量豐富、投資利用風險低、收益高、不受氣候條件影響等優點。我國作為農業大國，秸稈產量每年約7億t，相當于3億多tce。這些秸稈目前主要用于炊事、直接露天燃燒還田，不但利用率低下而且露天燃燒還污染環境。因此必須積極尋求先進的秸稈利用技術。

自20世紀70年代的石油危機后，發達國家加快了生物質能利用技術的開發應用，秸稈發電技術應運而生。自丹麥1998年誕生了世界第1座秸稈生物質燃燒電站以來，秸稈發電技術得到了快速的發展，至2006年丹麥已建有130多座秸稈電站。我國的秸稈發電技術雖然起步較晚，但發展較快，在經過了成套引進、消化的階段后，已走上了自主創新、開發的階段。

1、秸稈的預處理技術

秸稈入爐前需經過預處理。秸稈體積大，組織疏松，必須經過曬晾打包才便于存儲。秸稈入爐有打包入爐、粉碎入爐、壓塊（型煤）入爐3種。粉碎入爐成本較高，但適應性最強。秸稈的粉碎入爐主要包括秸稈的打包、存儲、輸送和破碎幾個階段。在農業機械化國家，秸稈的收割和打包可以通過機械化完成。而在我國農業生產的分散性和傳統的耕作方式給秸稈的機械化收割和打包帶來一定的困難。因此必須探索適合我國國情的秸稈收割打包方式，降低秸稈預處理成本，保證電站的連續供料。

2、秸稈發電技術

按秸稈利用方式的不同秸稈發電技術可分為秸稈氣化發電技術、秸稈直燃發電技術。

2.1秸稈氣化發電技術

秸稈氣化發電技術主要是將秸稈在一定的壓力和溫度下，使秸稈與O2/H2O發生氣化反應，產生CO、H2、CH4等可燃氣體，這些可燃氣體凈化后送往燃氣輪機發電。如果在燃輪機后面加裝余熱鍋爐，還可以組成秸稈燃氣-蒸汽聯合循環發電技術。秸稈氣化技術具有廢氣排量小、發電效率高等優點。但由于秸稈氣化時產生了一定量的焦油，燃氣飛灰混入焦油中，增加了焦油的脫除和回收利用成本。因此如何減小氣化過程中的焦油成了發展這一技術的關鍵。

目前，秸稈氣化發電技術已進入了工業示范階段。中科院廣州能源研究所的“生物質氣化發電新技術”，繼“九五”期間分別在福建莆田建成了國內首個1MW生物質谷殼氣化發電系統、海南三亞木材廠建成了以國內首個生物質木屑氣化發電廠、在河北邯鄲建成了秸稈為燃料的氣化發電廠示范工程后，最后又與黑龍江農墾局簽訂了興建20套農業固體廢棄物谷殼、稻草的生物質氣化發電系統的合同。該項目總投資4000多萬元，年總發電量為7500萬kw，年處理農業固體廢棄物約10萬噸。

2.2 秸稈直燃發電技術

秸稈直接燃燒發電技術是將秸稈直接送往鍋爐中燃燒產生高溫高壓蒸汽推動蒸汽輪機做功發電，相比秸稈氣化技術，具有結構簡單、投資省、易于大型化等優點。與常規的燃煤電站相比，秸稈電站的汽機島與常規燃煤電站的汽機島幾乎沒有差別，其關鍵技術是秸稈燃燒技術。

與煤粉的燃燒過程近似，秸稈的燃燒過程大致可以分為水分的析出階段、揮發分的析出并著火階段、焦炭的燃燒、燃盡4個階段。但與電站用煤相比，秸稈具有水分和揮發分較高，灰分、熱值、灰熔點較低等特點，因此與煤粉的燃燒不徑相同。此外，由于秸稈中堿金屬含量較高，某些秸稈如稻草中的氯離子含量較高，增加了煙氣對受熱面的腐蝕程度，組織秸稈燃燒時還必須考慮這些不利因素的影響。用于秸稈發電的燃燒技術主要有水冷式振動爐床燃燒技術和循環流化床燃燒技術。

水冷式振動爐床燃燒技術是丹麥BWE公司開發主要用于燃燒生物質的燃燒技術。BWE公司的秸稈發電技術已經應用在丹麥、瑞典、芬蘭、西班牙等國的秸稈電站。傳統的爐床燃燒技術具有燃料分布不均勻、空氣容易短路、燃燒效率低等缺點。水冷式振動爐床采用振動爐排，減小了秸稈在爐排上分布的不均勻性。秸稈燃燒后灰量較小，采用水冷可以保護爐排不被燒壞；尾部過熱器采用3級和豎直煙道中的分開布置可以有效降低堿金屬等對受熱面的腐蝕。最近，河北、山東、江蘇等地也正在與BWE公司合作，引進其技術籌建秸稈發電廠。為了降低成套引進的成本，國內的企業也積極與BWE公司合作，尋求振動爐床燃燒設備的國產化。

循環流化床燃燒技術是一種先進的燃燒技術，也可用于秸稈的燃燒。循環流化床一般由爐膛、高溫旋風分離器、返料器、換熱器等幾部分組成。流化床密相區的床料溫度在800℃左右，熱容量較高，即使秸稈的水分高達50%~60%，進入爐膛后也能穩定燃燒，加上密相區內燃料和空氣接觸良好，擾動劇烈，燃燒效率較高。相比爐床燃燒技術，流化床燃燒技術具有布風均勻、燃料與空氣接觸混合良好、SOX、NOX排放少等優點，更適應燃燒水分過高、低熱值的秸稈。哈爾濱工業大學研制開發的流化床鍋爐先后安裝在泰國、馬來西亞等地；浙江大學針對秸稈燃燒灰熔點低、易結渣等特點進行研究，不斷改進循環流化床燃燒技術，通過采用特殊風分配及組織方式保證秸稈的流化燃燒和順暢排渣，并優化受熱面布置，降低堿金屬的腐蝕，解決了一系列的難題，目前已處于工業化推廣階段。

2.3 結語

我國是世界上最大的農業國，也是秸稈資源最為豐富的國家之一。秸稈作為一種清潔可再生的能源在我國具有廣闊的市場前景。秸稈燃燒產生的CO2與秸稈生長時所吸收的CO2大致相當，秸稈的平均含硫量只有0.38%，遠低于電廠用煤的平均含硫量（1%）。因此，發展秸稈發電可以減少CO2和SO2的排放，保護我們賴以生存的地球環境。此外收購秸稈還可以增加農民收入，安置農村閑置勞動力，符合我國的“三農政策”。

根據國家能源局規劃，到2015年我國生物質發電裝機將達1300萬千瓦，較2010年增長160%。數據顯示，2010年我國農村以秸稈為燃料的生物質發電裝機突破500萬千瓦。我國秸稈發電技術的前景廣闊，發展秸稈發電有利于提高農民收入，改善環境，實施可持續發展戰略和建設節約型、和諧型社會。

參考文獻

[1] 也飛.丹麥解決能源問題的經驗.全球科技經濟望,2005（2）：53~55

[3] 傅友紅、樊峰鳴、傅玉清.我國秸稈發電的影響因素及對策.沈陽工程學院學報（自然科學版），2007（7）:207~210.

生物質發電的缺點范文第3篇

關鍵詞：光伏產業，發展方向，存在的問題

一、光伏產業發展的必要性

1.化石能源、核能

集中式的大型發電站都存在一個問題，從發電廠將電能輸送給用戶的過程將會產生輸電損耗，一般會超過電廠輸出發電量的10%。我國目前的能源結構采用火力發電和核能，這種大型發電廠都造成極大的浪費。

（1）化石能源

對于資源缺乏的國家和地區，需要從資源豐富的國家進口煤炭、石油，在運輸的過程中將會增加成本，同時也將本國的命脈握在了別人手中。化石燃料在使用過程中還會產生大量二氧化碳、粉塵、硫化物等，特別是煤炭，雖然煤炭相比于石油、天然氣儲量最多，價格野相對便宜，但對環境造成的污染也是最大的。隨著大家對生態環境的重視以及煤、石油、天然氣的有限性，化石能源的使用會收到限制。雖然目前也采取“煤炭氣化”提高燃燒值，“碳捕捉和封存”來降低燃燒過程產生的二氧化碳，但無疑這樣的做法也會增加發電成本。

（2）核能

核電站建設周期長，資金投入高，核廢料的產生不但增加處理成本還會給環境帶來潛在的危險。核電站廢棄以后還需要大筆的資金處理核電站，所需要的資金接近核電站的建設費用。在提煉核能反應堆原料的過程中，也需要大量的傳統能源，也就是說核能發電也會產生二氧化碳，并不是不產生任何二氧化碳。另外，核發電的主要原料鈾的儲量約為475萬噸，目前每年消耗約7萬噸[1]，也就是說按照目前的消耗速度，核能還能維持不到70年的時間。

2.其他可再生能源

風能與太陽能一樣，存在發電量不可控、不穩定的缺點，另外風力發電機主要以大型為主，除了太陽能-風能路燈外，城市也不太可能建設大型的風力電機。

生物質能的利用主要通過生物質發電，乙醇燃料以及生物柴油[2]。生物質發電主要原料為農作物秸稈及農林廢棄物，收集困難，產業化技術水平不高。乙醇燃料主要原料為糧食，就目前我國現狀將糧食大量生產乙醇燃料不太現實。生物柴油原料為動物或植物油脂，加工技術還有待進步，另外含油作物種植也面臨占用土地的矛盾。

水力發電也是清潔的可再生能源，2014年我國水電發電量占全國總發電量的19.2%。目前，我國水電開發容量已達到技術可開發量的52%左右，發電量占到技術可能量的40%左右。水力發電修建大壩會對整個生態環境造成破壞，而且水力發電儲量也不能完成滿足經濟發展需要。

因此，綜合對比各種能源，未來的能源主要是可再生能源，而太陽能儲量大、分布廣泛，是未來必不可少的一種能源形式。

二、未來光伏產業的發展方式

1.分布式光伏電站將成為主要形式

著名的電器工程學家愛迪生就預言：未來的發電是分散式的，雖然光伏產業發展之初，大多數的光伏科學家也將發展的重心放在大型光伏電站及聚光式光伏電站。上世紀德國提出的“千家光伏屋頂”以及后來的“十萬家光伏屋頂”，美國的“百萬屋頂”計劃，特別是日本的“陽光”計劃，在2008年日本個人住房光伏發電量占日本總裝機容量的80%以上，成為日本光伏發電的主體。光伏系統由于其獨特性可以建設任意大小的發電站，那么未來更多的就是建設中小型的分布式光伏電站，也就是將光伏電站與建筑有機的結合在一起。這樣的結合，不另外占用土地面積，維護方便，當地發電當地使用沒有輸電損耗，可以將光伏組件部分替代建筑材料節省成本，同時光伏系統覆蓋在建筑表面還能起到保溫隔熱的作用降低建筑能耗。

2.行業、企業標準將進一步完善

建立完善且與產業發展適應的光伏產業標準體系是光伏產業健康發展的必要條件，包括光伏產業基礎通用標準、光伏制造設備、光伏材料、光伏電池和組件、光伏電源并網電能質量等多方面。我國目前也陸續出臺了相應的標準，但與國際相比還不完善，另外還需要根據我國的具體情況做一些相應的調整，以適合我國光伏產業的發展。

3.光伏電池將趨于多樣化

既然未來主要發展方向為分布式的光伏電站，特別是與建筑結合在一起，為了滿足發電及建材的雙重要求，必然對光伏系統提出多樣化的需求，包括太陽電池原材料多樣化、形狀多樣化、顏色多樣化以滿足人們對于美觀、安裝維護方便等方面的要求。

三、我國光伏產業未來發展需要注意的幾點問題

1.人才的培養

我國光伏產業的發展比較晚，在2002年之前除了一些特殊領域，光伏還沒有作為大規模應用的電源，到2002年底全國裝機容量累積只有6兆瓦，因此更加沒有系統的人才培養方案。光伏產業大規模發展需要大量的專業人才，包括改進生產工藝、改進太陽電池結構提高發電效率、尋找替代原材料、系統設計安裝、系統維護都需要專業人才。同時由于各企業產品質量良莠不齊，需要專業的質量檢測人員對產品進行檢測，讓消費者能夠買到合格的產品。

2.加大對相關知識的普及、培訓

要大規模的普及，必須要讓所有人對光伏產品有一定了解，就我國目前的情況來看，除了光伏發展比較好的幾個地區以外，人們對于光伏完全不了解，這就需要政府以及光伏從業者提高宣傳力度，讓人人了解光伏。

3.成本進一步降低

光伏一直以來都被認為是“昂貴”的代名詞，雖然嚴格意義來講，在2011年就已經實現了個別地區光伏發電成本與化石能源發電成本一致，但要大規模使用光伏電池還需要做進一步努力，可以通過改進生產工藝、提高電池發電效率、提高使用壽命、降低輔助材料成本、光伏系統的合理設計與安裝，從整個系統上實現成本降低，從而降低光伏發電成本。

4.相關基礎設施完善

光伏材料、太陽電池、光伏組件質量是否合格需要相應的檢測設備，光伏發電要及時并網需要完善的電網結構、電能質量檢測以及電能合理調節，只有這些基礎設施也能夠得到完善，光伏產品質量才能得到保證，光伏發電才能隨時發電隨時上網，也才能吸引更多的人安裝光伏電池。

5.與其他可再生能源的協調

要滿足全球所有的電力需求，需要安裝300億千瓦的光伏系統才能滿足全球電力需求，而安裝數億光伏系統所需要的面積僅相當于半個法國[1]，因此，尋找足夠的安裝面積并不是問題，真正的挑戰是光伏系統發電的不穩定性。一直以來限制光伏產業發展的主要原因除了價格以外就是光伏發電的不穩定性，在冬季太陽輻射強度下降的情況下，發電量也會降低。有效的解決方案就是將太陽能發電與其他的可再生能源發電結合起來，包括風力發電、生物質能發電、水力發電等構成一個綜合性混合能量系統，由于它們之間具有互補性，這樣的組合不僅會是最清潔的能源結構還是成本最低的能源結構。

四、總結

在日益嚴峻的能源形勢和生態環境形勢壓力下，太陽能光伏產業前景廣闊，未來光伏產業的發展更多的是呈現分布式以及多樣化的發展方式，我國雖然取得了顯著的成就但要實現大規模的普及作為主要的能源利用形式，還有很長的路要走，需要光伏專業人士一起的努力。

參考文獻：

生物質發電的缺點范文第4篇

【關鍵詞】分布式發電；微電網；配電系統；電網；能量優化

一、概述

1、技術產生背景

2013年1月，國務院了《能源發展“十二五”規劃》，提出要以分布式能源、智能電網等作為推動能源生產和利用方式變革的重點，大力推廣新型供能方式，提高能源綜合利用效率。

分布式發電（Distributed Generation，DG）指為滿足終端用戶的特殊需求、接在用戶側附近的小型發電系統。其優點是可利用豐富的清潔和可再生能源，具有經濟性、環境友好性、能源利用的多樣性、調峰作用、安全性和可靠性、可為邊遠地區供電等優勢，接入方便，運行簡單。缺點是一些可再生能源具有間歇性和隨機性，大量可再生能源發電（風電/太陽能發電等）并入配電網，不僅改變了配電網的運行模式，同時其波動性對電網運行也會產生不利影響，對電網的運行調度提出了挑戰。分布式電源特性中的不可調度性、功率波動、需要備用，以及雙向潮流導致的電壓調節、保護協調、能量優化困難等，都是分布式電源在并網運行時需要面對和解決的問題。這些缺點制約了分布式發電的發展。

為了降低分布式發電帶來的不利影響，同時發揮分布式發電積極的輔助作用，一個比較好的解決辦法就是把分布式發電、負載和儲能系統一起，作為配電子系統，這就是微電網（Microgrid）。微電網是集信息技術、新能源技術、分布式發電技術等為一體的重要概念，有利于構建節能高效、綠色環保、安全可靠的電氣系統，解決傳統電網的安全、長距離輸電的損耗以及化石能源所帶來的環境污染等問題。同時，它還能夠降低高峰負荷，降低電網網損，削峰填谷，降低電價，為分布式電源投資商帶來收益。

2、微電網概念

2002年，美國電力可靠性技術解決方案協會（consortium for electric reliability technology solutions，CERTS）從結構、控制、經濟等方面系統全面定義了微電網的概念：微電網是一種由負荷和微型電源共同組成的系統，它可以同時提供電能和冷/熱能量；微電網內部電源主要由電力電子器件負責能量的轉換，并提供必要的控制；微電網相對于外部大電網表現為單一的受控單元，并可同時滿足用戶對電能質量和供電安全等方面的要求。

微電網包括分布式電源、儲能系統和可控負載三大部分。其中分布式電源包括小規模的風電、光伏、CCHP、生物質、水電等；儲能系統包括電儲能（儲能電池、飛輪、超級電容、壓縮空氣等）、熱儲能（可實現CCHP熱-電解耦，可改變負荷曲線形狀等）等系統；可控負載如照明負荷、泵類負荷、加熱負荷等。

微電網中包含有多個DG和儲能系統，聯合向負荷供電，整個微電網對外是一個整體，通過斷路器與上級電網相聯。微電網中的DG可以是多種能源形式（光電、風電、微型燃氣輪機等），還可以以熱電聯產（combined heat and power，CHP）或冷熱電聯產（combined cold heat and power，CCHP）形式存在，就地向用戶提供冷/熱能，提高DG利用效率。

3、微電網分類

一般而言，微電網分為聯網型和獨立型兩種。

聯網型微電網具有并網和獨立兩種運行模式。在并網工作模式下，一般與中、低壓配電網并網運行，互為支撐，實現能量的雙向交換。在外部電網故障情況下，可轉為獨立運行模式，繼續為微電網內重要負荷供電，提高重要負荷的供電可靠性。通過采取先進的控制策略和控制手段，可保證微電網高電能質量供電，也可以實現兩種運行模式的無縫切換。

獨立型微電網不和常規電網相連接，而是利用自身的分布式能源滿足微電網內負荷的需求。當網內存在可再生分布式能源時，常常需要配置儲能系統以保持電源與負荷間的功率平衡，并充分利用可再生能源。這類微電網更加適合在海島、邊遠地區等地為用戶供電。

二、微電網技術

1、典型微電網結構

微電網與外電網之間只有一個公共接點，可構成母線級、變電站級等不同規模的微電網，微電網可以獨立、并聯或嵌入式接入電網。典型的微電網結構有直流（如圖1所示）、交流（如圖2所示）和交直流混合（如圖3所示）三種。

直流微電網的優勢在于，由于DG的控制只取決于直流電壓，無需考慮各種DG之間的同步問題，直流微網的DG較易協同運行，在環流抑制方面更具優勢，且只有與主網連接處需要使用逆變器，系統成本較低。

在交流微電網中，DG、儲能裝置和負荷等，均通過電力電子裝置連接至交流母線，通過對公共聯接點處開關的控制，可實現微網并網運行與孤島運行模式的無縫切換。

直流和交流微電網各具優勢，交直流混合微電網具備兩種微電網的優點：既有交流母線又有直流母線，易于向交/直流負荷供電。

2、微電網運行特性

由于微電網有多種能源輸入（風、光、天然氣、生物質、水電等）、多種產品輸出（電、熱、冷）、多種轉換單元（風/電、光/電、熱/電，AC/DC）、多種運行狀態（獨立、并網），并且一些電源如風電等，具有間歇性和隨機性，因此微電網具有復雜的特性；微電網的分布式電源大多采用電力電子逆變裝置，不具有自同步性；負荷波動對電源輸出影響較大；運行狀態多變，在狀態轉換時常要求無縫切換；規模一般不大，不同時間動態響應耦合性強；除關注安全穩定性外，還關注電能質量、經濟性等問題。

圖1 直流微電網典型結構

圖2 交流微電網典型結構

圖3 交直流混合微電網典型結構

3、微電網及含微電網配電系統規劃

微電網及含微電網配電系統的規劃工作要考慮DG容量的優化、微電網結構的優化、接入位置的優化、配電系統的綜合優化等問題；在技術上面臨冷/熱/電負荷的綜合考慮、可再生能源的間歇性和隨機性、DG的多樣性、配電系統轉變為電力交換系統等困難；要保證微電網建設與運行的經濟性、供能的可靠性、環保效益；要有助于提升配電的經濟性，使可再生能源盡可能多地接入配電網。

4、微電網及含微電網配電系統控制

微電網及含微電網配電系統的控制主要要解決幾個方面：模式切換控制，保證各運行模式之間的平滑過渡；聯絡功率控制，減輕對電網的影響；電能質量控制，減小對用戶供電質量的影響；穩壓/穩頻控制，保證系統運行的穩定；運行優化控制，保證系統的經濟性。

并網型微電網只有能夠靈活實現切換，才能發揮其優勢。而獨立型微電網必須能夠長期獨立運行。

微電網配電系統控制主要有兩種策略：主從控制和對等控制。主從控制是以微電網中的某個分布式電源（主電源）為主控制單元，對電壓和頻率的控制起主導作用，這種情況下對主電源的要求比較高；或者以上層中心控制器作為主控制單元，對整個微電網進行控制。對等控制是利用下垂特性曲線，通過測量逆變器輸出端口電壓的頻率和電壓幅值，控制分布式電源的有功和無功功率（f-P和V-Q下垂控制）；或者利用下垂特性曲線，通過測量逆變器端口輸出的有功和無功功率，控制其端口電壓的頻率和電壓幅值（P-f和Q-V下垂控制）。

以一個分布式電源為主控制單元的底層分布式電源的主控制策略，由于其底層分布式電源之間需要強的通信聯系，成本高，可靠性降低，且整個系統對主單元有很強的依賴性，主單元一旦控制失效或通信失敗，整個微電網就會癱瘓，因此，這種底層分布式電源的主從控制方法還有待改進。而底層分布式電源之間的對等控制，各分布式電源之間不需要通信聯系就能實現功率共享，不同分布式電源之間地位對等，控制具有冗余性，這種控制策略因而收到廣泛關注。對于以中心控制器為主控制單元的主從控制策略，由于其通信聯系不是強聯系，中心控制器能起到管理微電網的作用，隨著微電網的發展、多微網的出現，這種分層控制系統將是很好的選擇。

5、微電網及含微電網配電系統保護

微電網的接入給配電系統的保護和自動化系統應用帶來了挑戰，。微電網配電系統的保護包括低電壓加速反時限過電流保護、線路接地保護、孤島檢測及保護、低電壓穿越能力的保護動作時需配合等等。

微電網及含微電網配電系統保護具有一些特性，如：導致配電線路中的潮流雙向性、配電系統通訊系統遠不如輸電系統完備、保護數量多、保護區域有限、經濟型要求高等等，這些方面需要在設計階段就加以考慮并解決，以滿足對保護系統可依賴性、安全性和速動性的要求。微網配電系統的保護原理與技術如圖4所示。

圖4 配電系統的保護原理與技術

6、微電網能量優化

微電網能量優化的目標在于研究微電網優化調度理論，使全系統能源利用效率最大化。具體來說，就是在滿足運行約束條件下，最大限度利用可再生能源，保證整個微電網運行的經濟性。在微電網高滲透率的情況下，通過對微電網輸出的有效控制，降低配電系統的損耗。

孤立微網中常用的典型電源有常規發電機組（柴油發電機、微型燃氣輪機等）和可再生能源發電機組（光電、風電等）。當可再生能源容量較大時，一般需要安裝儲能系統（如蓄電池），用于穩定系統運行電壓和頻率。目前，電池儲能系統一般投資較大，且使用壽命較短，因此，合理利用儲能電池以保證其使用壽命，是微電網運行控制策略選擇的關鍵，其目的是在保證系統穩定供電的前提下，綜合考慮各種分布式電源和儲能設備的運行約束，提高系統全壽命周期的經濟性。

并網型的微電網，既可以在并網模式下運行，也可以在外網出現故障時轉入孤島運行模式。在孤島運行模式下，微電網運行的目標是盡可能保證一些重要負荷的供電，滿足微電網內的功率平衡，能量管理比較簡單。針對并網運行模式的能量管理，目的是實現微電網運行效益的最大化，包括經濟效益和社會效益。并網運行模式下的能量管理，常用三種模式：聯絡線功率恒定模式、微燃機恒功率模式、微燃機功率時間?設定模式。目前，以微型燃氣輪機為核心設備的冷/熱/ 電聯供（CCHP）技術發展十分迅速。CCHP整體燃料利用率在70%～90%之間，大大優于效率為30%～45%的大型發電廠，可實現能源的有效梯階利用。

生物質發電的缺點范文第5篇

關鍵詞：分布式光伏發電；并網方案；成本；效益研究

中圖分類號：X511 文獻標識碼：A

世界的發展離不開能源，然而在當前傳統石油、天然氣和煤炭資源越發匱乏且對環境污染的副作用逐漸顯現的時候，發展可替代能源已經成為一種共識。與核能、潮汐能、生物質能等環保能源對比，太陽能的優勢顯而易見，其開發周期之短、投資產出比之大、副作用之低是前者所不能比擬的。我們常常將太陽能轉化為可利用的電力資源，從而衍生出了光伏發電產業。然而面對源源不斷的太陽能資源，我們卻不能很好地加以利用，究其緣由，無外乎是由于地理、天氣等因素而導致的太陽能利用太過分散，倘若可以集中利用、并網利用，則可很好地規避地域這些不利因素對開發太陽能資源所帶來的影響。

一、我國分布式光伏發電的現狀

我國分布式光伏產業起步較晚，缺乏整齊統一的規劃，導致了現在很多老城區、舊城區使用太陽能雜亂無序，大多數用在了樓宇太陽能熱水器，利用光伏發電幾乎無從談起。新建的新城區已經意識到光伏發電的重要性，除此之外，工業園區、高新科技園區、經濟開發區、農業示范區、集中應用示范區等也大規模試點光伏發電應用。

除此之外，很多地方也鼓勵光伏發電的用戶將使用不了的余電接入國家電網對外出售，在國家層面，則由財政部、科技部、國家能源局等在2009年聯合推進“金太陽工程”、2009年早些時候出臺的光電建筑每瓦補貼20元及2013年國家發展和改革委員會的光伏發電電價每瓦補貼0.42元等相關政策支持。誠然，這些仍舊是以樓宇示范項目、校園、生態城和工業用戶為主。

總之，我國分布式光伏發電遠未滿足我們對資源的需求，在我國能源配比中仍舊處于低位，分布式光伏發電分布雜亂、能源使用效率較低，無法統一調配統一運行。國家也正在加大對這種新興能源給予政策、資金的相關支持。

二、分布式光伏發電并網的優勢

（一）市場導向優勢

光伏發電依托健全的光電建筑、設備，才能有效地將太陽光能轉化為電力能源，分布式光伏發電在不并網的情況下是自己開發自己使用，然而很多用戶都結余了很大一部分的電力而白白浪費。例如一些校園、經濟開發區，白天最多使用空調，還剩余了很大部分的電量，這部分電量只能轉化為熱能或生物質能存儲，造成了很大的能源浪費，而類似工業開發區、高新科技園區又對能源需求旺盛，自身的光伏發電無法滿足其生產、運營的需要，還需要額外再花錢購進電能。

一方在浪費，另一方卻又嗷嗷待哺，如果將分布式光伏發電并網，利用價格機制作為推動，可以很好地理順市場導向。

（二）價格優勢

分布式光伏發電的前期建設成本與后期設備使用周期在一定程度上制約著光伏發電產業的發展，光伏發電建筑建設成本過高使得很多單位望而卻步。在國家出臺幫扶政策的同時，倘若可以將分布式光伏發電并網，利用價格推手，引入市場“補貼”，則可以很好地改善這種現狀。

（三）效益優勢

當分布式光伏發電并網后會充分發揮它的集群效益，其平攤到每位用戶身上的個人支出將會大大降低，平均單位光伏建筑單位發電量的使用效益也會發揮到最大化。這對于促進我國能源結構優化，改善能源整體環境具有非常重要的意義。

三、分布式光伏發電并網的成本分析

分布式光伏發電并網的成本主要表現在建設成本和運營成本，我們分別來詳細探究下并網的成本。

第一，需要根據當地城市電網的發展現狀，當地的太陽能資源等情況，開展有效的市場調研與試驗。

第二，確定好了試點地域后，要結合城市規劃總體綱要及該地域控制性詳細規劃進一步開展空間負荷預測及負荷總量預測。

第三，根據我們所分析獲得該地區符合特征以及太陽能資源數據，正式進行光伏發電負荷曲線以及出力情況的匹配分析工作，如圖1所示，途中的曲線對于時間的積分為電量，其中的第一部分為光伏發電上網的電量；第二部分為用戶在光伏發電作為電源情況下的用電量；第三部分為用戶在公共配電網作為電源的用戶用電量。在對上述情況進行分析之后，還需要我們能夠結合當地的地域限制、投資規模等一系列因素對所要建設的光伏發電裝機容量進行確定。

第四，需要列出可能的光伏發電運營模式備選方案，并對不同的運營模式所具有的優缺點以及可行性進行全面分析。

第五，要根據發電選址地點目前的現狀以及周圍的環境進行考察，并對在不通用運營模式下光伏發電所具有的用戶配電網改造方案以及接入方案等進行確定。

第六，需要對不同運營模式下光伏發電的計算參數以及邊界條件等進行確定，比如對相關配電設備的造價、當地補貼政策以及電量基本價格等等數據，要有準確的把握，避免在數據信息方面的誤差，造成我們對實際收益方面的錯誤判斷，應相對實際效益的計算。

第七，需要對不同運營模式下光伏發電的運行成本進行全面的計算，主要包括光伏發電的初期投資費用、配電網的初期投資費用、相關設備的運行維護費用以及貸款利息等等，除了這部分基本費用之外，還具有停電損失費用、設備損耗費用以及房頂租金等等。通過不同運營模式的應用，則能夠使項目投資能夠獲得不同的成本構成。

綜上所述，開展一項成功的光伏發電并網項目，需要經過前期調研、選址、分析等等一系列成本付出，除此之外，還有各種損耗費用，其成本與產出效益之間的權衡成為橫亙在能源優化面前的一條深深的溝壑。

四、在政府支持下的分布式光伏l電并網的效益對比

由于缺乏全面系統的制度體系，目前分布式光伏發電并網操作僅限于統購統銷或者在封閉環境區間內的自產自用，尚無法形成大規模的統購統銷與自產自用互相接入。在政府政策資金支持的情況下，我們可以就目前的現狀就產業效益進行相關的論證。

統購統銷對接入公共電網是最合適的，以配電箱作為接入點，反向輸電，計價計量方式簡單，也便于維護。

自產自用一般應用于封閉式園區以及合同能源管理模式中，同樣以配電箱作為接入點，在產權分界點再設立一個計量單元。

就效益對比來說，二者各有優劣。目前政府對光伏發電并網進行發電補貼，此時地域之間對比的價格因素成為主導因素，統購統銷相較自產自用就具有了更多的價格導向優勢。然而當某一地域對電力需求特別大的時候，政府主導的價格因素就不是區域內并網用戶重點考慮的方向，自產自用群體擁有了更大的自，能對電力資源進行更好的調配。

結語

總而言之，基于我國目前能源發展的現狀，開展光伏發電是大勢所趨，分布式光伏發電并網操作也必然成為市場主流。在這項過程中，我們必須充分重視分布式光伏發電的重要性，高瞻遠矚，在未來的城市規劃和建設方面為分布式光伏發電并網預留條件，同時也需要我們結合實際情況，用更針對性的措施來獲得更好的并網運行效益。

參考文獻