新能源发电系统

科技学院

《新能源发电系统控制》

1.论述生物质发电系统中目前存在的主要问题有哪些，哪种形式的生物质发电更有前景。生物质发电会产生哪些社会效益、环境效益和经济效益。

①当前生物质发电中存在的问题主要有：

第一生物质发电的投资和发电成本远高于火力发电。一是因为生物质电厂建设投资成本较高，相当于同等规模火电厂的两倍左右。二是生物质发电对成本的控制力不强。燃料供应不论在数量还是在成本控制上，均有较大的不确定性，固定成本加上原料成本，导致生物质发电成本远高于火电。

第二原材料供应决定企业的成败。生物质发电燃料来源供应不足的矛盾十分突出，产地实际可收集的量和理论计算的量之间有很大差距。秸秆等生物质散布于千家万户，季节约束性强，且秸秆体积大、密度小，不易储存。一些地方政府由于财力不足等原因，尚未出台秸秆收购的优惠政策。去掉运输储存成本和代收点等中间环节的扣除，农民收益较低，没有形成良性的产业利益链。近年来养殖业的秸秆需求量不断增加，对原材料的竞争激烈。而为保障农地种植时间，农民往往直接焚烧秸秆以增加土地肥料。保证持续、足量、价格稳定的燃料供应，往往是企业运营成败的关键。一些生物质电厂在建成投产后不久，就因原料短缺或亏损而停产。

第三电力供应主体之间的博弈制约企业发展。目前我国能源环境定价机制尚不完善，不能反映资源的稀缺程度、供求关系与环境成本，无法实现资源配置的最优化。这会导致商业性资本不愿积极、主动地介入节能环保领域。目前国家积极鼓励生物质发电并网，但是由于各方主体利益目标不同，目前生物质发电总量较小，对各利益主体触及较小。随着发电总量增加，势必会遇到一定阻力。对于地方政府来说，现阶段很难将生物质发电作为电力供应主体，甚至不愿意提升生物质发电的占比，仅仅将其作为能源补充。另外，在经济总量考核压力下，在一些资源依赖地区，生物质发电供应价格高于煤电价格，虽然有国家补贴，但是有的地方资金不能及时到位，其电力供应依然主要依赖煤电，增加生物质发电的积极性不高。

第四扎堆建设电厂，致使生物质电厂的盈利能力差。这几年农村劳动力缺乏以及成本上升，致使燃料的加工、储运、管理环节人工成本不断上升。而电价却是微小浮动或者不动。虽然国家给予了一定的建设补贴，但是目前大部分电厂尤其是一代电厂盈利水平较差，或者处于亏损状态。

第五碳排放交易前景不明。目前我国大部分生物质发电项目均实现了履约注册，但是受国际经济环境恶化、欧债危机影响，碳减排交易下降，供过于求，价格暴跌。目前新建的生物质发电项目能否获得减排资金支持，前景不明朗。人才素质跟不上市场需求；市场环境方面，碳排放权作为一种无形资产，开发程序复杂，交易规则严格，缺乏专业机构帮助银行分析、评估、规避交易风险；政策方面，碳排放权的价格波动和市场规模与经济周期的波动呈正相关。

第六，存在银行授信风险。企业授信以建成后的有效资产作抵押。但是，电厂土地大多是划拨土地，无法实现有效抵押，专业设备的处置难度较大，采用收费权账户质押对银行债权作用有限，不能真正缓释信贷风险。并且，一代电厂普遍存在机组运行不稳定现象，必然影响自身经营效益。如果采用第三方担保的方式，则会增加企业负担。对集团客户而言，还存在集团与子公司之间股权关系复杂，关联交易频繁，股权转让频繁问题。同时，集团与子公司之间，经营范围广泛，投资项目较多，涉及面广，可能出现经营效益差的情况，从而增加银行的授信风险。

②目前主要的生物质发电有以下的几种形式：

燃烧发电：直接燃烧发电是将生物质在锅炉中直接燃烧，生产蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。

混合发电：生物质还可以与煤混合作为燃料发电，称为生物质混合燃烧发电技术。

气化发电：生物质气化发电技术是指生物质在气化炉中转化为气体燃料，经净化后直接进入燃气机中燃烧发电或者直接进入燃料电池发电。

沼气发电：沼气发电是随着沼气综合利用技术的不断发展而出现的一项沼气利用技术，其主要原理是利用工农业或城镇生活中的大量有机废弃物经厌氧发酵处理产生的沼气驱动发电机组发电。

目前被认为是最具有前景的生物质发电技术是垃圾发电技术

垃圾发电：垃圾发电包括垃圾焚烧发电和垃圾气化发电，其不仅可以解决垃圾处理的问题，同时还可以回收利用垃圾中的能量，节约资源，垃圾焚烧发电是利用垃圾在焚烧锅炉中燃烧放出的热量将水加热获得过热蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电。垃圾焚烧技术主要有层状燃烧技术、流化床燃烧技术、旋转燃烧技术等。发展起来的气化熔融焚烧技术，包括垃圾在450°~640°温度下的气化和含碳灰渣在1300℃以上的熔融燃烧两个过程，垃圾处理彻底，过程洁净，并可以回收部分资源。

③生物质发电会产生哪些社会效益、环境效益和经济效益。

一社会效益：生物质发电可以大大减少不可再生资源的消耗，缓解世界能源短缺的现象，有利于社会经济的可持续发展

二环境效益：生物质发电项目实施后，从根本上解决了农作物焚烧造成的严重大气环境污染问题, 而且减少了煤石油天然气等燃料的燃烧，有效的降低二氧化碳等温室气体排放，减少对环境的污染，改善了人们的居住环境。

三经济效益：生物质能源的开发利用，提高其在总能源中所占比重。可实现工业产值的提升并带动相关产业的发展，同时增加了农民的收入，这大大促进了各个地区将资源优势转变成为经济优势的程度。

5.论述生活垃圾会给人类社会带来哪些危害，目前国内外垃圾的主要处理利用方法有哪些，存在哪些核心问题，较为有效的解决方法是什么，未来新型的处理技术和方法发展会如何。

①主要危害有：一占地过多垃圾挤占了宝贵的土地资源和生存空间，严重影响了工农业生产和生活。大批垃圾破坏地球表面的植被，这不仅影响了自然环境的美观，更破坏了大自然生态平衡。

二、污染环境固体废物含有各种有害物质，处理不当可直接污染土壤、空气和水源，并最终对各种生物包括人类自身造成危害。垃圾中的有害成份易经雨水冲入地面水体，在垃圾堆放或填坑过程中还会产生大量的酸性和碱性有机污染物，同时将垃圾中的重金属溶解出来。垃圾污染源产生的渗出液经土壤渗透会进入地下水体；垃圾直接弃入河流、湖泊或海洋，则会引起更严重的污染。细小固体废物会随风飞扬，加重大气污染。在大量垃圾露天堆放的场区臭气熏天，有大量氨、硫化物等有害气体向大气释放，仅有机挥发性气体就多达100多种，其中含有许多致癌致畸物。

三、传播疾病垃圾含有大量微生物，是病菌、病毒、害虫等的滋生地和繁殖地，能为老鼠、鸟类及蚊蝇提供食物、栖息和繁殖的场所，也是传染疾病的根源，严重地危害人身健康，影响水生生物的生存。

②目前国内外广泛采用的城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧及焚烧发电等，这三种主要垃圾处理方式的比例，因地理环境；垃圾成份、经济发展水平等因素不同而有所区别。

这些方法存在的核心问题有：

一、填埋法此方法采用最多。填埋处理将垃圾埋入地下，通过微生物长期的分解作用，使之分解成无害的化合物，该处理技术成熟，操作管理简单，处理量大，运行费用低，能处理处置各种类型的废物并可利用垃圾填埋气发电，向城市提供电能或热能。目前，国外现代化

大型生活垃圾卫生填埋场大多采用单元填埋法，并对垃圾进行分层压实和每日覆盖，填埋场防渗处理采用人工合成材料作为衬底，通过收集管将填埋沼气导排并使其安全直燃，或通过管网系统收集后经过进化处理作为能源回收利用。我国的生活垃圾填埋场可分为三类：简易填埋场；受控填埋场；卫生填埋场，严格按照标准建设和运营的卫生填埋场的数量较少。我国多数采用厌氧填埋法。

核心问题：占地面积大且填埋后的垃圾对土壤、地下水、大气造成严重污染，其现实危害和潜在危害在不断增加。目前在大多数发展中国家存在，但随着科技的进步应当摒弃这种方法。二堆肥法该方法具有投资少，易操作的优点。但存在着致命的缺点：1、有机物堆腐时间长，一般需三周至一个月，堆积污染严重，苍蝇、蚊子孳生，严重污染周边环境，给当地卫生防疫带来极大隐患。2、有机物降解不彻底，处理不充分，残留物仍会造成垃圾污染。3、堆肥过程中，大多数氮营养被自然释放，磷、钾等化合物被自然降解，致使肥料质量低下，市场前景渺茫。就国内而言目前的生活垃圾处理技术处于低下水平，很难实现垃圾处理的无害化、资源化，更达不到产业化。而在发达国家这种技术已经相对成熟。目前，国外发展较快的堆肥方式为庭院垃圾堆肥、制造有机复合肥技术。我国常用的生活垃圾堆肥技术主要为简易高温堆肥技术、机械化高温堆肥技术，国外发达技术可以供国内的垃圾处理提供借鉴和技术支持，同时国内也应当大力发展和支持这些技术的研发和创新。

三、焚烧及焚烧发电此方法实现了垃圾处理的减量化和资源化，通过焚烧或焚烧发电垃圾处理厂将垃圾处理掉。核心问题：首先看其减量化，表面看垃圾焚烧减量了50%--60%，但实际上剩下的40%--50%的垃圾仍需要再处理，是重蹈填埋方法的覆辙，重新污染地下水和土壤。再看其资源化，直接焚烧浪费资源，此方法没有实现资源化、产业化，浪费了宝贵的资源。而国内外都在使用的垃圾焚烧发电的资源化技术，技术成熟，但因很多国垃圾成分复杂、热值低、水分大，运行时需加煤或油，无形中增加了运行费用，使投入远大于产出；因运行费用昂贵，政府财政无力承担，最后仍需填埋。若把占垃圾总量50%--60%的有机物分离出来进行堆肥，因堆肥产品质量差，不受农民欢迎，造成有机肥二次堆放污染。另外，焚烧及焚烧发电技术在垃圾焚烧过程中，释放出的有毒气体,如二恶英、电池中的汞蒸汽等，严重污染大气，处理此类有毒气体，运行费用又十分昂贵。而目前国外的焚烧技术发展已比较成熟，机械炉排焚烧炉的类型已成熟，目前，美国、德国、日本等发达国家先后开展了生活垃圾气化熔融技术的研究。我国垃圾焚烧处理技术主要包括炉排炉技术和流化床技术，其中炉排炉技术比例较大，主要引进国外技术，而流化床技术主要以国产化技术为主。

③未来新型的处理技术和方法发展

填埋技术作为生活垃圾的传统和最终处理方法，虽有下降趋势，但填埋场处理仍占据重要的地位，尤其在不发达国家。垃圾焚烧也已成为我国垃圾处理的一个重要方向，随着我国城市生活垃圾焚烧技术水平的不断提高、焚烧余热利用特别是余热发电进入了加速起步阶段。同时，国外仍稳步发展焚烧发电和厌氧发酵产沼气技术。厌氧发酵厂在我国也逐步建立起来。然而，由于生活垃圾组分的复杂性，单一的垃圾处理技术存在一定的弊端，从而造成二次污染或者资源的浪费，堆肥、焚烧、发酵这些单一的垃圾处理技术都存在一定的弊端，随着各国对节能减排和循环经济发展及进一步改善环境的要求，从节能减排和循环经济的角度，垃圾分类、回收，焚烧发电技术，垃圾综合治理技术，垃圾分选回收利用，垃圾的综合处理是未来的一个发展趋势。

一垃圾分选、回收的发展：生活垃圾分类收集、回收是垃圾前处理，是根治生活垃圾污染的根本途径和发展循环经济的前提条件。通过分类收集，不仅使资源得以再生利用，而且使垃圾的体积变小，减少了运费，降低了垃圾处理的难度，最终降低垃圾处理的成本。同时，垃圾分类收集能简化垃圾处理技术，提高垃圾处理效率。垃圾分类收集后，可将其中的可燃成分进行焚烧发电，提高热效率；可以将易降解的有机物分选出来进行堆肥处理，提高堆肥

的质量；可以减少用于填埋的垃圾中湿垃圾和有毒害垃圾的含量，减少环境污染。

二寻求新的生活垃圾处理技术，以工业协同处理废物技术逐渐成为处理生活垃圾的新视点，现有工业处理固体废弃物不仅能消除废弃物对环境的污染，而且能为现有工业提供原料和燃料。国外已开发出多种水泥工业和生活垃圾协同处理的技术，并取得了明显的效果，如日本的水泥厂把垃圾焚烧厂焚烧生活垃圾时产生的灰渣、飞灰等废物作为生产水泥的替代原料。

8.太阳能目前世界上主要的技术利用方式有哪些，效果如何，存在的主要问题有哪些，未来可能解决的方法如何。

①主要的技术利用方式：

1太阳能热水器热水器是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。国际上, 太阳能热水器产品经历了闷晒式、平板式、全玻璃真空管式的发展。目前热水器产品的发展方向仍注重提高集热器的效率, 如将透明隔热材料应用于集热器的盖板与吸热间的隔层, 以减少热量损失。目前在提高集热器效率的研究领域, 取得了较大进展

2太阳能热发电技术目前, 太阳能热发电在技术上和经济上可行的三种形式是: ①30--80MW 聚焦抛物面槽式太阳能热发电技术( 简称抛物面槽式)；②30--200MW 点聚焦中央接收式太阳能热发电技术(简称塔式)；③7.5--25kW 的点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术( 筒称抛物面盘式)。除了上述几种传统的太阳能热发电方式以外,太阳能烟囱发电、太阳池发电等新领域的研究也有进展。

3太阳能制冷技术实现太阳能制冷，主要有两条途径: 一是太阳能光电转换，以电制冷；一是太阳能光热转换, 以热制冷。前一种方法成本太高，应用较少，所以目前普遍采用以热制冷。太阳能以热制冷研究主要在三个方向上进行,即太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射式制冷。其中吸收式制冷和喷射式制冷都已经进入了应用阶段, 吸附式制冷还处在研究阶段。由于吸收式制冷系统庞大,运行复杂；吸附式制冷则停留在实验室阶段,因此对吸收式制冷的小型化和吸附式制冷的实用化是目前研究的热点。

4太阳能热泵技术将太阳能作为蒸发器热源的热泵系统称为太阳能热泵系统。其工作原理为: 在蒸发器吸热后,其工质的高温低压过热气体在压缩机中经过绝热压缩变为高温高压的气体,经冷凝器定压冷凝为低温高压的液体,放出工质的气化热,与冷凝水进行热交换, 使冷凝水被加热为热水, 供用户使用。同时液态工质再经过降压阀绝热节流后变为低温低压液体,并回到蒸发器定压吸收热源热量,蒸发变为过热蒸气,完成一个循环过程。

5太阳能热推进技术太阳能推进可分为太阳能电推进( SEP)和太阳能热推进( STP) 两大类。SEP 是通过太阳电池将太阳能转化成电能，再通过电源处理系统将电能供应给各种电推力器加热工质产生推力的推进技术；STP 是利用聚集的太阳能直接加热工质产生推力的推进技术。STP 与电推进技术相比较,不需要电能转换、管理分配系统,从而使系统简单可靠,能量利用率高；与核火箭发动机相比, STP 使用丰富廉洁的太阳能，不产生粒子污染,具有较高的比冲,范围宽阔适中的推力,对同样的星际探索任务；与化学能推进型发动机相比, 其有效载荷质量比提高1. 36--3. 4 倍,有显著的质量节省。因此, STP 是空间推进技术发展的一个重要方向。其中, 高性能太阳能主聚光器的研制和吸收器/推力室的高温热结构设计是太阳能热推进器(STP)发展过程中的关键技术。

6太阳能光伏发电技术太阳能光伏发电技术是利用太阳电池半导体材料的光伏效应, 将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统,有独立运行和并网运行两种方式。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置, 主要用于无电网的边远地区和人口分散地区, 整个系统造价很高；在有公共电网的地区,光伏发电系统与电网连接并网运行, 省去蓄电池,不仅可以大幅度降低造价,而且具有更高的发电效率和更好的环保性能。目前, 太阳能光伏发电的研究重点在开发高效率、低成本新型太阳能电池方面。主要包括非晶硅太阳能

电池和微晶硅迭层薄膜电池的实验型研究。其中非晶硅电池仍然存在一些问题，即转化效率低；电池稳定性不高。而晶体硅薄膜电池也存在着一个问题:与其它薄膜电池材料不同,硅是非直接半导体，为了最大限度地吸收和转换太阳光谱，通常需要较厚的活性层。这样就需要薄膜电池工艺采取有效的限光措施以弥补硅片厚度减薄后所造成的光谱损失和快速的沉积技术。

②未来可能解决的方法：

1提高太阳能热利用效率。目前，世界范围内许多国家都在进行新型高效集热器的研制，一些特殊材料也开始应用于太阳能的储热，利用相变材料储存热能就是其中之一。相变贮能就是利用太阳能或低峰谷电能加热相变物质,使其吸收能量发生相变(如从固态变为液态),把太阳能贮存起来。在没有太阳的时间里，又从液态回复到固态,并释放出热能,相变贮能是针对物质的潜热贮存提出来的,对于温度波动小的采暖循环过程,相变贮能非常高效。

2普及太阳能建筑。太阳能建筑集成已成为国际新的技术领域,将有无限广阔的前景。太阳能建筑不仅要求有高性能的太阳能部件,同时要求高效的功能材料和专用部件。如隔热材料、透光材料、储能材料、智能窗(变色玻璃)、透明隔热材料等.

3开发新型太阳能电池。光伏技术的发展，将以高效晶体硅电池为主，然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各种新型太阳能光电池的发展。

4 大力发展太阳能光电制氢产业。随着光电化学及光伏技术和各种半导体电极试验的发展,使得太阳能制氢成为氢能产业的最佳选择。氢能具有重量轻、热值高、爆发力强、品质纯净、贮存便捷等许多优点。随着太阳能制氢技术的发展,用氢能取代碳氢化台物能源将是本世纪的一个重要发展趋势。

5 发展空间太阳能电站。随着人类航天技术以及微波输电技术的进一步发展，空间太阳能电站的设想可望得到实现。由于空间太阳能电站不受天气、气候条件的制约，其发展显示出美好的前景，是人类大规模利用太阳能的另一条有效途径。