新能源發(fā)電與控制技術(shù)（第4版）課件：新能源發(fā)電與控制技術(shù)導(dǎo)論

1新能源發(fā)電與控制技術(shù)（第4版）2本書主要內(nèi)容新能源發(fā)電與控制技術(shù)導(dǎo)論

電力變換與控制技術(shù)基礎(chǔ)知識

風(fēng)能、風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù)

太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù)

氫能及燃料電池發(fā)電與控制技術(shù)

其他形式新能源的發(fā)電技術(shù)

分布式能源與儲能技術(shù)

新能源應(yīng)用技術(shù)3緒論新能源利用包括可再生能源（風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、水能、海洋能）和地?zé)崮?、氫能、核能轉(zhuǎn)換及其利用新技術(shù)（高效利用能源、資源綜合利用、替代能源、節(jié)能等新技術(shù)）。

新能源發(fā)電與控制技術(shù)涉及：①利用可再生能源和清潔能源發(fā)電，并持續(xù)獲得二次清潔能源--電能；②對電能通過變換與控制，滿足高質(zhì)量的終端能源消費(fèi)需求和電力的高效管理。

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新能源發(fā)電與控制技術(shù)導(dǎo)論561.1能源儲備與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

1.2能源的分類與基本特征

1.3新能源發(fā)電與儲能及應(yīng)用技術(shù)

1.4新能源發(fā)電的主要控制技術(shù)1.5新能源技術(shù)的主要應(yīng)用概要

本章主要內(nèi)容71.1能源儲備與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

1.1.1我國的能源結(jié)構(gòu)與儲備

1.我國的能源結(jié)構(gòu)

我國是一個能源大國，在能源結(jié)構(gòu)中煤炭儲量最為豐富，已探明的煤炭保有儲量超過1萬億t，可采儲量在1800億t以上，位居世界第4。

但是，中國又是一個能源貧國，中國的人均能源資源占有量為全世界人均水平的1/2，僅為美國人均水平的1/10。89

煤多油少是中國能源儲存結(jié)構(gòu)的基本特點，這種結(jié)構(gòu)到今后20年，甚至到本世紀(jì)中葉，我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)將不會改變。

在能源生產(chǎn)與消費(fèi)中，以煤炭為主要能源直接進(jìn)行燃燒，因燃燒工藝落后，燃燒不充分，造成環(huán)境污染嚴(yán)重、效率低下、浪費(fèi)驚人。102.我國的資源和能源儲備

我國對能源的開發(fā)利用已達(dá)到相當(dāng)高的強(qiáng)度，但能源利用效率的低下。我國能源利用效率僅為30%左右，比發(fā)達(dá)國家低近10個百分點。中國能源短缺在很大程度上是能源利用結(jié)構(gòu)同資源稟賦結(jié)構(gòu)矛盾的表現(xiàn)。煤電油供需矛盾相當(dāng)突出。建立高度節(jié)約型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)體制，深入研究、大力開發(fā)和利用新能源，是中國實現(xiàn)和平崛起的唯一選擇。11中國一次能源歷年消費(fèi)結(jié)構(gòu)（2005-2019）12中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)（2015）世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)（2015）132007-2019年我國一次能源消費(fèi)總量及同比增速（單位：億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，%）142018-2019年我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)（單位：%）152014-2019年我國清潔能源在能源消費(fèi)中的比重（單位：%）162019年我國發(fā)電量結(jié)構(gòu)（單位：億千瓦時，%）172014-2019年我國原油、煤炭、天然氣進(jìn)口情況（單位：億噸）以上數(shù)據(jù)及分析請參考于前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《中國綠色能源（清潔能源）產(chǎn)業(yè)市場前瞻報告》182014-2019年我國單位GDP能耗變化情況（單位：噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元，%）192011-2020年我國發(fā)電量與增長率202011-2020年我國發(fā)電量結(jié)構(gòu)（單位：億千瓦時）212020年，可再生能源發(fā)電量達(dá)到2.2萬億千瓦時，占全社會用電量的比重達(dá)到29.5%，較2012年增長9.5個百分點。全國全口徑非化石能源發(fā)電量2.58萬億千瓦時，同比增長7.9%，占全國全口徑發(fā)電量的比重為33.9%，同比提高1.2個百分點，非化石能源電力供應(yīng)能力持續(xù)增強(qiáng)。2011-2020年我國發(fā)電量結(jié)構(gòu)222011-2020年我國電力裝機(jī)總量（單位：萬千瓦時）232011-2020年我國電力裝機(jī)總量（單位：萬千瓦時）24截至2020年底，全國全口徑發(fā)電裝機(jī)容量22億千瓦，同比增長9.5%，增幅較上年提升3.7個百分點。2020年，全國新增發(fā)電裝機(jī)容量19087萬千瓦，同比增加8587萬千瓦，增速大幅提升。近十年來，我國發(fā)電裝機(jī)保持增長趨勢。2011～2020年，我國發(fā)電裝機(jī)累計容量從10.62億千瓦增長到22億千瓦。2015年后，我國裝機(jī)增速呈下降趨勢，至2020年陡然回升，最主要原因是風(fēng)電、太陽能發(fā)電等新能源新增裝機(jī)創(chuàng)歷史新高。2011-2020年我國電力裝機(jī)總量252011-2020年我國電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)（單位：萬千瓦時）262011-2020年我國電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)（單位：萬千瓦時）從裝機(jī)增速看，2020年，火電裝機(jī)同比增長4.7%，較上年增速高出0.7個百分點。風(fēng)電裝機(jī)同比增長34.6%，較上年增速提升21個百分點。太陽能發(fā)電以24.1%的速度增長，較上年增速高出7個百分點。核電增速收縮，降低6.7個百分點。水電裝機(jī)低速緩增，同比增長3.4%。272011-2020年我國電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)截至2020年底，全國全口徑火電裝機(jī)容量12.5億千瓦、水電3.7億千瓦、核電4989萬千瓦、并網(wǎng)風(fēng)電2.8億千瓦、并網(wǎng)太陽能發(fā)電裝機(jī)2.5億千瓦、生物質(zhì)發(fā)電2952萬千瓦。全國全口徑非化石能源發(fā)電裝機(jī)容量合計9.8億千瓦，占總發(fā)電裝機(jī)容量的比重為44.8%，比上年提高2.8個百分點。煤電裝機(jī)容量10.8億千瓦，占比為49.1%，首次降至50%以下。從裝機(jī)增速看，2020年，火電裝機(jī)同比增長4.7%，較上年增速高出0.7個百分點。風(fēng)電裝機(jī)同比增長34.6%，較上年增速提升21個百分點。太陽能發(fā)電以24.1%的速度增長，較上年增速高出7個百分點。核電增速收縮，降低6.7個百分點。水電裝機(jī)低速緩增，同比增長3.4%。282011-2020年我國電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)從電源結(jié)構(gòu)看，十年來我國傳統(tǒng)化石能源發(fā)電裝機(jī)比重持續(xù)下降、新能源裝機(jī)比重明顯上升。2020年火電裝機(jī)比重較2011年下降了15.7個百分點，風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)比重上升了近20個百分點，發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。水電、風(fēng)電、光伏、在建核電裝機(jī)規(guī)模等多項指標(biāo)保持世界第一。2021年4月，我國在領(lǐng)導(dǎo)人氣候峰會上承諾，“中國將嚴(yán)控煤電項目，‘十四五’時期嚴(yán)控煤炭消費(fèi)增長、‘十五五’時期逐步減少。”電力行業(yè)將加速低碳轉(zhuǎn)型，發(fā)揮煤電保底的支撐作用，同時，要繼續(xù)推進(jìn)機(jī)組靈活性改造，加快煤電向電量和電力調(diào)節(jié)型電源轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)煤電盡早達(dá)峰并在總量上盡快下降。292011-2020年我國各類發(fā)電新增裝機(jī)情況（單位：萬千瓦時）302011-2020年我國各類發(fā)電新增裝機(jī)情況2020年，全國電源新增發(fā)電裝機(jī)容量19087萬千瓦，比上年多投產(chǎn)8587萬千瓦，同比增速81.8%。從各類電源新增裝機(jī)規(guī)?？?，2020年，新增火電裝機(jī)5637萬千瓦，自2015年以來，新增裝機(jī)容量首次回升，較上年多投產(chǎn)1214萬千瓦。新增并網(wǎng)風(fēng)電和太陽能發(fā)電裝機(jī)容量分別為7167萬千瓦和4820萬千瓦，分別比上年多投產(chǎn)4595萬千瓦和2168萬千瓦，新增并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模創(chuàng)新高。新增水電和核電裝機(jī)分別1323、112萬千瓦。新增生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)543萬千瓦。312015，2020年我國各類發(fā)電新增裝機(jī)情況（單位：萬千瓦時）322011-2020年我國各類發(fā)電新增裝機(jī)情況2020年，新增發(fā)電裝機(jī)以新能源為增量主體。并網(wǎng)風(fēng)電、太陽能發(fā)電新增裝機(jī)合計11987萬千瓦，超過上年新增裝機(jī)總規(guī)模，占2020年新增發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?2.8%，連續(xù)四年成為新增發(fā)電裝機(jī)的主力。2020年包括煤電、氣電、生物質(zhì)發(fā)電在內(nèi)的火電新增裝機(jī)占全部新增裝機(jī)的29.53%，與2015年相比降低21個百分點；水電新增裝機(jī)占比為6.93%。到“十四五”末，預(yù)計可再生能源發(fā)電裝機(jī)占我國電力總裝機(jī)的比例將超過50%。可再生能源在全社會用電量增量中的占比將達(dá)到三分之二左右，在一次能源消費(fèi)增量中的占比將超過50%，可再生能源將從原來能源電力消費(fèi)的增量補(bǔ)充，變?yōu)槟茉措娏οM(fèi)的增量主體。以上數(shù)據(jù)來源于中電聯(lián)歷年《中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告》331.1.2我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略2014-2020年期間，我國能源發(fā)展成就巨大：GDP由64.36萬億元增加到101.60萬億元。對應(yīng)一次能源消費(fèi)總量由42.83億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增加到49.80億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。低于同期經(jīng)濟(jì)增長速度的1/3。這些成就為我國的經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。34

2020年9月，我國在第七十五屆聯(lián)合國大會上明確提出2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和目標(biāo)。2021年10月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》，要求大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮艿?，不斷提高非化石能源消費(fèi)比重。35堅持集中式與分布式并舉，優(yōu)先推動風(fēng)能、太陽能就地就近開發(fā)利用；因地制宜開發(fā)水能；積極安全有序發(fā)展核電；合理利用生物質(zhì)能；加快推進(jìn)抽水蓄能和新型儲能規(guī)?；瘧?yīng)用；統(tǒng)籌推進(jìn)氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展；構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，提高電網(wǎng)對高比例可再生能源的消納和調(diào)控能力。36風(fēng)力發(fā)電37生物質(zhì)能發(fā)電38光伏發(fā)電39水力發(fā)電40地?zé)岚l(fā)電41燃料電池汽車421.2能源的分類與基本特征1.2.1能源的分類1.能源

能源是可以直接或通過轉(zhuǎn)換提供給人類所需的有用能的資源。

世界上一切形式能源的初始來源是核聚變、核裂變、放射線源以及太陽系行星的運(yùn)行。2.能源的分類

“世界能源理事會(WorldEnergyCouncil–WEC)”推薦的能源分類如下：固體燃料；液體燃料；氣體燃料；水力；核能；電能；太陽能；生物質(zhì)能；風(fēng)能；海洋能；地?zé)崮?；核聚變能。能源還可分為：一次能源，二次能源和終端能源；可再生能源和非再生能源；新能源和常規(guī)能源；商品能源和非商品能源等。

431.2.2能源的基本特征一次能源:指直接取自自然界未經(jīng)加工與轉(zhuǎn)換的各種能量和資源。一次能源可再生能源非再生能源

可再生能源應(yīng)是清潔能源或綠色能源，它包括：太陽能、水力、風(fēng)力、生物質(zhì)能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能等等；是可以循環(huán)再生、取之不盡、用之不竭的初級資源。

包括：原煤、原油、天然氣、油頁巖、核能等，它們是不能再生的，用掉一點，便少一點。

44二次能源:是指由一次能源經(jīng)加工轉(zhuǎn)換后得到的能源產(chǎn)品。例如：電力、蒸汽、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、酒精、沼氣、氫氣和焦炭等等。二次能源是聯(lián)系一次能源和能源終端用戶的中間紐帶。根據(jù)能量表現(xiàn)形式又可分為“過程性能源”和“含能體能源”。含能體能源：指包含能量的物質(zhì)。如化石燃料、草木燃料、核燃料等。這類含能體可以直接儲存運(yùn)送。過程性能源：指能量比較集中的物質(zhì)在流動（運(yùn)動）過程中產(chǎn)生的能量，或稱能量過程。如流水、海流、潮汐、風(fēng)、地震、直接的太陽輻射、電能等。過程性能源和含能體能源是不能互相替代的，有各自的表現(xiàn)形式與應(yīng)用范圍。

如：電能如：柴油、汽油45終端能源指供給社會生產(chǎn)、非生產(chǎn)和生活中直接用于消費(fèi)的各種能源。常規(guī)能源又稱傳統(tǒng)能源。已經(jīng)大規(guī)模開采和廣泛利用的煤炭、石油、天然氣、水能等能源屬于常規(guī)能源。商品能源是作為商品經(jīng)流通環(huán)節(jié)大量消費(fèi)的能源。目前，商品能源主要有煤炭、石油、天然氣、水電和核電5種。非商品能源主要指枯柴、秸稈等農(nóng)業(yè)廢料、人畜糞便等就地利用的能源。非商品能源在發(fā)展中國家農(nóng)村地區(qū)的能源供應(yīng)中占有很大比重。461.2.3新能源及主要特征新能源：技術(shù)上可行；經(jīng)濟(jì)上合理；環(huán)境和社會可以接受；能確保供應(yīng)和替代常規(guī)化石能源的可持續(xù)發(fā)展能源體系。包含兩方面：新能源體系：可再生能源(風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、水能、海洋能)和地?zé)崮堋淠?、核能；新能源利用技術(shù)：高效利用能源、資源綜合利用、替代能源、節(jié)能等新技術(shù)。47“新”與“舊”的區(qū)別“新”與傳統(tǒng)的“舊”

能源利用方式和能源系統(tǒng)相對立。“舊”：以化石燃料為主的傳統(tǒng)能源利用形態(tài)；只強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)換端效率，不注重能源需求側(cè)的綜合利用效率；只強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)效益，不注重資源、環(huán)境代價的傳統(tǒng)能源利用理念。“新”：①高效利用能源；②資源綜合利用；③可再生能源；④替代能源；⑤節(jié)能。

481.3.1我國新能源發(fā)電的現(xiàn)狀

太陽能發(fā)電——2020年，我國光伏發(fā)電累計并網(wǎng)裝機(jī)容量253GW，已連續(xù)6年位居全球首位，當(dāng)年發(fā)電量達(dá)2605億kW?h，占我國全年總發(fā)電量的3.5%。風(fēng)能發(fā)電——2009年至2020年，我國每年新增風(fēng)電裝機(jī)容量連續(xù)12年居全球首位。2020年，我國新增裝機(jī)容量52,000MW。截至2021年11月14日，我國風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到

300,150MW。地?zé)崮馨l(fā)電——我國地源熱泵裝機(jī)容量達(dá)2萬MW，年利用淺層地?zé)崮苷酆?900多萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，實現(xiàn)供暖（制冷）建筑面積超過5億平方米。我國地?zé)岚l(fā)電站裝機(jī)容量約53MW，主要分布于西部地區(qū)。生物質(zhì)能發(fā)電——截至2021年7月底，全國生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)3409萬kW，同比增長31.2%；截至該年10月底，我國生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量連續(xù)四年位居世界第一。1.3新能源發(fā)電與儲能及應(yīng)用技術(shù)49燃料電池發(fā)電——燃料電池自上世紀(jì)90年代中期以來，我國在燃料電池研究方面取得了較大的進(jìn)展。十三五初期又提升對燃料電池的補(bǔ)貼，并持續(xù)到2020年不進(jìn)行退坡，相比鋰電池電動車面臨20%的退坡，顯示出發(fā)展燃料電池車的決心。小水利發(fā)電——截至2015年，全國建成農(nóng)村小水電站4.7萬座，總裝機(jī)超過7500萬kW，相當(dāng)于3個三峽電站的裝機(jī)容量。核能發(fā)電——截至2021年12月31日，我國運(yùn)行核電機(jī)組共53臺（不含臺灣地區(qū)），額定裝機(jī)容量為54646.95MW，全國運(yùn)行核電機(jī)組累計發(fā)電量為4071.41億kW·h。到2025年，我國核電在運(yùn)裝機(jī)7000萬kW左右；到2030年，核電在運(yùn)裝機(jī)容量達(dá)1.2億kW，核電發(fā)電量約占全國發(fā)電量的8%。

開發(fā)時序預(yù)期為：2000－2020年重點開發(fā)先進(jìn)核反應(yīng)堆技術(shù)；2020－2030年重點開發(fā)快中子堆技術(shù)；

2030－2040年重點開發(fā)加速器驅(qū)動亞1臨界系統(tǒng)；

2040－2050年重點開發(fā)受控核聚變技術(shù)。

50異步交直交并網(wǎng)發(fā)電荷蘭WES5-2.5KW511.3.2分布式能源及主要特征1.分布式能源

國際分布式能源聯(lián)盟（WADE）對“分布式能源”給出的定義是：發(fā)電系統(tǒng)能夠在消費(fèi)地點或很近的地方發(fā)電，并具有：①高效的利用發(fā)電產(chǎn)生的廢能生產(chǎn)熱和電；②現(xiàn)場端的可再生能源系統(tǒng)；③包括利用現(xiàn)場廢氣、廢熱以及多余壓差來發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。

這些系統(tǒng)就稱為分布式能源系統(tǒng)，而不考慮這些項目的規(guī)模、燃料或技術(shù)，及該系統(tǒng)是否聯(lián)接電網(wǎng)等條件。

52國際公認(rèn)的兩個具有發(fā)展前途、最重要的分布式能源利用形式：微型燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電機(jī)組，這是實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)、高效利用能源和節(jié)能的最主要形式；“燃料電池”技術(shù)，這也是未來最主要的分布式能源利用技術(shù)方向之一。

高效燃料電池53微型燃?xì)廨啓C(jī)542.分布式能源主要特征

(1)高效性(2)環(huán)保性(3)能源利用的多樣性(4)調(diào)峰作用(5)安全性和可靠性(6)減少國家輸配電投資(7)解決邊遠(yuǎn)地區(qū)供電55分布式能源的示意圖561.3.3儲能技術(shù)及其主要形式

近年來，分布式發(fā)電并網(wǎng)需求大大增加。為了在靈活調(diào)節(jié)電能的基礎(chǔ)上，使分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)具有容量支持、調(diào)峰調(diào)頻、提高供電質(zhì)量、提供安全保障等功能，儲能系統(tǒng)不斷研發(fā)、示范并投入商業(yè)化使用，而儲能技術(shù)成為了能源革命的支撐技術(shù)之一。儲能技術(shù)可分為物理儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能和混合儲能。

物理儲能包括抽水蓄能、飛輪儲能和壓縮空氣儲能。

電化學(xué)儲能包括各類電池儲能。

電磁儲能包括超級電容器儲能和超導(dǎo)儲能。

混合儲能有氫熱儲能、水蓄熱儲能、熔融鹽儲能、相變儲能、電轉(zhuǎn)氣地質(zhì)儲能等。57抽水蓄能是最傳統(tǒng)最成熟的儲能技術(shù)，其在電力負(fù)荷低谷時向上抽水至上水庫，在電力負(fù)荷高峰時下放水至下水庫，將水下降時釋放的勢能轉(zhuǎn)化為電能使用。2020年我國已投運(yùn)儲能累計裝機(jī)中，抽水蓄能占比高達(dá)90.3%，且發(fā)展勢頭不減。飛輪儲能指將電能轉(zhuǎn)化為飛輪高速旋轉(zhuǎn)的動能儲存，在需要時利用飛輪帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。壓縮空氣儲能通過廢棄的洞穴（如鹽穴）或大容量的存儲罐，利用壓縮機(jī)將棄光、棄風(fēng)、低谷電等電能轉(zhuǎn)換為壓力勢能或熱能儲存，在需要用電時通過膨脹機(jī)釋放給發(fā)電機(jī)組。電池儲能包括鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池和液流電池，在新能源（如光伏）并網(wǎng)上提供了幫助。581.3.4新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)用

風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電經(jīng)歷了從獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)到并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展過程，大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)已成為發(fā)達(dá)國家風(fēng)電發(fā)展的主要形式。目前研發(fā)重點大型風(fēng)力發(fā)電場與現(xiàn)有電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)；繼續(xù)開發(fā)可靠的風(fēng)力預(yù)報方法；開展與風(fēng)能開發(fā)相配套的生態(tài)影響研究；發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電等。

59海上風(fēng)力發(fā)電60太陽能發(fā)電傳統(tǒng)市場如日本、美國、歐洲等依然保持強(qiáng)勁發(fā)展勢頭，新興市場如印度，東南亞等國不斷涌現(xiàn)。美國是世界上太陽能發(fā)電技術(shù)研究開發(fā)較早的國家，在太陽能槽式發(fā)電系統(tǒng)和盤式發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)展較快。目前，在世界范圍內(nèi)已建成數(shù)百個MW級的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。美國最大太陽能發(fā)電項目——“太陽能之星”61家用光伏發(fā)電62燃料電池發(fā)電燃料電池是一種無污染的能源，主要用途包括：固定地點發(fā)電、提供居民住宅用電、交通運(yùn)輸、便攜電源、垃圾與污水處理。美國每年投資數(shù)億元開發(fā)燃料電池，掌握了許多最先進(jìn)的技術(shù)。

燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

燃料電池汽車63燃料電池汽車組成框圖64生物質(zhì)發(fā)電

全球每年植物所固定的生物質(zhì)能相當(dāng)于10.2萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于全世界每年耗能（87億噸標(biāo)準(zhǔn)煤）1172倍。巴西以甘蔗為原料提取酒精，添加汽油后制成的乙醇汽油在工農(nóng)業(yè)中廣泛使用。我國每年可利用的生物質(zhì)能總量約合7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，但目前開發(fā)極少。

生物質(zhì)發(fā)電示意圖秸稈發(fā)電廠65核能發(fā)電

又稱原子能，包括裂變能和聚變能兩種主要形式。核裂變主要應(yīng)用于核能發(fā)電，技術(shù)應(yīng)用比較成熟。核聚變則有幾大優(yōu)點：安全、無污染、高效，核能中聚變能是一種無限、清潔、安全的理想能源。

俄羅斯懸浮核能發(fā)電廠

核能發(fā)電廠水蒸氣66燃?xì)獍l(fā)電根據(jù)用戶用能性質(zhì)、資源配置等不同情況，由燃?xì)夤芫W(wǎng)將天然氣、煤層氣、地下氣化氣、生物沼氣等一切可以利用的資源就近送達(dá)用戶。由小型燃機(jī)、微型燃機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)等各種傳統(tǒng)的和新型發(fā)電裝置組成熱電聯(lián)產(chǎn)或分布式能源供給系統(tǒng)。

距尼日利亞拉各斯70余公里的帕帕蘭多燃?xì)怆娬疽唤?。帕帕蘭多燃?xì)怆娬镜?臺燃?xì)鈾C(jī)組都是由中國制造?？傃b機(jī)容量為33.6萬千瓦。

67氫能發(fā)電

指利用氫氣和氧氣燃燒，組成氫氧發(fā)電機(jī)組。這種機(jī)組是火箭型內(nèi)燃發(fā)結(jié)構(gòu)動機(jī)配以發(fā)電機(jī)，它不需要復(fù)雜的蒸汽鍋爐系統(tǒng)，因此簡單，維修方便，啟動迅速，要開即開，欲停即停。更新的氫能發(fā)電方式是氫燃料電池發(fā)電。這是利用氫和氧（成空氣）直接經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的裝置。68其他還有小水利發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、海洋能發(fā)電等新能源轉(zhuǎn)換利用。

地?zé)崮馨l(fā)電海洋能—潮汐發(fā)電站691.4新能源發(fā)電的控制技術(shù)1.4.1電能變換常用的控制方法在實際的生產(chǎn)生活中，處于不同的應(yīng)用場景時，需要選擇特定的控制方法或幾種控制方法相結(jié)合的形式，從而滿足逆變系統(tǒng)對輸出電能質(zhì)量的要求。1.PI控制器：傳統(tǒng)的PI控制是逆變器控制中最為普遍的線性控制方法之一，既有電壓單閉環(huán)結(jié)構(gòu)，也有電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。2.比例諧振控制器：比例諧振控制由比例和諧振兩個環(huán)節(jié)所構(gòu)成，PR控制的實現(xiàn)主要基于內(nèi)模控制原理，通過在開環(huán)控制系統(tǒng)中加入交流信號模型，使PR控制器在諧振頻率處獲得無窮大增益，進(jìn)而實現(xiàn)對給定交流信號的無靜差跟蹤703.重復(fù)控制：1981年日本Ionue教授首次提出重復(fù)控制這一概念，其基本思想同樣基于內(nèi)?？刂圃?，起初常被用于控制重復(fù)性的機(jī)械運(yùn)動，目前研究人員將重復(fù)控制廣泛應(yīng)用于逆變器的數(shù)字控制中。。4.無差拍控制：Kalman教授在1951年首次提出無差拍控制，伴隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展和對無差拍控制理論的深入研究，使得逆變電源中的無差拍控制技術(shù)逐步趨于成熟。5.滑模變結(jié)構(gòu)控制：滑?？刂品椒ň哂兴矐B(tài)性能好、受系統(tǒng)參數(shù)攝動和干擾影響小、物理實現(xiàn)容易和對系統(tǒng)無在線辨識要求的特點，因此無論是在連續(xù)和離散時間系統(tǒng)，還是在多輸入多輸出控制系統(tǒng)，滑?？刂评碚摼宫F(xiàn)了自身鮮明的優(yōu)點，成為控制工程領(lǐng)域里的重要控制方法之一。716.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制來源于近些年神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)科的發(fā)展，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的提升，通過計算機(jī)系統(tǒng)，通過模仿人腦來實現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行，這種智能控制方式也可以運(yùn)用在電網(wǎng)中。7.模糊控制：模糊控制的原理是將輸入的精確量經(jīng)過模糊控制系統(tǒng)的處理，輸出為模糊量。模糊推理的方式結(jié)合了歸納、推理、判斷等多種邏輯策略，最終實現(xiàn)的結(jié)果是，模糊控制能夠根據(jù)實際情況對控制器參數(shù)進(jìn)行變動，甚至可以任意逼近幾乎所有非線性函數(shù)。721.4.2新能源發(fā)電控制技術(shù)概要利用電力電子技術(shù)可以將不同形式的新能源轉(zhuǎn)化為電能，四個基礎(chǔ)變換電路為交流-直流（AC-DC）變換電路、直流-直流（DC-DC）變換電路、直流-交流（DC-AC）變換電路和交流-交流（AC-AC）變換電路。電路中涉及不可控、半控型、全控型電力電子器件。對于可控的電力電子器件，常用脈寬調(diào)制技術(shù)施加觸發(fā)信號，使輸出電壓或電流接近期望波形，包括直流PWM控制技術(shù)、正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）控制技術(shù)、空間電壓矢量（SVPWM）控制技術(shù)和電流滯環(huán)跟蹤（CHBPWM）控制技術(shù)。為了提高新能源發(fā)電效率，發(fā)電站的輸出功率通常為有功功率模式，能夠穩(wěn)定輸出有功功率。引入靜止無功補(bǔ)償器來調(diào)節(jié)發(fā)電站輸出的無功功率，能夠有效減小低頻振蕩帶來的阻力，抑制次同步振蕩，提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性。

731.風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)風(fēng)力發(fā)電時，風(fēng)能先通過風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。風(fēng)力機(jī)的控制技術(shù)有四種：變槳距控制技術(shù)、定槳距失速控制技術(shù)、變速控制技術(shù)和主動失速/混合失速發(fā)電技術(shù)。對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，采用恒速恒頻控制或變速恒頻控制。恒速恒頻控制指發(fā)電機(jī)發(fā)電時，保持轉(zhuǎn)速不變進(jìn)而得到恒定的輸出頻率。變速恒頻控制指當(dāng)風(fēng)速低于額定值時，跟蹤最大風(fēng)能利用系數(shù)，保持近乎恒定的葉尖速比，追求最大的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。742.光伏發(fā)電的控制技術(shù)在光伏發(fā)電控制技術(shù)中應(yīng)用最廣的是最大功率點跟蹤MPPT控制技術(shù)，目的是實時追蹤并輸出光伏電池的最大輸出功率，常用MPPT控制算法有：恒定電壓法，擾動觀察法，電導(dǎo)增量法，變步長電導(dǎo)增量法，變步長擾動觀測法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法，模糊邏輯控制法，最優(yōu)梯度法以及群體智能優(yōu)化算法（如粒子群尋優(yōu)算法）。光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏陣列或儲能電池輸出直流電并入交流電網(wǎng)，故并網(wǎng)逆變器不可或缺。并網(wǎng)逆變器輸出信號的頻率和相位必須與交流電網(wǎng)相同，才不會干擾電網(wǎng)正常運(yùn)行。753.生物質(zhì)能發(fā)電的控制技術(shù)生物質(zhì)能發(fā)電控制包括沼氣發(fā)電控制、垃圾焚燒發(fā)電控制、生物質(zhì)燃料電池、生物質(zhì)直接液化制燃料油等。

目前研究熱點為氫燃料電池，尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池。氫燃料電池在啟用時應(yīng)及時獲得足夠多的反應(yīng)氣體，在停用時應(yīng)清掃未反應(yīng)完全的氣體和產(chǎn)生的水以免造成化學(xué)腐蝕，故其控制需要維持燃料（氫氣和空氣）供應(yīng)流的均勻性、穩(wěn)定性、熱能與水平衡。761.4.3分布式能源控制策略概要

分布式能源系統(tǒng)是指，可再生能源與化石能源通過小規(guī)模、小容量、模塊化、分散式的方式安置于需求側(cè)，在發(fā)電、供熱和制冷環(huán)節(jié)上互補(bǔ)輸出，建立在能量梯級利用基礎(chǔ)上，相對于傳統(tǒng)集中式供電的能源綜合利用系統(tǒng)。

分布式發(fā)電系統(tǒng)主要由輸入側(cè)、電力電子裝置和輸出側(cè)三部分組成。輸入側(cè)為新能源發(fā)電裝置，主要包括太陽電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池及其他類型的新能源發(fā)電裝置，電網(wǎng)是分布式發(fā)電系統(tǒng)的輸出側(cè)，兩者通過電力電子裝置連接，電力電子的控制系統(tǒng)通過檢測兩側(cè)的狀態(tài)，控制開關(guān)管的通斷，將輸入側(cè)的電能調(diào)制變換為符合標(biāo)準(zhǔn)的電能并入電網(wǎng)。電力電子控制系統(tǒng)主要由輸入側(cè)控制、輸出側(cè)控制和開關(guān)管驅(qū)動控制組成。分布式發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器控制技術(shù)對微網(wǎng)系統(tǒng)的動靜態(tài)性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。目前，逆變器的控制策略包括恒壓頻控制、恒功率控制、下垂控制和虛擬同步機(jī)控制策略。

771.恒壓頻控制策略：恒壓頻控制策略又稱為VF控制策略，該控制策略的主要作用是保證