Una breve discusión sobre artículos sobre nuevas tecnologías energéticas.
Nueva energía se refiere a diversas formas de energía distintas a la energía tradicional. He compilado una breve discusión sobre artículos sobre nuevas tecnologías energéticas, ¡bienvenido a leer! Una breve discusión sobre artículos sobre nuevas tecnologías energéticas, Parte 1
Sobre nuevas tecnologías de generación de energía
Resumen: este artículo presenta la situación actual de la energía global Después de analizar la aplicación de la tecnología de generación de energía de China, se encontró que la nueva generación de energía de China tiene una importancia estratégica importante para la construcción de modernización. Se introdujeron además dos nuevas tecnologías de generación de energía: el sistema de generación de energía eólica y el sistema de generación de energía con pilas de combustible. La energía eólica es el método tecnológicamente más maduro y más prometedor de desarrollo y comercialización a gran escala entre la generación de energía renovable no hidráulica en la actualidad. También es el foco del desarrollo reciente. Una pila de combustible es un dispositivo que convierte directamente la energía química en energía eléctrica. Tiene una alta eficiencia de conversión de energía y apenas emite óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre.
Palabras clave: nueva energía; energía eólica; tecnología de generación de energía
Número CLC: F206 Código de identificación del documento: A
La escasez de energía se ha convertido en una limitación. Los obstáculos en el desarrollo económico de varios países, cómo desarrollar nuevas tecnologías energéticas avanzadas y seguras y cómo mejorar la utilización de la energía también se han convertido en temas de preocupación para países de todo el mundo. La UE propuso por primera vez el plan 20-20-20: para 2020, la energía renovable representará el 20% del consumo energético total de la UE. En diciembre de 2007, el ex presidente estadounidense Bush también firmó la Ley de Seguridad e Independencia Energética (EISA), promoviendo así vigorosamente el uso de nuevas energías y planes de ahorro energético. Además, desde una perspectiva medioambiental, para proteger la tierra en la que vive la gente, el desarrollo de nuevas fuentes de energía es también el único camino a seguir.
1. Estado actual de la tecnología de generación de energía y energía de mi país
En 2011, la generación de energía de nueva energía de mi país continuó manteniendo una tendencia de rápido desarrollo, y la capacidad instalada conectada a la red continúa crecer y aumentar la generación de energía. A finales de 2011, la capacidad instalada de nueva energía de mi país alcanzó los 70 millones de kW, ocupando el primer lugar en el mundo, y la capacidad instalada de nueva energía conectada a la red alcanzó los 54,09 millones de kW, un aumento interanual del 47,4%, lo que representa aproximadamente el 5,1% de toda la capacidad instalada de generación de energía. Entre ellos, la capacidad de energía eólica conectada a la red representa aproximadamente el 85,5% de la capacidad instalada total de nueva energía conectada a la red; la capacidad instalada de energía solar fotovoltaica conectada a la red representa aproximadamente el 4,4% de la capacidad instalada de nueva energía conectada a la red; La capacidad instalada de generación de energía nueva representa aproximadamente el 10,1% de la capacidad instalada total de nuevas fuentes de energía conectadas a la red.
En 2011, la generación de energía nueva de mi país fue de aproximadamente 101,6 mil millones de kWh, un aumento interanual del 29,9%, lo que representa aproximadamente el 2,2% de toda la generación de energía. Entre ellos, la generación de energía eólica representa aproximadamente el 72,0% de la generación total de energía nueva; la generación de energía solar fotovoltaica representa aproximadamente el 0,9%; la generación de energía de biomasa y otras energías nuevas representa aproximadamente el 27,1%. En 2011, la generación de energía nueva de mi país se calculó sobre la base de un consumo de carbón de 320 g/(kW?h), lo que equivale a ahorrar 32,41 millones de tec y reducir las emisiones de dióxido de carbono en 90,3 millones de toneladas.
La energía eléctrica es la base de la vida y la producción nacional, ya sea desde la perspectiva de la energía o del sistema eléctrico en sí, la investigación sobre nuevas tecnologías de generación de energía tiene una importancia práctica considerable para la modernización de la construcción de nuestro país y la vida de las personas. y importancia estratégica.
2. Tecnología de energía eólica
Los recursos de energía eólica incluyen principalmente recursos terrestres y recursos marinos. La energía eólica es el método tecnológicamente más maduro y más prometedor de desarrollo y comercialización a gran escala entre las fuentes de energía renovables no hidráulicas. También es el foco actual del desarrollo de nuevas energías.
1. Estado de desarrollo
En los últimos años, la industria de la energía eólica de mi país ha logrado un desarrollo considerable, que es inseparable de los abundantes recursos de energía eólica de mi país. Según datos relevantes, a una altura de 10 metros sobre el suelo en tierra, las reservas teóricas de recursos de energía eólica de mi país son de aproximadamente 4,3 mil millones de kilovatios, y la capacidad técnicamente explotable es de aproximadamente 300 millones de kilovatios. se estima que puede duplicarse; los recursos marinos son 10 La capacidad económicamente explotable de un proyecto de un metro de altura es de aproximadamente 750 millones de kilovatios, y la de un proyecto de 50 metros de altura es de aproximadamente 1,5 mil millones de kilovatios. En términos de la capacidad instalada total de parques eólicos conectados en mi país, a finales de 2006, mi país había construido aproximadamente 91 parques eólicos, con una capacidad instalada total de aproximadamente 2,6 millones de kilovatios, un aumento de 1,34 millones de kilovatios con respecto a 2005. con una tasa de crecimiento del 105%. Según el plan nacional a medio y largo plazo, la generación de energía eólica alcanzará los 15 millones de kilovatios en 2015 y los 30 millones de kilovatios en 2020. Sin embargo, en comparación con los países desarrollados en energía eólica, la escala de desarrollo de mi país es todavía pequeña y la velocidad de desarrollo es relativamente lenta.
Los factores importantes que restringen el desarrollo de la energía eólica en mi país incluyen la tecnología y el sistema. En términos de tecnología, el nivel de fabricación de las turbinas eólicas es bajo, los equipos y la tecnología de prueba de rendimiento de las turbinas eólicas también están relativamente atrasados y faltan las agencias de certificación correspondientes en términos de sistema, nivel de operación y mantenimiento y sistema de; Se comparan los parques eólicos con los parques eólicos extranjeros y la producción de energía térmica nacional. Hay lagunas obvias y faltan registros y análisis detallados de los problemas y fallas que ocurren durante la operación.
2. Impacto en el sistema eléctrico
Las turbinas eólicas utilizan el viento como fuerza motriz. La fluctuación aleatoria y la naturaleza intermitente del viento determinan que la producción de energía de las turbinas eólicas también fluctúe y. intermitente de. Por lo tanto, el acceso a gran escala a los parques eólicos traerá energía fluctuante, aumentando así la carga sobre la red eléctrica y afectando la calidad del suministro de energía y la estabilidad de la red eléctrica.
(1) Impacto en la calidad de la energía. El período de fluctuación de la velocidad del viento causado por el movimiento del flujo de aire es generalmente de unos pocos segundos a unos minutos. Esta fluctuación de la velocidad del viento de corto período y las características operativas de la propia turbina eólica pueden afectar la calidad de la energía de la red eléctrica. En primer lugar, tendrá un impacto en la frecuencia: las fluctuaciones en la potencia activa de la generación de energía eólica provocan fluctuaciones en la potencia electromagnética. Debido a la inercia del rotor del generador, es difícil para el sistema de regulación mantenerse al día con los cambios instantáneos en la frecuencia electromagnética. La potencia, lo que provoca un desequilibrio de potencia, provoca cambios en la velocidad del generador y la frecuencia del sistema. Además, la energía eólica también afecta el voltaje: las fluctuaciones en la potencia de salida de las turbinas eólicas conectadas a la red causan fluctuaciones de voltaje, y el rango de frecuencia de su potencia de salida está dentro del rango de fluctuación de voltaje (25 Hz), lo que a su vez causa fluctuaciones de voltaje. , y finalmente se generarán tensiones armónicas y corrientes armónicas.
(2) Impacto en la estabilidad de la red eléctrica. En el caso de redes eléctricas relativamente débiles, las fluctuaciones de la energía eólica provocarán caídas de tensión instantáneas y frecuentes desconexiones de las turbinas eólicas. Una vez solucionada la falla, el aumento de la magnetización y el deslizamiento del generador consumirán una gran cantidad de potencia reactiva, lo que dificultará el restablecimiento de la tensión de la red.
(3) Impacto en la modulación de frecuencia y capacidades de reducción de picos. El período de fluctuación de la velocidad del viento causado por el movimiento estacional y a largo plazo del flujo de aire es generalmente de horas, incluso días o meses. Esta fluctuación de la velocidad del viento a largo plazo aumentará la carga de la regulación de frecuencia y pico en la red eléctrica existente. El período bajo de la curva de carga a menudo corresponde al período pico de producción de energía eólica. La generación de energía conectada a la red de los parques eólicos aumenta la diferencia pico-valle de la carga equivalente de la red eléctrica, lo que aumenta considerablemente la carga de la regulación de frecuencia. y regulación de picos en la red eléctrica.
3. Tecnología de generación de energía de células solares fotovoltaicas
1. 1 Célula solar fotovoltaica
La generación de energía de células solares fotovoltaicas también se conoce como generación de energía solar fotovoltaica y Se considera que el mundo del futuro es la nueva tecnología de energía renovable más prometedora y de más rápido crecimiento del mundo. El principio básico de las células solares fotovoltaicas es utilizar el "efecto fotovoltaico" (efecto fotovoltaico) de los semiconductores para convertir directamente la energía luminosa del sol en energía eléctrica. Las sustancias que pueden aprovechar el efecto fotovoltaico para generar energía eléctrica se denominan materiales fotovoltaicos. Los dispositivos que utilizan el efecto fotovoltaico para convertir directamente la energía solar en energía eléctrica se denominan células solares fotovoltaicas o células fotovoltaicas. Las células fotovoltaicas son los componentes centrales de la generación de energía solar fotovoltaica.
En 1839, el físico francés Edmond Becquerel descubrió que el voltaje de una celda voltaica compuesta por dos piezas de metal sumergidas en un electrolito aumentaba cuando se exponía a la luz solar, a este fenómeno lo llamó "Efecto Fotovohaico". artículo publicado. El "efecto fotovoltaico" es un fenómeno en el que el estado de distribución y la concentración de los portadores que pueden conducir corriente dentro del semiconductor irregular o del material mixto semiconductor-metal cambian bajo la acción de la luz, generando así una diferencia de potencial entre las diferentes partes. En 1941, Orr descubrió el efecto fotovoltaico en materiales de silicio, sentando las bases para la aplicación generalizada del silicio semiconductor en la generación de energía solar fotovoltaica. En 1954, los científicos Darryl Chapin y Gerald Pearson de los Laboratorios Bell de Estados Unidos desarrollaron con éxito la primera célula fotovoltaica práctica de silicio monocristalino del mundo. Ese mismo año, Wecker descubrió que el arseniuro de galio tiene un efecto fotovoltaico y depositó una película de sulfuro de cadmio sobre vidrio para crear la primera célula fotovoltaica de película delgada del mundo. La central fotovoltaica de 20 MW de Dafeng de mi país, que se puso en funcionamiento en diciembre de 2010, es actualmente la central fotovoltaica de película delgada más grande del país, con una capacidad de generación de energía anual de 23 millones de kW·h.
El principio de funcionamiento de las células solares fotovoltaicas se muestra en la Figura 1.
Se añaden impurezas al semiconductor para formar una unión PN para formar un campo eléctrico incorporado en el estado de equilibrio. Bajo la acción del campo eléctrico incorporado, los portadores excedentes generados por la excitación externa se separan. . Esto crea un voltaje externo. En condiciones de iluminación, los electrones del semiconductor absorben la energía de los fotones y saltan de la banda de valencia a la banda de conducción, formando pares electrón-hueco y convirtiéndose en portadores. La energía mínima necesaria para generar portadores es la banda prohibida, por ejemplo, del semiconductor, y las células solares fabricadas con materiales con bandas prohibidas más pequeñas pueden generar corrientes mayores.
Las células fotovoltaicas de primera generación basadas en silicio monocristalino son actualmente la corriente principal del mercado de células solares fotovoltaicas, y su tasa de conversión fotoeléctrica ha alcanzado el 24, 7% de la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células fotovoltaicas de segunda generación; células basadas en tecnología de película delgada Ha alcanzado el 16, 5% ~ 18, 8%. Dado que las células fotovoltaicas de película fina reducen considerablemente el consumo de materiales semiconductores, tienen buenas perspectivas de desarrollo. Cabe señalar que durante el proceso de conversión fotoeléctrica de las células fotovoltaicas, los materiales fotovoltaicos no sufren ningún cambio químico ni producen desgaste mecánico, por lo que las células solares fotovoltaicas son una fuente de energía limpia ideal, silenciosa, inodora y libre de contaminación. . En 2006, la producción total de células solares de mi país alcanzó los 400 MW por primera vez, superando a los Estados Unidos y convirtiéndose en el tercer mayor productor del mundo y el país de más rápido crecimiento del mundo.
1. 2 Central solar fotovoltaica
Una central solar fotovoltaica encapsula varios dispositivos de conversión fotovoltaica, es decir, células fotovoltaicas, en componentes de células fotovoltaicas, y luego combina varios componentes en una cierta potencia según las necesidades El conjunto fotovoltaico se combina con dispositivos de almacenamiento, medición y control de energía para formar una central de energía solar fotovoltaica.
Las células solares fotovoltaicas tienen una gran flexibilidad. No solo se pueden utilizar para construir centrales eléctricas esporádicas, sino también para formar sistemas de generación de energía solar fotovoltaica para usuarios de energía pequeños y dispersos. Este sistema de generación de energía solar fotovoltaica que funciona de forma independiente se denomina sistema de generación de energía solar fotovoltaica fuera de la red.
Debido a la influencia de los cambios de luz solar diurna y nocturna y del clima, los sistemas de generación de energía fotovoltaica fuera de la red generalmente deben usarse junto con otras formas de fuentes de energía, como grupos electrógenos diésel y bancos de baterías. aumentando así los costes de inversión y mantenimiento de la central. Los sistemas de generación de energía fotovoltaica fuera de la red a menudo se construyen en zonas montañosas remotas y zonas desérticas alejadas de la red eléctrica para proporcionar energía a usuarios regionales independientes. La central fotovoltaica Tibet Cuole de 20 kW es la primera central fotovoltaica fuera de la red construida en mi país, con una inversión total de 2,9 millones de yuanes. Se puso oficialmente en producción en diciembre de 1994.
El sistema de central solar fotovoltaica aislada de la red se muestra en la Figura 2.
El sistema de generación de energía de la central eléctrica consta de un conjunto de células solares fotovoltaicas, un paquete de baterías, un controlador de CC, un inversor de CC-CA, un gabinete de distribución de CA y un sistema de energía de respaldo (incluido el grupo electrógeno diésel y el gabinete de carga del rectificador). etc. composición. Su principio de funcionamiento es que el conjunto de células solares fotovoltaicas suministra energía al paquete de baterías a través del gabinete de control de CC, y los voltajes límite superior e inferior del paquete de baterías se configuran según sea necesario, y el gabinete de control de CC controla automáticamente la carga. El paquete de baterías suministra energía al inversor CC-CA a través del gabinete de control de CC. El inversor convierte la energía CC en energía CA trifásica y luego suministra energía a los usuarios a través del gabinete de distribución de CA en un sistema trifásico de cuatro cables. . Cuando el voltaje del paquete de baterías cae al voltaje límite inferior, para evitar una descarga excesiva del paquete de baterías, el gabinete de control de CC cortará automáticamente su circuito de salida, lo que provocará que el inversor CC-CA deje de funcionar. El grupo electrógeno diésel es la fuente de alimentación de respaldo de la central eléctrica. Cuando es necesario, la fuente de alimentación de respaldo carga el paquete de baterías a través del gabinete de carga del rectificador, o suministra energía directamente al usuario a través del gabinete de distribución de CA cuando falla el sistema de generación de energía fotovoltaica. y esta fuera de funcionamiento. Los inversores CC-CA y los grupos electrógenos diésel no pueden suministrar energía a los usuarios al mismo tiempo. Por esta razón, se debe instalar un dispositivo de enclavamiento en el gabinete de distribución de CA para garantizar la singularidad del suministro de energía.
Cuando la capacidad de una central solar fotovoltaica alcanza una determinada escala, también se puede conectar a la red eléctrica, que es la llamada central fotovoltaica conectada a la red. En este momento, si la carga local es insuficiente, el exceso de energía se puede transmitir a la red. Cuando la generación local de energía solar es insuficiente, la red eléctrica proporciona energía a los usuarios. Por lo tanto, las centrales fotovoltaicas conectadas a la red no necesitan utilizar dispositivos de almacenamiento de energía, lo que reduce la inversión en el sistema y los costes de mantenimiento. Al mismo tiempo, gracias a la asistencia mutua con la red eléctrica, se mejora la tasa de utilización de los equipos de generación de energía y la seguridad y confiabilidad del suministro de energía, lo cual es una tendencia inevitable para el desarrollo a gran escala de la tecnología de generación de energía solar.
La primera central fotovoltaica conectada a la red de mi país fue la central fotovoltaica de alto voltaje conectada a la red de 100 kW en la Base de Energía Renovable de Yangbajing en el Tíbet, que se completó y puso en funcionamiento en 2006. A finales de 2010, se completó y puso en funcionamiento el proyecto de generación de energía fotovoltaica de 2 × 10 MW de Dunhuang, el primer proyecto de generación de energía fotovoltaica conectado a la red del país.
4. Conclusión y perspectivas
Este artículo parte del estado energético actual del mundo y de mi país, analiza y explica que la nueva tecnología de generación de energía es un tema de investigación urgente y práctico. En la actualidad, y luego lo presenta en detalle. Se discuten las características del sistema de generación de energía eólica y el sistema de generación de energía de pila de combustible y el estado de desarrollo de estos dos aspectos en mi país. Las nuevas energías no sólo se refieren a la energía eólica y las pilas de combustible, sino que también incluyen la energía de la biomasa, la energía oceánica, la energía geotérmica y las células fotovoltaicas. El potencial para el desarrollo de nuevas tecnologías de generación de energía en nuestro país e incluso en todo el mundo es enorme. En el escenario de la humanidad del mañana, las nuevas energías sustituirán a los combustibles fósiles y desempeñarán un papel importante.
Referencias:
[1] Xu Dehong. Introducción a la electrónica de potencia de nuevas energías [D]. Hangzhou: Universidad de Zhejiang, 2009.
[2]Hao. Wei, Shu Jun, Zhang Zi. Descripción general de la nueva tecnología de generación de energía [C]. Quinta Conferencia Anual de Intercambio Académico de Postgrado de la Universidad de Energía Eléctrica del Norte de China, 2007.
[3] Shi Tao. Sistema de generación de energía con pilas de combustible y simulación [D]. Nanjing: Southeast University, 2007: 5-6,
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