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不同新能源電力發電方式在河南省的績效評價研究

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本文是一篇電力論文,電力系統中,發電廠將天然的一次能源轉變成電能,向遠方的電力用戶送電,為了減小輸電線路上的電能損耗及線路阻抗壓降,需要將電壓升高。(以上內容來自百度百科)今天為大家推薦一篇電力論文,供大家參考。   1 緒論   1.1 課題背景和意義 自新中國建國以來,我國電力行業經歷了近 70 年的飛速的發展,實現了發電方式從單一到多樣化,發電規模從小到大的變遷,全國電力結構更加趨于穩定和堅強。在電力產業快速增長的背后,同樣存在著各種發電方式發展不均衡、分布不合理,部分地區過于依賴某種單一發電形式的弊端,不利于保障我國電力供給安全,實現國民經濟不斷穩定向好的發展。在目前我國的電力生產結構中,煤炭作為我國的主要使用能源,提供了 70%以上的電力供應,而其他形式的電力生產比重嚴重偏低。化石能源的大量消費造成了生態環境日益惡化,由此帶來的植被破壞、地面沉降、環境污染等負面影響已嚴重威脅我國經濟的持續發展和人們的正常生活。面對日益嚴重的環境問題,人們逐漸意識到只有采取更清潔的能源生產方式,才能從根本上保證人類可持續發展。與傳統的能源相比,新能源消費幾乎不會產生任何污染物或者溫室氣體,而且在我國境內分布范圍廣、資源種類多、地域性強。不僅可以滿足能源需求和保護生態環境的雙重要求,而且對于實現能源結構多元化和提升能源安全也具有重要意義,是化石能源最理想的替代能源。當前,在全球范圍內很多國家都將發展新能源電力作為本國的一項重要能源發展策略。例如:美國規劃在未來 10 年內將新能源發電占比提升為 30%;歐盟計劃 2030 年將光電、風電和和水電等可再生能源發電占比從 30%提升到 50%;日本提出到 2030 年要將光伏發電量提升到 53GW,地熱發電、風力發電、海洋發電等新能源發電能力擴大到 19.4GW,總體發電能力提升 6 倍。我國政府也在電力發展“十三五”規劃中明確提出,到 2020 年要將煤電的裝機容量嚴格限制{代寫論文就找123Yc.cOm原創論文網,QQ:562.23941}在 1100GW 以內,同時清潔能源的發電比重增長為 31%,以實現 2020 年二氧化碳排放量比 2005 年減少 40%~45%的目標[1]。這預示著我國未來將會把發展新能源電力放在優先位置,優化調整全國能源消費結構,朝著更加可持續發展的目標前進。 ..........   1.2 國內外新能源發電現狀及發展趨勢 新能源是指傳統能源以外的各種能源形式,包括太陽能、風能、生物質能、核能、地熱能、海洋能等[2]。新能源在電力方面的應用主要集中光伏發電、風力發電、生物質發電和核能發電 4 種類型上,本節重點介紹以上 4 種發電方式在國內外發展現狀和趨勢。   1.2.1 國外新能源發電現狀 目前全球發電市場對新能源電力需求的不斷增大,新能源裝機容量和發電量每年都保持著高位數的增長,但在發展過程中仍受到各種因素的限制。例如核電二氧化碳減排潛力大,經濟性高,卻存在可能發生重大安全事故的隱患;風電和光電受到技術和外界環境因素的制約,能量密度低、電力供應不穩定,但是與其他發電形式相比環境友好度更高;生物質發電可以大幅減少溫室氣體的排放,同時也存在著生態平衡、經濟性等問題的爭論。雖然目前全球新能源發電已經達到了一定的規模,并形成了一條完整的產業鏈。但由于化石能源仍是世界一次能源消費的主力,故火力發電仍占據全球發電量的絕大部分。近些年全球電力結構如圖 1.1 所示。近些年,全球光伏發電裝機容量以每年超過 20%的速度增加,已成為推動電力裝機容量增長的最重要貢獻力量之一。國際能源署曾預測至 2020 年世界光伏發電量將占全球總發電量的 2%,2040 年將達到 34%以上[3]。雖然目前全球光伏電力市場規模快速擴大,但光伏裝機容量和發電量都主要集中在中國、美國、日本、德國等少數幾個國家,光伏裝機容量排名前五的國家光伏發電量全球占比之和超過 70%。截至 2016 年底,全球光伏總裝機容量達到 301.5GW,新增78GW,全年光伏發電量 331.1TWh,在全球占比為 1.34%,近些年全球光伏裝機情況如圖 1.2 所示。 ..........   2 新能源發電特性及面臨問題分析   2.1 光伏發電特性分析 2.1.1 光伏電池模型 對于光伏電池,我們可以用等效電路模型來模擬其工作原理和相關參數,光伏電池的等效電路模型如圖 2.1 所示。當負載LR 接入光伏電池兩端后,光伏電池 PN 結會在負載兩端電壓的作用下,使二極管中流過電流DI ,其方向與太陽照射產生的光生電流phI 相反。在光伏電池實際工作中,影響轉換效率主要有兩個因素:一個是材料電阻以及電極與材料的接觸電阻,用串聯電阻sR 等效;另一個是制造工藝的因素,用并聯電阻shR 來等效[23]。光伏電池在實際工作中,若給以合適的光照強度和溫度就會產生直流電流,光伏電池的 U-I 特性曲線如圖 2.2 所示。由光伏電池 U-I 特性曲線可知,隨著負載LR 的變化,當輸出電壓 U 在特定范圍內增長時,輸出電流 I 幾近不變,等效于一個恒流電源;隨著負載LR 的繼續變化,輸出電壓U 增長超過特定范圍后,輸出電流 I 出現急劇下降;當輸出電壓增加到ocU 時,輸出電流降為 0。光伏電池輸出功率的最大值由電壓和電流的乘積決定,可用U 、I 對應坐標與縱橫坐標軸包圍面積UIS 來等效。易知面積UIS 在曲線靠近縱坐標點等于 0,隨著U 的增大(或 I 的減小)而增大,越過某一臨界點時又隨著U 的增大(或 I 的減小)開始減小,最終在靠近橫坐標點變為 0。由以上分析可知,在曲線上存在某一點具有的 U 和 I 的值使得面積UIS 最大,此點即為功率輸出最大點,記為MPP(Maximum Power Point),此刻輸出電壓和輸出電流分別記為mU 和mI 。 .........   2.2 風力發電特性分析   2.2.1 風力影響因素和風速模型 自然界中的風能是風力發電機組的能量來源,由于風的隨機性和不穩定性,這就造成了風力發電機組無法保證長時間穩定輸出電能。為了能夠準確反應自然界中風對風力發電機組輸出的影響,我們建立了基本風、陣風、漸變風和隨機噪聲風這 4 種典型風速變化模型[26]。風能發電的不穩定性的根本原因是風的不穩定性和隨機性,自然界中的風隨著時間、離地高度、地形和環境的不同而變化。①時間影響:眾所周知,不同時刻的風速風力都不盡相同。在一天中,地球自轉引起太陽光照強度的變化會導致風力大小發生改變;此外,在一年之中風能還會出現季節性規律。在沿海地區,由于陸地和海洋熱容量的不同,白天產生海風,夜間產生陸風。②高度影響:隨著距離地面高度的不同,空氣的粘性和風抵達地面時的摩擦也不同,因此風速V 隨高度的變化而變化. .......   3 新能源發電績效評價指標體系的構建及方法的選擇 .......... 26 3.1 新能源發電績效評價指標體系的構建 ........26 3.1.1 新能源發電績效評價指標體系構建原則......... 26 3.1.2 新能源發電績效評價指標的選擇............ 27 3.2 新能源發電績效評價方法的選擇 .......30 3.3 本章小結 ...........39 4 河南省新能源發電績效評價 ..... 40 4.1 河南省新能源發電現狀 .....40 4.2 河南省新能源發電績效評價 ......44 4.3 分析與建議 .......50 4.4 本章小結 ...........52 5 總結與展望 ...... 53 5.1 文章結論 ...........53 5.2 創新點 ......54 5.3 展望 ..........54   4 河南省新能源發電績效評價   4.1 河南省新能源發電現狀 河南省地處中原地區,北部和南部地區分別流經黃河和淮河兩大河流,西部和南部分別有太行和秦嶺山脈,全省地勢呈現西高東低,西南部山地,東部平原的態勢。河南省人口眾多,經濟增長迅速,2017 年全省 GDP 達到 44988.16億元,位居全國第五,經濟增速為 7.8%。近年來,河南地區每年都會遭受大范圍的嚴重霧霾侵襲,空氣污染已嚴重威脅人們的生活和健康;再加上傳統化石能源價格日益上漲,能源供給安全已逐漸制約河南省經濟社會的可持續發展,因此在河南發展新能源顯得緊迫而且必要。截止“十二五”末,全省新能源電力累計裝機容量達到 2270MW,占全省裝機容量的 3.3%,非化石能源消費比例超過 5.9%。計劃在 2020 年底,全省還要新增光伏發電 4500MW,風電 4800MW,生物質能 230MW,爭取新能源利用每年節約 2193 萬噸標準煤。作為河南省“十三五”能源發展規劃重點發展項目,本文河南省內的 4 種新能源發電現狀作了分析,其中核電雖不存在于河南境內,但核電作為未來我國能源的重點發展方向,再加上河南省南陽地區已經規劃了一座核電站,故本文將核電放在研究對象之列。以下就對這四種新能源對電力在河南省發展現狀進行介紹。代寫論文QQ:56223941  4.1.1 光伏發電 河南省太陽能資源屬于 III 類地區,全省太陽資源表現為北多南少,隨緯度的變化明顯,年平均太陽總輻射在 4300 5000MJ/(m2·a)之間,多年平均光伏等效滿負荷利用小時數在 900 1100 小時[55]。河南省光伏發電分集中式地面光伏電站和分布式光伏發電兩種。其中集中式地面光伏電站建設區域主要在荒山荒坡和未利用土地,由于集中式電站占地面積大,受目前河南省及各地市土地利用總體規劃影響,集中式電站發展空間十分有限。分布式光伏主要利用固定建筑物屋頂進行架設,據統計全省分布式光伏可開發量約為 4000MW,具有很大的發展空間。截至 2017 年底,全省光伏電站在建規模 3680MW,累計裝機規模為 2130MW,全省光伏上網電價為 0.75 元/kWh,相比上年下調 0.1 元/kWh。河南省近年來開發的光伏發電項目參數如表 4.1 所示。
.......   結論   論文的主要結論如下: (1)分析了新能源的發電特性、發展面臨的問題和并網對電網的影響。以光伏發電和風力發電為例,建立了輸出模型,并分析了其發電特性。分析得出:在溫度不變時,光伏電池輸出功率的最大值點總是落在某一固定電壓值附近;而風力發電機組要想獲得最大輸出功率應使發電機轉速與風速相匹配,且發電機和風力機的輸出功率也應嚴格匹配。當前新能源發電依然面臨著諸如在技術、政策法規、激勵措施等方面的明顯缺陷,消納能力不足,棄光、棄風現象嚴重;生物質發電燃料能量密度低,獲取中間成本高;核電發展則面臨選址、用水、結構安全、廢物處理等多方面的困擾。由于光伏發電和風力發電的隨機性和不穩定性,新能源和分布式能源并網會對電網電能質量、發展規劃、供電可靠性等造成影響。 (2)構建了一套新能源發電績效綜合評價體系。本文從技術、經濟、環境、社會四個方面出發,選取了發電效率、供電可靠性、投資成本、運行維護成本、發電成本、二氧化碳排放量、空氣污染物排放量、土地使用量、提供就業數、年均上網電量共 10 個指標,構建了一套新能源發電績效評價體系。在經典TOPSIS 方法的基礎上,指標數據采用區間數的表示形式,考慮指標偏好性的影響,得到了一種更為全面、靈活的評價方法。 (3)對河南省新能源發電績效進行綜合評價。根據評價結果可知,在指標偏好相同時,河南省各類新能源發電績效的優劣順序依次為:核能發電、生物質能發電、風力發電、光伏發電。在指標偏好不同時,本文設置了 4 種不同偏好性組合,當技術、環境、社會指標偏好強時,核能發電績效在所有發電方式中最優;而經濟指標偏好強時,風力發電超越核能發電成為綜合效益排名第一的發電類型。光伏和生物質發電整體效益相【論文論文就找123yC.cOm原創論文網,QQ:562.239.41】對較低,但生物質發電績效在技術和社會指標偏好強時的表現優于風力發電,而光伏發電在提供就業數等指標上具有一定的優勢,在社會指標和經濟指標偏好性強兩種情景下,光伏發電績效分別超越風力發電和生物質發電排在了所有發電方式的第三位。要想明確一個地區綜合效益最高的新能源發電類型,需要我們從盡可能多角度對新能源發電進行更加詳細而全面的研究和評價,廣泛聽取和借鑒不同學者的觀點和研究成果,得出科學而嚴謹的結論。 .......... 參考文獻(略)代寫論文QQ:56223941

關鍵詞:河南省 新能源 電力 績效評價 方式

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