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不同新能源电力发电方式在河南省的绩效评价研究

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本文是一篇电力论文,电力系统中,发电厂将天然的一次能源转变成电能,向远方的电力用户送电,为了减小输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降,需要将电压升高。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇电力论文,供大家参考。   1 绪论   1.1 课题背景和意义 自新中国建国以来,我国电力行业经历了近 70 年的飞速的发展,实现了发电方式从单一到多样化,发电规模从小到大的变迁,全国电力结构更加趋于稳定和坚强。在电力产业快速增长的背后,同样存在着各种发电方式发展不均衡、分布不合理,部分地区过于依赖某种单一发电形式的弊端,不利于保障我国电力供给安全,实现国民经济不断稳定向好的发展。在目前我国的电力生产结构中,煤炭作为我国的主要使用能源,提供了 70%以上的电力供应,而其他形式的电力生产比重严重偏低。化石能源的大量消费造成了生态环境日益恶化,由此带来的植被破坏、地面沉降、环境污染等负面影响已严重威胁我国经济的持续发展和人们的正常生活。面对日益严重的环境问题,人们逐渐意识到只有采取更清洁的能源生产方式,才能从根本上保证人类可持续发展。与传统的能源相比,新能源消费几乎不会产生任何污染物或者温室气体,而且在我国境内分布范围广、资源种类多、地域性强。不仅可以满足能源需求和保护生态环境的双重要求,而且对于实现能源结构多元化和提升能源安全也具有重要意义,是化石能源最理想的替代能源。当前,在全球范围内很多国家都将发展新能源电力作为本国的一项重要能源发展策略。例如:美国规划在未来 10 年内将新能源发电占比提升为 30%;欧盟计划 2030 年将光电、风电和和水电等可再生能源发电占比从 30%提升到 50%;日本提出到 2030 年要将光伏发电量提升到 53GW,地热发电、风力发电、海洋发电等新能源发电能力扩大到 19.4GW,总体发电能力提升 6 倍。我国政府也在电力发展“十三五”规划中明确提出,到 2020 年要将煤电的装机容量严格限制{代写论文就找123Yc.cOm原创论文网,QQ:562.23941}在 1100GW 以内,同时清洁能源的发电比重增长为 31%,以实现 2020 年二氧化碳排放量比 2005 年减少 40%~45%的目标[1]。这预示着我国未来将会把发展新能源电力放在优先位置,优化调整全国能源消费结构,朝着更加可持续发展的目标前进。 ..........   1.2 国内外新能源发电现状及发展趋势 新能源是指传统能源以外的各种能源形式,包括太阳能、风能、生物质能、核能、地热能、海洋能等[2]。新能源在电力方面的应用主要集中光伏发电、风力发电、生物质发电和核能发电 4 种类型上,本节重点介绍以上 4 种发电方式在国内外发展现状和趋势。   1.2.1 国外新能源发电现状 目前全球发电市场对新能源电力需求的不断增大,新能源装机容量和发电量每年都保持着高位数的增长,但在发展过程中仍受到各种因素的限制。例如核电二氧化碳减排潜力大,经济性高,却存在可能发生重大安全事故的隐患;风电和光电受到技术和外界环境因素的制约,能量密度低、电力供应不稳定,但是与其他发电形式相比环境友好度更高;生物质发电可以大幅减少温室气体的排放,同时也存在着生态平衡、经济性等问题的争论。虽然目前全球新能源发电已经达到了一定的规模,并形成了一条完整的产业链。但由于化石能源仍是世界一次能源消费的主力,故火力发电仍占据全球发电量的绝大部分。近些年全球电力结构如图 1.1 所示。近些年,全球光伏发电装机容量以每年超过 20%的速度增加,已成为推动电力装机容量增长的最重要贡献力量之一。国际能源署曾预测至 2020 年世界光伏发电量将占全球总发电量的 2%,2040 年将达到 34%以上[3]。虽然目前全球光伏电力市场规模快速扩大,但光伏装机容量和发电量都主要集中在中国、美国、日本、德国等少数几个国家,光伏装机容量排名前五的国家光伏发电量全球占比之和超过 70%。截至 2016 年底,全球光伏总装机容量达到 301.5GW,新增78GW,全年光伏发电量 331.1TWh,在全球占比为 1.34%,近些年全球光伏装机情况如图 1.2 所示。 ..........   2 新能源发电特性及面临问题分析   2.1 光伏发电特性分析 2.1.1 光伏电池模型 对于光伏电池,我们可以用等效电路模型来模拟其工作原理和相关参数,光伏电池的等效电路模型如图 2.1 所示。当负载LR 接入光伏电池两端后,光伏电池 PN 结会在负载两端电压的作用下,使二极管中流过电流DI ,其方向与太阳照射产生的光生电流phI 相反。在光伏电池实际工作中,影响转换效率主要有两个因素:一个是材料电阻以及电极与材料的接触电阻,用串联电阻sR 等效;另一个是制造工艺的因素,用并联电阻shR 来等效[23]。光伏电池在实际工作中,若给以合适的光照强度和温度就会产生直流电流,光伏电池的 U-I 特性曲线如图 2.2 所示。由光伏电池 U-I 特性曲线可知,随着负载LR 的变化,当输出电压 U 在特定范围内增长时,输出电流 I 几近不变,等效于一个恒流电源;随着负载LR 的继续变化,输出电压U 增长超过特定范围后,输出电流 I 出现急剧下降;当输出电压增加到ocU 时,输出电流降为 0。光伏电池输出功率的最大值由电压和电流的乘积决定,可用U 、I 对应坐标与纵横坐标轴包围面积UIS 来等效。易知面积UIS 在曲线靠近纵坐标点等于 0,随着U 的增大(或 I 的减小)而增大,越过某一临界点时又随着U 的增大(或 I 的减小)开始减小,最终在靠近横坐标点变为 0。由以上分析可知,在曲线上存在某一点具有的 U 和 I 的值使得面积UIS 最大,此点即为功率输出最大点,记为MPP(Maximum Power Point),此刻输出电压和输出电流分别记为mU 和mI 。 .........   2.2 风力发电特性分析   2.2.1 风力影响因素和风速模型 自然界中的风能是风力发电机组的能量来源,由于风的随机性和不稳定性,这就造成了风力发电机组无法保证长时间稳定输出电能。为了能够准确反应自然界中风对风力发电机组输出的影响,我们建立了基本风、阵风、渐变风和随机噪声风这 4 种典型风速变化模型[26]。风能发电的不稳定性的根本原因是风的不稳定性和随机性,自然界中的风随着时间、离地高度、地形和环境的不同而变化。①时间影响:众所周知,不同时刻的风速风力都不尽相同。在一天中,地球自转引起太阳光照强度的变化会导致风力大小发生改变;此外,在一年之中风能还会出现季节性规律。在沿海地区,由于陆地和海洋热容量的不同,白天产生海风,夜间产生陆风。②高度影响:随着距离地面高度的不同,空气的粘性和风抵达地面时的摩擦也不同,因此风速V 随高度的变化而变化. .......   3 新能源发电绩效评价指标体系的构建及方法的选择 .......... 26 3.1 新能源发电绩效评价指标体系的构建 ........26 3.1.1 新能源发电绩效评价指标体系构建原则......... 26 3.1.2 新能源发电绩效评价指标的选择............ 27 3.2 新能源发电绩效评价方法的选择 .......30 3.3 本章小结 ...........39 4 河南省新能源发电绩效评价 ..... 40 4.1 河南省新能源发电现状 .....40 4.2 河南省新能源发电绩效评价 ......44 4.3 分析与建议 .......50 4.4 本章小结 ...........52 5 总结与展望 ...... 53 5.1 文章结论 ...........53 5.2 创新点 ......54 5.3 展望 ..........54   4 河南省新能源发电绩效评价   4.1 河南省新能源发电现状 河南省地处中原地区,北部和南部地区分别流经黄河和淮河两大河流,西部和南部分别有太行和秦岭山脉,全省地势呈现西高东低,西南部山地,东部平原的态势。河南省人口众多,经济增长迅速,2017 年全省 GDP 达到 44988.16亿元,位居全国第五,经济增速为 7.8%。近年来,河南地区每年都会遭受大范围的严重雾霾侵袭,空气污染已严重威胁人们的生活和健康;再加上传统化石能源价格日益上涨,能源供给安全已逐渐制约河南省经济社会的可持续发展,因此在河南发展新能源显得紧迫而且必要。截止“十二五”末,全省新能源电力累计装机容量达到 2270MW,占全省装机容量的 3.3%,非化石能源消费比例超过 5.9%。计划在 2020 年底,全省还要新增光伏发电 4500MW,风电 4800MW,生物质能 230MW,争取新能源利用每年节约 2193 万吨标准煤。作为河南省“十三五”能源发展规划重点发展项目,本文河南省内的 4 种新能源发电现状作了分析,其中核电虽不存在于河南境内,但核电作为未来我国能源的重点发展方向,再加上河南省南阳地区已经规划了一座核电站,故本文将核电放在研究对象之列。以下就对这四种新能源对电力在河南省发展现状进行介绍。代写论文QQ:56223941  4.1.1 光伏发电 河南省太阳能资源属于 III 类地区,全省太阳资源表现为北多南少,随纬度的变化明显,年平均太阳总辐射在 4300 5000MJ/(m2·a)之间,多年平均光伏等效满负荷利用小时数在 900 1100 小时[55]。河南省光伏发电分集中式地面光伏电站和分布式光伏发电两种。其中集中式地面光伏电站建设区域主要在荒山荒坡和未利用土地,由于集中式电站占地面积大,受目前河南省及各地市土地利用总体规划影响,集中式电站发展空间十分有限。分布式光伏主要利用固定建筑物屋顶进行架设,据统计全省分布式光伏可开发量约为 4000MW,具有很大的发展空间。截至 2017 年底,全省光伏电站在建规模 3680MW,累计装机规模为 2130MW,全省光伏上网电价为 0.75 元/kWh,相比上年下调 0.1 元/kWh。河南省近年来开发的光伏发电项目参数如表 4.1 所示。
.......   结论   论文的主要结论如下: (1)分析了新能源的发电特性、发展面临的问题和并网对电网的影响。以光伏发电和风力发电为例,建立了输出模型,并分析了其发电特性。分析得出:在温度不变时,光伏电池输出功率的最大值点总是落在某一固定电压值附近;而风力发电机组要想获得最大输出功率应使发电机转速与风速相匹配,且发电机和风力机的输出功率也应严格匹配。当前新能源发电依然面临着诸如在技术、政策法规、激励措施等方面的明显缺陷,消纳能力不足,弃光、弃风现象严重;生物质发电燃料能量密度低,获取中间成本高;核电发展则面临选址、用水、结构安全、废物处理等多方面的困扰。由于光伏发电和风力发电的随机性和不稳定性,新能源和分布式能源并网会对电网电能质量、发展规划、供电可靠性等造成影响。 (2)构建了一套新能源发电绩效综合评价体系。本文从技术、经济、环境、社会四个方面出发,选取了发电效率、供电可靠性、投资成本、运行维护成本、发电成本、二氧化碳排放量、空气污染物排放量、土地使用量、提供就业数、年均上网电量共 10 个指标,构建了一套新能源发电绩效评价体系。在经典TOPSIS 方法的基础上,指标数据采用区间数的表示形式,考虑指标偏好性的影响,得到了一种更为全面、灵活的评价方法。 (3)对河南省新能源发电绩效进行综合评价。根据评价结果可知,在指标偏好相同时,河南省各类新能源发电绩效的优劣顺序依次为:核能发电、生物质能发电、风力发电、光伏发电。在指标偏好不同时,本文设置了 4 种不同偏好性组合,当技术、环境、社会指标偏好强时,核能发电绩效在所有发电方式中最优;而经济指标偏好强时,风力发电超越核能发电成为综合效益排名第一的发电类型。光伏和生物质发电整体效益相【论文论文就找123yC.cOm原创论文网,QQ:562.239.41】对较低,但生物质发电绩效在技术和社会指标偏好强时的表现优于风力发电,而光伏发电在提供就业数等指标上具有一定的优势,在社会指标和经济指标偏好性强两种情景下,光伏发电绩效分别超越风力发电和生物质发电排在了所有发电方式的第三位。要想明确一个地区综合效益最高的新能源发电类型,需要我们从尽可能多角度对新能源发电进行更加详细而全面的研究和评价,广泛听取和借鉴不同学者的观点和研究成果,得出科学而严谨的结论。 .......... 参考文献(略)代写论文QQ:56223941

关键词:河南省 新能源 电力 绩效评价 方式

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