新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等。此外，还有氢能等；而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能、核裂变能等能源，称为常规能源。新能源发电也就是利用现有的技术，通过上述的新型能源，实现发电的过程。
能源开发与利用1、能源资源
能源资源包括煤、石油、天然气、水能等，也包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、核能等新能源。纵观社会发展史，人类经历了柴草能源时期、煤炭能源时期和石油、天然气能源时期，目前正向新能源时期过渡，并且无数学者仍在不懈地为社会进步寻找开发更新更安全的能源。但是，目前人们能利用的能源仍以煤炭、石油、天然气为主，在世界一次能源消费结构中，这三者的总和约占93%。
能源按其来源可以分为下面四类：
第一类是来自太阳能。除了直接的太阳辐射能之外，煤、石油、天然气等石化燃料以及生物质能、水能、风能、海洋能等资源都是间接来自太阳能。
第二类是以热能形式储藏于地球内部的地热能，如地下热水、地下蒸汽、干热岩体等。
第三类是地球上的铀、钍等核裂变能源和氘、氚、锂等核聚变能源。
第四类是月球、太阳等星体对地球的引力，而以月球引力为主所产生的能量，如潮汐能。
能源按使用情况进行分类，凡从自然界可直接取得而不改变其基本形态的能源称为一次能源；凡从自然界可直接取得而不改变其基本形态的能源称为一次能源。
在一定历史时期和科学技术水平下，已被人们广泛应用的能源称为常规能源。那些虽古老但需采用新的先进的科学技术才能加以广泛应用的能源称为新能源。凡在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源，称为可再生能源。经过亿万年形成的，在短期内无法恢复的能源称为非可再生能源。
2、资源的有效利用
在能源资源中，煤炭、石油、天然气等非再生能源，在许多工业、农业部门和人民生活中既能做原料，又能做燃料，资源相当紧缺。因此，如何优化资源配置，提高能源的有效利用率，对人类的生存繁衍、对国家的经济发展都具有十分重要的意义。人类生产和生活始终面临着一个无法避免的和不可改变的事实，即资源稀缺。即使人类需要的无限性和物质资料的有限性，将伴随人类社会发展的始终。
电能是由一次能源转换的二次能源。电能既适宜于大量生产、集中管理、自动化控制和远距离输送，又使用方便、洁净、经济。用电能替代其他能源，可以提高能源的利用效率。随着国民经济的发展，最终消费中的一次能源直接消费的比重日趋减少，二次能源的消费比重越来越大，电能在一次能源消费中所占比重逐年增加。目前，我国电力的供给仍不能满足同家经济的发展、科技的进步和人民生产、生活水平的提高对用电H益增长的需求。
我国的现代化建设，面临着能源供应的大挑战。为了缓解目前能源供应的紧张局面，我们要在全社会倡导节约，建设节约型社会。节约用电，不仅是节约一次能源，而且是解决当前突出的电力供需矛盾所必需的。节电是要以一定的电能取得最大的经济效益，即合理使用电能，提高电能利用率。即使电力丰富不缺电，也应合理有效地使用，不容随意挥霍。根据同情我国制定了开源节流的能源政策，坚持能源开发与节约并重，并在当前把节能、节电放在首位。在开源方面要大力开发煤炭、石油、天然气，并加快电力建设的步伐，特别是开发水电。能源工业的开发要以电能为中心，积极发展火电，大力开发水电，有重点、有步骤地建设核电，并积极发展新能源发电。在节能方面则是大力开展节煤、节油、节电等节能工作。节电的出路在于坚持科学管理，依靠技术进步，走合理用电、节约用电、提高电能利用率的道路，大幅度地降低单位产品电耗，以最少的电能创造最大的财富。1
新能源之水力发电水能是蕴藏于河川和海洋水体中的势能和动能，是洁净的一次能源，用之不竭的可再生能源。我国水力资源丰富，根据最新的勘测资料，我国水能资源理论蕴藏量达6．89亿kW，其巾技术可开发装机容量4．93亿kW，经济可开发装机容量3．95亿kW，居世界首位。截至2012年底，全国总装机容量为11．4亿kw，其中水电装机容量突破2．49亿kW，占全国总装机容量的21．83%。
水电站是将水能转变成电能的工厂，其能量转换的基本过程是：水能一机械能一电能。图1—1所示是水电站的示意图。
在河川的上游筑坝集中河水流量和分散的河段落差，使水库1中的水具有较高的势能，当水由压力水管2流过安装在水电站厂房3内的水轮机4排至下游时，带动水轮机旋转，水能转换成水轮机旋转的机械能；水轮机转轴带动发电机5的转子旋转，将机械能转换成电能。这就是水力发电的基本过程。
水的流量和水头(上下游水位差，也叫落差)是构成水能的两大因素。按利用能源的方式，水电站可分为：将河川中水能转换成电能的常规水电站，也是通常所说的水电站，按集中落差的方法它又有三种基本形式，即坝式、引水式和混合式；调节电力系统峰谷负荷的抽水蓄能式水电站；利用海洋能中的水流的机械能进行发电的水电站，即潮汐电站、波浪能电站、海流能电站。
水力发电主要有以下特点：
(1)水能是可再生能源，并且发过电的天然水流本身并没有损耗，一般也不会造成水体污染，仍可为下游用水部门利用。
(2)水力发电是清洁的电力生产，不排放有害气体、烟尘和灰渣，没有核废料。
(3)水力发电的效率高，常规水电站的发电效率在80%以上。
(4)水力发电可同时完成一次能源开发和二次能源转换。
(5)水力发电的生产成本低廉，无需燃料，所需运行人员较少、劳动生产率较高，管理和运行简便，运行可靠性较高。
(6)水力发电机组起停灵活，输出功率增减快，可变幅度大，是电力系统理想的调峰、调频和事故备用电源。
(7)水力发电开发一次性投资大，工期长。如三峡工程，1994年12月开工，2003年7月第一台机组并网发电。
(8)受河川天然径流丰枯变化的影响，无水库调节或水库调节能力较差的水电站，其可发电力在年内和年际问变化较大，与用户用电需要不相适应。因此，一般水电站需建设水库调节径流，以适应电力系统负荷的需要。现在电力系统一般采用水、火、核电站联合供电方式，既可弥补水力发电天然径流丰枯不均的缺点，又能充分利用丰水期水电电量，节省火电站消耗的燃料。潮汐能和波浪能也随时间变化，所发电能也应与其他类型能源所发电能配合供电。
(9)水电站的水库可以综合利用，承担防洪、灌溉、航运、城乡生活和工矿生产用水、养殖、旅游等任务。如安排得当，可以做到一库多用、一水多用，获得最优的综合经济效益和社会效益。
(10)建有较大水库的水电站，有的水库淹没损失较大，移民较多，并改变了人们的生产、生活条件；水库淹没影响野生动植物的生存环境；水库调节径流，改变了原有水文情况，对生态环境有一定影响。
(11)水能资源在地理上分布不均，建坝条件较好和水库淹没损失较少的大型水电站站址往往位于远离用电负荷中心的偏僻地区，施工条件较困难并需要建设较长的输电线路，增加了造价和输电损失。
我国河川l水力资源居世界首位，不过装机容量仅占可开发资源的25%左右，作为清洁的可再生能源，水能的开发利用对改变我国目前以煤炭为主的能源构成具有现实意义。但是，我国的河川水能资源的70%左右集中在西南地区，经济发达的东部沿海地区的水能资源极少，并且大规模的水电建设给生态环境造成的灾难性影响越来越受到人类的重视；而我国西南地区有着极其丰富的生物资源、壮观的自然景观资源和悠久的民族文化资源，相信在不久的将来，大规模的水电开发会慎重决策。1
新能源发电之太阳能发电太阳能发电根据利用太阳能的方式主要有通过热过程的太阳能热发电（塔式发电、抛物面聚光发电、太阳能烟囱发电、热离子发电、热光伏发电及温差发电等）和不通过热过程的光伏发电、光感应发电、光化学发电及光生物发电等。目前主要应用的是直接利用太阳能的光伏发电(PV，Photovoltaic)和间接利用太阳能的太阳能热发电(CSP，Concentrating Solar Power)两种方式。其中直接利用光能进行发电的光伏发电由光伏(PV)电池、平衡系统组成；间接利用光能是将太阳能转换成热能，由储热进行发电的太阳能热发电（光=热-电），CSP根据收集太阳能设备的布置方式可分为槽式( Linear CSP)、塔式(Power Tower CSP)和盘式(Dish/EngineCSP)三种类型。
(1)光伏发电。
光伏发电站[photovoltaic (PV) power station]是将太阳辐射能通过光伏电池组件直接转换成直流电能，并通过功率变换装置与电网连接在一起，向电网输送有功功率和无功功率的发电系统，一般包括光伏阵列（将若干个光伏电池组件根据负载容量大小要求，串、并联组成的较大供电装置）、控制器、逆变器、储能控制器、储能装置等。
并网型光伏发电系统是指将光伏电池输出的直流电力，经过并网光伏逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波交流电流，接人电网以实现并网发电功能。光伏发电的发电原理是由组成光伏方阵的光伏电池决定。光伏电池工作原理是利用光伏电池的光生伏特效应（又称光伏效应）进行的能量转换，其中光伏效应是利用半导体p-n结的光生伏特效应，当光照射到半导体上时，太阳光的光子将能量提供给电子，电子跳跃到更高的能带，激发出电子空穴对，电 ，子和空穴分别向电池的两端移动，此时光生电场除了抵消势垒电场外，还使p区带正电，n区带负电，在n区和p区间形成电动势，既光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生了电位差。这样，如果外部构成通路，就会产生电流，形成电能。
光伏电池根据其使用的材料可分为：硅系光伏电池、化合物系光伏电池、有机半导体系光伏电池。硅系光伏电池可分为结晶硅系和非晶硅系光伏电池。其中结晶硅系光伏电池又可分为单晶硅和多晶硅光伏电池。
目前比较成熟且广泛应用的是晶硅类电池。晶硅材料光伏电池优点是原材料非常丰富，可靠性较高，特性比较稳定，一般可使用20年以上。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，晶硅光伏电池的单晶硅光伏电池在硅材料光伏电池中转换效率最高，转换效率的理论值为24%～26%，多晶硅的转换效率略低，转换效率的理论值为20%，但价格更便宜；同时单晶硅和多晶硅电池又优于非晶硅电池。目前大规模工业化生产条件下，单晶硅电池的转换效率已达到了16%～18%，多晶硅电池的转换效率为12%～14%。采用多薄层、多p—n结的结构形式的薄膜电池可实现40%～50%以上的光电转换效率，基本原理是在非硅材料衬底上铺上很薄的一层光电材料，大大减少了光电材料的硅半导体消耗，降低了光伏电池的成本。硅薄膜光伏电池由于原材料储量丰富，且无毒，无污染，因此更具持续发展的前景。
(2)太阳能热发电。
太阳能热发电，也叫聚焦型太阳能热发电(Concentrating Solar Power，简称CSP)，与传统发电站不一样的是，它们是通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能光直射聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，将热能转化成高温蒸汽驱动汽轮机来发电。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为：槽式太阳能热发电、塔式太阳能热发电和碟式太阳能热发电。2
新能源发电之地热发电地热发电是把地下热能转换成为机械能，然后再把机械能转换为电能的生产过程。根据地热能的储存形式，地热能可分为蒸汽型、热水型、干热岩型、地压型和岩浆型五大类。从地热能的开发和能量转换的角度来说，上述五类地热资源都可以用来发电，但目前开发利用得较多的是蒸汽型及热水型两类资源。
地热发电的优点是：一般不需燃料，发电成本在多数情况下比水电、火电、核电都要低，设备的利用时间长，建厂投资一般都低于水电站，且不受降雨及季节变化的影响，发电稳定，可以极大地减少环境污染。
目前利用地下热水发电主要有降压扩容法和中间介质法两种。
(1)降压扩容法。降压扩容法是根据热水的汽化温度与压力有关的原理而设计的，如在0.3绝对大气压下水的汽化温度是68.7℃。通过降低压力而使热水沸腾变成蒸汽，以推动汽轮发电机转动而发电。
(2)中间介质法。中间介质法是采用双循环系统，即利用地下热水间接加热某些“低沸点物质”来推动汽轮机做功的发电方式。如在常压下水沸点温度为100℃，而有些物质如氯乙烷和氟里昂在常压下的沸点温度分别为12.4℃及-29.8℃，这些物质被称为“低沸点物质”。根据这些物质在低温下沸腾的特性，可将它们作为中间介质进行地下热水发电。利用“中间介质”发电方既可以用100℃以上的地下热水（汽），也可以用100℃以下的地下热水。对于温度较低的地下热水来说，采用“降压扩容法”效率较低，而且在技术上存在一定困难，而利用“中间介质法”则较为合适。2
新能源发电之海洋能发电海洋能主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能和海水盐差能等。潮汐能是指海水涨潮和落潮形成的水的动能和势能；波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能；海流能（潮流能）是指海水流动的动能，主要指海底水道和海峡中较为稳定的水流，以及由于潮汐导致的有规律的海水水流；海水温差能指海洋表面海水和深层海水之间的温差所产生的热能；海水盐差能是指海水和淡水之间或者两种含盐浓度不同的海水之间的电位差。
海洋能发电具有以下几大特点。
(1)能量蕴藏大且可以再生。地球上海水温差能的理论蕴藏量约500亿kW，可开发利用的约20亿kW;波浪能的蕴藏量约700亿kW，可开发利用的约30亿kW；潮汐能的理论蕴藏量约30亿kW；海流能（潮流能）的总功率约50亿kW，其中可开发利用的约0.5亿kW;海水温差能蕴藏量约300亿kW，可开发利用的在26亿kW以上。
(2)能量密度低。海水温差能是低热头的，较大温差为20～25℃；潮汐能是低水头的，较大潮差为7～10m;海流能和潮流能是低速度的，最大流速一般仅2m/s左右；波浪能，即使是浪高3m的海面，其能量密度也比常规煤电的低1个数量级。
(3)稳定性比其他自然能源好。海水温差能和海流能比较稳定，潮汐能与潮流能的变化有规律可循。
(4)开发难度大，对材料和设备的技术要求高。2
新能源发电之生物质能发电生物质能资源是可用于转化为能源的有机资源，主要包括薪柴、农作物秸秆、人畜粪便、食品制造工业废料和废水及有机垃圾等。利用生物质能发电的最有效的途径是将其转化为可驱动发电机的能量形式，如燃气、燃油及酒精等，然后再按照通用的发电技术发电。
生物质能发电技术的主要特点如下：
(1)要有配套的生物质能转换技术，且转换设备必须安全可靠，维修保养方便；
(2)利用当地生物质能资源发电的原料必须具有足够数量的储存，以保证持续供应；
(3)所用发电设备的装机容量一般较小，且多为独立运行方式；
(4)利用当地生物质能资源发电，就地供电，适用于居住分散、人口稀少、用电负荷较小的农牧业区及山区；2
新能源发电接入电网需要解决的关键技术风能、太阳能等新能源发电具有的间歇性、波动性等特点，使得大规模接入电网后需要进行协调配合，要求电网不断提高适应性和安全稳定控制能力，降低风能、太阳能并网带来的安全稳定风险，并最终保证电网的安全稳定运行。据统计，2009年国家电网公司系统风电装机容量达到1700万kW，其中三北电网的风电装机为1517万kW，同比增长率93.6%；风电装机占到了公司系统总装机容量的2.70%。由于缺乏统一规划，匆忙上马，导致在风电基地外送方面遇到了较多问题，在并网技术方面急需开展大量深入的试验研究工作。包括：
(1)建立完善的风电和光伏发电并网技术标准体系。
由于我国风电和光伏发电起步较晚，在风电和光伏发电运行控制技术方面，还存在较大差距，因此需要借鉴国际先进经验，一方面是要对风电机组/风电场和光伏发电的调控性能提出明确的技术要求，另一方面要加快制定国家层面的并网技术导则，促进设备制造技术和运行性能的提高。
(2)建立风电和光伏发电预测系统和入网认证体系。
目前，我国的风电和光伏发电实验室和认证体系建设还处于起步阶段，需要开展大量基础性工作，包括：风电和光伏发电预测理论和方法的深入研究，完善开发预测系统，并研究该系统的应用原则和方法；测试技术研究、测试标准制订和测试设备研制等等，同时要加快风电和光伏发电研究检测中心和试验基地的建设，并在此基础上尽快建立入网认证体系。
(3)加强风电场和光伏电站接入电网的系统技术研究。
1)新能源发电仿真技术。①进一步完善开发包括各类风电机组/风电场和光伏发电仿真模型的电力系统计算分析软件；②实现各种类型新能源发电过程的仿真建模；③仿真功能从离线向在线、实时模拟功能跨越。
2)新能源发电的分析技术。①对大规模风电、光伏发电和其他常规电源打捆远距离输送方案、风光储一体化运行和系统调峰电源建设等问题进行技术经济分析；②对大规模风电场和光伏电站集中接人电网后的调控性能、系统有功备用、无功备用、频率控制、电压控制、系统安全稳定性等问题进行全面研究，以保证系统的安全稳定性；③突破新能源发电分布式接人运行特性的在线实时、递归、智能分析技术。
3)新能源发电接入电网的储能技术。①对多种储能技术开展深入研究和比较分析：抽水蓄能、化学电池储能、压缩空气储能等。提高能量转换效率和降低成本是今后储能技术研究的重要方向；②目前正在建设的国家电网公司张北风光储联合示范项目，这是国内在大规模储能用于新能源接入电网的试验工程。
4)新能源发电调度支撑技术。①实现并完善适合大规模集中接入的风电、光伏发电功率预测系统，以及分布式风电、光伏发电功率预测系统；②建立适应间歇式电源大规模集中接入的智能调度体系，掌握各种能源电力的优化调度技术；③建立适应分布式新能源电力的优化调度体系，实现含多能源的配电网能量优化管理系统，掌握微网经济运行理论与技术。
5)新能源发电接人的运行控制技术。①掌握应对大规模间歇式电源送电功率大幅频繁波动下的大系统调频调峰广域自协调技术；大系统备用容量优化配置和辅助决策技术；②掌握大规模间歇式电源接人大电网的有功控制策略和无功电压控制技术；③掌握储能系统以及控制装置的优化控制技术；④掌握适应于新能源发电分布式接人的安全控制技术，包括通过调控将并网发电模式转变为独立发电模式的反“孤岛”技术。
6)新能源发电的电能质量评估与控制技术。①研究新能源发电接入的电能质量评价体系和指标，提出相应的控制要求；②研究新能源发电接人对电网电能质量影响的分析方法及检测方法和治理技术；③掌握利用多种新型元器件，综合治理新能源发电接人的电能质量污染的关键技术。
7)大规模新能源的电力输送技术。①掌握大规模新能源电力输送采用超/特高压交流、常规直流和柔性直流( VSC)的技术/经济比较分析技术；②掌握柔性直流(VSC)输电装备自主化研发、生产、工程集成与运行控制技术；提出适于大规模间歇电源的直流送出方案及控制策略；③提出大型海上风力发电接入方式及控制策略。2
本词条内容贡献者为:
尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学
