（1）新能源的分类及其含义。

①太阳能：太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式，广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能、化学能、水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。利用太阳能的方法主要有：通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能的太阳能电池；利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电的太阳能热水器等。

②核能：核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc2；其中E代表能量，m代表质量，c代表光速常量。

③海洋能：海洋能指蕴藏于海水中的各种新能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些新能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。据科学家推算，地球上波浪蕴藏的电能高达90万亿kW·h。海上导航浮标和灯塔已经应用波浪发电机发出的电来照明，大型波浪发电机组也已问世。我国也在对波浪发电进行研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。据世界动力会议估计，到2020年，全世界潮汐发电量将达到1000亿～3000亿kW。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站，发电能力为24万kW，已经工作了30多年。中国在浙江省建造了江厦潮汐电站，总容量达到3000kW。

④风能：风能是由于空气流动所形成的新能源。风能与其他能源相比，具有明显的优势：它蕴藏量大，是水能的10倍；分布广泛，永不枯竭；对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。风力发电，是当代人利用风能最常见的形式，自19世纪末，丹麦研制风力发电机成功以来，人们认识到石油等能源会枯竭，才重视风能的发展。

⑤生物质能：生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式储存于生物中的一种新能源，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是储存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的新能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿t，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10～20倍，但利用率不到3%。

⑥地热能：地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。中国地热资源丰富，分布广泛，已有地热点5500处，地热田45个，地热资源总量约320万MW。

⑦氢能：氢能在众多新能源中，以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出，势必成为21世纪的理想新能源。氢能可以作飞机、汽车的燃料，也可以用作推动火箭动力。

（2）新能源应用技术专业的主要研究方向。新能源应用技术专业主要分为三个方向，分别为太阳能光热技术，太阳能光伏发电技术和风力发电技术。此外，考虑风能和太阳能的互补优势，风光互补发电技术是新能源应用发展的另一重点方向。

①太阳能光热技术：太阳能光热技术是指将太阳辐射能转化为热能进行利用的技术。太阳能光热技术的利用通常可分为直接利用和间接利用两种形式。常见的直接利用方式有利用太阳能空气集热器进行供暖或物料干燥，利用太阳能热水器提供生活热水，基于集热—储热原理的间接加热式被动太阳房和利用太阳能加热空气产生的热压增强建筑通风。目前技术比较成熟且应用比较广泛的是蔬菜温室大棚、中药材和果脯干燥及太阳能热水器等。其他几种技术还处于研究开发阶段，且由于一次性投资较大，要想走向市场和大范围推广尚需时日。太阳能间接利用的主要形式有太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射制冷。但目前也还处于研究阶段，有的仅仅制造出了样机，尚未形成定型产品和批量生产。太阳能光热技术今后研究趋势包括集热器材料设计，如何能更充分地吸收利用太阳能，是今后的研究重点；光热系统的设计，研究在哪些领域还可以更好地利用太阳能光热系统，系统如何设计更加合理。

②太阳能发电技术：太阳能光伏发电系统分为离网型和并网型两种。离网型光伏发电系统由太阳能电池板、逆变器、控制器和蓄电池组成，如图1-1（a）所示。太阳能电池板负责将光能转换成直流电能，再由逆变器将直流电能转换成负载需要的交流电能。如果太阳能电池板产生的电能对负载供电有剩余，这时可以将直流电能储存在蓄电池中，在电池板对负载供电不足时，蓄电池放电，也经逆变器转换成交流电能供负载使用。逆变器起到对电能的协调控制作用，决定何时充电、放电，并控制电池板输出的电压值。并网型光伏发电系统由太阳能电池板、逆变器组成，如图1-1（b）所示。逆变器将太阳能电池板所发的直流电能转换成跟电网电压同频、同相、同幅的交流电能信号。相对于离网型光伏系统而言，并网型光伏系统无需蓄电池储能，逆变器本身具有控制器的保护功能，并且可以进行孤岛检测和太阳能电池板的最大功率跟踪。(www.daowen.com)

图1-1　太阳能光伏发电系统示意图

在太阳能光伏发电系统中，需要考虑如何能够提高太阳能电池板的转换效率。目前太阳能电池板分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种类型，单晶硅太阳能电池转换效率最高可达24.7%，多晶硅太阳能电池转换效率最高可达19.8%，薄膜太阳能电池转换效率最高可达18.8%。此外，太阳能电池板的使用寿命和如何降低生产成本也是研究的重点，一个寿命短暂的电池板，不仅使发电成本增加，对系统的稳定性也会造成影响，而降低太阳能电池的生产成本有利于太阳能发电技术的有效推广。目前，国外先进的逆变器转换效率为97%左右，国内生产的逆变器实际转换效率一般在95%左右，怎样提高逆变器的转换效率，减小开关损耗，是今后研究的另一重点。逆变器输出的交流电能含有谐波成分，对于并网逆变器而言会造成对电网的污染，因此，考虑如何更好地跟踪电网电量信号，减少逆变器输出谐波，也是研究的重点之一。蓄电池的快速充电技术也是今后研究的重点，如何能快速充电而不损害蓄电池的性能和寿命，是人们关注的热门研究课题。

③风力发电技术：风力发电的基本工作原理是：首先风力机吸收风能，将其转变为机械能然后通过增速齿轮箱，将机械能传递给发电机，最后发电机将机械能转化为电能。风力发电机组一般由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航系统、刹车系统、控制系统及塔架等几大部分组成，如图1-2所示。风轮是把风能转化为机械能的部件，它是风力机的主要动力部件。增速齿轮箱有两个主要功能，首先是将风轮吸收的风能传递给发电机，其次是使桨叶的转速达到发电机所需的同步转速。因为要使风轮的转速达到发电机的同步转速需要十分大的风速，所以为了在低风速时使风轮转速能与发电机转速相匹配，驱动发电机发电，我们在风轮与发电机之间安装一个增速齿轮箱，增速箱的低速轴接桨叶，高速轴接发电机。发电机是用来把风轮吸收的风能转化为电能，它不仅直接影响整个系统的性能、效率和供电质量，而且也影响到风能吸收装置的运行方式、效率和结构。为了使风轮获得最大风能利用因数，偏航系统根据风向标采集的风向信号，来确定风向；然后根据测得的风向信息驱动偏航马达，从而改变机舱对准方向。为防止机舱因为对风偏航，朝同一方向偏转多圈而导致连接机舱和塔下控制设备的电缆扭断，偏航系统在必要时要进行展开电缆和解缆控制。刹车系统在如风速过大、紧急偏航等紧急状况下，可以让风力机停止转动来防止风力发电设备的损坏。风力发电控制系统由偏航控制系统、变桨距控制系统、液压系统、传动系统以及温控系统组成。风力发电控制系统根据这些子控制系统所输出的信号，分析这些信号，了解风电机组的运行状态，采取相应的控制措施。风力发电控制系统的控制目标是使风电机组获取能量最大化，使风电系统运行稳定，保护风电机组的安全运行。塔架是起支撑作用的，它使风力发电机组能在一个风况较好的高度中运行。风力发电技术的发展变化主要体现在功率调节技术、发电方式以及并网方式等方面。其中，功率调节技术由定桨距向变桨距转变，发电方式由恒速恒频向变速恒频转变，并网方式由早期的异步发电机并网系统、同步发电机并网系统发展到现在的交流双馈并网系统、永磁直驱风力发电系统。

图1-2　风力发电系统示意图

④风光互补发电技术：风力发电和太阳能光伏发电有着资源广泛、无污染、可再生等优点，但是其利用又有着局限性，如受天气影响而变化，不稳定，受地形影响大，地区差异显著等。因此，人们开始使用风能与太阳能互补发电。风能与太阳能的结合有着天然优势，一般白天风小、太阳辐射大，夜晚风大、太阳辐射小，夏季风小、太阳辐射大，冬季风大、太阳辐射小，晴天风小，雨天风大。风能和太阳能在时间和季节上如此吻合的互补性，决定了风光互补结合后发电系统可靠性更高、更具有实用价值的特点。因此，风光互补发电系统的出现可以很好地弥补太阳能和风能提供能量间歇性和随机性的缺陷，实现不间断供电。风光互补发电又可分为离网型和并网型两种，两种分类异同与光伏发电系统类似。图1-3为离网型风光互补发电系统。风光互补发电系统由风力发电机、整流器、光伏阵列、DC/DC功率变换器、蓄电池、逆变器、控制器及交直流多用户负载等组成。其运行机理如下：风力发电系统产生与风速成一定关系的交流电，经整流变成直流电，送入直流母线，光伏发电系统将光能转换成直流电，通过DC/DC变换器输送到直流母线，对负载供电有剩余时给蓄电池充电，当风力发电机和光伏电池输出电能不足以满足负载要求时，则由蓄电池向其供电。控制器实现最大功率跟踪、蓄电池的充放电及保护显示等功能。并网型与离网型稍有不同，无需蓄电池，将负载变为电网。风光互补发电除了研究风力发电和光伏发电的技术热点问题外，还需考虑系统设计问题，如根据某地区客户要求，设计一套风光互补发电系统，需要研究该地区年平均光照时间和风量，计算光伏电池的安装容量和风机容量，确定最优比例，另外电能的分布式控制也是研究的热点问题。

图1-3　风光互补发电系统示意图