由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点，近年来在大型风电机组上得到了广泛采用。结合变桨距技术的应用及电力电子技术的发展，大多风电机组的开发制造厂商开始使用变速恒频技术，并开发出了变桨变速风电机组，使得在风能转换上有了进一步完善和提高。2006年，在全球所安装的风电机组中有92% 的风电机组采用了变桨变速方式，且比例逐渐上升。我国2007 年安装的兆瓦级风电机组中，也都是变桨距机组。2兆瓦以上的风电机组大多采用三个独立的电控调桨机构，通过三组变速电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。
（5）直驱式、全功率变流技术得到迅速发展。
无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障，可有效提高系统的运行可靠性和寿命，减少维护成本，因而得到了市场的青睐，市场份额不断扩大。
（6）新型垂直轴风力发电机。
它突破了传统的水平轴风力发电机启动风速高、噪声大、抗风能力差、受风向影响等缺点，采取了完全不同的设计理念，并采用了新型结构和材料，达到微风启动、无噪声、抗12级以上台风、不受风向影响等优良性能，可以大量用于别墅、多层及高层建筑、路灯等中小型应用场合。以它为主建立的风光互补发电系统，具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点，也解决了太阳能发展中对电网的冲击等影响。
另外，改善声学特性、改善空气动力学特性、改善轴传动效率、满足高风速或低风速地区及复杂地形的运行要求等，也是风电技术研发的发展趋势。
风光互补技术
风光互补技术整合了中小型风电技术和太阳能技术，综合了各种应用领域的新技术，其涉及的领域之多、应用范围之广、技术差异化之大，是各种单独技术所无法比拟的。风能和太阳能是目前全球在新能源利用方面技术最成熟、最具规模化和产业化发展的行业，单独的风能和单独的太阳能都有其开发的弊端，而风力发电和太阳能发电两者互补性的结合，实现了两种新能源在自然资源的配置、技术方案的整合、性能与价格的对比等方面，都达到了对新能源的综合利用最合理化，不但降低了满足同等需求下的单位成本，而且扩大了市场的应用范围，还提高了产品的可靠性。风光互补整合了太阳能和风能各自的优势，不仅为“ 节能、减排” 开辟了新的天地，而且以应用科学来满足人类需求方面，为世界进人第四次革命打开了新的一页65。
3．水电
水力发电是运用水的势能和动能转换成电能来发电的方式。以水力发电的工厂称为水力发电厂，简称水电厂，又称水电站。其发电原理，就是利用水的落差在重力作用下形成动能，从河流或水库等高位水源处向低位处引水，利用水的压力或者流速冲击水轮机，从而带动其旋转，将水能转化为机械能，然后再由水轮机带动发电机发电。
水电站主要有堤坝式水电站、引水式水电站、混合式水电站、潮汐水电站、抽水蓄能电站等。
水电是世界的主要能源之一，提供了全球大概1/5的电力，在可再生能源发电量中占95%，相对于其他能源，33%的水电资源已得到开发，其余未开发水电资源90%在发展中国家里。水电的价格非常便宜，而且是可持续的，因此它对于解决气候问题和能源供应问题，特别是对于经济转型中的发展中国家来说是非常重要的。中国是目前世界上水电利用最多的国家，总装机容量为117000 兆瓦，年发电量可达401300吉瓦·时，三峡水电站为世界上最大的水电站。
通过国内外水电发展的实践，总结出水电有六大优点：
（1）水电是再生能源，虽有丰年枯年的差别，但没有用完的顾虑；而火电、核电消耗的是有限的石油、煤炭、气天然、铀等资源。
（2）水电发电成本低，其成本仅为火电的1/4左右；经济效益高，水电是火电的3倍左右。
（3）水电是清洁能源，可改善自然环境；而火电排放烟尘、氧化硫、氮氧化物、温室气体、放射性物资，特别是燃烧高硫煤会导致酸雨。核电则产生很难处理的核废料。
（4）水电有防洪、灌溉、航运、供水、养殖、旅游等众多社会效益，火电则相对较少。
（5）效率高，大中型水电站为80%～90%，而火电厂为30%～50%；厂/站自身用电率，水电站为0.3%，而火电厂为8.22%。
（6）水电机组启停灵活，输出功率增减快、可变幅度大，是电力系统理想的调峰、调频、调相和事故备用电。
然而，一切事情总是一分为二的，水电也有其负面影响，例如，坝后的水流量减少，会增加泥沙的淀积量，江水自净能力降低；水库淹没地段需要移民，搬迁大量文物古迹；对鱼类产卵、回游产生影响；淹没地段容易产生滑坡；高坝容易诱发地震等66。
世界水电的利用现状
全世界现在注册登记的大坝有45000座，这是指高度在15米以上的大坝。世界上有24个国家（如挪威、巴西等），90%以上的能源来自水电站，而且环境保护非常到位；有55个国家50%以上的能源来自水电站。从世界水电的开发程度上看，欧洲在72%以上，瑞士因建设了大量的抽水蓄能电站，开发程度达到100%。亚洲为20%左右，南美25%，中北美70%。目前，水电技术比较成熟，小水电技术也得到了大力发展。
水电技术的发展趋势
结合国内外水电技术的研发与实践，未来水电技术主要有以下趋势：环保友好型、和谐发展型水电技术是未来水电利用技术的主力军；高新技术不断提升水电工程的技术含量，水电利用技术不断创新，相应的标准、规范不断完善；流域、梯级、滚动、综合的有序开发成为未来水电开发利用的重要趋势；抽水蓄能技术在未来水电开发中将大有作为；在保护生态基础上，科学规划、有序开发、加强管理，促进小水电的健康发展。
4．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能量形式，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽，用之不竭，是一种安全、清洁的绿色能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10~20倍，但目前的利用率还不到3%。
生物质能的载体是有机物，所以这种能源是以实物的形式存在的，是唯一的一种可储存和可运输的可再生能源。而且它分布最广，不受天气和自然条件的限制，只要有生命的地方就有生物质存在。从利用方式上看，生物质能与煤炭、石油内部结构和特性相似，可以采用相同或相近的技术进行处理和利用，利用技术的开发与推广难度比较低。另外，生物质可以通过一定的先进技术进行转换，除了转化为电力外，还可生成油料、燃气或固体燃料，直接应用于汽车等运输机械或柴油机、燃气轮机、锅炉等常规热力设备，可以说，几乎能应用于目前人类工业生产或社会生活的各个方面。所以在所有新能源中，生物质能与现代的工业化技术和目前的现代化生活有最大的兼容性，它在不必对已有的工业技术做任何改进的前提下即可以替代常规能源，对常规能源有很大的替代能力，这些都是今后生物质能发挥重要作用的依据。
目前，生物质能在最广泛利用的能源中位居第4 位，构成世界一次能源需求量的14%，而且潜力巨大，具有良好的经济、环境和社会效应。很多国家都在不断积极研究和开发新的生物质能利用技术，而将生物质转化为电力和替代性燃料成为研究的重点。
主要生物质能利用技术
生物质能源转换技术包括直接燃烧、热化学转换和生物化学转换三种技术。转换的方式有生物质气化、生物质液化、生物质固化、生物发酵等多种方式，相应的被转换成气、液或固不同形态的燃料。下面就几种主要的利用技术作简要介绍。
图4.1 生物质能转化的技术路线
（1）直接燃烧
生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发，主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。例如，林产品加工厂的废料（如造纸厂的树皮、家具厂的边角料等）的专用燃烧蒸汽锅炉，发达国家的造纸厂几乎都有专门的设备用来处理废弃物。由于生物质形状各异，堆积密度小且较松散，给运输和储存及使用带来较大困难，影响了生物质的使用。因此，促使了生物质成形技术的研究开发。在一定温度和压力作用下，将生物质压缩成棒状、块状或颗粒状等成形燃料，提高其运输和储存能力，改善生物质的燃烧性能，提高其利用效率。生物质不仅可以用于家庭炊事、取暖，也可以作为工业锅炉和电厂的燃料来替代煤、天然气、燃料油等化石能源。现已成功开发的成形技术按成形物形状主要分为三大类：以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成形物技术，欧洲各国开发的活塞式挤压制得圆柱块状成形技术，以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成形技术和设备。美国颗粒成形燃料年产量达80万吨。
（2）生物质气化
生物质气化技术是将固体生物质置于气化炉内加热，同时通入空气、氧气或水蒸气，来产生品位较高的可燃气体。它的特点是气化率可达70%以上，热效率也可达85%。生物质气化生成的可燃气经过处理可用于合成、取暖、发电等不同用途，这对于生物质原料丰富的偏远山区意义十分重大，例如，我国农村有8亿人口，大部分人的生活用能仍然沿用传统的直接燃烧的方法，若推广应用气化炉，不仅能改善他们的生活质量，而且也能够提高用能效率，节约能源。
（3）液体生物燃料
由生物质制成的液体燃料叫做生物燃料。生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。虽然由生物质制液体燃料起步较早，但发展比较缓慢，由于受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响，20世纪70年代以来，许多国家日益重视生物燃料的发展，并取得了显著的成效。应用生物燃料除具有普通生物质利用的优点以外，还能利用废弃物生产燃料油，变废为宝。另外，还可减少对国外进口化石燃料的依赖，并促进农村经济发展。替代汽油的燃料乙醇和替代石油基柴油的生物柴油是目前唯一能大规模替代石油的燃料
燃料乙醇，一般是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇。燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料，是可再生能源。它既可在专用的乙醇发动机中使用，又可按一定的比例与汽油混合，在不对原汽油发动机作任何改动的前提下使用。使用含醇汽油可减少汽油消耗量，增加燃料的含氧量，使燃烧更充分，降低尾气中的CO2等污染物的排放。许多农作物，如薯类、甜菜、高粱、秸秆、玉米芯等农副产品和废料，经发酵和蒸馏，可以制成燃料乙醇。由于制取酒精的原料广泛，技术易于掌握，美国专家把酒精称为解决能源危机的“钥匙”。巴西最早将乙醇引入汽车燃料领域。因为乙醇燃料不含铅，燃烧后也没有二氧化硫排放，未燃烧的烃和氮化物排放也得到大幅降低，给当地带来可观的环保效益67。
目前乙醇的生产成本还较高，如何降低乙醇成本并使之能与石油基燃料产品在价格上竞争是世界性的难题，其中原料成本占产品总成本的70%左右，能耗也是构成成本的重要因素。这两个影响乙醇成本的关键因素，已成为各国研究开发的热点。其中有一些技术即将应用于工业化生产。
非粮食原料生产乙醇技术。以粮食基淀粉为原料生产乙醇一是成本高，二是资源有限，大规模替代石油燃料时，也会产生如同当今面临的与石油一样的原料短缺问题。例如，美国用玉米生产乙醇的能力仅为150亿加仑（5000万吨）/年，远不能满足运输业燃料的需求。因此，开发非粮食原料乙醇生产技术是当务之急，目前开发的包括以木薯为代表的非食用性薯类、甜高粱、秸秆类木质纤维素等原料，即不与粮油竞争，又能降低生产乙醇的成本。
生物柴油，是清洁的可再生能源。它是以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物，以及动物油脂、餐饮废油等为原料制成的液体燃料，是优质的石油柴油代用品。它能用做锅炉、涡轮机、柴油机等的燃料，并且使用时其尾气中有毒有机物排放量仅为普通柴油的10%，颗粒物为普通柴油的20％，一氧化碳和二氧化碳排放量仅为普通柴油的10％，无硫化物、铅及有毒物质的排放。
生物质能的另一种液化转换技术，是将生物质经粉碎预处理后在反应设备中添加催化剂（或无催化剂），经化学反应转化成液化油。美国、新西兰、日本、德国、加拿大等国家都先后开展了研究开发工作，液化油的发热量达3.5×104KJ/Kg左右，用木质原料制造液化油的制取率为绝干原料的50%以上。欧盟组织资助了三个项目。其中以生物质为原料，利用快速热解技术制取液化油，该技术制造液化油的制取率达70%，液化油的热值为1.7×104KJ/Kg。
（4）沼气
沼气是各种有机物质在隔绝空气（还原）和并且适宜的温度、湿度条件下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气的主要成分甲烷类似于天然气，是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即可燃烧。1立方米沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量。与其他燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可用做内燃机的燃料和生产甲醇、福尔马林、********等的化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用做肥料和饲料。
1．沼气的传统利用和综合利用技术
沼气作为能源利用已有很长的历史。我国是世界上开发沼气较多的国家，最初主要是农村户用沼气池，以解决秸秆焚烧和燃料供应不足的问题，后来逐渐由炊事发展到照明和取暖。目前，户用沼气在我国农村仍在广泛使用。我国的大中型沼气工程始于1936年，此后，大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立拓宽了沼气的生产和使用范围。随着我国经济发展和人民生活水平的提高，以及工业、农业、养殖业的发展，大废弃物发酵沼气工程仍将是我国可再生能源利用和环保的切实有效的方法。
