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1、新能源利用概论,?,课程总结,1,能源的分类情况,?,从能源的形成和来源来看,来自太阳,来自地球内部,来自核反应,来自天体之间的引力,?,从能源的利用状况来看,常规能源,新能源,?,从能源是否能循环再生来看,可再生能源,不可再生能源,?,从能源的原有形态是否改变来看,一次能源,二次能源,2,?,1980,年联合国召开的,“,联合国新能源和可再生能源会议,”,对新能,源的定义为：,以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得,到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取,代资源有限、对环境有污染的化石能源,。,?,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、
2、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和,潮汐能，以及海洋表面与深层间的热循环等；此外，还有氢能、,沼气、酒精、甲醇等,，而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气等,能源，称为常规能源。随着常规能源的有限性以及环境问题的日,益突出，以环保和可再生为特质的新能源得到各国的重视。,新能源,OR,可再生能源,3,新能源概念的内涵,4,?,能流密度,?,储量,?,储能可能性与供能连续性,?,开发费用和利用能源的设备费用,?,运输费用与损耗,?,品位问题,?,污染问题,能源评价,5,能源利用阶段,（,1,）薪柴时期,（,2,）煤炭时期,（,3,）石油时期,6,我国能源问题的特点：,（,1,）一次能源结构
3、以煤为主，且需求旺盛。,（,2,）人均化石能源资源严重短缺。,（,3,）人均能源消耗水平与终端能源质量低。,我国能源存在的问题及对策,我国能源的全局性问题：,（,1,）能源供应安全问题。,（,2,）能源环境问题。,（,3,）能源效率问题。,（,4,）农村能源问题。,我国能源中长期发展规划：,（,1,）节能优先，效率为本；,煤为基础，多元发展,。,（,2,）立足国内，开拓海外；统筹城乡，合理布局。,（,3,）依靠科技，创新体制；保护环境，保障安全,。,7,能源对环境的污染主要表现在导致,温室效应，酸雨，臭氧层破坏、热污,染、放射性污染,等。,（,1,）大气污染,化石燃料的利用过程会产生,CO,、
4、,SO,2,、,NO,X,等有害气体，不仅能导致生,态系统的破坏，还会直接损害人体健康。,（,2,）酸雨,可能引起雨水酸化的主要物质是,SO,2,和,NOx,，两类物质的,90,以上都是,燃,烧化石燃料,造成的。酸雨危害农作物和森林生态系统，破坏水生生态系统，,腐蚀材料，造成重大经济损失。酸雨还导致地区气候改变。,（,3,）温室效应,大部分太阳短波辐射可以通过大气层到达地面，使地球表面温度升高；,与此同时，由于二氧化碳等气体强烈地吸收地面的长波辐射，使散失到宇宙,空间的热量减少，于是地面吸收热量多，散失热量少，导致地球温度升高。,能源与环境,8,?,生物质：,由,光合作用,而产生的,各种有机体
5、,，包括所有动物、,植物、微生物，以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物,质。是地球上存在最广泛的物质。,?,生物质能：,蕴藏在生物质中的能量,。是把太阳能转化为化学,能后固定和贮藏在生物体内的能量。它是一种唯一可再生的,碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。,生物质能,9,?,可再生,?,低污染,?,普遍易取,?,可储存运输,?,气化较容易,?,能量密度低,?,重量轻、体积大，给运输,带来难度,?,风雨雪火等外界因素为保,存带来不利条件,优点,缺点,生物质能特点,10,?,农作物类：,包括产生淀粉可发酵生产酒精的薯类、玉米、甜高梁,等，产生糖类的甘蔗、甜菜、果实等。,?,林作物类：,包括
6、白杨、悬铃木、赤杨等速生林种，芦苇等草木类,及森林工业产生的废弃物。,?,水生藻类：,包括海洋生的马尾藻、巨藻、石莼、海带等；微藻类,的螺旋藻、小球藻等以及蓝藻、绿藻等。,?,可以提炼石油的植物类,：包括橡胶树、蓝珊瑚、核树、葡萄牙草,等。,?,农作物废弃物,(,如桔秆、谷壳,),、,林业废弃物,(,如枝叶、树皮、锯末,等,),、,畜牧业废弃物,(,如骨头、皮毛等,),及,城市垃圾,等。,?,光合成微生物,：如硫细菌、非硫细菌等。,生物质能的来源,11,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,燃料种类：木材炉、颗粒燃烧炉、薪柴炉、秸秆炉,燃烧方式：流化床锅炉、层燃炉,72%,废木材、,18
7、%,城市垃圾、,4%,煤气和,1%,沼气,农用炉灶,10%15%,省柴灶,30%,锅炉,发电：,生物质能利用技术,2,4,CO,H,CH,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,高温,供氧不足,隔绝空气,高压,低温,、,、,、水蒸气及其它少量碳氢化合物,固体、气体、液体燃料,液体产品,气化法,热分解法,液化法,1,2,3,直接燃烧,燃料,沼气,12,沼气的组成及发酵过程,?,甲烷,50%70%,?,二氧化碳,30%40%,?,一氧化碳、氢、硫化氢、氧、氮等,?,?,?,胞外酶,水解,固形有机物,可溶性物质,?,?,?,胞内酶,挥发性脂肪酸,?,甲烷菌,乙酸,甲烷、二氧化碳,?,?,
8、还原,氢,二氧化碳,甲烷,13,垃圾发电方式：,垃圾填埋气发电、垃圾焚烧发电、全量焚烧系统,城市垃圾发电技术,垃圾填埋气发电：,将垃圾填埋场的有机物经降解产生的填埋气,(,富含甲烷,),作为燃料进行发电的技术,是一种将垃圾清洁化、资源化处理的利用方式。,垃圾焚烧发电：,将生活垃圾在垃圾贮坑中经过贮存之后送入焚化炉中燃烧，,利用垃圾焚烧放出的余热加热给水，产生一定温度和压力的过热蒸汽送往,汽轮发电机发出电能。,全量焚烧发电：,专门设计用于不经预处理的混合垃圾焚烧，在发达国家,城市垃圾大多采用无预处理焚烧系统并进行余热利用。,14,太,阳,能,1,、太阳构造及太阳能资源,2,、太阳能热利用技术,3
9、,、太阳能光伏发电技术,15,太阳构造及太阳能资源,太阳构造,?,太阳内部有“里三层”。从中心向外，依次是：,核反应区,，是太阳,热能产生的基地；,辐射区,，太阳能先通过这里传播出去；,对流区,，,太阳能经过这里向太阳表层传播，它们是“输送带”。,?,太阳内部持续进行氢聚合成氦的核聚变反应，不断释放出巨大能量，,并以辐射和对流方式由核心向表面传递热量，温度从中心向表面逐,渐降低。,?,太阳外部有“外三层”。依次为,光球层、色球层和日冕层,。人们肉,眼可见的明亮表面就是光球层，我们所见到太阳的可见光，几乎全,由光球层发出的。光球层厚约,500,千米，温度为,5762K,，密度为,10,-,6,g
10、/cm,3,，它是由强烈电离的气体组成，太阳能绝大部分辐射都是由此,向太空发射的。,16,太阳构造及太阳能资源,太阳能资源,太阳光谱,太阳每时每刻向宇宙空间辐射能量，包括可见光、,不可见光和各种微粒，总称为太阳辐射。,太阳常数,定义：太阳与地球之间为年平均距离时，地球大气层上边界处，,垂直于太阳光线的表面上，单位面积、单位时间所接受的太阳辐,射能。,2,1367,/,sc,I,w,m,?,大气质量,m,定义：太阳光线穿过地球大气层的路径与太阳在天顶位置时光线穿过,地球大气层的路径之比。完全不同于通常所说的“质量”。,17,到达地面上的太阳辐射强度,?,散射辐射,(,scattered ligh
11、t,),：经过大气和云层的反射、折射、散射作,用改变了原来的传播方向达到地球表面的、并无特定方向的这部,分太阳辐射。,?,直射辐射,(,direct light,),：未被地球大气层吸收、反射及折射仍保持,原来的方向直达地球表面的这部分太阳辐射。,?,总太阳辐射：散射辐射与直射辐射的总和。,太阳构造及太阳能资源,太阳能资源,该表为热电效应原理，感应元件采用热电堆，其表面涂,有高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面上，而冷接点,则位于机体内，冷热接点产生温差电势。在线性范围内，,输出信号与太阳辐照度成正比。为减小温度的影响则配,有温度补偿线路，为了防止环境对其性能的影响，用两,层石英玻璃罩。,18,
12、太阳构造及太阳能资源,太阳能特点,太阳能具有以下优点：,（,1,）,普遍。,阳光普照大地,处处都有太阳能,可以就地利用,不需到处寻,找,更不需火车、轮船、汽车等日夜不停地运输。这对解决偏僻边远地,区以及交通不便的乡村、海岛的能源供应,具有很大的优越性。,（,2,）,无害。,利用太阳能作能源,没有废渣、废料、废水、废气排出,没,有噪声,不产生对人体有害的物质,因而不会污染环境,没有公害。,（,3,）,长久。,只要太阳存在,就有太阳辐射能。因此,利用太阳能作能源,可以说是取之不尽、用之不竭的。,（,4,）,巨大。,一年内到达地面的太阳辐射能总量,要比地球上现在每年,消耗的各种能源的总量大几万倍。,
13、19,太阳构造及太阳能资源,太阳能特点,太阳能具有以下缺点：,（,1,）,分散性,。分散性即能量密度低。晴朗白昼的正午,在垂直于太阳光方向,的地面上,1m,2,面积所能接受的太阳能平均只有,1kW,左右。作为一种能源,这样,的能量密度是很低的。因此,在实际利用时,往往需要一套面积相当大的太阳,能收集设备。这就使得设备占地面积大、用料多、结构复杂、成本增高,从而,影响了推广应用。,（,2,）,随机性,。由于受气候、季节等因素的影响,到达某一地面的太阳直接辐,射能是极不稳定的。这就给大规模的利用增加了不少困难。,（,3,）,间歇性,。到达地面的太阳直接辐射能随昼夜的交替而变化。这就使得,大多数太阳
14、能设备在夜间无法工作。为克服夜间没有太阳直接辐射、散射辐,射也很微弱所造成的困难,就需要研究和配备储能设备,以便在晴天时把太阳,能收集并储存起来,供夜晚或阴雨天使用。,20,太阳构造及太阳能资源,太阳能基本利用方式,太阳能采集,太阳能转换,太阳能贮存,太阳能传输,利用技术环节,21,?,光热利用,光热利用的基本原理是将太阳辐射能收集起来,通过与物质,的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集,装置主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦型集热器,3,种。,通常根据所能达到的温度和用途的不同,可把太阳能光热利用分,为低温利用,(,小于,200,)、中温利用,(,200,800,)和高温
15、利用,(,大,于,800,)。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、,太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等,中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等,高温利,用主要有高温太阳炉等。,太阳构造及太阳能资源,太阳能基本利用方式,22,?,太阳能发电,未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有,多种,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、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。目前已得,到实际应用的主要有以下两种。,（,1,）,光热电转换,。这种转换
16、是指利用太阳辐射所产生的热能,发电。一般是用太阳集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸气,然后由,蒸气驱动汽轮机带动发电机发电。,（,2,）,光电转换,。这种转换的基本原理是利用光生伏打效应原理,制成太阳能电池,将太阳辐射的光能直接转换成为电能加以利用,故称,为光电转换,即太阳能光电利用。,太阳构造及太阳能资源,太阳能基本利用方式,23,?,光化利用,光化学转换尚处于研究试验阶段,这种转换技术包括利用,太阳辐射能使半导体电极产生电,从而电解水制氢、利用氢氧化,钙或金属氢化物热分解储能等。,?,光生物利用,光生物利用是指通过植物的光合作用来实现将太阳能转换,成为生物质的过程。目前这类植物主要有速生植
17、物,(,如薪炭林,),、,油料作物和巨型海藻等。,太阳构造及太阳能资源,太阳能基本利用方式,24,太阳能集热器,?,太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为获得足够能量，,或者为了提高温度，必须采用一定的技术和装置（集热器），,对太阳能进行采集。,能流密度,是在一定空间范围内，单位面积（如平方米）所能取得的或单,位重量（如公斤）能源所能产生的某种能源的能量或功率。是评价能源的,主要指标之一。如能流密度很小，即很难作为主要能源。按目前技术水平，,太阳能和风能的能流密度很小，每平方米约,100,瓦左右。各种常规能源的能,流密度都较大，如,1,公斤标准煤发热量为,7000,千卡，,1,公斤石油发热量为
18、,10000,千卡。核能的能流密度最大，,1,公斤铀,235,裂变时可释放出,164,亿千,卡的热量。,25,太阳能集热器,?,其中包含两个过程：（,1,）吸收（收集）太阳能,（,2,）传递热量,?,太阳热水器的好坏主要取决于集热器的优劣！,?,定义,太阳能集热器是把太阳辐射能转换成热能的设备，是将收集的,太阳能转变为热能，并将它传给工作介质（流体）的一种特殊,换热装置。它是太阳能热利用中的关键设备。,26,太阳能集热器,分类,27,太阳能集热器,传热学基础,28,太阳能集热器,传热学基础,29,太阳能集热器,传热学基础,30,太阳能集热器,传热学基础,31,非聚光类太阳能集热器,与聚光型集热
19、器相比具有下列,特点,：,?,结构简单，不需要跟踪；,?,工作可靠，成本较低；,?,吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相等；,?,可同时接收直射辐射和散射辐射；,?,热流密度较低，工质温度较低，运行安全。,32,平板型太阳能集热器,分类,33,平板型集热器结构示意图,平板型太阳集热器一般由,吸热体、透明盖板、保温层和壳体,4,部分组成。,平板型太阳能集热器,结,构,34,一、吸热体,：是吸收太阳辐射能量并向水传递热量的关键部件，,结构为集热板和集热工质流通管道的结合体。,平板型太阳能集热器,结,构,?,对吸热面板的技术要求：,（,1,）太阳吸收比高，以最大限度地吸收太阳辐射能；,（,2,）
20、热传递性能好，以最大限度地传递给传热工质；,（,3,）与传热工质的相容性好；,（,4,）具有一定的承压能力；,（,5,）加工简单，成本合理，便于大批量生产应用。,35,平板型太阳能集热器,吸热板吸收涂层,吸收率,absorptivity,（,）,是指投射到物体上而被吸收,的热辐射能与投射到物体上,的总热辐射能之比。,反射率,reflectivity,（,）,是指物体表面所能反射的光,量和它所接受的光量之比。,透射率,transmissivity,（,）,是指物体透过后的光通量与,入射光通量之比。,发射率,emissivity,（,）,是指物体通过表面向外辐射的电磁能与同温度,的黑体在相同条件下
21、所辐射的电磁能的比值。,36,盖板主要作用是让太阳光线透过而不让吸热板产生远红外线透过，使集热器,内获得较高温升，称之为温室效应。,二、,平板型太阳能集热器,透明盖板,要求：,?,太阳透射比高，红外透射比低,?,有较高的耐冲击强度,?,导热系数小，隔热性能好,?,耐候性好,?,便于加工,37,平板型太阳能集热器,保温层,三、保温层,：是吸热体底部和四侧填充的一定厚度的绝热材料，,减少集热器向环境散热，以降低吸热体的热损失。,保温层的技术要求：,?,保温性好，即材料导热系数小，一般要求,0.55W/m,2,.,；,?,不易变形或挥发，不产生有毒气体，不吸水。,?,保温层的材料有岩棉、矿棉、聚苯乙
22、烯、硅酸铝纤维、聚氨酯发泡塑料等。,?,保温层的厚度一般控制在,15,30mm,，也可用下面经验公式来计算：,式中,保温材料在,100,时的导热系数，,W/(m.K),。,38,四、外壳,外壳的作用是将吸热板、盖板、保温层的材料组成一个整体，便于安装。,外壳的技术要求：有一定的强度和刚度，耐候性好，易加工以及外表美观。,外壳的材料有钢板、彩钢板、铝型材、不锈钢板、塑料和玻璃钢等。,平板型太阳能集热器,外壳,39,平板型太阳能集热器,能量平衡关系,?,平板型太阳集热器的集热效率,平板集热器工质所获得的有用能量与入射到集热器上的太阳总,辐射之比称为该集热器的,集热效率,。,?,?,?,?,?,?,
23、d,G,A,d,Q,T,c,u,40,真空管式太阳能集热器,按,吸热体,的材料种类，真空管集热器可分为三类：,（,2,）金属,-,玻璃真空管集热器：金属材料，,U,形管,（,1,）全玻璃真空管集热器：内玻璃管,（,3,）热管式真空管集热器：内玻璃管,全玻璃真空管集热器,金属,-,玻璃真空管集热器,热管式真空管集热器,41,真空管式太阳能集热器,金属,-,玻璃真空管集热器,金属,-,玻璃真空管集热器的特点：,（,1,）运行温度高,所有集热器的运行温度可达,70,120,，有的集热器甚至可,达,300,400,。,（,2,）承压能力强,所有真空集热管及系统都能承受自来水或循环泵的压力，,多数集热器
24、还可用于产生,10,6,Pa,以上的热水甚至高压蒸汽。,（,3,）耐热冲击能好（抗热震性能）,能承受急剧的冷热变化。,42,真空管式太阳能集热器,热管式真空管集热器,43,聚光类太阳能集热器,聚光器,吸收器,跟踪系统,组,成,44,聚光类太阳能集热器,工作原理,自然阳光经,聚光器,聚焦到,吸收器,上，并加热吸收器内流动的集热介质；,跟踪系统,则根据太阳的方位随时调节聚光器的位置，以保证聚光器的开口面,与入射太阳辐射总是互相垂直的。,45,聚光类太阳能集热器,分类,1,、聚光是否成像,非成像式,成像式,2,、聚集形式,线聚集,点聚焦,3,、反射器类型,槽形抛物面,旋转抛物面,4,、其它类型,菲涅
25、耳集热器,多反射平面集热器,复合抛物面集热器（,CPC,）,46,太阳热水器（装置）,组,成,太阳热水器是由集热器、储热水箱、循环管路、阀门、支架、控制系,统及相关部件等几大要素组合而成。国标规定水箱容水量低于,0.6,吨为,家用太阳热水器，大于,0.6,吨为太阳热水系统。,家用太阳热水器,?,家用太阳集热器通常采用,自然循环方式,工作，没有外在的动力，设计良好,的系统只要有,5-6,以上的温差就可以循环很好。水循环管路管径及管路分,布的合理性直接影响到集热器的交换效率。,?,家用太阳热水器的用水方式分为,落水式和顶水式,两种。,落水式热水器,是指,将热水器的水利用大气压力自然落入用水管道，等
26、桶中热水用完才再进水，,这种热水器出水压力较小，冷水上水管和热水取水管是同一根管路，热水器,的水箱内胆不具备承压能力。,顶水式热水器,是指一边上水，一边用进来的冷,水将热水顶出水箱进入管道，亦称承压热水器，这种热水器出水压力较大。,47,太阳热水器（装置）,组,成,太阳热水工程,?,开环式：进水直接流经太阳能集热器,48,太阳热水器（装置）,组,成,太阳热水工程,?,闭环式：进水不由集热器直接加热，经热交换器换热,49,太阳热水器（装置）,分,类,太阳热水器其他几种分类方法,?,根据集热器结构，可分为闷晒式、平板式和真空管式。,?,根据使用时间，可分为季节性热水器、,全年用热水器和全天候热水器
27、。,?,根据热水器的承压能力，可分为承压热水器和非承压热水器。,?,根据运行方式，可分为自然循环方式、强制循环方式和直流方式。,?,根据是否循环，可分为非循环型热水器和循环型热水器。,50,?,自然循环式太阳热水系统,排气管：有时蓄水箱内的温度过高而产生蒸汽，排气管及时将气体排出，防止其抑,制自然循环的进行。,太阳热水器（装置）,运行方式,工作原理：热虹吸（密度差）,排气管,排气管,51,?,强制循环式太阳热水系统,温差控制器：控制水泵的开关。当,集热器顶部的温度和水箱下部水温之差,达到预定,数值时，水泵开始运行，否则水泵关闭。,太阳热水器（装置）,运行方式,温差控制器,温度传感器,温度传感器
28、,循环泵,52,?,直流式太阳热水系统,当集热器上部的电接点温度计达到预定的温度时，控制器就启动电磁阀，自来水就将,集热器内的热水顶入水箱。当集热器上部的温度低于预定的温度时，电磁阀关闭。通,过一天的间断运行，进入水箱的水温均匀。,太阳热水器（装置）,运行方式,53,太阳热水器（装置）,工程设计,?,太阳热水系统的技术要求,太阳热水系统应具有防冻、防雷击、抗风、抗冰雹、抗震和防噪声,干扰等功能。,太阳热水系统必须符合建筑构件标准及设计、安装和施工规范的要,求，不得损害或破坏建筑屋面和围护结构的功能、外形，并尽量与,其相互融合。,太阳热水系统应达到国标要求热性能指标。供热水温度,40,，每,平方
29、米采光面积的每天得热量应大于,7.65MJ,（当日太阳辐照量为,17MJ/m,2,时），日效率大于,45%,。热损系数应低于,5W/m,2,。,54,太阳热水器（装置）,工程设计,?,太阳热水系统集热面积的确定,55,太阳热水器（装置）,工程设计安装,?,太阳集热器连接设计注意问题,自然循环系统的集热器应尽可能采用并联方式；,强制循环系统的集热器可采用并联、串联和混联方式；,采用并联方式连接时，各组集热器数量应相同，各组流量要均衡；,集热器的进口和出口必须是呈对角线位置安排；,集热器安装时要考虑防风处理。,56,太阳采暖系统设计,定,义,?,太阳采暖系统是利用太阳集热器收集太阳能并结合辅助能源
30、满足采暖和热水供热,需求的系统，因此常称为太阳能联合系统,(Solar Combisystem),。,?,太阳采暖系统主要由三部分构成：,热能提供部分，即太阳集热器和辅助能源；,储热和换热设备；,热能利用部分，提供生活热水和采暖。,57,太阳采暖系统设计,太阳能保证率,?,太阳能保证率是指太阳能提供的能源占系统热水和采暖所需,总热量的比例。,?,对于太阳采暖系统，其保证率一般在,20%,60%,，国外也有一,些系统采用季节性储热办法达到很高的太阳能保证率，甚至实,现热水和采暖所需的热量全部由太阳能提供，但从系统投资回,报来说，太阳能保证率在,30%,50%,比较好。,?,对于太阳能保证率较高的
31、系统，必须考虑储热问题，但季节,性储热会大大增加初投资。,58,补充知识点：,太阳能储存技术,?,太阳能储存具有三层含义：,（,1,）将白天接收到的太阳能储存到晚间使用；,（,2,）将晴天接收到的太阳能储存到阴雨天使用；,（,3,）将夏天接收到的太阳能储存到冬天使用。,?,广义上讲，国内外储存方法主要有两大类：,（,1,）将太阳能直接储存，即太阳能热储存，主要有三种类型：显热储存、,相变储存、化学反应储存；,（,2,）将太阳能先转换成其它能量形式，然后再储存，如先转变为电能、,机械能或生物质能。,59,补充知识点：,太阳能储存技术,显热储存,?,显热储存是,利用储热材料的热容量，通过升高或降低
32、材料的温度而实现热,量的储存或释放的过程,。显热储存原理简单，材料来源丰富，成本低廉，,是研究最早、利用最广泛、技术最成熟的储存方式。,?,低温范围内，,水、土壤、砂石及岩石,是最为常见的显热储热材料。高温范,围内，,沙石,-,石,-,矿物油、混凝土、导热油、液态钠,是常用的储热材料，其,中从储热能力、成本和安全性考虑，混凝土时比较有前途的储热材料。,?,目前太阳能显热储存有向地下发展的趋势，比较适合长期储存，而且成本,低、占地少，如利用,地下土壤、地下岩石、地下含水层,等。,?,显热储存的放热过程不能恒温，储热密度小，使得储热装置体积庞大，而,且与周围环境有温差，造成热量损失，热量不能长期储
33、存，不适合长时间、,大容量储存热量，限制了显热储热技术的进一步发展。,60,补充知识点：,太阳能储存技术,相变储存、化学反应储存,?,相变储存是利用储热材料在热作用下发生相变而产生热量储存的过程，具,有储能密度高、放热过程温度波动范围小等优点，当前已得到越来越多的,重视。,?,按照化学组成，相变储能材料（,Phase Change Material,，,PCM,）分为三,类，分别为无机材料、有机材料和混合相变材料。无机材料包括结晶水合,盐、熔融盐、金属合金等；有机材料包括石蜡、脂肪酸等。复合相变材料,由较稳定的有机化合物和具有较高导热系数的无机物颗粒组成。,?,常用的相变材料有：,Na,2,S
34、O,4,10H,2,O,，,CaCl,2,6H,2,O,，石蜡等。,?,化学反应储存室利用化学反应的反应热的形式进行储热，具有储能密度高、,可长期储存等优点。如,CaO,和,H2O,、氢氧化物和氧化物之间的热化学反应、,氨与氢和氮之间的转化。,61,太阳采暖系统设计,防冻,控制,系统的防冻问题,太阳采暖系统是一个四季运行的系统，系统须考虑冬季的防冻问题，,采取的方案有：,集热器回路传热工质采用防冻液；,落水式排空防冻系,统；,夜晚利用储热水箱中热水回流集热器防冻；,敷设电热带防冻。,采暖系统的控制,采暖系统的控制主要是根据系统各部分的温度控制水泵和阀门。例如：,集热器回路控制：,当集热器出水温
35、度高于储热水箱的换热器处水温时，,开启集热器系统循环水泵，否则关闭；,防冻控制：,当集热器进水温度低,于设定温度,(,如,4,),，开启水泵进行温循环防冻或排空系统工质；,防过,热控制：,当储热水箱温度高于设定温度,(,如,75,),，关闭集热器系统循环水,泵使集热器系统进入闷晒运行或启用其他防过热措施。,62,太阳采暖系统设计,地板辐射采暖技术,地板辐射采暖，就是将整个地面作为低温辐射采暖源的取暖方式，,具有其它采暖方式不可比拟的优点，地板辐射采暖被一致认为是科学,合理，舒适健康，经济节能的采暖方式。下热上凉符合古人,暖足寒头,的中医保健理论，是其它采暖方式所无法相比的，是一种对房间微气,候
36、进行调节的高效采暖系统。,63,太阳制冷技术,范畴,分类,利用,太阳能作为动力源,来驱动制冷或空调装置有着诱人的前景，因为,夏季太阳辐射最强，也是最需要制冷的时候。这与太阳能采暖正好相,反，越是冬季需要采暖的时候，太阳辐射反而最弱。,太阳能制冷可以分为两大类：,?,先利用,太阳能,发电，再利用,电能,制,冷,；,?,利用太阳集热器提供的,热能,驱动,制冷,系统。,最常用的制冷系统有,吸收式制冷：,溴化锂,水,，水,氨,吸附式制冷,吸收式制冷机组,吸附式制冷机组,64,太阳建筑一体化技术,65,太阳能发电技术,范,畴,?,太阳能热发电技术,（,1,）一类是利用太阳热能直接发电，如利用半导体材料的
37、温差发电、真空,器件中的热电子和热离子发电、磁流体发电等，目前功率都很小。,（,2,）一类是太阳能热动力发电，即利用太阳集热器将太阳能收集起来，把,热能转换成机械能，然后再把机械能转换为电能。,?,太阳光能直接转化为电能的发电技术,（,1,）光伏发电，利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能,的一种技术。,（,2,）光感应发电，利用某些有机高分子团吸收太阳光能后变成光极化偶极,子的现象，分别将积聚在光极化偶极子两端的电荷引出，即得到光电流。,（,3,）光化学发电，是指浸泡在溶液中的电极受到光照后，电极上有电流输,出的现象，可细分为液结光化电池、光电解电池和光催化电池等。,（,4,）光
38、生物发电，是指叶绿素电池发电，叶绿素在光照作用下能产生电流。,66,太阳能热动力发电技术,工作原理,1,、,太阳能热动力发电系统与火力发电系统的工作原理基本相同，其根,本区别在于热源不同，前者以太阳能为热源，后者则以煤炭、石油和,天然气等化石燃料为热源。,2,、,所谓太阳能热发电，就是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将某,种工质加热到数百摄氏度的高温，然后经过热交换器产生高温高压的,过热蒸汽，驱动汽轮机并带动发电机发电。,3,、,利用太阳能进行热发电的能量转换过程为：首先将太阳辐射转换为,热能，然后将热能转换为机械能，最后将机械能转换为电能。,67,太阳能热动力发电技术,结构组成,?,太阳能热
39、发电系统由集热子系统、热传输子系统、蓄热与热交,换子系统和发电子系统所组成。,68,太阳能热动力发电技术,基本类型,1,、槽式线聚焦系统,利用槽形抛物面反射镜将太阳光聚焦到集热器对传热工质加热，在换热,器内产生蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电的系统。其特点是聚光集热器由,许多分散布置的槽形抛物面镜集热器串、并联组成。载热介质在单个分散的,聚光集热器中被加热或形成蒸汽汇集到汽轮机，或者通过热交换器将热量传,递给汽轮机回路中的工质。,单回路系统,双回路系统,69,太阳能热动力发电技术,基本类型,2,、塔式系统,又称集中型系统，这种系统在很大面积的场地上装有许多台大型反射镜,（通常称为定日镜），每台都
40、各自配有跟踪机构,以准确地将太阳光反射集中,到一个高塔顶部的接收器上。接收器上的聚光倍率可超过,1000,倍。在塔式系,统中把吸收的太阳光能转换成热能传给工质，经过蓄热环节，输入热动力机。,主要由聚光子系统、集热子系统、蓄热子系统和发电子系统等部分组成。,70,太阳能热动力发电技术,基本类型,3,、蝶式系统,碟式系统也称为盘式系统，主要特征是采用盘状抛物面镜聚光集热器，其,结构从外形上看类似于大型抛物面雷达天线。由于盘状抛物面镜是一种点聚,焦集热器，其聚光比可以高达数百到数千倍，因而可产生非常高的温度。这,种系统可以独立运行，作为无电边远地区的小型电源，一般功率为,10,25kW,，,聚光镜直
41、径约为,10,15m,；也可用于较大的用电户，把数台至数十台装置并,联起来，组成小型太阳能热发电站。,71,太阳能热动力发电技术,基本类型,4,、太阳能烟囱发电,Solar chimney power generation,太阳能烟囱技术将古老的烟囱技术与太阳能热利用技术完美结合，基于,热压作用下的自然通风原理，利用太阳辐射为空气流动提供动力，将热能转,化为动能。发电系统将温室技术、烟囱技术和风力涡轮机技术结合为一体，,具有设计简单、,取材容易、建造成本低、设备简单、运行部件少、维修方便、,运行维修费用低、使用寿命长、无需冷却水源、无环境污染等优点。,72,太阳能光伏发电技术,工作原理,1,、
42、,通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光,伏发电系统。目前，工程上广泛使用的用于太阳能光伏发电的光电转,换器件是晶体硅太阳能电池，其生产技术和工艺都很成熟，已进入大,规模产业化生产。,2,、,太阳能光伏发电系统的运行方式可分为离网运行和联网运行两大类。,未与公共电网相联接的太阳能光伏发电系统称为离网太阳能光伏发电,系统，又称为独立太阳能光伏发电系统,主要应用于远离公共电网的无,电地区和一些特殊处所,如为公共电网难以覆盖的边远偏僻农村、牧区、,海岛、高原、沙漠等提供电源。,73,太阳能光伏发电技术,特,点,1,、,主要优点包括：（,1,）结构简单，体积小且轻；（,2,）易安装
43、，易运,输，建设周期短；（,3,）容易启动、维护简单、随时使用、保证供应；,（,4,）清洁，安全，无噪声；（,5,）可靠性高，寿命长；（,6,）太阳能无,处不有，应用范围广；（,7,）降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。,2,、,主要不足包括：（,1,）能量分散，占地面积大；（,2,）间歇性大，除,了昼夜这种周期变化外，太阳能光伏发电还常常受云层变化的影响。,小功率光伏发电系统可用蓄电池补充，大功率光伏电站的控制运行比,常规火电厂、水电站、核电厂要复杂；（,3,）地域性强。,74,太阳能光伏发电技术,太阳能电池,制作工艺,太阳能电池的种类很多，,目前应用最多的是单晶硅和多,晶硅太阳能电池。它们
44、在技术,上成熟，性能稳定可靠，转换,效率较高，已产业化大规模生,产。上表面为受光面，蒸镀有,铝银材料做成的栅状电极；背,面为镍锡层做成的背电极。为,了减少硅片表面对入射光的反,射，在电池表面上蒸镀有二氧,化硅或其他材料的减反射膜。,75,太阳能光伏发电技术,太阳能电池,制作工艺,主要特点,国内转换效率,国外转换效率,市场化,单晶硅电池,转换效率高，技术成,熟、但成本高,20%,23%,主导地位，逐渐,被多晶硅取代,多晶硅薄膜,电池,成本低，效率高，稳,定性好,16%,19%,逐步占据主导地,位,非晶硅薄膜,电池,较高的转换效率、较,低的成本、重量轻、,稳定性差,10%,14%,少量,多元化合物
45、,薄膜电池,性能良好和工艺简单,.,原料较少,-,17%,很少,聚合物多层,修饰电极型,电池,柔性好，制作简单，,原料广，成本低，但,寿命短，效率低,-,-,无,纳米晶化学,太阳能电池,成本低、工艺简单、,性能稳定、寿命长,-,10%,以上,无,76,太阳能光伏发电技术,发电系统,?,一套基本的太阳能发电系统是由,太阳电池板,、,充电控制器,、,逆变器,和,蓄电池,构成。,77,地热资源,地热资源定义,地热资源是开发利用地热能的物质基础。地热资源是指在,当前技术经济和地质环境条件下，能从地壳内科学、合理地开,发出来的岩石中的热能量和热流体中的热能量及其有用的伴生,成分。各种类型的地热资源均要通
46、过一定程序的地热地质勘探,工作，才能查明其数量、质量和开采的技术条件以及开发后的,地质变化情况。从技术经济方面来说，目前地热资源勘探的深,度可达地表以下,5000m,，其中地表下,0,2000m,为经济型地热资,源，地表下,2000,5000m,为亚经济型地热资源。,78,地热资源,地温特点,在地壳中，地热的分布可分为,3,个带，即可变温度带、常温带和增温带。,可变温度带由于受太阳辐射的影响，其温度有着昼夜、年份、世纪，甚至更,长的周期性变化，其厚度一般为,15,20m,；常温带其温度变化幅度几乎等于,0,，,深度一般为,20,30m,；增温带在常温带以下，它的温度随深度增加而升高，,其热量的
47、主要来源是地球内部的热能，地温增值的温度梯度全球平均值为,2530,/km,。但到一定深度后，增温速度变缓。地壳下,5km,处的地温可达,100200,。在上地幔（,370km,）固体岩石圈内温度已达,1000,左右。,79,地热资源,地热形式,形成地热资源有热储层、热储体盖层、热流体通道和热源,4,个要素。,地热资源根据其在地下热储中存在的不同形式,可分为蒸汽型、热水型、,地压型、干热岩型资源和岩浆型资源等几类。,?,?,?,?,?,?,?,?,?,蒸汽型,热水型,地下热储形式,地压型,干热岩型,岩浆型,80,地热资源,地热资源特点,?,地热的蕴藏量丰富,?,单位成本比石化燃料低,?,建造地
48、热厂时间较短且容易,?,热效率低，约,30%,?,流出的热水含很高的矿物质,?,有毒的气体会随着热气喷入,空气中而造成空气污染,81,地热能利用,分类,200,400,直接发电及综合利用；,150,200,双循环发电，制冷，工业干燥，工业热加工；,100,150,双循环发电，供暖，制冷，工业干燥，脱水加工，回收盐,类，罐头食品；,50,100,供暖，温室，家庭用热水，工业干燥；,25,50,沐浴，水产养殖，饲养牲畜，土壤加温，脱水加工,82,风能,1,、描述风的主要特征参数,描述风的主要特征参数是风速和风向（风频）。,风能的主要特性参数有风能、风能密度、空气密度、风速等。,2,、风向方位图,观
49、测陆地上的风向，一般采用,16,个方位表示，即以正北为零，顺时,针每转过,22.5o,为一个方位，以英文首字母大写的组合表示方向，所得到的,一组辐射线图形称为风向方位图。,风向方位图仅仅表示方位。,3,、风频玫瑰图,也叫风向玫瑰图，是一个给定地点在一段时间内的风向分布图，通,过放射状雷达图表示，反映了当地的风况和主导风向。一般采用极坐标形,式，将风频按一定比例绘制在风向方位图上，各相邻端点用直线相连，得,到一个封闭的折线图，形似玫瑰花朵，故取名“风玫瑰”。,风频玫瑰图给,出了风向和风频两个信息。,83,风能,1,、风能及计算式,风能是空气运动产生的动能称为风能，,2,、风能密度及计算式,风能密
50、度是单位时间内通过单位截面积的风能，是空气质量密度,和,风速,v,函数。,3,、风力机特征系数,为便于比较风力机的性能和结构特征，通常采用无因次参数表示风,力机的特征系数，主要有风能利用系数、叶尖速比、扭矩系数和推力系数，,风轮实度等。,风力发电机组的最主要参数是风轮直径（风轮扫掠面积）和额定功,率。,2,2,1,mv,E,?,3,0,2,1,v,S,E,E,?,?,?,84,水平轴风力机组成及各自作用,风力机主要包括风轮、塔架和机舱几部分。,?,风轮,由轮毂以及安装在轮毂上的叶片（浆叶）组成，是捕获风能的部件。,?,塔架,是承重和支撑装置。,?,机舱,主要由调向装置、控制装置、传动机构、发电
