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1、硕士研究生非笔试课程考核报告 2015 至 2016 学年 第 2 学期考核课程： 可再生能源利用技术 提交日期： 2016 年 3 月 7 日报告题目： 浅析可利用资源 考核成绩考核人姓 名 齐春玲 学 号 2015030106 年 级 热能15级研究生 专 业 供热供燃气通风及空调工程 所在学院 热能工程学院 山东建筑大学研究生处制浅析可利用资源齐春玲（山东建筑大学热能工程学院,供热供燃气、通风及空调工程,2015030106）摘要：加快开发可利用资源对于我国构建可持续发展能源战略具有重要的意义。促进可再生能源发展对改善生态环境、减少温室气体排放、调整能源结构、缩小城乡贫富差距、推进我国能
2、源独立具有非常重要的意义。文章基于近年来国内外太阳能、风能、生物质能等能源的利用情况，围绕如何促进可再生能源的发展、提高可再生能源的利用率等问题，阐述了几种可利用资源的储备和现已利用情况，论述了我国发展可再生资源面临的问题和障碍，提出了加快发展可再生能源的建议。关键词：可再生能源；风能；太阳能-地源热泵；生物质能；建议Analysising of Available resourcesQI Chunling(Thermal Engineering College in Shan Dong Jian Zhu University, Heating, Gas Supply, Ventilating
3、 and Air Conditioning Engineering 2015030106)ABSTRACT : To speed up the development of resources available for building sustainable energy strategy in our country has the vital significance . It has promising implications for improving the ecological environment, reducing emissions of greenhouse gas
4、 , adjusting the energy structure, narrowing the gap between urban and rural area and promoting energy independence in our country to promote renewable energy development.The article is based on the present situation of solar energy, wind energy, biomass energy and other renewable energy utilization
5、, both national and international，centreing on how to promote the development of renewable energy and improve the utilization of renewable energy , Expounding several kinds of available resources reserves and situation of using . This paper discusses problem and obstacle of renewable resources in Ch
6、ina and puts forward some suggestions to speed up the development of renewable energy.Key Words : Renewable energy sources ; Wind power ; Solar energy - ground source heat pump ; Biomass energy ; Advice0 引言 能源、环境及可持续发展作为全球关注的焦点，一直困扰着世界各国，是各国在发展经济的同时急需共同来解决的全球性问题l3 。能源与环境问题作为当前人类面I临的最大挑战，直接导致了可持续发展思想
7、的提出，且成为21世纪人类社会发展的共识和指导人们生产与生活的重要理论。然而，能源消费所造成的能源短缺与环境问题是制约可持续发展的关键性因素，要实现社会的可持续发展就必须首先解决作为社会发展最重要动力能源的可持续性开发与利用问题。能源作为现代社会发展最重要的物质基础，与国民经济发展有着密切的关系。随着世界经济的快速发展和技术进步以及人口的迅速增长，整个世界对能源的需求量越来越大(见图11、 1-2)。 全球能源发展面临的三大突出问题包括生态环境、气候变化、能源安全，可再生能源的大力发展已变成解决这些问题的必然选择。目前，全世界绝大多数国家都将发展可再生能源作为重要的国家战略，已有 100 多个
8、国家和地区制定了可再生能源的发展战略。可以预见，未来 20年可再生能源将成为快速发展的重要时期。与非可再生能源相比，可再生能源的特点是可利用的实际总量是无可限量的，且是循环再生的；其次，在能源需求供应过程中能源的实际利用最大限度取决于能源的工艺提取水平，例如，风能的利用取决于当地的平均风速以及把它转换成电能的风力发电设备的技术水平。1 风能的应用 风能是由于太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起各地温差和气压不同，导致空气运动而产生的能量。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率,与风速的三次方和空气密度成正比关系。风力发电的不稳定性是风能利用遇
9、到的最大问题，为解决这个问题可采用的方式：（1）与电网相连；（2）采用大型蓄电池；（3）采用“风力-光伏”互补系统；（4）采用“风力-柴油机”互补系统。1风力发电系统通常安装在远离城市的郊区，以及沿海地区。高层建筑具有风力资源优势，在适宜的条件下，安装风力发电系统具有投资成本低、传输距离短、工作效率高等优点。风能资源受地形的影响较大,世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带,中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能资源很丰富。中国东南沿海及附近岛屿的风能密度可达300W/m2以上,320m/s风速年累计超过6000小时。内陆风能资源最好的区域是沿内蒙古至新疆一带,风能密度也在200300
10、W/m2 ,320m/s风速年累计50006000小时。根据国家气象局估计,全国风力资源的总储量为每年16亿kW,近期可开发的约为1.6亿kW。2风力发电机的年发电量公式： Ew=w *Pv*Tv式中：Ew风力发电机的年发电量，kWh；w 风机发电效率；v 风力发电机的有效风速，即位于风力发电机切入速度和风力发电机切出速度之间的风速，m/s；Pv在有效风速v下，风力发电机的平均输出功率，kWTv场地有效风速v的年累计小时数，h。风力发电密度的计算公式： Rw=Ew/A 式中： Rw风力发电密度, kWh/ m2； Ew风力年发电量，kWh；A 建筑用地面积，m2；2太阳能一地源热泵21太阳能一
11、地源热泵系统的工作原理 太阳能一地源热泵是利用太阳能与土壤热能作为热泵热源的复合热泵系统，属于太阳能与地热能综合利用的一种形式。由于太阳能与土壤热源具有很好的互补与匹配性，因此太阳能一地源热泵具有单一太阳能与地源热泵无可比拟的优点。根据其本身的特点、功能及其运行模式，提出如图21所示的系统结构原理图，该系统包括四大部分：太阳能集热系统、地下埋管换热系统、热泵工质循环系统及室内空调末端管路系统。与常规热泵不同，该热泵系统的低位熟源由太阳能集热系统和地下埋管换热系统共同或交替来提供。根据日照条件和熟负荷变化情况，系统可采用不同运行流程，从而可实现多种运行工况，如太阳能直接供暖、太阳能热泵供暖、地源
12、热泵供暖(冬季)或空调(夏季)、太阳能一地源热泵联合(串联或并联)供暖、太阳能一地源热泵昼夜交替供暖及太阳能集热器集热土壤埋管或水箱蓄热等，每一流程中太阳能集热器和土壤热交换器运行工况分配与组合不同，流程的切换可通过阀门的开与关来实现，见图2-l。 以太阳能集热器与U型埋管联合作为热泵热源的太阳能一地源热泵联合供暖运行工况为例，其工作原理为：冬季日间热泵蒸发器同时从集热器与地下埋管中吸收低位热能，经提升后从冷凝器侧输出高品位的热能，以给建筑供暖与提供生活用热水；夜间，则主要利用埋管从土壤中取热作为热泵热源，在负荷较大时，亦可将蓄热水箱中蓄存的日间富余太阳能加入，以进一步提高热泵进口温度。夏季，
13、系统采用地源热泵制冷运行工况，而太阳能系统主要用于提供生活用热水。22太阳能一地源热泵系统的热力学分析 以图22给出的太阳能一地源复合热泵系统的供热系统原理流程图为例，对系统进行热力学分析。假设整个系统处于稳定状态，集热器、换热器中工质的进出口温度呈线性分布，忽略流体沿程输送中的能量损失，则可根据热力学第一和第二定律，列出图2-2中所示太阳能一地熟复合源热泵系统中各部件及系统的能量与烟平衡方程，可对系统实际运行时的能量与烟传递进行分析，从而可确定出最薄弱的环节，以找出改善方案。 太阳能一地源热泵系统的运行模式是指其在供暖运行期间热泵熟源的各种不同选取和连结方式以及每一热源运行时间的分配比例，最
14、基本的包括两种：其一是太阳能(热源)热泵和土壤(熟源)热泵昼夜交替供暖运行的交替运行模式，主要体现在太阳能热泵与土壤源热泵昼夜间的相互切换上。其二是同时采用太阳能和土壤热作为热泵热源的联合运行模式，集热器根据日照条件由控制器来实现自动开停，而土壤埋地盘管在供暖期间始终投入运行。此外，如上所述，根据其功能的不同，系统还有太阳能热泵、地源热泵、利用地下u型埋管进行太阳能跨季节土壤蓄热、太阳能一蓄热水箱蓄热、太阳能直接供暖与供生活热水等运行模式。由于本论文主要的研究内容是太阳能一地源热泵复合系统的联合及交替供暖运行特性，因此这里主要讨论联合与交替运行模式的定义及相应载热流体的运行流程，其他运行模式见
15、其功能分析部分。23太阳能热泵供暖 太阳能热泵系统供暖运行方式能充分利用太阳能，它包括太阳能集热器+热泵与蓄热水箱+热泵两种运行流程。运行时所应满足的条件是：热泵机组的供热量必须大于或等于建筑物的需热率。 (1)当太阳辐射强度较大，如晴天天气的中午，采用太阳能集热器收集到的热量作为热泵的低位熟源能够满足建筑物的瞬时热负荷时，采用太阳能+热泵运行流程。 (2)当太阳辐射强度比较弱，如短时间的阴雨天气及早上与傍晚，太阳能集热器的有效集热量为零甚至为负值，但用蓄热水箱中所储存的太阳辐射热量作为热泵低位热源能够满足建筑物的热需求时。可采用蓄热水箱+热泵的运行流程。 当单独太阳能热泵所提供的热量不足以满
16、足建筑物的热需求时，可以考虑启动土壤埋地盘管来进行联合运行，具体有以下两种运行流程： (1)当太阳辐射有一定的强度，集热器的有效集热量大于零，但作为热泵的低位热源所得的制热量满足不了建筑物的热需要时，采用太阳能集热器与土壤埋地盘管联合运行的运行流程。 (2)当太阳辐射强度较弱，集热器的有效集热量为零，而且蓄热水箱中所储存的热量又不足以满足建筑物的热需求时，可采用土壤埋地盘管与蓄热水箱联合运行流程。24节能效果显著 由于热泵本身就是一个逆向制冷机，减小冷凝温度与蒸发温度的温差，将会提高机组的制热、制冷系数，提高运行效率。土壤温度全年相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境温度低，是很好的热泵热
17、源和空调冷源。冬季采暖时利用太阳能与土壤热来提高进入蒸发器的低位热源循环介质的温度，夏季空调时利用土壤来降低进入冷凝器的冷源循环介质的温度，都可以减小冷凝温度与蒸发温度的温差，提高了热泵机组的工作效率达到节能的目的。3 生物质能生物质能是以生物质为载体的能量，生物质能本质上来自于太阳，地球上的绿色植物、藻类和光合细菌，通过光合作用储存化学能，生物质能的有效利用在于其转换技术的提高，我国政府十分重视生物质能源的开发，早在上世纪 50 年代就在农村推广沼气（甲烷）的开发利用，到 2008 年底，用沼气池已达 2800 多万口，大中型沼气设施达到了 8000 多处，沼气年利用量达到了约 120 亿
18、m3。进入 21 世纪，国家又决定发展燃料乙醇，在华中、华东和东北建立了大规模的燃料乙醇生产企业。“十五”期间国家批准建设了 4 个以陈化粮为原料的生物燃料乙醇生产试点项目，形成年生产能力 102 万 t。目前我国已成为世界上仅次于巴西和美国的第三大燃料乙醇生产国。另外，我国生物质能发电技术的开发也在加紧进行中。3.1 生物质能的转化利用技术3.11直接燃烧法通常是在蒸汽循环作用下将生物质能转化为热能和电能,小规模的生物质转化利用率低下,热转化损失约为30% 90%。通过利用转化效率更高的燃烧炉,可以提高利用率。生物质燃烧最常用的是锅炉燃烧和流化床燃烧技术,后者由于氮氧化物的低排放特性迅速得到
19、青睐。直接燃烧可以最快速度地实现各种生物质资源的大规模无害化、资源化利用,成本较低,具有良好的经济性和开发潜力。3.12发酵发酵是生物质间接液化的一种。生物质间接液化通过微生物作用或是化学合成法生成液体燃料。若用富含木质纤维素的农业废弃物生产乙醇,可避免农作物食用和工业生产间的矛盾,其潜在生产量是世界目前产量的16倍。生物质发酵生产乙醇是石油替代路线,近期我国重点技术研发方向是利用甜高梁、木薯及木质纤维素等非粮食原料生产燃料乙醇,并建设规模化原料供应基地,建立生物质液体燃料加工企业。3.13厌氧性消化厌氧消化是指利用微生物在缺氧条件下消化易腐生物质,使其彻底分解,产生氢气和甲烷等高能清洁燃料(
20、即沼气)的过程。以乙酸盐等为有机源,在填充了碳毡的固定化产烷微生物流化床混合反应器中进行厌氧消化,使甲烷产量达798 mL/d,提高了产量。生物质直接燃烧是最简单的转化，但普通炉灶的热效率仅为15%左右，生物质经微生物发酵处理，可转换成沼气、酒精等优质燃料。在高温和催化剂作用下，可是生物质能转化成可燃气体，用热分解法将木材干馏，可制取气体或液体燃料。目前，生物质能在我国的应用主要是农村地区，城市中由于收集、储存、运输、环境等问题应用较少，农村地区的主要应用方式为生物质能发酵制沼气，在建筑中的应用还非常少，建筑中生物质能应用的主要方式是大型生物质气化发电，或者建筑中基于生物质能的固体氧化物燃料电
21、池。4 可再生能源的发展前景及建议自 20 世纪 70 年代石油危机以来，欧洲国家致力于能源安全以及能源供应多样化的研究。在我国能源总消费结构中占 2%（不含小水电），可再生能源产业成为我国国民经济中一个重要行业，形成年总产值 670 亿元的规模。如果实现希冀指标，每年可少用 6107 t 煤炭，可减排 CO23107t，SO2、烟尘等 2.1106 t，由此产生非直接效益 120 亿元。同样还可带来多方面的社会效益，到 2050 年，可再生能源占全球能源需求的份额可达 30%40%，21 世纪下半叶超过50%；中国到 2050 年这一比例有可能接近 30%。形势清晰地表明：中国经济的可持续发
22、展要求可再生能源做出更多的贡献，开发利用可再生能源是中国经济持续快速发展的重要举措和有效途径。具体发展建议如下：（1）通过政府引导结合市场推动。政府除了制订相应的优惠政策和发展措施之外，应当借助舆论媒体的力量，全面启蒙社会大众的认识和了解。企业则应该顺势发展，全面加快市场化拓展步伐，构建技术研发、生产制造、市场营销等产业链体系，确保相关产品落地生根。（2）吸引多种资本力量介入。我国可再生能源发展领域的优势，对社会各种资本拥有足够的吸引力。政府应尽快制定鼓励外资和民间资本进入可再生能源产业的政策，进一步活跃这一领域的资本力量，整合多方力量共同发展。（3）加大技术创新和研发的力度。国家各类科技发展
23、规划要大力支持产学研合作，加大资金投入，开展可再生能源的科学研究、技术开发和产业化，整合现有的可再生能源技术资源，提高可再生能源技术创新能力和服务水平，促进技术进步与产业发展。5 参考文献1 低碳城市的区域建筑能源规划 中国建筑工业出版社 龙惟定2 浅谈我国风能利用状况 黑龙江省能源研究所李岭梅贾克3 Simon J., M tiller H. P, Koch R, et a1. The rmoplastic and biodegra-dable polymers of cellulose J. Polymer Degradation and Stability,4 Hall, D. O.,R
24、osillo- Calle F., Williams, R. H. and Wood. Biomass forenergy:supply prospects, Renewable Energy:Sources for Fuels andElectricityM. Washington, DC, Island Press,5 生物质能利用技术研究进展华南理工大学化工与能源学院 王丰华 陈庆辉6 Morira, J. R., and Goldmberg The alcohol program J.Energy Policy.7 Mandal K G.,Saha K.P.,Ghosh P. K, e
25、t a1. Bioenergy and economicanalysis of soybean- based crop production systems in central IndiaJ. Biomass and Bioenergy,8中国可再生能源利用现状和规划 钱伯章 R 环球能源网 20139中国可再生能源发展展望 王仲颖，李俊峰北京化工出版社 201110 夏云，夏葵，施燕生态与可持续建筑M】北京：中国建筑工业出版社，200911 周浩明，张晓东生态建筑面向未来的建筑M】南京：东南大学出版社，2010，12 K KaygusuzT Ayhan，Experimenml and th
26、eoretical investigation ofcombined solar heat pump systemfor residential heatingEnergy ConversionManagement200940：1377-1396简析可再生能源利用赵晓（山东建筑大学热能工程学院,动力工程机工程热物理,2015030206）摘要: 可再生能源是人类社会未来能源的基石，是大量燃用的化石能源的替代能源。可再生能源可以持续发展，几乎是用之不竭，对环境无多大损害，有利于生态良性循环。可再生能源的综合利用对我国社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。本文主要介绍了太阳能、风能、地热能
27、及生物质能在各个方面利用及风光互补在供电方面的应用。综合性的阐述了各类的可再生能源再生常生活中的应用。 关键词：可再生能源 太阳能 风光互补 地热能 生物质能Analysis of renewable energyZhao Xiao(Thermal Engineering College in Shan Dong Jian Zhu University, Power engineering machine engineering thermal physics 2015030206) ABSTRACT: Renewable energy is the foundation of human s
28、ociety in the future energy and alternative energy sources is a large amount of burning fossil fuels. Renewable energy can be sustainable development, is an inexhaustible, almost no how much damage to the environment, is conducive to ecological virtuous circle. The comprehensive utilization of renew
29、able energy for the sustainable development of social economy and environmental protection in China plays an important role. This paper mainly introduces the solar energy, wind energy, geothermal energy and biomass energy use in each aspect and scenery complementary in power supply applications. Com
30、prehensive expounds the application of all kinds of renewable energy regeneration tended to live. Keywords: Renewable energy ;Solar scenery complementary; Geothermal energy; Biomass energy0 引言随着人类社会的发展，化石能源被大量地开采和利用，随之而来的是资源的枯竭和环境的污染，人类面临着资源和环境两大难题。可再生能源由于具有可再生、低污染的特点，受到越来越多的重视。各国的可再生能源利用规模在不断扩大，可再生能源的利用技术也在不断地发展和完善。可再生能源的应用开始融进我们生活的各方面，减轻了我们的能源压力，同时太阳能风能及地热能的利用极大的方便了人们的生产生活，也让我们更加注重这样可再生能源的利用。
