新能源與可再生能源及工藝

1、新能源與可再生能源及工藝12 能源危機已成為21世紀全球的主要問題，解決能源危機的辦法：一是提高燃燒效率以減少資源消耗，實現(xiàn)清潔煤燃燒以減少污染；二是開發(fā)新能源，積極利用再生能源；三是開發(fā)新材料、新工藝，最大限度地實現(xiàn)節(jié)能。 3主要內容：4.1 新能源與可再生能源概述4.2 太陽能4.3 風能4.4 核能4.5 氫能4.6 海洋能4.7 地熱能4.8 生物質能4本次課主要內容4.1 新能源與可再生能源概述講述新能源和可再生能源的基本含義；新能源和可再生能源的主要特點；新能源和可再生能源的種類；4.2 太陽能什么是太陽能？利用太陽能的主要方法有哪些？太陽能發(fā)電的兩種方法及原理:熱發(fā)電、光伏發(fā)電5

2、4.1 新能源與可再生能源概述一、新能源和可再生能源的基本含義常規(guī)能源（傳統(tǒng)能源） ：已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用的煤炭、石油、天然氣、水能等能源。新能源：在新技術的基礎上系統(tǒng)地開發(fā)利用的可再生能源。如太陽能、風能、生物質能、海洋能、地熱能、氫能等。新能源是世界新技術革命的重要內容，是未來世界持久能源系統(tǒng)的基礎。 可再生能源：可連續(xù)再生、永續(xù)利用的一次能源。這類能源大都直接或間接來自太陽，包括太陽能、水能、生物質能、風能、波浪能以及海洋表面與深層之間的熱循環(huán)等。地熱能也可算作可再生能源。 6新能源是指和長期廣泛使用、技術上較為成熟的常規(guī)能源(如煤、石油、天然氣、水能等)對比而言，以新技術為基礎，系

3、統(tǒng)開發(fā)利用的能源，即人類新近才開發(fā)利用的能源，包括太陽能、潮汐能、波浪能、海流能、風能、地熱能、生物能、氫能、核聚變能等,是一種已經(jīng)開發(fā)但尚未大規(guī)模使用，或正在研究試驗，尚需進一步開發(fā)的能源。什么是新能源？7可再生能源是指在自然界中可以不斷再生、永續(xù)利用、取之不盡、用之不竭的資源，它對環(huán)境無害或危害極小，而且資源分布廣泛，適宜就地開發(fā)利用。可再生能源主要包括太陽能、風能、水能、生物質能、地熱能和海洋能等。什么是可再生能源？8二、新能源和可再生能源的主要特點：1.能量密度較低且高度分散；2.資源豐富，可以再生；3.清潔干凈，使用中幾乎沒有損害生態(tài)環(huán)境的污染物排放；4.太陽能、風能、潮汐能等資源具

4、有間歇性和隨機性；5.開發(fā)利用的難度大。9三、新能源和可再生能源的種類：太陽能風能水能生物質能地熱能海洋能可燃冰10開發(fā)新能源太陽能氫能生物質能(沼氣)地熱潮汐可燃冰112008年全球可再生能源生產(chǎn)結構圖 （其中乙醇燃料為6%） 1213144.2 太陽能1516一、什么是太陽能太陽能一般指太陽光的輻射能量。在太陽內部進行的由“氫”聚變成“氦”的原子核反應，不斷向宇宙空間輻射能量，這種能量就是太陽能。太陽內部的這種核聚變反應，可以維持上百億年的時間。太陽向宇宙空間發(fā)射的輻射功率為381021kW的輻射值，其中20億分之一到達地球大氣層。到達地球大氣層的太陽能，30%被大氣層反射，23%被大氣層

5、吸收，其余的到達地球表面，其功率為81013kW。太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當于燃燒500萬噸煤釋放的熱量。17廣義上的太陽能:是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能，生物質能等等。狹義的太陽能:則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。狹義的太陽能是我們在此討論的太陽能。18太陽是太陽系的中心天體,是太陽系里唯一的一顆恒星,也是離地球最近的一顆恒星。19太陽是一個熾熱的氣態(tài)球體，沒有固體的星體或核心。它的直徑約為1.39106km，是地球的109倍，質量約為2.2l027t，為地球質量的3.32105倍，體積則比地球大1.3106倍，平均密度為地球的1/4。其主要組成氣

6、體為氫（約71）和氦（約27）。20科學家研究表明，太陽每小時輻射到地球的能量約為18萬兆瓦，相當于燃燒90兆噸優(yōu)質煤的熱量；太陽能是取之不盡，用之不竭的且無污染的能源。2122問題：1、你能說說太陽能的特點嗎？2、目前利用太陽能的主要方法有哪些？2324太陽能利用方式主要有光熱轉換和光電轉換兩種方式。光電轉換（光伏發(fā)電、太陽電池）：將太陽能直接轉換為電能，通過光電轉換把太陽光中包含的能量轉化為電能；光熱利用：太陽光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電；太陽能熱水系統(tǒng)；太陽能取暖、制冷；太陽能煙囪；太陽能熱發(fā)電。二、太陽能的利用方式25存在問題：太陽能的利用還逐步普及，利用太陽能發(fā)電還存在成本高、轉換

7、效率低的問題，太陽電池為人造衛(wèi)星很多領域提供能源方面得到了應用。26太陽能太陽灶航天器太陽能熱水器太陽能發(fā)電裝置2728293031三、太陽能資源太陽能資源豐富，全國三分之二日照小時數(shù)大于2200小時。2004年底，太陽光伏發(fā)電裝機為萬千瓦。主要用于解決偏遠地區(qū)和特殊行業(yè)用電問題323334四、太陽能開發(fā)利用現(xiàn)狀（一）太陽能熱水器累計6500萬平方米，年生產(chǎn)能力1500萬平方米。生產(chǎn)量和使用量均為世界第一產(chǎn)業(yè)體系較完整3536太陽能熱水器與其它熱水器使用效益比較表 熱水器裝置類別太陽能熱水器燃氣熱水器電熱水器裝置投資（元）30001000（加鋼瓶）600裝置壽命（年）1565每年燃料動力費（元

8、）081067515年需總費用（元）30002560011925每年使用300天，每天洗浴人數(shù)：冬季4人，夏季9人。液化氣價格50元/15公斤，居民電價元/度 。3738不同類型的太陽灶39（二）太陽能發(fā)電太陽能發(fā)電有兩種方法。一種是將太陽能轉換為熱能，然后按常規(guī)方式發(fā)電，稱為太陽能熱發(fā)電。另一種是通過光電器件利用光生伏打原理將太陽能直接轉換為電能，稱為太陽能光伏發(fā)電。 401.太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電也叫做太陽能聚光發(fā)電，是將太陽輻射從面積上濃縮產(chǎn)生高溫發(fā)電的裝置。由于太陽光聚集后可以產(chǎn)生高溫，因此該技術用于與熱發(fā)電機相連來構成發(fā)電系統(tǒng)。太陽能聚光技術最早可以追溯到140年前, 科學家188

9、2年在法國所做的研究工作。在上世紀80年代，由于70年代的石油危機，太陽能熱發(fā)電得到了重視，一批大規(guī)模的太陽聚光器在世界各國安裝。41當前太陽能熱發(fā)電按照太陽能采集方式可劃分為（1）太陽能塔式發(fā)電；（2）太陽能槽式發(fā)電；（3）太陽能碟式發(fā)電；42太陽能熱發(fā)電技術碟式系統(tǒng)是利用由旋轉拋物面反射鏡將太陽光聚焦到焦點上，加熱位于焦點處接收器內的傳熱工質至較高溫度以驅動發(fā)動機進行發(fā)電。 槽式系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上，并將管內傳熱工質加熱，在換熱器內產(chǎn)生蒸汽，推動常規(guī)汽輪機發(fā)電。 塔式系統(tǒng)是利用定日鏡將陽光聚焦到塔頂?shù)奈鼰崞魃?。通過集熱器將輻射能轉換成熱能，然后通過汽輪發(fā)電

10、機進行發(fā)電。 槽式碟式塔式43444546474849槽式太陽能熱發(fā)電原理：這種集熱方式是橫向線性，使用柱面集熱器，被加熱工質沿聚焦線流動，比塔式的定日鏡聚焦簡便，不要建高塔，以平面裝置，一般直接用水做工質，水在集熱器中受熱后進入過熱器，由過熱器產(chǎn)生蒸汽送入汽輪機，即可帶動發(fā)電機發(fā)電。5051蒸汽輪機發(fā)電原理蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生高溫高壓蒸汽；蒸汽在汽輪機中使汽輪機轉子高速旋轉（3000轉/分鐘）汽輪機轉子帶動發(fā)電機轉子旋轉，利用電磁感應發(fā)電。52汽輪發(fā)電機組動力原理5354塔式太陽能熱發(fā)電原理塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)也稱集中型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。它是利用眾多的平面反射鏡陣列，將太陽輻射反射到置于高塔頂部

11、的太陽能接收器上，加熱工質產(chǎn)生過熱蒸汽，驅動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電，從而將太陽能轉化為電能。塔式太陽能熱發(fā)電站系統(tǒng)主要由4部分構成：聚光裝置、集熱裝置、蓄熱裝置和汽輪發(fā)電裝置。55塔式發(fā)電 565758THEMIS,法國,1983EURELIOS,意大利,1981SSPS-CRS,西班牙,1981年Solar one,美國,198280年代的塔式太陽能熱發(fā)電站59已建成并投入運行的塔式太陽能熱發(fā)電站 60目前已商業(yè)化的塔式太陽能熱發(fā)電站PS20 ,西班牙,2009PS10,西班牙,200761正在建造和計劃建造的塔式太陽能熱發(fā)電站 62美國的二座大型示范工程：太陽能1號和太陽能2號，容量均為10M

12、W。太陽能1號從1982年到1988年共生產(chǎn)38000MWh電能。太陽能2號為太陽能1號的改進型，在1996年投產(chǎn)，采用熔鹽作為傳熱介質和熱能貯存，可以在多云天氣和晚上連續(xù)供電。在美國東南部沙漠中，計劃建設3050MW塔式電站。第一座塔式電站投資在1億美元左右，電價為15美分/kWh，在考慮規(guī)模效應和技術進步后，有可能降到7美分/kWh。63碟式發(fā)電原理：該太陽能發(fā)電裝置主要采用碟形聚光器，并在聚焦面上安裝外熱式斯特林發(fā)電機組。碟形聚光器自動調整方向捕捉陽光，將陽光導向一臺接收器，然后將熱能轉入一個充滿氫氣的發(fā)動機,隨著氫氣的受熱和冷卻，發(fā)動機的壓力 也隨之改變，從而驅動活塞運動，為發(fā)電機提供

13、動力,發(fā)電機進行發(fā)電。 6465發(fā)動機內的氣體是循環(huán)加熱的（通過酒精燈）并且膨脹推動動力活塞（圖中藍色）向右運動。當動力活塞運動到最右邊時，黃色連桿迫使松配合的紅色活塞（在機器左半邊內）將氣體擠壓到機器較冷的一邊。在較冷一邊的氣體將熱量散失到外界并且收縮，并把藍色活塞拉向左邊。氣體在此轉移，被擠壓回發(fā)動機的較熱區(qū)域，如此循環(huán)往復。 6667686970712.太陽能光伏電池的原理太陽能電池內部存在P-N結，當P-N結處于平衡狀態(tài)時，在P-N結處形成耗盡層，存在由N區(qū)到P區(qū)的勢壘電場。當太陽光入射的能量大于硅禁帶寬度的時候，射入電池內部的太陽光子，把電子從價帶激發(fā)到導帶，產(chǎn)生一個電子-空穴對。電

14、子-空穴對隨即被勢壘電場分離，電子和空穴被分別推向N區(qū)和P區(qū)，并向P-N結交接面處擴散，當?shù)竭_勢壘電場邊界時，受勢壘電場的作用，電子留在N區(qū)，空穴留在P區(qū)，形成內建電場。而由于內建電場的作用，N區(qū)中的空穴和P區(qū)中的電子被分別推向對方區(qū)域，使N區(qū)積累了過剩的電子，P區(qū)積累了過剩的空穴，即在P-N結兩側形成了與勢壘電場方向相反的光生電動勢，當接入負載后，就會產(chǎn)生電流流出。7273747576773.太陽能煙囪發(fā)電 太陽能煙囪發(fā)電技術是通過集熱棚吸取太陽熱能使棚內空氣溫度升高，根據(jù)煙囪的原理，在煙囪內將形成強大的氣流，利用這股氣流形成的風力驅動風機，帶動發(fā)電機發(fā)電。7879小結14.1 新能源與可再生能源概述講述了新能源和