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(jī)已成為21世紀(jì)全球的主要問(wèn)題，解決能源危機(jī)的辦法：一是提高燃燒效率以減少資源消耗，實(shí)現(xiàn)清潔煤燃燒以減少污染；二是開(kāi)發(fā)新能源，積極利用再生能源；三是開(kāi)發(fā)新材料、新工藝，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 3主要內(nèi)容：4.1 新能源與可再生能源概述4.2 太陽(yáng)能4.3 風(fēng)能4.4 核能4.5 氫能4.6 海洋能4.7 地?zé)崮?.8 生物質(zhì)能4本次課主要內(nèi)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(diǎn)；新能源和可再生能源的種類；4.2 太陽(yáng)能什么是太陽(yáng)能？利用太陽(yáng)能的主要方法有哪些？太陽(yáng)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(shù)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)地開(kāi)發(fā)利用的可再生能源。如太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮堋淠艿?。新能源是世界新技術(shù)革命的重要內(nèi)容，是未來(lái)世界持久能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 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(lái)自太陽(yáng)，包括太陽(yáng)能、水能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、波浪能以及海洋表面與深層之間的熱循環(huán)等。地?zé)崮芤部伤阕骺稍偕茉础?6新能源是指和長(zhǎng)期廣泛使用、技術(shù)上較為成熟的常規(guī)能源(如煤、石油、天然氣、水能等)對(duì)比而言，以新技術(shù)為基礎(chǔ)，系

3、統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用的能源，即人類新近才開(kāi)發(fā)利用的能源，包括太陽(yáng)能、潮汐能、波浪能、海流能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物能、氫能、核聚變能?是一種已經(jīng)開(kāi)發(fā)但尚未大規(guī)模使用，或正在研究試驗(yàn)，尚需進(jìn)一步開(kāi)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(duì)環(huán)境無(wú)害或危害極小，而且資源分布廣泛，適宜就地開(kāi)發(fā)利用?？稍偕茉粗饕ㄌ?yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿取Ｊ裁词强稍偕茉矗?二、新能源和可再生能源的主要特點(diǎn)：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(méi)有損害生態(tài)環(huán)境的污染物排放；4.太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等資源具

4、有間歇性和隨機(jī)性；5.開(kāi)發(fā)利用的難度大。9三、新能源和可再生能源的種類：太陽(yáng)能風(fēng)能水能生物質(zhì)能地?zé)崮芎Ｑ竽芸扇急?0開(kāi)發(fā)新能源太陽(yáng)能氫能生物質(zhì)能(沼氣)地?zé)岢毕扇急?12008年全球可再生能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)圖 （其中乙醇燃料為6%） 1213144.2 太陽(yáng)能1516一、什么是太陽(yáng)能太陽(yáng)能一般指太陽(yáng)光的輻射能量。在太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行的由“氫”聚變成“氦”的原子核反應(yīng)，不斷向宇宙空間輻射能量，這種能量就是太陽(yáng)能。太陽(yáng)內(nèi)部的這種核聚變反應(yīng)，可以維持上百億年的時(shí)間。太陽(yáng)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(dá)地球大氣層。到達(dá)地球大氣層的太陽(yáng)能，30%被大氣層反射，23%被大氣層

5、吸收，其余的到達(dá)地球表面，其功率為81013kW。太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于燃燒500萬(wàn)噸煤釋放的熱量。17廣義上的太陽(yáng)能:是地球上許多能量的來(lái)源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢(shì)能，生物質(zhì)能等等。狹義的太陽(yáng)能:則限于太陽(yáng)輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。狹義的太陽(yáng)能是我們?cè)诖擞懻摰奶?yáng)能。18太陽(yáng)是太陽(yáng)系的中心天體,是太陽(yáng)系里唯一的一顆恒星,也是離地球最近的一顆恒星。19太陽(yáng)是一個(gè)熾熱的氣態(tài)球體，沒(méi)有固體的星體或核心。它的直徑約為1.39106km，是地球的109倍，質(zhì)量約為2.2l027t，為地球質(zhì)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(xué)家研究表明，太陽(yáng)每小時(shí)輻射到地球的能量約為18萬(wàn)兆瓦，相當(dāng)于燃燒90兆噸優(yōu)質(zhì)煤的熱量；太陽(yáng)能是取之不盡，用之不竭的且無(wú)污染的能源。2122問(wèn)題：1、你能說(shuō)說(shuō)太陽(yáng)能的特點(diǎn)嗎？2、目前利用太陽(yáng)能的主要方法有哪些？2324太陽(yáng)能利用方式主要有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。光電轉(zhuǎn)換（光伏發(fā)電、太陽(yáng)電池）：將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換把太陽(yáng)光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能；光熱利用：太陽(yáng)光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電；太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)；太陽(yáng)能取暖、制冷；太陽(yáng)能煙囪；太陽(yáng)能熱發(fā)電。二、太陽(yáng)能的利用方式25存在問(wèn)題：太陽(yáng)能的利用還逐步普及，利用太陽(yáng)能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換

7、效率低的問(wèn)題，太陽(yáng)電池為人造衛(wèi)星很多領(lǐng)域提供能源方面得到了應(yīng)用。26太陽(yáng)能太陽(yáng)灶航天器太陽(yáng)能熱水器太陽(yáng)能發(fā)電裝置2728293031三、太陽(yáng)能資源太陽(yáng)能資源豐富，全國(guó)三分之二日照小時(shí)數(shù)大于2200小時(shí)。2004年底，太陽(yáng)光伏發(fā)電裝機(jī)為萬(wàn)千瓦。主要用于解決偏遠(yuǎn)地區(qū)和特殊行業(yè)用電問(wèn)題323334四、太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀（一）太陽(yáng)能熱水器累計(jì)6500萬(wàn)平方米，年生產(chǎn)能力1500萬(wàn)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(yáng)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(yáng)能熱水器燃?xì)鉄崴麟姛崴餮b置投資（元）30001000（加鋼瓶）600裝置壽命（年）1565每年燃料動(dòng)力費(fèi)（元

8、）081067515年需總費(fèi)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(jià)格50元/15公斤，居民電價(jià)元/度 。3738不同類型的太陽(yáng)灶39（二）太陽(yáng)能發(fā)電太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方法。一種是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能，然后按常規(guī)方式發(fā)電，稱為太陽(yáng)能熱發(fā)電。另一種是通過(guò)光電器件利用光生伏打原理將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，稱為太陽(yáng)能光伏發(fā)電。 401.太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電也叫做太陽(yáng)能聚光發(fā)電，是將太陽(yáng)輻射從面積上濃縮產(chǎn)生高溫發(fā)電的裝置。由于太陽(yáng)光聚集后可以產(chǎn)生高溫，因此該技術(shù)用于與熱發(fā)電機(jī)相連來(lái)構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)。太陽(yáng)能聚光技術(shù)最早可以追溯到140年前, 科學(xué)家188

9、2年在法國(guó)所做的研究工作。在上世紀(jì)80年代，由于70年代的石油危機(jī)，太陽(yáng)能熱發(fā)電得到了重視，一批大規(guī)模的太陽(yáng)聚光器在世界各國(guó)安裝。41當(dāng)前太陽(yáng)能熱發(fā)電按照太陽(yáng)能采集方式可劃分為（1）太陽(yáng)能塔式發(fā)電；（2）太陽(yáng)能槽式發(fā)電；（3）太陽(yáng)能碟式發(fā)電；42太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)碟式系統(tǒng)是利用由旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡將太陽(yáng)光聚焦到焦點(diǎn)上，加熱位于焦點(diǎn)處接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)至較高溫度以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電。 槽式系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽(yáng)光聚焦到管狀的接收器上，并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，在換熱器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電。 塔式系統(tǒng)是利用定日鏡將陽(yáng)光聚焦到塔頂?shù)奈鼰崞魃?。通過(guò)集熱器將輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，然后通過(guò)汽輪發(fā)電

10、機(jī)進(jìn)行發(fā)電。 槽式碟式塔式43444546474849槽式太陽(yáng)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(zhì)沿聚焦線流動(dòng)，比塔式的定日鏡聚焦簡(jiǎn)便，不要建高塔，以平面裝置，一般直接用水做工質(zhì)，水在集熱器中受熱后進(jìn)入過(guò)熱器，由過(guò)熱器產(chǎn)生蒸汽送入汽輪機(jī)，即可帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。5051蒸汽輪機(jī)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(jī)中使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)（3000轉(zhuǎn)/分鐘）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，利用電磁感應(yīng)發(fā)電。52汽輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)力原理5354塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電原理塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)也稱集中型太陽(yáng)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(yáng)輻射反射到置于高塔頂部

11、的太陽(yáng)能接收器上，加熱工質(zhì)產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，從而將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站系統(tǒng)主要由4部分構(gòu)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(guó),1983EURELIOS,意大利,1981SSPS-CRS,西班牙,1981年Solar one,美國(guó),198280年代的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站59已建成并投入運(yùn)行的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站 60目前已商業(yè)化的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站PS20 ,西班牙,2009PS10,西班牙,200761正在建造和計(jì)劃建造的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站 62美國(guó)的二座大型示范工程：太陽(yáng)能1號(hào)和太陽(yáng)能2號(hào)，容量均為10M

12、W。太陽(yáng)能1號(hào)從1982年到1988年共生產(chǎn)38000MWh電能。太陽(yáng)能2號(hào)為太陽(yáng)能1號(hào)的改進(jìn)型，在1996年投產(chǎn)，采用熔鹽作為傳熱介質(zhì)和熱能貯存，可以在多云天氣和晚上連續(xù)供電。在美國(guó)東南部沙漠中，計(jì)劃建設(shè)3050MW塔式電站。第一座塔式電站投資在1億美元左右，電價(jià)為15美分/kWh，在考慮規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)進(jìn)步后，有可能降到7美分/kWh。63碟式發(fā)電原理：該太陽(yáng)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(jī)組。碟形聚光器自動(dòng)調(diào)整方向捕捉陽(yáng)光，將陽(yáng)光導(dǎo)向一臺(tái)接收器，然后將熱能轉(zhuǎn)入一個(gè)充滿氫氣的發(fā)動(dòng)機(jī),隨著氫氣的受熱和冷卻，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力 也隨之改變，從而驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，為發(fā)電機(jī)提供

13、動(dòng)力,發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。 6465發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氣體是循環(huán)加熱的（通過(guò)酒精燈）并且膨脹推動(dòng)動(dòng)力活塞（圖中藍(lán)色）向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)動(dòng)力活塞運(yùn)動(dòng)到最右邊時(shí)，黃色連桿迫使松配合的紅色活塞（在機(jī)器左半邊內(nèi)）將氣體擠壓到機(jī)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(lán)色活塞拉向左邊。氣體在此轉(zhuǎn)移，被擠壓回發(fā)動(dòng)機(jī)的較熱區(qū)域，如此循環(huán)往復(fù)。 6667686970712.太陽(yáng)能光伏電池的原理太陽(yáng)能電池內(nèi)部存在P-N結(jié)，當(dāng)P-N結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)，在P-N結(jié)處形成耗盡層，存在由N區(qū)到P區(qū)的勢(shì)壘電場(chǎng)。當(dāng)太陽(yáng)光入射的能量大于硅禁帶寬度的時(shí)候，射入電池內(nèi)部的太陽(yáng)光子，把電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)。電

14、子-空穴對(duì)隨即被勢(shì)壘電場(chǎng)分離，電子和空穴被分別推向N區(qū)和P區(qū)，并向P-N結(jié)交接面處擴(kuò)散，當(dāng)?shù)竭_(dá)勢(shì)壘電場(chǎng)邊界時(shí)，受勢(shì)壘電場(chǎng)的作用，電子留在N區(qū)，空穴留在P區(qū)，形成內(nèi)建電場(chǎng)。而由于內(nèi)建電場(chǎng)的作用，N區(qū)中的空穴和P區(qū)中的電子被分別推向?qū)Ψ絽^(qū)域，使N區(qū)積累了過(guò)剩的電子，P區(qū)積累了過(guò)剩的空穴，即在P-N結(jié)兩側(cè)形成了與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反的光生電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)接入負(fù)載后，就會(huì)產(chǎn)生電流流出。7273747576773.太陽(yáng)能煙囪發(fā)電 太陽(yáng)能煙囪發(fā)電技術(shù)是通過(guò)集熱棚吸取太陽(yáng)熱能使棚內(nèi)空氣溫度升高，根據(jù)煙囪的原理，在煙囪內(nèi)將形成強(qiáng)大的氣流，利用這股氣流形成的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。7879小結(jié)14.1 新能源與可再生能源概述講述了新能源和