新能源概论-1.ppt
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新能源概论-1.ppt
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新能源利用概论,太阳能篇,地热能篇,孔祥强热能与动力工程系山东科技大学,能源的分类情况,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、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,核能,西藏阿里地区地热田,冰岛地热,西藏羊八井地热电站,浙江温岭江厦潮汐试验电站,新能源概念的内涵,我国可再生能源现状,可再生能源是可以永续利用的能源资源,如水能、风能、太阳能、生物质能和海洋能等,不存在资源枯竭问题。
中国除了水能的可开发装机容量和年发电量均居世界首位之外,太阳能、风能和生物质能等各种可再生能源资源也都非常丰富。
中国太阳能较丰富的区域占国土面积的2/3以上,年辐射量超过6000MJ/,每年地表吸收的太阳能大约相当于1.7万亿tce的能量;按德国、西班牙、丹麦等风电发展迅速的国家的经验进行类比分析,中国可供开发的风能资源量可能超过30亿kW;海洋能资源技术上可利用的资源量估计约为4亿-5亿kW;地热资源的远景储量为1353亿tce,探明储量为31.6亿tce;现有生物质能源包括:
秸秆、薪柴、有机垃圾和工业有机废物等,资源总量达7亿tce,通过品种改良和扩大种植,生物能的资源量可以在此水平再翻一番。
总之中国可再生能源资源丰富,具有大规模开发的资源条件和技术潜力,可以为未来社会和经济发展提供足够的能源,开发利用可再生能源大有可为。
太阳能,1、太阳构造及太阳能资源2、太阳能热利用技术3、太阳能光伏发电技术,太阳构造及太阳能资源,总述太阳构造太阳能资源太阳能特点太阳能的基本利用方式,太阳构造及太阳能资源总述,太阳是一个巨大的球状炽热气团,整个表面是一片沸腾的火海,极不平静,每时每刻都在不停地进行着热核反应;太阳是距离地球最近的一颗恒星,最新测定的平均距离的精确数值为149598020公里;太阳的体积极其巨大,到目前为止测定的最精确的直径为1392530公里;太阳非常炽热,光芒四射,辐射能量无比巨大,整个太阳每秒钟释放出的能量高达3.8651026J,相当于每秒钟燃烧1.321016吨标准煤所发出的能量。
太阳构造及太阳能资源总述,太阳构造及太阳能资源太阳构造,太阳是太阳系的中心天体,是太阳系里唯一的一颗恒星,也是离地球最近的一颗恒星。
直径约为1.39106km,是地球的109倍,质量约为2.2l027t,为地球的3.32105倍,体积比地球大1.3106倍,平均密度为地球的1/4。
其主要组成气体为氢(约71)和氦(约27)。
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10-6g/cm3,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。
太阳黑子是光球层上的黑暗区域,它的温度大约为4500K,而光球其余部分的温度约为6000K。
在明亮的光球反衬下,就显得很黑。
太阳构造及太阳能资源太阳构造,从光球表面到8000千米高度为色球层,大部分由氢和氦组成。
在色球层的边缘常常突然串升一片火舌般的气体,高度达到几万公里,这就是日珥,其温度高达1百万度,高度有时达几十个太阳半径。
在色球之上是极其稀薄的高温日冕层。
日冕层的温度比它的发源地(太阳)的温度要高得多,因此日冕层物质不断向外膨胀,把许多沿着太阳磁力线的粒子流不断吹射到行星际空间,形成太阳风。
其范围可延伸到地球甚至更远的地方。
太阳就是以太阳风(物质粒子流)的形式失去物质。
当太阳上有强烈爆发和日冕物质抛射时,太阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区。
这时,在地球两极则可看见瑰丽无比的极光。
太阳构造及太阳能资源太阳构造,太阳构造及太阳能资源太阳能资源,从太阳的构造可见,太阳并不是一个温度恒定的黑体,而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。
不过在太阳能利用中通常将它视为一个温度为6000K、发射波长为0.33m的黑体。
太阳是地球永恒的能源,它以光辐射的形式每秒钟向太空发射约3.81020MW能量,地球大气上界只能接收到其中的二十亿分之一。
到达地球大气层的太阳能,30%被大气层反射,23%被大气层吸收,其余的到达地球表面,其功率为800000亿kW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。
平均在大气外每平米面积每分钟接受的能量大约1367W。
太阳构造及太阳能资源太阳能资源,万物生长靠太阳,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。
太阳辐射光谱的99%以上在波长0.15-4.0微米之间。
大约50%的太阳辐射能量在可见光谱区,7%在紫外线光谱区,43%在红外光谱区。
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。
太阳构造及太阳能资源太阳能资源,太阳常数,到达地面上的太阳辐射强度,散射辐射(scatteredlight):
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(directlight):
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。
太阳构造及太阳能资源太阳能资源,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”。
规定:
标准状态(0,1标准大气压),海平面上,当太阳处于天顶位置时,太阳光线垂直照射所通过的路径m=1。
忽略地球曲率的的影响,大气质量m由下式计算:
大气质量m,太阳构造及太阳能资源太阳能资源,地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。
资源丰度一般以全年总辐射量(单位为千焦/米2年)和全年日照总时数表示。
就全球而言,美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大,为世界太阳能资源最丰富地区。
太阳构造及太阳能资源太阳能资源,太阳构造及太阳能资源太阳能资源,太阳构造及太阳能资源太阳能资源,太阳构造及太阳能资源太阳能资源,太阳构造及太阳能资源太阳能资源,中国的疆界,南从北纬4附近西沙群岛的曾母暗沙以南起,北到北纬5331黑龙江省漠河以北的黑龙江江心,西自东经7340附近的帕米尔高原起,东到东经13505的黑龙江和乌苏里江的汇流处,土地辽阔,幅员广大。
中国国土面积,从南到北,自西至东,距离都在5000km以上,总面积达960万平方公里,占世界陆地总面积的7%,居世界第3位。
在中国广阔富饶的土地上,有着十分丰富的太阳能资源。
全国各地太阳年辐射总量为33408400MJ/m2,中值为5852MJm2。
从中国太阳年辐射总量的分布来看,西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙古南部、山西北部、陕西北部、辽宁、河北东南部、山东东南部、河南东南部、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。
太阳构造及太阳能资源我国太阳能资源,太阳构造及太阳能资源我国太阳能资源,我国太阳能资源分布不均匀。
在青藏高原地区,该地区平均海拔高度在4000m以上,大气层薄而清洁,透明度好,纬度低,日照时间长。
例如,人们称为“日光城”的拉萨市,19611970年的年平均日照时间为3005.7h,年平均晴天为108.5d、阴天为98.8d,年太阳总辐射量为8160MJ/m2,比全国其他省区和同纬度的地区都高。
全国以四川和贵州两省及重庆市的太阳年辐射总量最小,尤其是四川盆地,该地区雨多、雾多、晴天较少。
素有“雾都”之称的重庆市年平均日照时数仅为1152.2h,年平均晴天为24.7d、阴天达244.6d。
其他地区的太阳年辐射总量居中。
太阳构造及太阳能资源我国太阳能资源,太阳能资源的研究计算工作,不是做一次即可一劳永逸的。
近些年的研究发现,随着大气污染的加重,各地的太阳辐射量呈下降趋势。
上述中国太阳能资源分布主要是依据20世纪80年代以前的数据计算得出的,因此其代表性已有所降低。
为此,中国气象科学研究院根据20世纪末期最新研究数据又重新计算了中国的太阳能资源分布。
太阳能资源的分布具有明显的地域性。
这种分布特点反映了太阳能资源受气候和地理等条件的制约。
根据太阳年曝辐射量的大小,可将中国划分为4个太阳能资源带。
太阳构造及太阳能资源我国太阳能资源,太阳构造及太阳能资源我国太阳能资源,中国太阳能资源分布图(100MJ/m2),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。
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,1m2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。
太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,阳燧取火:
西周(公元前11世纪)时,用金属凹面镜会聚阳光点燃艾绒取得火种。
是人类太阳能应用最早记载。
太阳能盾牌:
公元前3世纪,希腊科学家阿基米德利用许多磨亮的金属盾牌,会聚阳光烧毁了攻击西西里岛东部西拉修斯港的一支罗马舰队。
削冰成圆聚阳光:
一千多年前,我国晋代张华著的博物志一书中,有“削冰成圆,举以向日,以艾承其影,则得火”的记载。
太阳能抽水机:
1615年,利用太阳能加热空气使其膨胀做功的抽水机问世,首次实现了把太阳能转换为机械能。
太阳能透镜:
1774年,在法国巴黎进行了用两块透镜聚焦阳光使金属融化的表演。
古代太阳能,太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,古代太阳能,太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,太阳能蒸汽发动机:
1854-1874年,世界上第一台太阳能蒸汽发动机问世。
太阳能蒸馏器:
1872年,智利建成面积约4682平方米的太阳能蒸馏装置。
太阳能印刷机:
1878年,在巴黎世界博览会上展出了轰动世界的太阳能印刷机。
太阳能发动机:
1883年,建成了一台几乎用手动跟踪全部采用太阳能采集阳光的太阳能发动机。
太阳能抽水机:
1911年,在美国宾夕法尼亚州建造了一套规模巨大的动力装置,抽水能力11400升分,提水高度10米。
1913年,在埃及开罗以南建造了一个太阳能动力灌溉系统。
近代太阳能,太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,水于太阳集中器焦点处(A)加热,产生的水蒸汽用来运转一部蒸汽机(B),提供印刷机器所需机械能。
水由水槽(C)供应。
太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,选择性涂层:
第二次世界大战后,以色列泰博教授研制成选择性涂层,为高效利用平板集热器奠定了基础。
硅太阳电池:
1954年美国贝尔实验室研制成实用硅太阳电池,极大地促进了太阳能光伏利用。
地面太阳能电站:
1950年,前苏联设计完成一个塔式太阳能发电站。
太阳炉:
1952年,法国国家科学研究中心在比利牛斯山东部建造了一座50千瓦的太阳炉。
斯特林发动机:
1961年,一台带有石英窗的斯特林发动机问世。
太空太阳能电站:
20世纪60年代末,由美国科学家格拉塞首先提出的太阳能电站。
该方案是在地球同步轨道上,建造面积达几十平方公里的平台,在上面铺满太阳电池板,利用微波向地面输送电力。
现代太阳能,太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,太阳能试验装置:
1965-1968年,意大利建成三套塔式太阳能试验装置。
太阳能低温热利用技术:
20世纪70年代末,太阳能热利用技术研究开发引起重视,其重点是简单、价廉的低温热利用的适用技术,如太阳能温室、太阳灶、被动太阳房、太阳热水器和太阳干燥器。
这类技术在农村得到推广应用,为缓解农村能源短缺,改善农村生态环境起了积极的作用。
真空管式太阳热水器:
到了90年代,中国太阳能行业风起云涌,真空管式太阳热水器已和燃气、电热水器形成了“三足鼎立”。
现代太阳能,太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,太阳灶,航天器,太阳能发电装置,太阳房,太阳房,太阳能温室,光热利用太阳能发电光化利用光生物利用,太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,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,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(200800)和高温利用(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,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,光生伏打效应是指半导体由于吸收光子而产生电动势的现象,是当半导体受到光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。
(photovoltaiceffect),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,太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,太阳能利用的重点方向,太阳能的利用主要有两大重点方向:
(1)一是转化为热能;
(2)一是转化为电能(即通常所说的光伏发电),尤为重视。
专家们预测:
(1)2050年,可再生能源占总一次能源的比例约为54%,其中太阳能在一次能源中的比例约为13%-15%;
(2)2100年,可再生能源将占86%,太阳能占70%,其中太阳能发电占64%。
太阳构造及太阳能资源太阳能基本利用方式,太阳能热水器:
低温生活热水及采暖等;太阳能温室:
农业温室;主/被动太阳房:
主要集中在北方寒冷地区;太阳能干燥器:
农副产品、木材等干燥;太阳能海水淡化装置:
在海南岛、浙江舟山等地,已开始小规模应用;太阳灶:
在农村能源缺乏的地区,得到了一定的应用,仅甘肃一省就约有2万台。
一般采光面积2m2,功率约7001000W。
太阳能热动力与热发电系统:
与美国合作,研究开发聚焦式太阳能热发电装置。
我国太阳能热利用,
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