第十四章能源的合理利用及新能源

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发地热发电、地热直接利用
14 – 4 新能源-地热能
地热发电
地 热 蒸汽发电-以净化后的地热蒸 汽为工质发电。
扩容法地热发电-将地热水通入压力 较低的扩容器中,热水迅速汽化,体 积增大,这就是扩容,也叫闪蒸。
双循环地热发电-利用地热水加热某 种低沸点工质,产生蒸汽发电。
14 – 4 新能源-地热能
太阳能热水器
全球太阳能泵水系统
Mali
Philippines
Sudan Egypt
太阳能光伏泵水
14 – 4 新能源-生物质能
14 – 4 新能源-生物质能
二、生物质能
生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生 物中的一种能量形式。
生物质能是地球上最广泛存在的物质,包 括所有的动物、植物和微生物以及由这些 有生命物质派生、代谢而形成的有机质 (矿物燃料除外)具有的能量。
加速了有限的化石燃料的日益枯竭,又对环 境造成了严重的污染。
能源问题出路: 现有能源的高效洁净利用技术 能量直接转换技术 新能源与可再生能源
14 - 1 能源分类
自然界中的能源根据它们的初始来源, 当前可概括为四大类
与太阳有关的能源 与地球内部的热能有关的能源 与原子核反应有关的能源 与地球一月球一太阳相互联系有
环境污染少
火力发电 二氧化硫→空气污染 磁流体发电 硫酸钾→回收利用
14 – 3 能量直接转换
磁流体发电原理——霍尔效应
14 – 3 能量直接转换
磁流体发电装置
14 – 3 能量直接转换
磁流体发电机
N
等离子体
燃烧室
S
发电通道
14 – 3 能量直接转换
二、燃料电池 燃料电池被认为是21世纪首选的洁净高效
14 – 4 新能源-太阳能
太阳能电池
硅系列太阳电池(包括单晶硅、多晶硅和非 晶硅)、多元化合物太阳电池(如硫化镉太 阳电池、砷化镓太阳电池、铜铟硒太阳电池 等)等。
其中单晶硅太阳电池技术最成熟。
14 – 4 新能源-太阳能
太阳能电池
太阳光谱图
UV Visible Infrared
14 – 4 新能源-生物质能
地球上经过太阳光合作用生成的生物质总 量约为1440-1800亿吨(干吨),相当于 目前世界总能耗的3-8倍。
迄今人们实际利用的生物质能还很少。在 世界能耗中,生物质能约占14%,在不发 达地区占60%以上。
全世界约25亿人的生活能源的90%以上是 生物质能。
一、太阳能 太阳能是来源于太阳内部氢变氦的核聚
变反应的能量。
广义 — 除核能、地热能和潮汐能以外,地球 上大部分能源都直接或间接地来自太 阳能。
狭义 — 直接利用的太阳辐射能。
14 – 4 新能源-太阳能
地球每年从太阳获得的能量约为17万亿 千瓦,相当于目前世界每年能源供应量 总量的几万倍。
能量的梯级利用和工业余能利用
按照能量品位的高低做到 “分配得当、各 得其所、温度对口、梯级利用” ,是用能 过程应遵循的原则,也是节能的有效途径
燃气-蒸汽联合循环和热电联供 工业余能的利用
动力利用 热利用
水泥余热发电
14 – 3 能量直接转换
传统的发电技术是利用线圈相对磁场转动 来发电。
義大利—最早使用地熱發電的國家
14 – 4 新能源-地热能
日本地热发电
14 – 4 新能源-地热能
地热直接利用
采暖、空调、工业烘干、农业温室、 水产养殖、旅游疗养等。
地源热泵
14 – 4 新能源-海洋能
14 – 4 新能源-海洋能
五、海洋能 海洋能指的是海洋中的可再生能源,包括
潮汐能、波浪能、海流和潮流能、海洋温 差能、海洋盐差能等。 除了潮汐能和潮流能源于星球间的引力外, 其它海洋能均源于太阳能。
14 – 4 新能源-生物质能
高效 提取 生物 质能 的生 产设 备
14 – 4 新能源-风能
三、风能
风能是流动的空气所具有的能量(动能),地球大气 层因太阳辐射的不均匀而产生温差,从而产生压差形 成空气流动。
风能是太阳辐射能的一种转换形式。 全球风能约为130-200亿千瓦,如有1%被利用,即
发电技术,被列为继火电、水电和核电之 后的第四种电力。
美国将其列为27项涉及国家安全技术之一 日本认为其是21世纪能源环境领域的核心 加拿大计划将其发展成国家的支柱产业。
14 – 3 能量直接转换
燃料电池示意图
14 – 3 能量直接转换
燃料电池优点
能量转换效率高; 低污染、无噪音; 对燃料的适应性强; 重量轻,体积小,起动和关闭迅速; 用途广:
来自百度文库
氢和酒精 等二次能 源
化学能 化学能
电能 电能
热能
热力发电,热电子发电 燃料电池
14 - 2 能源的合理利用
洁净煤技术 煤炭的燃前净化和加工
清洁型煤技术(型煤) 水煤浆技术(70%煤粉+30%水→煤水混合物)
煤炭的高效清洁燃烧 燃烧后的净化 煤炭的转化
14 - 2 能源的合理利用
固定电源; 汽车、潜艇电源; 一家一户供电取暖; 分布式电站。
14 – 3 能量直接转换
燃料电池类型(按电解质材料分)
碱溶液型 磷酸型 熔融碳酸盐型 固体氧化物型 质子交换膜型燃料电池。
14 – 3 能量直接转换
三、温差发电 温差发电— 新型的发电技术
巨大的热能量,平均每年为1.2×1024J/Year。 地热能作为一种可再生能源受到了世界各国普遍
的重视。
14 – 4 新能源-地热能
地热资源分类:
水热型 地热蒸汽和地热水,现在开发 利用的主要地热资源
地压型 尚待研究和开发 干热岩型 岩浆型 利用的技术难度很大
地热利用
关的能源
14 - 1 能源分类
以上四大类能源都是自然界中现成 存在的、未经加工或转换的能源, 也称作一次能源或初级能源
其它如电力、氢气、沼气、煤气、 汽油、激光、酒精等由一次能源直 接或间接转化而来的能源称作二次 能源
14- 1 能源分类
按获得的方法分
一次能源
可供直接利用的能源,如煤、石 油、天然气、风能、水能等
生物质能利用
热 化学 转 化法 — 将生物质通过高温干馏、 热解、液化等方法获得木炭、可燃气体和焦油 等品位高的能源产品。
生物化学转化法 — 使生物质在微生物的发酵 作用下,生成沼气、酒精等能源产品。
利用油料植物所产生的生物油。 把生物质压制成型状燃料(如块型、棒形燃
料),以便集中利用和提高热效率。
14 – 4 新能源-生物质能
优点:燃烧容易,污染少,灰分较低 缺点:热值低、热效率低、能量密度低。体
积大不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅 为10%~30%。 合理有效地利用生物质能,就是要开发高效 的生物质能转换技术,将能量密度低的生物 质能转变成便于使用的高品位的能源
14 – 4 新能源-生物质能
二次能源
由一次能源转换而来的能源,如 电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等
14 - 1 能源分类
按能否再生分
不会随它本身的转化或人类的
可再生能源 利用而越来越少,如水能、风
能、潮汐能、太阳能等
非再生能源 随人类的利用而越来越少,如
石油、煤、天然气、核燃料等
14 - 1 能源分类
按对环境的污染分
清洁能源
14 – 4 新能源-海洋能
全世界海洋能的理论可再生量约为
760多亿千瓦,其中:
海洋温差能约
400亿千瓦
盐度差能约为
300亿千瓦
潮汐和潮流能约为 30-40亿千瓦
波浪能约为
30亿千瓦
甲烷冰约为
500-800亿米3
14 – 4 新能源-海洋能
潮汐能
潮汐能是海水受月球和太阳的引力作 用而发生周期性涨落所具有的能量。 潮汐能的利用主要是发电。
一、磁流体发电 磁流体发电是将带电的流体(离子气体或
液体)以极高的速度喷射到磁场中去,利 用磁场对带电的流体产生的作用发电。 目前,中国、美国、欧盟、印度以及澳大 利亚等国都积极致力于这方面的研究。
14 – 3 能量直接转换
发电效率高
普通火力发电 20%-40% 磁流体发电 > 60%
能量的转换
广义地说,能量转换应包含三项内容:
能量的形态转换——能量转换 能量的空间转换——能量传输 能量的时间转换——能量储存
能量转换过程及转换设备
能源 能源形态转换过程 转换机械或系统
石油、煤 炭、天然 气等矿物 燃料
化学能 化学能 化学能
热能 热能 热能
机械能 机械能
电能
炉子、燃烧器 各种热力发动机 热机、发电机,磁流体 发电,EGD发电(压电 效应)
对环境无污染或污染很小的能源, 如太阳能、水能、海洋能等;
非清洁能源 对环境污染较大的能源,
如煤、石油等。
14 - 1 能源分类
能源与环境问题的妥善解决是人类社会 可持续发展的前提
目前主要从两个方面入手 合理利用现有能源 积极开发和利用各种可再生能源
以上二者并举,完成能源结构从常规能 源向可再生能源的过渡和转换,最终解 决能源问题并消除环境污染产生的根源
原理 — Seebeck 效应
V T (T2 T1)
14 – 3 能量直接转换
温差发电机原理
14 – 3 能量直接转换
温差发电机结构示意图
14 – 4 新能源
新能源
太阳能 生物质能 风能 地热能 海洋能 核聚变能
14 – 4 新能源-太阳能
可满足人类对能源的全部需求。 我国10米高度层的风能资源为32.26亿千瓦,实际可利
用的风能资源为2.53亿千瓦。
14 – 4 新能源-风能
风能利用 风力发电 风力提水
风力机是实现风能利用的重要装置,将 空气无规则流动的动能转变为机械有规 则转动的动能。
14 – 4 新能源-风能
14 - 2 能源的合理利用
依靠科技进步,通过开发新型高效用能 设备、开发能源转化新技术等来改造传 统能源工业是实现现有能源合理利用的 主要途径。
能源的总体规划和管理,即从总能系统 的概念出发,根据能源的特性和品位高 低,从环境和社会的高度安排好各种能 量的配合关系和转换利用,从而实现一 个机组、一个企业以至一个地区的能源 的合理利用。
我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约 为50 ×1018kJ ,全国各地太阳年辐射总 量达 335~837kJ/cm2 ∙ a,中值为 586kJ/cm2 • a。
14 – 4 新能源-太阳能
太阳能利用
光热利用,太阳辐射能→热能,其系统 由光热转换和热能利用两部分组成。前 者包括各种形式的太阳能集热器,后者 是根据不同事用要求而设计的各种用热 装置。
风力机
14 – 4 新能源-风能
14 – 4 新能源-风能
14 – 4 新能源-风能
14 – 4 新能源-地热能
14 – 4 新能源-地热能
四、地热能
地热能是指蕴藏在地球内部的巨大的天然热能。 地热能的热量主要来自地球内部岩石和矿物中具有足
够丰度、生热率较高、半衰期与地球年龄相当的、多 集中在地表层数百公里内的放射性元素衰变所产生的
14 – 4 新能源-太阳能
太阳能光热利用
太阳能热水系统、太阳能建筑、太阳能 游泳池、太阳能蒸馏、太阳能制冷空调、 太阳能干燥、太阳能热发电、太阳能海 水淡化、太阳能冶炼炉、太阳灶、太阳 能热发电等。
14 – 4 可再生能源-太阳能
太阳能利用
光电利用,太阳辐射能→电能,通过光 伏效应将太阳能直接转变为电能而加以 利用。太阳能电池是太阳能光电转换的 最核心的器件。
第十四章 能源的合理利用 及新能源简介
能源
能源是指能够直接或经过转换而获 取某种能量的自然资源。 自然资源:煤、石油、天然气、太阳 能、风能、水能、地热能、核能等。
传统能量转换方式
传统能量转换方式存在两大弊端:
间接转换,中间环节多,转换效率低。 燃烧化石燃料(煤、石油、天然气等),既
48%
太阳能电池的发电原理是基于光伏效应(Photovoltaic Effect) 由太阳光与材料相互作用而产生电势
无机太阳能电池
有机太阳能电池
太阳能资源丰富,全国 三分之二日照小时数大于 2200小时
2004年底,太阳光伏发 电装机为6.5万千瓦。主 要用于解决偏远地区和特 殊行业用电问题
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