新能源概论

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新能源概论
(1-1)
李俊瑞
一、课程性质
前言
本课程为能源动力类专业及相关专业选修课程。 二、课程目的
通过本课程学习了解新能源技术的主要内容及发展情况,掌 握新能源利用技术的基础知识,熟悉新能源种类及其应用特点, 对新能源技术及其应用具有初步认识,拓展专业视野和能力。
三、主要授课内容
1.新能源概述;
4.太阳能利用技术;
4、新能源技术
(1)太阳能利用技术
主要内容: 1)太阳能—热能转换技术; 2)太阳能—光电转换技术; 3)太阳能—化学能转化技术。
目前,人们主要是对太阳能光热转换和光电转换两大领 域进行研究;包括太阳热水器、太阳灶、太阳房、太阳能干 燥、太阳能温室、太阳能制冷与空调、太阳能热发电及光伏 发电系统等。
与国际上蓬勃发展的光伏发电相比,中国落后于发达国家10-15年, 甚至明显落后于印度。但是,中国光伏产业正以每年30%的速度增长, 2005年中国太阳能电池生产总量达到139MW,较2004年猛增了 179%,2006年达到400MW,从而超过美国成为全球第三大生产 国,产能则达到惊人的1180MW。以3年产量增长45倍,产能增加 125倍而成为全球发展最快的国家。
一、概述
第一章 绪 论
1、能量与能源
(1)能量 所谓能量,简单地说就是“作功的能力”。反过来说,
产生某种效果(变化),必然伴随能量的消耗和转换。
能量是量度物体做功能力或物质运动的物理量。 宇宙间一切运动着的物体,都具有能量,人类的一切活 动都与能量及其使用紧密相关。
能量形式有:电能、热能、机械能、化學能、原子能等。 各种能量形式之间可以互相转换。
太阳能电池是通过光电 效应或者光化学效应直接把 光能转化成电能的装置。
•太阳能电池的原理
太阳光照在半导体p-n结上, 形成新的空穴-电子对,在p-n结 电场的作用下,空穴由n区流向p 区,电子由p区流向n区,接通电 路后就形成电流。如右图所示。
•太阳能电池优点 太阳能电池是一种新型电源,具有永久性、清洁性和 灵活性三大优点: ①太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就 可以一次投资而长期使用; ②与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环 境污染; ③太阳能电池可以大中小并举,大到百万千瓦的中型电 站,小到只供一户用的太阳能电池组,这是其它电源无法 比拟的。
氢能利用的三种主要方式:
1)利用氢的热核反应放出核能,这是核能利用的重要途径。 2)就是最为普遍的氢气直接燃烧产生热能,在热力发动机中产生机 械功,如氢气发动机。 3)就是制造氢能燃料电池,燃料电池是一种直接通过电化学反应将 燃料的化学能转化成电能的发电装置。
目前,氢能利用需要解决的三个关键技术:
太阳能利用的具体内容:
(1)太阳能热水器 太阳能热水器是太阳能利用的最典型代表,也是目前太
阳能利用中使用量最大,商业化程度最高,应用最广泛的一 种装置。
系统
单体
太阳能热水器结构图
1、水箱外壳,2、保温层,3、水箱内胆,4、排气溢流孔,5、密封胶圈,6、外水箱端盖,7、防尘圈,8、 电加热器预留孔,9、真空集热管,10、进出水孔,11、漫反射板,12、护罩尾托,13、支架
2.新能源资源状况及其特点;
3.新能源开发利用情况;
5.新能源利用评价方法等。
四、基本要求
了解新能源种类和资源基本情况,新能源在经济社 会发展中的地位和作用,熟悉各种新能源主要特点、应 用原理及其方法,掌握太阳能热利用的主要方式和热力 系统,新能源利用经济性评价方法,新能源开发利用现 状和未来趋势。
2)不可再生能源: 经亿万年形成的,短期内无法恢复的能源。如:煤炭、石 油、天然气。
(3)常规能源和新能源。 1)常规能源: 经过人类长期研究、开发和利用,技术上已相对成熟,
并且大规模使用的能源。如:煤、石油、天然气、电力等。
2)新能源: 相对于常规能源来说,是指人类新近才开发利用,目前 还没有普及和大规模使用的能源。主要是指:太阳能、风能、 地热能、生物质能、氢能、海洋能等。
1)化石能源资源储量越来越少,在不远的将来便发生枯 竭,人类必须寻找新的能源出路,新能源符合社会可持续发 展的基本要求。
2)常规能源大规模的开发利用,带来的环境污染日益突 出,人类面对生存环境问题的挑战,开发利用新能源是减少 温室气体排放的一个重要途径。
3)因地制宜,开发利用新能源,在许多地区已经取得了 可观的经济效益。
(2)太阳能采暧
1)直接利用太阳能加热室内空气,提高室内空气温度实现采暖; 2)采用太阳能集热器生产热水,为室内采暖系统(管道及散热器) 提供热媒.
热水采暖室内设备
(3)太阳能制冷
1)直接以太阳辐射热能作为驱动能源,主要有吸收式 制冷、吸附式制冷和喷射式制冷等;
2)以太阳能产生的机械能为驱动能源主要有压缩式制 冷、光电式制冷和热电制冷等。
(2)氢能利用技术
据推算,如果把海水中的氢全部提取出来,它所产生的总热量比地球 上所有化石燃料放出的热量还大9000倍!除了核燃料外,氢的发热值是所 有燃料发热值中最高的,为142351kJ/kg,是汽油发热值的3倍。其燃烧 性能好,与空气混合时可燃范围在4%~75%,燃点高,燃烧速度快。而 且,氢气与氧气燃烧后的产物为水,通过电解水等手段又可以获得氢,这 样就可以形成可持续的能量利用循环。今天,随着能源形势的越来越严峻, 人们对氢能越来越青睐。
1)制氢技术; 2)氢提纯技术; 3)氢储存与输运技术。
(3)核能利用技术
原理:1)核裂变;2)核聚变。 ①核能发电技术(核电站); 通过反应堆将核能转换为热能,加热水生产蒸汽,推动汽轮机 旋转,带动发电机发电,向外输出电力。 ②核能供热技术(核供热)。 由反应堆将核能转换为热能,生产蒸汽或热水,为生产、生活 提供热源。
(5)生物质能技术
吸收太阳能的生物通过光合作用形成的物质叫生物质, 它所具有的能量叫生物质能。
主要是生物质能转化技术,包括: 1)生物质气化技术;2)生物质固化技术; 3)生物质热解技术;4)生物质液化技术等。
(6)风能利用技术
主要内容有: 风力发电、风帆助航、风车提水、风力致热采暖等。 其中,风力发电是最主要的利用形式。
2010年以前中国太阳电池多数是用于独立光伏发电系统,从 2011年到2020年,中国光伏发电的市场主流将会由独立发电系统转 向并网发电系统,包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。目前,中国实验 室太阳能电池的效率已达21%,可商业化的光伏组件效率达1415%,一般商业化电池效率10-13%。
伴随着产业的快速发展,2006年第四季度多晶硅每公斤突破 300美元后,2007年上半年维持在300美元~330美元,2007年 第四季度初升至360美元~370美元,12月创出每公斤400美元的天 价。
我国生产单晶硅太阳电池的效率在12%~13%,多晶硅太阳电 池在10%,非晶硅太阳电池在5-6%。晶体硅太阳电池在研究上是 朝着高效率化、薄片化、大面积化的方向发展。
3、新能源概念的内涵
1)有别于常规能源,人类开发与利用的时间较短,需要 经过一个长期的过程; 2)技术上还不够成熟,距商业化和大规模应用还有一定 距离,有待于人们继续研究开发;
3)相对于常规能源而言,在不同的历史时期和科技水平 情况下,新能源具有不同的内容;
4)新能源是社会可持续发展的需求,人类面临艰巨的使 命,且具有广阔的发展前景。
3)太阳能电池及太阳能发电的应用及发展状况
目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、 农业、通信、家用电器以及公用设施等部门,尤其可以分散地在边远地 区、高山、沙漠、海岛和农村使用,以节省造价很贵的输电线路。
但是在目前阶段,它的成本还很高,发出1kW电需要投资上万美元, 因此大规模使用仍然受到经济上的限制。
4)开发利用新能源,对提高我国能源供给率,维护能源 安全具有重大意义。
二、新能源开发利用情况
1、太阳能
太阳能是指太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能。 地球每年接受的太阳能总量为l×1018kWh。这相当于 5×1014桶原油,是探明原油储量的近千倍,是世界年耗总 能量的一万余倍。
太阳能可转换为热能、机械能、电能、化学能等。 我国幅员广大,有着十分丰富的太阳能资源。据估算, 我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50x1018kJ,全国 各地太阳年辐射总量达335~837kJ/cm2·a,中值为586kJ /cm2·a。
(4)太阳灶
① 闷晒式太阳灶 被加热物料置于箱体内,通过
太阳照射使箱体温度升高。
② 聚光式太阳灶 利用聚光原理提高温度,将被
加热物料置于焦点,实现加热过程。
③ 热管式太阳灶 将热管吸热端(汽化段)置
于太阳灶聚焦点,热管放热端 (凝结段)引入室内作为热源用 于物料加热。
(5)太阳能光电转换
1) 太阳能电池
此外,还可有以下分类: (1)一次能源和二次能源;
1)一次能源: 由自然界中直接获取而不改变其基本形态的能源。如:煤、 石油、天然气。
2)二次能源: 一次能源经过加工转换成另外一种形态的能源。电、蒸汽
(2)可再生能源和不可再生能源; 1)可再生能源: 在自然界中可以不断再生并规律地得到补充的能源。 如:太阳能、风能、水能、生物质能等。
认真作好笔记(不定期检查),注意课后自学,阅读 有关参考书。
五、教材
王革华 主编, 新能源概论, 化学工业出版社, 2006.8
参考资料
1、翟秀静,刘奎仁,韩庆编著;《新能源技术》2版,化学工业出版社, 2010.2
2、 陈军,袁华堂编著,《新能源材料》,化学工业出版社,2003 3、 王长贵、郑瑞澄主编,《新能源在建筑中的应用》,中国电力出版社,2003. 4、 鲁楠主编,《新能源概论》,中国农业出版社,1997 5、 翁史烈主编,《热能与动力工程基础》,高等教育出版社,2004.11 6、 张鹤飞主编,《太阳能热利用原理与计算机模拟》,西北工大出版社,1990 7、 项立成,赵玉文,罗运俊编著,太阳能的热利用,宇航出版社出版,1990.4 8、 葛新石,龚堡等编著,《太阳能工程—原理和应用》,学术期刊出版社, 1988 9、 吴治坚 主编,《新能源和可再生能源的利用》,机械工业出版社 2006.2 10、李传统 主编,《新能源与可再生能源技术》,东南大学出版社 2005.9
(4)化学电能技术
主要指电池制备技术,将化学能转变为电能。 研究开发新材料、新工艺、新技术,制造大容量、高性 能、寿命长的新型可移动电源,作为人们日益增长的对多样 化能源需求的补充。
目前,主要有以下几种:
①金属氢化物镍电池; ②锂离子电池; ③燃料电池; ④铝电池; ⑤储能电池。
化学电池的开发利用,具有广阔的市场前景。
பைடு நூலகம்太阳能电池类型
太阳能电池台灯
据2008年1月谋体报道,一种可“印”在铝箔上的超薄太阳能电池 日前在美国加利福尼亚州一家工厂生产出来。纳米太阳能公司在瑞士的 经理埃里克·奥尔德科普说:“我们的首块太阳能电池板将用于德国的一 家太阳能电站。我们的目标是生产出发电成本为99美分1瓦的电池 板。”纳米太阳能公司预计,用这种电池板发电能像用煤发电一样便 宜。
2)太阳能电站
具有相当数量规模的太阳能电池,形成稳定的电力供应系统,即 为太阳能电站,如图所示。
•太阳能电池产业化情况
现在,多晶硅的成本约占整个太阳能发电系统成本的70%,据测 算,目前光电成本约为每度3元,如果多晶硅的成本下降到总成本的 20%的话,那么,光电的成本大概在每度1元,再加上一定的政府补 贴,太阳能发电系统才可能在中国进行推广。
(7)地热能应用技术
主要是指地热资源的开发与利用。 例如:如地热采暖、地热发电、地热温室等。
(8)海洋能应用技术
包括各种海洋能利用技术: 1)潮汐能利用技术; 2)海浪能利用技术; 3)海水温差利用技术; 4)海水盐碱度差利用技术等。
可以看出:新能源中除核能外一般也是可再生能源。
5、开发利用新能源的意义
(2)能源 能源是指自然界中可以为人类提供能量的物质资源。 能源是人类生存和推动社会发展的重要物质基础,能源
技术的每一次进步都带动人类社会的发展。
2、能源种类:
根据能量的蕴藏方式可将其分为三大类: 第一类:来自地球以外的天体的能量(太阳能),例如: 煤、石油、天然气等; 第二类:地球本身蕴藏的能量,主要指地热能、原子能等; 第三类:是地球与天体相互作用产生的能量,如潮汐能。
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