可再生能源技术及其应用

太阳能热水系统
太阳辐射能
储热桶
太阳辐射能
热水供应
輔助電熱器
集热器 冷水补充
利用热虹吸原理
太阳能热发电
太阳能热发电系统的构成
太阳能蒸汽热动力发电的原理和传统火力发电的原理类似，所 采用的发电机组和动力循环都基本相同。 太阳能热发电系统，由集热部分、热传输部分、蓄热与热交换 部分和汽轮发电部分组成。
生物质来源
四 类 生 物 质 来 源 未来生物质 中国生物质
木制品制造：包括造纸厂、锯木厂和家具生产厂
城市废物：包括树枝修剪、建筑用废木、废弃的木 制品和包装 农作物废物：果树修剪、食品加工 森林：精选裁掉的树枝、树苗等 短期生长的木本和草本作物， 可以5～10年丰收一次最有前途硬木树 年产农业作物剩余物近5亿吨 木材残余物1620万米3
生物质能利用的形式
生物质能供热系统在工业领域的运用
• 问题-在工业领域中的：
– 规模和复杂度之故，通常不允许自动运行 – 污染物之故，在某些特别领域，可能会限制应用
• 优点-在工业领域中的：
– 该系统通常很适合工业工艺过程的负荷：
• 其可以满足连续供热需求 • 其可以全年以额定产能全速运行 • 最大程度地节省燃料
其它形式的生物质
（1）动物粪便 动物粪便是从植物体转化而来的，富含有机物，数量也很大。 发酵释放大量温室气体；若处理不善，还会对水体造成污染。 （2）城市垃圾 城市垃圾成分比较复杂，居民生活垃圾，办公、服务业垃圾， 部分建筑业垃圾和工业有机废弃物都含有大量有机物。
（3）有机废水 工业有机废水和生活污水，往往也含有丰富的有机物。
风电机组及其构成
控制系 统 我国已经形 成较为完善 的风电产业 链，除个别 产品制造能 力较弱外， 大部分零部 件已经实现 国产化 整机控 制 变流器 叶片 轮毂 变桨系 统 变桨轴 承 变桨控 制 铸件 锻件 合金材 料 控制柜
风轮
复合材 料
塔筒
法兰
锻件
钢材
合金材 料
合金材 料
风电市场的发展
140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1996~2010年间平均增长56.3% 24120
齿轮箱
齿轮箱轴承
铸件（外壳）
锻件（轮齿等）
合金材料 合金材料 合金材料
我国已经形 成较为完善 的风电产业 链，除个别 产品制造能 力较弱外， 大部分零部 件已经实现 国产化
主轴 主轴承 轴承
锻件 锻件 铸件
发电机
发电机轴承
铸件（外壳）
锻件
合金材料 铜材
底座 偏航系统 偏航轴承 偏航控制
铸件 锻件 合金材料
地热发电
• 地热发电的基本原理与火力发电类似， 也是根据能量转换原理，首先把地热能 转换为机械能，再把机械能转换为电能。
地热直接利用
地热能直接利用于烹饪、沐浴及暖房，已有 悠久的历史。至今，天然温泉与人工开采的地 下热水仍被人类广泛使用。据联合国统计，世 界地热水的直接利用远远超过地热发电。中国 的地热水直接利用居世界首位，其次是日本。 地热水的直接用途非常广泛，主要有采暖空 调、工业烘干、农业温室、水产养殖、旅游温 泉、疗养保健等。
– 土地 – 水资源 – 生态/环境 – 社会
• 资源广泛 • 发电成本高 • 技术不断进步
• 资源评价 • 应用领域
• 资源广泛 • 收集利用成本高 • 液体燃料
• 移民压力 • 生态压力
• 资源？ • 发电成本？ • 技术进步？
• 安全性担忧 • 装备供应能力 • 发电能力稳定
技术和经济性仍是可再生 能源发展的最大制约最大 因素
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生物质能用技术
生物质的概念
生物质，是指有机物中除化石燃料外所有来源于动、植物和 微生物的物质， 包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所 有有机物。
生物质能利用
生物质是怎么形成的，怎样获得？ 生物质资源有何特点？ 我国的生物质资源情况如何？ 沼气是如何形成的？ 垃圾能否被利用？ 生物质燃料的类型和特点？ 生物质发电有哪些方式？



我国海上风电
• 2009年的亮点是海上风电开始起步与部署，特许权招标项目开始启动， 30多台3MW的风机开始安装与调试。 我国电力消费中首次出现海上风电电力 标志着我国海上风电开发正式拉开帷幕。
2009年3月20日，由华锐首台3MW海上风电机组在上海东 海大桥成功安装
2009年9月，东海大桥海上风电场首 批三台机组并网发电
新能源是指开发利用较少或正在开发研究但很有发展 前途，今后将越来越重要的能源，如太阳能、地热能、 生物质能、氢能、海洋能和潮汐能等。
新能源分类
广义上来说，有别于传 统依靠矿物质原料燃烧 的能源都称之为新能源。
新能源
Wave Tide
太阳能
风能
生物质能
核能
地热、潮汐 能……
资源丰富、利用方便、洁净无污染 太阳能利用的重要途径之一是研制太阳电池！
地源热泵系统的组成
地源 热泵 机组 水或 空气 循环
室外地能 换热系统
水循环
建筑物采 暖、空调 或热水末 端
地源热泵的组成部分
压缩机 蒸气
高温
蒸 发 器 低温 冷 凝 器
“液体工质 源” 热泵 室内 加热/制冷 分配子系统 与地表的连接部分
膨胀阀 液体
风能利用技术
风能的利用形式
• 风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、 机械能等各种形式的能量，用于发电、提水、 助航、制冷和制热等
16880
41000
45000
•
2008年
40000
35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0
•
2009年
– 占新增容量约9% – 总装机容量比例约 1.5% – 占发电量约0.43% – 占新增容量约9% – 总装机容量比例约 2% – 占发电量约0.7% – 占新增容量约15% – 总装机容量比例约 3.2% – 占发电量约1.1%
可再生能源技术及其应用
主要内容
• 概述 • 太阳能利用技术
• 地热能利用技术
• 风能利用技术
• 生物质能利用技术
• 新能源开发与利用产业政策
基本概念
能源根据应用范围、技术成熟程度及经济性分为常规 能源和新能源两大类。 常规能源是指那些技术上比较成熟，已被人类广泛 利用，在生产和生活中起着重要作用的能源,例如煤炭、 石油、天然气、水能等。在今后一个相当长的时期内， 它们仍将担任世界能源舞台上的主角。
光—电转换
• 光—电转换是用硅、砷化镓等半导体材料直接将太阳能 转换成电能，通常称太阳能电池。目前，硅太阳能电 池的理论效率为22%，在实验室最高达到18%，大量生 产时太阳能电池的效率只有10%左右。太阳能电池造价 高昂，最初应用于空间技术，有90%的人造卫星和宇宙 飞船都采用太阳能电池供电。
• 太阳能电池与蓄电池配合，已广泛用于灯塔，航标灯， 科学观测站等场所；用太阳能电池驱动的电动汽车已 设计成功。
电池、 模组及阵列
电气负载
磷元素掺杂（N型） 硅层~0.3微米
光伏 电池
DC直流电流
硼元素掺杂（P型） 硅层~250微米
Baidu Nhomakorabea
光伏(PV)系统工作原理
能量源：如太阳
能量转换：光能-直流电能
能量 储存
能量（电能）的“逆变”与“调节”:
直流-交流（与市电同频同相）
市电
能量配送
能量使用
奥运史上规模最大的太阳能热水项目
地热能的来源
水汽、臭氧层、尘埃吸收了 19%的能量 云层反射 17%的能量
云层吸收 4%的能量
• 地表热导率较低 • 热阻起伏不定 地球表面 反射6%的能量
地球表面吸收了 46%的能量
地热能的利用方式
对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下： 1、200～400℃直接发电及综合利用； 2、150～200℃双循环发电，制冷，工业干燥，工 业热加工； 3、100～150℃双循环发电，供暖，制冷，工业干 燥，脱水加工，回收盐类，罐头食品； 4、50～100℃供暖，温室，家庭用热水，工业干 燥； 5、20～50℃沐浴，水产养殖，饲养牲畜，土壤加 温，脱水加工。
目前应用较多的是水平轴风力机，且多用螺旋桨型叶片。 水平轴风力机主要包括风轮、塔架、机舱等部分。 －风轮是由轮毂及安装于轮毂上的若干叶片(桨叶)组成，是风 力机捕获风能的部件； 叶片 －塔架是风力机的支撑结构； －机舱内集中放置调向装置、 轮毂 机舱 控制装置、传动机构、发电机等。
塔架
风电机组及其构成
地热直接利用
地热供暖
将地热能直接用于采暖、供热和供热水是 仅次于地热发电的地热利用方式。我国利用 地热供暖和供热水发展也非常迅速，在京津 地区已成为地热利用中最普遍的方式。
地源热泵系统
原理：土壤源热泵系统是以岩土体为 冷热源，由水源热泵机组、地埋管换热 系统、建筑物内系统组成的供热空调系 统。 地源热泵系统——地埋管 35m ，共 110 根，热平衡分析，冬季供应热水进行热 平衡。
生物质燃烧系统(BCS)： 总体布局
生物质燃料 储存 热水 供应 热 交换 集尘 排放 系统 及 堆场
生物质燃料 运输交付 生物质 燃料 输送
生物质燃料回收
20 08
北 京 奥 运 会
• 在奥运会期间，为 18,212 名运动员提供 生活热水，安装面积为7,500m2，日产 热水达 600 吨； • 每年节电 5,000,000kWh，减少CO2 排 放3,800 吨； • 是奥运史上规模最大的太阳能热水项目。
地热能利用技术
大气层分散了 8%的能量
可再生能源
可再生能源的概念 可再生能源是指从自然界可以直接获取、 可连续再生、永续利用的一次能源。这些 能源基本上直接或间接来自太阳。 在自然界可不断再生并有规律地得到补充 的能源：水力、生物质能、太阳能、风力、 地热、海洋能、畜力等。
可再生能源的机遇和挑战
• • • • • 资源潜力 技术水平 产业基础 市场经济性 其它制约因 素
12200 12220 6000 1266 79 170 224 268 344 400 468 567 197 502 1333 99 764 2599
3401 6200
•
2010年
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
夏天
冷 热
热
冷
冷 在夏天， 把热量排到土壤中
热 热 热
冬天
冷
暖 冷 暖
冷
暖
在冬天， 我们从土壤中吸取热量 （示意图）
基本概念

地源热泵的概念
地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源（也称为地源能，包括土壤、地下 水、地表水等）的既可制冷空调又可采暖和提供热水的高效节能空调技术。地 源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），以地源能作为热泵夏季制冷的 冷却源、冬季采暖供热的低温热源，同时实现建筑采暖、空调和生活热水的三 联供。
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风力发电
• 微型风电机
风机、蓄电池、控制器、逆变器
• 大型风电机
叶轮；传动系统；发电机； 刹车系统；偏航系统； 塔架；控制监测系统
• 大型风电场
并网供电
(1)荷兰式风力机 12世纪初荷兰人发明，曾在欧洲(荷、比、西等国)广泛使用。 这可能是出现最早的水平轴风力机。
水平轴风力机的结构和原理
水平轴风力机的结构
累计装机(MW)
新增装机(MW)
年增长率%
风电产业的发展：一片一线的布局
陆上风电 • 资源评价基础相对 较好 • 风电设备相对成熟 • 与负荷距离较远 • 电网连接瓶颈大 • 发电经济性较好 • 配套设备较为完善 • 施工难度小
海上风电

资源评价基础相 对较差 风电设备相对不 成熟 与负荷距离较近 电网连接瓶颈小 发电经济性较差 安装设备、电缆 、变压器等有特 殊要求 运输、施工挑战
市场机制和管理体系不能适应可再生能源大规模发展需要
8
太阳能利用技术
太阳能的利用方式
太阳能的利用方式目前有四种：
– 光—热转换
– 光—热—电转换
– 光—电转换
– 光—化学能转换
空气、地表吸热
水蒸气形成雨雪
光热转换
空气变热形成风
光热电转换
食物中的化学能 太阳能发电 光化转换 光合作用 煤炭 光电转换 航天器