新能源與可再生能源利用優(yōu)選ppt資料

第七章新能源與可再生能源利用(lìyòng)第一頁(yè)，共173頁(yè)。7.1太陽(yáng)能7.1.1概述從廣義上說(shuō)，地球(dìqiú)上除了地?zé)崮?、核能和潮汐能以外的所有能源都?lái)源于太陽(yáng)能。（一）太陽(yáng)能的特點(diǎn)1．?dāng)?shù)量巨大但卻非常分散2．時(shí)間長(zhǎng)久但卻不連續(xù)不穩(wěn)定3．清潔安全、免費(fèi)使用但初高（二）太陽(yáng)能利用的方式1．太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能2．太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能3．太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能第二頁(yè)，共173頁(yè)。7.1.2太陽(yáng)輻射能的基本特性與集熱器原理（一）太陽(yáng)輻射能的基本特性1．太陽(yáng)常數(shù)地球除自轉(zhuǎn)以外,還在一橢圓形軌道上繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)軸與其公轉(zhuǎn)軌道平面法線成23°27ˊ的夾角。太陽(yáng)與地球間的距離(jùlí)，在一年中隨著季節(jié)的變化而變化。第三頁(yè)，共173頁(yè)。所謂太陽(yáng)(tàiyáng)常數(shù)，是指在日地平均距離時(shí)，地球大氣層外，垂直于太陽(yáng)(tàiyáng)光線的單位面積上，在單位時(shí)間內(nèi)所接受到的太陽(yáng)(tàiyáng)輻照度。太陽(yáng)(tàiyáng)常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值是1353W/m2，用Esc表示。大氣層外太陽(yáng)(tàiyáng)輻照度隨季節(jié)變化按下式計(jì)算：第四頁(yè)，共173頁(yè)。2．太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)輻射，約有43％的太陽(yáng)輻射因反射和散射而折回宇宙空間；僅有57％左右進(jìn)入地表和大氣，而這57％中又有14％為大氣層所吸收；在剩下的43％中，以直射輻射占27％和漫射輻射占16％的比例到達(dá)地面，而且它主要是波長(zhǎng)0.29～2.5μm的太陽(yáng)輻射能。3．太陽(yáng)高度角和日照時(shí)間太陽(yáng)高度角的定義為：太陽(yáng)光線與地平面之間的夾角(jiājiǎo)，也簡(jiǎn)稱(chēng)為太陽(yáng)高度。日照時(shí)間就是從日出到日落的時(shí)間。不同緯度地區(qū)的日照時(shí)間不同。第五頁(yè)，共173頁(yè)。4．地球表面的太陽(yáng)輻射與大氣質(zhì)量到達(dá)(dàodá)地面的太陽(yáng)輻射實(shí)際上由兩部分組成：一部分是由太陽(yáng)直接輻射而來(lái)的，叫做直射輻射；另一部分由分子、灰塵、水滴等散射而來(lái)的叫做漫射輻射。太陽(yáng)光線穿過(guò)大氣層的路程直接影響到達(dá)(dàodá)地面的太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)輻射經(jīng)歷大氣的路程常用大氣質(zhì)量來(lái)表示。第六頁(yè)，共173頁(yè)。所謂大氣質(zhì)量就是太陽(yáng)光線穿過(guò)地球大氣的路程與垂直方向上經(jīng)歷(jīnglì)的大氣路程之比，常用符號(hào)m表示。并設(shè)在海平面上空垂直方向的m為1，如圖7－1中OP所示。在任意高度角θ時(shí)相應(yīng)的大氣質(zhì)量m可近似用下列公式計(jì)算第七頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－1大氣質(zhì)量示意圖

第八頁(yè)，共173頁(yè)。（二）太陽(yáng)能集熱器原理典型的集熱器的型式有：平板(píngbǎn)型、聚焦型和真空管型。1．平板(píngbǎn)集熱器的基本結(jié)構(gòu)如圖7－2所示，平板(píngbǎn)集熱器通常由三部分組成：第九頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－2平板(píngbǎn)集熱器1-透明蓋板(ɡàibǎn)2-吸熱蓋板(ɡàibǎn)3-絕熱框體第十頁(yè)，共173頁(yè)。（1）透明蓋板作用是讓太陽(yáng)輻射透過(guò)而防止吸熱板熱能輻射的透過(guò)及對(duì)流損失。用低鐵玻璃作為蓋板，可以很好地完成這一功能。（2）吸熱板作用是吸收透過(guò)蓋板的太陽(yáng)輻射并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑐鹘o其中流過(guò)的工質(zhì)如水、空氣等。吸熱板應(yīng)是對(duì)太陽(yáng)輻射吸收率高、對(duì)紅外線輻射發(fā)射率低的選擇性表面。（3）絕熱框體它的作用是支撐固定(gùdìng)蓋板、吸熱板，并防止側(cè)面、底部散熱。第十一頁(yè)，共173頁(yè)。插圖7—1平板集熱器與連接(liánjiē)水箱第十二頁(yè)，共173頁(yè)。2．平板集熱器的基本能量平衡方程對(duì)于采光面積為的平板集熱器，其能量平衡方程為：

集熱器效率是衡量集熱器性能的一個(gè)重要參數(shù)，其定義為在任何一段時(shí)間內(nèi)，有用能量與投射(tóushè)在集熱器面積上的太陽(yáng)輻射能之比，即：

第十三頁(yè)，共173頁(yè)。3．平板集熱器太陽(yáng)輻照度的工程計(jì)算進(jìn)行該項(xiàng)計(jì)算的方程為（1）入射角的計(jì)算太陽(yáng)入射角i是指被太陽(yáng)照射的表面的法線和太陽(yáng)射線間的夾角。為了計(jì)算入射角，必須知道(zhīdào)太陽(yáng)高度角（h，即地平面與太陽(yáng)射線的夾角)、太陽(yáng)方位角(，即太陽(yáng)射線和正南方之間的夾角)、傾斜面的方位角（Φ，即傾斜面的法向平面與正南方之間的夾角）以及傾斜面的傾角（α），如圖7—3所示。第十四頁(yè)，共173頁(yè)。圖7—3太陽(yáng)(tàiyáng)入射角等示意圖第十五頁(yè)，共173頁(yè)。由此，任意(rènyì)取向的表面的太陽(yáng)射線入射角i的普遍式為第十六頁(yè)，共173頁(yè)。（2）太陽(yáng)(tàiyáng)的直射輻照度的計(jì)算公式為：式中，為表觀太陽(yáng)(tàiyáng)輻照度（W／m2)；B為大氣衰減系數(shù)，無(wú)因次。和B的值與月份有關(guān)。第十七頁(yè)，共173頁(yè)。4．平板集熱器效率計(jì)算平板集熱器中工作流體的溫度范圍為30～90℃，隨集熱器的形式和用途而異。對(duì)于具有雙層蓋板的平板集熱器，其集熱器效率按定義可以表達(dá)為

使用液體(yètǐ)作載熱劑的集熱器，其FR值約為0.9。K值可由試驗(yàn)確定，工程上估算：對(duì)于無(wú)蓋板的，最大約15W／(m2?K)；單層蓋板，6～7W／(m2?K)；雙層蓋板，3～4W／(m2?K)。第十八頁(yè)，共173頁(yè)。例7-1太陽(yáng)能供熱用的1m×2m雙層蓋板(ɡàibǎn)平板式集熱器，每層蓋板(ɡàibǎn)的透射率是0.87，鋁吸熱板的α＝0.9,E＝800W／m2，t2＝10℃，t1＝50℃。試求集熱器的效率。解取K值為3.5W／(m2?K)，?。?.9，由效率計(jì)算式得

第十九頁(yè)，共173頁(yè)。在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常使用如圖7—4所示的集熱器效率圖來(lái)選擇集熱器。圖7—4中的直線截距表示集熱器可能得到的最大的瞬時(shí)效率；直線的斜率表示集熱器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的熱損程度。從圖7—4可以看出蓋板的作用。在Ti-Ta較小時(shí)，因?yàn)閷?duì)流損失小，沒(méi)有或只有(zhǐyǒu)單層蓋板的集熱器的效率較高；在較大時(shí)，則以雙層蓋板集熱器的效率為高。第二十頁(yè)，共173頁(yè)。圖7—4典型(diǎnxíng)平板式集熱器的效率A—無(wú)蓋板(ɡàibǎn)B—單層蓋板(ɡàibǎn)，無(wú)選擇性涂層C—雙層蓋板(ɡàibǎn)，無(wú)選擇性涂層D—雙層蓋板(ɡàibǎn)，選擇性涂層第二十一頁(yè)，共173頁(yè)。第十五頁(yè)，共173頁(yè)。低溫?zé)岚l(fā)電——大多用平板集熱器或平板-圓柱拋物面集熱器，集熱溫度100-150℃；第九十二頁(yè)，共173頁(yè)。上述兩式相等可以(kěyǐ)得到：第八十二頁(yè)，共173頁(yè)。到目前為止，對(duì)于地?zé)豳Y源的利用主要是水熱資源的開(kāi)發(fā)。明顯優(yōu)點(diǎn)是，供求比較一致，貯能的要求不象太陽(yáng)能采暖那樣突出。CH4(g)＋2O2(g)→CO2(g)＋2H2O(l)第一百零三頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－35氫－氧燃料電池工作(gōngzuò)原理風(fēng)速常用瞬時(shí)風(fēng)速和平均風(fēng)速來(lái)描述。由圖7-4中曲線C得ηc＝0.插圖7—8青海(qīnɡhǎi)共和縣4kW太陽(yáng)能光伏電站V---通過(guò)風(fēng)輪時(shí)的實(shí)際風(fēng)速；硅太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)如圖7－11所示，其底層（或稱(chēng)基體）為P型半導(dǎo)體，不受光照，基體底下有一薄金屬涂層形成下電極（正極(zhèngjí)）；圖7—4中的直線(zhíxiàn)截距表示集熱器可能得到的最大的瞬時(shí)效率；直線(zhíxiàn)的斜率表示集熱器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的熱損程度。使用有選擇性的吸熱板表面，再加上雙層蓋板、可以大大提高集熱器的效能，如圖7—4中集熱器D的曲線所示。第二十二頁(yè)，共173頁(yè)。例7—21m×2m的雙層平板式集熱器，其吸熱板無(wú)選擇性、用水作冷卻劑，水的比定壓熱容Cp為4186.8J／(kg?℃)。如果(rúguǒ)冷卻劑流量qm為0.03kg／s，入口溫度為50℃，太陽(yáng)輻照度為800W／m2。試求1）集熱速率；2）當(dāng)環(huán)境溫度為10℃時(shí)，水的出口溫度。解1）(Ti-Ta)/E＝(50-l0)／800℃?m2/W＝0.05℃?m2／W由圖7-4中曲線C得ηc＝0.5，于是集熱速率Φ＝EAηc＝800×2×0.5W＝800W2)Φ=qmCp(t0-ti)出口溫度t0＝(50+800／0.03／4186.8)℃=56.37℃第二十三頁(yè)，共173頁(yè)。7.1.3太陽(yáng)能熱發(fā)電(fādiàn)（一）太陽(yáng)能熱發(fā)電(fādiàn)的基本原理太陽(yáng)能熱發(fā)電(fādiàn)系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器、熱機(jī)和冷卻器組成，如圖7－5所示。太陽(yáng)能熱電站的最高效率是卡諾熱機(jī)效率，即卡諾效率ηET1—集熱器輸出的最高流體溫度;T2—冷卻器的最低放熱溫度T2。第二十四頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－5太陽(yáng)能熱電站熱力學(xué)原理(yuánlǐ)1－集熱器2－熱機(jī)(rèjī)3－冷卻器第二十五頁(yè)，共173頁(yè)。設(shè)集熱器中工作流體吸熱量為,則電站的最高效率為因此，定義一個(gè)太陽(yáng)能熱電站的總效率ηS是必要的，即以發(fā)電站的總效率最高為目標(biāo)函數(shù)，可以(kěyǐ)求得最佳的集熱溫度。第二十六頁(yè)，共173頁(yè)。（二）太陽(yáng)能熱發(fā)電分類(lèi)及系統(tǒng)組成1） 按集熱溫度分低溫?zé)岚l(fā)電——大多用平板集熱器或平板-圓柱拋物面集熱器，集熱溫度100-150℃；中高溫?zé)岚l(fā)電——用聚焦型集熱器。2）對(duì)于高溫太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，按照接收太陽(yáng)能的形式分集中式——如，塔式系統(tǒng)（集熱器如圖7－8），屬“點(diǎn)”聚焦，聚光倍數(shù)(bèishù)高達(dá)500以上，可實(shí)現(xiàn)高溫太陽(yáng)能熱發(fā)電。第二十七頁(yè)，共173頁(yè)。分散式——如，槽式系統(tǒng)（集熱器如圖7－7）和盤(pán)式系統(tǒng)（集熱器如圖7—9）。槽式電站屬“線”聚焦，聚光倍數(shù)僅為幾十，可實(shí)現(xiàn)中溫太陽(yáng)能熱發(fā)電(fādiàn)。盤(pán)式系統(tǒng)屬“點(diǎn)”聚焦。典型的太陽(yáng)能發(fā)電(fādiàn)系統(tǒng)一般由聚光集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)、輔助能源子系統(tǒng)和汽輪機(jī)發(fā)電(fādiàn)子系統(tǒng)組成，如圖7－6所示。第二十八頁(yè)，共173頁(yè)。1－集熱器2－換熱器3－汽輪機(jī)4－發(fā)電機(jī)5－冷凝器6－泵圖7－6太陽(yáng)能熱發(fā)電(fādiàn)系統(tǒng)示意圖第二十九頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－7槽形拋物面集熱器1－拋物面聚焦(jùjiāo)器2－接收器第三十頁(yè)，共173頁(yè)。1－接收器2－定日鏡

圖7－8塔式集熱器

第三十一頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－9盤(pán)（或碟）式拋物面集熱器

1－接收器2－拋物形陣列(zhènliè)第三十二頁(yè)，共173頁(yè)。插圖(chātú)7—2槽式太陽(yáng)能聚光器第三十三頁(yè)，共173頁(yè)。插圖(chātú)7—3塔式太陽(yáng)能集熱器整體裝置第三十四頁(yè)，共173頁(yè)。插圖(chātú)7—4定日鏡第三十五頁(yè)，共173頁(yè)。插圖(chātú)7-5單蝶式太陽(yáng)能聚光器插圖(chātú)7-6多蝶式太陽(yáng)能聚光器第三十六頁(yè)，共173頁(yè)。7.1.4太陽(yáng)電池借助于光電效應(yīng)使太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，其轉(zhuǎn)換器件稱(chēng)為太陽(yáng)電池?，F(xiàn)以晶體硅電池應(yīng)用最廣，發(fā)展(fāzhǎn)較為成熟。1．光電轉(zhuǎn)換基本原理太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換是指太陽(yáng)的輻射能光子通過(guò)半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程,在物理學(xué)上叫“光生伏打效應(yīng)”，所以也稱(chēng)光伏電池。太陽(yáng)電池都是由P型與N型半導(dǎo)體相接觸形成PN結(jié)而成的。這樣的半導(dǎo)體受到陽(yáng)光照射時(shí)，會(huì)發(fā)生光電轉(zhuǎn)換。第三十七頁(yè)，共173頁(yè)。2．太陽(yáng)電池基本結(jié)構(gòu)和形式硅太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)如圖7－11所示，其底層（或稱(chēng)基體）為P型半導(dǎo)體，不受光照，基體底下有一薄金屬涂層形成下電極（正極(zhèngjí)）；上層為N型半導(dǎo)體，上部設(shè)有柵格形金屬網(wǎng)形成上電極（負(fù)極），N型半導(dǎo)體頂部鍍了一層透明的、極薄的減反射膜，它比裸硅有更好的光傳輸性能，能最大限度地減少光反射。目前主要的，也是效率最高的商業(yè)化太陽(yáng)電池仍是由單晶硅制成，其光電轉(zhuǎn)換效率也在12%以上。第三十八頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－10太陽(yáng)能電池基本(jīběn)結(jié)構(gòu)第三十九頁(yè)，共173頁(yè)。3．太陽(yáng)電池的應(yīng)用以往太陽(yáng)電池主要在航天上應(yīng)用較多，下面是幾個(gè)民用實(shí)例。（1）野外及邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)農(nóng)牧民用太陽(yáng)能發(fā)電簡(jiǎn)易(jiǎnyì)供電系統(tǒng)。（2）野外及戶(hù)用太陽(yáng)能供電小系統(tǒng)。如圖7-11。第四十頁(yè)，共173頁(yè)。圖7-11太陽(yáng)電池(tàiyánɡdiànchí)交流供電系統(tǒng)圖第四十一頁(yè)，共173頁(yè)。（3）太陽(yáng)電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)(xìtǒng)（3kW）太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)(xìtǒng)一般是由①太陽(yáng)能電池板、②并網(wǎng)逆變器、③戶(hù)內(nèi)配電箱和④并網(wǎng)控制計(jì)量器組成。如圖7-12所示。圖7-12太陽(yáng)電池(tàiyánɡdiànchí)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（3kW）第四十二頁(yè)，共173頁(yè)。插圖(chātú)7—7太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)的部件連接第四十三頁(yè)，共173頁(yè)。插圖7—8青海(qīnɡhǎi)共和縣4kW太陽(yáng)能光伏電站第四十四頁(yè)，共173頁(yè)。7.1.5太陽(yáng)能建筑太陽(yáng)能建筑是指能用太陽(yáng)能代替部分(bùfen)常規(guī)能源來(lái)提供采暖、熱水、空調(diào)、照明、通風(fēng)、動(dòng)力等功能的建筑物。太陽(yáng)能建筑的發(fā)展大體可分為三個(gè)階段：第一階段為被動(dòng)式大陽(yáng)房，第二階段為主動(dòng)式太陽(yáng)房，第三階段是再加上太陽(yáng)電池應(yīng)用。（一）太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)由集熱器、蓄熱水箱及連接管道等組成。按照流體的流動(dòng)方式，有：循環(huán)式、直流式、悶曬式。按照流體循環(huán)的動(dòng)力，循環(huán)式又分為自然循環(huán)式和強(qiáng)迫循環(huán)式。第四十五頁(yè)，共173頁(yè)。1. 自然循環(huán)熱水系統(tǒng)圖7-13(a)和(b)是自然循環(huán)式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，不消耗其他資源(zīyuán)。由于自然循環(huán)的動(dòng)力完全取決于日照。使該熱水系統(tǒng)的使用具有一定的局限性，一般適用于小型熱水系統(tǒng)。第四十六頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－13(a)自然循環(huán)式太陽(yáng)能熱水(rèshuǐ)系統(tǒng)第四十七頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－13(b)自然循環(huán)式太陽(yáng)能熱水(rèshuǐ)系統(tǒng)第四十八頁(yè)，共173頁(yè)。2.強(qiáng)迫循環(huán)熱水系統(tǒng)對(duì)于大型供熱水系統(tǒng)，應(yīng)采用強(qiáng)迫循環(huán)熱水系統(tǒng)。蓄熱水箱可以設(shè)置在任意地方，但需要消耗電力驅(qū)動(dòng)水泵及控制系統(tǒng)，若停電(tínɡdiàn)系統(tǒng)不能工作。第四十九頁(yè)，共173頁(yè)。（二）太陽(yáng)能供暖太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)可以分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩大類(lèi)。被動(dòng)式太陽(yáng)能供暖，簡(jiǎn)稱(chēng)為太陽(yáng)房。主動(dòng)式太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)包括集熱設(shè)備、貯存熱量用的貯熱設(shè)備、供暖房間的配熱設(shè)備、輔助熱源以及(yǐjí)輸送熱媒的動(dòng)力設(shè)備和管道等。根據(jù)輸送熱量的熱媒載熱流體的不同，又可分為空氣式或熱水式兩種供暖系統(tǒng)。第五十頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－14以空氣(kōngqì)為介質(zhì)的主動(dòng)式太陽(yáng)能供暖系統(tǒng)1－集熱器2－蓄熱裝置3－輔助加熱(jiārè)裝置4－風(fēng)機(jī)第五十一頁(yè)，共173頁(yè)。（三）太陽(yáng)能制冷明顯優(yōu)點(diǎn)是，供求比較一致，貯能的要求不象太陽(yáng)能采暖那樣突出。太陽(yáng)能制冷的方法有三種：“光-電-冷”——使用光電池產(chǎn)生電流，通過(guò)溫差制冷器直接制冷?！肮?熱-電-冷”——使用太陽(yáng)能熱機(jī)帶動(dòng)(dàidòng)發(fā)電機(jī)再帶動(dòng)(dàidòng)制冷機(jī)制冷，或用太陽(yáng)能熱機(jī)直接帶動(dòng)(dàidòng)壓縮式制冷機(jī)制冷。“光-熱-冷”——用太陽(yáng)能直接起動(dòng)吸收式或噴射式制冷機(jī)制冷。第五十二頁(yè)，共173頁(yè)。7.2風(fēng)能風(fēng)能是地球表面大量空氣(kōngqì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。太陽(yáng)輻射能是風(fēng)能的源泉，屬于豐富且清潔的可再生能源之一。7.2.1概述1．風(fēng)的產(chǎn)生風(fēng)就是大氣的運(yùn)動(dòng)。一般把垂直方向的大氣運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為氣流，水平方向的大氣運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為風(fēng)。大氣壓差是風(fēng)形成的主要因素。第五十三頁(yè)，共173頁(yè)。2.風(fēng)向理論上風(fēng)從高壓吹向低壓區(qū)。在北半球，風(fēng)以逆時(shí)針?lè)较颦h(huán)繞氣旋（低壓）區(qū)，而以順時(shí)針?lè)较颦h(huán)繞反氣旋（高壓）區(qū)。風(fēng)向，可利用風(fēng)向標(biāo)（一種圍繞立軸旋轉(zhuǎn)的金屬片），從風(fēng)向與固定主方位指示桿之間的相對(duì)位置(wèizhi)來(lái)測(cè)定。利用各個(gè)地方每日的記錄，可畫(huà)出一幅極線圖，顯示出各種風(fēng)向發(fā)生時(shí)間的百分比（數(shù)字沿半徑線標(biāo)注）。第五十四頁(yè)，共173頁(yè)。3.風(fēng)速風(fēng)速表示(biǎoshì)空氣在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的距離，以米/秒為單位。風(fēng)速常用瞬時(shí)風(fēng)速和平均風(fēng)速來(lái)描述。瞬時(shí)風(fēng)速是指在極短時(shí)間內(nèi)的風(fēng)速，它是實(shí)際發(fā)生作用的風(fēng)速。平均風(fēng)速是指在一段時(shí)間內(nèi)各瞬時(shí)風(fēng)速的平均值。通常測(cè)風(fēng)高度為10m。對(duì)于風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置而言，可利用的風(fēng)能是在“啟動(dòng)風(fēng)速”到“停機(jī)風(fēng)速”之間的風(fēng)速段，該風(fēng)速范圍內(nèi)的平均風(fēng)功率密度稱(chēng)為“有效風(fēng)功率密度”。風(fēng)速的變幅就是風(fēng)速變化的幅度。4.風(fēng)級(jí)風(fēng)級(jí)是根據(jù)風(fēng)對(duì)地而或海面物體影響而引起的各種現(xiàn)象。表7-1為風(fēng)級(jí)表現(xiàn)。第五十五頁(yè)，共173頁(yè)。風(fēng)級(jí)名稱(chēng)相應(yīng)風(fēng)速（m/s）表現(xiàn)0無(wú)風(fēng)0～0.2零級(jí)無(wú)風(fēng)炊煙上1軟風(fēng)0.3～1.5一級(jí)軟風(fēng)煙稍斜2輕風(fēng)1.6～3.5二級(jí)輕風(fēng)樹(shù)葉響3微風(fēng)3.4～5.4三級(jí)微風(fēng)樹(shù)枝晃4和風(fēng)5.5～7.9四級(jí)和風(fēng)灰塵起5清勁風(fēng)8～10.7五級(jí)輕風(fēng)水起波6強(qiáng)風(fēng)10.8～13.8六級(jí)強(qiáng)風(fēng)大樹(shù)搖7疾風(fēng)13.9～17.1七級(jí)疾風(fēng)步難行8大風(fēng)17.2～20.7八級(jí)大風(fēng)樹(shù)枝折9烈風(fēng)20.8～24.4九級(jí)烈風(fēng)煙囪毀10狂風(fēng)24.5～28.4十級(jí)狂風(fēng)樹(shù)根拔11暴風(fēng)28.5～32.6十一級(jí)暴風(fēng)陸罕見(jiàn)12颶風(fēng)32.7~36.9十二級(jí)颶風(fēng)浪滔天第五十六頁(yè)，共173頁(yè)。5.風(fēng)速頻率與風(fēng)玫瑰圖風(fēng)速頻率是指某地(mǒudì)一年（或一個(gè)月）之內(nèi)具有相同風(fēng)速的總時(shí)數(shù)的百分比。用各方向上平均風(fēng)速頻率和平均風(fēng)速立方值的乘積，繪制成風(fēng)玫瑰圖，可顯示風(fēng)能資源情況及能量集中的方向，如圖7－15所示。第五十七頁(yè)，共173頁(yè)。北西東南圖7－15風(fēng)能(fēnɡnénɡ)玫瑰圖第五十八頁(yè)，共173頁(yè)。

6.風(fēng)能密度它是指迎風(fēng)面上每平方米面積上把運(yùn)動(dòng)著的空氣動(dòng)能全部利用起來(lái)可以得到的最大功率。風(fēng)能實(shí)質(zhì)上就是流動(dòng)著的空氣的動(dòng)能，而每立方米以流速為v流動(dòng)著的空氣動(dòng)能為

因?yàn)?yīnwèi)與空氣流動(dòng)方向相垂直的每一平方米面積上所流過(guò)的空氣流速為v，所以風(fēng)能密度為

可以對(duì)不同風(fēng)速情況的風(fēng)能資源有一個(gè)總體的評(píng)價(jià)。第五十九頁(yè)，共173頁(yè)。風(fēng)能資源評(píng)價(jià)在30米高度內(nèi)的風(fēng)能密度（W/m2）在10米高度內(nèi)的平均風(fēng)速（m/s）在30米高度內(nèi)的平均風(fēng)速（m/s）可利用240－3205.1－5.66.0－6.5較豐富320－4005.6－6.06.5－7.0豐富>400>6.0>7.0表7－2風(fēng)能(fēnɡnénɡ)資源評(píng)價(jià)表第六十頁(yè)，共173頁(yè)。我國(guó)風(fēng)能資源的分布我國(guó)一般都用有效風(fēng)能密度和年累積有效風(fēng)速小時(shí)數(shù)兩個(gè)指標(biāo)來(lái)表示風(fēng)能資源的潛力和特征。我國(guó)風(fēng)能密度的分布有以下(yǐxià)幾個(gè)特點(diǎn)：（1）東南沿海及其島嶼為我國(guó)最大風(fēng)能資源區(qū)。（2）內(nèi)蒙和甘肅北部為風(fēng)能資源次大區(qū)。（3）黑龍江和吉林東部及遼東半島沿海風(fēng)能也較大。第六十一頁(yè)，共173頁(yè)。（4）青藏高原北部、三北地區(qū)的北部和沿海是風(fēng)能較大地區(qū)。（5）云貴川、甘肅、陜西南部，河南、湖南西部以及福建、廣東、廣西的山區(qū)以及塔里木盆地為我國(guó)最小風(fēng)能區(qū)。我國(guó)的風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約16億kW，其中近期可開(kāi)發(fā)利用的約為1.6億kW。如西南地區(qū)一些山口風(fēng)口(fēngkǒu)，風(fēng)速大，風(fēng)向穩(wěn)定，有著發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)良條件。第六十二頁(yè)，共173頁(yè)。7.2.2風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)是實(shí)現(xiàn)風(fēng)能利用的主體設(shè)備。風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件是由兩個(gè)(liǎnɡɡè)或多個(gè)葉片組成的。葉片呈機(jī)翼形，當(dāng)空氣繞流過(guò)葉片時(shí)產(chǎn)生升力，這就是風(fēng)輪回轉(zhuǎn)的原動(dòng)力。風(fēng)力機(jī)的第一個(gè)氣動(dòng)理論是由德國(guó)的貝茲（Betz）于1926年建立的。第六十三頁(yè)，共173頁(yè)。研究一個(gè)理想風(fēng)輪（沒(méi)有輪轂，無(wú)限多的葉片，沒(méi)有阻力）在流動(dòng)的大氣中的情況(qíngkuàng)（如圖7－16），并規(guī)定：V1---距離風(fēng)力機(jī)一定距離的上游風(fēng)速：V---通過(guò)風(fēng)輪時(shí)的實(shí)際風(fēng)速；V2---離風(fēng)輪遠(yuǎn)處的下游風(fēng)速。第六十四頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－16理想風(fēng)輪(fēnɡlún)在大氣中的情況第六十五頁(yè)，共173頁(yè)。假設(shè)通過(guò)風(fēng)輪的氣流其上游截面為S1，下游截面為S2。由于風(fēng)輪所獲得的機(jī)械能量?jī)H由空氣的動(dòng)能降低所致，因而V2必然低于V1，所以通過(guò)風(fēng)輪的氣流截面積從上游至下游是增加(zēngjiā)的，即S2大于S1。如果假定空氣是不可壓縮的，由連續(xù)條件可得：風(fēng)作用在風(fēng)輪上的力可由歐拉理論寫(xiě)出：第六十六頁(yè)，共173頁(yè)。故風(fēng)輪吸收的功率為：此功率是由動(dòng)能轉(zhuǎn)換而來(lái)的。從上游至下游動(dòng)能的變化為：上述兩式相等可以(kěyǐ)得到：

第六十七頁(yè)，共173頁(yè)。作用(zuòyòng)在風(fēng)輪上的力和提供的功率可寫(xiě)為：對(duì)于給定的上游速度V1，可寫(xiě)出以V2為函數(shù)的功率變化關(guān)系，將上式微分得：第六十八頁(yè)，共173頁(yè)。等式有兩個(gè)解：，沒(méi)有(méiyǒu)物理意義；，對(duì)應(yīng)于最大功率。以代入P的表達(dá)式，得到最大功率為第六十九頁(yè)，共173頁(yè)。將上式除以氣流通過(guò)掃風(fēng)面S時(shí)風(fēng)具有的動(dòng)能，可推得風(fēng)力機(jī)的理論最大效率(xiàolǜ)：上式即為有名的貝茲理論的極限值。它說(shuō)明，風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)中所能索取的能量是有限的，其功率損失部分可以解釋為留在尾流中的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。第七十頁(yè)，共173頁(yè)。其能量損失一般約為最大輸出功率的1/3，也就是說(shuō)，實(shí)際風(fēng)力機(jī)的功率利用系數(shù)小于0.593。因此，風(fēng)力機(jī)實(shí)際能得到(dédào)的有用功率輸出是：對(duì)于每掃風(fēng)面積則有：第七十一頁(yè)，共173頁(yè)。7.2.3風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)形式和構(gòu)造風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)主要可以分為兩種形式。（1）垂直軸，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸與風(fēng)向(fēngxiàng)垂直。此型的優(yōu)點(diǎn)為設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，因?yàn)槠洳槐仉S風(fēng)向(fēngxiàng)改變而調(diào)整方向，但此系統(tǒng)無(wú)法大量利用風(fēng)能。按葉輪受力主要可分成升力和阻力型。一種典型的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)如圖7－17所示，它的葉片被彎曲成類(lèi)似正弦曲線的形狀，而葉片斷面為機(jī)翼形。第七十二頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－17戴瑞斯垂直軸風(fēng)力(fēnglì)發(fā)電機(jī)1－上軸承(zhóuchéng)2－葉片3－拉繩4－下軸承(zhóuchéng)5－聯(lián)軸器6－齒輪箱7－發(fā)電機(jī)第七十三頁(yè)，共173頁(yè)。插圖(chātú)7—9Φ型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)第七十四頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－18垂直軸風(fēng)力(fēnglì)發(fā)動(dòng)機(jī)a）阻力型1－S型2－多葉片型3－開(kāi)裂(kāiliè)式S型4－平板型b）升力(shēnɡlì)型1－Φ型2－△型3－旋翼型第七十五頁(yè)，共173頁(yè)。（2）水平軸，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸與風(fēng)向平行。按葉片數(shù)可分為(fēnwéi)單葉片型﹑雙葉片型﹑三葉片型或多葉片型；按風(fēng)向，則有迎風(fēng)和背風(fēng)型，迎風(fēng)型轉(zhuǎn)子即葉片正對(duì)著風(fēng)向。大部分水平軸式風(fēng)力葉輪會(huì)隨風(fēng)向變化而調(diào)整位置。圖7－19所示為水平軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的各種形式。從經(jīng)濟(jì)上來(lái)看，目前水平軸式仍?xún)?yōu)于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，也是研究和發(fā)展的較為成熟的一種風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。第七十六頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－19水平(shuǐpíng)軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)a）單葉片b）雙葉片c）三葉片d）農(nóng)場(chǎng)(nóngchǎng)式多葉片e）車(chē)輪式多葉片f）迎風(fēng)式g）背風(fēng)式h）空心壓差式I）帆翼式J）多轉(zhuǎn)子k）反轉(zhuǎn)葉片式第七十七頁(yè)，共173頁(yè)。構(gòu)造以水平(shuǐpíng)軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)為例。1．風(fēng)輪捕捉和吸收風(fēng)能，并將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，由風(fēng)輪軸將能量送至傳動(dòng)裝置，如圖7-20所示。2．控制系統(tǒng)（1）調(diào)速（限速）機(jī)構(gòu)使風(fēng)輪轉(zhuǎn)速維持在一個(gè)較穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，防止超速乃至飛車(chē)的發(fā)生。（2）調(diào)向機(jī)構(gòu)水平(shuǐpíng)軸風(fēng)力機(jī)為了獲得較高的效率，應(yīng)使它的風(fēng)輪經(jīng)常對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。圖7-20中的尾舵便是調(diào)向機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的一種。第七十八頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－20水平(shuǐpíng)軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)1－風(fēng)輪葉片(yèpiàn)2－機(jī)頭3－尾舵4－回轉(zhuǎn)體5－拉繩第七十九頁(yè)，共173頁(yè)。3．傳動(dòng)裝置將風(fēng)輪軸的機(jī)械能送至作功裝置的機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為傳動(dòng)裝置。對(duì)于風(fēng)力(fēnglì)發(fā)電機(jī)，其傳動(dòng)裝置為增速機(jī)構(gòu)。風(fēng)力(fēnglì)機(jī)的傳動(dòng)裝置為齒輪、皮帶、曲軸連桿等機(jī)械傳動(dòng)。第八十頁(yè)，共173頁(yè)。4．作功裝置由傳動(dòng)裝置送來(lái)的機(jī)械能，供給工作機(jī)械。與此相應(yīng)的機(jī)械，有發(fā)電機(jī)、水泵、粉碎機(jī)、鍘草機(jī)等。5．蓄能裝置如風(fēng)力發(fā)電機(jī)的蓄電池和風(fēng)力提水機(jī)的蓄水罐。6．塔架將風(fēng)輪、控制系統(tǒng)和機(jī)艙（內(nèi)有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）等組成的機(jī)頭支撐(zhīchēng)到高空。７．附屬裝置如機(jī)艙，它們配合主要部件工作，以保證風(fēng)力機(jī)的正常運(yùn)行。第八十一頁(yè)，共173頁(yè)。插圖(chātú)7—10水平軸風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)第八十二頁(yè)，共173頁(yè)。插圖7—11水平(shuǐpíng)軸6葉片風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)第八十三頁(yè)，共173頁(yè)。插圖(chātú)7—12內(nèi)蒙古商都風(fēng)電場(chǎng),裝機(jī)容量為3875kW第八十四頁(yè)，共173頁(yè)。7.2.4風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1．單機(jī)容量大渦輪風(fēng)機(jī)的典型裝機(jī)容量已到750W。由于現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出1000-2000kW級(jí)別的渦輪風(fēng)機(jī)。2．風(fēng)發(fā)電機(jī)槳葉的變化2MW風(fēng)機(jī)葉輪掃風(fēng)直徑已達(dá)72m。目前最長(zhǎng)的葉片已做到50m。槳葉在向柔性方向(fāngxiàng)發(fā)展。開(kāi)發(fā)了一種新型葉片，比早期的槳葉捕捉風(fēng)能的能力要高20%。第八十五頁(yè)，共173頁(yè)。在中、小型風(fēng)電機(jī)的設(shè)計(jì)中，采用了更高的塔架，以捕獲(bǔhuò)更多的風(fēng)能。在50m高度捕捉風(fēng)能要比30m高處多20%。變速風(fēng)電機(jī)可大大提高捕捉風(fēng)能的效率。在平均風(fēng)速6.7m/s時(shí)，變速風(fēng)電機(jī)要比恒速風(fēng)電機(jī)多捕獲(bǔhuò)15%的風(fēng)能。5．海上風(fēng)力發(fā)電海上風(fēng)速較陸上大且穩(wěn)定，平均設(shè)備利用小時(shí)數(shù)在海上可達(dá)3000h以上。同容量裝機(jī)，海上比陸上成本增加60%，電量增加50%左右。第八十六頁(yè)，共173頁(yè)。7.3生物質(zhì)能7.3.1概述生物質(zhì)能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，它直接或間接地來(lái)源于植物的光合作用。生物質(zhì)能可轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。生物質(zhì)能資源豐富，目前是僅次于煤炭、石油和天然氣的世界第四大能源(néngyuán)消費(fèi)品種。生物質(zhì)能的優(yōu)點(diǎn)是燃燒容易，污染少，灰分較低；缺點(diǎn)是熱值及熱效率低，體積大而不易運(yùn)輸。直接燃燒生物質(zhì)的熱效率僅為10％一30％。第八十七頁(yè)，共173頁(yè)。1．生物質(zhì)能資源地球上每年生長(zhǎng)(shēngzhǎng)的生物質(zhì)能總量約1400～1800億噸（干重），相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍。從生物質(zhì)能的資源總體構(gòu)成來(lái)看，目前我國(guó)農(nóng)村中生物質(zhì)能約占全部生物質(zhì)能的70％以上，其他主要是城鎮(zhèn)生活垃圾、污水和林業(yè)廢棄物。今后我國(guó)將向薪炭林利用方面擴(kuò)展。生物質(zhì)的種類(lèi)很多，植物類(lèi)是最主要也是我們經(jīng)常見(jiàn)到的。非植物類(lèi)中主要有動(dòng)物糞便、垃圾中的有機(jī)成分等第八十八頁(yè)，共173頁(yè)。2．轉(zhuǎn)換的能源形式現(xiàn)代意義的生物質(zhì)能利用，主要是將其加工轉(zhuǎn)化為固體燃料、液體燃料(yètǐránliào)、氣體燃料、電能以及熱能等能源形式。3．發(fā)展障礙與前景總的來(lái)說(shuō)，生物質(zhì)能今后的發(fā)展將不再像最近200多年來(lái)一樣日漸萎縮，而是會(huì)重新發(fā)揮重要作用，并在能源利用中占據(jù)越來(lái)越顯著的地位。第八十九頁(yè)，共173頁(yè)。7.3.2生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)(jìshù)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)(jìshù)可分為四大類(lèi)，見(jiàn)圖7－21。第九十頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－21生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)(jìshù)分類(lèi)和子技術(shù)(jìshù)第九十一頁(yè)，共173頁(yè)。7.3.3生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)分類(lèi)1．直接燃燒發(fā)電與混合燃燒發(fā)電直接燃燒發(fā)電就是將生物質(zhì)直接送入鍋爐(guōlú)燃燒后，產(chǎn)生蒸汽帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。如，秸稈發(fā)電?；旌先紵l(fā)電是將生物質(zhì)與煤等化石燃料混合燃燒的發(fā)電方式，是目前生物質(zhì)燃燒發(fā)電應(yīng)用比較多的方式。2．氣化發(fā)電技術(shù)基本原理是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?，再利用可燃?xì)馔苿?dòng)燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。它既能解決生物質(zhì)難于燃用而又分布分散的缺點(diǎn)，又可以充分發(fā)揮燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)設(shè)備緊湊而污染小的優(yōu)點(diǎn)，所以是生物質(zhì)能最有效最潔凈的利用方法之一。第九十二頁(yè)，共173頁(yè)。氣化發(fā)電過(guò)程包括三個(gè)方面，一是生物質(zhì)氣化，把固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料；二是氣體凈化，氣化出來(lái)的燃?xì)舛紟в幸欢ǖ碾s質(zhì)，包括灰分、焦炭和焦油等，需經(jīng)過(guò)凈化以保證燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行；三是燃?xì)獍l(fā)電，利用燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電。生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)(jìshù)具有：充分的靈活性；較好的潔凈性；較經(jīng)濟(jì)，它是所有可再生能源技術(shù)(jìshù)中最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電技術(shù)(jìshù)。綜合的發(fā)電成本已接近小型常規(guī)能源的發(fā)電水平，典型的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)流程如圖7—22所示。第九十三頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－22生物質(zhì)氣化發(fā)電(fādiàn)系統(tǒng)流程圖第九十四頁(yè)，共173頁(yè)。7.4地?zé)崮艿責(zé)崮苁堑厍騼?nèi)部蘊(yùn)藏的各類(lèi)熱能之總稱(chēng)。通常所說(shuō)的地?zé)崮苁侵改芰考?，而?érqiě)埋藏比較淺的地下熱儲(chǔ)。地?zé)崮軘?shù)量相當(dāng)巨大，我國(guó)的地?zé)豳Y源相當(dāng)于2000多億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國(guó)一般把高于150℃的地?zé)豳Y源稱(chēng)為高溫地?zé)?，低于此溫度的稱(chēng)為中低溫地?zé)?。我?guó)中低溫地?zé)豳Y源相對(duì)豐富且應(yīng)用范圍廣，現(xiàn)已成為最有希望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的一種可再生能源。第九十五頁(yè)，共173頁(yè)。7.4.1地?zé)豳Y源1．地?zé)豳Y源的類(lèi)型（1）水熱型包括地?zé)嵴羝偷責(zé)崴?。地?zé)嵴羝麅?chǔ)量很少，而地?zé)崴膬?chǔ)量較大，其溫度范圍從接近室溫到高達(dá)390℃。（2）地壓型(yāxínɡ)它是處于地層深處2－3公里沉積巖中的含有甲烷的高鹽分熱水，溫度為150－260℃之間，其儲(chǔ)量約是已探明的地?zé)豳Y源總量的20％。第九十六頁(yè)，共173頁(yè)。（3）干熱巖型這是泛指地下深部普遍存在的幾乎沒(méi)有水和蒸汽的熱巖石，溫度范圍在150－650℃之間。其儲(chǔ)量十分豐富，約為已探明的地?zé)豳Y源總量的30％。（4）熔巖型它是埋藏部位最深的一種完全熔化的熱熔巖，其溫度高達(dá)(ɡāodá)650－1200℃。熔巖儲(chǔ)藏的熱能比其它幾種都多，約占已探明的地?zé)豳Y源總量的40％左右。到目前為止，對(duì)于地?zé)豳Y源的利用主要是水熱資源的開(kāi)發(fā)。第九十七頁(yè)，共173頁(yè)。2．地?zé)崃黧w地?zé)崃黧w中除蒸汽(zhēnɡqì)和熱水外，一般都含有CO2、H2S等不凝性氣體，在液相中還有數(shù)量不等的NaCl、KCl、CaCl2、H2SiO等物質(zhì)。對(duì)于地?zé)岚l(fā)電來(lái)說(shuō)，地?zé)崃黧w的品質(zhì)，在發(fā)電系統(tǒng)和設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì)上都需要認(rèn)真考慮。第九十八頁(yè)，共173頁(yè)。插圖7—13云南騰沖(ténɡchōnɡ)地?zé)峋坝^第九十九頁(yè)，共173頁(yè)。7.4.2地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)利用地?zé)崮馨l(fā)電，具有許多的優(yōu)點(diǎn)：少，通常低于水電站；發(fā)電成本比水電、火電和核電都低；發(fā)電設(shè)備的利用時(shí)數(shù)較長(zhǎng)；不污染環(huán)境；發(fā)電用過(guò)的蒸汽或熱水，還可以用于取暖或其它方面。地?zé)岚l(fā)電的原理與一般火力發(fā)電相似，即利用地?zé)崮墚a(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電。以高溫濕蒸汽為熱源的地?zé)犭娬?，大多采用汽水分離的閃蒸系統(tǒng)發(fā)電。對(duì)于以地下(dìxià)熱水為熱源的電站，一般是采用雙循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電。第一百頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－23地?zé)岚l(fā)電(fādiàn)系統(tǒng)（a）閃蒸系統(tǒng)(xìtǒng)（b）雙循環(huán)系統(tǒng)(xìtǒng)1－汽水(qìshuǐ)分離器；2－汽輪機(jī)；3－發(fā)電機(jī)；4－冷凝器；5－閃蒸器；6－回灌井；7－生產(chǎn)井；8－換熱器；9－泵。第一百零一頁(yè)，共173頁(yè)。1．閃蒸系統(tǒng)地?zé)岚l(fā)電如圖7－23（a）所示為一種（可稱(chēng)為兩級(jí)）閃蒸系統(tǒng)。2．雙循環(huán)系統(tǒng)也稱(chēng)為低沸點(diǎn)工質(zhì)地?zé)岚l(fā)電，如圖7－23（b）所示。常用的低沸點(diǎn)工質(zhì)有氯乙烷、正丁烷(dīnɡwán)、異丁烷(dīnɡwán)、R11、R12等。此外，還有一種“全流系統(tǒng)的地?zé)岚l(fā)電”方式。效率較高，造價(jià)低廉和系統(tǒng)十分簡(jiǎn)單。難點(diǎn)是研制高效率的全流膨脹機(jī)。地?zé)岚l(fā)電的工質(zhì)參數(shù)相當(dāng)?shù)?，故熱效率也遠(yuǎn)低于火電站，因此如何最大限度地利用地?zé)崮芰?，尤其是?duì)于熱水型地?zé)崮芨峭怀龅膯?wèn)題。第一百零二頁(yè)，共173頁(yè)。插圖(chātú)7—14西藏羊八井地?zé)犭娬镜谝话倭闳?yè)，共173頁(yè)。7.4.3地?zé)崮艿闹苯永脙?chǔ)量(chǔliànɡ)大、分布廣的熱水型地?zé)豳Y源，特別是中低溫（小于150℃）的地?zé)崃黧w的直接利用仍然是地?zé)崮芾玫囊粋€(gè)主要方面。地?zé)崮艿闹苯永脮r(shí)，熱源不宜離熱用戶(hù)過(guò)遠(yuǎn)。如圖7－24所示，典型的地?zé)崮苤苯永孟到y(tǒng)可由三部分組成：生產(chǎn)井及地?zé)崴墓?yīng)系統(tǒng)；熱交換及輸送給熱用戶(hù)的系統(tǒng)；回灌井或貯水池的廢水排放系統(tǒng)。第一百零四頁(yè)，共173頁(yè)。板式換熱器回灌井熱水井熱用戶(hù)泵圖7－24地?zé)崮苤苯永?lìyòng)系統(tǒng)第一百零五頁(yè)，共173頁(yè)。地?zé)崮芾玫姆绞竭x擇——溫度較高（＞150℃）的地?zé)崴墒紫瓤紤]用于發(fā)電，并應(yīng)注意綜合利用；100～150℃的地?zé)崴梢杂糜诠媒ㄖ兔裼梅课莸牟膳L(fēng)(tōngfēng)、工業(yè)過(guò)程干燥等；50～100℃的地?zé)崴捎糜跍厥夜┡?、家庭用熱水、工業(yè)過(guò)程干燥等；更低溫度的地?zé)崴捎糜谒a(chǎn)養(yǎng)殖、洗浴等。第一百零六頁(yè)，共173頁(yè)。7.4.4地源熱泵技術(shù)地源熱泵是一種利用地表(dìbiǎo)以下百米范圍淺層地?zé)豳Y源（包括地下水、土壤或地表(dìbiǎo)水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。第一百零七頁(yè)，共173頁(yè)。1地源熱泵的分類(lèi)（1）土壤源熱泵（GCHP）土壤源熱泵以大地作為熱源和熱匯，熱泵的換熱器埋于地下，與大地進(jìn)行(jìnxíng)冷熱交換。（2）地下水熱泵（GWHP）系統(tǒng)最常用的形式是采用水—水式板式換熱器，一側(cè)走地下水，一側(cè)走熱泵機(jī)組冷卻水。宜用雙井系統(tǒng)，一個(gè)井抽水，一個(gè)井回灌。（3）地表水熱泵（SWHP）系統(tǒng)地表水熱泵系統(tǒng)主要有開(kāi)路和閉路系統(tǒng)。在寒冷地區(qū)，只能采用閉路系統(tǒng)。第一百零八頁(yè)，共173頁(yè)。2．地源熱泵工作系統(tǒng)如圖7－25所示，地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)主要可分三部分：室外地下(dìxià)換熱系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中水源熱泵機(jī)組主要有兩種形式：水—水式或水—空氣式。第一百零九頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－25地源熱泵工作(gōngzuò)系統(tǒng)第一百一十頁(yè)，共173頁(yè)。3．地源熱泵應(yīng)用方式地源熱泵應(yīng)用方式主要有兩種：土壤—空氣型地源熱泵技術(shù)和水--水型地源熱泵技術(shù)（1）符合可持續(xù)發(fā)展(fāzhǎn)的戰(zhàn)略要求；（2）系統(tǒng)簡(jiǎn)單，一機(jī)多用，節(jié)約設(shè)備用房，應(yīng)用范圍廣。（3）環(huán)境效益高。第一百一十一頁(yè)，共173頁(yè)。目前(mùqián)在中國(guó)，地下水熱泵系統(tǒng)工程雖然仍在數(shù)量上占優(yōu)，而土壤源熱泵系統(tǒng)尤其在部分地區(qū)呈現(xiàn)著快速發(fā)展的勢(shì)頭。許多城市已經(jīng)制訂了具體的鼓勵(lì)，利用淺層地?zé)崮艿牡卦礋岜眉夹g(shù)必將具有很好的發(fā)展前景。第一百一十二頁(yè)，共173頁(yè)。7.5水能(shuǐnénɡ)河川水流、海浪、潮汐等蘊(yùn)藏著巨大的動(dòng)能和勢(shì)能，稱(chēng)之為水能，它是清潔、廉價(jià)能源。7.5.1水能資源及概況(gàikuàng)我國(guó)水能蘊(yùn)藏量極為豐富，僅河川水能資源，估算就為6.76億kW，居世界首位。我國(guó)海洋能理論蘊(yùn)藏量為6.3億kW，其中可開(kāi)發(fā)的約達(dá)3.85×107kW，相當(dāng)于年發(fā)電量870×108kW。第一百一十三頁(yè)，共173頁(yè)。我國(guó)陸上水能資源具有以下特點(diǎn)：（1）資源豐富，但分布不均。分布不均的情況與其他能源配合開(kāi)發(fā)卻極為有利。（2）可建水電站中大中型的比較(bǐjiào)多，位置集中。但自然條件差，工程往往十分艱巨。（3）氣候受季風(fēng)影響，降水和徑流在年內(nèi)分配不均勻。（4）人口多，耕地少，建水庫(kù)往往受到淹沒(méi)損失的限制。（5）大部分河流，特別是河流中下游多有綜合利用要求。在全世界電力生產(chǎn)中，約20%來(lái)自于水電。我國(guó)目前已開(kāi)發(fā)的水力資源占可開(kāi)發(fā)資源量不到10%。和加拿大的水電占世界水電總量的13%左右，我國(guó)占5%。第一百一十四頁(yè)，共173頁(yè)。插圖(chātú)7—15富春江水電站第一百一十五頁(yè)，共173頁(yè)。7.5.2小型水電站大中型水電站對(duì)環(huán)境有很多負(fù)面影響。而小水電站作為同樣一種經(jīng)濟(jì)而可再生的能源，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響則要小得多，因而日益受到人們(rénmen)的重視。1.水力發(fā)電小型水電站資源水工建筑物和機(jī)電設(shè)備的總和，稱(chēng)為水力發(fā)電站。第一百一十六頁(yè)，共173頁(yè)。水電站的功率理論值為每秒鐘通過(guò)水輪機(jī)水的重量與水輪的工作水頭(shuǐtóu)的乘積。實(shí)際功率還要考慮一系列的能量損失，一般小型水電站的效率為60～80%。通常將裝機(jī)容量小于2.5kW的水電站稱(chēng)為小水電站。我國(guó)水力資源中小水電資源占1/5。目前，全國(guó)已建成的小水電站有5萬(wàn)多座，總裝機(jī)容量超過(guò)2300萬(wàn)kW，有1/3以上的縣主要依靠小水電站供電。我國(guó)中小水電資源可分為南、北兩大資源帶。第一百一十七頁(yè)，共173頁(yè)。2．小型(xiǎoxíng)水電站類(lèi)型小型(xiǎoxíng)水電站按落差集中的方式，分成三種類(lèi)型，各適合于不同的河道地形、地質(zhì)、水文等自然條件。（１）堤壩式水電站在河道上修建攔河壩（或閘），抬高上游水位以集中落差，并形成水庫(kù)調(diào)節(jié)流量第一百一十八頁(yè)，共173頁(yè)。根據(jù)水電站廠房(chǎngfáng)的位置，又分為河床式與壩后式兩種。如圖7－26、7－27所示。河床式水電站一般修建在河流中、下游坡度平緩的河段上。其適用的水頭范圍約在8-10米以下，但其引用的流量一般較大。壩后式水電站一般修建在河流的中、上游，適用于水頭較大。第一百一十九頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－26河床(héchuáng)式水電站第一百二十頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－27壩后式水電站

第一百二十一頁(yè)，共173頁(yè)。（２）引水式水電站在山區(qū)河道上修建水電站時(shí)，在河道上建引水低壩或閘，采用引水渠道來(lái)集中落差，形成水頭，稱(chēng)為引水式水電站，如圖7－28所示。在小型水電站中，引水式水電站比堤壩式水電站更為普遍。水頭可達(dá)到很高的數(shù)值(shùzí)，但發(fā)電引用的流量都比較小。第一百二十二頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－28引水(yǐnshuǐ)式水電站第一百二十三頁(yè)，共173頁(yè)。（３）混合式水電站混合式水電站其落差是由攔河壩抬高水頭和引水集中落差兩方面獲得，因而具有堤壩式水電站和引水式水電站的特點(diǎn)(tèdiǎn)。當(dāng)上游河段地形平緩，下游河岸坡降較陡時(shí)，宜在上游筑壩，形成水庫(kù)，調(diào)節(jié)水量，在下游修建引水渠道，以集中較大落差。如圖7－29所示?；旌鲜剿娬竞鸵剿娬局g沒(méi)有明顯的界限。第一百二十四頁(yè)，共173頁(yè)。7－29混合式水電站

第一百二十五頁(yè)，共173頁(yè)。3．常見(jiàn)的幾種建站型式1）利用天然(tiānrán)瀑布。2）利用灌溉渠道上下游水位的落差修建電站。3）利用河流急灘或天然(tiānrán)跌水修建電站。4）利用河流的彎道修建電站。5）跨河引水發(fā)電。6）利用高山湖泊發(fā)電。第一百二十六頁(yè)，共173頁(yè)。7.5.3海洋(hǎiyáng)能利用海洋(hǎiyáng)占地球表面積3/4左右，其可開(kāi)發(fā)利用部分估計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出全球能源的總消耗量。海洋(hǎiyáng)能包括：潮汐能、波浪能、海洋(hǎiyáng)溫差能和海流能等。當(dāng)前開(kāi)發(fā)利用較有成效的是潮汐能和波浪能。第一百二十七頁(yè)，共173頁(yè)。1．潮汐能利用海水潮汐是一種自然現(xiàn)象。它是在月球和太陽(yáng)引潮力作用下所發(fā)生的海水周期性漲、落運(yùn)動(dòng)。一般情況下，每晝夜有兩次漲落，一次在白天，一次在晚上，人們把白天的海水漲落稱(chēng)“潮”，晚上的海水漲落稱(chēng)“汐”，合起來(lái)稱(chēng)為“潮汐”。潮汐能主要源于地球與月球、太陽(yáng)之間的相互作用，不像其他海洋能主要來(lái)源于太陽(yáng)能，而且其開(kāi)發(fā)技術(shù)相對(duì)比較成熟。所謂(suǒwèi)潮汐能就是指海水在漲落潮運(yùn)動(dòng)中包含著的大量的動(dòng)能和勢(shì)能的總和。第一百二十八頁(yè)，共173頁(yè)。如以ρ表示海水密度，A表示潮差，d表示水深，b表示潮波通過(guò)的斷面寬度，v表示潮汐運(yùn)動(dòng)速度，則單位長(zhǎng)度(chángdù)潮汐所具有的勢(shì)能和動(dòng)能分別由下式表示：第一百二十九頁(yè)，共173頁(yè)。可以證明，勢(shì)能和動(dòng)能是相等(xiāngděng)的，即因此，單位長(zhǎng)度潮波所具有的總能量為第一百三十頁(yè)，共173頁(yè)。潮汐能利用，既可以利用潮波動(dòng)能，也可以利用潮汐的勢(shì)能。一般所說(shuō)的潮汐能利用多指后者。我國(guó)建設(shè)了數(shù)十座小型潮汐發(fā)電站。如浙江溫嶺縣江廈潮汐電站，其裝機(jī)總?cè)萘繛?000千瓦。潮汐能是一種清潔、相對(duì)穩(wěn)定的可靠能源。建設(shè)潮汐電站不需大量構(gòu)筑(gòuzhù)水庫(kù)，運(yùn)行費(fèi)用低。第一百三十一頁(yè)，共173頁(yè)。由于潮汐電站有其特殊性，所以，潮汐電站的布置形式也多種多樣。主要有以下三種：（1）單庫(kù)單向電站這是最早出現(xiàn)的一種類(lèi)型，如圖7－30所示。該類(lèi)型電站優(yōu)點(diǎn)是，建筑物和發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)均較簡(jiǎn)單(jiǎndān)，也較少；其缺點(diǎn)是，由于只能在落潮（或在漲潮）時(shí)發(fā)電，發(fā)電時(shí)間較短，每天只能發(fā)電10－12小時(shí)，發(fā)電量少而且不連續(xù)，不能充分利用潮汐能。第一百三十二頁(yè)，共173頁(yè)。漲潮落潮機(jī)房水庫(kù)海域圖7－30單庫(kù)單向潮汐電站(diànzhàn)平面示意圖第一百三十三頁(yè)，共173頁(yè)。(2)單庫(kù)雙向電站這種電站雖然也只有一個(gè)水庫(kù)，但漲、落潮時(shí)都可以發(fā)電，如圖7－31所示。由于這種電站使用了一種新型水輪發(fā)電機(jī)組（水輪機(jī)既可順轉(zhuǎn)，也可以倒轉(zhuǎn)，并配有可正反轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)），所以(suǒyǐ)它在正反向運(yùn)行時(shí)都能發(fā)電。第一百三十四頁(yè)，共173頁(yè)。水閘水庫(kù)廠房及發(fā)電機(jī)組海域(a)漲潮時(shí)發(fā)電水庫(kù)水閘海域(b)落潮時(shí)發(fā)電廠房及發(fā)電機(jī)組圖7－31單庫(kù)雙向電站(diànzhàn)示意圖第一百三十五頁(yè)，共173頁(yè)。這種電站在海潮的一次漲落過(guò)程中可以發(fā)電兩次。它比單庫(kù)單向式潮汐電站的效益要高得多，每天可發(fā)電達(dá)16～20小時(shí)。但其水工結(jié)構(gòu)比單庫(kù)單向復(fù)雜，也相應(yīng)大一些。我國(guó)的江廈潮汐電站就是采用(cǎiyòng)的單庫(kù)雙向式，其年發(fā)電量和裝機(jī)容量可采用(cǎiyòng)如下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：平均潮差A(yù)取一個(gè)月以上的潮位資料，分別求高、低潮位的平均值，求其差。第一百三十六頁(yè)，共173頁(yè)。（3）雙庫(kù)單向電站圖7－32所示，它有兩個(gè)水庫(kù)，一個(gè)(yīɡè)總是保持著較高的水位，稱(chēng)為高庫(kù)；一個(gè)(yīɡè)總是維持著較低的水位，稱(chēng)為低庫(kù)。這電站發(fā)電量較小，而卻幾乎增加一倍。使用何種發(fā)電方式最佳，則需根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況而定。第一百三十七頁(yè)，共173頁(yè)。隔壩低庫(kù)高庫(kù)海域閘閘圖7－32雙庫(kù)單向潮汐(cháoxī)電站平面示意圖第一百三十八頁(yè)，共173頁(yè)。2．海洋溫差發(fā)電這是利用海洋表層和深處的溫差來(lái)發(fā)電。如波斯灣和紅海海面水溫可達(dá)35℃，而在海洋深處500～1000m處卻只有3～6℃。全世界海洋溫差能的儲(chǔ)量估計(jì)為200億kW，在各種海洋能中，其儲(chǔ)量是最大的。海洋溫差發(fā)電系統(tǒng)一般可分為(fēnwéi)開(kāi)式循環(huán)、閉式循環(huán)。圖7－33所示為開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)簡(jiǎn)單，還可兼制淡水；但設(shè)備和管道體積龐大，真空泵及抽水水泵耗功較多，影響發(fā)電效率。第一百三十九頁(yè)，共173頁(yè)。閉式循環(huán)系統(tǒng)如圖7－34所示。通常采用低沸點(diǎn)工質(zhì)（如丙烷、異丁烷、氟里昂、氨等）作為工作物質(zhì)。這種系統(tǒng)因不需要真空泵是目前海洋溫差發(fā)電中常采用的循環(huán)，但它不能像開(kāi)式循環(huán)那樣兼制淡水，經(jīng)濟(jì)性比較低。海洋溫差發(fā)電效率僅為3%左右；換熱面積(miànjī)大，建設(shè)費(fèi)用高；海水腐蝕等不利因素都制約著海洋溫差發(fā)電的發(fā)展。但除了發(fā)電以外，還可以同時(shí)進(jìn)行水產(chǎn)品及作物養(yǎng)殖、海水淡化等，這將大大提高海洋能綜合利用的經(jīng)濟(jì)效益。第一百四十頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－33開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)圖7－34閉式循環(huán)系統(tǒng)第一百四十一頁(yè)，共173頁(yè)。3．波浪能發(fā)電(fādiàn)波浪能是以動(dòng)能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。波浪式由風(fēng)引起的海水起伏現(xiàn)象，它實(shí)質(zhì)上是吸收了風(fēng)能而形成的。通常一個(gè)典型的海洋中部在8s的周期內(nèi)會(huì)涌起1.5m高的波浪。波浪能的大小可以用海水起伏勢(shì)能的變化來(lái)進(jìn)行估算，即2我國(guó)沿海有效波高約為23m，周期為9s的波列，波浪功率可達(dá)1739kW/m，渤海灣更高達(dá)42kW/m，利用前景誘人。第一百四十二頁(yè)，共173頁(yè)。海洋波浪屬于低品位能源，在自然狀態(tài)下，由于大部分波浪運(yùn)動(dòng)沒(méi)有周期性，故很難經(jīng)濟(jì)地開(kāi)發(fā)利用。利用波浪能發(fā)電的裝置多種多樣。用得最廣泛的浮標(biāo)式波浪發(fā)電，已廣泛用于航標(biāo)和燈塔的照明。固定式的波浪發(fā)電裝置不用浮標(biāo)。對(duì)小島漁村和邊防哨所很有實(shí)用意義。海洋能的利用除上述潮汐能、海水溫差、波浪能利用外，還有其他如海流能的利用，利用方式(fāngshì)主要是發(fā)電。我國(guó)已經(jīng)有樣機(jī)進(jìn)入中間試驗(yàn)階段。第一百四十三頁(yè)，共173頁(yè)。7.6氫能與燃料電池(ránliàodiànchí)氫能是一種新的二次能源，常用(chánɡyònɡ)的電能、汽油、柴油、酒精等都屬于傳統(tǒng)的二次能源。氫能可以輸送、儲(chǔ)存、大規(guī)模生產(chǎn)和可再生利用?；旧蠜](méi)有環(huán)境污染。7.6.1氫能1．概況氫能是由氫氣燃燒或發(fā)生其他化學(xué)反應(yīng)時(shí)所釋放出的一種能量，主要以熱能或化學(xué)能形式出現(xiàn)。第一百四十四頁(yè)，共173頁(yè)。氫氣燃燒有以下(yǐxià)特點(diǎn)：（1）發(fā)熱值高，是化石燃料的3倍以上；（2）點(diǎn)燃快，燃點(diǎn)高，燃燒性能好。（3）氫氣在空氣中燃燒時(shí)，不產(chǎn)生其他對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，是一種清潔燃料。氫除了可以通過(guò)燃燒變成熱能以外，還可以在燃料電池反應(yīng)中直接由化學(xué)能變成電能。第一百四十五頁(yè)，共173頁(yè)。2．氫的制備為了實(shí)現(xiàn)氫能的大規(guī)模應(yīng)用，最關(guān)鍵的是要找到一種廉價(jià)低能耗的制氫方法。制備氫的基本方法：（1）甲烷等與水蒸汽反應(yīng)制氫該制氫的方法是：采用(cǎiyòng)煤、石油或天然氣等化石燃料，在高溫與水蒸氣發(fā)生催化反應(yīng)，對(duì)于不同物料其反應(yīng)方程有：第一百四十六頁(yè)，共173頁(yè)。甲烷催化水蒸氣重整反應(yīng)→煤氣化制氫反應(yīng)→甲醇催化裂解反應(yīng)→由于制氫反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，所需要的熱量從部分燃料(ránliào)煤氣或天然氣獲得，可以利用外部熱源，如核能等。第一百四十七頁(yè)，共173頁(yè)。（2）電解水制氫水電解過(guò)程就是使直流電通過(guò)導(dǎo)電水溶液(通常加H2SO4或KOH)使水分解成H2和O2,電解的反應(yīng)式為為了提高制氫效率，水的電解通常在3.0－5.0MPa的壓力下進(jìn)行。近年來(lái)，采用煤輔助水電解的方法(fāngfǎ),可以使電解的能耗比常規(guī)下降100%。第一百四十八頁(yè)，共173頁(yè)。（3）熱化學(xué)制氫從水中制氫也可以通過(guò)高溫化學(xué)反應(yīng)的方法進(jìn)行。按照反應(yīng)中所涉及的中間載體物料(wùliào)，可以分成氧化物體系，鹵化物體系、含硫體系和雜化體系四種反應(yīng)體系。如，氧化物體系：其中Me為金屬M(fèi)n、Fe、Co等。第一百四十九頁(yè)，共173頁(yè)。對(duì)于四種體系的反應(yīng)過(guò)程(guòchéng)都可以寫(xiě)成一種通用形式總反應(yīng)為反應(yīng)式中X是反應(yīng)的中間媒體（如，氧化物，鹵化物），它在反應(yīng)中并不消耗，僅參與反應(yīng)。整個(gè)過(guò)程(guòchéng)僅僅消耗水和一定的熱量，熱化學(xué)反應(yīng)的溫度約為1073～1273K。第一百五十頁(yè)，共173頁(yè)。（4）生物質(zhì)制氫固態(tài)(gùtài)生物質(zhì)制氫的基本工藝為將生物質(zhì)生成合成氣。合成氣中的碳?xì)浠衔镌倥c水蒸氣發(fā)生催化重整反應(yīng)，生成H2和CO2。整個(gè)反應(yīng)式為：

第一百五十一頁(yè)，共173頁(yè)。3．規(guī)?；茪浼夹g(shù)(1)核能熱利用(lìyòng)制氫(2)太陽(yáng)能熱分解水制氫(3)太陽(yáng)能電解水制氫(4)太陽(yáng)能直接光解水制氫(5)人工光合成作用制氫(6)生物制氫第一百五十二頁(yè)，共173頁(yè)。4．氫的儲(chǔ)存氫的儲(chǔ)存難度很大，目前可以采用的儲(chǔ)氫方法有下列三種。1）高壓(gāoyā)儲(chǔ)存將氫氣壓縮成高壓(gāoyā)（15～20MPa），裝入鋼瓶中儲(chǔ)存和運(yùn)輸。但由于氫氣密度很小，不能解決大量氫的儲(chǔ)存問(wèn)題。2）液態(tài)儲(chǔ)存將氫氣冷卻到20K，氫氣將被液化，儲(chǔ)存在絕熱的低溫容器中。第一百五十三頁(yè)，共173頁(yè)。3）金屬氫化物儲(chǔ)存當(dāng)氫和金屬形成氫化物時(shí)，氫就以固態(tài)的形式存儲(chǔ)于氫化物中。當(dāng)需要用氫時(shí)，通過(guò)加熱，氫化物就可以放出氫氣。金屬氫化物儲(chǔ)存使用方便，運(yùn)輸簡(jiǎn)單，是氫氣儲(chǔ)存中最方便且有發(fā)展前景的一種儲(chǔ)氫方法。納米碳管儲(chǔ)氫已成為當(dāng)前研究(yánjiū)熱點(diǎn)。第一百五十四頁(yè)，共173頁(yè)。5．氫能的利用（1）航空航天（2）交通運(yùn)輸（3）工業(yè)目前正在研究以氫作為(zuòwéi)燃料的峰值負(fù)荷發(fā)電廠，其熱效率可達(dá)到47～49%。而更有市場(chǎng)前景的還是直接以氫為原料的燃料電池。第一百五十五頁(yè)，共173頁(yè)。7.6.2燃料電池燃料電池的化學(xué)燃料儲(chǔ)存在電池的外部，它可以(kěyǐ)按電池的需要，源源不斷地提供化學(xué)燃料。燃料電池所用的燃料來(lái)自氫及含氫量高又易分解的物質(zhì)如天然氣、煤化氣、石油、甲醇、乙醇、甲烷等。1．燃料電池的工作原理燃料電池的結(jié)構(gòu)與蓄電池相似，也是由正、負(fù)兩個(gè)電極（可分別稱(chēng)為燃料極、空氣極）和電解質(zhì)組成；但燃料電池的反應(yīng)劑（燃料和氧化劑）并不儲(chǔ)存在電池中，而由外界不斷地輸入，生成物則不斷地引出。第一百五十六頁(yè)，共173頁(yè)。圖7－35為氫－氧燃料電池的工作原理圖。在陽(yáng)極－電解液分界面，氫分子根據(jù)下面的表達(dá)式離解為氫離子和電子2H2（g）→4H+＋4e－這些電子通過(guò)外電路流動(dòng)，并且在那里作電功，然后回到電池的陰極。其間(qíjiān)，氫離子通過(guò)電解液擴(kuò)散到電解液－陰極分界面，并依照下述表達(dá)式，它們?cè)诜謱用嫣幣c回來(lái)的電子和氧氣結(jié)合形成液態(tài)水。O2（g）＋4H+＋4e－→2H2O（l）第一百五十七頁(yè)，共173頁(yè)。1－多孔的碳極2－電解液（氫氧化鉀(qīnɡyǎnɡhuàjiǎ)）圖7－35氫－氧燃料電池工作(gōngzuò)原理第一百五十八頁(yè)，共173頁(yè)。因此，全部的化學(xué)反應(yīng)是：2H2（g）＋O2（g）→2H2O(l)在這個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，每個(gè)氧分子（或每?jī)蓚€(gè)氫分子）有四個(gè)電子通過(guò)外電路。那么，每摩爾氧（或每?jī)赡枤洌┧敵龅碾娔苁牵篧e＝4NAeE由熱力學(xué)第一、第二定律，每摩爾氧（或每?jī)赡枤洌┧l(fā)出的電能We為：We≤－△G由上式可以看出(kànchū)，實(shí)際過(guò)程，所得到的電能要小于工作過(guò)程中的