可再生能源概論

熱能新能源1/41能源是人類(lèi)賴以生存的基礎(chǔ)，也是人類(lèi)從事生產(chǎn)和社會(huì)活動(dòng)的基礎(chǔ)。能源的開(kāi)發(fā)利用程度標(biāo)志著人類(lèi)社會(huì)進(jìn)化和發(fā)展的程度。2研究能源技術(shù)的目的有兩個(gè)：一是尋找新的能源和能源利用方式；二是提高現(xiàn)有能源的利用效率，特別是轉(zhuǎn)化為電能的效率。3什么是能量？按照物理學(xué)的定義，能量即物體（或系統(tǒng)）對(duì)外做功的能力。4按照來(lái)源的不同，能源可分為第一類(lèi)能源（直接或間接來(lái)自太陽(yáng)輻射?？稍偕挠刑?yáng)能、風(fēng)能、水利能、海浪能、海流能、海水溫差能、生物質(zhì)能；不可再生的有煤、石油、天然氣、油頁(yè)巖、可燃冰），第二類(lèi)能源（地球內(nèi)部固有的能量?？稍偕挠械?zé)崮?、火山、地震、海嘯；不可再生的有核燃料，鈾，钚，釷，氘等）和第三類(lèi)能源（地球-天體相互作用能，可再生潮汐能）。5能源的品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo):①能流密度②花費(fèi)的投資③能源供應(yīng)的連續(xù)性和存儲(chǔ)的可能性④運(yùn)輸費(fèi)用和損耗⑤對(duì)環(huán)境的影響⑥存儲(chǔ)量⑦能源品位6能流密度是指：?jiǎn)挝惑w積或單位面積內(nèi)從能源獲得的功率。（W/m方）7從轉(zhuǎn)化為電能的難易程度考慮，能源有低品位（難）和高品位（易）之分。8溫室效應(yīng)：大氣中的，等氣體允許來(lái)自太陽(yáng)的短波輻射通過(guò)，卻能夠吸收地球發(fā)出的紅外長(zhǎng)波輻射，然后在返回地球上。而過(guò)多的等氣體如同溫室中的玻璃一樣，阻擋地球的正常熱量散失，這就是溫室效應(yīng)。9目前太陽(yáng)能的利用主要有兩個(gè)方面：①太陽(yáng)能熱利用和②太陽(yáng)能光伏發(fā)電。10太陽(yáng)常數(shù)：平均日地距離，垂直于太陽(yáng)輻射的大氣外層平面上，單位時(shí)間、單位面積所接收的太陽(yáng)能輻射能，單位為W/m方。11大氣質(zhì)量（AM）：AM=O’A(太陽(yáng)任意點(diǎn)到該點(diǎn)的距離)/OA（太陽(yáng)垂直射入到地球一點(diǎn)的距離）。12選擇性吸收涂層通常為多層膜結(jié)構(gòu)，包括紅外反射底層、吸收層和上部的減反射層。13真空管的熱損失由三部分組成：①集熱管對(duì)保護(hù)玻璃套筒的輻射熱損失②通過(guò)玻璃管的傳導(dǎo)熱損失③集熱管通過(guò)對(duì)流和輻射向環(huán)境的熱損失。14管熱式真空管集熱器的工作原理：太陽(yáng)輻射穿過(guò)玻璃外管后投射在有涂層的金屬集熱管上。集熱管將熱量傳給與其緊密結(jié)合的熱管蒸發(fā)段，供蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)汽化。工質(zhì)蒸汽流向熱管冷凝段被凝結(jié)，凝結(jié)放出的熱量加熱集熱器的工作介質(zhì)。凝結(jié)后的液體工質(zhì)在重力的作用下回流到熱管蒸發(fā)段循環(huán)工作。15太陽(yáng)房獲取太陽(yáng)能的最基本原理是溫室效應(yīng)。16利用塞貝克效應(yīng)制成的熱點(diǎn)轉(zhuǎn)換裝置成為溫差發(fā)電裝置，是一種工作可靠、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件和無(wú)污染的清潔發(fā)電技術(shù)。17太陽(yáng)池蓄熱的基本原理：太陽(yáng)池是一種鹽水池。鹽水沿池深具有一定的濃度梯度。池表面的水是清水，向下濃度逐漸增大，池底接近于飽和溶液。由于鹽水自下而上的濃度梯度，下層較濃的鹽水比較重，因此可阻止或削弱由于池中溫度梯度引發(fā)的池內(nèi)液體自然對(duì)流，從而使池水穩(wěn)定分層。在太陽(yáng)輻射下池底的水溫升高，形成溫度高達(dá)90℃左右的熱水層，而上層清水則成為一層有效的絕熱層。同時(shí)，由于鹽溶液和池周?chē)寥赖臒崛萘看?，所以太?yáng)池具有很大的儲(chǔ)熱能力。1光伏效應(yīng)原理：①入射光子被P—N結(jié)附近電子吸收，并產(chǎn)生非平衡的電子—空穴對(duì)。②非平衡的電子和空穴從產(chǎn)生出向勢(shì)場(chǎng)區(qū)運(yùn)動(dòng)（既可以是多子的濃度擴(kuò)散，也可以是少子在微弱電場(chǎng)中思維漂移）③非平衡的電子和空穴在勢(shì)場(chǎng)作用下分離，向相反方向運(yùn)動(dòng)。2太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率：太陽(yáng)電池的最大輸出功率與照射到電池的太陽(yáng)輻射功率的比值。η=Pmax/Pin=UocUscＦＦ/Pin（P單位是W/m2）。3單晶硅太陽(yáng)電池的基本結(jié)構(gòu)：?jiǎn)谓Y(jié)的P—N結(jié)、指形電極、抗反射膜（減反層）、完全用金屬覆蓋的背電極等。4獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池方陣、蓄電池、控制器組成，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)還需要逆變器和交流配電設(shè)備。5逆變器的作用就是將方陣和蓄電池提供的低壓直流電變成220V交流電，供給負(fù)載使用。6生物質(zhì)氣化的概念：生物質(zhì)氣化是生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換的一種技術(shù)，基本原理是在不完全燃燒的條件下，將生物質(zhì)燃料加熱，使較高相對(duì)分子質(zhì)量的有機(jī)碳?xì)浠衔镦溋呀?，變成較低相對(duì)分子質(zhì)量的CO、、等可燃性氣體。7生物質(zhì)氣化劑主要為空氣，也會(huì)采用氧氣、水蒸氣和氫氣。8三種制取液體燃料的方法：熱裂解技術(shù)、發(fā)酵制乙醇技術(shù)和生物柴油技術(shù)。熱裂解技術(shù)又分為裂解液化、干餾和制炭等三類(lèi)技術(shù)。9生物質(zhì)熱裂解技術(shù)的概念：也稱生物質(zhì)熱解，是指生物質(zhì)在基本無(wú)氧的情形下，通過(guò)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，生成炭、液體和氣體產(chǎn)物的過(guò)程。10乙醇生產(chǎn)方法可以分為兩大類(lèi)：發(fā)酵法（我國(guó)以此為主）和化學(xué)合成法。1風(fēng)向規(guī)律：理論上風(fēng)從高壓區(qū)吹向低壓區(qū)，但在中高緯度地區(qū)，風(fēng)向還受地球自轉(zhuǎn)的影響，結(jié)果風(fēng)向與等壓線平行而非垂直。在北半球，風(fēng)以逆時(shí)針?lè)较颦h(huán)繞氣旋（低壓）區(qū)，以順時(shí)針?lè)较颦h(huán)繞反氣旋（高壓）區(qū)，南半球相反。2飛逸轉(zhuǎn)速（r/min）：指當(dāng)水輪機(jī)丟棄全部負(fù)荷，而調(diào)速系統(tǒng)又失靈時(shí)，機(jī)組所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)速。3按水流對(duì)水輪機(jī)組作用的方式不同，水輪機(jī)可分為反擊式和沖擊式水輪機(jī)兩種。前者利用水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪時(shí)，在轉(zhuǎn)輪上產(chǎn)生的反作用力轉(zhuǎn)動(dòng)，后者利用噴射水流的沖擊力使水輪轉(zhuǎn)動(dòng)。4反擊式水輪機(jī)按照水流經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)輪的方向不同，分為軸流式、混流式和貫流式三種。軸流式：水流經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)輪，始終沿著軸的方向?；炝魇剑核飨葟较蜻M(jìn)入轉(zhuǎn)輪，然后以近似軸向流出轉(zhuǎn)輪。貫流式：水流從進(jìn)口到尾水管出口都是軸向的。5波浪的速度取決于它們的波長(zhǎng)，波浪愈長(zhǎng)，波浪運(yùn)動(dòng)愈快。6波浪的能量由垂直于波浪方向的每米寬度所通過(guò)的能量速率（功率）來(lái)表征，單位為kW/m，也成為波浪能密度。7根據(jù)波能轉(zhuǎn)換器的主梁與波浪方向的幾何關(guān)系，波浪轉(zhuǎn)換器可以分為三種不同的模式：終結(jié)型模式、減緩型模式和點(diǎn)吸收型模式。8根據(jù)波能裝置采用的不同物理原理，可以將各種波能裝置歸結(jié)為幾大類(lèi)①壓縮空氣型②壓縮流體型③水位差型④直接轉(zhuǎn)換型。8地?zé)崮苁俏ㄒ慌c太陽(yáng)能無(wú)關(guān)的能源，目前地?zé)崮艿睦弥饕抢玫責(zé)崴偷責(zé)嵴羝?地?zé)嶂饕怯傻厍騼?nèi)部長(zhǎng)壽命的微量放射性元素，主要是鈾（U）238、釷（Th）232和鉀（K）40衰變而放出的熱量。地?zé)崮芟喈?dāng)于地球煤炭資源的1.7倍。10形成一處地?zé)豳Y源的三大要素是：熱源、流體和儲(chǔ)熱空間。11地?zé)岚l(fā)電是高溫地?zé)豳Y源最主要的利用方式。根據(jù)地?zé)崃黧w的熱量參數(shù)和性狀，可以有兩種不同的發(fā)電方式：蒸汽型地?zé)岚l(fā)電和熱水型（含水汽兩種混合物）地?zé)岚l(fā)電。12地源熱泵的種類(lèi)：采用埋地?fù)Q熱器的地源熱泵（GCHP）、地?zé)崴疅岜茫℅WHP）、地表水熱泵（SWHP）1目前掌握制備H的方法有四種：①甲烷或炭與水蒸氣反應(yīng)制氫②電解水制氫③熱化學(xué)制氫④固體生物質(zhì)制氫。2燃料電池由陽(yáng)極、陰極、電解質(zhì)和外電路組成，工作原理（氫氧磷酸型）如下：①氫氣在陽(yáng)極催化劑的作用下，發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)（→2+2e），即氫氣離解為氫離子并釋放兩個(gè)電子。②氫離子穿過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極，在陰極催化劑作用下，與氧氣發(fā)生陰極反應(yīng)生成水（2+2e+→）。③綜合起來(lái)，氫氧燃料電池中總的電池反應(yīng)為+。3實(shí)際的電極電位低于可逆理想電位（需要消耗自身一部分能量去克服一些由于氣體擴(kuò)散、吸附、溶解等物理化學(xué)產(chǎn)生的阻力）的現(xiàn)象叫做電池極化。4燃料電池的電催化作用：用來(lái)加速燃料電池化學(xué)反應(yīng)中電荷的轉(zhuǎn)移，一般發(fā)生在電極和電解質(zhì)的分界面上。5燃料電池未來(lái)需要研究的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：①電催化過(guò)程的機(jī)理和新型高效電極催化劑的問(wèn)題；②電解質(zhì)和集流體材料的研究開(kāi)發(fā)以及它們與電極的緊密接觸問(wèn)題；③燃料電池中的水管理和熱管理，相應(yīng)的排水、排熱以及余熱綜合利用技術(shù)；④燃料的來(lái)源及儲(chǔ)存問(wèn)題；⑤提高壽命，降低電池成本。太陽(yáng)電池的基本原理：利用光伏效應(yīng)可以將光能或其他電磁輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能輸出，而不需要任何中間步驟。太陽(yáng)光子攜帶的能量打在半導(dǎo)體表面，并可一直穿透至P—N結(jié)附近，直到被電子吸收。如果光子具有的能量E>E。（使電子脫離原子核的電離能），則電子被光子從原子中打出，