新能源概論2

1、1980年聯(lián)合國(guó)召開(kāi)的“聯(lián)合國(guó)新能源和可再生能源會(huì)議”對(duì)新能源的定義為：以新技術(shù)和新材料為基礎(chǔ)，使傳統(tǒng)的可再生能源得到現(xiàn)代化的開(kāi)發(fā)和利用，用取之不盡、周而復(fù)始的可再生能源取代資源有限、對(duì)環(huán)境有污染的化石能源。 新能源一般是指在新技術(shù)基礎(chǔ)上加以開(kāi)發(fā)利用的可再生能源，包括太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面與深層間的熱循環(huán)等；此外，還有氫能、沼氣、酒精、甲醇等，而已經(jīng)廣泛利用的煤炭、石油、天然氣等能源

2、，稱為常規(guī)能源。隨著常規(guī)能源的有限性以及環(huán)境問(wèn)題的日益突出，以環(huán)保和可再生為特質(zhì)的新能源得到各國(guó)的重視。,新能源 OR 可再生能源,定義：太陽(yáng)與地球之間為年平均距離時(shí)，地球大氣層上邊界處，垂直于太陽(yáng)光線的表面上，單位面積、單位時(shí)間所接受的太陽(yáng)輻射能。,太陽(yáng)構(gòu)造及太陽(yáng)能資源 太陽(yáng)能資源,太陽(yáng)常數(shù),到達(dá)地面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度,散射輻射(scattered light)：經(jīng)過(guò)大氣和云層的反射、折射、散射作用改變了原來(lái)的傳播方向達(dá)到地球

3、表面的、并無(wú)特定方向的這部分太陽(yáng)輻射。直射輻射(direct light) ：未被地球大氣層吸收、反射及折射仍保持原來(lái)的方向直達(dá)地球表面的這部分太陽(yáng)輻射?？偺?yáng)輻射：散射輻射與直射輻射的總和。,太陽(yáng)構(gòu)造及太陽(yáng)能資源 太陽(yáng)能資源,太陽(yáng)構(gòu)造及太陽(yáng)能資源 太陽(yáng)能資源,定義：太陽(yáng)光線穿過(guò)地球大氣層的路徑與太陽(yáng)在天頂位置時(shí)光線穿過(guò)地球大氣層的路徑之比。完全不同于通常所說(shuō)的“質(zhì)量”。,規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0℃，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），海平面上，

4、當(dāng)太陽(yáng)處于天頂位置時(shí)，太陽(yáng)光線垂直照射所通過(guò)的路徑m=1。,忽略地球曲率的的影響，大氣質(zhì)量m由下式計(jì)算：,大氣質(zhì)量 m,太陽(yáng)構(gòu)造及太陽(yáng)能資源 太陽(yáng)能特點(diǎn),太陽(yáng)能具有以下優(yōu)點(diǎn)：?。?）普遍。陽(yáng)光普照大地,處處都有太陽(yáng)能,可以就地利用,不需到處尋找,更不需火車、輪船、汽車等日夜不停地運(yùn)輸。這對(duì)解決偏僻邊遠(yuǎn)地區(qū)以及交通不便的鄉(xiāng)村、海島的能源供應(yīng),具有很大的優(yōu)越性。（2）無(wú)害。利用太陽(yáng)能作能源,沒(méi)有廢渣、廢料、廢水、廢氣排出,沒(méi)有噪聲

5、,不產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì),因而不會(huì)污染環(huán)境,沒(méi)有公害。（3）長(zhǎng)久。只要太陽(yáng)存在,就有太陽(yáng)輻射能。因此,利用太陽(yáng)能作能源,可以說(shuō)是取之不盡、用之不竭的。（4）巨大。一年內(nèi)到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能總量,要比地球上現(xiàn)在每年消耗的各種能源的總量大幾萬(wàn)倍。,,太陽(yáng)構(gòu)造及太陽(yáng)能資源 太陽(yáng)能特點(diǎn),太陽(yáng)能具有以下缺點(diǎn)：　（1）分散性。分散性即能量密度低。晴朗白晝的正午,在垂直于太陽(yáng)光方向的地面上,1m2面積所能接受的太陽(yáng)能平均只有1kW左右。作

6、為一種能源,這樣的能量密度是很低的。因此,在實(shí)際利用時(shí),往往需要一套面積相當(dāng)大的太陽(yáng)能收集設(shè)備。這就使得設(shè)備占地面積大、用料多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本增高,從而影響了推廣應(yīng)用。（2）隨機(jī)性。由于受氣候、季節(jié)等因素的影響,到達(dá)某一地面的太陽(yáng)直接輻射能是極不穩(wěn)定的。這就給大規(guī)模的利用增加了不少困難。 （3）間歇性。到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射能隨晝夜的交替而變化。這就使得大多數(shù)太陽(yáng)能設(shè)備在夜間無(wú)法工作。為克服夜間沒(méi)有太陽(yáng)直接輻射、散射輻射也很微弱所造

7、成的困難,就需要研究和配備儲(chǔ)能設(shè)備,以便在晴天時(shí)把太陽(yáng)能收集并儲(chǔ)存起來(lái),供夜晚或陰雨天使用。,,太陽(yáng)構(gòu)造及太陽(yáng)能資源 太陽(yáng)能基本利用方式,太陽(yáng)構(gòu)造及太陽(yáng)能資源 太陽(yáng)能基本利用方式,太陽(yáng)能利用的重點(diǎn)方向,太陽(yáng)能的利用主要有兩大重點(diǎn)方向： （1）一是轉(zhuǎn)化為熱能； （2）一是轉(zhuǎn)化為電能，尤為重視。專家們預(yù)測(cè)： （1）2050年，可再生能源占總一次能源的比例約為54%，其中太

8、 陽(yáng)能在一次能源中的比例約為13%-15%； （2）2100年，可再生能源將占86%，太陽(yáng)能占70%，其中太陽(yáng)能 發(fā)電占64%。,太陽(yáng)構(gòu)造及太陽(yáng)能資源 太陽(yáng)能基本利用方式,太陽(yáng)能熱水器：低溫生活熱水及采暖等；太陽(yáng)能溫室：農(nóng)業(yè)溫室；主/被動(dòng)太陽(yáng)房：主要集中在北方寒冷地區(qū)；太陽(yáng)能干燥器：農(nóng)副產(chǎn)品、木材等干燥；太陽(yáng)能海水淡化裝置：在海南島、浙江舟山等地，已開(kāi)始小規(guī)模應(yīng)用；太陽(yáng)灶：在農(nóng)村能源缺乏

9、的地區(qū)，得到了一定的應(yīng)用，僅甘肅一省就約有2萬(wàn)臺(tái)。一般采光面積2m2，功率約700－1000W。太陽(yáng)能熱動(dòng)力與熱發(fā)電系統(tǒng)：與美國(guó)合作，研究開(kāi)發(fā)聚焦式太陽(yáng)能熱發(fā)電裝置。,我國(guó)太陽(yáng)能熱利用,太陽(yáng)能熱利用技術(shù),太陽(yáng)能集熱器 家用太陽(yáng)能熱水器 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng) 太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù),太陽(yáng)能集熱器,太陽(yáng)輻射的能流密度低，在利用太陽(yáng)能時(shí)為獲得足夠能量，或者為了提高溫度，必須采用一定的技術(shù)和裝置（集熱器），對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行采集。,能流密度是在一定空間范

10、圍內(nèi)，單位面積（如平方米）所能取得的或單位重量（如公斤）能源所能產(chǎn)生的某種能源的能量或功率。是評(píng)價(jià)能源的主要指標(biāo)之一。如能流密度很小，即很難作為主要能源。按目前技術(shù)水平，太陽(yáng)能和風(fēng)能的能流密度很小，每平方米約100瓦左右。各種常規(guī)能源的能流密度都較大，如1公斤標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)熱量為7000千卡，1公斤石油發(fā)熱量為10000千卡。核能的能流密度最大，1公斤鈾235裂變時(shí)可釋放出164億千卡的熱量。,太陽(yáng)能集熱器,其中包含兩個(gè)過(guò)程：（1）吸收（收集

11、）太陽(yáng)能 （2）傳遞熱量,太陽(yáng)熱水器的好壞主要取決于集熱器的優(yōu)劣?。?！,定義太陽(yáng)能集熱器是把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的設(shè)備，是將收集的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并將它傳給工作介質(zhì)（流體）的一種特殊換熱裝置。它是太陽(yáng)能熱利用中的關(guān)鍵設(shè)備。,太陽(yáng)能集熱器,太陽(yáng)能集熱器 分類,依據(jù)傳熱工質(zhì)的不同，可分為液體集熱器和空氣集熱器。,,太陽(yáng)能集熱器 分類

12、,依據(jù)采光方式的不同，可分為非聚光型和聚光型集熱器兩種。,聚光集熱器: 通常有特殊的鏡發(fā)射器或折射器（聚光器）能將陽(yáng)光會(huì)聚在面積 較小的吸熱面上，以提高吸收器上的能流密度，從而獲得較高溫 度，主要利用直射輻射，且需要跟蹤太陽(yáng)（跟蹤系統(tǒng)）。主要 應(yīng)用于太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā)電。,非聚光集熱器：照射到采光面的太陽(yáng)輻

13、射不改變方向，也不集中射到吸熱體上 的太陽(yáng)集熱器。,聚焦于一點(diǎn)（或一線），旋轉(zhuǎn)或槽型拋物面,聚焦于面，如塔式、球形,太陽(yáng)能集熱器 分類,依據(jù)集熱器的工作溫度范圍，太陽(yáng)集熱器可分為三種類型,低溫集熱器: 工作溫度100℃以下。中溫集熱器: 工作溫度100～200℃。高溫集熱器: 工作溫度200℃以上。,依據(jù)集熱器是否跟蹤太陽(yáng)分為：跟蹤集熱器

14、、非跟蹤集熱器,依據(jù)集熱器內(nèi)是否有真空空間分為：平板型、真空管型,依據(jù)集熱板使用材料分別為：純銅集熱板、銅鋁復(fù)合集熱板、 純鋁集熱板,太陽(yáng)能集熱器 分類,太陽(yáng)能集熱器 傳熱學(xué)基礎(chǔ),,,太陽(yáng)能集熱器 傳熱學(xué)基礎(chǔ),,,太

15、陽(yáng)能集熱器 傳熱學(xué)基礎(chǔ),,太陽(yáng)能集熱器 傳熱學(xué)基礎(chǔ),,,太陽(yáng)能集熱器 傳熱學(xué)基礎(chǔ),,太陽(yáng)能集熱器 傳熱學(xué)基礎(chǔ),,,太陽(yáng)能集熱器 傳熱學(xué)基礎(chǔ),,非聚光類太陽(yáng)能集熱器,與聚光型集熱器相比具有下列特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要跟蹤； 工作可靠，成本較低； 吸收太陽(yáng)

16、輻射的面積與采集太陽(yáng)輻射的面積相等； 可同時(shí)接收直射輻射和散射輻射； 熱流密度較低，工質(zhì)溫度較低，運(yùn)行安全。,非聚光類太陽(yáng)能集熱器,悶曬式集熱器,悶曬式集熱器一般是指采光吸熱元件和蓄熱水箱一體化的太陽(yáng)能集熱器，冷熱水的循環(huán)和流動(dòng)加熱過(guò)程是在水箱內(nèi)部進(jìn)行的；經(jīng)過(guò)一天的自然循環(huán)，將水加熱到供用溫度。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、易于推廣應(yīng)用。缺點(diǎn)是集熱效率低、保溫效果差，熱量損失比較大。一般分為淺池式太陽(yáng)熱水器、塑料袋式太陽(yáng)熱水器、筒式

17、太陽(yáng)熱水器和真空管悶曬太陽(yáng)熱水器。,非聚光類太陽(yáng)能集熱器,非聚光類集熱器中最簡(jiǎn)單且應(yīng)用最廣的集熱器。,低溫?zé)崂?生活用水加熱 游泳池加熱 工業(yè)用水加熱 建筑物采暖與空調(diào),平板型集熱器,非聚光類太陽(yáng)能集熱器,真空管式集熱器,低中高溫?zé)崂?熱水、開(kāi)水 采暖、制冷空調(diào) 物料干燥 海水淡化 工業(yè)加熱、熱發(fā)電,,平板型太陽(yáng)能集熱器 分類,,,,平板型集熱器結(jié)構(gòu)示意圖,平板型太陽(yáng)集熱器一般由吸熱體、透明蓋

18、板、保溫層和殼體 4部分組成。,平板型太陽(yáng)能集熱器 結(jié) 構(gòu),一、吸熱體：是吸收太陽(yáng)輻射能量并向水傳遞熱量的關(guān)鍵部件， 結(jié)構(gòu)為集熱板和集熱工質(zhì)流通管道的結(jié)合體。,平板型太陽(yáng)能集熱器 結(jié) 構(gòu),對(duì)吸熱面板的技術(shù)要求：（1）太陽(yáng)吸收比高，以最大限度地吸收太陽(yáng)輻射能；（2）熱傳遞性能好，以最大限度地傳遞給傳熱工質(zhì)；（3）與傳熱工質(zhì)的相容性好

19、；（4）具有一定的承壓能力；（5）加工簡(jiǎn)單，成本合理，便于大批量生產(chǎn)應(yīng)用。,平板型太陽(yáng)能集熱器 吸熱板的主要結(jié)構(gòu)型式,管板式 將排管與平板以一定的結(jié)合方式連接構(gòu)成吸熱條帶，主要有銅 鋁復(fù)合吸熱板和全銅管板吸熱板。,翼板式 即帶翅片的管，利用模子擠壓拉伸工藝制成金屬管兩側(cè)連有翼片 的吸熱條帶，以鋁合金吸熱板為多。,扁盒式 將兩塊金屬板分別模壓成型，再焊接成一體構(gòu)成吸熱

20、板，主要材 料有鋁合金或不銹鋼以及鍍鋅鋼等。,蛇管式（盤管式） 將金屬管彎曲成蛇形，再與平板焊接構(gòu)成吸熱板，一 般采用銅板,現(xiàn)在已很少使用。,管板式,翼板式,扁盒式,蛇管式,平板型太陽(yáng)能集熱器 吸熱板吸收涂層,吸收率 absorptivity （α）是指投射到物體上而被吸收的熱輻射能與投射到物體上的總熱輻射能之比。,反射率 reflectivity

21、（ρ）是指物體表面所能反射的光量和它所接受的光量之比。,透射率 transmissivity （τ）是指物體透過(guò)后的光通量與入射光通量之比。,發(fā)射率 emissivity （ε）是指物體通過(guò)表面向外輻射的電磁能與同溫度的黑體在相同條件下所輻射的電磁能的比值。,平板型太陽(yáng)能集熱器 吸熱板吸收涂層,發(fā)射率,平板型太陽(yáng)能集熱器 吸熱板吸收涂層,平板型太陽(yáng)能集熱器 吸熱板吸收涂層,1、非選擇性吸收涂

22、層：光學(xué)特性與輻射波長(zhǎng)無(wú)關(guān),2、選擇性吸收涂層：光學(xué)特性隨輻射波長(zhǎng)不同有顯著變化,普通黑板漆：吸收比?高（0.95）,發(fā)射率ε也高（0.90）,高的太陽(yáng)輻射吸收比＋低的吸熱板輻射發(fā)射率,北京生產(chǎn)的TXT太陽(yáng)能涂料 ：,要求： 有較高的選擇性能； 附著力強(qiáng)，不起皮； 耐候性好。,平板型太陽(yáng)能集熱器 吸熱板吸收涂層,平板型太陽(yáng)能集熱器 吸熱板吸收涂層,平板型太陽(yáng)能集熱器 吸熱板吸收

23、涂層,真空蒸發(fā)設(shè)備,磁控濺射設(shè)備,平板型太陽(yáng)能集熱器 吸熱板吸收涂層,蓋板主要作用是讓太陽(yáng)光線透過(guò)而不讓吸熱板產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外線透過(guò)，使集熱器內(nèi)獲得較高溫升，稱之為溫室效應(yīng)。,二、,平板型太陽(yáng)能集熱器 透明蓋板,要求：太陽(yáng)透射比高，紅外透射比低有較高的耐沖擊強(qiáng)度導(dǎo)熱系數(shù)小，隔熱性能好耐候性好便于加工,平板型太陽(yáng)能集熱器 透明蓋板,蓋板的材料 當(dāng)前使用的材料包括：

24、玻璃、抗老化透明玻璃鋼、抗老化透明塑料板等。 常用的蓋板以普通玻璃為多，出口或高檔產(chǎn)品都使用鋼化玻璃蓋板。 在北方使用的集熱器采用雙層蓋板時(shí)，一般采用玻璃加聚碳酸酯薄膜。蓋板的層數(shù)由使用地區(qū)氣候條件和工作溫度而定，一般為單層，只有在氣溫較低或工作溫度較高的工況才采用雙層蓋板。 蓋板與吸熱板的距離應(yīng)考慮大于 25mm，距離太小會(huì)降低集熱效率。,平板型太陽(yáng)能集熱器 保溫層,三、保溫層：是吸熱體底部和四側(cè)填

25、充的一定厚度的絕熱材料， 減少集熱器向環(huán)境散熱，以降低吸熱體的熱損失。,保溫層的技術(shù)要求： 保溫性好，即材料導(dǎo)熱系數(shù)小，一般要求 0.55W/m2. ℃； 不易變形或揮發(fā)，不產(chǎn)生有毒氣體，不吸水。,保溫層的材料有巖棉、礦棉、聚苯乙烯、硅酸鋁纖維、聚氨酯發(fā)泡塑料等。保溫層的厚度一般控制在 15－30mm，也可用下面經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算： 式中 ——保溫材料在