清洁能源陈金强班,个人整理,仅供参考

1、什么是能源？广义地讲，能源即能够向人类提供能量的自然资源。如煤和石油等化石能源提供热能，水力和风力提供机械能，地热提供热能，太阳提供电磁辐射能 （可转化为热能或电能）。 许多自然过程都产生一定的能量，甚至普通的垃圾也可以产生能量，但转化的数量 和转化的难易程度则差异极大。因此能源又可定义为较集中而又较容易转化的含能物质或含 能资源。能源分类1）按开发利用的情况：常规能源：煤、石油、天然气、水能、核能等。新能源：太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能、核聚变燃料等。2）按开发的步骤：一次能源：煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能、地热能、海洋能等。二次能源：电力、煤气、汽油、沼气、氢气甲醇、酒精

2、等。3）按能否再生：可再生能源：水能、太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能等；非再生能源：煤、石油、天然气、核能等。4）按开发利用过程中对环境的污染情况：清洁能源：太阳能、风能、水能、海洋能等；非清洁能源：煤、石油、天然气等。一次能源：指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源。（分为可再生能源和非再生能源）可再生能源应是清洁能源或绿色能源，它包括：太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、 潮汐能、海洋温差能等等；是可以循环再生、取之不尽、用之不竭的初级资源非再生能源包括：原煤、原油、天然气、油页岩、核能等，它们是不能再生的，用掉一点， 便少一点。二次能源：是指由一次能源经过加工转换以后

3、得到的能源产品。例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等。二次能源是联系一次能源和能源终端用户的中间纽带。二次能源又可分为 “过程性能源”和“合能体能源”。过程性能源和合能体能源是不能互相替代的，各有自己的应用范围。表1-2 一次能源、二次能源、可再生能源、不可再生能源分类表一次 能源可再生能源直接太阳辐射、生物质、风、流水、 海浪、潮汐、海流、海水温差、地热 水、地热蒸汽、热岩层不可再生能源化石燃料（煤、石油、天然气、油页 岩、可燃冰）、核燃料（铀、钍、钚、 氘等）二次 能源电能、氢能、汽油、煤油、柴油、火药、酒精、 甲醇、丙烷、苯胺、焦炭、硝化棉、硝

4、化甘油等图1-3.能量的各种形式和转换-凤龍 、水力能、豈IftI蔚质注JL来源转1&村电池能id形式太阳常数 就是指在平均日地距离，垂直于太阳辐射的大气外层平面上，单位时间、单位面 积上所接收的太阳辐射能，国际上通常取1357W/m2在大气层之外，在一年中的某一天单位时间、单位垂直面积上所接收到的太阳辐射能可用下式计算：I rlUD0）2 =lc1 0.034cos 36°n （W/m2）D365.25D：日地距离，DO :日地距离，IC :太阳常数，n：从元旦算起的天数太阳能光电转换原理 太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能 的过程，通常叫做“光伏

5、效应”，太阳电池就是利用这种效应制成的。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子一空穴对。 这样，光能就以产生电子一空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在Pn结，则在P型和n型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n区，空穴驱向 P区，从而使得n区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在 Pn结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。若分别在 P型层和n型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池 元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出

6、功率。热力学定律热力学第零定律：如果两个热力学系统分别与第三个系统温度相等，那么这两个系统温度也相等，或者说两者处于热力学平衡。热力学第一定律（能量守恒定律）：在存在着物质进出、做功交换和热量传递的热力学系统， 其内能的变化（增加）恒等于物质进出系统所带入的净的能量、传递给系统的净的热量、夕卜 界对系统所做的净功这三者之和。热力学第二定律：有开尔文一普朗克表述和克劳休斯表述，对能量转换的方向提岀了限制。 热力学第三定律：当温度趋向于绝对零度时，凝聚态的熵变也趋向于零。热力学第二定律及其推论开尔文叙述：热机必须工作于高温热源和低温冷源之间。热机从高温热源获得热量，向外做功，同时必须向低温冷源放热

7、，排出部分热量，因此热机效率永远小于1。克劳休斯叙述：热只能从高温自发地传到低温，而不能相反。把热从低温物体传到高温物体是可能的，但要对外界产生其它影响。注意效率计算。（热机或热泵 ）太阳能制冷的热力学原理由热力学定律可知，热量（能）只能自动地从温度较高的物体传导到温度较低的物体，所以说 物体自然冷却的过程， 只能使被冷却的物体之温度达到周围环境的温度。如果要使物体的温度降低到比其周围的环境温度更低，就得由外力做功，即由人工制冷（制冷机）来完成。人工制冷和用水泵从井中抽水很相似，如图1-2.。将水自低处移到高处，必须通过水泵消耗电能做功来实现；要实现低温物体向高温物体传热，必须像水泵那样，通过

8、压缩机消耗电能做功，使低温物体的热量和压缩机做功所产生的热量一起传向高温物体（周围环境）。制冷原理制冷技术，就是利用制冷剂在比较低的温度下，其状态改变时能吸收较大的热量 而其本身的温度却不改变的特性，例如H2由液体变成气体的沸点为一29. 8C,此温度下，F12由液态变为气态，每 kg需吸收约40ka1（168U）的热量，而其本身的温度却不变。电冰箱就是利用这一原理制成的。为了实现连续制冷，就要有一个使液态制冷剂不断蒸发（汽化）和冷凝（液化）的制冷系统，使其周而复始地工作下去。我们称这种周而复始的工作方式为制冷 循环。一般情况下，制冷循环系统包括四个基本部分，即制冷压缩机、冷凝器、节流阀（毛细

9、管）和蒸发器。压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷 凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，从而完成制冷循环。吸热图1-3火力发电系统工作原理所谓火力发电，就是将从煤炭、石油和天然气等燃料所得到的热能变换成机械能，再带动发电机转动产生电能的发电方式。火力发电有汽轮机发电、 内燃机发电和燃气轮发电等方式。 通常所说的火力发电， 主要是指汽轮机发电， 也就是利用燃料在锅 炉中燃烧得到的热能将水加热成为蒸汽，蒸汽冲动汽轮机，汽轮机带动发电机发出电。 火力发电系统由锅炉、汽轮机、发电机等

10、主要设备和许多附属设备组成。火力发电的原理燃料燃烧产生的热能将锅炉中的水加热产生湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽通过输汽管时继续加热成为干饱和蒸汽，再经过过热器进一步加热成为过热蒸汽。高温高压的过热蒸汽通过汽轮机喷嘴后，压力和温度降低，体积膨胀，流速增高，热能转变为动能，推动 汽轮机转动，由汽轮机带动发电机旋转发电。汽轮机排出的低温低压蒸汽送进凝汽器凝结成水，再送入锅炉循环使用。火力发电过程中，燃料的热能要经过锅炉、 汽轮机和发电机才能转变为电能，在锅炉和汽轮机等处都有能量损失，其热效率只有30% -40 %左右。太阳能热发电的类型和特点太阳能是一种能流密度很低的能源，若要提高经济效益，就必须提高热机效

11、率和规模大型化。太阳辐射能很容易以极高的效率转换为热能，但把热能转变为功则受到限制。热力学第二定律和卡诺定律阐述了热转换为功的条件和最大转换效率，提高热机效率的主要途径是提高热源温度。太阳能热发电系统分类：塔式电站、碟式电站、槽式电站、太阳能烟囱发电系统塔式电站 塔式电站的优点是聚光倍数高，容易达到较高的工作温度； 能量集中过程由反射光一次完成，方法简捷有效；吸收器散热器面积相对较小，光热转换效率高。但塔式电站建设费用高，其中反射镜的费用占50%以上。太阳能塔式电站的总体效率可以达到20%。塔式电站的致命缺点是太阳能电站规模越大，反射镜阵列的占的面积越大，吸收塔的高度也要提升。塔式、槽式和碟式

12、三种电站技术比较：塔式电站和碟式抛物镜集热器分散布置式电站均为点聚焦，聚光倍数高达500以上。碟式效率最高但系统复杂。 但塔式电站的跟踪代价高，碟式电站的能量集中代价大，二者受到了目前技术水准的限制，实现商业化尚需时日。槽式电站是线聚焦，聚光倍数小于100。但槽式电站跟踪精度低，导致控制代价小，同时采用管状吸收器，工作介质受热流动同时集中能量。 槽式电站的总体代价相对小，经济效益相对提高，所以目前槽式电站发展迅速。太阳电池分类1. 按照基体材料分类：晶硅太阳电池，包括:单晶硅和多晶硅太阳电池 ;非晶硅太阳电池 ；薄膜太阳电池 ；化合物太阳电池，包括：砷化镓电池；硫化镉电池；碲化镉电池；硒铟铜

13、电池等；有机半导体太阳电池 等。2. 按照结构分类：同质结太阳电池、异质结太阳电池、肖特基结太阳电池、复合结太阳电池、液结太阳电池等3. 按照用途分类：空间太阳电池、地面太阳电池、光敏传感器4. 按照工作方式分类：平板太阳电池、聚光太阳电池多晶硅太阳电池制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右（2004年7月1日日本夏普上市效率为 14.8% 的世界最高效率多晶硅太阳能电池）。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电 池的使用寿命也要比单晶硅

14、太阳能电池短。P-N结的光伏效应当太阳光照射到半导体上时，一部分光将深入到半导体及P-N结内部。半导体中的电子吸收了能量大于禁带宽度的光子后，发生带间跃迁，在势垒区附近产生光生电子-空穴对。在内建电场的作用下，势垒区内及其附近扩散到势垒区的光生空穴被扫向P区，光生电子被扫向 N区；从而在P区内储存大量过剩的空穴，形成空穴积累，在N区内储存大量过剩的电子， 形成电子积累。这种积累使P区端电势升高，N区端电势降低，其效 果是中和了部分空间电荷，使P-N结内建电场的作用减弱.势垒高度降低，从而在 P-N结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场，产生光生电压，这就是P-N结的光生伏特效应，简称光伏效应。

15、太阳能电池的效率分析图中光线表示有一部分光线在表面被反射回去。光线表示在接近电池表面被吸收的光线，它们可以产生电子-空穴对，但是这些少数载流子在达到P-N结之前又复合还原，对外不产生光生电压，它们大部分是吸收系数较大的短波光线。 光线表示在 P-N结附近被吸收生成电子 -空穴对的光线， 这些电子-空穴对被 P-N 结的漂移作用分离而产生光生电 压，这是使太阳能电池能够发电的有用光线。光线表示在电池片深处、离 P-N结较远的地方被吸收的光线，也产生 电子-空穴对，仅在到达 P-N结之前又被复合，不产生光生电压表示被电池吸收，但是出于能量较小，不能产生电子-空穴对的光线，这部分能量加热太阳能电池，

16、使太阳能电池温度上升。光线表示未被电池吸收而透射过去的光线可以看 出。能够产少光生电压的是光线，尽可能增加它的数量，才能提高太阳能电池的光电转换效率。光电转换效率是指受光照的单体太阳能电池所产生的最大输出电功率与入射到该电池受光几何平面面积上的全部光的辐射功率的百分比。对于单晶硅太阳能电池，理论上限是27%，目前研究得到的最大值为 24%左右。并联时需要工作电压相同的组件，并在每一条并联线路串接阻 塞二极管。串联时需要工作电流相同的组件，并为每个组件并 接旁路二极管。阻塞二极管 是用来控制光伏系统中的电流的，任何一个独立光 伏系统都必须有防止从蓄电池流向阵列的反向电流的方法或有 保护失效单元的

17、方法。如果控制器没有这项功能的话，就要用 到阻塞二极管。一串联支路中被遮蔽的太阳电池组件，将被当作负载消耗其他 有光照的太阳电池组件所产生的能量。被遮蔽的太阳电池组件 此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重的破坏太阳电池。有光照的太阳电池所产生的部分能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止太阳电池 由于热斑效应而遭受破坏，最好在太阳电池组件的正负极间 并联一个旁路二极管，以避免光 照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗。口口回-叵匹f回回回回回叵T太阳能电池组件方阵(a)纵联横并；(b)横联纵并图示为同样64块太阳能电池组件分别用4并8串方式组成方阵。在图中可以看到，当遇到有局部阴影时，

18、(a)中连接的总线电压下降，输出电池也大幅下降，系统有可能不能正常工作；而(b)中连接的总线电压可保持不变，虽然少了一组电流，但系统却能正常工作。太阳能光伏并网发电对电网的影响随着技术和市场的发展，当光伏发电的上网电量在电网中与火电厂，水电，核电等电厂的发电量处于可比较的数量级和成为不可忽略的一部分时，光伏并网发电将对现有发电模式和电网的技术、经济、政策和环境效益带来如下问题：1. 负荷峰谷对电网的影响。 由于光伏并网发电系统不具备调峰和调频能力，这将对电网的早峰负荷和晚峰负荷造成冲击。因为光伏并网发电系统增加的发电能力并不能减少电力系统发 电机组的拥有量或冗余，所以电网必须为光伏发电系统准备

19、相应的旋转备用机组来解决早峰 和晚峰的调峰问题。光伏并网发电系统向电网供电是以机组利用小时数下降为代价的。当然是发电商所不愿意看到的。2. 昼夜变化，东西部时差以及季节的变化对电网的影响。由于阳光和负荷出现的周期性， 光伏并网发电量的增加并不能减少对电网装机容量的需求。3. 气象条件的变化。当一个城市的光伏屋顶并网发电达到一定规模时，如果地理气象出现大幅变化，电网将为光伏并网发电系统提供足够的区域性旋转备用机组和无功补偿容量，来控制和调整系统的频率和电压。在这种情况下，电网将以牺牲经济运行方式为代价来保证电 网的安全稳定运行。4. 远距离光伏电能输送。当光伏并网发电远距离输送电力在经济和技术上

20、成为可能时，由于光伏并网发电没有旋转惯量，调速器及励磁系统，它将给交流电网带来新的稳定问题。如果光伏并网发电形成规模采用高压交直流送电，将会给与光伏发电直流输电系统相邻的交流系统带来稳定和经济问题，(专门用于光伏并网发电的输电线路，由于使用效率低，将对荒漠太阳能的利用形成制约。用于借道或者兼顾输送光伏并网发电系统电能的输电线路，由于负荷率低下，显得很不经济。） 不论采用高压交流或直流送出，光伏并网发电站都必须配备 自动无功调压装置。 至于对电网稳定的影响， 目前还未见到光伏发电在电网稳定计算中的数 学模型（包括电源模型和负荷模型）。5. 降耗问题。光伏并网发电的一个主要优势是可替代矿物燃料的消

21、耗。由于光伏并网发电 增加了发电厂发电机的旋转备用或者是热备用，因此，光伏并网发电的实际降耗比率应该扣除旋转备用机组或热备用机组损失的能量。光伏并网发电的降耗效率应该考虑到由于光伏并网发电系统提供的电力导致发电公司机组利用小时数降低带来的效率损失。6. 环保问题。光伏发电带来的减排效果是否应该只考虑火电排放的二氧化硫和二氧化碳还 有待讨论，因为当光伏并网发电时， 同样电网在考虑电网安全，稳定和经济运行时，往往减也不仅仅只由水电厂来承担旋转备用的任 。因此，在考虑光伏并网发电系统的减排 节能减排的效果并不像一些文章中所讲少出力的不仅仅是火电厂， 因而考虑旋转备用时, 务（水电厂承当旋转备用任务时

22、同样要损失水能） 贡献时，也应该在理论值前乘以一个小于一的系数。 的那么乐观。生物质能的定义与范畴生物质能能源是通过绿色植物的光合作用将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来的 能源。生物质利用：太阳能驱动的碳、氢、氧循环。碳、氢、氧循环是人类最重要的间接利用太阳能的方式注意看生物质的产生和利用循环图风玫瑰图“风玫瑰图”是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。最常见的风玫瑰图是一个圆，圆上引出16条放射线，它们代表16个不同的方向，每条直线的长度与这个方向的风的频度成正比。静风的频度放在中间。 有些风玫瑰图上还指示出了各风向的风速范围。风玫瑰图 （a）风向的16个方

23、位；（b）风玫瑰示意图(W风力机又称风车，是一种将风能转换成机械能、 电能或热能的能量转换装置。风力机的类型 很多，通常将其分为水平轴风力机，垂直轴风力机和特殊风力机三大类。 但应用最广的还是 前两种类型的风力机。2011年中国新增装机占比 43.46%2011年中国累计装机占比 26.24%中国能源电力战略发展方向截至2011年，风电装机达到 6236.42万千瓦，居世界第一，占全球累计风电装机容量的26.2%;预计到2020年，我国风电装机将至少达到1.5亿千瓦,太阳能发电装机将达到 2000万千瓦；预计到2030年，新能源占我国国内一次能源供应的比 重达到25%。中国风电发展特点1. &

24、quot;三北“地区仍是主要地区“二北”地区風能数地区風功率密度等级SSHSBS!个别地区如内蒙占荻祚梁、巴童淖尔记拉转屮就、赤谨塞罕坝和荷噩仏以城乎地，風功申密播等皴接近或超过翩.在风电标朴电价政如出合后.这些地X风电开发具有校女忧孙（不若憑限电因知.因此 （期谢来，4=北”地梵剧是中国阅屯发展的主要地区。2内陆地区风电开发开始加速*2011J个N30tft（:|;.胡实现了凤电和qJ2DlMMt 斯増的刼乳包括封，|、 广西、四丿I 、 諷同时， 天津警卷市的裝机和量也右较大增 以視惟一个仁即传统意玄上风能瓷源j不卞富的内陆地区风吃开发P悄然启动=3部分地区“弃风”严重区c京北、华北和两北

25、> .怛电力负荷主要分布在沿海凰区，息体上看'风力唸頑的地理汁和打 电力负载Z问井不匹配=绘近两三年来.曲于風电开发岛黄塢屮干“二北”地区*风电和1电网建 垃不同步、当地负荷水T：闵（灵活调节屯源少、垮卉跨1%帀场不成熟竽回虬川屯的几啊血蝕 和帀场消纳问题刃妳晁“弃凤”現象比较突出"r北”地M.怡哲风能龍源T禹 是全国年 上网电呈加藩的地X.怛也是“彝凤"最严蚩的地区°4 大型风电基地卑设成果显著|风力发电机组包括两大部分；一部分是风力机，由它将风能转换为机械能； 另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能。风力发电机组的系统组成 风力发电系统是将风能

26、转换为电能的机械、电气及共控制设备的 组合。通常包括风轮、发电机、变速器（小、微容量及特殊类型的也有不包括变速器的）及有关控制器和储能装置。风轮机的设计思想是尽可能便宜地生产电能。风轮机的设计基于目标风场的风速条件，因此风轮机一般被设计成在风速为815m/s时具有最佳的性能，即有最大的电能产出。人们不会花大力气把风机设计在强风时有最多电能产出，因为强风天气不多见。因此，在强风天气时必须浪费部分多余风能，以避免损坏风机。所以所有的风机都设计有某种能量控制装置，在现代风机上有两种不同的安全实现方式。可调楔角控制风轮机和被动失速控制风轮机。可调楔角控制风轮机。在可调楔角控制（pitch）的风力发电机

27、上，风力发电机的电子控制器每 秒钟检查几次风力发电机的电能输出。当能量输出过高时，它就会向桨叶调节装置发出一个指令，后者将立即把桨叶轻微地转动一个角度，减小冲角使之偏离最佳值；反之，当风速再次降低时，桨叶就会回复原来的最佳冲角。因此，安装在轮毂上的桨叶必须能够绕风轮的径向纵轴转动。被动失速控制 被动失速控制风轮机的桨叶是经过适当设计的，当实际风速增大到某一特定的数值时，桨叶的冲角就会达到失速边界，开始出现失速。被动失速控制风轮机的转子叶片沿纵向是微螺旋形（也称为弯扭叶片）的，即楔角随着半径的增大而减小。除了前面介绍的原因外，这样做的另一方面原因是确保当风速达到失速临界 值时叶轮能够平稳失速而不

28、要突然全面爆发。或者说，失速是自叶根部位开始的，随着风速的增加逐步向叶尖的方向发展。被动失速控制的主要优点是避免了扭动叶轮转子本身的部 分，而且不用复杂的控制系统。而另一方面则出现了复杂的气体动力学设计难题，还有相关的风力发电机整体结构动力学设计的挑战，比如说怎样避免诱发失速的振动等。现在，世界上安装的风力发电机组大约有2/3采用的是被动失速控制方式。主动失速控制风机越来越多的大型风机（1MW及以上）在发展主动失速控制装置。主动失速控制风轮机技术上与可调楔角控制的风轮机有些相像，因为它们都可以扭转桨叶。为了在低风速时能够有足够大的力矩，这种风轮机通常设计在低风速时像可调楔角控制风轮机那样 转动

29、桨叶，从而获得最佳的冲角 （不过通常只是根据风速情况采取几个固定角度）。然而，当风速增大，风力发电机的出力达到额定功率时，就会体现出它与可调楔角控制风轮机的重要差别：当发电机将要超负荷时，它转动桨叶的方向与可调楔角控制风轮机的方向恰恰相反。 可调楔角控制风轮机是通过减小冲角来使之小于最佳值，而主动失速控制的方法是继续增加冲角，使桨叶失速来浪费多余的风能。主动失速控制的一个优点是能够比被动失速控制更精 确地控制能量输出，以避免刚起大风时风力发电机出现超负荷。另一个优点是几乎在所有强风天气都能保持额定功率运行， 而一般被动失速控制的风力发电机在高风速时通常会因为叶 轮失速而使电能输出降低。主动失速

30、控制装置通常通过液压装置或步进电动机来驱动。但是，与被动失速控制相比， 主动失速控制有一个经济问题：加装动叶转动装置显然会增加风力发电机的投资，同时也会增加风力发电机的维护费用。海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。海洋能特点1海洋能密度低。海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长 度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。2、海洋能具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球 等天体与地球共存，这种能源就会再生，就

31、会取之不尽，用之不竭。3、海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。人们根据潮汐潮流变化规律， 编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报，预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。既不稳定又无规律的是波浪能。4、海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。海洋能总量据权威统计，全世界海洋能的理论可再生量超过 760亿千瓦。海水温差能约400 亿千瓦。盐度差能约300亿千瓦。潮汐能大于30亿千瓦。波浪能约30亿千瓦。全球到20

32、30 年的电力装机容量将增长至 48亿千瓦。我国电力装机容量 2009年底达8.6亿千瓦。地球的内部构造地幔厚度约2900千米，上地幔主要是橄榄石，下地幔是具有一定塑性的固体物质。地核的平均厚度约3400千米，外核是液态的，可流动；内核是固态的，主要由铁、镍等金属元素构成。中心密度为每立方厘米13克，温度最高可达 5000 C左右，压力最大可达370万个大气压。地热能，简单地说就是来自地下的热能，即地球内部的热能。地热蒸汽发电(1) 背压式汽轮机发电系统。最简单的地热干蒸汽发电，是采用背压式汽轮机地热蒸汽发电系统。工作原理：首先把干蒸汽从蒸汽井中引出,先加以净化，经过分离器分离出所含的固体杂质

33、，然后就可把蒸汽通入汽轮机做功，驱动发电机发电。做功后的蒸汽，可直接排入大气；也可用于工业生产中的加热过程。应用：这种系统大多用于地热蒸汽中不凝结气体含量很高的场合，或者综合利用于工农业生产和人民生活的场合(2) 凝汽式汽轮机发电系统为提高地热电站的机组出力和发电效率，通常采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统。在该系统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很低的压力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，并在其中被循环水泵打入冷却水所冷却而凝结成水，然后排走。在凝汽器中，为保持很低的冷凝压力，即真空状态，设有两台带有冷却器的抽气器来抽气， 把由地热蒸汽带来的各种不凝结气体和外界漏入系统中的空气

34、从凝汽器中抽走。地下热水发电两种方式：闪蒸地热发电系统；双循环地热发电系统（1）闪蒸地热发电系统：直接利用地下热水所产生的蒸汽进入汽轮机工作。也叫做减压扩 容法地热发电系统。类型：可以分为：1 ）单级闪蒸地热发电系统（又包括湿蒸汽型和热水型两种 ）；2）两级闪蒸 地热发电系统；3 ）全流法地热发电系统；（2）双循环地热发电系统：利用地下热水来加热某种低沸点工质，使其产生蒸汽进入汽轮 机工作。 双循环地热发电也叫做低沸点工质地热发电或中间介质法地热发电，又叫做热交换法地热发电。在这种发电系统中， 低沸点介质常采用两种流体；一种是采用地热流体作热源；另一种是采用低沸点工质流体作为一种工作介质来完成

35、将地下热水的热能转变为机械 能。所谓双循环地热发电系统即是由此而得名。常用的低沸点工质有氯乙烷、正丁烷、异丁烷、氟利昂一11、氟利昂一12等。21世纪最有前途的能源有两种：氢能、受控核聚变能氢能的优势1地球上的氢元素十分丰富 2氢气是最洁净的燃料 3氢能的高效率4氢是可储 存的二次能源氢气储存和输运中的考虑氢在一般条件下以气态形式存在，且易燃（4-75%）、易爆（15-59%），这就为储存和运输带来了很大的困难。当氢作为一种燃料时，必然具有分散性和 间歇性使用的特点，因此必须解决储存和运输问题。储氢和输氢技术要求能量密度大（包含单位体积和质量储存的氢含量大 ）、能耗少、安全性高。当作为车载燃料

36、使用（如燃料电池动力汽车）时，应符合车载状况所需要求。一般来说，汽车行驶400 km需消耗汽油24 kg，而以氢气为燃料则只需要 8 kg（内燃机，效率25%）或4 kg（燃料电池，效率50-60%）。氢气的储存和输运方法总体说来，氢气储存可分为物理法和化学法两大类。物理储存方法主要包括液氢储存、高压氢气储存、活性炭吸附储存、碳纤维和碳纳米管储存、玻璃微球储存、地下岩洞储存等。化学储存方法有金属氢化物储存、有机液态氢化物储存、无机物储存、 铁磁性材料储存等。氢气的输运与氢气储存技术的发展息息相关，目前氢气的运输方式主要包括压缩氢气和液氢两种，金属氢化物储氢、配位氢化物储氢等技术尚有待成熟。思考

37、：氢能否成为未来的燃料？根据京都议定书的规定，2008? 2012年二氧化碳排放总量应低于1990年的水平。为了达到这一目标，除了提高现有能源转换效率外，还要寻找含碳 能源（矿物燃料）的替代物。与矿物燃料相比较，氢具有燃烧洁净、资源无限的优点，是极具 吸引力的替代矿物燃料的能源载体。称氢为“能源载体”主要想说明，氢本身并不是自然能源，必须被生产出来。这个生产过程需要能源，所以生产氢的关键是使用可再生能源。这样才能在整个能源的循环过程中消除所有碳化物的排放。燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。 当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。燃料电

38、池具有以下优点：燃料电池的能量转换效率高，不受卡诺效率限制。清洁、环保。燃料电池不需要锅炉、汽轮机等大型设备、没有SO x、NO x气体和固体粉尘的排放。可靠性和操作性良好，噪声低。所用燃料广泛，占地面积小，建厂具有很大灵活性。燃料电池基本组成：阳极、阴极、电解质和外电路。燃料电池中的电解质有不同的种类。电极：多孔电极技术，电极可由具有催化活性的材料组成，也可只作为电化学反应载体和反H22H 2e应电流的半导体。电解质：水溶液、固体电解质或熔融盐。燃料：气体（氢气、甲烷、一氧 化碳）、液体（甲醇等）、固体（金属及金属氢化物）。氧化剂：纯氧、空气、过氧化氢或 卤素等 燃料电池的工作原理（ 以氢氧磷酸型电池为例）（1）氢气在阳极催化剂的作用下，发生下列阳极反应:（2）氢离子穿过电解质到达阴极。电子则通过外电路及负载也达到阴极。在阴极催化