新能源全部课件2

1、新能源技术新能源技术明廷臻明廷臻能源与动力工程学院能源与动力工程学院工程热物理系工程热物理系2022-3-1722. 太阳能的热利用太阳能的热利用2-1. 平板型集热器平板型集热器2-2. 真空管集热器真空管集热器2-3. 太阳能热水器太阳能热水器2-4. 太阳房太阳灶太阳房太阳灶2-5. 太阳能干燥太阳能干燥2-6. 太阳能储存太阳能储存2022-3-173v工农业产品的干燥过程耗能量工农业产品的干燥过程耗能量2-5. 太阳能干燥太阳能干燥产品产品耗能耗能1吨红枣吨红枣 1吨标煤吨标煤1吨烟叶吨烟叶 2吨标煤吨标煤1吨橡胶吨橡胶38kg柴油柴油或或1.2m3木材木材1吨丝绵吨丝绵 2吨标煤吨

2、标煤1吨谷物吨谷物 70kg标煤标煤我国总粮产量需耗煤我国总粮产量需耗煤20M吨，相当于吨，相当于20%的农村商的农村商品能源，占全国能耗品能源，占全国能耗2.4%。我国在收获季节，因灾害我国在收获季节，因灾害性天气的影响，全国农村性天气的影响，全国农村（包括国营农场）每年粮（包括国营农场）每年粮食霉烂发芽损失食霉烂发芽损失5M吨，严吨，严重时超过重时超过10M吨。吨。2022-3-174现有干燥方式现有干燥方式v人工摊晒方法人工摊晒方法：干燥周期长、晒场占地面积大（谷：干燥周期长、晒场占地面积大（谷物干燥晒场面积为农田面积的物干燥晒场面积为农田面积的12%），且易受蝇、），且易受蝇、虫、灰尘

3、污染及阵雨袭击，影响产品质量或造成严虫、灰尘污染及阵雨袭击，影响产品质量或造成严重变质。重变质。v太阳能干燥设备干燥太阳能干燥设备干燥：可以充分利用太阳辐射，有：可以充分利用太阳辐射，有效提高干燥温度，使得干燥时间缩短，同时可解决效提高干燥温度，使得干燥时间缩短，同时可解决干燥物料被污染的问题，天气变化也不致使物料变干燥物料被污染的问题，天气变化也不致使物料变质，因而可得到优等产品。质，因而可得到优等产品。2022-3-175v太阳能干燥太阳能干燥：以太阳能代替常规能源来加热最常用：以太阳能代替常规能源来加热最常用的干燥介质是空气的干燥过程，通过热空气与湿物的干燥介质是空气的干燥过程，通过热空

4、气与湿物料接触并把热量传递给湿物料，使其水分汽化并被料接触并把热量传递给湿物料，使其水分汽化并被带走，从而实现物料的干燥。带走，从而实现物料的干燥。v太阳能干燥是一个传热、传质的过程。太阳能干燥是一个传热、传质的过程。太阳能干燥太阳能干燥2022-3-176太阳能干燥的方式太阳能干燥的方式v直接干燥直接干燥：使被干燥的物料直接吸收太阳能或通过：使被干燥的物料直接吸收太阳能或通过太阳能集热器；太阳能集热器；v间接干燥间接干燥：先让空气吸收太阳能，加热后的空气通：先让空气吸收太阳能，加热后的空气通过与物料接粗，物料表面获得热能后，再传至物料过与物料接粗，物料表面获得热能后，再传至物料内部，水分从物

5、料内部，以液态或气态方式扩散，内部，水分从物料内部，以液态或气态方式扩散，使液态或气态方式扩散，使物料逐步干燥。使液态或气态方式扩散，使物料逐步干燥。v干燥过程干燥过程进行的条件进行的条件：必须使被干燥的物料表面所：必须使被干燥的物料表面所产生的水汽的压力大于干燥介质中的水汽的分压力，产生的水汽的压力大于干燥介质中的水汽的分压力，压差愈大，干燥得愈迅速。压差愈大，干燥得愈迅速。v常用的干燥常用的干燥介质：介质：空气。空气。 2022-3-177太阳能干燥的优点太阳能干燥的优点v干净卫生，对待干物料和环境无污染；干净卫生，对待干物料和环境无污染；v利用太阳能，取之不尽，不存在能源紧张问题；利用太

6、阳能，取之不尽，不存在能源紧张问题；v经济幸好，干燥时，仅需少量的动力能，操作费用低；经济幸好，干燥时，仅需少量的动力能，操作费用低；v设备相对简单，操作方便，使用寿命长。设备相对简单，操作方便，使用寿命长。v温升低。完全依靠太阳能，干燥介质的温升低，仅能使空气温升低。完全依靠太阳能，干燥介质的温升低，仅能使空气温度上升到温度上升到4070，所以一般只能用于低温干燥；，所以一般只能用于低温干燥；v间断性和不稳定性。受纬度、季节、天气及昼夜的影响较大。间断性和不稳定性。受纬度、季节、天气及昼夜的影响较大。我国只有在夏季或春末秋初才有较强的太阳辐射可利用，阴我国只有在夏季或春末秋初才有较强的太阳辐

7、射可利用，阴雨天和夜间不能干燥；雨天和夜间不能干燥；v分散性大，热值低。单位面积太阳辐射量有限。分散性大，热值低。单位面积太阳辐射量有限。v效率低效率低太阳能干燥的缺点太阳能干燥的缺点2022-3-178干燥力学干燥力学v干燥静力学：解决干燥过程中，物料和干燥介质初干燥静力学：解决干燥过程中，物料和干燥介质初态和终态的关系，进行物料衡算。态和终态的关系，进行物料衡算。v干燥动力学：掌握物料含水分的性质和汽化过程的干燥动力学：掌握物料含水分的性质和汽化过程的特征，解决干燥速度和干燥效率等。特征，解决干燥速度和干燥效率等。2022-3-179干燥静力学干燥静力学v物料含水率：湿基含水率，干基含水率

8、物料含水率：湿基含水率，干基含水率2022-3-1710干燥过程排水量计算干燥过程排水量计算v干燥前后物料中的绝干物料量不变：干燥前后物料中的绝干物料量不变：112211eGGG121211GGv干燥过程排水量干燥过程排水量m：1121211122111mGGGGG2022-3-1711干燥过程空气消耗量计算干燥过程空气消耗量计算v干燥作业干燥作业两个目标两个目标：一方面使物料中的水分汽化，另：一方面使物料中的水分汽化，另一方面用干燥的空气把所汽化的水分带走。一方面用干燥的空气把所汽化的水分带走。v根据根据湿空气湿空气的性质可计算出完成预定干燥任务所的性质可计算出完成预定干燥任务所需要需要的空

9、气量的空气量。21mLddv单位空气消耗量：单位空气消耗量：从湿物料中排除从湿物料中排除1kg水分所需要消耗的水分所需要消耗的空气量。空气量。21211mddLlmmdd2022-3-1712干燥动力学干燥动力学v物料含水分的分类：物料含水分的分类：按照各种物料的含水状况分按照各种物料的含水状况分 化学结合水化学结合水：按照一定数量或比例与化合物结合生成带：按照一定数量或比例与化合物结合生成带结晶结晶水水的化合物中的水分。此种水分与化合物的的化合物中的水分。此种水分与化合物的结合力很强结合力很强，一，一般常温干燥难以去除，不予考虑。般常温干燥难以去除，不予考虑。 物化结合水物化结合水：以一定：

10、以一定物理化学结合力物理化学结合力与物料结合起来的水分。与物料结合起来的水分。如：物料中的如：物料中的吸附水分，结构水分和毛细管水分吸附水分，结构水分和毛细管水分等。此类水等。此类水分与物料结合比较稳定，具有分与物料结合比较稳定，具有较强的结合力较强的结合力，较难去除，此，较难去除，此类水分是物料干燥的任务之一。类水分是物料干燥的任务之一。 游离水分游离水分：存在于物料孔隙或表面的水分。此部分水分对物：存在于物料孔隙或表面的水分。此部分水分对物料起着均匀浸润作用，水分含量随物料的浸润程度不同而不料起着均匀浸润作用，水分含量随物料的浸润程度不同而不同。此类水分与物料的同。此类水分与物料的结合力较

11、弱结合力较弱，或自由分散于物料表面，或自由分散于物料表面，在干燥过程中容易去除。在干燥过程中容易去除。2022-3-1713按水分去除的难易分按水分去除的难易分v结合水分结合水分：包括物料细胞内的水分、物料内毛细管中的水分：包括物料细胞内的水分、物料内毛细管中的水分等。由于这种水分与物料的等。由于这种水分与物料的结合力强结合力强，而产生不正常的低气，而产生不正常的低气压，其蒸气压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。压，其蒸气压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。v在干燥过程中，水汽至空气主体的扩散推动力下降，所以物在干燥过程中，水汽至空气主体的扩散推动力下降，所以物料内结合水分的去除比纯水难。料内结合水分

12、的去除比纯水难。v非结合水分非结合水分：包括存在于物料表面的吸附水分及空隙中的水：包括存在于物料表面的吸附水分及空隙中的水分，其主要是以分，其主要是以机械方式结合机械方式结合，与物料的，与物料的结合强度较弱结合强度较弱。v物料中的非结合水分所产生的蒸汽压等同于同温度下纯水的物料中的非结合水分所产生的蒸汽压等同于同温度下纯水的饱和蒸汽压。饱和蒸汽压。v非结合水分的去除与水的汽化相同，比结合水分去除容易。非结合水分的去除与水的汽化相同，比结合水分去除容易。2022-3-1714v湿物料的干燥过程与物料含水量的特征关系极大。湿物料的干燥过程与物料含水量的特征关系极大。v砂粒、焦炭、石粉等疏松物料，以

13、含有砂粒、焦炭、石粉等疏松物料，以含有游离水分游离水分为为主，比较容易进行干燥。主，比较容易进行干燥。v谷物、烟草、棉织品、瓷坯等，虽含有一定的游离谷物、烟草、棉织品、瓷坯等，虽含有一定的游离水分，但水分，但物化结合水分物化结合水分含量较多，干燥过程比较缓含量较多，干燥过程比较缓慢。慢。v肉质干果、橡胶或蚕丝等特殊物料，肉质干果、橡胶或蚕丝等特殊物料，干燥难度极大干燥难度极大，往往需要使用长时间的缓慢干燥或尽量提高干燥温往往需要使用长时间的缓慢干燥或尽量提高干燥温度才能完成。度才能完成。2022-3-1715平衡含水量平衡含水量v平衡含水量：指一定的物料与参数一定的湿空气长期平衡含水量：指一定

14、的物料与参数一定的湿空气长期接触时，物料的最终水分含量。接触时，物料的最终水分含量。v平衡含水率的概念对于研究干燥过程十分重要。因为平衡含水率的概念对于研究干燥过程十分重要。因为在任何已知或在已设定的干燥状态下，由平衡含水分在任何已知或在已设定的干燥状态下，由平衡含水分的关系，便可决定物料经过干燥后，可能达到的最终的关系，便可决定物料经过干燥后，可能达到的最终水分含量。水分含量。v一定的物料在某特定温度与水分含量下会有相应的水一定的物料在某特定温度与水分含量下会有相应的水蒸汽压力。蒸汽压力。v如果物料表面由于水分汽化所产生的水蒸气分压力大如果物料表面由于水分汽化所产生的水蒸气分压力大于此时空气

15、的水蒸气分压力，空气将从物料表面带走于此时空气的水蒸气分压力，空气将从物料表面带走水分，物料被干燥；反之，物料将从空气中吸收水分。水分，物料被干燥；反之，物料将从空气中吸收水分。2022-3-1716v举例：举例：v温度温度30，湿基含水率，湿基含水率16%时，小麦内部的水蒸气压时，小麦内部的水蒸气压力为力为3.02kPa，燕麦则为，燕麦则为3.25kPa。将这两种物料同时。将这两种物料同时置于温度置于温度30，相对湿度，相对湿度75%的湿空气中，此时空气的湿空气中，此时空气的水蒸气分压力的水蒸气分压力3.14kPa。v结果：结果：小麦在吸湿，燕麦则被干燥小麦在吸湿，燕麦则被干燥。v当物料内部

16、所维持的水蒸气分压力与外界空气的水蒸当物料内部所维持的水蒸气分压力与外界空气的水蒸气分压力相等时，物料的水分含量极为该状态下物料气分压力相等时，物料的水分含量极为该状态下物料的平衡含水率，物料周围空气的相对湿度则称为平衡的平衡含水率，物料周围空气的相对湿度则称为平衡相对湿度。相对湿度。2022-3-1717各种物料的平衡含水率（各种物料的平衡含水率（%湿基）湿基）2022-3-1718自由水分自由水分v总的含水量减去平衡含水量就是自由含水量。总的含水量减去平衡含水量就是自由含水量。v对于任何吸水材料，固体的温度、含湿量与结合水分的蒸汽压对于任何吸水材料，固体的温度、含湿量与结合水分的蒸汽压力之

17、间存在一定的关系。结合水分是相对湿度的精确函数。力之间存在一定的关系。结合水分是相对湿度的精确函数。由图所示为鞣革底皮的含湿量，这种皮由图所示为鞣革底皮的含湿量，这种皮子可含有结合水分高达其干重的子可含有结合水分高达其干重的40%，超过该量的水分为非结合水分。超过该量的水分为非结合水分。假设鞣革暴露与空气中，该空气相对湿假设鞣革暴露与空气中，该空气相对湿度度60%，并且空气温度为同一温度，则，并且空气温度为同一温度，则其平衡水分为其平衡水分为0.2kg/kg干皮。干皮。含在皮中的水分超过该量的为自由水分。含在皮中的水分超过该量的为自由水分。如果该皮无限长的暴露于同样的空气状如果该皮无限长的暴露

18、于同样的空气状态下，则该水分要排出。态下，则该水分要排出。2022-3-1719例题例题2022-3-1720干燥过程的汽化热干燥过程的汽化热v从湿物料中将从湿物料中将1kg水分蒸发所需的热量，称为物料干水分蒸发所需的热量，称为物料干燥过程的汽化热。燥过程的汽化热。v物料的汽化热与物料的水分含量及干燥温度有关。物料的汽化热与物料的水分含量及干燥温度有关。v干燥初期，物料含水较多，物料汽化热与自由水分干燥初期，物料含水较多，物料汽化热与自由水分的汽化热比较接近。的汽化热比较接近。v随着物料含水率降低，物料汽化热逐渐增加，其原随着物料含水率降低，物料汽化热逐渐增加，其原因是物料水分汽化时，除了是水

19、分汽化需要消耗能因是物料水分汽化时，除了是水分汽化需要消耗能量之外，还需加上克服水分子与物料表面物化结合量之外，还需加上克服水分子与物料表面物化结合力而多消耗的功。力而多消耗的功。v温度越低，消耗的汽化热越多。温度越低，消耗的汽化热越多。2022-3-1721汽化热的计算汽化热的计算v阿斯玛（阿斯玛（Othmor.D.F）导出了物料水分汽化时，蒸）导出了物料水分汽化时，蒸汽压力与汽化热之间的关系。用于计算谷物和其他汽压力与汽化热之间的关系。用于计算谷物和其他物品在干燥中的汽化热：物品在干燥中的汽化热：2022-3-1722干燥动力学干燥动力学v物料含水分的分类：物料含水分的分类：v按照各种物料

20、的含水状况分按照各种物料的含水状况分 化学结合水，化学结合水， 物化结合水，游离水分物化结合水，游离水分v按照去除的难易分按照去除的难易分 结合水分，非结合水分结合水分，非结合水分2022-3-1723平衡含水量平衡含水量v平衡含水量：指一定的物料与参数一定的湿空气长期平衡含水量：指一定的物料与参数一定的湿空气长期接触时，物料的最终水分含量。接触时，物料的最终水分含量。v举例：举例：v温度温度30，湿基含水率，湿基含水率16%时，时，小麦内部的水蒸气压小麦内部的水蒸气压力为力为3.02kPa，燕麦则为，燕麦则为3.25kPa。将这两种物料同时。将这两种物料同时置于温度置于温度30，相对湿度，相

21、对湿度75%的湿空气中，此时空气的湿空气中，此时空气的水蒸气分压力的水蒸气分压力3.14kPa。v结果：结果：小麦在吸湿，燕麦则被干燥小麦在吸湿，燕麦则被干燥。2022-3-1724干燥曲线干燥曲线v把非常湿润的物料放在具有一定温度、湿度和风速的热风中，把非常湿润的物料放在具有一定温度、湿度和风速的热风中，物料的温度和水分随着干燥时间而变化。物料含水量随时间物料的温度和水分随着干燥时间而变化。物料含水量随时间变化的曲线称为干燥曲线。变化的曲线称为干燥曲线。v物料的干燥分为三个重要阶段：物料的干燥分为三个重要阶段： 1.预热干燥阶段预热干燥阶段v显热由热风移向物料表面，表面温度上升。水分获显热由

22、热风移向物料表面，表面温度上升。水分获得潜热后蒸发，蒸发速度与表面温度下的饱和蒸汽得潜热后蒸发，蒸发速度与表面温度下的饱和蒸汽压和热风的水蒸气分压之差成正比，且随表面温度压和热风的水蒸气分压之差成正比，且随表面温度的升高而增加，在显热的转移和蒸发达到平衡时，的升高而增加，在显热的转移和蒸发达到平衡时，表面温度即保持一定，该温度为表面温度即保持一定，该温度为湿球温度湿球温度。（图中。（图中A-B阶段）阶段）2022-3-1725 2. 恒速干燥阶段恒速干燥阶段v达到达到B点之后，水分由物料内部想表面扩散的速度如超过蒸点之后，水分由物料内部想表面扩散的速度如超过蒸发速度，加入的热量完全用于水分蒸发

23、。此阶段物料表面发速度，加入的热量完全用于水分蒸发。此阶段物料表面温度不变，含水率与干燥时间成比例减少。含水率呈直线温度不变，含水率与干燥时间成比例减少。含水率呈直线下降，干燥速度保持一定值，既保持恒速干燥。（图中下降，干燥速度保持一定值，既保持恒速干燥。（图中B-C） 3. 减速干燥阶段减速干燥阶段v过点过点C后，水分的内部扩散速度低于表面的蒸发速度，物料后，水分的内部扩散速度低于表面的蒸发速度，物料表面的含水率比内部低。随干燥时间的增长，物料的温度表面的含水率比内部低。随干燥时间的增长，物料的温度增高，蒸发不仅在表面，而且在内部进行，不过速度比较增高，蒸发不仅在表面，而且在内部进行，不过速

24、度比较缓慢。加入的热量消耗在蒸发和物料温度而升高方面，这缓慢。加入的热量消耗在蒸发和物料温度而升高方面，这一阶段称为减速干燥的第一阶段。（图中一阶段称为减速干燥的第一阶段。（图中C-D）v干燥继续进行，表面蒸发即告结束，物料内部的水分以蒸干燥继续进行，表面蒸发即告结束，物料内部的水分以蒸汽的形式扩散到表面上来，这是减速干燥的第二阶段，此汽的形式扩散到表面上来，这是减速干燥的第二阶段，此时干燥速度最低，在达到与干燥条件平衡的含水率时，干时干燥速度最低，在达到与干燥条件平衡的含水率时，干燥结束。（图中燥结束。（图中D-E）2022-3-1726干燥曲线干燥曲线2022-3-1727干燥曲线干燥曲线

25、含湿量含湿量2022-3-1728v太阳能干燥按干燥器（或干燥室）获得太阳能干燥按干燥器（或干燥室）获得能量的方式可分为三类：能量的方式可分为三类：v集热器型干燥器集热器型干燥器v温室型干燥器温室型干燥器v集热器集热器温室型干燥器温室型干燥器太阳能干燥器太阳能干燥器2022-3-1729集热器型干燥器：由集热器和干燥室两部分组成。集热器型干燥器：由集热器和干燥室两部分组成。首先利用太阳能空气集热器把空气加热到预定温度，之后将首先利用太阳能空气集热器把空气加热到预定温度，之后将热空气送入干燥室对物料进行干燥。热空气送入干燥室对物料进行干燥。携带有水蒸气的排气直接排入大气或经排湿后返回集热器循携带

26、有水蒸气的排气直接排入大气或经排湿后返回集热器循环使用。环使用。2022-3-1730温室型干燥器：结构同太阳能温室型干燥器：结构同太阳能温室相似。温室相似。干燥室屋顶用玻璃等透明材料干燥室屋顶用玻璃等透明材料制成，向南倾斜，倾斜度一般制成，向南倾斜，倾斜度一般比当地纬度大比当地纬度大1520，以使，以使阳光大致垂直照射屋顶。阳光大致垂直照射屋顶。北墙涂黑以加强温室效应和保北墙涂黑以加强温室效应和保温。温。为了调节室内的温度和湿度，在南墙下方开进气孔，在北墙为了调节室内的温度和湿度，在南墙下方开进气孔，在北墙上方开排气口。上方开排气口。被干燥的物料直接摊放于温室中的物料架上，接受太阳的直被干燥

27、的物料直接摊放于温室中的物料架上，接受太阳的直接辐射。接辐射。2022-3-1731集热器集热器-温室型干燥器：同时温室型干燥器：同时采用集热器和太阳能温室的复采用集热器和太阳能温室的复合型干燥装置。合型干燥装置。物料既可直接由太阳光辐射加物料既可直接由太阳光辐射加热，又可以通过热空气的对流热，又可以通过热空气的对流加热强化干燥过程，因此其干加热强化干燥过程，因此其干燥效率和产品的干燥质量最高。燥效率和产品的干燥质量最高。为了晚上能连续干燥，可在干燥室增设辅助热源，如地热、加为了晚上能连续干燥，可在干燥室增设辅助热源，如地热、加热炉等；也可简单地在下部加设储热室，其中放置卵石、砂石热炉等；也可

28、简单地在下部加设储热室，其中放置卵石、砂石等蓄热材料。等蓄热材料。在白天，通过太阳能将蓄热材料加热，晚间蓄热材料可以向干在白天，通过太阳能将蓄热材料加热，晚间蓄热材料可以向干燥室提供热风，使干燥过程继续。燥室提供热风，使干燥过程继续。2022-3-1732我国太阳能干燥研究成果我国太阳能干燥研究成果2022-3-17332. 太阳能的热利用太阳能的热利用2-1. 平板型集热器平板型集热器2-2. 真空管集热器真空管集热器2-3. 太阳能热水器太阳能热水器2-4. 太阳房太阳灶太阳房太阳灶2-5. 太阳能干燥太阳能干燥2-6. 太阳能储存太阳能储存2022-3-1734v太阳能储存的三个含义：太

29、阳能储存的三个含义：2-6. 太阳能储存太阳能储存将白天接收到的太阳能储存到晚间使用；将白天接收到的太阳能储存到晚间使用；将晴天接收到的太阳能储存到阴雨天使用；将晴天接收到的太阳能储存到阴雨天使用；将夏天接收到的太阳能储存到冬天使用。将夏天接收到的太阳能储存到冬天使用。目前的技术发展水平仅限于第一层含义上的储存目前的技术发展水平仅限于第一层含义上的储存。v太阳能储存的三种方式：太阳能储存的三种方式：显热储存显热储存潜热储存潜热储存化学储存化学储存2022-3-1735v利用蓄热材料的热容量，通过升高或降低材料的利用蓄热材料的热容量，通过升高或降低材料的温度而实现热量的储存或释放的过程。温度而实

30、现热量的储存或释放的过程。v对于一定量的蓄热材料，其比热容越大，温度变对于一定量的蓄热材料，其比热容越大，温度变化越大，储存的热量越多。化越大，储存的热量越多。v蓄热材料蓄热材料v液体介质液体介质：水、油和各种有机溶剂。水的比热容：水、油和各种有机溶剂。水的比热容最大，无毒无臭方便易得，价格便宜。最大，无毒无臭方便易得，价格便宜。v固体介质固体介质：卵石、砖块、混凝土、土壤等。：卵石、砖块、混凝土、土壤等。显热储存显热储存2022-3-17362022-3-1737v利用蓄热材料在热作用下发生相变而产生的热量储存过程。利用蓄热材料在热作用下发生相变而产生的热量储存过程。v由于相变潜热比显热变化

31、大得多，因此，潜热储存具有很高由于相变潜热比显热变化大得多，因此，潜热储存具有很高的储热密度。的储热密度。v一般材料的相变有三种：固气相变、液气相变、一般材料的相变有三种：固气相变、液气相变、固液相变固液相变v固液相变最常用，固液相变材料常以英文缩小字母固液相变最常用，固液相变材料常以英文缩小字母PCM表示表示（Phase change materials）。）。v固液相变储能系统包括三个部分：具有适当相变温度范围的固液相变储能系统包括三个部分：具有适当相变温度范围的相变材料相变材料；装载相变材料的；装载相变材料的容器容器；换热器换热器。vPCM：要求熔化热大、熔点合适、导热性能好、化学性质稳

32、：要求熔化热大、熔点合适、导热性能好、化学性质稳定、无腐蚀、无毒无污染、不易燃烧、价格低廉、容易获得。定、无腐蚀、无毒无污染、不易燃烧、价格低廉、容易获得。v常用材料：常用材料：CaCl2.6H2O、Na2CO.10H2O、Na2SO4.10H2O等。等。潜热储存潜热储存2022-3-17382022-3-1739v利用化学反应热的形式来储存热能。利用化学反应热的形式来储存热能。v化学储能和释能由两个独立的步骤完成：一是通过化学反应化学储能和释能由两个独立的步骤完成：一是通过化学反应（一般在高温下进行），产生含能的反应产物；二是反应产（一般在高温下进行），产生含能的反应产物；二是反应产物发生逆

33、向化学反应又恢复到原先的物质而放出热量。物发生逆向化学反应又恢复到原先的物质而放出热量。v化学能比相变潜热大得多，所以化学储能的能量密度最高。化学能比相变潜热大得多，所以化学储能的能量密度最高。v用热水做显热储能的储能密度：用热水做显热储能的储能密度：58W.h/kgv冰的溶解热储能密度：冰的溶解热储能密度：93W.h/kgv金属氢化物中轻的化学储能密度：金属氢化物中轻的化学储能密度：6002500W.h/kgv液态氢的化学储能密度：液态氢的化学储能密度：3300W.h/kgv利用太阳能聚焦后的高温进行热分解制氢（温度利用太阳能聚焦后的高温进行热分解制氢（温度3000K），将），将太阳能变成化

34、学能储存与氢中，氢气燃烧可释放大量热能。太阳能变成化学能储存与氢中，氢气燃烧可释放大量热能。化学储存化学储存2022-3-17401. 太阳能基础知识太阳能基础知识2. 太阳能的热利用太阳能的热利用3. 太阳能的热发电太阳能的热发电4. 太阳能光伏发电太阳能光伏发电5. 太阳能热气流发电太阳能热气流发电太阳能利用技术太阳能利用技术Technology of Solar Energy Utilization2022-3-17413. 太阳能的热发电太阳能的热发电1-1. 太阳能热发电技术概况太阳能热发电技术概况1-2. 太阳能热电站基本系统太阳能热电站基本系统1-3. 各种太阳能热发电系统各种太

35、阳能热发电系统1-4. 太阳能热发电技术前景太阳能热发电技术前景2022-3-17421-1. 太阳能热发电技术概况太阳能热发电技术概况v太阳能热发电技术：将吸收到的太阳辐射热能转换成电能的太阳能热发电技术：将吸收到的太阳辐射热能转换成电能的发电技术。发电技术。v分类：分类：v1. 利用太阳热能直接发电。利用太阳热能直接发电。 例：半导体或金属材料的温差发电、真空器件中的热电子和例：半导体或金属材料的温差发电、真空器件中的热电子和热离子发电、碱金属热电转换、磁流体发电。热离子发电、碱金属热电转换、磁流体发电。 特点：发电装置本体没有活动部件，但目前发电量小，尚处特点：发电装置本体没有活动部件，

36、但目前发电量小，尚处于原理性试验阶段。于原理性试验阶段。v2. 将太阳能通过热机带动发电机发电。将太阳能通过热机带动发电机发电。 例：塔式发电站、槽式发电站、蝶式发电站，热气流发电站例：塔式发电站、槽式发电站、蝶式发电站，热气流发电站 特点：基本组成与常规发电设备类似，所不同的是热能通过特点：基本组成与常规发电设备类似，所不同的是热能通过太阳能转换而来。太阳能转换而来。2022-3-1743太阳能热发电站的发展时期太阳能热发电站的发展时期v 初恋期初恋期v 蜜月期蜜月期v 冷落期冷落期v 冰冻期冰冻期v 保温期保温期v 解冻期解冻期v 再热期再热期2022-3-1744初恋期初恋期v1878年

37、，巴黎建立了一个小型太阳能动力系统，盘式年，巴黎建立了一个小型太阳能动力系统，盘式抛物面反射镜将太阳光聚焦到置于其焦点处的蒸汽锅抛物面反射镜将太阳光聚焦到置于其焦点处的蒸汽锅炉，由此产生的蒸汽驱动一个很小的交互式蒸汽机运炉，由此产生的蒸汽驱动一个很小的交互式蒸汽机运行。行。v1901年，美国研制成功年，美国研制成功7350W的太阳能蒸汽机，采用的太阳能蒸汽机，采用70m2的太阳能聚光集热器，该装置安装在美国加州的太阳能聚光集热器，该装置安装在美国加州做实验运行。做实验运行。v19071913年，美国研制成由太阳能驱动的水泵。年，美国研制成由太阳能驱动的水泵。v1913年，研制成年，研制成36.

38、8kW太阳能动力机，安装在埃及太阳能动力机，安装在埃及开罗附近，从尼罗河提水灌溉，该装置采用长的槽型开罗附近，从尼罗河提水灌溉，该装置采用长的槽型抛物面反射镜将太阳光聚焦到中心管上，聚光比为抛物面反射镜将太阳光聚焦到中心管上，聚光比为4.5：1。2022-3-1745v1950年，原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站小年，原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站小型试验装置，对太阳能热发电技术进行了广泛、基础性的探型试验装置，对太阳能热发电技术进行了广泛、基础性的探索和研究。索和研究。v1973年，石油危机。再次兴起太阳能技术研究。年，石油危机。再次兴起太阳能技术研究。v20世纪世纪8

39、0年代初，以色列和美国联合组建了年代初，以色列和美国联合组建了LUZ太阳能热发太阳能热发电国际有限公司。从成立开始，该公司就一刻不停的集中力电国际有限公司。从成立开始，该公司就一刻不停的集中力量研究开发槽式抛物面反射镜热发电系统。量研究开发槽式抛物面反射镜热发电系统。v19811991年，全世界建造了装机容量为年，全世界建造了装机容量为MW级的太阳能热级的太阳能热发实验电站发实验电站20余座，最大发电功率为余座，最大发电功率为80MW ，其中最主要的，其中最主要的形式是塔式电站。形式是塔式电站。蜜月期蜜月期2022-3-17462022-3-1747冷落期冷落期v20世纪世纪80年代，对已建成

40、的太阳能发电站进行大量年代，对已建成的太阳能发电站进行大量的实验研究和分析后，发表了很多技术总结报告，的实验研究和分析后，发表了很多技术总结报告，得出基本结论：太阳能热发电在技术上虽然可行，得出基本结论：太阳能热发电在技术上虽然可行，但单位容量投资过大，且降低造价十分困难。但单位容量投资过大，且降低造价十分困难。v之后，关于太阳能热发电站逐渐遭到冷落。之后，关于太阳能热发电站逐渐遭到冷落。v美国原计划拟在美国原计划拟在19831995年间，分别建年间，分别建50100MW和和100300MW的太阳能热电站，结果都的太阳能热电站，结果都没有实现。没有实现。2022-3-1748冰冻期冰冻期v正当

41、人们开始疑虑太阳能热发电前景时，正当人们开始疑虑太阳能热发电前景时，LUZ公司公司19851991年间，在美国加州沙漠相继建成年间，在美国加州沙漠相继建成9座槽式座槽式太阳能热发电站，总装机容量太阳能热发电站，总装机容量353.8MW，并投入并，并投入并网运行。网运行。v经过努力，电站的初次投资由经过努力，电站的初次投资由1号电站的号电站的4490美元美元/kW降到降到8号电站的号电站的2650美元美元/kW，发电成本从，发电成本从24美美分分/kWh降至降至8美分美分/kWh。计划到。计划到2000年，在加州简年，在加州简称总装机容量称总装机容量800MW的槽式太阳能热发电站，将发的槽式太阳

42、能热发电站，将发电成本降至电成本降至56美分美分/kWh。v美国政府和州政府与美国政府和州政府与1991年限后取消对太阳能电站年限后取消对太阳能电站的投资减免税政策，迫使的投资减免税政策，迫使10号电站停建，同年，号电站停建，同年，LUZ公司宣告破产，所有计划全部终止。公司宣告破产，所有计划全部终止。2022-3-1749保温期：星星之火保温期：星星之火v对塔式太阳能热发电的研究开发，人们并未因此完全终止，对塔式太阳能热发电的研究开发，人们并未因此完全终止，1980年美国在加州建成的太阳年美国在加州建成的太阳号塔式太阳能热发电站，装号塔式太阳能热发电站，装机容量机容量10MW，经过一段时间试验

43、运行，及时做了技术总结。，经过一段时间试验运行，及时做了技术总结。在此基础上，邮件称了太阳在此基础上，邮件称了太阳号，并于号，并于1996年年1月投入试验月投入试验运行。运行。v1992年，德国一家工程公司开发的一种蝶式斯特林太阳能热年，德国一家工程公司开发的一种蝶式斯特林太阳能热发电站的发电功率为发电站的发电功率为9kW，到，到1995年年3月底，累计运行了月底，累计运行了17000小时，峰值净效率小时，峰值净效率20%，月净效率，月净效率16%，该公司计划，该公司计划用用100台这样的发电系统建成一座台这样的发电系统建成一座1MW的蝶式太阳能热发电的蝶式太阳能热发电示范电站。示范电站。v同

44、时产生了一种新型太阳能热发电站称之为：太阳能热气流同时产生了一种新型太阳能热发电站称之为：太阳能热气流发电站。发电站。1981年建成，年建成，19911999年美国、以色列、印度、年美国、以色列、印度、德国、巴西、加拿大都对其产生了研究兴趣。德国、巴西、加拿大都对其产生了研究兴趣。2022-3-1750解冻期解冻期v进入本世纪以来，许多研究者对太阳能热发电站又开始投入进入本世纪以来，许多研究者对太阳能热发电站又开始投入新的热情。新的热情。v2001年，澳大利亚创建年，澳大利亚创建Solar Mission公司，计划于公司，计划于2003年在年在澳大利亚澳大利亚Midura建成世界上最高大的太阳

45、能电站建成世界上最高大的太阳能电站太阳太阳能热气流发电站，发电功率能热气流发电站，发电功率200MW。v该电站由集热棚、导流塔（习惯称之为烟囱）、蓄热层和透该电站由集热棚、导流塔（习惯称之为烟囱）、蓄热层和透平发电机组四个关键部件组成。平发电机组四个关键部件组成。v电站导流塔高电站导流塔高1000m，外直径，外直径170m。集热棚直径。集热棚直径7公里。透公里。透平叶片长平叶片长65m。v同时，想建同时，想建200MW太阳能热气流发电站的国家和地区有：太阳能热气流发电站的国家和地区有：南非、巴基斯坦、印度、美国（两度）、巴西、中国。南非、巴基斯坦、印度、美国（两度）、巴西、中国。2022-3-

46、1751再热期？再热期？v想建想建200MW太阳能热气流发电站的国家和地区。太阳能热气流发电站的国家和地区。v南非南非研究再加研究研究再加研究v巴基斯坦巴基斯坦怕打仗怕打仗v印度印度还没想好还没想好v美国（两度）美国（两度）先霸占了石油再说先霸占了石油再说v巴西巴西目前也就玩玩而已目前也就玩玩而已v中国中国慢慢等决策吧慢慢等决策吧2022-3-17523. 太阳能的热发电太阳能的热发电1-1. 太阳能热发电技术概况太阳能热发电技术概况1-2. 太阳能热电站基本系统太阳能热电站基本系统1-3. 各种太阳能热发电系统各种太阳能热发电系统1-4. 太阳能热发电技术前景太阳能热发电技术前景2022-3

47、-17531-2. 太阳能热电站基本系统太阳能热电站基本系统v一、电站热系统一、电站热系统v二、太阳能热发电系统组成二、太阳能热发电系统组成2022-3-1754一、电站热系统一、电站热系统常规热力发电厂常规热力发电厂朗肯循环朗肯循环系统系统2022-3-1755朗肯循环之再热循环朗肯循环之再热循环2022-3-1756朗肯循环之回热循环朗肯循环之回热循环2022-3-1757典型太阳能热发电站热力循环系统典型太阳能热发电站热力循环系统2022-3-1758太阳能热发电站与常规电站的区别太阳能热发电站与常规电站的区别v汽轮机发电部分完全一样，都是产生过热蒸汽驱动汽轮发电汽轮机发电部分完全一样，

48、都是产生过热蒸汽驱动汽轮发电机组发电。机组发电。v不同点在于：常规电厂燃烧矿物燃料，太阳能热电站收集太不同点在于：常规电厂燃烧矿物燃料，太阳能热电站收集太阳辐射能为能源。阳辐射能为能源。v因此，结构上，太阳能热发电站以太阳能收集器代替常规电因此，结构上，太阳能热发电站以太阳能收集器代替常规电厂中的普通锅炉。厂中的普通锅炉。v此外，由于太阳辐射能的间断性及周期性特点，需要再设置此外，由于太阳辐射能的间断性及周期性特点，需要再设置蓄热子系统或辅助能源子系统。蓄热子系统或辅助能源子系统。2022-3-1759 冬天太阳辐射低，白天短。因此，早上较晚（冬天太阳辐射低，白天短。因此，早上较晚（8时）系统

49、开时）系统开始集热，下午较早（始集热，下午较早（17时）停机。白天太阳能只能供给机组时）停机。白天太阳能只能供给机组满载运行满载运行80%的能量，其余由辅助能源供给。的能量，其余由辅助能源供给。2022-3-1760 夏天太阳辐射高，白天长。因此，早上较早（夏天太阳辐射高，白天长。因此，早上较早（7时）系统开时）系统开始集热，下午较晚（始集热，下午较晚（22时时30分）停机。白天太阳能不仅可供分）停机。白天太阳能不仅可供给机组满载运行，还有多余能量蓄于储热槽中，留待晚上与给机组满载运行，还有多余能量蓄于储热槽中，留待晚上与辅助热源共同供给机组运行，维持到深夜停机。辅助热源共同供给机组运行，维持

50、到深夜停机。2022-3-1761二、太阳能电站发电系统的组成二、太阳能电站发电系统的组成v典型太阳能热发电系统主要由典型太阳能热发电系统主要由4各部分组成：各部分组成：v聚光集热子系统聚光集热子系统v蓄热子系统蓄热子系统v辅助能源子系统辅助能源子系统v汽轮发电子系统汽轮发电子系统2022-3-1762聚光集热子系统聚光集热子系统v聚光集热子系统包括聚光器、接收器和跟踪装置。聚光集热子系统包括聚光器、接收器和跟踪装置。v聚光器聚光器用于收集阳光并将其聚集到一个有限尺寸面用于收集阳光并将其聚集到一个有限尺寸面上，以提高单位面积上的太阳辐照度，从而提高被上，以提高单位面积上的太阳辐照度，从而提高被

51、加热工质的工作温度。加热工质的工作温度。v聚光方法聚光方法：平面反射镜、曲面反射镜和菲涅尔透镜，：平面反射镜、曲面反射镜和菲涅尔透镜，在太阳能热发电系统中，最常用的聚光方式有两种：在太阳能热发电系统中，最常用的聚光方式有两种：平面反射镜和曲面反射镜。平面反射镜和曲面反射镜。v聚光器是太阳能热发电系统的一个聚光器是太阳能热发电系统的一个关键部件关键部件，入射，入射阳光首先经过它反射到接收器，其性能的优劣明显阳光首先经过它反射到接收器，其性能的优劣明显影响到太阳热发电系统的总体性能。影响到太阳热发电系统的总体性能。2022-3-1763聚光器的性能要求聚光器的性能要求v1. 光学性能光学性能 聚光

52、器的镜面反射率越高越好，一般采用蒸镀银或聚光器的镜面反射率越高越好，一般采用蒸镀银或铝的玻璃或高分子板，为防止氧化，可采用喷涂一铝的玻璃或高分子板，为防止氧化，可采用喷涂一层透明硅胶的方法对反射面加以保护。层透明硅胶的方法对反射面加以保护。 问题：反射镜暴露于环境，保持镜面清洁是难题。问题：反射镜暴露于环境，保持镜面清洁是难题。v2. 机械性能机械性能 反射镜有很好的平整度；具有较高的机械强度和稳反射镜有很好的平整度；具有较高的机械强度和稳定性，能抗大风；发射镜面和保护膜有很强的粘合定性，能抗大风；发射镜面和保护膜有很强的粘合度。度。v3. 化学稳定化学稳定 镜面具有很强的耐腐蚀性能。镜面具有

53、很强的耐腐蚀性能。2022-3-1764接收器接收器v接收器是通过接受经过聚焦的阳光，将太阳辐射能接收器是通过接受经过聚焦的阳光，将太阳辐射能转变为热能，并传递给工质的部件。在这里，工质转变为热能，并传递给工质的部件。在这里，工质被太阳辐射能加热，变成过热蒸汽，再经管道送往被太阳辐射能加热，变成过热蒸汽，再经管道送往汽轮机。汽轮机。v根据不同的聚光方式，接收器的结构有很大的差别。根据不同的聚光方式，接收器的结构有很大的差别。v接收器的关键技术，是其接受阳光的表面必须涂覆接收器的关键技术，是其接受阳光的表面必须涂覆选择性吸收膜，使对太阳辐射的吸收率比较高，而选择性吸收膜，使对太阳辐射的吸收率比较

54、高，而在接收器表面温度下发射率较低。在接收器表面温度下发射率较低。2022-3-1765跟踪装置跟踪装置v为了使一天所有时刻的太阳辐射能都能通过反射镜面反射到为了使一天所有时刻的太阳辐射能都能通过反射镜面反射到固定不动的接收器上，反射镜必须设置跟踪装置。固定不动的接收器上，反射镜必须设置跟踪装置。v太阳聚光器的跟踪方式有两种：单轴跟踪和双轴跟踪（反射太阳聚光器的跟踪方式有两种：单轴跟踪和双轴跟踪（反射镜面绕一根轴还是两根轴转动）。镜面绕一根轴还是两根轴转动）。v实现跟踪的方式：程序控制方式和传感器控制方式实现跟踪的方式：程序控制方式和传感器控制方式v程序控制方式：计算太阳运动规律来控制跟踪机构

55、的运动。程序控制方式：计算太阳运动规律来控制跟踪机构的运动。缺点是存在累积误差。缺点是存在累积误差。v传感器跟踪方式：由传感器瞬时测出入射太阳辐射的方向，传感器跟踪方式：由传感器瞬时测出入射太阳辐射的方向，一次控制跟踪机构的运动。缺点是多云条件下难以准确定位一次控制跟踪机构的运动。缺点是多云条件下难以准确定位反射镜的方向。反射镜的方向。v最终方式：结合二者，以程序控制为主，以传感器瞬时测量最终方式：结合二者，以程序控制为主，以传感器瞬时测量做反馈，对程序进行累积误差修正。做反馈，对程序进行累积误差修正。2022-3-1766蓄热子系统蓄热子系统v蓄热子系统是太阳能热发电系统中必不可少的组成部分

56、。蓄热子系统是太阳能热发电系统中必不可少的组成部分。v早晚和白天云遮间歇的时间内，都必须依靠储存的太阳能来早晚和白天云遮间歇的时间内，都必须依靠储存的太阳能来维持正常运行。维持正常运行。v夜间和阴雨天一般考虑采用常规燃料作辅助能源，否则由于夜间和阴雨天一般考虑采用常规燃料作辅助能源，否则由于蓄热容量需求太大，将明显加大整个太阳能热发电系统的初蓄热容量需求太大，将明显加大整个太阳能热发电系统的初投资。投资。v蓄热器就是采用真空或隔热材料做良好保温的储热容器。蓄蓄热器就是采用真空或隔热材料做良好保温的储热容器。蓄热器中储放蓄热材料，通过特种设计的换热器对蓄热材料进热器中储放蓄热材料，通过特种设计的

57、换热器对蓄热材料进行储热和取热。行储热和取热。v储热方式：显热储热、潜热储热、化学储能储热方式：显热储热、潜热储热、化学储能2022-3-1767辅助能源子系统辅助能源子系统v配置辅助能源子系统的目的就是维持电站能够持续运行。配置辅助能源子系统的目的就是维持电站能够持续运行。v太阳能热发电系统要求的蓄热子系统容量太大，以致投资巨太阳能热发电系统要求的蓄热子系统容量太大，以致投资巨大，所以在其中配以常规燃料做辅助能源，是极其可取的方大，所以在其中配以常规燃料做辅助能源，是极其可取的方案。案。v辅助能源子系统就是在太阳能热发电系统中增设常规燃料锅辅助能源子系统就是在太阳能热发电系统中增设常规燃料锅

58、炉，用于阴雨天和夜间启动。炉，用于阴雨天和夜间启动。v常规能源根据当地能源资源选定，可选天然气、石油或煤。常规能源根据当地能源资源选定，可选天然气、石油或煤。v现代太阳能热发电系统的最新设计概念是建造太阳能和天然现代太阳能热发电系统的最新设计概念是建造太阳能和天然气双能源发电站。气双能源发电站。2022-3-1768汽轮发电子系统汽轮发电子系统v太阳能热发电系统的动力发电装置，可选如下几种：太阳能热发电系统的动力发电装置，可选如下几种： 现代汽轮机、燃气轮机、低沸点工质汽轮机、斯特林发动机现代汽轮机、燃气轮机、低沸点工质汽轮机、斯特林发动机v动力发电装置根据太阳能集热系统可能提供的工质参数选定。动力发电装置根据太阳能集热系统可能提供的工质参数选定。v现代汽轮机和燃气轮机工作参数高，适用于大型塔式或槽式现代汽轮机和燃气轮机工作参数高，适用于大型塔式或槽式太阳能热发电系统。太阳能热发电系统。v斯特林发动机的单机容量小，通常在几十千瓦以下，适用于斯特林发动机的单机容量小，通常在几十千瓦以下，适用于蝶式抛物面反射镜发电系统。蝶式抛物面反射镜发电系统。v低沸点工质汽轮机适合于太阳池太阳能热发电系统。低沸点工质汽轮机适合于太阳池太阳能热发电系统。2022-3