新能源技术1课件

1、新能源技术兰州石化职业技术学院应用化学工程系 周 锦一、能源资源 能源资源是指为人类提供能量的天然物质。它包括煤、石油、天然气、水能等，也包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、核能等新能源。 第一章 绪 论第一讲 能源资源是一种综合的自然资源。目前人们能利用的能源仍以煤炭、石油、天然气为主，在世界一次能源消费结构中，这三者的总和约占93%左右。第一章 绪 论第一章 绪 论按照能源转换和传递方式分类二次能源可再生能源非可再生能源按照能源的性质分类新能源常规能源按照利用能源的技术状况分类第三类能源第二类能源按照能源的形成和来源分类能源分类一次能源第四类能源第一类能源油砂超重质油油页岩煤层气页

2、岩气致密砂岩气新型蓄能电池热电转换醇醚燃料煤基和天然气基合成油煤制天然气天然气水合物氢能核能发电天然气合成油（GTL）煤制油（CTL）甲醇二甲醚锂离子电池其他新型电池燃料电池其他应用发电地热发电地热热利用潮汐能发电海浪海流能发电海洋温差发电海水盐能发电光伏发电聚光热发电太阳能热水器其他晶硅薄膜生物质发电生物沼气生物油（生物质直接制油）生物燃料地热能海洋能水力能风能太阳能生物质能甘蔗乙醇纤维素乙醇谷物乙醇生物柴油生物丁醇生物乙醇非发酵法气化+费托合成发酵法油籽柴油废弃烹饪油柴油麻疯树籽柴油微藻柴油其他原料柴油非常规油气其他发展中能源可再生能源新能源据美国石油地质家协会（AAPG）的评述，根据世界

3、石油资源的高度不确定性，世界石油消费的持续增长将使石油生产峰值在1525年内出现。当世界石油生产于20202030年达到峰值时，生产量将为9000万桶/天1亿桶/天（45亿50亿吨/年），比2005年产量高出10%20%。 迎接后石油时代的到来加速发展替代能源，以应对高油价的挑战，迎接后石油时代的到来，这是人类社会持续发展必须面对的重大课题。随着国际油价的高位剧烈震荡，油价居高不下和石油产量即将达到峰值的出现，后石油时代即将来临，因此，21世纪的石油工业就又可称为后石油时代的石油工业。迎接后石油时代的到来后石油时代是一个新的主体能源的接替时期，是新能源、可再生能源快速成长和发展时期，也是石油替

4、代产品的培育、成长和发育时期。 迎接后石油时代的到来 要从各个领域入手应对高油价和特高油价； 要大力鼓励支持新能源和可再生能源的发展，以及石油替代产品的发展。 迎接后石油时代的到来低 碳 经 济 在以瓦特发明蒸汽机为标志的第一次工业革命后，汽车、飞机成为主要的交通工具，煤炭、石油等化石燃料被广泛利用。 其后，又有信息革命等一系列的重大变革。 这些革命带来了温室气体的大量排放，导致全球气候变暖。 走低碳经济之路是人类实现可持续发展的必然选择，它需要建立低碳产业结构、调整能源结构及消费结构，需要政策法规的扶持，更需要科技创新的支撑。低 碳 经 济 我国发展低碳经济，需要开发产业节能新技术，努力优化

5、工艺路线，选择节约型替代产品，并实现CO2的捕集、利用及填埋。长远看来，能源开发深度和利用效率是人类文明发展水平的标志。 低 碳 经 济 核能和化石燃料都对环境有污染，并且属不可再生能源，它们都产生长期的放射性废物或温室气体排放。因核能仍是发展中的能源，所以仍习惯地将其列入新能源范畴。中国目前设定的新能源包括太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等5种。 新能源定义及政策这类能源的共同点是，能量密度较低并且高度分散，风能、太阳能、潮汐能等还有间歇性、随机性问题。 新能源开发利用技术涉及工程热物理、电子学、气象学、地质学、空气动力学、海洋学、微生物学和材料学等多学科，是综合性的高新技术。 新能源

6、定义及政策新能源按其开发利用途径，可分为五类：太阳能，包括太阳能热利用、太阳能光伏利用和蓄能技术;生物质能，包括能源植物(陆生、水生)、沼气、生物质气化、生物质液化、生物质压块、生物质发电;新能源定义及政策风能，包括风能动力、风力发电、风帆助航以及其他利用技术;地热能，包括中低温地热水利用、地热发电和干热岩的利用;海洋能，包括潮汐能发电、波浪能发电、海洋温差发电、海流发电、潮流发电以及盐度差能利用。开 发 新 能 源 2009年中国是世界第二大能源消费国， 2010年已超过美国成为世界上最大的能源消费国。2008年5月，中国原油进口量首次超过日本，成为世界第二大原油进口国。 2009年中国进口

7、原油已占到石油消费总量的52%，超过了50%的能源安全警戒线。 我国新能源与可再生能源资源丰富，可开发利用的风能资源约2.53亿千瓦，地热资源的远景储量为1353.5亿吨标准煤，探明储量为31.6亿吨标准煤，太阳能、生物质能、海洋能等储量更是属于世界领先地位。我国开发风力发电技术已基本成熟，但对于核能、海洋能、生物质能等能源的利用还处于探索阶段。开 发 新 能 源 第二章 太 阳 能第一节 太阳能利用慨述太阳能：是最重要的基本能源，生物能、风能、水能等都来自太阳能。太阳能的转换 ：太阳辐射能被物体吸收后，主要发生光-热、光-电、光-化学和光-生物质等几种转换方式。 第二讲第一节 太阳能利用慨述

8、优点：太阳能数量巨大，能长期供给，不需开采和运输；并且还是清洁而毫无污染的能源。缺点：能流密度较低，只有1 kw/m2左右；由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度的限制以及晴阴云雨等随机因素的影响，使它具有间断性和不稳定性。给太阳能的利用带来一定的困难。 太阳能低温热利用系统中的关键部件。特点：结构简单，可以固定安装，直射辐射和漫射辐射都能收集，成本较低 。工作温度一般多在370 K以下。 平板型集热器平板型集热器的五个基本部件： （1） 吸热体，吸收入射的太阳辐射能并转换成热能传递给工质。 （2） 盖层，允许太阳辐射透过，阻碍吸热体的长波热辐射透过，减少吸热体的热损。 （3） 保温层，减少吸

9、热体不直接接收太阳辐射部分的热损。 （4） 工质及流动通道，使工质能与吸热体直接发生热接触。 （5） 支架及框架，将集热器的各个部分连接成一个整体并支承其重量。 光电转换 太阳能的光-电转换能量收集主要依靠太阳能电池来实现。优点：可将光能直接转换为电能；工作寿命长，结构简单而紧凑；比功率（功率与装置重量之比）高；运行方便可靠，不需运行和维修费用。 太阳能的收集 缺点：效率较低，单位面积太阳能电池所发出的功率约为100 W/m2，因而往往需要大面积的太阳能电池阵列；初始投资高；当无阳光而仍要求用电时，需配备蓄电池。 光电转换光化学转换 太阳能的光-化学转换能量收集要通过可逆的化学反应来实现太阳能

10、转换成化学能的过程。 太阳能的收集 光生物质转换 太阳能的光生物质转换的能量收集主要通过植物的光合作用来实现太阳能转换成生物质能的过程。 太阳能的收集 太阳能的储存 可将太阳能以机械能、热能、电能、化学能和生物质能等各种形式储存起来。 有实用价值的热能储存和电能储存 。 热能储存可以分为显热储存和潜热储存两类，其共同要求是单位容积储存的热能多、单位热能的储存费用低以及能够长期可靠运行等。 （1） 显热储存 目前应用最多的储热介质是水和卵石。优点：来源丰富、价格便宜、性能稳定。缺点：所需储热介质的数量（包括体积和质量）很大，并且储热温度的变化幅度较大，因此往往需要配置一套温度和热流量的调节和控制

11、系统。 太阳能的储存 （2） 潜热储存 目前具有实用价值的只有固-液相变潜热。优点：容积储热密度比显热储存高出数倍，并且相变时温度基本上保持恒定，故不需要控温系统。缺点：易于产生过冷现象、反复循环过程中的晶液分离以及热导率低，因而对所用热交换器的要求较高。 太阳能的储存 （3）电能储存 将太阳能电池接受太阳辐射后所产生的电能储存在蓄电池中。 目前主要使用的多为铅酸蓄电池和碱性铁镍或镉镍蓄电池。 太阳能的储存 太阳能的利用 直接太阳能： 就是指太阳直接辐射能量。 广义太阳能： 由太阳辐射能产生的其他自然能 。 根据温区不同可分为低温热利用（350K以下）、中温热利用（350K620K）和高温热利

12、用（620K以上）三类。1、低温热利用 主要利用平板型集热器的“温室效应”。用于塑料大棚和玻璃温室、热水器、蒸馏器、被动式采暖太阳房等。 太阳能的热利用 2、中温热利用 可用于致冷器 、开水器、消毒器和太阳灶等。3、高温热利用 可以制成焊接机 、高温炉等。太阳能的热利用 根据使用方式的不同分为直接电利用和间接电利用 。1、直接电利用 就是利用太阳能电池将太阳能直接转换为电能。2、间接电利用 实际上就是利用光-热-电转换建成的通常称为太阳能热发电站。 太阳能的电利用 太阳能电池的特性太阳能电池的特性主要包括： 温度特性； 光照负载特性； 暗特性； 光谱响应； 光特性； 衰降特性（对非晶硅电池、硫

13、化镉电池等）；抗高能粒子辐射特性（对空间电池）； 热辐射特性等。 第二节 太阳能电池太阳能电池的分类 第三节 太阳能电池发电系统太阳能电池发电系统：用太阳能电池将光能直接转换成电能的完整的发电系统。 一、系统组成 太阳能电池发电系统一般由太阳能电池方阵、储能蓄电池、充电控制器、逆变器及测量设备组成。 第三讲1、太阳能电池方阵 电池组件： 具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置，叫太阳能电池组件。（1）单晶硅太阳能电池组件（2）多晶硅太阳能电池组件（3）刚性衬底薄膜太阳能电池组件（4）柔性薄膜太阳能电池组件非晶硅薄膜碲化镉薄膜单结晶硅太阳电池 多结晶硅太阳

14、电池 非结晶硅太阳电池 2、蓄 电 池 基本要求： 自放电率低； 使用寿命长； 深放电能力强； 充电效率高；2、蓄 电 池 少维护或免维护； 工作温度范围宽； 成本低。作用：存储太阳能电池方阵受光照时所发出的电能并可随时向负载供电。 3、充电控制器能自动防止蓄电池的过充电和过放电的设备，一般具有简单的测量功能。按电路中的位置：串联控制型、分流控制型 ；按控制方式：开关控制型、脉宽调制控制型。4、逆 变 器将直流电变换成交流电的设备。由于太阳能电池和蓄电池发出的是直流电， 当负载是交流负载时，逆变器是不可缺少的。按运行方式：独立运行逆变器、并网逆变器；按输出波形：方波逆变器、正弦波逆变器。5、测

15、量设备 对于小型太阳能电池发电系统，要求简单的测量；对于太阳能通信电源系统、管道阴极保护等工业太阳能电源系统和大型太阳能发电站，要求对更多的参数进行测量。二、太阳能电池发电系统的设计 可分为软件设计和硬件设计，且软件设计先于硬件设计。 软件设计：负载用电量的计算、太阳能电池方阵面辐射量的计算、太阳能电池功率、蓄电池容量的计算和二者之间相互匹配的优化设计、系统运行情况的预测和系统经济效益的分析等。 硬件设计：负载的选型、太阳能电池和蓄电池的选型、太阳能电池支架的设计、逆变器的选型和设计，以及控制、测量系统的选型和设计。大型太阳能电池发电系统还需有方阵场的设计、防雷接地的设计、配电系统的设计等等。

16、 二、太阳能电池发电系统的设计 三、电池发电系统的运行方式 太阳能电池发电系统适合于作为独立电源使用，可以同其他发电系统组成联合供电系统，还可以与电网相联，构成并网发电系统。 并网发电系统分为被动式并网系统和主动式并网系统。 第四节 太阳能光伏发电 太阳能光发电：不通过热过程直接将太阳的光能变换成电能的太阳能利用方式。一、 太阳能光发电分类 1、 光伏发电利用太阳能电池（也称光伏电池）把照射到太阳能电池上的光直接变换成电能输出。 一、太阳能光发电分类 2、 光感应发电 利用某些有机高分子团吸收太阳的光能后变成光极化偶极子的现象。 3、光化学发电 浸泡溶液中的电极受到光照后，电极上有电流输出的现

17、象叫光化学发电。一、太阳能光发电分类4、 光生物发电 用像叶绿素这样的生物细胞，在光的作用下产生生物电的现象，又称为叶绿素电池。 二、太阳能光伏发电组成及应用数个或数百个太阳能电池方阵串、并联，可构成功率更大的太阳能光伏电站。 可与风力发电、柴油机发电等构成互补复合发电系统，也可与太阳能热发电、氢能发电、水力发电、生物质能利用等组合成综合利用系统。三、太阳能光伏发电的优缺点 1、 太阳能光伏发电的优点（1） 结构简单，体积小且轻（2） 易安装，易运输，建设周期短（3） 容易起动，维护简单，随时使用，保证供应（4） 清洁，安全，无噪声（5） 可靠性高，寿命长三、太阳能光伏发电的优缺点（6） 应用

18、范围广（7） 降价速度快，能量偿还时间有可能缩短2、太阳能光伏发电的缺点（1） 能量分散，占地面积大（2） 间歇性大（3） 区域性强第五节 太阳能热发电利用太阳能集热器收集太阳辐射能，传递至接收器，产生热空气或者热蒸汽，用传统的电力循环来产生电能。利用太阳热能直接发电；将太阳热能通过热机带动发电机发电。 一、太阳能热发电分类按照太阳能采集方式分为： 太阳能槽式热发电（利用抛物柱面槽式反射镜） 、太阳能塔式热发电（利用众多的定日镜 ）和太阳能碟式热发电（利用曲面聚光反射镜 ）。1、槽式太阳能热发电 采用大面积的槽式抛物面反射镜将太阳光聚焦反射到集热管上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，同时在热转换

19、设备中产生高压、过热蒸汽，然后送入常规的蒸气涡轮发电机内进行发电。 2、塔式太阳能热发电采用大量的定向反射镜（定日镜）将太阳光聚集到一个装在塔顶的中央热交换器（接受器）上，接受器一般可以收集100MW的辐射功率，产生1300K的高温。3、 碟式太阳能热发电 采用碟（盘）状抛物面镜聚光集热器，使传热工质加热到1000K左右，驱动发动机进行发电。 可以独立运行，作为无电边远地区的小型电源，也可用于较大的用户，把数台至十台装置并联起来，组成小型太阳能热发电站。 二、太阳能热发电系统组成1、集热装置 吸收太阳辐射能转换成热能的装置。不同的功率和不同的工作温度有其合适的结构。 分类： 复合抛物面聚光集热器 线聚焦集热器 二、