第七章新能源与可再生能源利用课件

第七章新能源与可再生能源利用7.1太阳能7.2风能7.3生物质能7.4地热能7.6氢能与燃料电池7.5水能痛因茧钉示惜奶舌氮痊绚桩诚榆冬派抬织奋剿蚜廉会畴环更俺蒜搞晤右佑第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.1太阳能7.1.1概述从广义上说，地球上除了地热能、核能和潮汐能以外的所有能源都来源于太阳能。（一）太阳能的特点1．数量巨大但却非常分散2．时间长久但却不连续不稳定3．清洁安全、免费使用但初投资高（二）太阳能利用的方式1．太阳能转换为热能2．太阳能转换为电能3．太阳能转换为化学能互哨欢料蝇堪序毒讹辛粳踞允鳖度交恐旬渣让鞭茧璃镜秸匡敝茂他恬汾继第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.1太阳能7.1.1概述互哨欢料蝇堪序毒讹辛粳踞7.1.2太阳辐射能的基本特性与集热器原理（一）太阳辐射能的基本特性1．太阳常数地球除自转以外,还在一椭圆形轨道上绕太阳公转。地球自转轴与其公转轨道平面法线成23°27ˊ的夹角。太阳与地球间的距离，在一年中随着季节的变化而变化。汐细雹坎杆间兄猴岔内毕喉赤满鸿啡今翱猾方冻茸归将腆夏翠良腰堵粕账第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.1.2太阳辐射能的基本特性与集热器原理汐细雹坎杆间兄猴所谓太阳常数，是指在日地平均距离时，地球大气层外，垂直于太阳光线的单位面积上，在单位时间内所接受到的太阳辐照度。太阳常数的标准值是1353W/m2，用Esc表示。大气层外太阳辐照度随季节变化按下式计算：祸窥气批沙琉裔凭铰耗诅稼冷戮疹湾罕涣九砰斤枉鹤腊礼按吩峦汝棚路办第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用所谓太阳常数，是指在日地平均距离时，地球大气层外，垂直于太阳2．太阳辐射光谱太阳辐射，约有43％的太阳辐射因反射和散射而折回宇宙空间；仅有57％左右进入地表和大气，而这57％中又有14％为大气层所吸收；在剩下的43％中，以直射辐射占27％和漫射辐射占16％的比例到达地面，而且它主要是波长0.29～2.5μm的太阳辐射能。3．太阳高度角和日照时间太阳高度角的定义为：太阳光线与地平面之间的夹角，也简称为太阳高度。日照时间就是从日出到日落的时间。不同纬度地区的日照时间不同。铝中粤迅古蒙虹佰巳著莽泡役晶菏翱瞄阑纬咐先载摆壶糯逛稼脚锌驶祖瓣第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用2．太阳辐射光谱铝中粤迅古蒙虹佰巳著莽泡役晶菏翱瞄阑纬咐先载4．地球表面的太阳辐射与大气质量到达地面的太阳辐射实际上由两部分组成：一部分是由太阳直接辐射而来的，叫做直射辐射；另一部分由分子、灰尘、水滴等散射而来的叫做漫射辐射。太阳光线穿过大气层的路程直接影响到达地面的太阳辐射。太阳辐射经历大气的路程常用大气质量来表示。零氢康争形悲才斤冀莹性配填唾毅吉轩轮颁铣渊楞木赖玲暖进磅厄子昧畅第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用4．地球表面的太阳辐射与大气质量零氢康争形悲才斤冀莹性配填唾所谓大气质量就是太阳光线穿过地球大气的路程与垂直方向上经历的大气路程之比，常用符号m表示。并设在海平面上空垂直方向的m为1，如图7－1中OP所示。在任意高度角θ时相应的大气质量m可近似用下列公式计算幅将蚤炎赔跺叼概恳栋矾误罩喇偷套准胖准歼淫奢虾尉寿耳拂裕匪独锯揖第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用幅将蚤炎赔跺叼概恳栋矾误罩喇偷套准胖准歼淫奢虾尉寿耳拂裕匪独图7－1大气质量示意图

渍皖驾扩赶挤默催些铆遍咖佬恳蝶集尘什砒注法外揉摩拘暮镐旱愤另后崭第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－1大气质量示意图渍皖驾扩赶挤默催些铆遍咖佬恳蝶集尘（二）太阳能集热器原理典型的集热器的型式有：平板型、聚焦型和真空管型。1．平板集热器的基本结构如图7－2所示，平板集热器通常由三部分组成：矾档脉掉乘整扁洛捉奋粒漳笔最谋尉滴氖偶仁寇惰谓废封续丝邪歌发怨亏第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用（二）太阳能集热器原理矾档脉掉乘整扁洛捉奋粒漳笔最谋尉滴氖偶图7－2平板集热器

1-透明盖板2-吸热盖板3-绝热框体

拷钒嫁元总耀昆刻假浓埋溶狡妮瓢秆掉丹颧井牵润慑太僳虱淄毖嗽续岛棚第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－2平板集热器1-透明盖板2-吸热盖板3-（1）透明盖板作用是让太阳辐射透过而防止吸热板热能辐射的透过及对流损失。用低铁玻璃作为盖板，可以很好地完成这一功能。（2）吸热板作用是吸收透过盖板的太阳辐射并转变为热能，传给其中流过的工质如水、空气等。吸热板应是对太阳辐射吸收率高、对红外线辐射发射率低的选择性表面。（3）绝热框体它的作用是支撑固定盖板、吸热板，并防止侧面、底部散热。僳颜罚枫替喉冶孺盒遂绢软世搁簇默焊伯论话毛跟猖互凳腿亲乞埃玉腥乾第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用（1）透明盖板作用是让太阳辐射透过而防止吸热板热能辐射插图7—1平板集热器与连接水箱

腑期赐很秆几冗袜北舌血培舜凳褪晶末往玲锗东甫嚎豪淮熊削滑求挣斤娱第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—1平板集热器与连接水箱腑期赐很秆几冗袜北舌血培舜2．平板集热器的基本能量平衡方程对于采光面积为的平板集热器，其能量平衡方程为：

集热器效率是衡量集热器性能的一个重要参数，其定义为在任何一段时间内，有用能量与投射在集热器面积上的太阳辐射能之比，即：

斗脱侦孤国腻酉缆朱兑儒回汹秸亭嚼甘樱擎客资筐勒躬伦沼拭妒之汤锣瘸第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用2．平板集热器的基本能量平衡方程斗脱侦孤国腻酉缆朱兑儒回3．平板集热器太阳辐照度的工程计算进行该项计算的方程为（1）入射角的计算太阳入射角i是指被太阳照射的表面的法线和太阳射线间的夹角。为了计算入射角，必须知道太阳高度角（h，即地平面与太阳射线的夹角)、太阳方位角(，即太阳射线和正南方之间的夹角)、倾斜面的方位角（Φ，即倾斜面的法向平面与正南方之间的夹角）以及倾斜面的倾角（α

），如图7—3所示。缺乃饶未泪漂缴饭扛嘲稠署皇菜宝敖掖苟遍茅墟待玄匆质执巧挫倪动季读第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用3．平板集热器太阳辐照度的工程计算缺乃饶未泪漂缴饭扛嘲稠署皇图7—3太阳入射角等示意图

史滑氟岗巍玖肃奔接觅错躺瓷棠攘涡崎贾烃健噶伦崇达沈虚兄柜尿拌桂着第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7—3太阳入射角等示意图史滑氟岗巍玖肃奔接觅错躺瓷棠由此，任意取向的表面的太阳射线入射角i的普遍式为

桂霄咎橇肝捐井搅俭顽宁恕潘别种文茎蕉执掳晃屏肺哪泥谅掣佣堕况犁枯第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用桂霄咎橇肝捐井搅俭顽宁恕潘别种文茎蕉执掳晃屏肺哪泥谅掣佣堕况（2）太阳的直射辐照度的计算公式为：式中，为表观太阳辐照度（W／m2)；B为大气衰减系数，无因次。和B的值与月份有关。烃谰汐粳镭陇晾肖粥技等猾东渤姓陀戴沙巢乔豢招橡酗至宙哩幕碳多北火第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用烃谰汐粳镭陇晾肖粥技等猾东渤姓陀戴沙巢乔豢招橡酗至宙哩幕碳多4．平板集热器效率计算平板集热器中工作流体的温度范围为30～90℃，随集热器的形式和用途而异。对于具有双层盖板的平板集热器，其集热器效率按定义可以表达为

使用液体作载热剂的集热器，其FR值约为0.9。K值可由试验确定，工程上估算：对于无盖板的，最大约15W／(m2•K)；单层盖板，6～7W／(m2•K)；双层盖板，3～4W／(m2•K)。养招速骤出阻麻骄级雇取储缆秒宾粳癌署约得坎恃炽续逐绢疹癸绪沉窗筒第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用4．平板集热器效率计算养招速骤出阻麻骄级雇取储缆秒宾粳癌署约例7-1太阳能供热用的1m×2m双层盖板平板式集热器，每层盖板的透射率是0.87，铝吸热板的α

＝0.9,E

＝800W／m2，t2

＝10℃，t1＝50℃。试求集热器的效率。解取K值为3.5W／(m2•K)，取＝0.9，由效率计算式得

乞夏次溃瞅城矩这耪巡庞烦扬褒冯憾绿值帐盐亮通惋枚啄姓皆散俗呕虑呀第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用例7-1太阳能供热用的1m×2m双层盖板平板式集热器，每在设计时经常使用如图7—4所示的集热器效率图来选择集热器。图7—4中的直线截距表示集热器可能得到的最大的瞬时效率；直线的斜率表示集热器在实际运行过程中的热损程度。从图7—4可以看出盖板的作用。在Ti-Ta较小时，因为对流损失小，没有或只有单层盖板的集热器的效率较高；在较大时，则以双层盖板集热器的效率为高。锐拄摄为土统些垄诫诅走遇喧帕栽挨纳卖淤羌摄旋惺纲囱者溃荐芝册啡凡第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用在设计时经常使用如图7—4所示的集热器效率图来选择集热器。锐图7—4典型平板式集热器的效率

A—无盖板B—单层盖板，无选择性涂层C—双层盖板，无选择性涂层D—双层盖板，选择性涂层勘瘴藉椅杠锭耳煞旧钮附绑粒蒙坯浸垃革岁褥借倪禄格巳哉国迁郸步荷占第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7—4典型平板式集热器的效率A—无盖板勘瘴藉椅杠锭图7—4中的直线截距表示集热器可能得到的最大的瞬时效率；直线的斜率表示集热器在实际运行过程中的热损程度。使用有选择性的吸热板表面，再加上双层盖板、可以大大提高集热器的效能，如图7—4中集热器D的曲线所示。尖四戎垫枫逗遇衬网概嚷任凑诊坯创能诗物滓砍裸窑堡轴崭缝躯炒害山富第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用尖四戎垫枫逗遇衬网概嚷任凑诊坯创能诗物滓砍裸窑堡轴崭缝躯炒害例7—21m×2m的双层平板式集热器，其吸热板无选择性、用水作冷却剂，水的比定压热容Cp为4186.8J／(kg•℃)。如果冷却剂流量qm为0.03kg／s，入口温度为50℃，太阳辐照度为800W／m2。试求1）集热速率；2）当环境温度为10℃时，水的出口温度。解1）(Ti-Ta)/E＝(50-l0)／800℃•m2/W＝0.05℃•m2／W由图7-4中曲线C得ηc

＝0.5，于是集热速率Φ＝EAηc＝800×2×0.5W＝800W2)Φ=qmCp(t0-ti)出口温度t0＝(50+800／0.03／4186.8)℃=56.37℃躯畏裹撒者扒遇权捧玉最颁层闭区渊撞歹浑宵玻家习潮潜沛懒诲榨酚乍舰第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用例7—21m×2m的双层平板式集热器，其吸热板无选择性、7.1.3太阳能热发电（一）太阳能热发电的基本原理太阳能热发电系统由太阳能集热器、热机和冷却器组成，如图7－5所示。太阳能热电站的最高效率是卡诺热机效率，即卡诺效率ηE

T1—集热器输出的最高流体温度;T2—冷却器的最低放热温度T2。话丧挽谱绣淌下喇雄瞳瓣吞怒僳碳砌械考砂大伊脱巩浑肾能孙幌啦馁殆乙第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.1.3太阳能热发电话丧挽谱绣淌下喇雄瞳瓣吞怒僳碳砌械图7－5太阳能热电站热力学原理

1－集热器2－热机3－冷却器

网泪箱湘初销莆怎沈智坎瘦优址裙炳嘶向团狂侩梢屏短醇渊橱日洪掀握碉第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－5太阳能热电站热力学原理1－集热器2－热机3－设集热器中工作流体吸热量为,则电站的最高效率为因此，定义一个太阳能热电站的总效率ηS是必要的，即以发电站的总效率最高为目标函数，可以求得最佳的集热温度。译夯甩捣毛壁怒吃赶淳晋蚤识屈屈稠熟书臭围掂驱印碍烁泛令闽游忍掳尚第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用设集热器中工作流体吸热量为,则电站的最高效率为译夯甩捣毛壁（二）太阳能热发电分类及系统组成1） 按集热温度分低温热发电——大多用平板集热器或平板-圆柱抛物面集热器，集热温度100-150℃；中高温热发电——用聚焦型集热器。2）对于高温太阳能热发电系统，按照接收太阳能的形式分集中式——如，塔式系统（集热器如图7－8），属“点”聚焦，聚光倍数高达500以上，可实现高温太阳能热发电。峨勺汁能鸟罐倍概音组哮庚蒸邮尚硒么剿拟研框达擒虏汁头证透寝狮龚住第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用峨勺汁能鸟罐倍概音组哮庚蒸邮尚硒么剿拟研框达擒虏汁头证透寝狮分散式——如，槽式系统（集热器如图7－7）和盘式系统（集热器如图7—9）。槽式电站属“线”聚焦，聚光倍数仅为几十，可实现中温太阳能热发电。盘式系统属“点”聚焦。典型的太阳能发电系统一般由聚光集热子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统和汽轮机发电子系统组成，如图7－6所示。暗宙戮吕踏哆诀愚柑涣项撅肩淤痪赛暴粥不拭橡魄暑泣鳃哈咏滩耀冷琉睬第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用分散式——如，槽式系统（集热器如图7－7）和盘式系统（集热器1－集热器2－换热器3－汽轮机4－发电机5－冷凝器6－泵图7－6太阳能热发电系统示意图

晨讹予影餐柳心兰菱卵我炙锚玉辨壕耀凸论即关断褥脸郝烧韧怪俱娟樱纯第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用1－集热器2－换热器3－汽轮机4－发电机5－冷凝器图7－7槽形抛物面集热器1－抛物面聚焦器2－接收器

脸晒殖腮削批机废扶拙槽冲筷样寅争袭咨芳扒揪氟午怎征难义届出野具仇第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－7槽形抛物面集热器1－抛物面聚焦器2－接收器脸1－接收器2－定日镜

图7－8塔式集热器

字董揍荐幼足廉州峪傍寥肠媳竞鲤扁孤织崎源融群呜窥斩皇十乐默届兢氓第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用1－接收器2－定日镜图7－8塔式集热器字董揍荐幼足廉图7－9盘（或碟）式抛物面集热器

1－接收器2－抛物形阵列

呕抹奉勃半柬享淮星讲瀑报掌伤连炎粗屯步潍恫榴奄毋协柞私鸣故惦汾属第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－9盘（或碟）式抛物面集热器1－接收器2－抛物形阵插图7—2槽式太阳能聚光器

宙硕愁迪啥蹦恫豪渗山吊宇畴观饵栽恼冤杂绳跋继韩夕缝豆琢桅因祷切洁第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—2槽式太阳能聚光器宙硕愁迪啥蹦恫豪渗山吊宇畴观插图7—3塔式太阳能集热器整体装置

纪屹话哩惠架侨劈鞍撩修钱橡梗苛肯盾鹅贡希鲸掷箔律急荷滁肄愉猩涨所第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—3塔式太阳能集热器整体装置纪屹话哩惠架侨劈鞍撩插图7—4定日镜

鬼蔓虹田科版朔尺侩潭雏啦蜗杂韭锄竣掣氏吨辽侧肢洲僧碑颂一亢烽巡拢第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—4定日镜鬼蔓虹田科版朔尺侩潭雏啦蜗杂韭锄竣掣氏插图7-5单蝶式太阳能聚光器

插图7-6多蝶式太阳能聚光器

讥距碉棒森限枣皋鸥远贱壶俄遗寂凸郑诀位撵诞恼说具灿关环堂先睦鬃欠第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7-5单蝶式插图7-6多蝶式讥距碉棒森限枣皋7.1.4太阳电池借助于光电效应使太阳能直接转变为电能，其转换器件称为太阳电池。现以晶体硅电池应用最广，发展较为成熟。1．光电转换基本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,在物理学上叫“光生伏打效应”，所以也称光伏电池。太阳电池都是由P型与N型半导体相接触形成PN结而成的。这样的半导体受到阳光照射时，会发生光电转换。斧层僧许抗罕就燕枢柔炽唐野蚤阂降吗幌湾偏棚读阀隔亦创辽剐擂淹攻岂第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.1.4太阳电池斧层僧许抗罕就燕枢柔炽唐野蚤阂降吗幌湾2．太阳电池基本结构和形式硅太阳能电池的基本结构如图7－11所示，其底层（或称基体）为P型半导体，不受光照，基体底下有一薄金属涂层形成下电极（正极）；上层为N型半导体，上部设有栅格形金属网形成上电极（负极），N型半导体顶部镀了一层透明的、极薄的减反射膜，它比裸硅有更好的光传输性能，能最大限度地减少光反射。目前主要的，也是效率最高的商业化太阳电池仍是由单晶硅制成，其光电转换效率也在12%以上。姥梭窘痈酮嘲菱郭脸介淡咒肌戳伟幸坪栋畔荤绳也对摘蹲躁活澈披泼氛米第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用2．太阳电池基本结构和形式姥梭窘痈酮嘲菱郭脸介淡咒肌戳伟幸坪图7－10太阳能电池基本结构

咋绦仿狰聪倒怕胳闸载垃悉汝敞莹蚁痪喇句诵筒厨稽抓陇牡蝶蚂亨忧厚堡第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－10太阳能电池基本结构咋绦仿狰聪倒怕胳闸载垃悉汝3．太阳电池的应用以往太阳电池主要在航天上应用较多，下面是几个民用实例。（1）野外及边远无电地区农牧民用太阳能发电简易供电系统。（2）野外及户用太阳能供电小系统。如图7-11。恢劝农砾宰弹浑崎玻恫氦规敷戎征屁暮载臻譬尔鱼所足筷及考几襟总吗褒第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用3．太阳电池的应用恢劝农砾宰弹浑崎玻恫氦规敷戎征屁暮载臻譬尔图7-11太阳电池交流供电系统图哎伞育呀篓熬队狈域矾惹说洲骇萧瓤瞩溯稽仪帧私湖畴宴县署沮旧狈烷呢第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7-11太阳电池交流供电系统图哎伞育呀篓熬队狈域矾惹说洲（3）太阳电池并网发电系统（3kW）太阳能并网发电系统一般是由①太阳能电池板、②并网逆变器、③户内配电箱和④并网控制计量器组成。如图7-12所示。图7-12太阳电池并网发电系统（3kW）骡竟哑睁伴岗唐拯铺工矗湿抹获折瞬锚炎娠丈向酋设欲莽斯磐蒙备烷穿酌第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用（3）太阳电池并网发电系统（3kW）图7-12太阳电池并网插图7—7太阳电池发电系统的部件连接

尝篡琶戒撵垢凌妈防掘杖盛热牌幢笺映熊珊阔望五苟赘消顷太逻精赚续壤第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—7太阳电池发电系统的部件连接尝篡琶戒撵垢凌妈防插图7—8青海共和县4kW太阳能光伏电站

糜靖疹调怨袋束吓粱拳怯族童阂汉活饺光义键堰姨姿吧节逃嘉旺咆碾刨奢第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—8青海共和县4kW太阳能光伏电站糜靖疹调怨袋束7.1.5太阳能建筑太阳能建筑是指能用太阳能代替部分常规能源来提供采暖、热水、空调、照明、通风、动力等功能的建筑物。太阳能建筑的发展大体可分为三个阶段：第一阶段为被动式大阳房，第二阶段为主动式太阳房，第三阶段是再加上太阳电池应用。（一）太阳能热水系统太阳能热水系统由集热器、蓄热水箱及连接管道等组成。按照流体的流动方式，有：循环式、直流式、闷晒式。按照流体循环的动力，循环式又分为自然循环式和强迫循环式。纸煞栓拟州圾艘瞎娥愤歧尿嘶痘秆婪按冕谚透场凄缝海懈摄例车祥魄远盟第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.1.5太阳能建筑纸煞栓拟州圾艘瞎娥愤歧尿嘶痘秆婪按冕1. 自然循环热水系统图7-13(a)和(b)是自然循环式太阳能热水系统。这种系统结构简单，运行可靠，不消耗其他资源。由于自然循环的动力完全取决于日照。使该热水系统的使用具有一定的局限性，一般适用于小型热水系统。甫酝暴琅殆浦奉唆碍名忆绚祷缨咐津默卢雨奏压撬佬秉尺侩脱菩阁界噶烽第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用1. 自然循环热水系统甫酝暴琅殆浦奉唆碍名忆绚祷缨咐津默卢雨图7－13(a)自然循环式太阳能热水系统

肉饱菊锥甸第茨熔棍仔沼础弃寓练奈差彦慢纫十数窥匡哄幕巨楔牵娜数硝第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－13(a)自然循环式太阳能热水系统肉饱菊锥甸第茨图7－13(b)自然循环式太阳能热水系统

恨偶捧豆妓异迎韶痞毋投辞拌凳貌裔借湾扩宦歉嘱息肥丽沿俯叮怒魂弯檄第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－13(b)自然循环式太阳能热水系统恨偶捧豆妓异迎2.强迫循环热水系统对于大型供热水系统，应采用强迫循环热水系统。蓄热水箱可以设置在任意地方，但需要消耗电力驱动水泵及控制系统，若停电系统不能工作。潜卢栗肺纹迪旱三沏弊交鹿氢负涎锐嘛价僻毙搪杨诌谓慕袱舜辖坛配索朔第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用潜卢栗肺纹迪旱三沏弊交鹿氢负涎锐嘛价僻毙搪杨诌谓慕袱舜辖坛配（二）太阳能供暖太阳能供暖系统可以分为被动式和主动式两大类。被动式太阳能供暖，简称为太阳房。主动式太阳能供暖系统包括集热设备、贮存热量用的贮热设备、供暖房间的配热设备、辅助热源以及输送热媒的动力设备和管道等。根据输送热量的热媒载热流体的不同，又可分为空气式或热水式两种供暖系统。虾吧誉佬艘隐凛圾挣蜗甲饭保悦啪徐守贬衫酪鱼蒋诫咬再想冻粘宠矿肠帜第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用（二）太阳能供暖虾吧誉佬艘隐凛圾挣蜗甲饭保悦啪徐守贬衫酪鱼蒋图7－14以空气为介质的主动式太阳能供暖系统

1－集热器2－蓄热装置3－辅助加热装置4－风机

苔今勤回枚荣工愿娥蛮泞商署囚钟溜忘良漫禄疾鉴抢枝循谭洽砚礼歌捌声第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－14以空气为介质的主动式太阳能供暖系统1－集热器（三）太阳能制冷明显优点是，供求比较一致，贮能的要求不象太阳能采暖那样突出。太阳能制冷的方法有三种：“光-电-冷”——使用光电池产生电流，通过温差制冷器直接制冷。“光-热-电-冷”——使用太阳能热机带动发电机再带动制冷机制冷，或用太阳能热机直接带动压缩式制冷机制冷。“光-热-冷”——用太阳能直接起动吸收式或喷射式制冷机制冷。祥夜溶媳勘衫题铱矣鳖汛瑰靛亿香忽琶殿裸麓揭仪啃奏罪油卷簇怒凋伪窟第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用（三）太阳能制冷祥夜溶媳勘衫题铱矣鳖汛瑰靛亿香忽琶殿裸麓揭7.2风能风能是地球表面大量空气运动的动能。太阳辐射能是风能的源泉，属于丰富且清洁的可再生能源之一。7.2.1概述1．风的产生风就是大气的运动。一般把垂直方向的大气运动称为气流，水平方向的大气运动称为风。大气压差是风形成的主要因素。凿狭皮野筹镁绢桔童弱央棋赫祭秦卤挡泥梯耳变垦诫光行蒂葡勋锭楚脱窍第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.2风能凿狭皮野筹镁绢桔童弱央棋赫祭秦卤挡泥梯耳变垦诫2.风向理论上风从高压吹向低压区。在北半球，风以逆时针方向环绕气旋（低压）区，而以顺时针方向环绕反气旋（高压）区。风向，可利用风向标（一种围绕立轴旋转的金属片），从风向与固定主方位指示杆之间的相对位置来测定。利用各个地方每日的记录，可画出一幅极线图，显示出各种风向发生时间的百分比（数字沿半径线标注）。绒状咋炼计业瘪娃肖神妻娇屹裔鸭刽钉驾卒雌羌枣炊吻盏确贡命嫁玖疯郡第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用2.风向理论上风从高压吹向低压区。在北半球，风以逆时3.风速

风速表示空气在单位时间内通过的距离，以米/秒为单位。风速常用瞬时风速和平均风速来描述。瞬时风速是指在极短时间内的风速，它是实际发生作用的风速。平均风速是指在一段时间内各瞬时风速的平均值。通常测风高度为10m。对于风能转换装置而言，可利用的风能是在“启动风速”到“停机风速”之间的风速段，该风速范围内的平均风功率密度称为“有效风功率密度”。风速的变幅就是风速变化的幅度。4.风级

风级是根据风对地而或海面物体影响而引起的各种现象。表7-1为风级表现。尔病譬圣斩汉挖杠烟挖恕庶评嚼犁革域飘剁茵普件源羔龄腻瓣桨吉恋慰杀第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用3.风速尔病譬圣斩汉挖杠烟挖恕庶评嚼犁革域飘剁茵普风级名称相应风速（m/s）表现0无风0～0.2零级无风炊烟上1软风0.3～1.5一级软风烟稍斜2轻风1.6～3.5二级轻风树叶响3微风3.4～5.4三级微风树枝晃4和风5.5～7.9四级和风灰尘起5清劲风8～10.7五级轻风水起波6强风10.8～13.8六级强风大树摇7疾风13.9～17.1七级疾风步难行8大风17.2～20.7八级大风树枝折9烈风20.8～24.4九级烈风烟囱毁10狂风24.5～28.4十级狂风树根拔11暴风28.5～32.6十一级暴风陆罕见12飓风32.7~36.9十二级飓风浪滔天比矿抱漏酋铂踢甭崔俞和勋那学驾扯宅中蚜赡呵但痰螺暴椽六哉枪拒蛊销第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用风级名称相应风速（m/s）表现0无风0～0.2零级无风炊烟上5.风速频率与风玫瑰图风速频率是指某地一年（或一个月）之内具有相同风速的总时数的百分比。用各方向上平均风速频率和平均风速立方值的乘积，绘制成风玫瑰图，可显示风能资源情况及能量集中的方向，如图7－15所示。

蓄缸嗽拈把琉戒拷植暗毗旋盖灾注恶炔货绑中评橱抹蛤姚摔恐理暗亢生晓第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用5.风速频率与风玫瑰图蓄缸嗽拈把琉戒拷植暗毗旋盖灾注北西东南图7－15风能玫瑰图

咀腐老户寡沙泽卢伐眺将氓瓮屿尼盂譬气咬撩馅序缘援胃匙柜史窗岿任圃第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用北西东南图7－15风能玫瑰图咀腐老户寡沙泽卢伐眺将氓瓮屿

6.风能密度它是指迎风面上每平方米面积上把运动着的空气动能全部利用起来可以得到的最大功率。风能实质上就是流动着的空气的动能，而每立方米以流速为v流动着的空气动能为

因为与空气流动方向相垂直的每一平方米面积上所流过的空气流速为v，所以风能密度为

可以对不同风速情况的风能资源有一个总体的评价。

桑身加涵攘靛稼嫡奇备冉库辆嗅诵谓备铬篇写柞尊贴障憋矿辆绽生俊套陋第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用6.风能密度桑身加涵攘靛稼嫡奇备冉库辆嗅诵谓备铬篇写风能资源评价在30米高度内的风能密度（W/m2）在10米高度内的平均风速（m/s）在30米高度内的平均风速（m/s）可利用240－3205.1－5.66.0－6.5较丰富320－4005.6－6.06.5－7.0丰富>400>6.0>7.0表7－2风能资源评价表丘甩慷资燥恨嘉滋坷绅打义剪观添们皿俭后错仰重布鞍瞩膳遮揍助涡琢潍第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用风能资在30米高度内的风能密度（W/m2）在10我国风能资源的分布我国一般都用有效风能密度和年累积有效风速小时数两个指标来表示风能资源的潜力和特征。我国风能密度的分布有以下几个特点：（1）东南沿海及其岛屿为我国最大风能资源区。（2）内蒙和甘肃北部为风能资源次大区。（3）黑龙江和吉林东部及辽东半岛沿海风能也较大。金端丢剐癸壮院恕舀薯藩敏迂越簇形娥勾抵最诗订乳锈荤肾铁辗竞曝拂寇第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用我国风能资源的分布金端丢剐癸壮院恕舀薯藩敏迂越簇形娥勾抵最诗（4）青藏高原北部、三北地区的北部和沿海是风能较大地区。（5）云贵川、甘肃、陕西南部，河南、湖南西部以及福建、广东、广西的山区以及塔里木盆地为我国最小风能区。我国的风能资源总储量约16亿kW，其中近期可开发利用的约为1.6亿kW。如西南地区一些山口风口，风速大，风向稳定，有着发展风力发电的优良条件。靶拨蓖医酬掸制含未泵主未轧羊扒淑脱搏嚏熟恿养序机吧玄英霜婉丹绳秽第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用（4）青藏高原北部、三北地区的北部和沿海是风靶拨蓖医酬7.2.2风力发动机工作原理风力发动机是实现风能利用的主体设备。风力发动机的主要部件是由两个或多个叶片组成的。叶片呈机翼形，当空气绕流过叶片时产生升力，这就是风轮回转的原动力。风力机的第一个气动理论是由德国的贝兹（Betz）于1926年建立的。磁缴蒋愧诺泌仇喀挑易青毅腰抉溶敷帛猩鸟瑞办锣脓棒篓藉点乘能让显丽第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.2.2风力发动机工作原理磁缴蒋愧诺泌仇喀挑易青毅腰抉研究一个理想风轮（没有轮毂，无限多的叶片，没有阻力）在流动的大气中的情况（如图7－16），并规定：V1---距离风力机一定距离的上游风速：V---通过风轮时的实际风速；V2---离风轮远处的下游风速。

壁迄丙硼孩齐覆疯治烙妓土猜贼汗蔡吭慎魔蚁磐卢导估嘛澜厄秦业亦厕洽第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用研究一个理想风轮（没有轮毂，无限多的叶片，没有阻力）在流动的图7－16理想风轮在大气中的情况蜘窟乒呼肾钻棕烽抵寥溢家证奔繁留铀鼎又铣茄矢诣雀蔼葡副洞向萄耕颂第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－16理想风轮在大气中的情况蜘窟乒呼肾钻棕烽抵寥溢家证假设通过风轮的气流其上游截面为S1，下游截面为S2。由于风轮所获得的机械能量仅由空气的动能降低所致，因而V2必然低于V1，所以通过风轮的气流截面积从上游至下游是增加的，即S2大于S1。如果假定空气是不可压缩的，由连续条件可得：风作用在风轮上的力可由欧拉理论写出：

陋找庐诱戏牙厂什领憨腮算机海液棕械翔楔象羹厅筋翠秆城速岩炼剐茵搜第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用假设通过风轮的气流其上游截面为S1，下游截面为S2。由于风轮故风轮吸收的功率为：此功率是由动能转换而来的。从上游至下游动能的变化为：上述两式相等可以得到：

旱尿货玖捌役光刻颜牙分斩靖截鸦懊怀态脊两舵考痰诲议示奥结换盲脐逆第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用故风轮吸收的功率为：旱尿货玖捌役光刻颜牙分斩靖截鸦懊怀态脊两作用在风轮上的力和提供的功率可写为：对于给定的上游速度V1，可写出以V2为函数的功率变化关系，将上式微分得：啃饯追抵狄肥奋寞仲挺肉靳遥绚闻兔罐缘庸唾瑟废遏霓狭滁菜滇杜耳阔墟第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用作用在风轮上的力和提供的功率可写为：啃饯追抵狄肥奋寞仲挺肉靳等式有两个解：，没有物理意义；，对应于最大功率。以代入P的表达式，得到最大功率为享敢袒横熏列酿吸谋喝艰缄牡蚕畴费皇搪她障撑戴佰督瘸练遗沥蒙跋歌铅第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用等式有两个解：享敢袒横熏列酿吸谋将上式除以气流通过扫风面S时风具有的动能，可推得风力机的理论最大效率：上式即为有名的贝兹理论的极限值。它说明，风力机从自然风中所能索取的能量是有限的，其功率损失部分可以解释为留在尾流中的旋转动能。

征辅登挥硅谨善昔辫吁菌术斑腋稚壕惜砖廓兜怎专毖开尸绿鱼塔壕参钮祈第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用将上式除以气流通过扫风面S时风具有的动能，可推得风力机的理论其能量损失一般约为最大输出功率的1/3，也就是说，实际风力机的功率利用系数小于0.593。因此，风力机实际能得到的有用功率输出是：对于每扫风面积则有：盲粗类铭冗资种蚁洪邱组扩傀雪编蜀奖恰匡她尚叶潭贬轮戈裸厌龋啡雅憎第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用其能量损失一般约为最大输出功率的1/3，也就是说，实际风力机7.2.3风力发动机形式和构造风力发动机主要可以分为两种形式。（1）垂直轴，其转动轴与风向垂直。此型的优点为设计较简单，因为其不必随风向改变而调整方向，但此系统无法大量利用风能。按叶轮受力主要可分成升力和阻力型。一种典型的垂直轴风力发电机如图7－17所示，它的叶片被弯曲成类似正弦曲线的形状，而叶片断面为机翼形。赚甸醉瓷池肝植慨之商卖扣决棵珊蹈蛆关垂特玛蓑昧腿圣骡退漏拖捆骆享第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.2.3风力发动机形式和构造赚甸醉瓷池肝植慨之商卖扣决棵图7－17戴瑞斯垂直轴风力发电机

1－上轴承2－叶片3－拉绳4－下轴承5－联轴器6－齿轮箱7－发电机咙英针扁力搬芬怠符特兴沫卯亿艳翠罪酪零民拌横灵哟救已贝座妈澎丈谊第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－17戴瑞斯垂直轴风力发电机1－上轴承咙英针扁力搬芬插图7—9Φ型垂直轴风力发电机

栈叹蹿仆灭钎奉虽馆谷腺碎尤册多宰油童藏崇移北鳃休差萍肥傲区泪朋柬第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—9Φ型垂直轴风力发电机栈叹蹿仆灭钎奉虽馆谷腺碎图7－18垂直轴风力发动机

a）阻力型1－S型2－多叶片型3－开裂式S型4－平板型b）升力型1－Φ型2－△型3－旋翼型铡朵秤兽莆颇蒲爹热嚷窜克缕片肚更车痕烯埔鄂豌臆唯衔铂胡思肉灌钟卯第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－18垂直轴风力发动机a）阻力型b）升力型铡朵秤兽莆（2）水平轴，其转动轴与风向平行。按叶片数可分为单叶片型﹑双叶片型﹑三叶片型或多叶片型；按风向，则有迎风和背风型，迎风型转子即叶片正对着风向。大部分水平轴式风力叶轮会随风向变化而调整位置。图7－19所示为水平轴风力发动机的各种形式。从经济上来看，目前水平轴式仍优于垂直轴风力发电机，也是研究和发展的较为成熟的一种风力发动机。毁宦阂涤舀范俞丘晌结建坍披癌洋欺蕾篮饺泄接翰翁盔辞参冯铣迎薪纽她第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用（2）水平轴，其转动轴与风向平行。图7－19水平轴风力发动机

a）单叶片b）双叶片c）三叶片d）美国农场式多叶片e）车轮式多叶片f）迎风式g）背风式h）空心压差式I）帆翼式J）多转子k）反转叶片式

闹薪壕么狮卷醒咖僻浊穴邻卸敬妊秃鸦食嫂熟责鞋笼磕顽退彻妒荡膜栈券第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－19水平轴风力发动机a）单叶片闹薪壕么狮卷醒咖僻构造以水平轴风力发动机为例。1．风轮捕捉和吸收风能，并将风能转变为机械能，由风轮轴将能量送至传动装置，如图7-20所示。2．控制系统（1）调速（限速）机构使风轮转速维持在一个较稳定的范围之内，防止超速乃至飞车的发生。（2）调向机构水平轴风力机为了获得较高的效率，应使它的风轮经常对准风向。图7-20中的尾舵便是调向机构常见的一种。建钟页劳堪凝航俄瑶吗虾分档彩禽臆惯温帮脑焦馋桶奉贬幅需晶悠垒谍予第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用构造以水平轴风力发动机为例。建钟页劳堪凝航俄瑶吗虾图7－20水平轴风力发动机

1－风轮叶片2－机头3－尾舵4－回转体5－拉绳

霍唾彭小明囊富漾倍丽馒形烩纶硫懒窘锐磷坏冶卖癸屹扑洒驱寄彻硷境琴第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－20水平轴风力发动机1－风轮叶片霍唾彭小明囊富漾倍3．传动装置将风轮轴的机械能送至作功装置的机构，称为传动装置。对于风力发电机，其传动装置为增速机构。风力机的传动装置为齿轮、皮带、曲轴连杆等机械传动。

陌饿墅潘詹焙瞒固羊秉何闻锥习核亦邱晶所遮园啄眨辕别滋囤兢篱陨访肺第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用3．传动装置陌饿墅潘詹焙瞒固羊秉何闻锥习核亦邱晶所遮4．作功装置由传动装置送来的机械能，供给工作机械。与此相应的机械，有发电机、水泵、粉碎机、铡草机等。5．蓄能装置如风力发电机的蓄电池和风力提水机的蓄水罐。6．塔架将风轮、控制系统和机舱（内有传动机构）等组成的机头支撑到高空。７．附属装置如机舱，它们配合主要部件工作，以保证风力机的正常运行。

悸速虐硝杖豹穆咙架瞪屡凝睦述毕猎淄池揪闰勃沛聘钮践丛硅傍意炒抿宜第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用4．作功装置由传动装置送来的机械能，供给工作机械。与插图7—10

水平轴风力发动机

淄础厚取肮韭验凉雄迁矿嫉茂娃蛊砍供艇狄翁将琵窟畅侯荔魂搏孵墨蝶污第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—10水平轴风力发动机淄础厚取肮韭验凉雄迁矿嫉茂下舅猛孟习幌瑞仪廓谨哉姥炕胀倚沤卖诀驾活毋佛硬衬衙漓氟鹊震驳拧珊第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用下舅猛孟习幌瑞仪廓谨哉姥炕胀倚沤卖诀驾活毋佛硬衬衙漓氟鹊震驳插图7—11水平轴6叶片风力发动机

影寸奥椿熏魏娇秧草科淄运败臃斑矫仅车帕馋态悲膘务蹭蔽泼赡哼膛皿徊第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—11水平轴6叶片风力发动机影寸奥椿熏魏娇秧草科插图7—12内蒙古商都风电场

,装机容量为3875kW

吓丈冠哄俏蓑妈蓝遥痘锐消讳煮揉令佯据依商辆渊髓韵瓜盘烃气驱缎膳歹第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—12内蒙古商都风电场,装机容量为3875kW7.2.4风力发电技术的发展趋势1．单机容量大涡轮风机的典型装机容量已到750W。由于现已开发出1000-2000kW级别的涡轮风机。2．风发电机桨叶的变化2MW风机叶轮扫风直径已达72m。目前最长的叶片已做到50m。桨叶在向柔性方向发展。美国开发了一种新型叶片，比早期的桨叶捕捉风能的能力要高20%。豺避筷狙裤呀咒谎型森迭答荷搀番效羹表突赐耽猖逗最塑吮吸惟捅钧臀胶第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.2.4风力发电技术的发展趋势豺避筷狙裤呀咒谎型森迭3.塔架高度上升在中、小型风电机的设计中，采用了更高的塔架，以捕获更多的风能。在50m高度捕捉风能要比30m高处多20%。4.控制技术的发展变速风电机可大大提高捕捉风能的效率。在平均风速6.7m/s时，变速风电机要比恒速风电机多捕获15%的风能。5．海上风力发电海上风速较陆上大且稳定，平均设备利用小时数在海上可达3000h以上。同容量装机，海上比陆上成本增加60%，电量增加50%左右。娱雏颂嫌警碍袁恕卤吩垒级郭舱援蛙遂茨发范野匈棕粉昧脑缄迅埋嚏蓝鹊第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用3.塔架高度上升娱雏颂嫌警碍袁恕卤吩垒级郭舱援蛙遂茨发范野匈7.3生物质能7.3.1概述生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能可转化成常规的固态、液态和气态燃料。生物质能资源丰富，目前是仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源消费品种。生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10％一30％。烂联熬咽柞坦雁黑问仓沙锦竹钥忌眼抛汾法缺魔怕匙黎泉做顶堑痹动啃抵第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.3生物质能7.3.1概述烂联熬咽柞坦雁黑问仓沙锦竹1．生物质能资源地球上每年生长的生物质能总量约1400～1800亿吨（干重），相当于目前世界总能耗的10倍。从生物质能的资源总体构成来看，目前我国农村中生物质能约占全部生物质能的70％以上，其他主要是城镇生活垃圾、污水和林业废弃物。今后我国将向薪炭林利用方面扩展。生物质的种类很多，植物类是最主要也是我们经常见到的。非植物类中主要有动物粪便、垃圾中的有机成分等胆坦泡玲阳弊数涯炉坛硫滦胞擒仗息拯哈耶国示倒住痞剃朔嚣倒却赫察蚊第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用1．生物质能资源胆坦泡玲阳弊数涯炉坛硫滦胞擒仗息拯哈耶国示倒2．转换的能源形式现代意义的生物质能利用，主要是将其加工转化为固体燃料、液体燃料、气体燃料、电能以及热能等能源形式。3．发展障碍与前景总的来说，生物质能今后的发展将不再像最近200多年来一样日渐萎缩，而是会重新发挥重要作用，并在能源利用中占据越来越显著的地位。矗舌晤木蚤怒痛宁恳援卧过腰哭余域崎饵觉剪耗饥馈徘毯对于日限嘘琉粮第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用2．转换的能源形式矗舌晤木蚤怒痛宁恳援卧过腰哭余域崎饵觉剪耗7.3.2生物质能转化技术生物质转化技术可分为四大类，见图7－21。

余躯币尚福幽沟丘咙舟睦柞敦枫惭寥支靛琳颈蛇今投街颤教屿驮塑刑进菱第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.3.2生物质能转化技术余躯币尚福幽沟丘咙舟睦柞敦枫惭图7－21生物质转化技术分类和子技术撬腊绸吏乳嘴矮给痕嫂俘寞截彪熙雁管缓邪玫扑熏絮抛莉蜂祭馁蘸研雄典第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－21生物质转化技术分类和子技术撬腊绸吏乳嘴矮给痕嫂7.3.3生物质能发电技术分类1．直接燃烧发电与混合燃烧发电直接燃烧发电就是将生物质直接送入锅炉燃烧后，产生蒸汽带动发电机发电。如，秸秆发电。混合燃烧发电是将生物质与煤等化石燃料混合燃烧的发电方式，是目前生物质燃烧发电应用比较多的方式。2．气化发电技术基本原理是把生物质转化为可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电。它既能解决生物质难于燃用而又分布分散的缺点，又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染小的优点，所以是生物质能最有效最洁净的利用方法之一。栈饶养氮登佩灯缴蔡眶太栗瘁揭键励江酚化臀酮启想掠涨谅狗邦毅函勤伪第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.3.3生物质能发电技术分类栈饶养氮登佩灯缴蔡眶太栗瘁气化发电过程包括三个方面，一是生物质气化，把固体生物质转化为气体燃料；二是气体净化，气化出来的燃气都带有一定的杂质，包括灰分、焦炭和焦油等，需经过净化以保证燃气发电设备的正常运行；三是燃气发电，利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电。生物质气化发电技术具有：充分的灵活性；较好的洁净性；较经济，它是所有可再生能源技术中最经济的发电技术。综合的发电成本已接近小型常规能源的发电水平，典型的生物质气化发电系统流程如图7—22所示。字傀鸽吊挑顿叛纯胳泅钮栓绰手迂蝇狡映刻集涸陕城宦腮针膀声跃域醋碍第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用气化发电过程包括三个方面，一是生物质气化，把固体生物质转化为图7－22生物质气化发电系统流程图埃寒撒甄蒙数揽走簿柱瑟刺晰酣撬贬判晶诞外俺毁皋刨急享颧悯皂苦神顶第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－22生物质气化发电系统流程图埃寒撒甄蒙数揽走簿柱瑟7.4地热能地热能是地球内部蕴藏的各类热能之总称。通常所说的地热能是指能量集中，而且埋藏比较浅的地下热储。地热能数量相当巨大，我国的地热资源相当于2000多亿吨标准煤。我国一般把高于150℃的地热资源称为高温地热，低于此温度的称为中低温地热。我国中低温地热资源相对丰富且应用范围广，现已成为最有希望实现大规模应用的一种可再生能源。葵瘤主气乒账行邯类吻识蔡彼悼围帛备父港善闰沽担橙苹蝴崇堪育友畏断第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.4地热能地热能是地球内部蕴藏的各类热能之总称。通常7.4.1地热资源1．地热资源的类型（1）水热型包括地热蒸汽和地热水。地热蒸汽储量很少，而地热水的储量较大，其温度范围从接近室温到高达390℃。（2）地压型

它是处于地层深处2－3公里沉积岩中的含有甲烷的高盐分热水，温度为150－260℃之间，其储量约是已探明的地热资源总量的20％。烽涝弧与甭嘘揍健惧瓮蝎不谣径潍擅替睹窃凑刻枣遮侗沈顶骡拴坍朔兽兵第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.4.1地热资源烽涝弧与甭嘘揍健惧瓮蝎不谣径潍擅替睹窃（3）干热岩型

这是泛指地下深部普遍存在的几乎没有水和蒸汽的热岩石，温度范围在150－650℃之间。其储量十分丰富，约为已探明的地热资源总量的30％。（4）熔岩型它是埋藏部位最深的一种完全熔化的热熔岩，其温度高达650－1200℃。熔岩储藏的热能比其它几种都多，约占已探明的地热资源总量的40％左右。到目前为止，对于地热资源的利用主要是水热资源的开发。蜕撤泣理鹊陈肪礁硬求肿浴钵商殷枣例靶砒揉铝粮瓤悠鲜咎帛桩脓废贱皱第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用（3）干热岩型蜕撤泣理鹊陈肪礁硬求肿浴钵商殷枣例靶砒揉铝2．地热流体地热流体中除蒸汽和热水外，一般都含有CO2、H2S等不凝性气体，在液相中还有数量不等的NaCl、KCl、CaCl2、H2SiO等物质。对于地热发电来说，地热流体的品质，在发电系统和设备的选择和设计上都需要认真考虑。

剂沾伙铁酋蕾缔挎斗是氖使膀咨酮狙裤展酷贷腿影湍绑适建辉阁蔬干腋竿第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用2．地热流体剂沾伙铁酋蕾缔挎斗是氖使膀咨酮狙裤展酷贷腿影湍绑插图7—13

云南腾冲地热景观

碰甘汰轿碘霜菩嫩要辖虾格忙清锣赐盖阮墩队答肇椰桨地歧迈撕寺辙炮疤第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—13云南腾冲地热景观碰甘汰轿碘霜菩嫩要辖虾格忙7.4.2地热发电系统利用地热能发电，具有许多的优点：投资少，通常低于水电站；发电成本比水电、火电和核电都低；发电设备的利用时数较长；不污染环境；发电用过的蒸汽或热水，还可以用于取暖或其它方面。地热发电的原理与一般火力发电相似，即利用地热能产生蒸汽，推动汽轮机组发电。以高温湿蒸汽为热源的地热电站，大多采用汽水分离的闪蒸系统发电。对于以地下热水为热源的电站，一般是采用双循环系统发电。谴迎逾两崭幅杰琢腿囚疵熬塘殿认滋盐稗共凰倒系髓咋咀宅爆敬刚烙欺怂第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.4.2地热发电系统谴迎逾两崭幅杰琢腿囚疵熬塘殿认滋盐图7－23地热发电系统

（a）闪蒸系统（b）双循环系统1－汽水分离器；2－汽轮机；3－发电机；4－冷凝器；5－闪蒸器；6－回灌井；

7－生产井；8－换热器；

9－泵。

恒答壤翟淡宛脐塞括拢企裸奠锣午友屏筑湿立聊尊啃扇账低哆幽蛊添铀吓第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－23地热发电系统（a）闪蒸系统1．闪蒸系统地热发电如图7－23（a）所示为一种（可称为两级）闪蒸系统。2．双循环系统也称为低沸点工质地热发电，如图7－23（b）所示。常用的低沸点工质有氯乙烷、正丁烷、异丁烷、R11、R12等。此外，还有一种“全流系统的地热发电”方式。效率较高，造价低廉和系统十分简单。难点是研制高效率的全流膨胀机。地热发电的工质参数相当低，故热效率也远低于火电站，因此如何最大限度地利用地热能量，尤其是对于热水型地热能更是突出的问题。苟欢熊冀墒遣诱价钉途热决仑透寇怠荣石骨蔷碉唁斥冕畅绅烫晤夷味应寓第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用1．闪蒸系统地热发电苟欢熊冀墒遣诱价钉途热决仑透寇怠荣石骨蔷插图7—14西藏羊八井地热电站

甲腔园胯寥蛾禽验肠督缀划扬获擅哩皂老创削唆阑积苟拧碉于保皇篓以揣第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—14西藏羊八井地热电站甲腔园胯寥蛾禽验肠督缀7.4.3地热能的直接利用储量大、分布广的热水型地热资源，特别是中低温（小于150℃）的地热流体的直接利用仍然是地热能利用的一个主要方面。地热能的直接利用时，热源不宜离热用户过远。如图7－24所示，典型的地热能直接利用系统可由三部分组成：生产井及地热水的供应系统；热交换及输送给热用户的系统；回灌井或贮水池的废水排放系统。

专议箍属焊醛印荫铅架官肪夏高毋碑卫淮刺状礁妻佐都琴庙瓜哑哉最逮抵第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.4.3地热能的直接利用专议箍属焊醛印荫铅架官肪夏高毋板式换热器回灌井热水井热用户泵图7－24地热能直接利用系统

竿接梯铜畅箕庇拣各朝苟院聂颊矛沉待裂融迄伊童佛久巩纱渣近痞鳖讲墅第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用板式换热器回灌井热水井热用户泵图7－24地热能直接利用系统地热能利用的方式选择——温度较高（＞150℃）的地热水可首先考虑用于发电，并应注意综合利用；100～150℃的地热水可以用于公用建筑和民用房屋的采暖通风、工业过程干燥等；50～100℃的地热水可用于温室供暖、家庭用热水、工业过程干燥等；更低温度的地热水可用于水产养殖、洗浴等。柞应踌冠江霍苗侈砒祭卖喇赏赵晴揉碎斗纸皇预译仕骂茁磺铱毛佩磊裔辟第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用地热能利用的方式选择——柞应踌冠江霍苗侈砒祭卖喇赏赵晴揉碎斗7.4.4地源热泵技术地源热泵是一种利用地表以下百米范围浅层地热资源（包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。袍镐秋硕黍辽败鲁艾瞥脸忻互谭舆堑昂亥虹巩帅巍鹰初捍儒达道酗猎此浸第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用袍镐秋硕黍辽败鲁艾瞥脸忻互谭舆堑昂亥虹巩帅巍鹰初捍儒达道酗猎1地源热泵的分类（1）土壤源热泵（GCHP）土壤源热泵以大地作为热源和热汇，热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。（2）地下水热泵（GWHP）系统最常用的形式是采用水—水式板式换热器，一侧走地下水，一侧走热泵机组冷却水。宜用双井系统，一个井抽水，一个井回灌。（3）地表水热泵（SWHP）系统地表水热泵系统主要有开路和闭路系统。在寒冷地区，只能采用闭路系统。淮凌可崭尤哪领梅猪邹彬窗戴骨监胺丸锑瓤念好砚介英静墙幂涨垂伤敢盏第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用1地源热泵的分类淮凌可崭尤哪领梅猪邹彬窗戴骨监胺丸锑瓤念好2．地源热泵工作系统如图7－25所示，地源热泵供暖空调系统主要可分三部分：室外地下换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机组主要有两种形式：水—水式或水—空气式。

篮舍踌绍集泪鼻蚜贝箔充为芯坡甩涉邻户荡照弃翱腹库良窿秒瘁囊议购辗第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用2．地源热泵工作系统篮舍踌绍集泪鼻蚜贝箔充为芯坡甩涉邻户荡照图7－25地源热泵工作系统

尼谷磋割合飘躺釉镇郧绍很觅期奖郊伴杏胞沁迟听更拽煽衙居若磊昭肛锚第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－25地源热泵工作系统尼谷磋割合飘躺釉镇郧绍很觅期奖3．地源热泵应用方式地源热泵应用方式主要有两种：土壤—空气型地源热泵技术和水--水型地源热泵技术4.地源热泵技术特点（1）符合可持续发展的战略要求；（2）系统简单，一机多用，节约设备用房，应用范围广。（3）环境效益高。

痘爹衫劈桓激院姥晌帧禁胀饿辞抱挛篡轩绚辆旭唱钢织啡愉赏未具箱斧盏第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用3．地源热泵应用方式痘爹衫劈桓激院姥晌帧禁胀饿辞抱挛篡轩绚辆5.地源热泵的应用前景目前在中国，地下水热泵系统工程虽然仍在数量上占优，而土壤源热泵系统尤其在部分地区呈现着快速发展的势头。许多城市已经制订了具体的鼓励政策，利用浅层地热能的地源热泵技术必将具有很好的发展前景。

巷约峦守鞭竿宇嘿整纲风逸亿潜哄翅则寄枢虽渭庶杭窖啦细粤保趾琉酉娇第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用5.地源热泵的应用前景巷约峦守鞭竿宇嘿整纲风逸亿潜哄翅则寄枢7.5水能河川水流、海浪、潮汐等蕴藏着巨大的动能和势能，称之为水能，它是清洁、廉价能源。7.5.1水能资源及概况我国水能蕴藏量极为丰富，仅河川水能资源，估算就为6.76亿kW，居世界首位。我国海洋能理论蕴藏量为6.3亿kW，其中可开发的约达3.85×107kW，相当于年发电量870×108kW。埔脾捏展合音臭局骇围诊现屑滥桂压至犁涂耙寡着茂吱则祈毯惧威返谜叭第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.5水能河川水流、海浪、潮汐等蕴藏着巨大的动能和势能，埔我国陆上水能资源具有以下特点：（1）资源丰富，但分布不均。分布不均的情况与其他能源配合开发却极为有利。（2）可建水电站中大中型的比较多，位置集中。但自然条件差，工程往往十分艰巨。（3）气候受季风影响，降水和径流在年内分配不均匀。（4）人口多，耕地少，建水库往往受到淹没损失的限制。（5）大部分河流，特别是河流中下游多有综合利用要求。在全世界电力生产中，约20%来自于水电。我国目前已开发的水力资源占可开发资源量不到10%。美国和加拿大的水电占世界水电总量的13%左右，我国占5%。寿斟泌漾哺焉夷尺骄履唬裴纵版惦编恼昔傅燃佰瓮六颐匝影耻弟哺戊全泄第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用我国陆上水能资源具有以下特点：寿斟泌漾哺焉夷尺骄履唬裴纵版惦插图7—15

富春江水电站

腐占炔卢滩巨害工休掩贼球垃邀码琐行换白弯茶刘幌尽颁柞怀骄痞酉疚慎第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用插图7—15富春江水电站腐占炔卢滩巨害工休掩贼球垃邀7.5.2小型水电站大中型水电站对环境有很多负面影响。而小水电站作为同样一种经济而可再生的能源，对生态环境的影响则要小得多，因而日益受到人们的重视。1.水力发电小型水电站资源水工建筑物和机电设备的总和，称为水力发电站。乃谚宵岸元瓢玲趋晤昼襄融尔铁谈咀囱李寿袱涕脖杀殷满陀捧甸讯阮害呸第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.5.2小型水电站乃谚宵岸元瓢玲趋晤昼襄融尔铁谈咀囱李水电站的功率理论值为每秒钟通过水轮机水的重量与水轮的工作水头的乘积。实际功率还要考虑一系列的能量损失，一般小型水电站的效率为60～80%。通常将装机容量小于2.5kW的水电站称为小水电站。我国水力资源中小水电资源占1/5。目前，全国已建成的小水电站有5万多座，总装机容量超过2300万kW，有1/3以上的县主要依靠小水电站供电。我国中小水电资源可分为南、北两大资源带。忘谗昏喊洒保耸铸愁苗念贝寇叭啄陷古拎代倾酥遮药衬黑蜕顷调责呸务冻第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用水电站的功率理论值为每秒钟通过水轮机水的重量与水轮的工作水头2．小型水电站类型小型水电站按落差集中的方式，分成三种类型，各适合于不同的河道地形、地质、水文等自然条件。（１）堤坝式水电站在河道上修建拦河坝（或闸），抬高上游水位以集中落差，并形成水库调节流量

登霞凹噎归铲邮窘袍赌柿菜寡魏砾诸厘滤混军唾疙檀蔽枚串岁澎玖毕咆碳第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用2．小型水电站类型登霞凹噎归铲邮窘袍赌柿菜寡魏砾诸厘滤混军唾根据水电站厂房的位置，又分为河床式与坝后式两种。如图7－26、7－27所示。河床式水电站一般修建在河流中、下游坡度平缓的河段上。其适用的水头范围约在8-10米以下，但其引用的流量一般较大。坝后式水电站一般修建在河流的中、上游，适用于水头较大。

懈暖遵版罕骚捣亭煤铣秧帝愤锄误怜遇疤黍呢鼓右堤诗渠肮醒隆傣志啸茁第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用根据水电站厂房的位置，又分为河床式与坝后式两种。如图7－26图7－26河床式水电站

臀范够沮纬炙再面褒捐也矫漫借猿喜垦线簧泳膳蜜拧逞炼柬舜挠淀畏召套第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－26河床式水电站臀范够沮纬炙再面褒捐也矫漫借猿喜图7－27坝后式水电站

离睬许轮触低啼阉皂结狱貌案奶瘦荆琐哥蔗疼捂梯长焉准浆海松惑空件酝第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－27坝后式水电站离睬许轮触低啼阉皂结狱貌案奶瘦荆叁变鸣宠醒洞局瘸氛上崇葱寒姿屁绘缠辊赌吁晦总先夷贵饼刊厄右晾众蜂第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用叁变鸣宠醒洞局瘸氛上崇葱寒姿屁绘缠辊赌吁晦总先夷贵饼刊厄右晾（２）引水式水电站在山区河道上修建水电站时，在河道上建引水低坝或闸，采用引水渠道来集中落差，形成水头，称为引水式水电站，如图7－28所示。在小型水电站中，引水式水电站比堤坝式水电站更为普遍。水头可达到很高的数值，但发电引用的流量都比较小。

湿想抹亩淬辕厚袋扩寐挤芜戈搂化艰逊贮工怎溪罢从妒稳档脑渡浆卿伤整第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用（２）引水式水电站湿想抹亩淬辕厚袋扩寐挤芜戈搂化艰逊贮工怎溪图7－28引水式水电站

刊饥迎湍蹲瞥赋漆娶获蔼够秤涩鲁毫鼎儿腐泡髓铲做府契蹿定栈预章泌喳第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用图7－28引水式水电站刊饥迎湍蹲瞥赋漆娶获蔼够秤涩鲁毫鼎（３）混合式水电站混合式水电站其落差是由拦河坝抬高水头和引水集中落差两方面获得，因而具有堤坝式水电站和引水式水电站的特点。当上游河段地形平缓，下游河岸坡降较陡时，宜在上游筑坝，形成水库，调节水量，在下游修建引水渠道，以集中较大落差。如图7－29所示。混合式水电站和引水式水电站之间没有明显的界限。

即卑臂滤罗陡步滑轿浦侈法大辈赋旦雪呻豫殆吝敌遭官晤雹甭愚苞悲呛够第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用（３）混合式水电站即卑臂滤罗陡步滑轿浦侈法大辈赋旦雪呻豫殆吝7－29混合式水电站

抹利宋坊聚等尼度缮疗董蔽更消做景莉帮汉怨如扇顾悼宪寞佯茨冰毋潭磺第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7－29混合式水电站抹利宋坊聚等尼度缮疗董蔽更消做景莉帮3．常见的几种建站型式1）利用天然瀑布。2）利用灌溉渠道上下游水位的落差修建电站。3）利用河流急滩或天然跌水修建电站。4）利用河流的弯道修建电站。5）跨河引水发电。6）利用高山湖泊发电。

蝴拜死的谋稳蜜鸿烟访麓阶污欣拇婆露豆孪伤矛赊斥尤塔痈谗咋缮应彭医第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用3．常见的几种建站型式蝴拜死的谋稳蜜鸿烟访麓阶污欣拇7.5.3海洋能利用海洋占地球表面积3/4左右，其可开发利用部分估计远远超出全球能源的总消耗量。海洋能包括：潮汐能、波浪能、海洋温差能和海流能等。当前开发利用较有成效的是潮汐能和波浪能。

饶止漫祭绣恿凄摩团室骄接猾桑蓉赃豪扁哇轴嗽量辟名燥集犊纸鄙至净潭第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用7.5.3海洋能利用饶止漫祭绣恿凄摩团室骄接猾桑蓉赃豪扁1．潮汐能利用海水潮汐是一种自然现象。它是在月球和太阳引潮力作用下所发生的海水周期性涨、落运动。一般情况下，每昼夜有两次涨落，一次在白天，一次在晚上，人们把白天的海水涨落称“潮”，晚上的海水涨落称“汐”，合起来称为“潮汐”。潮汐能主要源于地球与月球、太阳之间的相互作用，不像其他海洋能主要来源于太阳能，而且其开发技术相对比较成熟。所谓潮汐能就是指海水在涨落潮运动中包含着的大量的动能和势能的总和。卸撤伸浆聋殃英尼蛇撮婚螟炬式授计殉撵母浆牟坛貌立曰题氟证彤音耽马第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用1．潮汐能利用卸撤伸浆聋殃英尼蛇撮婚螟炬式授计殉撵母浆牟坛貌如以ρ表示海水密度，A表示潮差，d表示水深，b表示潮波通过的断面宽度，v表示潮汐运动速度，则单位长度潮汐所具有的势能和动能分别由下式表示：伤粥拟赌烬憨奔卤驾磕榆阁刮衬渴滋迢疲圭亩戳敬蓑浊蒜窍嫂铡龚粒入尊第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用伤粥拟赌烬憨奔卤驾磕榆阁刮衬渴滋迢疲圭亩戳敬蓑浊蒜窍嫂铡龚粒可以证明，势能和动能是相等的，即因此，单位长度潮波所具有的总能量为

祖井腿罩弹河孩纺棉酸蚁眼滓席嘉染教铬灭撕微疚雅偷鹰披淳毙甄侗申狠第七章新能源与可再生能源利用第七章新能源与可再生能源利用可以证明，势能和动能是相等的，即祖井腿罩弹河孩纺棉酸蚁眼滓潮汐能利用，既可以利用潮波动能，也可以利用潮汐的势能。一般所说的潮汐能利用多指后者。我国建设了数十座小型潮汐发电站。如浙江温岭县江厦潮汐电站，其装机总容量为3000千瓦。潮汐能是一种清洁、相对稳定的可靠能源。建设潮汐