第八章自然能源

风力机械水利机械12第八章自然能源太阳能3在漫长的社会发展进程中，随着对生产和生活资料的需求不断提高，人类逐渐意识到只依靠人力和畜力已不能完全满足社会发展的需要。据记载人类从13世纪起就已经利用自然界的各种能源来进行提水灌溉、纺织、磨粉、采矿等生产活动。自然界的能源主要包括风力、水力和热空气。一、风力机械古埃及风能的利用

最早的风车风车的传播人类对风能的真正利用和发展开始于20世纪30年代最早的风车（用于碾磨谷物）出现于大约公元前2000年的古巴比伦和公元前2000年的古波斯。在公元前3000年，埃及人便以帆船的形式首次利用到了风能。用帆捕获风中的能量以推动船只在水上航行。早期碾磨谷物的风车迅速在中东传播，而在公元前11世纪，欧洲的荷兰式风车才诞生。1.风能利用与风力机械的发展古埃及人的帆船古代人使用的风车古风车原理荷兰式风车德国在南极研究站所用的垂直轴水平旋转式风力发电机现代风力机械的使用英国布莱斯(Blyth)海岸风电场目前世界最大的5MW风力发电机(德国製)风力发电分布美国、日本、英国、丹麦、荷兰、德国、中国等主要风力发电国家新疆达坂城风电场广东南澳风电场承德风电场内蒙古辉腾锡勒风力机的主要部件是风能接收装置。一般说来，凡在气流中产生不对称力的物理构件都能成为风能接收装置，它以旋转、平移或摆动运动而发出机械功。风力机大都按风能接收装置的结构形式和空间布置分类，一般分为水平轴结构和垂直轴结构两类。2.风力机械的分类和构成水平轴结构垂直轴结构2.风力机械的分类和构成水平轴风力机构

水平轴发电机原理图水平轴风力发电设备结构垂直轴风力发电设备结构

垂直轴结构3.风力机械的发展应用情况应对能源危机、可再生、无污染的自然能源。生活应用现代风机特点：增强抗风暴能力风轮叶片材料玻璃纤维轻质复合材料利用空气动力学提叶片风能利用系数计算机化、网络化控制风力机组整列化风轮结构多样化风力发电机的安装二、水利机械水车水磨水力发电水磨,是一种以水能作为动力把米、麦、豆等粮食加工成粉、浆的一种机器，有卧式和立式两种。水车又称孔明车，是我国最古老的农业灌溉工具。《宋史·河渠志五》：“地高则用水车汲引，灌溉甚便。”

利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，再藉水轮机为原动力，推动发电机产生电能。1.水能利用与水力机械的发展翻车翻车，是一种刮板式连续提水机械，又名龙骨水车，是我国古代最著名的农业灌溉机械之一。筒车水碓水碓，又称机碓、水捣器、翻车碓、斗碓或鼓碓水碓，是脚踏碓机械化的结果。水电站主要由水库、引水道和电厂组成。水库具有储存和调节河水流量，获得最大发电效率的功能。拦河筑坝形成水库以提高水位，集中河道落差。水库工程除拦河大坝外，还有溢洪道、泄水孔等安全设施。引水道主要功能是传输水量至电厂，推动水轮机发电。电厂则主要由水轮机发电机组及相应的控制设备和保护装置、输配电装置组成。2.水轮机现代的水力机械主要是指利用水力发电的水轮机。水轮机是把水流的能量转换为机械能然后再将机械能通过发电机转换为电能，这一过程都是在水电站中完成的。2.水轮机现代水轮机大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。水力发电的原理是利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含位能转换成水轮机的动能，再以水轮机为原动力，推动发电机产生电能。冲击式受到水流的冲击旋转，工作过程中水流的压力不变，主要依靠水的动能。水轮机分类反击式

受水流的反作用而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变主要依靠水流压力。冲击式水轮机切击式水轮机斜击式水轮机只用于小型机组反击式水轮机利用转轮在水中受到水流的反作用而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变贯流式斜流式混流式轴流式斜流式水轮机贯流式水轮机水轮机的蜗壳水轮机转轮图8－13三峡电站水轮机转轮三峡水电站是目前世界上最大规模的水电站，总装机容量达1820万KW，年发电量846亿KWh。三峡水轮机转轮是混流式转轮，重量近500t，最大外径10m左右，高度5m左右，其叶片厚度达300mm，居世界首位。三、太阳能广义的太阳能所包括的范围非常大。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。1.太阳辐射太阳辐射的能量主要集中在波长0.15-4微米之间。在这段波长范围内，又可分为三个主要区域，即波长较短的紫外光区、波长较长的红外光区和介于二者之间的可见光区。太阳辐射的能量主要分布在可见光区（占太阳辐射总量的50％）和红外光区（占43％），紫外光区只占能量的7％。低中温利用2.太阳能的利用（1）光热利用原理：用太阳能集热器将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。太阳能热水器太阳房太阳能海水淡化：利用集热器收集太阳能对海水进行蒸馏，以达到分离盐份的目的。太阳能空调：利用太阳能集热器收集的热能驱动制冷机达到制冷的目的。太阳能游泳池：利用太阳能吸热板来收集阳光，吸热板吸收的阳光使流在吸热器中的水受热，再经过循环流入游泳池中，如此循环就会使游泳池中的水变热，达到使人舒服的温度。太阳能干燥：热空气从待干物品中抽取并带走水分。加热空气可用直接或间接两种方法。直接加热是在放置待干物品的干燥室箱内进行的。间接加热需要利用太阳能空气加热器,以提高空气的温度并降低其相对湿度高温利用聚光式太阳灶

闷晒式太阳灶太阳光透过透光率很高的平板玻璃后进入保温箱体，然后被太阳辐射吸收层吸收转变为热能，箱内温度随之上升达到加热目的。（2）光伏利用利用光生伏的效应将太阳辐射能直接转换为电能，即当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被太阳能材料吸收，光子激发电子跃迁至导带成为自由电子