办公与大型公共建筑能源测评及诊断技术指导意见和电化学技术在新能源中的利用

天津市政府办公建筑与大型公共建筑能源测评与诊断技术指导意见（试行）天津大学天津市建筑设计院天津市城市建设学院编制说明为建设资源节约型和环境友好型社会，大力发展节能省地型建筑，缓解我国能源短缺与社会经济发展的矛盾，也为天津市的可持续发展，降低建筑能耗，掌握现有政府办公型建筑与大型公共建筑能耗现状，特制定本实施方案，同时，该方案的制定也将为天津市建筑能耗审计、能耗定额等工作打下坚实的基础。本技术指导意见由天津大学、天津市建筑设计院、天津市城市建设学院联合编制。编制原则力求与建设部要求一致，使其具有良好的适用性、连贯性，坚持其可操作性强的特点。编制过程中尽可能采用先进的测试技术手段，形成一整套技术方法、措施，力求做到全面而详细，注重形成天津特色，为其它工作打下坚实的基础。目录TOC\o"1-3"\h\z\u1.总则本实施方案适用于对既有政府办公建筑与大型公共建筑能耗现状详细调查、测试、诊断分析。对其它建筑的建筑能耗现状详细调查、测试和诊断分析，以及建筑能耗的普查工作，可以参考本技术实施方案。本实施方案的制定依据：中华人民共和国节约能源法中华人民共和国审计法中华人民共和国统计法中华人民共和国审计法实施条例中华人民共和国统计法实施条例中华人民共和国建筑节能管理条例国务院关于加强节能工作的决定（国发［2006］28号）民用建筑节能管理规定（中华人民共和国建设部令第143号）关于加强大型公共建筑工程建设管理的若干意见（中华人民共和国建设部、国家发展和改革委员会、财政部、监察部、审计署；建质［2007］1号）国家标准《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)国家标准《企业能源审计技术通则》(GB17166-1997)国家标准《节能监测技术通则》(GB15316-94)天津市标准《天津市公共建筑节能设计标准》(DB29-153-2005)2.术语政府办公建筑和大型公共建筑政府建筑包括人大、政协、党委所使用的建筑；大型公共建筑指单体建筑面积在2万平方米以上的公共建筑。特异外形公共建筑非常规几何形状外形或非常规建筑材料建造的公共建筑。建筑物用能系统与建筑物同步设计、同步安装的用能设备和设施。公共建筑的用能设备主要是指采暖空调系统、照明、办公设备、医疗设备、生活用能设备和其它使用一次能源和二次能源的设备；设施一般是指与设备相配套的、为满足设备运行需要而设置的服务系统。可再生能源从自然界获取的、可以再生的非化石能源，包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。室内其它用能设备室内设备是指满足建筑一般功能性要求的设备，如照明灯具、风机盘管、计算机、打印机、复印机、网络设备、饮水机、电冰箱、电视机、热水器等。垂直交通设备垂直交通设备是指满足建筑内部交通需要的耗能设备，包括电梯、自动扶梯、货梯等。水力平衡度采暖居住建筑物热力入口处循环水量（质量流量）的测量值与设计值之比。3.能耗调查、分析与诊断步骤由专业能源调查与测试人员与调查建筑所有者分管能耗人员组成能耗调查组。专业能源调查与测试人员指经过正规专业教育和能耗调查与测试专门训练的专业人员。能耗分析、诊断前，被调查单位应提供下列资料：项目全套竣工验收资料和一套完整的竣工图纸；竣工后建筑物的维修维护改造资料；与建筑能耗相关的系统、设备、材料的详细信息；与建筑能耗相关的系统、设备的运行管理规章制度与运行管理记录；建筑耗能历史数据，包括近年水、电、煤气、油、煤等能源消耗账单以及可再生能源的利用量等。其它必要资料。调查测试人员对建筑进行能耗分析、诊断前，应完成以下准备工作：熟悉了解建筑物本身及各类建筑用能系统的形式，勾画出主要用能系统的流程图；准备齐全调查所需的数据记录表格；完成测量所必须的仪器设备的准备以及仪器设备的标定；提交建筑能耗调查、分析和测评的具体安排并与建筑所有者分管能耗人员交流。调查测试人员以建筑进行文件查阅与现场测评相结合的方式，对建筑耗能系统、设备、实际运行情况做调查与评测。能源调查与测评完成后，测评机构进行数据统计并进行分析，提交分项建筑能效分析报告，提交能耗水平，判断节能潜力等的相关技术文件。提交降低建筑能耗的建议或改造方案以及技术经济分析，同时对不确定因素及风险进行评估。能源调查流程图调查前，被调查单位向调查组提供调查前，被调查单位向调查组提供必要资料调查组针对提供的资料提出调查与测评方案根据数据，进行统计、分析、模拟。提交建筑能效分析报告，并对系统运行情况与节能潜力给出建议。组成能耗调查组调查组对被调查单位进行现场调查，获取基本数据核对已有的计量仪器，安装必要的计量仪器，获取测量数据数据是否能满足需要4.调查与测评内容及方法4.1建筑基本信息调查建筑基本信息调查的目的了解建筑基本信息，了解各类建筑用能系统的基本情况，详细记录主要用能设备的情况，如冷热源等，为制定调查与测试方案提供依据。填写建筑物基本信息表调查内容：建筑物结构形式、围护结构材料及热工性能、建筑使用建筑概况、朝向、空调面积、采暖面积等。调查方法：查阅该建筑竣工验收资料和竣工图纸等，并与现场查勘相结合。填写建筑用能系统、设备基本信息表采暖空调冷热源系统照明系统动力系统其它耗能系统特殊耗能系统，如医院洁净室、计算机房、恒温恒湿设备、大型医疗设备等建筑用能系统运行管理制度调查方法：通过查阅被调查单位所提供的与建筑能耗相关的系统、设备的详细信息，结合现场调勘。填写建筑近年能耗账单统计表调查内容：取得不少于一年的建筑电、气、油、煤等一、二次能源以及水的消费账单；调查可再生能源使用情况。调查方法：查阅由被调查对象提供的能源消费账单或其他能反映能源使用量的资料。4.2耗能设备运行记录目的通过标准耗能设备运行记录表格，记录各用能系统、设备实际运行情况，便于今后采用运行记录法进行建筑全年能耗、各分项用能情况的监测和统计。填写用能设备运行记录工作内容：从调查日开始建筑用能系统运行管理人员应按附件表填写如下内容：空调冷源与热源设备（系统）运行管理记录空调冷冻水系统运行管理记录空调冷却水系统运行管理记录空调风系统运行管理记录照明设备系统运行管理记录生活热水运行管理记录其它用电设备运行管理记录方法：对运行管理人员进行培训，按照样表填写运行记录，使其标准化。4.3室内耗能设施用能的调查、测评与统计目的调查、测评室内用能设备的使用运行情况及实际能耗情况，尽可能掌握主要室内用能设备的实际耗能情况，如照明、办公设备等。照明设备用能情况调查、测评内容：照明设备的种类、数量、额定功率和运行时间等。在必要时对照明设备在规定时间段内测试其实际使用功率，填写照明设备用能情况调查表。调查、测评方法：调阅竣工图纸或设备台帐，必要时采用现场调勘方式统计照明设备的种类、数量；通过现场调研方式统计各种照明设备的平均运行小时数、同时使用率；选择典型照明设备对其实际功率进行测量。室内插座设备用能情况调查、测评内容：调查室内插座设备的种类、数量、额定功率、实际使用功率和平均使用时间，填写室内设备用能情况调查表。调查、测评方法：调阅设备台帐，必要时采用现场查勘方式统计室内设备的种类、数量及额定功率。采用发放调查问卷方式或现场抽样调研方式统计各种设备的平均运行小时数。对于实际功率与额定功率可能存在较大差异的室内用电设备，可以采用采用实测的方法计算平均用电量，即采用功率表，对室内插座设备连续使用过程中的工作电流和电压数据进行测量，考虑功率因数等因素计算得出平均实际使用功率。垂直交通设备用能情况调查、测评内容：调查与计量电梯、自动扶梯等设备负载、使用小时数、运行规律、额定功率、实际运行功率等情况。调查、测评方法：查阅垂直交通设备铭牌确定额定功率或调阅相关资料。与电梯管理人员进行深度交谈或调用电梯运行管理记录，确定不同分区，不同位置电梯的开启运行时间及运行规律。计量垂直交通设备的全年总能耗，实际功率采用功率表或电能综合测试仪测试：首先测量一台载客电梯在正常工作时间、周末和公共假期内的全天逐时能耗，然后将每个区电梯的每天运行时间累积，最后与相应的运行天数相乘。采用相同方法获得载货电梯的全年和逐月的总能耗。对于自动扶梯，用实际功率乘以运行时间求得全年和各月的总能耗。房间内风机盘管用能情况调查、测评内容：调查风机盘管耗电情况。调查、测评方法：调查设备运行时间，按中档风速工况实测其功率，采用万用表测量并计算其功率。其它用能设备调查、评测内容：调查除以上设备外其它用能设备的用能情况。4.4建筑用能系统、设备的能效测评测评日期及室外空气参数调查、测试内容：室外干球温度、室外相对湿度、室外风速等。测试目的：获取建筑用能系统能效测评时对应的室外气象资料，为能耗诊断分析提供基础数据。测试方法：采用自动干湿球温度计测量逐时室外干球温度和室外相对湿度，并记录室外平均干球温度和室外平均相对湿度，太阳辐射强度。采用热线风速仪测试逐时风速，并记录平均风速。采用太阳辐射仪测量太阳辐射强度。通过气象局获取相关气象数据。室内热工环境测评测试内容：室内空气干球温度、室内空气相对湿度。测试目的：检查空调采暖系统设定温度是否符合国家相关节能规定。测试方法：采用干湿球温度计测量室内干球温度和室内相对湿度。建筑围护结构热工性能测试调查和测量内容：建筑构造尺寸、墙体传热系数、外门外窗传热系数、屋顶、地面传热系数等围护结构热工信息；测量外墙内表面温度。调查方法：建筑围护结构实际能耗计算所需数据应按下列方法取得：建筑物构造尺寸参照竣工图纸。建筑物外墙、外门、外窗、屋顶，地面等传热系数查询建筑设计说明等资料，进行数据收集或计算。如无资料或资料不全，则根据现场考察、参考设计手册进行估算，也可以在合适的时候进行现场测量；冷、热源设备测评调查、测试内容：测试制冷机、锅炉实际输入功率，输出冷、热量；冷却水水量及供回水温度。测量计算方法：输出侧冷热量测量：测量冷（热）媒供回水温度和流量，按照下列公式计算输出冷（热）量。Qo——输出冷（热）量，kJC——冷（热）媒比热，kJ/（kg·℃）M——冷（热）媒质量流量，kg/s——供回水温差，℃温度可用设备上安装的温度计读取（必要时现场要更换温度计）。如该设备没有配套装有温度计，则采用表面温度计测量其管壁温度。流量可通过超声波流量计测得。输入功率测量：耗电设备：实际耗电功率采用功率表或通过电控柜仪表获得工作电流、电压、功率因数，测量、计算其实际耗电量。耗燃气（油）设备：采用现场安装的燃气（油）计量表读数（m3/h）（如无法读出流量，则通过监测10－30分钟的燃气用量，获得燃气流量。），乘以当地燃料热值（kJ/m3）计算燃料提供的能量。当地燃气（油）热值从燃气公司和油品资料获取。燃气空调在消耗燃气的同时也要消耗一定的电力，采用功率表或其他适宜设备对其实际耗电量进行测试，其实际功率。耗热设备：测量蒸汽（热水）流量、热媒供回水温度（蒸汽则测量供汽压力、温度和冷凝压力、温度）。能效比计算电制冷机的能效比为： 式中，——制冷机提供的冷量，kW;——电机驱动制冷机耗功，kW。吸收式冷水机组的能效比为： 耗用其它燃料的制冷机参考上述方法进行测试。空调风系统调查测试内容：空调机组设备及连接管道基本信息；送、回、新风干湿球温度及风量；加湿方式、加湿量，耗用功率；表冷器冷冻水流量、进出口温度，加热器热媒流量、进出口温度等；风机前后压差、工作电流、电压。测试目的：检测空调风系统相关用能设备的性能和运行效率测试计算方法：空气侧冷量确定测量穿过表冷器（加热）的风量和表冷器（加热）前后的空气状态参数。按照下式计算送风冷量： 式中——空调机组送风量，m3/s；——送风空气密度，可取值为1.2，；——测得的送风焓值，kJ/kg.d空气的焓值可以通过测得的干球温度、相对湿度在焓湿图上获得。送风量可根据实际情况使用比托管、热线风速仪或叶轮风速仪。水侧冷量的测定：采用超声波流量计测定流经设备的水流量，一般在回水管道上测得；冷却水进、回水温度采用可用设备上安装的温度计测量进、回水温度，如该设备没有配套装有温度计，则采用表面温度计或规范规定的其他方法。测量其管壁温度，但应注意其误差在所测试的温度范围内。水侧冷量由下式计算： 式中——水侧冷量，kW；M——水流量，kg/s——供回水温差，℃水泵和风机系统调查、测试内容：风机实际输入功率，风机送风量，风机全压；冷冻/冷却水泵实际输入功率；热水采暖循环水泵实际输入功率，流量。测试目的：检测水泵、风机运行效率测试方法：实际输入功率测试方法参看4.4.4（2）。流量测试方法参看4.4.5（1）、（2）风机压头可以采用电子微压计或倾斜式微压计测量。水、风管道测试内容：水管道单位长度温度降，风管道单位温度降。测试目的：检测管道系统的能量损失测试方法：水管道采用接触式点式温度计，测量等距管道冷冻水管道保温材料内温度，计算其单位距离温度降。风管道采用4.4.5（1）方法测量等距风管道温度，计算其温度降。冷却设备测试内容：冷却塔进出风干、湿球温度，进、出水温度、冷却塔补水量、风冷设备进、出水温度。测试目的：检测冷却的运行性能和运行效率。测试方法：采用干、湿球温度计现场测试冷却塔的进风干、湿球温度；采用表面温度计或规范规定的其它方法，测试冷却塔进、出水温度。通风系统调查、测试内容：通风干管、支管管径，风速调查方法：查阅竣工图与现场实测相结合，风速测试方法参看4.4.5(1)采暖系统调查内容：采暖系统形式。生活热水系统调查、测试内容：生活热水热源形式、容量、实际制热量、实际输入功率、开关时间、运行台数、出水温度，水量、热水泵实际流量、输入功率。调查、测试内容：实际功率测试参看4.4.4（2），制热量、流量测试参看4.4.5(1)、(2)。水系统平衡度和风系统平衡度调查水系统平衡度、风系统平衡度装置及执行情况。空调采暖附件能耗调查、测试内容：空调、新风机组过滤器使用情况，测试其压力降；空调水系统水处理器、过滤器的使用情况，测试其压力降；测试方法：采用U型管压力计或倾斜式微压计或其他测试仪器测试其两侧的压力，考察其压力降。楼宇控制系统调查空调控制系统形式（手动、自动），自动控制子系统的组成，范围；手动控制调节频率；调查方法：文件查询与现场问询，实测4.5行为节能调查目的考察被调查建筑物是否通过科学运行管理模式降低建筑能耗，同时调查建筑内用户节能降耗意识与行为。建筑用能管理制度调查是否存在用能管理制度，制度是否完善及执行情况。建筑内人员行为节能的问卷调查采用调查问卷的方式调查建筑内用户降低建筑能耗意识和行为。4.6现场巡视4.6.1目的观察浪费能源现象，将不节能的现象问题，进行统计。4.6.2填写现场巡视表调查内容：详见现场巡视表调查方法：由专业测评人员利用一两个小时在楼内巡视观察，并指出表中的问题是否存在，使用仪器一般只需要最简单的仪器（例如温度计）或仅靠仔细观察。5．能源调查统计分析与建议能耗统计与校验通过各系统建筑能耗的综合统计与分项能耗统计来验证能耗调查的准确性。通过先进的能耗模拟方法对全年建筑能耗进行评估，并与调查统计数据进行比对，互相验证。建筑能耗调查报告建筑能耗信息汇总表内容包括根据建筑能耗基本信息（建筑面积、空调面积等、空调使用日、新风比等），根据不同使用功能，折合各种平均能耗，分项能耗，各种能耗所占的比例等。建筑能耗分系统详表采暖通风空调系统能耗详表照明系统能耗详表室内设备能耗详表垂直交通设备能耗详表生活热水系统能耗详表其它系统耗能详表建筑能耗设备统计表冷、热源运行能耗表（能效比）空调机组、新风机组运行能耗表风机盘管等空调末端能耗表水泵与风机运行能耗表（输配比）冷却设备（如冷却塔等）运行能耗表水系统、风系统能耗表（送风方式：变水量，变风量；阻力、温降、水力平衡）空调采暖附件能耗表其他设备能耗表建筑能耗分能源统计表分为一次能源（水、煤气、天然气、油、煤等）、二次能源（电）能耗消耗总量和平均消耗量、可再生能源利用；行为能耗与控制能耗统计表内容包括：空调自控系统设置，执行效果；手动控制系统设置，执行效果；建筑用能管理制度，执行效果；计量方式；建筑内人员建筑能耗节能行为与节能意识等。新技术节能效果分析新技术节能效果分析，能源回收效果分析、自然通风采光、主动遮阳、变新风比、变水量、变风量等。建筑能耗的模拟与预测评估采用先进软件对建筑能耗进行全年预测与评估，提供建筑能耗逐年、逐月变化，根据气象参数预测建筑能耗中长期变化。建筑能耗诊断与评价报告对整个耗能与分系统耗能、行为节能与管理等方面进行全面细致的诊断与评价节能潜力分析详细分析各系统运行管理的节能潜力，明确建筑能耗节能潜力。提出不同程度改造方案及节能改造投资与回报率根据不同系统节能潜力的大小，同时衡量节能改造投资与回报率，提出不同程度的改造方案，以适应用户的要求。6.附表天津市大型公共建筑和既有建筑基本信息调查表被调查的建筑（群）基本特征被调查建筑（群）的使用特征被调查的建筑（群）资源消耗调查被调查的建筑（群）用能系统调查被调查的建筑（群）外形描述天津市大型公共建筑和既有建筑室内耗能设备用能调查表建筑照明系统室内插座设备垂直交通系统厨房设备洗衣设备工艺用能设备空调末端装置及设备建筑用能系统、设备能效测评表空调冷水机组测试报告热源测试报告水泵测试报告风机测试报告空调箱测试报告冷却塔测试报告室内热工环境测试风、水系统管道测试报告其他大型动力设施测试报告建筑用能系统、设备运行记录表冷水机组标准运行记录表锅炉运行标准运行记录表集中供热热源标准运行记录表循环水泵标准运行记录表冷却塔标准运行记录表空调箱标准运行记录表风机标准运行记录表可再生能源利用情况调查表

电化学技术在新能源中的利用一.能源的概况1.能源的重要性1.能源的重要性自古以来,人类就为改善生存条件和促进社会经济的发展而不停地进行奋斗.在这一过程中,能源一直扮演着重要的角色.从世界经济发展的历史和现状来看,能源问题已成为社会经济发展中一个具有战略意义的问题,能源的消耗水平已成为衡量一个国家国民经济发展和人民生活水平的重要标志,能源问题对社会经济发展起着决定性的作用.2.能源的种类2.能源的种类大自然赋予人类的能源是多种多样的,一般可分为常规能源和新能源两大类.常规能源包括煤炭,石油,天然气和水能,而新能源有生物质能,核能,风能,地热能,海洋能,太阳能和氢能等.其中煤炭,石油,天然气被成为化石能源,水能,生物质能,风能,太阳能和氢能等是可再生能源.3.化石能源的问题(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础,是国民经济发展的命脉,但目前主要使用的化石能源的储量不多.据2002年世界探明的化石能源的储量和使用量统计,世界上煤,石油和天然气的储采比分别为204,40和60年,中国的情况更为严峻,据2002年统计,中国煤,石油和天然气的储采比只有82,15和46年.这表明在人类历史的长河中,只有很短的一段时间能使用化石能源.随着我国经济的持续高速增长,对能源的需求也持续攀升.我国一次能源消费总量从1978年的5.3亿吨标准煤,上升到2002年的14.3亿吨.据估计,我国在2004,2020和2050年的石油消费量达3,4.5和6亿吨,其中进口量分别为1,2.7和4亿吨.4亿吨的进口量相当于目前美国的石油进口量,这不但会制约我国经济的可持续发展,而且对国家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料造成严重环境污染和气候异常化石燃料的使用引起的环境污染,排放的CO2会造成温室效应,使全球气候变暖.有关机构已向联合国发出警告,如再不对CO2的排放采取严厉措施,在10年内,世界的气候将产生不可逆转的变化.我国的环境污染问题更是日趋严重,目前,我国CO2排放量占世界总排放量的14%,在美国之后位居第二,估计到2025年,将位居第一.在本世纪初联合国关于环境污染的调查中,发现在世界上十个环境污染最严重的城市中,七个在中国.它们是太原,北京,乌鲁木齐,兰州,重庆,济南和石家庄.4.21世纪世界能源发展趋势世纪世界能源发展趋势(1)节能技术将备受重视节能技术将备受重视节能就是提高能源利用率,减少能源的浪费.目前节能技术水平已是一个国家能源利用情况的综合性指标,也是一个国家总体科学技术水平的重要标志.许多研究报告指出,依靠节能可以将能源需求量降低2530%.我国在能源利用方面的效率很低,我国的能耗很高,是世界平均水平的2倍,发达国家的5-10倍,因此更应重视节能技术,我国应该充分重视化石能源的高效利用.(2)世界能源系统将发生重大变革世界能源系统将发生重大变革据预测,20世纪形成的以化石燃料为主的世界能源系统将在21世纪转换成以可再生能源为主的新的世界能源系统.在20世纪末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.据世界能源委员会(WEC)和国际应用分析系统研究所的研究报告认为,在20世纪上半叶,化石燃料仍将是世界一次能源的主体,但到21世纪下半叶,太阳能,生物质能,风能等新能源将占世界能源的50%左右.(3)煤炭将作为过渡能源而受到重视煤炭将作为过渡能源而受到重视由于石油和天然气的储量较少,而煤炭储量相对较多,因此煤炭将作为一种过渡能源而在21世纪上半叶受到重视.主要发展的技术是洁净煤技术,煤液化和汽化技术.(4)新化石能源的开发将得到强化新化石能源的开发将得到强化近年来发现,在海洋300米深处有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的开发已经受到特别的关注.据估计,世界甲烷水合物的储量可能超过石油,天然气和煤炭储量的总和.因此,甲烷水合物作为储量巨大的未开发能源开始受到世界各国的高度重视.(5)核能的利用将进一步得到重视核能的利用将进一步得到重视据国际原子能机构统计,在20世纪末,全世界运行的核电站有436座,总发电量为3.5亿千瓦.这些电站主要分布在美,法,日,英,俄等31个国家,近年来,由于担心核电站运转的安全性,核废料对环境的影响和核技术扩散对世界安全性的影响,核能的发展在发达国家已有下降趋势,但在亚洲地区仍有强劲的增加趋势,我国准备在今后几年内建造4座核电站.受控核聚变是一直受人们关心的技术,因为在海水中大约有23.4亿万吨氘,如受控核聚变技术在21世纪能得到应用,在21世纪末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的开发将越来越受到重视可再生能源的开发将越来越受到重视鉴于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起严重的环境污染和气候异常,人们对新能源的开发越来越重视.其中水力能,地热能,海洋能和风能的可利用资源有限,因此,太阳能,生物质能和氢能的利用将倍受关注.二.生物质能的利用1.生物质能的优点.(1)生物质来源丰富地球上每年生长的生物质总量约14001800亿吨,相当于目前世界总能耗的10倍,我国的生物质能也极为丰富,可作为能源开发的生物质能总量可达4.5亿吨标准煤.加上生物质能可再生.因此,生物质能的高效,规模化利用可有效缓解世界能源供需矛盾.(2)生物质能可多途径利用(a)直接燃烧.其热能和蒸汽可发电,技术成熟,但效率低.(b)生物转化.包括制沼气和水解发酵制取醇类.生物质制甲醇和乙醇技术基本成熟,但生产成本较高.生物质制沼气技术相当成熟.2002年全国已建1300多万个沼气池.(c)光热转化.通过气化,裂解,光催化等技术,获得气,液体燃料来发电.(d)生物柴油.从油料植物提取植物油,经甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃烧效率高等优点.(3)生物质能利用的环境污染少由于生物质利用过程中释放的CO2是其生长过程通过光合作用从环境吸收的,所以生物质能的利用过程不排放额外的CO2,而对环境污染少.生物质能的利用还能降低污染.如可利用生物质热解汽化技术处理生活垃圾等,可得到以甲烷为主的燃气,实现垃圾的减量化,无害化,资源化.2.生物质能利用的问题2.生物质能利用的问题生物质能利用的缺点主要是生物质分布广,大面积收集成本高,经济的收集半径在50公里以内,只适合建立小型,分散的生物质能利用系统.而小型转换系统的效率低,不提高生物质能的利用效率就不能获得好的经济效益,这是生物质能至今未能实现规模化应用的关键问题之一.因此,如何在小型,分散体系实现能量的高效,清洁及规模化利用是迫切需要解决的问题.三.太阳能的利用1.太阳能的优点太阳能的优点(1)太阳能来源丰富太阳能来源丰富太阳能来源丰富是众所周知的,这似乎是一种用之不绝,取之不尽的能源.太阳内部不停地进行热核反应,释放出巨大的能量,辐射到地球上的能量只占起辐射总能量的极小部分,约1/22亿,但地球每年接收的太阳能至少有6×1017千瓦小时,相当于74万吨标准煤的能量.其中被植物吸收的仅占0.015%.可见,开发太阳能利用的潜力很大.(2)太阳能的使用没有污染问题太阳能的使用没有污染问题这也是众所周知的,太阳能的使用基本上没有污染问题.(3)太阳能可多途径利用太阳能可多途径利用(a)太阳能的热利用.如太阳能热水器,太阳灶,太阳能蓄热池发电等.(b)太阳能发电.如太阳能电池和光电池.(c)光催化和光电催化制氢.主要用这两种技术从水或生物质中制得氢气.2.太阳能利用的概况太阳能利用的概况近年来,太阳能的利用发展很快,据1997年的数据,全球太阳能发电量已达800兆瓦.到2000年,日本已有7万个住宅用上太阳能电池,美国和欧盟计划在2010年前安装100万套太阳能电池.特别是把太阳能电池与屋顶瓦结合成光电发电系统,目前欧洲已有300套,年发电量为1亿千瓦.这种系统不但可供应清洁能源,而且美观耐用,寿命可达25年.太阳能的热利用发展更快.特别在我国,太阳能热水器的年产值已达60多亿元,居世界首位.3.太阳能利用的问题太阳能利用的问题开发太阳能利用的主要问题是如何提高太阳能的转换效率,其次是降低成本,这对我国特别重要,目前我国生产太阳能电池的能力已达几百兆瓦,但由于价格高,基本上都销往国外.第三,一些技术,如光催化和光电催化制氢技术还没成熟,没有达到实用化的阶段,应该抓紧这方面的研究和发展.四.氢能的利用1.氢能的优点氢能的优点(1)氢是自然界储量最丰富的元素.(2)氢是除核燃料外发热量最大的燃料.(3)氢燃烧生成水,是世界上最清洁的燃料.(4)燃烧性能好,可燃范围大,燃烧速度快.(5)氢可用多种方法大规模生产.(6)氢的利用形式多,可通过燃烧发电,通过燃料电池发电等.2.对氢能利用的重视2002年加拿大举办了以"氢行星"为主题的第14届世界氢能源大会.2003年在华盛顿召开15个国家和地区参加的"国际氢能经济合作伙伴"会议.冰岛计划用40年时间将冰岛建成"氢社会".布什将投资120亿美元来促进氢能源的发展.过去5年,工业化国家在氢能开发领域的投入年均递增20.5%.氢将取代天然气,油和煤而成为未来世界的主要能源,进入氢能时代已成为近年来的热门话题,21世纪将是氢能世纪.布什举着使用氢燃料的照相机我国对发展氢能经济也开始重视,参加了2003年在华盛顿召开的有15国家参加的"国际氢能经济合作伙伴"会议.2004和2005举办了两次关于氢能经济的中美双边会议.今年一月,中国科学院院士局召开了关于"石油替代能源"的研讨会,主要讨论石油资源可持续性分析,石油的替代能源,氢能燃料和我国的石油替代能源.并要组织人员进行软课题研究.3.氢能的问题3.氢能的问题(1)氢的价格氢的制备,储存和运输中的价格问题,是影响走进氢能时代的很关键的问题.要降低其价格,必须形成氢的制备,储存和运输的网络.(2)廉价清洁的制氢技术问题(2)廉价清洁的制氢技术问题目前制氢效率很低,氢的制取要消耗大量的能量,因此寻求大规模的廉价清洁的制氢技术是各国科学家共同关心的问题.(a)化石燃料制氢:目前,96%氢从化石燃料制备,技术成熟,但要造成环境污染.(b)电解水制氢:技术成熟,但耗能多,价格高.一般每生产1立方米的氢气,需要消耗4.2-6度的电能,其能量转化率不到32%.(c)生物质制氢:有可再生,产量大,可储存,碳循环等优点,从中长期看是最有前途的制氢方式.目前生物质制氢效率低.(d)生物制氢:国内外在选育高效产氢菌株工作进展不快,制氢效率低.(e)风能制氢:用风能发电来电解水产生氢,技术上没有问题,降低成本和风能发电量少是主要的问题.(f)太阳能制氢:该法还处在基础研究阶段,离商业化还有较远的距离.(3)氢的储运问题(3)氢的储运问题氢的储运技术主要解决储运的安全性和成本,现在由于储运技术不过关,因此浪费了许多氢.许多工业过程,如炼油,炼焦,氯碱,合成氨,合成甲醇及煤气制造等多有大量的副产品氢气,只是由于储运技术的问题而不能被利用.我国每年放空和烧掉的氢气至少在1010标立方米以上.因此解决氢的储运问题也是走进氢能时代的一个很关键的问题.目前氢的储运还有很大问题.(a)高压储氢:储氢量少,只有1%左右,还有不安全的问题.(b)液氢储氢:很不方便,储氢设备大,蒸发损失大.(c)吸附储氢:这是目前的研究热点,但储氢容量还较低,一般不超过2%.镁合金储氢在3%,但储放不可逆.热门一时的纳米碳管储氢也已没有了希望,最终的储氢量也只有1%左右.(e)化合物储氢:放氢不容易.(4)燃料电池还没有商品化用氢作燃料的燃料电池的出现是促进氢能利用的重要原因.近年来,由于化石燃料资源短缺和环境污染日趋严重,各国对燃料电池的研究十分重视.美国《时代周刊》把燃料电池列为21世纪十大高新科技之首,燃料电池已被认为是21世纪极具应用前景的一种新型能源系统.虽然燃料电池有很诱人的优点,而且燃料电池的发展已有100多年的历史,但至今还没有一种燃料电池已经真正商品化,因此,燃料电池何时才能商品化是一个与氢能利用密切相关的问题.4.反对氢能的意见4.反对氢能的意见(a)氢以化合物形式存在,制氢要消耗能源.它不是一种能源,而是能源的流通手段.(b)氢的泄漏会改变气候.氢不可避免泄漏,泄漏量可达15%.泄漏的氢会在大气形成水雾,它会象二氧化碳一样,使天气变暖.(c)现在一般用高压氢作燃料电池燃料,氢的泄漏会产生很大的不安全性,手机等的火花就会使泄漏的氢发生爆炸.(d)冰岛能做的,其他国家不一定能做,冰岛的氢都是电解水制得的,因该国70%的电是由地热和水电站产生的.(5)氢的清洁生产要用风能和太阳能.据估计,如用风能发电制氢,当风能发电量达到美国6%的用电量,风能发电机要占的面积要有半个加州那么大.(6)布什承诺投资120亿美元用于氢能的研究是一个微不足道的投资.美国去年用于核能和矿物质燃料方面的研究经费大于氢燃料的研究经费.美国推行"健康婚姻"的预算就有150亿美元.美国用于伊拉克战争的经费每月390亿美元.(7)氢燃料电池价格昂贵.目前内燃机成本为每千瓦50美元,而氢燃料电池为800美元.估计大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氢站也要花费大量的资金.五.燃料电池加速氢能利用1.燃料电池的优点.(1)燃料电池是一种高效清洁的能量转换系统,可降低环境污染和气候异常.(2)燃料电池能高效利用生物质转化产生的气,液物质和氢作燃料,因此,能促进氢能的利用.(3)燃料电池的发电效率不受体系规模限制,小型燃料电池同样能够实现高效发电,适合于生物质分散性的特点.2.燃料电池定义燃料电池是一种不经燃烧直接以电化学反应的方式将燃料的化学能转变成电能的装置,只要连续供应燃料,燃料电池就能连续发电.3.原理阳极反应:H2=2H++2e阴极反应:1/2O2+2H++2e=H2O总的反应:H2+1/2O2=H2O4.燃料电池分类碱性燃料电池(AFC)(1)碱性燃料电池(AFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Ag,氧化剂:氧电解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作温度:60-80oC用途:航天器和潜艇的动力源优点:比能量和比功率高缺点:对CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料电池(PAFC)磷酸燃料电池(PAFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:98%磷酸工作温度:200oC用途:家庭住宅能源和汽车动力源优点:稳定性好,已有商品生产缺点:用贵金属作催化剂,价格高.(3)质子交换膜燃料电池(PEMFC)质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极:催化剂:Pt,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:含水的质子交换膜工作温度:60-80oC用途:汽车和潜艇等的动力源优点:比能量和比功率高,寿命长,应用范围广缺点:对CO敏感,价格高,800美元/千瓦,而内燃机50美元/千瓦.氢源问题.(4)直接甲醇燃料电池(DMFC)直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极:催化剂:Pt合金,燃料:氢阴极:催化剂:Pt,氧化剂:氧电解液:含硫酸的质子交换膜工作温度:60-80oC用途:可移动的小型电子仪器设备动力源优点:比能量高,体积小问题:Pt对甲醇氧化电催化效率低,易被甲醇氧化中间产物毒化,甲醇会透过质子交换膜.(5)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)阳极:催化剂:Ni,燃料:氢阴极:催化剂:NiO,氧化剂:氧电解液:熔融碳酸盐(NaCO3-LiCO3)工作温度:600oC用途:发电站优点:反应温度高,不需贵金属催化剂.可用含CO的燃料气.寿命长.能量转换率高,可达80%.问题:高温下,电解液会腐蚀电极材料.寿命2万小时,商业上要4万小时.(6)固体氧化物燃料电池(SOFC)固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极:催化剂:NiZrO2,燃料:甲烷,氢阴极:催化剂:NaCrO4等,氧化剂:氧电解液:ZrO2,CeO2等工作温度:900oC用途:发电站优点:不需贵金属催化剂.寿命长.可用各种燃料气.抗中毒能力强.能量转换率最高,可达80%以上.问题:高温下,密封困难,放大困难.价格高.5.PEMFC发展现状发展现状(1)世界各国对世界各国对PEMFC的重视世界各国对的重视近十年来,近十年来,PEMFC技术的研究开发受到技术的研究开发受到许多国家的政府和跨国大公司的极大重视,许多国家的政府和跨国大公司的极大重视,已出现许多PEMFC电动车样车.电动车样车.已出现许多电动车样车我国计划,年奥运会期间,我国计划,到2008年奥运会期间,将有我年奥运会期间国生产的燃料电池电动车会小批量,国生产的燃料电池电动车会小批量,示范性地行驶在街头.