可再生能源发电技术-2012-2

可再生能源发电技术Dr.-ingL.Wang讲授内容上节课内容回顾太阳能的知识大作业上节课内容回顾

技术瓶颈自主研发的技术尤其是高端技术很少，许多项目和企业都是靠从国外引进技术或者合作生产。

成本障碍

研发和利用的成本大大高于常规能源，无法与常规能源形成竞争。

制度困扰

没有长期稳定的制度支撑与保障。新能源与可再能源及其开发利用的现状及问题上节课内容回顾内蒙古的能源结构煤炭资源全国第一，发电装机全国第一，风能储量全国第一，太阳能储量全国第二内蒙古地区风能蕴藏量约3亿千瓦，可开发1亿千瓦以上。蒙西电网风电总装机为9230MW，风场100座，占蒙西电网总装机42120MW的21.9%；最大发电负荷6560MW占全网发电负荷28％以上；最大日电量11138万kWh，占全网上网电量30.5％；成为蒙西电网第二大主力。（截止2012年10月底）我国风能行业产能依然过剩太阳是一个巨大的炽热的气体球,其内部不断进行着热核反应,因而释放巨大的能量。太阳的直径约为139万公里,比地球的直径大109.3倍。太阳的体积约1.4122×1018km3,比地球的体积大130万倍。太阳与地球的平均距离约1.5亿公里。太阳能的知识太阳概况太阳的表面温度约54970C,中心高达2×1070C,压力约为2000多亿个大气压。太阳的质量约1.9892×1027t,相当于地球质量的333400倍。太阳的平均密度为？g/cm3,仅为地球密度的1/4。太阳每秒钟释放出的能量是3.865×1026J，相当于每秒钟燃烧？？标准煤所发出的能量。太阳发出的能量大约只有1/22亿到达地球，大约为173×104亿kW。其中被大气吸收大约23%；被大气和尘粒反射回宇宙空间大约30%；穿过大气到达地球表面的太阳辐射能约占47%(81×104亿kW)

到达陆地表面大约只有17×104亿kW，只占到达地球范围内

太阳辐射能的10%太阳能的知识太阳概况47%23%太阳能的知识太阳能的知识太阳辐射单位时间内，太阳以辐射形式发射的能量称为太阳辐射功率或辐射通量，单位是W。太阳投射到单位面积上的辐射功率(辐射通量)称为辐射度或辐照度，单位是W/m2。在一段时间内(如每小时、日、月、年等)太阳投射到单位面积上的辐射能量称为辐射量或辐照量，单位是千瓦时/平方米•日(月、年)。太阳能的知识太阳与地球地球的自转轴与公转运行的轨道面(黄道面)的法线倾斜成23027′夹角，而且在地球公转时自转轴的方向始终指向天球的北极，这就使得太阳光线直射赤道的位置有时偏南，有时偏北，形成地球上季节的变化太阳能的知识太阳与地球（天球坐标）人们站在地球表面，仰望天空，平视四周所看到的这个假想球面。按照相对运动原理，太阳好象在这个球面上周而复始地运动。（太阳周日视运动.swf）要确定太阳在天球上的位置，最方便的方法是采用天球坐标。赤道坐标系和地平坐标系两种。Q’QP’P(北天极)天赤道BSθOδω以天赤道QQ′为基本圈，以天子午圈的交点Q为原点的天球坐标系，PP′分别为北天极和南天极。通过PP′的大圆都垂直于天赤道。显然，通过P和球面上的太阳(Sθ)的半圆也垂直于天赤道,两者相交于B点。太阳能的知识太阳与地球（flash演示）附加力（黄道面、赤道面）太阳周日视运动

太阳日

地球公转

公转不匀速二十四节气示意图（太阳在黄道上的周年视运动）太阳能的知识太阳与地球（天球坐标）赤道坐标系和水平坐标系两种。Q’QP’P(北天极)天赤道BSθOδω在赤道坐标系中，太阳的位置Sθ由下列两个坐标决定:a.时角（

ω）相对于圆弧QB，从天子午圈上的Q点起算(即从太阳的正午起算)，顺时针方向为正；逆时针方向为负。即上午为负；下午为正，正午为0。通常以ω表示，它的数值等于离正午的时间(小时)乘以150(?)。

b.赤纬（

δ

）相对于圆弧，从天赤道起算，通常以δ表示。对于太阳来说，春分和秋分日的δ=00，向北天极由00变化到夏至日的+23027′；向南天极由00变化到冬至日的–23027′。太阳能的知识太阳与地球（天球坐标）赤道坐标系和水平坐标系两种。在赤道坐标系中，太阳的位置Sθ由ω和δ两个坐标决定，这两个坐标与地区无关。太阳赤纬可用Cooper方程近似计算:其中:n为一年中的日期序号，如元旦为n=1，

春分为n=81。？计算9月22日的赤纬.？计算今天的赤纬.

Q’QP’P(北天极)天赤道BSθOδω大作业太阳能的知识太阳与地球（天球坐标）人们站在地球表面，仰望天空，平视四周所看到的这个假想球面。按照相对运动原理，太阳好象在这个球面上周而复始地运动。要确定太阳在天球上的位置，最方便的方法是采用天球坐标。赤道坐标系和地平坐标系两种。是人在地球上观看空中的太阳相对于地平面的位置。这时，太阳相对地球的位置是相对于地平面而言的。通常用高度角和方位角两个坐标决定。在某个时刻，由于地球上各处的位置不同，因而各处的高度角和方位角也不相同。S南西东太阳QOgPθZαSγSa.天顶角θZ

太阳光线OP与地平面法线QP之间的夹角

b.高度角αs

太阳光线OP与其在地平面上投影线pg之间的夹角，它表示太阳高出水平面的角度

太阳能的知识太阳与地球（天球坐标）赤道坐标系和地平坐标系两种。在地平坐标系中，太阳的位置由高度角和方位角两个坐标决定:S南西东太阳QOgPθZαSγS高度角与天顶角的关系是:

θZ+αs=900c.方位角γs

太阳光线在地平面上投影和地平面上正南方向线之间的夹角。它表示太阳光线的水平投影偏离正南方向的角度太阳能的知识太阳与地球（天球坐标）赤道坐标系和地平坐标系两种。在地平坐标系中，太阳的位置由高度角和方位角两个坐标决定:高度角和纬度、赤纬及时角的关系是:

太阳正午时，时角ω=0，可简化为:思考!!!!(书上34页延伸思考）当正午太阳在天顶以南，即Φ

>δ时:当正午太阳在天顶以北，即Φ

<δ时:思考!!!!(书上34页延伸思考）S南西东太阳QOgPθZαSγS例题2.计算上海地区9月22日正午12时和下午3时的太阳高度角.解:9月22日的赤纬

δ=-0.60；

正午12时的时角:

ω=0；

下午3时的时角:

ω=3×15=450

正午12时的太阳高度角:由于Φ>δ时:

αs=900–Φ+δ=900–31.120+(–0.60)=58.280

下午3时的太阳高度角:sinαs=sin31.12sin(–0.6)+cos31.12cos(–0.6)cos45=0.5998

αs=36.860太阳能的知识太阳与地球（天球坐标）作业：

计算你家乡9月5日（5月9日，8月9日，9月8日）正午12时和下午3时，（上午9时，11时，下午1时）的太阳高度角。大作业太阳能的知识太阳与地球（天球坐标）赤道坐标系和地平坐标系两种。在地平坐标系中，太阳的位置由高度角和方位角两个坐标决定:S南西东太阳QOgPθZαSγS方位角与赤纬、高度角、纬度及时角的关系是？？？太阳能的知识太阳与地球（天球坐标）1.日出日落时角ω0

日出日落时太阳高度角为？，可得到:cosω0=–tanφ×tanδ

由于cosω0=cos(–ω0)ω0日出

=–ω0；ω0日落

=ω0

2.日照时间N

由于地球每小时自转150，所以日照时间N可以用日出日落时角的绝对值之和除以150/小时。

？求上海地区冬至日日出日落时角及全天日照时间.？呼市地区、你的家乡今天的日出日落时角及全天日照时间大作业太阳能的知识太阳与地球（天球坐标）3.日出日落时的方位角日出日落时太阳高度角为αs=0所以:cosαs=1；

sinαs=0带入方位角公式

cos

γs,0=–sinδ/sinφ上式得到的日出日落时的方位角都有两组解，因此必须选择一个正确的解。我国所处位置大致可划分为北热带(0~23.450)和北温带(23.450~66.550)两个气候带。当太阳赤纬δ>00时，太阳升起和降落都在北面的象限(即数学上的第一，二象限)；δ<00时，太阳升起和降落都在南面的象限(即数学上的第三，四象限)？求上海地区9月22日日出日落的方位角及全天日照时间.大作业太阳能的知识太阳辐射(1)太阳常数在平均日地距离上，在地球大气层上界，垂直于太阳光线的平面上，单位时间内在单位面积上所获得太阳辐射能的数值。（根据1981年10月在墨西哥召开的世界气象组织仪器和观测方法委员会第8届会议通过的最新数值）:

I0=1367±7W/m2

大气上界是为了说明大气圈的垂直范围而确定的地球大气的最大上限高度。通常有两种确定法：①着眼于大气中出现的某些物理现象，据观测极光出现的最大高度在1200公里的高度上，因此，有人认为大气上界是1200公里高度，这称为大气的物理上界。②着眼于大气密度，根据天体物理研究，星际气体密度约为每立方厘米中一个微观粒子。按人造卫星探测资料推算，地球大气密度在2000～3000公里高空达到这一标准，故目前一般以此作为大气上界。太阳能的知识太阳能的知识太阳辐射(2)到达大气层上界的太阳辐射大气层上界水平面上的太阳辐射日总量H0可以用下式计算:其中:I0—太阳常数ω0—日出日落时角δ

—太阳赤纬

γ

—日-地距离变化引起大气层上界的太阳辐射通量的修正值:注：个人认为应该是大作业太阳能的知识太阳辐射(3)大气质量m

（看书36页的定义）

例如此值为1.5时，通常写成AM1.5。大气层上界为AM0。AM=m=cosθz=1/sinαs其中:θz—天顶角;αs—高度角补充知识：PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。2012年2月，国务院同意发布新修订的《环境空气质量标准》增加了PM2.5监测指标。太阳能的知识到达地表的太阳直接辐射(1)大气透明度P（%）大气透明度是表征大气对于太阳光线透过程度的一个参数。在晴朗无云的天气，大气透明度高，到达地面的太阳辐射能就多。在天空中云雾或风沙灰尘多，大气透明度低，到达地面的太阳辐射能就少。(2)到达地表的法向太阳直接辐射强度

为了比较不同大气质量情况下的大气透明度，必须将大气透明度订正到某个给定的大气质量。例如将大气质量为m的大气透明度Pm值订正到大气质量为2的大气透明度P2。对于大多数地区而言，直接利用日射资料来确定此时的大气透明度P2是可能的。

大作业关于大气透明度的表的使用方法太阳能的知识到达地表的太阳直接辐射(3)水平面上太阳直接辐射（W/m2

或J/m2·s）ABCInIbαSθZ由于太阳直接辐射到AC和AB平面上的能量是相等的。

式中:Ib

—水平面上直接辐射量

αs—高度角

θz—天顶角因此:太阳能的知识到达地表的太阳直接辐射(3)水平面上太阳直接辐射ABCInIbαSθZ水平面上的日总辐射量——将水平面上直接辐射量从日出到日落的时间内积分：式中:Hb为水平面日直接辐射总量.将式中的dt

改用时角ω:式中:T—昼夜长(一天为24h);ω0—日出日落时角；I0—太阳常数太阳能的知识到达地表的太阳直接辐射(4)倾斜面上的太阳直接辐射通量ITb/In=c