可再生能源概论

热能新能源1/41能源是人类赖以生存的基础，也是人类从事生产和社会活动的基础。能源的开发利用程度标志着人类社会进化和发展的程度。2研究能源技术的目的有两个：一是寻找新的能源和能源利用方式；二是提高现有能源的利用效率，特别是转化为电能的效率。3什么是能量？按照物理学的定义，能量即物体（或系统）对外做功的能力。4按照来源的不同，能源可分为第一类能源（直接或间接来自太阳辐射。可再生的有太阳能、风能、水利能、海浪能、海流能、海水温差能、生物质能；不可再生的有煤、石油、天然气、油页岩、可燃冰），第二类能源（地球内部固有的能量。可再生的有地热能、火山、地震、海啸；不可再生的有核燃料，铀，钚，钍，氘等）和第三类能源（地球-天体相互作用能，可再生潮汐能）。5能源的品质评价指标:①能流密度②花费的投资③能源供应的连续性和存储的可能性④运输费用和损耗⑤对环境的影响⑥存储量⑦能源品位6能流密度是指：单位体积或单位面积内从能源获得的功率。（W/m方）7从转化为电能的难易程度考虑，能源有低品位（难）和高品位（易）之分。8温室效应：大气中的，等气体允许来自太阳的短波辐射通过，却能够吸收地球发出的红外长波辐射，然后在返回地球上。而过多的等气体如同温室中的玻璃一样，阻挡地球的正常热量散失，这就是温室效应。9目前太阳能的利用主要有两个方面：①太阳能热利用和②太阳能光伏发电。10太阳常数：平均日地距离，垂直于太阳辐射的大气外层平面上，单位时间、单位面积所接收的太阳能辐射能，单位为W/m方。11大气质量（AM）：AM=O’A(太阳任意点到该点的距离)/OA（太阳垂直射入到地球一点的距离）。12选择性吸收涂层通常为多层膜结构，包括红外反射底层、吸收层和上部的减反射层。13真空管的热损失由三部分组成：①集热管对保护玻璃套筒的辐射热损失②通过玻璃管的传导热损失③集热管通过对流和辐射向环境的热损失。14管热式真空管集热器的工作原理：太阳辐射穿过玻璃外管后投射在有涂层的金属集热管上。集热管将热量传给与其紧密结合的热管蒸发段，供蒸发段内的工质汽化。工质蒸汽流向热管冷凝段被凝结，凝结放出的热量加热集热器的工作介质。凝结后的液体工质在重力的作用下回流到热管蒸发段循环工作。15太阳房获取太阳能的最基本原理是温室效应。16利用塞贝克效应制成的热点转换装置成为温差发电装置，是一种工作可靠、无运动部件和无污染的清洁发电技术。17太阳池蓄热的基本原理：太阳池是一种盐水池。盐水沿池深具有一定的浓度梯度。池表面的水是清水，向下浓度逐渐增大，池底接近于饱和溶液。由于盐水自下而上的浓度梯度，下层较浓的盐水比较重，因此可阻止或削弱由于池中温度梯度引发的池内液体自然对流，从而使池水稳定分层。在太阳辐射下池底的水温升高，形成温度高达90℃左右的热水层，而上层清水则成为一层有效的绝热层。同时，由于盐溶液和池周围土壤的热容量大，所以太阳池具有很大的储热能力。1光伏效应原理：①入射光子被P—N结附近电子吸收，并产生非平衡的电子—空穴对。②非平衡的电子和空穴从产生出向势场区运动（既可以是多子的浓度扩散，也可以是少子在微弱电场中思维漂移）③非平衡的电子和空穴在势场作用下分离，向相反方向运动。2太阳电池的转换效率：太阳电池的最大输出功率与照射到电池的太阳辐射功率的比值。η=Pmax/Pin=UocUscＦＦ/Pin（P单位是W/m²）。3单晶硅太阳电池的基本结构：单结的P—N结、指形电极、抗反射膜（减反层）、完全用金属覆盖的背电极等。4独立的光伏发电系统主要由太阳电池方阵、蓄电池、控制器组成，并网发电系统还需要逆变器和交流配电设备。5逆变器的作用就是将方阵和蓄电池提供的低压直流电变成220V交流电，供给负载使用。6生物质气化的概念：生物质气化是生物质热化学转换的一种技术，基本原理是在不完全燃烧的条件下，将生物质燃料加热，使较高相对分子质量的有机碳氢化合物链裂解，变成较低相对分子质量的CO、、等可燃性气体。7生物质气化剂主要为空气，也会采用氧气、水蒸气和氢气。8三种制取液体燃料的方法：热裂解技术、发酵制乙醇技术和生物柴油技术。热裂解技术又分为裂解液化、干馏和制炭等三类技术。9生物质热裂解技术的概念：也称生物质热解，是指生物质在基本无氧的情形下，通过热化学转换，生成炭、液体和气体产物的过程。10乙醇生产方法可以分为两大类：发酵法（我国以此为主）和化学合成法。1风向规律：理论上风从高压区吹向低压区，但在中高纬度地区，风向还受地球自转的影响，结果风向与等压线平行而非垂直。在北半球，风以逆时针方向环绕气旋（低压）区，以顺时针方向环绕反气旋（高压）区，南半球相反。2飞逸转速（r/min）：指当水轮机丢弃全部负荷，而调速系统又失灵时，机组所能达到的最大转速。3按水流对水轮机组作用的方式不同，水轮机可分为反击式和冲击式水轮机两种。前者利用水流流经转轮时，在转轮上产生的反作用力转动，后者利用喷射水流的冲击力使水轮转动。4反击式水轮机按照水流经过转轮的方向不同，分为轴流式、混流式和贯流式三种。轴流式：水流经过转轮，始终沿着轴的方向。混流式：水流先径向进入转轮，然后以近似轴向流出转轮。贯流式：水流从进口到尾水管出口都是轴向的。5波浪的速度取决于它们的波长，波浪愈长，波浪运动愈快。6波浪的能量由垂直于波浪方向的每米宽度所通过的能量速率（功率）来表征，单位为kW/m，也成为波浪能密度。7根据波能转换器的主梁与波浪方向的几何关系，波浪转换器可以分为三种不同的模式：终结型模式、减缓型模式和点吸收型模式。8根据波能装置采用的不同物理原理，可以将各种波能装置归结为几大类①压缩空气型②压缩流体型③水位差型④直接转换型。8地热能是唯一与太阳能无关的能源，目前地热能的利用主要是利用地热水和地热蒸汽。9地热主要是由地球内部长寿命的微量放射性元素，主要是铀（U）238、钍（Th）232和钾（K）40衰变而放出的热量。地热能相当于地球煤炭资源的1.7倍。10形成一处地热资源的三大要素是：热源、流体和储热空间。11地热发电是高温地热资源最主要的利用方式。根据地热流体的热量参数和性状，可以有两种不同的发电方式：蒸汽型地热发电和热水型（含水汽两种混合物）地热发电。12地源热泵的种类：采用埋地换热器的地源热泵（GCHP）、地热水热泵（GWHP）、地表水热泵（SWHP）1目前掌握制备H的方法有四种：①甲烷或炭与水蒸气反应制氢②电解水制氢③热化学制氢④固体生物质制氢。2燃料电池由阳极、阴极、电解质和外电路组成，工作原理（氢氧磷酸型）如下：①氢气在阳极催化剂的作用下，发生阳极反应（→2+2e），即氢气离解为氢离子并释放两个电子。②氢离子穿过电解质到达阴极，在阴极催化剂作用下，与氧气发生阴极反应生成水（2+2e+→）。③综合起来，氢氧燃料电池中总的电池反应为+。3实际的电极电位低于可逆理想电位（需要消耗自身一部分能量去克服一些由于气体扩散、吸附、溶解等物理化学产生的阻力）的现象叫做电池极化。4燃料电池的电催化作用：用来加速燃料电池化学反应中电荷的转移，一般发生在电极和电解质的分界面上。5燃料电池未来需要研究的关键技术问题：①电催化过程的机理和新型高效电极催化剂的问题；②电解质和集流体材料的研究开发以及它们与电极的紧密接触问题；③燃料电池中的水管理和热管理，相应的排水、排热以及余热综合利用技术；④燃料的来源及储存问题；⑤提高寿命，降低电池成本。太阳电池的基本原理：利用光伏效应可以将光能或其他电磁辐射能直接转化为电能输出，而不需要任何中间步骤。太阳光子携带的能量打在半导体表面，并可一直穿透至P—N结附近，直到被电子吸收。如果光子具有的能量E>E。（使电子脱离原子核的电离能），则电子被光子从原子中打出，