(精品)当代物理前沿结课精品(2013年优秀毕业设计)

当代物理前沿结课论文 题目：太阳能热开发利用及其现状简述学号：200705080201姓名： 唐 广指导教师：张 正 阶太阳能热开发利用及其现状简述摘要：经过一段时间对太阳能的了解和学习，我逐渐意识到了太阳能的开发和利用有着巨大的发展潜力。上个世纪五十年代世界上第一块太阳能电池在贝尔实验室问世，为此揭开了太阳能开发利用的新篇章，之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是70年代爆发的世界性的石油危机有力地促进了太阳能开发利用。经过近半个世纪的努力，太阳能利用技术及其产业异军突起，成为能源工业的一支生力军。随着社会经济的发展，全球性的能源危机，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，一方面，常规能源的需求剧增和能源资源严重匮乏，另一方面，化石能源的开发利用带来了一系列诸如环境污染，温室效应等问题，目前的环境问题，很大程度上是由于能源特别是化石能源的开发利用造成的。因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。人类的发展和科技的进步把太阳能开发利用推向了历史的科技大舞台。各国对太阳能的开发利用给予了极大关注，突出表现在各国政府推出的光伏计划，如德国的“千顶计划”，日本的“朝日七年计划”以及美国的“百万屋顶计划” 等。我国太阳能开发利用有其成功之处，但也存在诸多问题和不足。去年十月份，中国太阳能电池板再次遭遇美国301贸易调查。可见对新能源的把握对于一个国家的未来的发展的重要性。关键字：太阳能 光热产业 光电产业 电池板 转换率 光伏工程 所谓的太阳能，不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射能（即狭义太阳能）,而且还包括像水能、风能和海洋能等间接的太阳能资源,以及包括通过绿色植物的光合作用所固定下来的能量(生物质能)，即使是现在广泛开采并使用的石油、天然气和煤炭等矿物燃料,也都是古老的太阳能资源的产物（广义太阳能）。我们传统所说的太阳能主要是指太阳直接投射在地球表面的太阳辐射能，也就是狭义的太阳能。像现在用的比较广泛的太阳能热水器，其中核心部件就是集热器，把太阳能聚集起来直接对水加热。现在我们来介绍我国太阳能热开发利用的发展：1光热产业发展现状太阳热水器是第一个实现商业化的可再生能源产业。根据可持续发展战略，太阳能热利用大有用武之地。太阳能热水器是我国太阳能利用中应用最广泛、产业化发展最迅速的领域。由我国自主开发生产的全玻璃真空太阳集热器的科技水平、制造技术、生产规模均处有国际领先水平，且生产成本低廉，具有较强的国际竞争力。目前中国已成为太阳热水器第一大消费及制造国。据不完全统计，我国太阳热水器生产企业（包括相关企业，如玻璃生产、真空镀膜设备生产、焊接设备、聚氨酯发泡设备及自动控制仪表零配件的生产等）已超过千家，但绝大多数是中小企业。据不完全统计，年产值亿元以上有20家企业，包括广东五星太阳能公司（华南地区唯一过亿的太阳能企业）；产值5000万以上的29家中。年产值超过1000万元的较大型和大型企业约100家，从事生产的企业职工约16万17万人，包括营销人员、研发人员总行业人数超过150万人。年产值350多亿元，初步形成了原材料加工、产品开发制造、工程设计和营销服务的产业体系，有力地带动了玻璃、金属、保温材料和真空设备等相关行业的发展，成为一个产业规模迅速扩大的新兴产业。 我国太阳热水器企业分为民营企业、股份制企业和国有企业，其中前两种资本占绝大多数。产业发展尚处于春秋战国时期。2.太阳能光热产品优势太阳能热利用产品由于采用太阳能为热源，运行、使用费用相比于其它产品低的多。随着世界范围内的环境意识和节能意识的普遍提高，太阳能热水器必将逐步替代电热水器和燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素，但太阳能热水器具有不耗能、安全性、无污染性等优势，而且随着技术的发展其经济性也逐渐显露出来。表1为三种热水器的经济指标比较结果，从中可以看出，太阳能热水 器在经济上已具有较强的竞争力。表1 三种热水器经济指标对比 项目品种 寿命(年)使用天数(天/年) 购置费用(元) 运行费用(元/年) 总投资(元) 备 注 太阳热水器 153602300 250 6050 均以日产热水40计算 电热水器 5360300 1000 15900燃气热水器 5360300 5003 75945 3.太阳热水器国内市场销量我国太阳热水器行业进入20世纪90年代后期得到了迅猛发展。太阳热水器市场的发展进入快速增长、良性发展的阶段。由于资料不全，只有1998年至2005年太阳热水器总产量与总保有量见表2。表2 19982005年太阳热水器销售总量19981999200020012002200320042005年产量（万平方米）3505006408201000120013501500保有量（万平方米）15002000260032004000500062007500图1 1998年2004年太阳热水器总产量与总保有量变化 目前我国生产销售的太阳热水器类型品种很多，但基本上可以分为真空管、平板、闷晒式三大类。近二三年来，真空管热水器市场份额增长速度很快，而闷晒型和平板型相对增长较慢。2005年，我国年太阳热水器产量达到1500万m2，其中真空管热水器产量为1277万m2，占总产量的87.5%；平板热水器产量为210万m2，占总产量的11.3%；闷晒型热水器产量为13万平m2。图2 2005年太阳热水器产品结构 由我国自行研制和开发的全玻璃真空管太阳热水器是国内目前的主流产品。由于我国是发展中国家，经济欠发达，为满足广大客户的需要，故太阳热水器产品绝大多数是价格比较便宜的非承压产品，承压产品极少，真空管热水器多，平板热水器少，整体热水器多，分离热水器少，而国外产品则与我国相反。4.太阳热水器出口看好我国太阳热水器价格低，产品质量不断提高，具有一定的国际竞争力。产品主要销往欧洲、非洲、澳洲和东南亚等30多个国家和地区。早在2005年，广东五星太阳公司太阳热水器获得澳洲、欧洲有关认证，大量外销，供不应求。第三节 太阳能光热利用产业发展趋势太阳热水器是一种具有节能、环保、经济、使用方便的绿色能源产品，应用太阳热水器是解决我国广大居民生活用低温热水和工农业生产低温用热的现实、经济、有效的途径，具有广泛的发展空间和巨大的市场潜力；太阳能空调及采暖、热水器技术与建筑相结合，是减小建筑能耗的一条行之有效、绿色环保的可持续发展之道，对我们这个能源资源缺口较大的发展中国家来说，具有重大的意义。1.内需旺盛 生活热水成为小康生活的一个重要指标。目前我国人均太阳能热水器使用量低，按我国2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划，到2015年，我国热水器保有量达到2.7亿m2，可产生生活热水83.9亿吨。2020年我国太阳热水器总计达到5.0亿m2，可产生生活热水220亿吨。由以上数据分析认为，2020年每百人太阳热水器使用量30m2，人均每天需要生活热水约40kg。基本达到目前欧洲太阳热水器占有水平。届时太阳热水器可以满足全国1/4家庭的生活热水需求。中国有13亿人口，75%生活在农村，这是太阳能利用的巨大市场。改革开放以来，农村经济增长很快，大量的农宅和小城镇住宅对生活热水的需求大大增加。2000年我国村镇房屋建筑总面积约175亿平方米，在此后15年内将新增85亿平方米，这样村镇总住宅建筑面积达到260亿平方米。到2020年，如果农村太阳热水器的普及率达到了25%，全国农村太阳热水器的拥有量将达到1.7 1.8亿平方米，占全国总量的60%左右，对保护生态环境，防止水土流失，积极妥善解决农村小康生活用能问题起到重要作用。分散的村镇采用天然气或电能作为日用能源，无论在技术还是在经济上都是不可取的，这些都为开辟农村太阳热水器市场提供了机遇。2.规模扩大2020年前，将建成具有国际竞争力的现代化装备的太阳热水器工业。2010年年生产能力达到26003000万平方米，2020年700010000万平方米，出口份额占世界市场的2030%。建成年生产能力100200万平米的510个具有国际竞争力的大型企业。3.太阳能与建筑一体化承压、分体式太阳热水系统与建筑一体化是建筑节能的发展趋势。国家已将太阳能热利用纳入了建筑节能范畴，为太阳热水系统建筑一体化奠定了重要的政策基础。建筑节能在国家能源节约战略中的重要地位。建筑业，交通运输和工业一直是三大耗能用户，在发达国家建筑能耗已占总能耗的2540。在建筑能耗中，采暖，制冷，空调和热水占75。太阳能低温热转换技术能实现以合理成本来满足部分建筑用能的需求。因而它作为一种建筑节能技术将有宽广的市场。商品住宅开发已成为国民经济的主要支柱产业之一。据1996年统计：已建成的建筑有310m2，在19952000年间新建住宅55亿m2，到2010年新建住宅增至150亿m2，建筑用能也急剧增加。文件指出：在太阳能较丰富的地区要积极推广太阳能利用。它将太阳能热利用纳入国家建筑节能的范畴，为太阳能利用发展奠定了重要的政策基础。目前在城市中30的家庭拥有热水设备。生活热水能耗将是建筑能耗中不可忽略的份额。而太阳热水技术是目前太阳热利用中最为成熟的技术，用太阳能解决住宅的部分生活热水将是太阳能在建筑中应用的首选。目前，我国太阳热水器与太阳能建筑相结合还处于起步阶段，由于经济技术水平及建筑风格的差异，发达国家的太阳能建筑设计方案在我国并不完全适合。且由于我国热水系统的技术尚未成熟，较好技术也没有得到广泛推广。因此相对于零散家庭用户，目前集体安装与热水工程的市场销售份额较低，仅占20%。但是由于太阳热水系统的利润空间较大，市场前景广阔，预计将成为以后产业发展的主要增长点。与建筑的一体化是太阳热利用发展趋势。开发太阳能与建筑结合的集成技术，包括工程规划、设计与工艺技术、与常规能源互补技术、控制技术，使太阳能成为安全、稳定、可靠的在建筑上应用的低温供热能源。太阳能与建筑结合，建筑也必须是节能建筑。主、被动式太阳房就是节能效果极为显著的节能建筑，国家有关部门应给予高度重视，特别是在我国广大农村应予以大力推广。在国家政策的支持下，全国各地建成了很多太阳能示范小区。随着太阳能与建筑结合的试点工作取得较好成效，商业化的需求也在逐渐增长。在建筑中，如学校、宾馆、洗浴中心和住宅小区采用太阳热水器提供生活热水不断增加，厂家和经销商都在积极推广太阳热水器在工程上的应用（集体安装或热水工程）。太阳能热水器工程化应用正在起步，必将有一个大的发展。4.太阳能热利用发展的重点2020年我国太阳能热利用技术总体水平要达到国际先进水平。重点是太阳能低温热水技术，不论在水平上，还是在科技产业化的规模上要居于国际领先地位，成为国际太阳能低温设备加工、进出口基地；太阳能采暖和空调要达到实用化，科技成果向生产力转化，大面积推广应用，基本实现产业化，使太阳能的中高温利用技术达到或接近国际水平。 科技进步，促进产业发展，要不断培育国内市场；立足国内，瞄准国际广阔的太阳能热利用市场；充分发挥自我优势，使我国成为国际太阳热利用集热器的加工制造基地，增加出口，成为创汇产业。发展的重点领域l 太阳集热器及热水工程l 太阳能与建筑结合集成技术l 太阳能采暖空调技术和储热技术l 主被动式太阳房技术l 太阳能海水淡化及其它工农业生产应用技术l 太阳能中高温利用技术（热发电）5.我国太阳能热利用发展的目标l 太阳热水器：成为具有自有知识产权，具有国际竞争力的可再生能源产业，到2020年生产能力达到7000万平方米，总保有量为50000万平方米，户均推广率为25 30%，每千人占有量为350平方米，为城乡居民提供生活用热水和出口创汇。科技水平达到和接近国际先进水平，产业规模和市场应用量居国际领先地位。详见表3l 太阳能采暖空调：实现产业化，大规模应用l 海水淡化：建立具有工业规模的生产基地，成本与常规能源相近l 太阳热发电：建立起兆瓦级的发电装置表3 2020年太阳热水器发展预测年代年产量万平方米累计量万平方米我国人口数亿人每千人占有量平方米20041100-11205000133820102600300011000128001371809320154000500027000350001400192250202070005000014273506.近些年全球以及我国的太阳能电池发展情况如下：第四节 发达国家太阳能热利用现状及趋势欧洲太阳能产业的从业人数约为12万人，年营业额约折合494亿元人民币。太阳能热利用产品的生产厂家一般是中小型企业，太阳能热水器年营业额约折合182亿元人民币，占太阳能产品年营业额的37；过去10年里，欧洲安装的太阳能集热器约为3000万m2，其中多数用于地中海盆地（约为总面积的65，其中希腊超过50以上）。希腊近10多年来对使用太阳能热水器的鼓励政策，促进了其市场发展；到1995年已安装太阳能热水器200万m2。其中，95为家用太阳能热水器，供60多万户家庭使用。平均每户拥有太阳能热水器3m2，满足了家庭热水需求的80，每年少排放CO2150万t。继希腊之后，德国和英国也是两个太阳能利用较好的国家，它们占欧洲太阳能销售总量的17和65。南欧国家，如意大利和西班牙，尽管气候条件比较好，市场潜力较大，但太阳能产品的销售量相对较低。另外，太阳能开发利用还有一个特别重要的方面，也就是太阳能光电产业发展。所谓光伏工程，就是光电产业的一个例子。将光能转化为电