新能源产业利用与发展 毕业论文.doc

新能源的定义和分类摘 要新能源是指传统能源之外的各种能源形式。它的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。关键词：新能源；太阳能new energy definition and classificationabstractnew energy is refers to the traditional energy outside of the form of energy. its various forms are directly or indirectly to the interior of the earth from the sun or stretch out the heat energy produced. including the solar energy, wind energy, biomass energy, geothermal energy, water power and oes by renewable energy and the derivation of biofuels and energy produced by hydrogen.keywords: new energy; solar目 录摘要 1abstract 2第一章 新能源的介绍 11. 1新能源的分类 11.2第二章 太阳能利用及发展 4 2. 1 太阳能利用广阔前景 2. 2 板型热水器 2. 3 太阳能光伏发电 2. 4 太阳能温室（大棚）第三章 太阳灶 3. 1几种常见太阳能灶 第1章 常规太阳能1. 1新能源的分类1.1.1太阳能特点太阳能是一种把太阳光转换成电能的绿色可再生能源。与其它常规能源相比，具有以下几个特点：（1）太阳能取之不尽，用之不竭。据估算，一年之中投射到地球的太阳能，其能量相当于137万亿吨标准煤所产生的热量，大约为目前全球一年内利用各种能源所产生能量的两万倍。（2）太阳能在转换过程中不会产生危及环境的污染。（3）太阳能资源遍及全球，可以分散地、区域性地开采。我国约有2/3的地区可以较好利用太阳能资源。（4）光伏发电是间歇性的，有阳光时才发电，且发电量与阳光的强弱成正比关系。（5）光伏发电是静态运行，没有运动部件，寿命长，无需或极少需要维护。（6）光伏系统模块化，可以安装在靠近电力消耗的地方，在远离电网的地区，可以降低输电和配电成本，增加供电设施的可靠性。1.1.2 核能的特点特点：辐射大,利用率高,对技术要求高核能的利用存在的主要问题：（1）资源利用率低（2）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决（3）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决（4）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决（5）核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大1.1.3 海洋能特点海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。（1）它在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。(2) 它具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。(3) 海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。人们根据潮汐潮流变化规律，编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报，预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。既不稳定又无规律的是波浪能。(4) 海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。1.1.4风能和生物质能风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。四大优点是：（1）蕴量巨大。 （2）可以再生。 （3）分布广泛。 （4）没有污染。三大弱点是：（1）密度低。（2）不稳定。（3）地区差异大。生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。（1）可再生性（2）低污染性（3）广泛分布性（4）生物质燃料总量十分丰富1.1.5地热能和氢能地热能：地球内部热源可来自重力分异、潮汐磨擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。 氢能：在众多新能源中，氢能以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出，将成为21世纪的理想能源。氢能可以作飞机、汽车的燃料，可以用作推动火箭动力。（1）非常清洁,不会对环境产生任何污染（2）它在快速释放能量时,破坏和形成的键相对来说很少,具有高的反应速率常数和较快的电极过程动力学,可以用电化学方法释放它的能量。第二章 太阳能利用及发展2. 1太阳能利用广阔前景能源利用技术的发展是人类控制自然能力的一个重要标志。没有煤的利用，工业革命是很难想象的。没有石油和电力的利用，20世纪很多新技术和产业部门的产生和发展同样也是很难想象的。然而，随着社会生产的发展和能源利用规模日益扩大，总有一天目前人类依赖的矿物能源会被用尽。首先是石油，1973年世界性石油危机就给了人们以后总切身感觉。关于这个问题，我们必须及早做好准备。很自然，人们首先会想到太阳能，因为自然界中风、雷、电，江河的奔流，汹涌的海浪，生物的繁衍，其能源无不来自太阳。太阳的能量是巨大的，而且是可以不断再生的，因此，实际上是取之不尽，用之不竭的。太阳能又是清洁的，不需要担心它对环境产生污染和对人类造成危害。但是，太阳能的利用并不是没有困难的。太阳能分布在广大的地球表面，密度是很低的。要能付之实用，首先要从很大面积上把它收集起来，这就意味着需要大型的设备和相当大的投资。另外，由于地球的运动以及气象条件的变化，对于同一地点来说，所能接收到太阳能是间断的、不稳定的，这就使它要么只能做铺助能源，要么就要增加储能装置，因而又要增加投资。尽管有那么多困难，但是在常规能源短缺与环境污染日益加剧的双重压力下，出于国家能源安全考虑和经济可持续发展的需要，世界各国都投入了巨大资金，加快太阳能利用技术的研究步伐。在太阳能热发电方面，美国加州建造9套segs太阳热发电装置，最大的单套发电功率80mw，总发电容量达354mw，并采用了储能装置，可满足50万居民的能源需求，每年节约230万桶油，减少15.5万t的二氧化碳和114t的氧化氮污染。发电成本已降到8-12美分/(kw*h)。2005年，我国首座70mw塔式聚光太阳能热发电电站成功并网，揭开了我国太阳能热发电全新的一页。在光伏发电方面，除了单晶硅太阳电池外，多结非晶硅太阳电池、柔性衬底太阳电池、多晶薄膜太阳电池、化合物薄膜太阳电池、聚光太阳电池、有机太阳电池、纳米太阳电池、量子点太阳电池、染料太阳电池、叠层太阳电池等层出不穷，各种电池的转换效率也不断提高，世界太阳电池的产量也以每年35%的速度递增。近年来，我国光伏电池工业生产大幅增长，2002达到6mw，国家实施的送电到乡工程解决700多个乡镇300万偏远地区人口的基本用电问题；2003年我国光伏电池产量达到12mw；2005年实际产量已达145mw。预计到2010年我国光伏电池产量将达到1200mw。在太阳能低温热利用方面，我国是世界上发展最快的国家。至2005年底，我国已建太阳房1514万平方米；太阳灶保有量达68.6万台；农业设施栽培面积达2300万亩；地膜覆盖面积总量达1.7亿亩；我国太阳能热水器总产量达到1500万平方米，总产量150亿元人民币，总保有量7500万平方米。国家在十一五可再生能源发展规划中提出，到2010年和2020年，太阳能热水器的总保有量将分别达到1.5亿平方米和3亿平方米的宏伟目标。目前，太阳能热水器的利用也正在由单纯洗浴向工农业生产、建筑节能的深度和广度扩展。不难看出，太阳能利用有着非常广阔的前景。2. 2 平板型热水器 平板型太阳能热水器如图1-1所示，它主要是由平板集热器、储水箱、水管、支架及配件等部分组成。平板集热器是平板热水器的关键部件，其热性能高低是衡量热水器好坏的重要指标。它主要包括涂有选择性吸收涂层的吸热板、透光材料盖板、保温层和外壳四大部分。当阳光透过玻璃盖板照在平板吸热板上时，其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收，转变为热能，并传向流体通道中的工质。通过自然循环或强迫循环，而将储水箱内的水加热。吸热板的材料国外基本上都用铜和不锈钢，国内已经大量采用铜材、铝合金、钢材、镀锌板，沿海水质较差的地区，则可用塑料或玻璃来替代。因为金属表面的反射率高，吸收率低，为了增强吸收效果，必须在金属表面也即吸热板上制备涂层。按制备工艺不同，可将涂层分为电镀涂层、电化学转化涂层、真空镀膜涂层和涂料涂层四种主要形式。因为集热器周围是空气，所以当集热器的吸热板在转变太阳辐射能量为水的热能时，也向周围环境散失热量，这就使太阳辐射能量不能全部转化成水的热量。为了减轻这部分能量的损失，在吸热板上面安装透光材料盖板，使盖板透过可见光而不透过远红外线，从而减少能量散失，更有效地提高吸热板和水的温度。优质透光材料盖板对热水器的效率及寿命有很大影响。目前国内外采用的盖板材料主要有普通平板玻璃、钢化玻璃和玻璃钢等，其中应用最广泛的还是钢化玻璃。在吸热板的四周和底部安放保温材料，用来减少集热器向四周环境散失热量，以提高集热器的效率。常用的保温材料有岩棉、矿棉、聚苯乙烯和聚氨脂等。聚苯乙烯在温度较高时会收缩，因此在使用它作保温材料时，往往在它与吸热板之间先放一薄层岩棉或矿棉。为了将吸热板、透光盖板和保温层组成一个整体，并保持有一定的刚度和强度便于安装，需要有一个较为坚固美观的外壳，一般用铝材、钢材、塑料、玻璃等做成。此外，平板太阳能热水器还有储水箱、支架、管道极其配件等结构要素。图1-1 平板型热水器平板太阳能热水器在我国的发展经历了一个“u”字形过程，现在又在新的起点上逐步抬头，引起了专家学者和企业界的高度关注。据有关资料表明，1997年我国太阳能热水器的年产量达350万平方米，其中平板太阳能热水器约占45%，真空管热水器约占30%。到2001年我国平板太阳能热水器的比例就下降到了26.3%，而真空管热水器上升到63.2%。截至目前，经过近10年来的持续下滑，我国平板太阳能热水器产量所占份额也就仅有90%左右了。然而，在国际市场上，平板太阳能热水器却始终是主导产品，国外(如日本、美国等)90%以上的太阳能热水系统都采用平板型太阳集热器，即使在冬季十分寒冷的丹麦、瑞典等北欧国家也毫不例。我国有关部门对全球太阳能热水器发展情况进行了统计分析。被统计的欧洲、美洲、大洋洲和亚洲的21个国家中的433家太阳能企业中，有平板太阳能热水器401家，占企业总数的92.61%；有真空管太阳能热水器12家，占企业总数的2.77%；简易太阳能热水器20家，占企业总数的4.62%。显然，在国外太阳能热水器应用中，平板太阳能热水器生产经营企业远远大于其他产品类型企业数量。随着新能源的推广和普及，以及科技的进步和发展，我国平板太阳能热水器的技术水平和产品性能、质量也在不断提高，并在一体化等多个方面表现出独特的发展优势。2008年北京奥运会工程之一“奥运村”，在大规模太阳能热水系统招标中，选择了德国企业生产的平板太阳能集热器，让我国真空管太阳能热水器生产企业不得不凝神反思。今年3月6日，在第六届中国太阳能品牌产品博览会上，海尔太阳能中标澳洲一万平方米平板集热器大单成为惹人眼红的新闻。海尔集团从德国引进先进平板集热技术，开发出适合中国市场的高温平板太阳能集热器，成功解决了平板太阳能的保温性、密封性等行业难题。太阳雨、澳柯玛等国内品牌企业也纷纷投资平板太阳能热水器项目。经过太阳能热水器行业和建筑业界的共同努力，我国平板太阳能热水器正从低谷走向了新的发展道路。2. 3太阳能光伏发电 光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。国产晶体硅电池效率在10至13左右，国外同类产品效率约12至14。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。目前，光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、通讯电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。我国并网发电正在起步阶段。 典型系统图2. 4 太阳能温室（大棚）利用透光材料（玻璃、塑料薄膜）的透光隔热性，人为的将种植或养殖场地与周围大气环境隔绝封闭起来，在不适当于生物（植物或动物）生长繁育的季节里，创造一种适宜生物生长发育小环境的设施叫太阳能温室。太阳能温室用途十分广泛。可以用于种植业，种植花果、花卉、药材、林苗、蔬菜；也可以用于养殖业，养鸡、养猪、养鱼虾、养牛羊等等。用于种植蔬菜、瓜果，可以提前或延迟上市时间，调剂品种，克服蔬菜露天生产淡旺季界限、大幅度提高单产，改善品质。用于养殖业可以加快育肥，节省大量饲料费用和管理费用，获得较高的经济收益和社会效益。实践证明，太阳能温室在我国的大力推广和应用，为农业发展、活跃农村经济和农民致富创出一条新路，许多农民正是利用太阳能温室（大棚）的种植技术和养殖技术，解决了温饱，走上了致富的道路。太阳能温室通常要求豹纹、保湿、采光和通风。我国农村建立的温室（大棚）类型很多。从外形上看，可分为单面窗式、双面窗式、马鞍形、圆形、拱形、多角形等多种形式；按温度分，有(12度-30度)、中温型（12度-20度）、低温型（7度-16度）和冷式（0度-10度）等，适用于不同种类动植物养殖和种植需要。按支架结构所用材料分，有竹木结构、竹木水泥结构、竹木墙体结构。水泥墙体结构、钢筋水泥结构、铝材钢管结构等。按搭建高度可分为中小拱棚和大型棚等。按建筑面积分，种类就更多了，有分片单棚，也有连片、连栋大棚。目前我国太阳能温室（大棚）正向着多重经营、综合利用的方向发展。第三章 太阳灶3. 1 几种常见的太阳灶 太阳灶已是较成熟的产品；人类利用太阳灶已有200多年的历史，特别是近二、三十年来，世界各国都先后研制生产了各种不同类型的太阳灶。尤其是发展中的国家，太阳灶受到了广大用户的好评，并得到了较好的推广和应用。 太阳灶基本上可分为箱式太阳灶、平板式太阳灶、聚光太阳灶和室内太阳灶,储能太阳灶种太阳灶均在阳光下进行炊事操作。 （1）箱式太阳灶根据黑色物体吸收太阳辐射较好的原理研制而成。它是一只典型的箱子，朝阳面是一层或二层平板玻璃盖板，安装在一个托盖条上，其目的是为了让太阳辐射尽可能多地进入箱内，并尽量减少向箱外环境的辐射和对流散热。里面放了一个挂条来挂放锅及食物。箱内表面喷刷黑色涂料，以提高吸收太阳辐射的能力。箱的四周和底部采用隔热保温层。箱的外表面可用金属或非金属，主要是为了抗老化和形状美观。整个箱子包括盖板与灶体之间用橡胶封胶堵严缝隙。使用时，盖板朝阳，温度可以达到100c以上，能够满足蒸、煮食物的要求。这种太阳灶结构极为简单，可以手工制作，且不需要跟踪装置，能够吸收太阳的直射和散射能量，故信产品价格十分低。但由于箱内温度较低，不能满足所有的炊事要求，推广应用受到很大限制 （2）利用平板集热器和箱式太阳灶的箱体结合起来就形平板式太阳灶。平板集热器可以应用全玻璃真空管，可以达到100c以上，产生蒸汽或高温液体，将热量传入箱内进行烹调。普通拼版集热器如果性能很好也可以应用。例如盖板黑的涂料采用高质量选择性涂料，其集热温度也可以达大100c以上。这种类型的太阳灶只能用于蒸煮或烧开水，大量推广应用也受到很大限制。 (3) 聚光式太阳灶是将较大面积的阳光聚焦到锅底，使温度升到较高的程度，以满足炊事要求。这种太阳灶的关键部件是聚光镜，不仅有镜面材料的选择，还有几何形状的设计。最普通的反光镜为镀银或镀铝玻璃镜，也有铝抛光镜面和涤纶薄膜镀铝材料等。聚光式太阳灶的镜面设计，大都采用旋转抛物面的聚光原理。在数学上若抛物线绕主轴旋转一周，所得的面，即称为“旋转抛物面”。若有一束平行光沿主轴射向这个抛物面，遇到抛物面的反光，则光线都会集中反射到 定点的位置，于是形成聚光，或叫“聚焦”作用。作为太阳灶使用，要求在锅底形成一个焦面，才能达到加热的目的。换言之，它并不要求严格地将阳光聚集到一个点上，而是要求一定的焦面。确定了焦面之后，我们就不难研究聚光器的聚光比，它是决定聚光式太阳灶的功率和效率的重要因素。聚光比k可用公式求得：k=采光面积/焦面面积。采光面积是指太阳灶在使用时反射镜面阳光的有效投影面积。根据我国推广太阳灶的经验，设计一个7001200瓦功率的聚光式太阳灶，通常采光面积约为152.0平方米。个别大型蒸汽太阳灶也是聚光式太阳灶，但其采光面积较大，有的要在5平方米以上。聚光式太阳灶除采用旋转抛物面反射镜外，还有