可再生能源技术及其应用

可再生能源技术及其应用 主要内容 概述太阳能利用技术地热能利用技术风能利用技术生物质能利用技术新能源开发与利用产业政策 能源根据应用范围 技术成熟程度及经济性分为常规能源和新能源两大类 常规能源是指那些技术上比较成熟 已被人类广泛利用 在生产和生活中起着重要作用的能源 例如煤炭 石油 天然气 水能等 在今后一个相当长的时期内 它们仍将担任世界能源舞台上的主角 新能源是指开发利用较少或正在开发研究但很有发展前途 今后将越来越重要的能源 如太阳能 地热能 生物质能 氢能 海洋能和潮汐能等 基本概念 新能源分类 可再生能源的概念可再生能源是指从自然界可以直接获取 可连续再生 永续利用的一次能源 这些能源基本上直接或间接来自太阳 在自然界可不断再生并有规律地得到补充的能源 水力 生物质能 太阳能 风力 地热 海洋能 畜力等 可再生能源 可再生能源的机遇和挑战 资源广泛发电成本高技术不断进步 资源广泛收集利用成本高液体燃料 资源 发电成本 技术进步 资源评价应用领域 资源潜力技术水平产业基础市场经济性其它制约因素土地水资源生态 环境社会 安全性担忧装备供应能力发电能力稳定 移民压力生态压力 技术和经济性仍是可再生能源发展的最大制约最大因素 市场机制和管理体系不能适应可再生能源大规模发展需要 8 太阳能利用技术 太阳能的利用方式 太阳能的利用方式目前有四种 光 热转换光 热 电转换光 电转换光 化学能转换 光热转换 光化转换光合作用 空气 地表吸热 煤炭 食物中的化学能 空气变热形成风 水蒸气形成雨雪 光电转换 航天器 光热电转换 太阳能发电 家用系統 利用热虹吸原理 冷水补充 輔助電熱器 热水供应 太阳能热水系统 太阳能热发电 太阳能热发电系统的构成 太阳能蒸汽热动力发电的原理和传统火力发电的原理类似 所采用的发电机组和动力循环都基本相同 太阳能热发电系统 由集热部分 热传输部分 蓄热与热交换部分和汽轮发电部分组成 光 电转换 光 电转换是用硅 砷化镓等半导体材料直接将太阳能转换成电能 通常称太阳能电池 目前 硅太阳能电池的理论效率为22 在实验室最高达到18 大量生产时太阳能电池的效率只有10 左右 太阳能电池造价高昂 最初应用于空间技术 有90 的人造卫星和宇宙飞船都采用太阳能电池供电 太阳能电池与蓄电池配合 已广泛用于灯塔 航标灯 科学观测站等场所 用太阳能电池驱动的电动汽车已设计成功 电池 模组及阵列 电气负载 DC直流电流 磷元素掺杂 N型 硅层 0 3微米 光伏电池 硼元素掺杂 P型 硅层 250微米 光伏 PV 系统工作原理 能量源 如太阳 能量转换 光能 直流电能 能量 电能 的 逆变 与 调节 直流 交流 与市电同频同相 能量配送 能量储存 市电 能量使用 奥运史上规模最大的太阳能热水项目 在奥运会期间 为18 212名运动员提供生活热水 安装面积为7 500m2 日产热水达600吨 每年节电5 000 000kWh 减少CO2排放3 800吨 是奥运史上规模最大的太阳能热水项目 2008 北京奥运会 地热能利用技术 地表热导率较低热阻起伏不定 云层吸收4 的能量 大气层分散了8 的能量 水汽 臭氧层 尘埃吸收了19 的能量 云层反射17 的能量 地球表面反射6 的能量 地球表面吸收了46 的能量 地热能的来源 对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下 1 200 400 直接发电及综合利用 2 150 200 双循环发电 制冷 工业干燥 工业热加工 3 100 150 双循环发电 供暖 制冷 工业干燥 脱水加工 回收盐类 罐头食品 4 50 100 供暖 温室 家庭用热水 工业干燥 5 20 50 沐浴 水产养殖 饲养牲畜 土壤加温 脱水加工 地热能的利用方式 地热发电 地热发电的基本原理与火力发电类似 也是根据能量转换原理 首先把地热能转换为机械能 再把机械能转换为电能 地热直接利用 地热能直接利用于烹饪 沐浴及暖房 已有悠久的历史 至今 天然温泉与人工开采的地下热水仍被人类广泛使用 据联合国统计 世界地热水的直接利用远远超过地热发电 中国的地热水直接利用居世界首位 其次是日本 地热水的直接用途非常广泛 主要有采暖空调 工业烘干 农业温室 水产养殖 旅游温泉 疗养保健等 地热直接利用 将地热能直接用于采暖 供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式 我国利用地热供暖和供热水发展也非常迅速 在京津地区已成为地热利用中最普遍的方式 地热供暖 地源热泵系统 原理 土壤源热泵系统是以岩土体为冷热源 由水源热泵机组 地埋管换热系统 建筑物内系统组成的供热空调系统 地源热泵系统 地埋管35m 共110根 热平衡分析 冬季供应热水进行热平衡 在冬天 我们从土壤中吸取热量 暖 冷 冬天 示意图 基本概念 地源热泵的概念 地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源 也称为地源能 包括土壤 地下水 地表水等 的既可制冷空调又可采暖和提供热水的高效节能空调技术 地源热泵通过输入少量的高品位能源 如电能 以地源能作为热泵夏季制冷的冷却源 冬季采暖供热的低温热源 同时实现建筑采暖 空调和生活热水的三联供 地源热泵系统的组成 地源热泵机组 建筑物采暖 空调或热水末端 水或空气循环 地源热泵的组成部分 压缩机蒸气 高温 冷凝器 室内加热 制冷分配子系统 低温 蒸发器 与地表的连接部分 膨胀阀液体 液体工质源 热泵 风能利用技术 风能的利用形式 风能是利用风力机将风能转化为电能 热能 机械能等各种形式的能量 用于发电 提水 助航 制冷和制热等 风力发电 微型风电机风机 蓄电池 控制器 逆变器大型风电机叶轮 传动系统 发电机 刹车系统 偏航系统 塔架 控制监测系统大型风电场并网供电 1 荷兰式风力机12世纪初荷兰人发明 曾在欧洲 荷 比 西等国 广泛使用 这可能是出现最早的水平轴风力机 水平轴风力机的结构和原理 水平轴风力机的结构 目前应用较多的是水平轴风力机 且多用螺旋桨型叶片 水平轴风力机主要包括风轮 塔架 机舱等部分 风轮是由轮毂及安装于轮毂上的若干叶片 桨叶 组成 是风力机捕获风能的部件 塔架是风力机的支撑结构 机舱内集中放置调向装置 控制装置 传动机构 发电机等 我国已经形成较为完善的风电产业链 除个别产品制造能力较弱外 大部分零部件已经实现国产化 风电机组及其构成 我国已经形成较为完善的风电产业链 除个别产品制造能力较弱外 大部分零部件已经实现国产化 风电机组及其构成 风电市场的发展 2008年占新增容量约9 总装机容量比例约1 5 占发电量约0 43 2009年占新增容量约9 总装机容量比例约2 占发电量约0 7 2010年占新增容量约15 总装机容量比例约3 2 占发电量约1 1 风电产业的发展 一片一线的布局 资源评价基础相对较差风电设备相对不成熟与负荷距离较近电网连接瓶颈小发电经济性较差安装设备 电缆 变压器等有特殊要求运输 施工挑战 资源评价基础相对较好风电设备相对成熟与负荷距离较远电网连接瓶颈大发电经济性较好配套设备较为完善施工难度小 陆上风电 海上风电 标志着我国海上风电开发正式拉开帷幕 2009年3月20日 由华锐首台3MW海上风电机组在上海东海大桥成功安装 2009年9月 东海大桥海上风电场首批三台机组并网发电 我国电力消费中首次出现海上风电电力 2009年的亮点是海上风电开始起步与部署 特许权招标项目开始启动 30多台3MW的风机开始安装与调试 我国海上风电 38 生物质能用技术 生物质 是指有机物中除化石燃料外所有来源于动 植物和微生物的物质 包括动物 植物 微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物 生物质的概念 生物质能利用 生物质是怎么形成的 怎样获得 生物质资源有何特点 我国的生物质资源情况如何 沼气是如何形成的 垃圾能否被利用 生物质燃料的类型和特点 生物质发电有哪些方式 生物质来源 未来生物质 四类生物质来源 木制品制造 包括造纸厂 锯木厂和家具生产厂城市废物 包括树枝修剪 建筑用废木 废弃的木制品和包装农作物废物 果树修剪 食品加工森林 精选裁掉的树枝 树苗等 短期生长的木本和草本作物 可以5 10年丰收一次最有前途硬木树 年产农业作物剩余物近5亿吨木材残余物1620万米3 中国生物质 其它形式的生物质 1 动物粪便动物粪便是从植物体转化而来的 富含有机物 数量也很大 发酵释放大量温室气体 若处理不善 还会对水体造成污染 2 城市垃圾城市垃圾成分比较复杂 居民生活垃圾 办公 服务业垃圾 部分建筑业垃圾和工业有机废弃物都含有大量有机物 3 有机废水工业有机废水和生活污水 往往也含有丰富的有机物 生物质能利用的形式 生物质能供热系统在工业领域的运用 问题 在工