节能技术第2章

第二章新能源及可再生能源利用技术,第一节太阳能利用技术第二节地热能利用技术第三节生物质能利用技术第四节其他清洁能源利用技术,第一节太阳能利用技术一、知识结构,第一节太阳能利用技术二、了解内容,太阳能与太阳辐射的概念；我国太阳能资源分布特点；太阳能利用的七个阶段；太阳能利用技术发展方向。,第一节太阳能利用技术三、理解要点,（一）太阳能发电原理1.光电直接转换方式：利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置是太阳能电池。,第一节太阳能利用技术三、理解要点,（一）太阳能发电原理太阳能电池发电的原理：半导体的光电效应，当硅晶体中掺入其他的杂质，硅晶体中就会存在着一个空穴，当晶片受光后，PN结中的N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流，然后在PN结中形成电势差。,第一节太阳能利用技术三、理解要点,（一）太阳能发电原理2.光热电转换方式中的聚光类热发电利用聚光集热器把太阳辐射能转变成热能，然后通过汽轮机做功发电。主要有塔式、碟式、槽式发电等；非聚光类的太阳能发电技术有太阳能热气流发电方式。,第一节太阳能利用技术三、理解要点,（一）太阳能发电原理2.聚光类热发电槽式太阳能热发电技术采用抛物面槽式聚光器来收集太阳辐射能，并把光能直接转化为热能，通过换热器把水变成高温高压蒸汽做功发电。塔式太阳能热发电系统利用定日镜来跟踪太阳，把太阳光聚焦在中心吸热塔的吸热器上，在吸热器上再将光能转变为热能，然后传递给热力循环的工质，驱动汽轮机做功发电。,第一节太阳能利用技术三、理解要点,（一）太阳能发电原理2.聚光类热发电碟式太阳能发电系统采用类似于盘状的抛物面镜聚光集热器。此发电系统借助于双轴跟踪、抛物型碟式镜面将吸收的太阳能辐射集中在焦点处的接收器上，接收器将吸收的能量转化为热能，最后将热能转化为电能。,第一节太阳能利用技术三、理解要点,（一）太阳能发电原理2非聚光类热发电太阳能热气流发电利用太阳能集热棚吸收太阳的辐射能加热集热棚中的空气，使内部的空气密度变小，不断地使集热棚外部的冷空气进入系统从而形成空气循环流动，在烟囱内形成气流带动涡轮发电机发电。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（一）目前太阳能常用利用技术分类（二）太阳能直接热利用（三）太阳能光伏发电技术（四）太阳能热发电技术（五）太阳能制冷与空调,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（一）目前太阳能常用利用技术分类主要有四类：太阳能直接利用；太阳能光伏发电技术；太阳能热发电技术；太阳能制冷与空调。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（二）太阳能直接热利用1.太阳能集热器。2.太阳能热利用技术。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（二）太阳能直接热利用1.太阳能集热器。太阳能集热器是将太阳辐射能转化为可以利用的热能的转化装置，它是一种特殊的热交换器，集热器中的工质与远距离的太阳进行热交换。集热器的核心是吸热板，其向阳表面涂有黑色吸热涂层。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（二）太阳能直接热利用1太阳能集热器。按集热器工作温度范围分为高温（200以上）、中温（100200）和低温（100以下）集热器三种方式。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（二）太阳能直接热利用平板型太阳能集热器技术,优点是工艺简单，加工和运行成本低；可常压运行，无安全隐患；使用寿命长。缺点是昼夜温度不均匀，表面热损大；低于0时，易发生胀管；流动阻力分布不均，抗冻性能差；排管容易结垢。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（二）太阳能直接热利用1太阳能集热器。全玻璃真空管式太阳能集热器采用真空技术，优点是热损低，集热管热效率高。缺点是不能承压，易结垢，价格较贵。热管真空管式太阳能集热器具有工作温度高，承压能力大和耐热冲击性能好的优点。缺点是生产成本高，技术要求高。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（二）太阳能直接热利用1.太阳能集热器。聚焦型集热器利用光学系统反射器或折射器增加能量吸收表面上的太阳辐射强度。聚焦型集热器采用特定的聚焦结构设计，将太阳辐射聚集在较小的集热面上，从而可以获得很高的热流密度和集热温度。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（二）太阳能直接热利用2太阳能热利用技术利用温室原理，将太阳的能量转变为热能，并向水传递热量，从而获得热水的一种方式。太阳池就是一种集中储存太阳能的方式，并可作为热源使用。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（三）太阳能光伏发电技术光伏发电的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（三）太阳能光伏发电技术太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅、多元化合物及聚光太阳能电池。目前技术最成熟的是硅太阳能电池，多元化合物和聚光太阳能电池是未来发展方向。在能量转换效率和使用寿命等方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率略低，但价格低。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（三）太阳能光伏发电技术太阳能光伏发电系统的运行方式主要分为并网运行、离网运行和混合运行三类方式。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（四）太阳能热发电技术聚光类热发电利用聚光集热器把太阳辐射能转变成热能，然后通过汽轮机、发电机来发电，主要有塔式太阳能热发电、碟式太阳能热发电、槽式太阳能热发电等。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（四）太阳能热发电技术槽式热发电技术缺点：难实现双轴跟踪，致使余弦效应对光的损失每年平均达到30；结构庞大；辐射损失仍然随温度的升高而增加。塔式热发电最大的缺点：单位容量投资过大，降低造价比较困难。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（四）太阳能热发电技术碟式太阳能发电优点：可单机标准化生产、综合效率高、使用寿命长、较强的运行灵活性；碟式太阳能发电缺点：抛物面形状的可跟踪系统大小受制作工艺限制，发电功率一般不超过几十千瓦，制造这种小功率的斯特林发动机的主要障碍是成本高和可靠性低。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（五）太阳能制冷与空调利用太阳能制冷主要途径：一是通过光电转换将太阳能转换为电能，再用电力驱动常规压缩式制冷机进行制冷，如光电式、热电式制冷等，原理简单，容易实现，缺点是成本高；二是利用太阳能集热器等将太阳能转换为热能，利用热能为驱动力进行制冷，该途径技术要求高，但成本低，无噪声，无污染，是目前太阳能在制冷空调中应用的主要方式。,第一节太阳能利用技术四、掌握重点,（五）太阳能制冷与空调第二种太阳能制冷主要有以下五种类型：太阳能吸收式制冷系统（消耗热能）；太阳能吸附式制冷系统（消耗热能）；太阳能除湿式制冷系统（消耗热能）；太阳能蒸汽压缩式制冷系统（消耗机械能）；太阳能蒸汽喷射式制冷系统（消耗热能）。,第二节地热能利用技术一、知识结构,第二节地热能利用技术二、了解内容,地热能利用中的相关概念、分布、现状及发展方向。,第二节地热能利用技术三、理解要点,（一）地热资源分类地热资源按赋存形式可分为水热型(又分为干蒸汽型、湿蒸汽型和热水型)、干热岩型、地压型和岩浆型四大类。地热资源按温度分为高温(大于150)、中温(90149)和低温(小于89)三级。,第二节地热能利用技术三、理解要点,（二）地热发电原理地热发电技术利用地热中的高温热流体通过汽轮机做功发电，分为蒸汽型和热水型两类。蒸汽型地热发电通过将蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组发电，也称为一次蒸汽地热发电。,第二节地热能利用技术三、理解要点,（二）地热发电原理热水型地热发电通过把高温热水进行减压扩容生产二次蒸汽引入汽轮机进行发电，也称为二次蒸汽地热发电。包括闪蒸式和双循环式两种方式，闪蒸系统是指热水井中抽出的高压水在压力降低时会沸腾并闪蒸成高压蒸汽做功；在双循环系统中，地热水先流经换热器，将地热传给另一种低沸点的工作流体，使之沸腾产生蒸汽做功。,第二节地热能利用技术三、理解要点,（三）地源热泵原理地埋管地源热泵以土壤为热泵系统的冷热源，通过在地下埋设换热装置，利用水泵驱动载冷剂经过闭式循环管道，与周围土壤换热，从土壤中提取或释放热量。通过输入少量的高品位能源（如电能），可实现低温位热能向高温位转移，是利用地热能的一种有效方式,该系统又称为土壤耦合热泵系统。,第二节地热能利用技术四、掌握重点,（一）常用地热能利用技术（二）地热发电（三）地热供暖（四）地埋管地源热泵技术（五）地热制冷空调技术,第二节地热能利用技术四、掌握重点,（一）常用地热能利用技术地热发电；地热供暖；地热制冷；地埋管地源热泵技术；地热务农；地热行医。,第二节地热能利用技术四、掌握重点,（二）地热发电蒸汽型地热发电发电方式简单，包括背压式和凝汽式，但干蒸汽地热资源有限，且多存于较深的地层，开采难点大，发展受到限制。,第二节地热能利用技术四、掌握重点,（二）地热发电热水型地热发电是地热发电的主要方式，目前热水型地热电站有两种循环系统。热水型双循环式发电方式适用于含盐量大、腐蚀性强和不凝性气体含量高的地热资源。发展双循环系统的关键是开发高效的热交换器。,第二节地热能利用技术四、掌握重点,（二）地热发电联合循环地热发电系统就是把蒸汽型地热发电和热水型地热发电两种系统合二为一。发电对地热流体温度要求较高，一船要求150甚至1000以上才比较经济。,第二节地热能利用技术四、掌握重点,（三）地热供暖地热供暖系统分为直接供暖和间接供暖两类。直接供暖将地热水经过管道系统直接送往用户供暖，回水可作综合利用或回灌。对于有腐蚀性的地热水，一般采用间接供暖系统。地热供暖还可用于干燥谷物、食品。,第二节地热能利用技术四、掌握重点,（四）地埋管地源热泵技术系统由源侧环路、制冷剂环路、负荷侧环路组成。地埋管换热器有水平型、竖直型和螺旋型三种方式。地源热泵的特点有利用可再生能源、节能、性能系数高、对生态影响小等。缺点有：系统的初投资较高；易在土壤中形成“热堆积”或“冷堆积”现象。,第二节地热能利用技术四、掌握重点,（五）地热制冷空调技术利用地热水驱动吸收式制冷机,该技术要求地热水温75以上，与电压缩式制冷系统相比，节电60%以上。,第三节生物质能利用技术一、知识结构,第三节生物质能利用技术二、了解内容,生物质能利用特点、现状及发展方向。,第三节生物质能利用技术三、理解要点,（一）生物质能的利用方式由于生物质能具有可再生性和无污染等优点，被认为是最有前途的可替代能源之一。纵观国内外已有的生物质利用技术，生物质能的开发利用途径主要有以下几个方面：燃烧、热化学法、生化法、化学法、物理法等。,第三节生物质能利用技术三、理解要点,（二）生物质气化技术原理气化的主要反应原理为氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸汽或氢气等作为气化剂，在高温的条件下通过热化学反应将生物质中可燃部分转化为可燃气（主要为一氧化碳、氢气和甲烷等）的热化学反应。基本反应包括固体燃料的干燥、热分解反应、还原反应和氧化反应四个过程。,第三节生物质能利用技术三、理解要点,（三）生物质制沼气原理人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内,在厌氧（没有氧气）条件下,经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（一）生物质制取固体燃料技术（二）生物质制取气体燃料技术（三）生物质制取液体燃料技术（四）生物质燃烧技术（五）生物质发电技术特点及存在的问题,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（一）生物质制取固体燃料技术生物质固化成型技术是将各类生物质原料经粉碎、干燥、高压成型等环节使原来分散的、没有一定形状的原料压缩成具有一定几何形状、密度较大的成型燃料。生物质固化成型技术主要有热成型、常温成型和炭化成型三种。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（一）生物质制取固体燃料技术根据秸秆压缩成型机工作原理的不同，可将秸秆固化成型机分为三大类，即螺旋挤压成型机、活塞冲压成型机和压辊式成型机。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（二）生物质制取气体燃料技术1.气化技术分类、设备、技术特点根据燃气生产机理可分为热解气化和反应性气化，其中后者又可根据气化介质的不同细分为空气气化、水蒸汽气化、氧气气化、氢气气化；根据采用的气化反应炉的不同又可分为固定床气化、流化床气化和气流床气化。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（二）生物质制取气体燃料技术1.气化技术分类、设备、技术特点生物质气化炉是生物质转变为生物质燃气的核心部件。气化炉大体上可分为两大类：固定床气化炉和流化床气化炉。(1)固定床气化炉设备结构简单、易于操作、可以实现多种生物质原料的热解气化、投资少等。但是得到的生物质燃气热值低，且生物质气焦油含量高，容易造成管路堵塞。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（二）生物质制取气体燃料技术1.气化技术分类、设备、技术特点(2)流化床气化炉具有气固接触混合良好，停留时间短，受热均匀，加热迅速，气化反应速度快，气化强度大，可以频繁启停，可燃气得率高，可燃气中焦油含量较小，综合经济性好等优点。其缺点是出炉的可燃气中含有较多的灰分，设备结构复杂，投资较大。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（二）生物质制取气体燃料技术2.生物质制沼气技术条件沼气细菌；严格密闭的沼气发酵池；充足的发酵原料；发酵液浓度适当；适宜的温度；适宜的酸碱度；充分搅拌。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（三）生物质制取液体燃料技术乙醇生产方法可概括为两大类：发酵法和化学合成法，我国乙醇生产以发酵法为主。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（三）生物质制取液体燃料技术生物质热裂解也称生物质热解，是指生物质在基本无氧气（与空气隔绝）的情形下，通过热化学转换，生成炭、液体和气体产物的过程。热裂解液化的一般工艺流程包括物料的干燥、粉碎、热裂解、产物炭和灰的分离、气态生物油的冷却和生物油的收集。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（三）生物质制取液体燃料技术植物油是指利用含油植物经过压榨、提炼、萃取和精炼等处理得到的油料。根据油品的组分不同，可以分别作为食用油、工业原料及液体燃料。生物柴油则是以各种油脂（包括植物油、动物油脂、废餐饮油等）为原料，经过一系列加工处理过程而生产出的一种液体燃料。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（四）生物质燃烧技术联合炉排锅炉是指在锅炉的燃烧设备中采用两套不同的炉排联合使用，其中前边炉排为倾斜往复炉排，后面的炉排为重型鳞片式炉排，并呈上下搭接状态，运行中前边的炉排做为预燃并控制燃料量，后边的炉排控制燃尽速度。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（四）生物质燃烧技术采用生物质燃料的流化床技术（CFB）具有较广的燃料适应性，是大规模高效利用生物废料最有前途的技术之一。生物质与煤的混合燃烧技术可以大致分为直接混合燃烧、间接混合燃烧和并联燃烧三种类型。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,（五）生物质发电技术特点及存在的问题生物质发电主要有混燃发电、直燃发电、气化发电和沼气发电四种类型。混燃发电技术成熟，投资少，效益好，比较适合于原有燃煤电站的改造。,第三节生物质能利用技术四、掌握重点,