节能原理与技术 第五章可再生能源

第五章可再生能源

概念：不会随其本省的转化或者人类的利用而日益减少。太阳能风能地热能生物质能海洋能第一节太阳能概述太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×l026W）的22亿分之一，但已高达1.73×1017W，换句话说，太阳每秒钟辐射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；地球上的化石燃料从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能的优点缺点但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。人类对太阳能的利用已有悠久历史。太阳能利用主要包括太阳能热利用和太阳能光利用。太阳能热利用应用很广，如太阳能热水、供暖和制冷；太阳能干燥农副产品、药材和木材；太阳能淡化海水；太阳能热动力发电等。太阳能光利用主要是太阳能光伏发电和太阳能制氢。太阳能利用太阳能热利用太阳能集热器太阳能集热器是把太阳辐射能转换成热能的设备，它是太阳能热利用中的关键设备。太阳能集热器按是否聚光这一主要特征可以分为非聚光和聚光两大类。平板集热器是非聚光类集热器中最简单且应用最广的集热器。它吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相等，能利用太阳的直射和漫射辐射。平板集热器的结构示意图平板集热器虽然采用了选择性吸收表面，但其热损系数仍然很大，这就限制了平板集热器在较高工作温度下的有效得热。真空管太阳能集热器与平板太阳能集热器的最大区别在于其集热部件的不同；前者的集热部件是由若干个真空太阳能集热管构成，后者是由太阳能集热板构成。在真空集热管中，吸热体被封闭在玻璃真空管内，充分发挥了选择性吸收涂层的低发射率及降低热损的作用。使总热损失降到最低，最高温度可达到120℃。

全玻璃真空集热管结构示意图1—内玻璃管；2—外玻璃管；3—选择性吸收涂层；4—真空；5—弹簧支架；6—消气剂聚光集热器的特点与结构为了更有效地利用太阳能必须提高入射阳光的能量密度，使之聚焦在较小的集热面上，以获得较高的集热温度，并减少散热损失，这就是的特点。聚光集热器通常由三部分组成：聚光器、吸收器和跟踪系统。其工作原理是：自然阳光经聚光器聚焦到吸收器上，并加热吸收器内流动的集热介质；跟踪系统则根据太阳的方位随时调节聚光器的位置，以保证聚光器的开口面与人射太阳辐射总是互相垂直的。聚光集热器太阳能热水器太阳热水器于20年代流行于美国的西南部地区。随着石油和电力价格的上升，更有效率的「太阳能热水器」和「太阳能热暖器」亦随之产生。20世纪70年代在澳大利亚、日本、以色列和前苏联就已普遍地使用。太阳能热水器是一种通过直接吸收太阳辐射能来加热热水的装置。太阳能热水器加热热水的原理与我们常说的温室效应是一个道理。具体地说，也就是太阳光透过透明玻璃板照射到黑色集热板上，黑色集热板吸收太阳光把光能转变成热能，并把热能传导给储热水箱内的水，由于太阳能热水器的保温系统有效地减少了热量损失，从而使储热水箱内的水温不断升高。太阳能热水器的组成与分类太阳能热水器通常由平板集热器、蓄热水箱和连接管道组成。按照流体流动的方式分类，可将太阳能热水器分成三大类：闷晒式、直流式和循环式。太阳能热水器自然循环定温放水式热水系统1-集热器；2-上循环管；3-循环水箱；4-电接点温度计；5-自来水；6-储水箱；7-电磁阀；8-继电器；9-下循环管太阳能采暖太阳能采暖可以分为主动式和被动式两大类。主动式是利用太阳能集热器和相应的蓄热装置作为热源来代替常规热水（或热风）采暖系统中的锅炉。而被动式则是依靠建筑物结构本身充分利用太阳能来达到采暖的目的，因此它又称为被动式太阳房。太阳房工作原理示意图太阳能干燥近年来世界各国对太阳能干燥进行了许多研究。太阳能干燥不但可以节约燃料，缩短干燥时间，而且由于采用专门的干燥室，因此干净卫生，必要时还可采用杀虫灭菌措施，既可提高产品质量，又可延长产品贮存时间。太阳能干燥器按干燥器（或干燥室）获得能量的方式可分为：集热器型干燥器，温室型干燥器，集热器－温室型干燥器。温室型干燥器太阳能海水淡化地球上的水资源中，含盐的海水占了97%，随着人口增加，大工业发展，使得城市用水日趋紧张。为了解决日益严重的缺水问题，海水淡化越来越受重视。世界上第一座太阳能海水蒸馏器是由瑞典工程师威尔逊设计、1872年在北智利建立的，面积为44504m2，日产淡水17.7吨。这座太阳能蒸馏海水淡化装置一直工作到1910年。太阳能海水淡化装置中最简单的是池式太阳能蒸馏器。还有另一类多效太阳能蒸馏器。它是一种间接太阳能蒸馏器，主要由吸收太阳能的集热器和海水蒸发器组成，并利用集热器中的热水将蒸发器中的海水加热蒸发。在干旱的沙漠地带，将咸水淡化和太阳能温室结合起来非常有前途。太阳能制冷和空调利用太阳能作为动力源来驱动制冷或者空调装置有着诱人的前景，因为夏季太阳辐射最强，也是最需要制冷的时候。太阳能制冷可以分为两类：一类是先利用太阳能发电，而后利用电能制冷；另一类则是利用太阳能集热器提供的热能去驱动制冷系统。最常用的有太阳能吸收式制冷和太阳能吸附式制冷。用太阳能光热转换驱动的太阳能制冷技术。该系统比光电转换制冷方式更经济，更容易实现。与蒸气压缩式制冷相比，吸收式制冷方式可以使用低品位热能驱动，用电量较少，可充分利用可再生能源，减少二氧化碳排放量；通常以水、氨作为制冷剂，其ODP（臭氧耗减潜能值）、GWP（全球变暖潜能值）指标为零，符合环保要求；运动部件少，运转安全可靠，噪音低。目前常用的制冷剂-吸收剂工质对有两种：一种是溴化锂-水工质对，其中水是制冷剂，溴化锂是吸收剂，由于其制冷剂是水，溴化锂-水吸收式制冷的制冷温度只能在0℃以上，多用于舒适性空调制冷冷源；由于溴化锂吸收式制冷无毒、环保、工作安全可靠，目前用作太阳能吸收式制冷空调机组绝大部分都是溴化锂吸收式制冷。另一种是氨-水工质对，其中氨是制冷剂，水是吸收剂，其制冷温度在-45~1℃范围内，可作为工艺生产过程中的冷源。同时，氨－水吸收式制冷因其制冷温度低、不需真空运行、溶液不会结晶等优点也被用作太阳能冰箱、冷库制冷机等。太阳能吸收式制冷系统示意图太阳池太阳池是一种人造的盐水池。它利用具有一定盐浓度梯度的池水作为太阳能的集热器和蓄热器，从而为大规模廉价利用太阳能开辟了广阔的途径。太阳池的原理与应用太阳