可再生能源技術及其應用.ppt

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可再生能源技術及其應用,主要內容,概述 太陽能利用技術 地熱能利用技術 風能利用技術 生物質能利用技術 新能源開發(fā)與利用產業(yè)政策,,能源根據應用范圍、技術成熟程度及經濟性分為常規(guī)能源和新能源兩大類。 常規(guī)能源是指那些技術上比較成熟，已被人類廣泛利用，在生產和生活中起著重要作用的能源,例如煤炭、石油、天然氣、水能等。在今后一個相當長的時期內，它們仍將擔任世界能源舞臺上的主角。 新能源是指開發(fā)利用較少或正在開發(fā)研究但很有發(fā)展前途，今后將越來越重要的能源，如太陽能、地熱能、生物質能、氫能、海洋能和潮汐能等。,基本概念,新能源分類,可再生能源的概念 可再生能源是指從自然界可以直接獲取、可連續(xù)再生、永續(xù)利用的一次能源。這些能源基本上直接或間接來自太陽。 在自然界可不斷再生并有規(guī)律地得到補充的能源：水力、生物質能、太陽能、風力、地熱、海洋能、畜力等。,可再生能源,可再生能源的機遇和挑戰(zhàn),資源廣泛 發(fā)電成本高 技術不斷進步,資源廣泛 收集利用成本高 液體燃料,資源？ 發(fā)電成本？ 技術進步？,資源評價 應用領域,資源潛力 技術水平 產業(yè)基礎 市場經濟性 其它制約因素 土地 水資源 生態(tài)/環(huán)境 社會,安全性擔憂 裝備供應能力 發(fā)電能力穩(wěn)定,移民壓力 生態(tài)壓力,技術和經濟性仍是可再生能源發(fā)展的最大制約最大因素,市場機制和管理體系不能適應可再生能源大規(guī)模發(fā)展需要,8,太陽能利用技術,太陽能的利用方式,太陽能的利用方式目前有四種： 光—熱轉換 光—熱—電轉換 光—電轉換 光—化學能轉換,,,,,,,,,,,,,,光熱轉換,光化轉換 光合作用,空氣、地表吸熱,煤炭,食物中的化學能,空氣變熱形成風,水蒸氣形成雨雪,,光電轉換,,航天器,,光熱電轉換,太陽能發(fā)電,家用系統(tǒng),利用熱虹吸原理,,冷水補充,輔助電熱器,熱水供應,太陽能熱水系統(tǒng),太陽能熱發(fā)電,太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的構成,太陽能蒸汽熱動力發(fā)電的原理和傳統(tǒng)火力發(fā)電的原理類似，所采用的發(fā)電機組和動力循環(huán)都基本相同。 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，由集熱部分、熱傳輸部分、蓄熱與熱交換部分和汽輪發(fā)電部分組成。,光—電轉換,光—電轉換是用硅、砷化鎵等半導體材料直接將太陽能轉換成電能，通常稱太陽能電池。目前，硅太陽能電池的理論效率為22%，在實驗室最高達到18%，大量生產時太陽能電池的效率只有10%左右。太陽能電池造價高昂，最初應用于空間技術，有90%的人造衛(wèi)星和宇宙飛船都采用太陽能電池供電。 太陽能電池與蓄電池配合，已廣泛用于燈塔，航標燈，科學觀測站等場所；用太陽能電池驅動的電動汽車已設計成功。,電池、 模組及陣列,,,,電氣負載,DC直流電流,磷元素摻雜（N型） 硅層~0.3微米,光伏 電池,硼元素摻雜（P型） 硅層~250微米,光伏(PV)系統(tǒng)工作原理,能量源：如太陽,能量轉換：光能-直流電能,能量（電能）的“逆變”與“調節(jié)”: 直流-交流（與市電同頻同相）,能量配送,能量 儲存,市電,能量使用,,,,,,,奧運史上規(guī)模最大的太陽能熱水項目,,,在奧運會期間，為 18,212 名運動員提供生活熱水，安裝面積為7,500m2，日產熱水達 600 噸； 每年節(jié)電 5,000,000kWh，減少CO2 排放3,800 噸； 是奧運史上規(guī)模最大的太陽能熱水項目。,20 08,北京奧運會,地熱能利用技術,地表熱導率較低 熱阻起伏不定,云層吸收 4%的能量,大氣層分散了 8%的能量,水汽、臭氧層、塵埃吸收了 19%的能量,云層反射 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,地熱能的來源,對于不同溫度的地熱流體可能利用的范圍如下： 1、200～400℃直接發(fā)電及綜合利用； 2、150～200℃雙循環(huán)發(fā)電，制冷，工業(yè)干燥，工業(yè)熱加工； 3、100～150℃雙循環(huán)發(fā)電，供暖，制冷，工業(yè)干燥，脫水加工，回收鹽類，罐頭食品； 4、50～100℃供暖，溫室，家庭用熱水，工業(yè)干燥； 5、20～50℃沐浴，水產養(yǎng)殖，飼養(yǎng)牲畜，土壤加溫，脫水加工。,地熱能的利用方式,地熱發(fā)電,地熱發(fā)電的基本原理與火力發(fā)電類似，也是根據能量轉換原理，首先把地熱能轉換為機械能，再把機械能轉換為電能。,地熱直接利用,地熱能直接利用于烹飪、沐浴及暖房，已有悠久的歷史。至今，天然溫泉與人工開采的地下熱水仍被人類廣泛使用。據聯(lián)合國統(tǒng)計，世界地熱水的直接利用遠遠超過地熱發(fā)電。中國的地熱水直接利用居世界首位，其次是日本。 地熱水的直接用途非常廣泛，主要有采暖空調、工業(yè)烘干、農業(yè)溫室、水產養(yǎng)殖、旅游溫泉、療養(yǎng)保健等。,,地熱直接利用,將地熱能直接用于采暖、供熱和供熱水是僅次于地熱發(fā)電的地熱利用方式。我國利用地熱供暖和供熱水發(fā)展也非常迅速，在京津地區(qū)已成為地熱利用中最普遍的方式。,地熱供暖,地源熱泵系統(tǒng),原理：土壤源熱泵系統(tǒng)是以巖土體為冷熱源，由水源熱泵機組、地埋管換熱系統(tǒng)、建筑物內系統(tǒng)組成的供熱空調系統(tǒng)。,地源熱泵系統(tǒng)——地埋管35m，共110根，熱平衡分析，冬季供應熱水進行熱平衡。,在冬天， 我們從土壤中吸取熱量,暖,冷,冬天,（示意圖）,基本概念,地源熱泵的概念,地源熱泵技術是一種利用地下淺層地熱資源（也稱為地源能，包括土壤、地下水、地表水等）的既可制冷空調又可采暖和提供熱水的高效節(jié)能空調技術。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），以地源能作為熱泵夏季制冷的冷卻源、冬季采暖供熱的低溫熱源，同時實現(xiàn)建筑采暖、空調和生活熱水的三聯(lián)供。,地源熱泵系統(tǒng)的組成,地源 熱泵 機組,建筑物采暖、空調或熱水末端,,水或 空氣 循環(huán),地源熱泵的組成部分,壓縮機 蒸氣,高溫,冷凝器,室內 加熱/制冷 分配子系統(tǒng),低溫,蒸發(fā)器,與地表的連接部分,膨脹閥 液體,“液體工質源” 熱泵,風能利用技術,風能的利用形式,風能是利用風力機將風能轉化為電能、熱能、機械能等各種形式的能量，用于發(fā)電、提水、助航、制冷和制熱等,風力發(fā)電,微型風電機 風機、蓄電池、控制器、逆變器 大型風電機 葉輪；傳動系統(tǒng)；發(fā)電機； 剎車系統(tǒng)；偏航系統(tǒng)；塔架；控制監(jiān)測系統(tǒng) 大型風電場 并網供電,(1)荷蘭式風力機 12世紀初荷蘭人發(fā)明，曾在歐洲(荷、比、西等國)廣泛使用。這可能是出現(xiàn)最早的水平軸風力機。,水平軸風力機的結構和原理,水平軸風力機的結構,目前應用較多的是水平軸風力機，且多用螺旋槳型葉片。 水平軸風力機主要包括風輪、塔架、機艙等部分。,－風輪是由輪轂及安裝于輪轂上的若干葉片(槳葉)組成，是風力機捕獲風能的部件； －塔架是風力機的支撐結構； －機艙內集中放置調向裝置、 控制裝置、傳動機構、發(fā)電機等。,我國已經形成較為完善的風電產業(yè)鏈，除個別產品制造能力較弱外，大部分零部件已經實現(xiàn)國產化,風電機組及其構成,我國已經形成較為完善的風電產業(yè)鏈，除個別產品制造能力較弱外，大部分零部件已經實現(xiàn)國產化,風電機組及其構成,風電市場的發(fā)展,2008年 占新增容量約9% 總裝機容量比例約1.5% 占發(fā)電量約0.43% 2009年 占新增容量約9% 總裝機容量比例約2% 占發(fā)電量約0.7% 2010年 占新增容量約15% 總裝機容量比例約3.2% 占發(fā)電量約1.1%,風電產業(yè)的發(fā)展：一片一線的布局,資源評價基礎相對較差 風電設備相對不成熟 與負荷距離較近 電網連接瓶頸小 發(fā)電經濟性較差 安裝設備、電纜、變壓器等有特殊要求 運輸、施工挑戰(zhàn),資源評價基礎相對較好 風電設備相對成熟 與負荷距離較遠 電網連接瓶頸大 發(fā)電經濟性較好 配套設備較為完善 施工難度小,陸上風電,海上風電,標志著我國海上風電開發(fā)正式拉開帷幕。,2009年3月20日，由華銳首臺3MW海上風電機組在上海東海大橋成功安裝,2009年9月，東海大橋海上風電場首批三臺機組并網發(fā)電,我國電力消費中首次出現(xiàn)海上風電電力,2009年的亮點是海上風電開始起步與部署，特許權招標項目開始啟動，30多臺3MW的風機開始安裝與調試。,我國海上風電,38,生物質能用技術,生物質，是指有機物中除化石燃料外所有來源于動、植物和微生物的物質， 包括動物、植物、微生物以及由這些生命體排泄和代謝的所有有機物。,生物質的概念,生物質能利用,生物質是怎么形成的，怎樣獲得？ 生物質資源有何特點？ 我國的生物質資源情況如何？ 沼氣是如何形成的？ 垃圾能否被利用？ 生物質燃料的類型和特點？ 生物質發(fā)電有哪些方式？,生物質來源,未來生物質,四類生物質來源,,,木制品制造：包括造紙廠、鋸木廠和家具生產廠 城市廢物：包括樹枝修剪、建筑用廢木、廢棄的木 制品和包裝 農作物廢物：果樹修剪、食品加工 森林：精選裁掉的樹枝、樹苗等,短期生長的木本和草本作物， 可以5～10年豐收一次最有前途硬木樹,年產農業(yè)作物剩余物近5億噸 木材殘余物1620萬米3,,中國生物質,其它形式的生物質,（1）動物糞便 動物糞便是從植物體轉化而來的，富含有機物，數(shù)量也很大。 發(fā)酵釋放大量溫室氣體；若處理不善，還會對水體造成污染。,（2）城市垃圾 城市垃圾成分比較復雜，居民生活垃圾，辦公、服務業(yè)垃圾， 部分建筑業(yè)垃圾和工業(yè)有機廢棄物都含有大量有機物。,（3）有機廢水 工業(yè)有機廢水和生活污水，往往也含有豐富的有機物。,生物質能利用的形式,生物質能供熱系統(tǒng)在工業(yè)領域的運用,問題-在工業(yè)領域中的： 規(guī)模和復雜度之故，通常不允許自動運行 污染物之故，在某些特別領域，可能會限制應用 優(yōu)點-在工業(yè)領域中的： 該系統(tǒng)通常很適合工業(yè)工藝過程的負荷： 其可以滿足連續(xù)供熱需求 其可以全年以額定產能全速運行 最大程度地節(jié)省燃料,生物質燃燒系統(tǒng)(BCS)： 總體布局,生物質燃料 運輸交付,生物質燃料 儲存,生物質 燃料 輸送,熱水 供應,熱 交換,集塵,排放 系統(tǒng) 及 堆場,燃燒室,生物質燃料回收,除灰及儲存,