清潔能源(陳金強(qiáng)班,個(gè)人整理,僅供參考)

1、什么是能源？廣義地講，能源即能夠向人類提供能量的自然資源。如煤和石油等化石能源提供熱能，水力和風(fēng)力提供機(jī)械能，地?zé)崽峁崮?，太?yáng)提供電磁輻射能（可轉(zhuǎn)化為熱能或電能）。 許多自然過(guò)程都產(chǎn)生一定的能量，甚至普通的垃圾也可以產(chǎn)生能量，但轉(zhuǎn)化的數(shù)量和轉(zhuǎn)化的難易程度則差異極大。因此能源又可定義為較集中而又較容易轉(zhuǎn)化的含能物質(zhì)或含能資源。能源分類 1）按開發(fā)利用的情況： 常規(guī)能源：煤、石油、天然氣、水能、核能等。 新能源：太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、核聚變?nèi)剂系取?） 按開發(fā)的步驟： 一次能源: 煤、石油、天然氣、風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、海洋能等?二次能源: 電力、煤氣、汽油、沼氣、氫氣

2、甲醇、酒精等。3） 按能否再生： 可再生能源：水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿龋?非再生能源：煤、石油、天然氣、核能等。4）按開發(fā)利用過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染情況： 清潔能源：太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、海洋能等； 非清潔能源：煤、石油、天然氣等。一次能源：指直接取自自然界沒有經(jīng)過(guò)加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源。（分為可再生能源和非再生能源）可再生能源應(yīng)是清潔能源或綠色能源，它包括：太陽(yáng)能、水力、風(fēng)力、生物質(zhì)能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能等等；是可以循環(huán)再生、取之不盡、用之不竭的初級(jí)資源 非再生能源包括：原煤、原油、天然氣、油頁(yè)巖、核能等，它們是不能再生的，用掉一點(diǎn)，便少一點(diǎn)。 二次能源:是指由一次

3、能源經(jīng)過(guò)加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源產(chǎn)品。例如：電力、蒸汽、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、酒精、沼氣、氫氣和焦炭等等。二次能源是聯(lián)系一次能源和能源終端用戶的中間紐帶。二次能源又可分為“過(guò)程性能源”和“合能體能源”。過(guò)程性能源和合能體能源是不能互相替代的，各有自己的應(yīng)用范圍。 表1-2一次能源、二次能源、可再生能源、不可再生能源分類表一次能源可再生能源直接太陽(yáng)輻射、生物質(zhì)、風(fēng)、流水、海浪、潮汐、海流、海水溫差、地?zé)崴?、地?zé)嵴羝釒r層不可再生能源化石燃料（煤、石油、天然氣、油頁(yè)巖、可燃冰）、核燃料（鈾、釷、钚、氘等）二次能源電能、氫能、汽油、煤油、柴油、火藥、酒精、甲醇、丙烷、苯胺、焦炭、硝化棉

4、、硝化甘油等圖1-3. 能量的各種形式和轉(zhuǎn)換太陽(yáng)常數(shù) 就是指在平均日地距離，垂直于太陽(yáng)輻射的大氣外層平面上，單位時(shí)間、單位面積上所接收的太陽(yáng)輻射能，國(guó)際上通常取 1357W/m2在大氣層之外，在一年中的某一天單位時(shí)間、單位垂直面積上所接收到的太陽(yáng)輻射能可用下式計(jì)算： D：日地距離， D0：日地距離，IC：太陽(yáng)常數(shù)，n：從元旦算起的天數(shù) 太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換原理 太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換是指太陽(yáng)的輻射能光子通過(guò)半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程，通常叫做“光伏效應(yīng)”，太陽(yáng)電池就是利用這種效應(yīng)制成的。 當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過(guò)。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，

5、另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價(jià)電子碰撞，于是產(chǎn)生電子空穴對(duì)。這樣，光能就以產(chǎn)生電子空穴對(duì)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、如果半?dǎo)體內(nèi)存在Pn結(jié)，則在P型和n型交界面兩邊形成勢(shì)壘電場(chǎng)，能將電子驅(qū)向n區(qū)，空穴驅(qū)向P區(qū)，從而使得n區(qū)有過(guò)剩的電子，P區(qū)有過(guò)剩的空穴，在Pn結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反光的生電場(chǎng)。若分別在P型層和n型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過(guò)。如此形成的一個(gè)個(gè)電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來(lái)，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。熱力學(xué)定律熱力學(xué)第零定律：如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)溫度相 等，那么這兩個(gè)系統(tǒng)溫度也相等，或者說(shuō)兩者處于熱力學(xué)平衡。 熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律）

6、：在存在著物質(zhì)進(jìn)出、做功交換和熱量傳遞的熱力學(xué)系統(tǒng)，其內(nèi)能的變化（增加）恒等于物質(zhì)進(jìn)出系統(tǒng)所帶入的凈的能量、傳遞給系統(tǒng)的凈的熱量、外界對(duì)系統(tǒng)所做的凈功這三者之和。 熱力學(xué)第二定律：有開爾文普朗克表述和克勞休斯表述，對(duì)能量轉(zhuǎn)換的方向提出了限制。 熱力學(xué)第三定律：當(dāng)溫度趨向于絕對(duì)零度時(shí)，凝聚態(tài)的熵變也趨向于零。熱力學(xué)第二定律及其推論開爾文敘述:熱機(jī)必須工作于高溫?zé)嵩春偷蜏乩湓粗g。熱機(jī)從高溫?zé)嵩传@得熱量，向外做功，同時(shí)必須向低溫冷源放熱，排出部分熱量，因此熱機(jī)效率永遠(yuǎn)小于1。 克勞休斯敘述：熱只能從高溫自發(fā)地傳到低溫，而不能相反。把熱從低溫物體傳到高溫物體是可能的，但要對(duì)外界產(chǎn)生其它影響。注意效率

7、計(jì)算。（熱機(jī)或熱泵)太陽(yáng)能制冷的熱力學(xué)原理 由熱力學(xué)定律可知，熱量(能)只能自動(dòng)地從溫度較高的物體傳導(dǎo)到溫度較低的物體，所以說(shuō)物體自然冷卻的過(guò)程，只能使被冷卻的物體之溫度達(dá)到周圍環(huán)境的溫度。如果要使物體的溫度降低到比其周圍的環(huán)境溫度更低，就得由外力做功，即由人工制冷(制冷機(jī))來(lái)完成。人工制冷和用水泵從井中抽水很相似， 如圖1-2.。將水自低處移到高處，必須通過(guò)水泵消耗電能做功來(lái)實(shí)現(xiàn)；要實(shí)現(xiàn)低溫物體向高溫物體傳熱，必須像水泵那樣，通過(guò)壓縮機(jī)消耗電能做功，使低溫物體的熱量和壓縮機(jī)做功所產(chǎn)生的熱量一起傳向高溫物體(周圍環(huán)境)。制冷原理 制冷技術(shù)，就是利用制冷劑在比較低的溫度下，其狀態(tài)改變時(shí)能吸收較大

8、的熱量而其本身的溫度卻不改變的特性，例如H2由液體變成氣體的沸點(diǎn)為一298，此溫度下，F(xiàn)12由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，每kg需吸收約40ka1(168U)的熱量，而其本身的溫度卻不變。電冰箱就是利用這一原理制成的。為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷，就要有一個(gè)使液態(tài)制冷劑不斷蒸發(fā)(汽化)和冷凝(液化)的制冷系統(tǒng)，使其周而復(fù)始地工作下去。我們稱這種周而復(fù)始的工作方式為制冷循環(huán)。 一般情況下，制冷循環(huán)系統(tǒng)包括四個(gè)基本部分，即制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥(毛細(xì)管)和蒸發(fā)器。壓縮機(jī)吸入從蒸發(fā)器出來(lái)的較低壓力的工質(zhì)蒸汽，使之壓力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成壓力較高的液體，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后，成為壓力較低的液體后，送入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)

9、器中吸熱蒸發(fā)而成為壓力較低的蒸汽，從而完成制冷循環(huán)?；鹆Πl(fā)電系統(tǒng)工作原理 所謂火力發(fā)電，就是將從煤炭、石油和天然氣等燃料所得到的熱能變換成機(jī)械能，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能的發(fā)電方式?；鹆Πl(fā)電有汽輪機(jī)發(fā)電、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電和燃?xì)廨啺l(fā)電等方式。通常所說(shuō)的火力發(fā)電，主要是指汽輪機(jī)發(fā)電，也就是利用燃料在鍋爐中燃燒得到的熱能將水加熱成為蒸汽，蒸汽沖動(dòng)汽輪機(jī)，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電?；鹆Πl(fā)電系統(tǒng)由鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等主要設(shè)備和許多附屬設(shè)備組成。火力發(fā)電的原理 燃料燃燒產(chǎn)生的熱能將鍋爐中的水加熱產(chǎn)生濕飽和蒸汽，濕飽和蒸汽通過(guò)輸汽管時(shí)繼續(xù)加熱成為干飽和蒸汽，再經(jīng)過(guò)過(guò)熱器進(jìn)一步加熱成為過(guò)熱蒸汽。高溫高壓的過(guò)熱蒸汽通

10、過(guò)汽輪機(jī)噴嘴后，壓力和溫度降低，體積膨脹，流速增高，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。汽輪機(jī)排出的低溫低壓蒸汽送進(jìn)凝汽器凝結(jié)成水，再送入鍋爐循環(huán)使用。火力發(fā)電過(guò)程中，燃料的熱能要經(jīng)過(guò)鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)才能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽阱仩t和汽輪機(jī)等處都有能量損失，其熱效率只有30-40左右。太陽(yáng)能熱發(fā)電的類型和特點(diǎn) 太陽(yáng)能是一種能流密度很低的能源，若要提高經(jīng)濟(jì)效益，就必須提高熱機(jī)效率和規(guī)模大型化。太陽(yáng)輻射能很容易以極高的效率轉(zhuǎn)換為熱能，但把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣t受到限制。熱力學(xué)第二定律和卡諾定律闡述了熱轉(zhuǎn)換為功的條件和最大轉(zhuǎn)換效率，提高熱機(jī)效率的主要途徑是提高熱源溫度。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)分類

11、：塔式電站、碟式電站、槽式電站、太陽(yáng)能煙囪發(fā)電系統(tǒng)塔式電站 塔式電站的優(yōu)點(diǎn)是聚光倍數(shù)高，容易達(dá)到較高的工作溫度；能量集中過(guò)程由反射光一次完成，方法簡(jiǎn)捷有效；吸收器散熱器面積相對(duì)較小，光熱轉(zhuǎn)換效率高。但塔式電站建設(shè)費(fèi)用高，其中反射鏡的費(fèi)用占50%以上。太陽(yáng)能塔式電站的總體效率可以達(dá)到20%。塔式電站的致命缺點(diǎn)是太陽(yáng)能電站規(guī)模越大，反射鏡陣列的占的面積越大，吸收塔的高度也要提升。塔式、槽式和碟式三種電站技術(shù)比較：塔式電站和碟式拋物鏡集熱器分散布置式電站均為點(diǎn)聚焦，聚光倍數(shù)高達(dá)500以上。碟式效率最高但系統(tǒng)復(fù)雜。但塔式電站的跟蹤代價(jià)高，碟式電站的能量集中代價(jià)大，二者受到了目前技術(shù)水準(zhǔn)的限制，實(shí)現(xiàn)商業(yè)

12、化尚需時(shí)日。槽式電站是線聚焦，聚光倍數(shù)小于100。但槽式電站跟蹤精度低，導(dǎo)致控制代價(jià)小，同時(shí)采用管狀吸收器，工作介質(zhì)受熱流動(dòng)同時(shí)集中能量。槽式電站的總體代價(jià)相對(duì)小，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)提高，所以目前槽式電站發(fā)展迅速。太陽(yáng)電池分類1. 按照基體材料分類： 晶硅太陽(yáng)電池，包括：?jiǎn)尉Ч韬投嗑Ч杼?yáng)電池 ；非晶硅太陽(yáng)電池 ；薄膜太陽(yáng)電池 ；化合物太陽(yáng)電池，包括：砷化鎵電池；硫化鎘電池；碲化鎘電池；硒銦銅電池等 ；有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)電池 等。2. 按照結(jié)構(gòu)分類： 同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池、異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池、肖特基結(jié)太陽(yáng)電池、復(fù)合結(jié)太陽(yáng)電池、液結(jié)太陽(yáng)電池等3. 按照用途分類：空間太陽(yáng)電池、地面太陽(yáng)電池、光敏傳感器4. 按照工作方

13、式分類：平板太陽(yáng)電池、聚光太陽(yáng)電池多晶硅太陽(yáng)電池制作工藝與單晶硅太陽(yáng)電池差不多，但是多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約12左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率為14.8%的世界最高效率多晶硅太陽(yáng)能電池)。 從制作成本上來(lái)講，比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些，材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短。P-N結(jié)的光伏效應(yīng) 當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，一部分光將深入到半導(dǎo)體及P-N結(jié)內(nèi)部。半導(dǎo)體中的電子吸收了能量大于禁帶寬度的光子后，發(fā)生帶間躍遷，在勢(shì)壘區(qū)附近產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)。在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下

14、，勢(shì)壘區(qū)內(nèi)及其附近擴(kuò)散到勢(shì)壘區(qū)的光生空穴被掃向P區(qū)，光生電子被掃向N區(qū)；從而在P區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存大量過(guò)剩的空穴，形成空穴積累，在N區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存大量過(guò)剩的電子，形成電子積累。這種積累使P區(qū)端電勢(shì)升高，N區(qū)端電勢(shì)降低，其效果是中和了部分空間電荷，使P-N結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用減弱勢(shì)壘高度降低，從而在P-N結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)，產(chǎn)生光生電壓，這就是P-N結(jié)的光生伏特效應(yīng)，簡(jiǎn)稱光伏效應(yīng)。太陽(yáng)能電池的效率分析圖中光線表示有一部分光線在表面被反射回去。光線表示在接近電池表面被吸收的光線，它們可以產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，但是這些少數(shù)載流子在達(dá)到P-N結(jié)之前又復(fù)合還原，對(duì)外不產(chǎn)生光生電壓，它們大部分是吸收系數(shù)較大的

15、短波光線。光線表示在P-N結(jié)附近被吸收生成電子-空穴對(duì)的光線，這些電子-空穴對(duì)被P-N結(jié)的漂移作用分離而產(chǎn)生光生電壓，這是使太陽(yáng)能電池能夠發(fā)電的有用光線。光線表示在電池片深處、離P-N結(jié)較遠(yuǎn)的地方被吸收的光線，也產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，僅在到達(dá)P-N結(jié)之前又被復(fù)合，不產(chǎn)生光生電壓表示被電池吸收，但是出于能量較小，不能產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的光線，這部分能量加熱太陽(yáng)能電池，使太陽(yáng)能電池溫度上升。光線表示未被電池吸收而透射過(guò)去的光線可以看出。 能夠產(chǎn)少光生電壓的是光線，盡可能增加它的數(shù)量，才能提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。光電轉(zhuǎn)換效率是指受光照的單體太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的最大輸出電功率與入射到該電池受光幾何平面面

16、積上的全部光的輻射功率的百分比。對(duì)于單晶硅太陽(yáng)能電池，理論上限是27%，目前研究得到的最大值為24%左右。并聯(lián)時(shí)需要工作電壓相同的組件，并在每一條并聯(lián)線路串接阻塞二極管。串聯(lián)時(shí)需要工作電流相同的組件，并為每個(gè)組件并接旁路二極管。阻塞二極管是用來(lái)控制光伏系統(tǒng)中的電流的，任何一個(gè)獨(dú)立光伏系統(tǒng)都必須有防止從蓄電池流向陣列的反向電流的方法或有保護(hù)失效單元的方法。如果控制器沒有這項(xiàng)功能的話，就要用到阻塞二極管。一串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽(yáng)電池組件，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其他有光照的太陽(yáng)電池組件所產(chǎn)生的能量。被遮蔽的太陽(yáng)電池組件此時(shí)會(huì)發(fā)熱，這就是熱斑效應(yīng)。這種效應(yīng)能嚴(yán)重的破壞太陽(yáng)電池。有光照的太陽(yáng)電池所產(chǎn)生的部分能

17、量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽(yáng)電池由于熱斑效應(yīng)而遭受破壞，最好在太陽(yáng)電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被受遮蔽的組件所消耗。 太陽(yáng)能電池組件方陣(a) 縱聯(lián)橫并；(b)橫聯(lián)縱并圖示為同樣64塊太陽(yáng)能電池組件分別用4并8串方式組成方陣。在圖中可以看到，當(dāng)遇到有局部陰影時(shí)，(a)中連接的總線電壓下降，輸出電池也大幅下降，系統(tǒng)有可能不能正常工作；而(b)中連接的總線電壓可保持不變，雖然少了一組電流，但系統(tǒng)卻能正常工作。 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的影響隨著技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展，當(dāng)光伏發(fā)電的上網(wǎng)電量在電網(wǎng)中與火電廠，水電，核電等電廠的發(fā)電量處于可比較的數(shù)量級(jí)和成為不

18、可忽略的一部分時(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電將對(duì)現(xiàn)有發(fā)電模式和電網(wǎng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策和環(huán)境效益帶來(lái)如下問(wèn)題：1. 負(fù)荷峰谷對(duì)電網(wǎng)的影響。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備調(diào)峰和調(diào)頻能力，這將對(duì)電網(wǎng)的早峰負(fù)荷和晚峰負(fù)荷造成沖擊。因?yàn)楣夥⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)增加的發(fā)電能力并不能減少電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的擁有量或冗余，所以電網(wǎng)必須為光伏發(fā)電系統(tǒng)準(zhǔn)備相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組來(lái)解決早峰和晚峰的調(diào)峰問(wèn)題。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)供電是以機(jī)組利用小時(shí)數(shù)下降為代價(jià)的。當(dāng)然是發(fā)電商所不愿意看到的。2. 晝夜變化，東西部時(shí)差以及季節(jié)的變化對(duì)電網(wǎng)的影響。由于陽(yáng)光和負(fù)荷出現(xiàn)的周期性，光伏并網(wǎng)發(fā)電量的增加并不能減少對(duì)電網(wǎng)裝機(jī)容量的需求。 3. 氣象條件的變化。

19、當(dāng)一個(gè)城市的光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，如果地理氣象出現(xiàn)大幅變化，電網(wǎng)將為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供足夠的區(qū)域性旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組和無(wú)功補(bǔ)償容量，來(lái)控制和調(diào)整系統(tǒng)的頻率和電壓。在這種情況下，電網(wǎng)將以犧牲經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式為代價(jià)來(lái)保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4. 遠(yuǎn)距離光伏電能輸送。當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電遠(yuǎn)距離輸送電力在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上成為可能時(shí)，由于光伏并網(wǎng)發(fā)電沒有旋轉(zhuǎn)慣量，調(diào)速器及勵(lì)磁系統(tǒng)，它將給交流電網(wǎng)帶來(lái)新的穩(wěn)定問(wèn)題。如果光伏并網(wǎng)發(fā)電形成規(guī)模采用高壓交直流送電，將會(huì)給與光伏發(fā)電直流輸電系統(tǒng)相鄰的交流系統(tǒng)帶來(lái)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，（專門用于光伏并網(wǎng)發(fā)電的輸電線路，由于使用效率低，將對(duì)荒漠太陽(yáng)能的利用形成制約。用于借道或者兼顧

20、輸送光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)電能的輸電線路，由于負(fù)荷率低下，顯得很不經(jīng)濟(jì)。）不論采用高壓交流或直流送出，光伏并網(wǎng)發(fā)電站都必須配備自動(dòng)無(wú)功調(diào)壓裝置。至于對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的影響，目前還未見到光伏發(fā)電在電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算中的數(shù)學(xué)模型（包括電源模型和負(fù)荷模型）。 5. 降耗問(wèn)題。光伏并網(wǎng)發(fā)電的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是可替代礦物燃料的消耗。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電增加了發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)備用或者是熱備用，因此，光伏并網(wǎng)發(fā)電的實(shí)際降耗比率應(yīng)該扣除旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組或熱備用機(jī)組損失的能量。光伏并網(wǎng)發(fā)電的降耗效率應(yīng)該考慮到由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供的電力導(dǎo)致發(fā)電公司機(jī)組利用小時(shí)數(shù)降低帶來(lái)的效率損失。 6. 環(huán)保問(wèn)題。光伏發(fā)電帶來(lái)的減排效果是否應(yīng)該只考慮火

21、電排放的二氧化硫和二氧化碳還有待討論，因?yàn)楫?dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，同樣電網(wǎng)在考慮電網(wǎng)安全，穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，往往減少出力的不僅僅是火電廠，因而考慮旋轉(zhuǎn)備用時(shí)，也不僅僅只由水電廠來(lái)承擔(dān)旋轉(zhuǎn)備用的任務(wù)（水電廠承當(dāng)旋轉(zhuǎn)備用任務(wù)時(shí)同樣要損失水能）。因此，在考慮光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的減排貢獻(xiàn)時(shí)，也應(yīng)該在理論值前乘以一個(gè)小于一的系數(shù)。節(jié)能減排的效果并不像一些文章中所講的那么樂(lè)觀。生物質(zhì)能的定義與范疇生物質(zhì)能能源是通過(guò)綠色植物的光合作用將太陽(yáng)輻射的能量以一種生物質(zhì)形式固定下來(lái)的能源。生物質(zhì)利用：太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的碳、氫、氧循環(huán)。碳、氫、氧循環(huán)是人類最重要的間接利用太陽(yáng)能的方式 注意看生物質(zhì)的產(chǎn)生和利用循環(huán)圖風(fēng)玫瑰圖 “風(fēng)玫

22、瑰圖”是一個(gè)給定地點(diǎn)一段時(shí)間內(nèi)的風(fēng)向分布圖。通過(guò)它可以得知當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向。最常見的風(fēng)玫瑰圖是一個(gè)圓，圓上引出16條放射線，它們代表16個(gè)不同的方向，每條直線的長(zhǎng)度與這個(gè)方向的風(fēng)的頻度成正比。靜風(fēng)的頻度放在中間。有些風(fēng)玫瑰圖上還指示出了各風(fēng)向的風(fēng)速范圍。風(fēng)玫瑰圖(a)風(fēng)向的16個(gè)方位；(b)風(fēng)玫瑰示意圖風(fēng)力機(jī)又稱風(fēng)車，是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、電能或熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置。風(fēng)力機(jī)的類型很多，通常將其分為水平軸風(fēng)力機(jī)，垂直軸風(fēng)力機(jī)和特殊風(fēng)力機(jī)三大類。但應(yīng)用最廣的還是前兩種類型的風(fēng)力機(jī)。2011年中國(guó)新增裝機(jī)占比43.46% 2011年中國(guó)累計(jì)裝機(jī)占比26.24%中國(guó)能源電力戰(zhàn)略發(fā)展方向 截至2011年

23、，風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到6236.42萬(wàn)千瓦，居世界第一，占全球累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量的26.2%；預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)將至少達(dá)到1.5億千瓦，太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到2000萬(wàn)千瓦；預(yù)計(jì)到2030年，新能源占我國(guó)國(guó)內(nèi)一次能源供應(yīng)的比重達(dá)到25%。中國(guó)風(fēng)電發(fā)展特點(diǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括兩大部分；一部分是風(fēng)力機(jī)，由它將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；另一部分是發(fā)電機(jī)，由它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)組成 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)械、電氣及共控制設(shè)備的組合。通常包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、變速器(小、微容量及特殊類型的也有不包括變速器的)及有關(guān)控制器和儲(chǔ)能裝置。風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計(jì)思想是盡可能便宜地生產(chǎn)電能。風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計(jì)基于

24、目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速條件，因此風(fēng)輪機(jī)一般被設(shè)計(jì)成在風(fēng)速為815ms時(shí)具有最佳的性能，即有最大的電能產(chǎn)出。人們不會(huì)花大力氣把風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)在強(qiáng)風(fēng)時(shí)有最多電能產(chǎn)出，因?yàn)閺?qiáng)風(fēng)天氣不多見。 因此，在強(qiáng)風(fēng)天氣時(shí)必須浪費(fèi)部分多余風(fēng)能，以避免損壞風(fēng)機(jī)。所以所有的風(fēng)機(jī)都設(shè)計(jì)有某種能量控制裝置，在現(xiàn)代風(fēng)機(jī)上有兩種不同的安全實(shí)現(xiàn)方式?？烧{(diào)楔角控制風(fēng)輪機(jī)和被動(dòng)失速控制風(fēng)輪機(jī)?？烧{(diào)楔角控制風(fēng)輪機(jī)。在可調(diào)楔角控制(pitch)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電子控制器每秒鐘檢查幾次風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電能輸出。當(dāng)能量輸出過(guò)高時(shí)，它就會(huì)向槳葉調(diào)節(jié)裝置發(fā)出一個(gè)指令，后者將立即把槳葉輕微地轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，減小沖角使之偏離最佳值；反之，當(dāng)風(fēng)速再次降低時(shí)

25、，槳葉就會(huì)回復(fù)原來(lái)的最佳沖角。因此，安裝在輪轂上的槳葉必須能夠繞風(fēng)輪的徑向縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)。被動(dòng)失速控制 被動(dòng)失速控制風(fēng)輪機(jī)的槳葉是經(jīng)過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)的，當(dāng)實(shí)際風(fēng)速增大到某一特定的數(shù)值時(shí)，槳葉的沖角就會(huì)達(dá)到失速邊界，開始出現(xiàn)失速。 被動(dòng)失速控制風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片沿縱向是微螺旋形(也稱為彎扭葉片)的，即楔角隨著半徑的增大而減小。除了前面介紹的原因外，這樣做的另一方面原因是確保當(dāng)風(fēng)速達(dá)到失速臨界值時(shí)葉輪能夠平穩(wěn)失速而不要突然全面爆發(fā)?；蛘哒f(shuō)，失速是自葉根部位開始的，隨著風(fēng)速的增加逐步向葉尖的方向發(fā)展。被動(dòng)失速控制的主要優(yōu)點(diǎn)是避免了扭動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)子本身的部分，而且不用復(fù)雜的控制系統(tǒng)。而另一方面則出現(xiàn)了復(fù)雜的氣體動(dòng)力學(xué)設(shè)

26、計(jì)難題，還有相關(guān)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，比如說(shuō)怎樣避免誘發(fā)失速的振動(dòng)等。現(xiàn)在，世界上安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大約有23采用的是被動(dòng)失速控制方式。 主動(dòng)失速控制風(fēng)機(jī) 越來(lái)越多的大型風(fēng)機(jī)(1MW及以上)在發(fā)展主動(dòng)失速控制裝置。主動(dòng)失速控制風(fēng)輪機(jī)技術(shù)上與可調(diào)楔角控制的風(fēng)輪機(jī)有些相像，因?yàn)樗鼈兌伎梢耘まD(zhuǎn)槳葉。為了在低風(fēng)速時(shí)能夠有足夠大的力矩，這種風(fēng)輪機(jī)通常設(shè)計(jì)在低風(fēng)速時(shí)像可調(diào)楔角控制風(fēng)輪機(jī)那樣轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉，從而獲得最佳的沖角(不過(guò)通常只是根據(jù)風(fēng)速情況采取幾個(gè)固定角度)。然而，當(dāng)風(fēng)速增大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力達(dá)到額定功率時(shí)，就會(huì)體現(xiàn)出它與可調(diào)楔角控制風(fēng)輪機(jī)的重要差別：當(dāng)發(fā)電機(jī)將要超負(fù)荷時(shí)，它轉(zhuǎn)動(dòng)槳葉的方

27、向與可調(diào)楔角控制風(fēng)輪機(jī)的方向恰恰相反?？烧{(diào)楔角控制風(fēng)輪機(jī)是通過(guò)減小沖角來(lái)使之小于最佳值，而主動(dòng)失速控制的方法是繼續(xù)增加沖角，使槳葉失速來(lái)浪費(fèi)多余的風(fēng)能。主動(dòng)失速控制的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠比被動(dòng)失速控制更精確地控制能量輸出，以避免剛起大風(fēng)時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)出現(xiàn)超負(fù)荷。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是幾乎在所有強(qiáng)風(fēng)天氣都能保持額定功率運(yùn)行，而一般被動(dòng)失速控制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在高風(fēng)速時(shí)通常會(huì)因?yàn)槿~輪失速而使電能輸出降低。主動(dòng)失速控制裝置通常通過(guò)液壓裝置或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。 但是，與被動(dòng)失速控制相比，主動(dòng)失速控制有一個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題：加裝動(dòng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)裝置顯然會(huì)增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)的投資，同時(shí)也會(huì)增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)的維護(hù)費(fèi)用。海洋能指依附在海水中的可再生能源

28、，海洋通過(guò)各種物理過(guò)程接收、儲(chǔ)存和散發(fā)能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。海洋能特點(diǎn)1、海洋能密度低。海洋能在海洋總水體中的蘊(yùn)藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長(zhǎng)度所擁有的能量較小。這就是說(shuō)，要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。2、海洋能具有可再生性。海洋能來(lái)源于太陽(yáng)輻射能與天體間的萬(wàn)有引力，只要太陽(yáng)、月球等天體與地球共存，這種能源就會(huì)再生，就會(huì)取之不盡，用之不竭。3、海洋能有較穩(wěn)定與不穩(wěn)定能源之分。較穩(wěn)定的為溫度差能、鹽度差能和海流能。不穩(wěn)定能源分為變化有規(guī)律與變化無(wú)規(guī)律兩種。屬于不穩(wěn)定但變化有規(guī)律的有潮汐能與潮流能。人們根據(jù)潮汐潮流變化規(guī)律，編制出

29、各地逐日逐時(shí)的潮汐與潮流預(yù)報(bào)，預(yù)測(cè)未來(lái)各個(gè)時(shí)間的潮汐大小與潮流強(qiáng)弱。潮汐電站與潮流電站可根據(jù)預(yù)報(bào)表安排發(fā)電運(yùn)行。既不穩(wěn)定又無(wú)規(guī)律的是波浪能。4、海洋能屬于清潔能源，也就是海洋能一旦開發(fā)后，其本身對(duì)環(huán)境污染影響很小。海洋能總量 據(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)，全世界海洋能的理論可再生量超過(guò)760億千瓦。海水溫差能約400億千瓦。鹽度差能約300億千瓦。潮汐能大于30億千瓦。波浪能約30億千瓦。全球到2030年的電力裝機(jī)容量將增長(zhǎng)至48億千瓦。我國(guó)電力裝機(jī)容量2009年底達(dá)8.6億千瓦。地球的內(nèi)部構(gòu)造 地幔厚度約2900千米，上地幔主要是橄欖石，下地幔是具有一定塑性的固體物質(zhì)。地核的平均厚度約3400千米，外核是液態(tài)

30、的，可流動(dòng)；內(nèi)核是固態(tài)的，主要由鐵、鎳等金屬元素構(gòu)成。中心密度為每立方厘米13克，溫度最高可達(dá)5000左右，壓力最大可達(dá)370萬(wàn)個(gè)大氣壓。地?zé)崮?，?jiǎn)單地說(shuō)就是來(lái)自地下的熱能，即地球內(nèi)部的熱能。地?zé)嵴羝l(fā)電(1)背壓式汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的地?zé)岣烧羝l(fā)電，是采用背壓式汽輪機(jī)地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)。工作原理：首先把干蒸汽從蒸汽井中引出，先加以凈化，經(jīng)過(guò)分離器分離出所含的固體雜質(zhì)，然后就可把蒸汽通入汽輪機(jī)做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。做功后的蒸汽，可直接排入大氣；也可用于工業(yè)生產(chǎn)中的加熱過(guò)程。應(yīng)用：這種系統(tǒng)大多用于地?zé)嵴羝胁荒Y(jié)氣體含量很高的場(chǎng)合，或者綜合利用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的場(chǎng)合(2)凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電

31、系統(tǒng)為提高地?zé)犭娬镜臋C(jī)組出力和發(fā)電效率，通常采用凝汽式汽輪機(jī)地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，由于蒸汽在汽輪機(jī)中能膨脹到很低的壓力，因而能做出更多的功。做功后的蒸汽排入混合式凝汽器，并在其中被循環(huán)水泵打入冷卻水所冷卻而凝結(jié)成水，然后排走。在凝汽器中，為保持很低的冷凝壓力，即真空狀態(tài)，設(shè)有兩臺(tái)帶有冷卻器的抽氣器來(lái)抽氣，把由地?zé)嵴羝麕?lái)的各種不凝結(jié)氣體和外界漏入系統(tǒng)中的空氣從凝汽器中抽走。地下熱水發(fā)電兩種方式：閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)；雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)（1）閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)：直接利用地下熱水所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)工作。也叫做減壓擴(kuò)容法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。類型：可以分為：1）單級(jí)閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)(又包括濕蒸汽型和熱

32、水型兩種)；2）兩級(jí)閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)； 3）全流法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)； （2） 雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)：利用地下熱水來(lái)加熱某種低沸點(diǎn)工質(zhì)，使其產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)工作。 雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電也叫做低沸點(diǎn)工質(zhì)地?zé)岚l(fā)電或中間介質(zhì)法地?zé)岚l(fā)電，又叫做熱交換法地?zé)岚l(fā)電。在這種發(fā)電系統(tǒng)中，低沸點(diǎn)介質(zhì)常采用兩種流體；一種是采用地?zé)崃黧w作熱源；另一種是采用低沸點(diǎn)工質(zhì)流體作為一種工作介質(zhì)來(lái)完成將地下熱水的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。所謂雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)即是由此而得名。常用的低沸點(diǎn)工質(zhì)有氯乙烷、正丁烷、異丁烷、氟利昂11、氟利昂12等。21世紀(jì)最有前途的能源有兩種 ：氫能、受控核聚變能氫能的優(yōu)勢(shì) 1.地球上的氫元素十分豐富2.氫氣是最潔凈

33、的燃料3.氫能的高效率4.氫是可儲(chǔ)存的二次能源氫氣儲(chǔ)存和輸運(yùn)中的考慮 氫在一般條件下以氣態(tài)形式存在，且易燃(4-75%)、易爆(15-59%)，這就為儲(chǔ)存和運(yùn)輸帶來(lái)了很大的困難。當(dāng)氫作為一種燃料時(shí)，必然具有分散性和間歇性使用的特點(diǎn)，因此必須解決儲(chǔ)存和運(yùn)輸問(wèn)題。儲(chǔ)氫和輸氫技術(shù)要求能量密度大(包含單位體積和質(zhì)量?jī)?chǔ)存的氫含量大)、能耗少、安全性高。當(dāng)作為車載燃料使用(如燃料電池動(dòng)力汽車)時(shí)，應(yīng)符合車載狀況所需要求。一般來(lái)說(shuō)，汽車行駛400 km需消耗汽油24 kg，而以氫氣為燃料則只需要8 kg(內(nèi)燃機(jī)，效率25%)或4 kg(燃料電池，效率50-60%)。氫氣的儲(chǔ)存和輸運(yùn)方法 總體說(shuō)來(lái)，氫氣儲(chǔ)存可分為物理法和化學(xué)法兩大類。物理儲(chǔ)存方法主要包括液氫儲(chǔ)存、高壓氫氣儲(chǔ)存、活性炭吸附儲(chǔ)存、碳纖維和碳納米管儲(chǔ)存、玻璃微球儲(chǔ)存、地下巖洞儲(chǔ)存等?；瘜W(xué)儲(chǔ)存方法有金屬氫化物儲(chǔ)存、有機(jī)液態(tài)氫化物儲(chǔ)存、無(wú)機(jī)物儲(chǔ)存、鐵磁性材料儲(chǔ)存等。氫氣的輸運(yùn)與氫