新能源材料与器件专业开设课程设置课程内容学什么doc.docx

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ﻪ新能源材料与器件专业为2011年新增专业,重点是研究与开发新一代高性能绿色能源材料、技术和器件（如通讯、汽车、医疗领域的动力电源），发展“新能源材料”（新型锂离子电池材料、新型燃料电池材料和新型太阳能电池材料）的学术研究方向。

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新能源材料与器件专业设置,主要依托化学化工学院，跨能源科学、材料科学、化学等多个学科，拟培养能掌握新能源材料专业基本理论、基本知识和工程技术技能,掌握新能源材料组成、结构、性能的测试技术与分析方法,了解新能源材料科学的发展方向,具备开发新能源材料、研究新工艺、提高和改善材料性能的基本能力的新能源材料专门人才。

ﻭ新能源技术是2１世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一,新能源材料与器件是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键。

新能源材料与器件本科专业是适应我国新能源、新材料、新能源汽车、节能环保、高端装备制造等国家战略性新兴产业发展需要而设立的，是由材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉，以能量转换与存储材料及其器件设计、制备工程技术为培养特色的战略性新兴专业

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新能源材料与器件概论、近代物理概论（量子物理、统计物理）、固体物理、半导体物理与器件、应用电化学、薄膜物理与技术、材料科学与工程基础、无机材料物理化学、材料物理性能、材料研究方法与现代测试技术、新能源材料设计与制备、新能源转换与控制技术、储能材料与技术、半导体硅材料基础、硅材料检测技术、化学电源设计、化学电源工艺学、半导体照明原理与技术、薄膜技术与材料、太阳能电池原理与工艺太阳能发电技术与系统设计、应用光伏学、电池组件生产工艺、光伏逆变器原理与应用等。

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新能源的综合利用及其控制方法环境问题能源危机与可再生能源1

新能源的综合利用及其控制方法

一、环境问题、能源危机与可再生能源利用的提出

１、环境问题与能源危机

随着世界经济的迅速发展，环境问题与能源危机日益突出。

可以毫不夸张的说,环境问题与能源危机已经成为当今世界人类所面临的最大威胁之一。

环境污染,很大程度上是由于能源结构不合理造成的。

大量使用化石燃料使得空气中的CO2，和SO２急剧增加，造成温室效应及酸雨蔓延。

自２0世纪50年代美国东北部工业区首次出现酸雨以来,70年代酸雨大面积扩展，几乎蔓延至所有国家。

大气中的SO2几乎每年以２0％的速率增加，酸雨导致农作物减产和大片森林死亡。

我国作为最大的发展中国家，能源消费以煤为主,能源效率低下、煤的大量燃烧严重污染环境。

1999年，在中国排放的CO2中含有6．1９亿吨碳，居世界第二位,其中８5%是由燃煤排放的。

２０00年，我国排放的SO２为1995万吨，居世界第一位，其中90%是由燃煤排放的。

排放烟尘1165万吨，其中７０%是由于煤炭等能源开发利用排放的。

全国有5７％的城市颗粒物超过国家限制值，许多城市的氮化物有增无减。

目前,不少发展中国家的空气污染还在进一步恶化。

1997年11月在日本京都举行的全球气候变化高峰会议中,与会各国政府代表一致认为，全球气候变暖已经成为一个重要的环境问题。

200２年9月在约翰内斯堡地球峰会上,能源替代、环境问题成为争论的焦点,中国核准《京都协议书》,严格限制废气排放,正在为改善全球气候而努力。

按目前污染排放推算,再过100年,地球上就无法生存。

发达国家承诺：

在２０１２年前将CO2以及其它种气体的排放量平均削减5．2％。

能源危机,社会生产在飞速的发展,对能源的需求也达到前所未有的程度全球范围的能源危机也日益突出。

目前,全世界的能源主要依靠煤炭、石油和天然气。

经过2０世纪70年代第一次世界范围的“石油危机”,人类终于意识到地球蕴藏的矿物资源是有限的。

人类赖以生存、发展的能源总有一天要被消耗殆尽为了保证人类稳定、持久的能源供应,必须优化现有的以资源有限、不可再生的化石能源为基础的世界能源结构,建立资源无限、可以再生、多样化的新的能源结构，走经济社会可持续发展之路。

因此,风能、太阳能、小水电、潮汐能、生物质能等新能源的探求与利用己经成为世界各国竞相追逐的对象。

2、可再生能源利用

新能源和可再生能源的含义是指除常规能源和大型水力发电之外的风能、太阳能、小水电、潮汐能、生物质能、地热能等能源资源。

中国拥有丰富的新能源与可再生能源可供开发利用。

经粗略计算,在现有科技水平下,中国太阳能、风能、生物质能和水能等一年可以获得的资源量大约相当于４6亿吨标准煤，为200年全国一次能源总消耗量12.8亿吨标准煤的3.5９倍。

但目前小水电资源只开发了约33%；太阳能的开发利用量还不到可开发量的0．１％;风能资源的开发利用量相当于可开发资源量的０.０9％;现代生物质能开发量只有331万吨标准煤，仅相当于可开发资源量的０.6%；地热能和海洋能的已开发利用量,相对于资源量来说，就更微不足道。

目前新能源和可再生能源主要以非商品能源的形式为广大农村地区提供能源供应，但随着社会、经济的发展新能源和可再生能源也正稳步的向商品化能源的方向转变。

太阳能和风能是目前应用比较广泛的两种可再生能源。

在当今化石能源日益

减少、生态环境遭受破坏的情况下,利用以风能、太阳能为代表的清洁、可再生能源为人类服务，可以推动技术进步,改善现有能源结构,实现人与自然的可持续发展。

二、节能发电调度背景和政策解读

1、节能发电调度背景

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右，主要污染物排放总量减少１0％的约束性指标。

这是贯彻落实科学发展观,构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整,转变增长方式的必由之路；是提高人民生活质量，维护中华民族长远利益的必然要求。

节能减排是我国国民经济和社会发展的一项长远战略方针，而电力行业的节能减排成效又对全社会的节能减排影响甚大。

电力行业落实节能减排有三大任务：

节能发电调度、关停小火电机组和加大脱硫力度。

其中，节能发电调度又是电力行业节能减排的主要环节。

中国电力调度长期存在一些问题，主要表现在不同能耗水平的机组在电力市场和发电调度中的“大锅饭”，这与历史上供需形势、投资机制、运行管理机制和市场机制有很大关系。

20世纪８0年代前,发电调度采用发电燃料消耗最低或者发电成本最小原则进行调度,发电煤耗量小或发电成本低的机组先运行，发电煤耗量大或发电成本高的机组后运行。

从20世纪80年代初期开始，随着集资办电政策的实施，形成了独立电厂和直属电厂并存的局面，存在着混合的发电调度方式。

2０02年电力体制改革后,实现了厂网分开，发电厂归属了不同的发电主体。

电力市场规则不完善,发电竞争上网市场尚未建成，能耗高、效率低的中小火电机组和能耗低、效率高的大型火电机组的年运行小时数基本相当，存在只求公平而忽视效率的倾向。

可以看出，现有的发电调度排序原则未能从降低能源消耗的角度来进行优化,已不能适应建设资源节约型、环境友好型社会的要求。

因此研究以节能降耗为目标的发电调度方式来促使高效节能机组多运行、淘汰低效高能耗发电机组、提高电力行业的整体效率势在必行。

节能发电调度，不止是技术上的电量转移,也将牵一发而动全身，对电力行业投资、电价政策和企业生产经营稳定产生深刻影响，需要通过综合措施才能解决。

改变调度方式的过程实际上是利益再分配的过程,与市场内相关各方的切身利益密切相关。

因此，这是关系到各方面的一个问题。

如何将其合理的解决，以平衡的方式过渡到新的阶段,是在工作中考虑的一个重点。

根据国务院办公厅《关于节能发电调度办法（试行）》通知的要求，节能发电调度将作为电力行业改革的主要环节,放在重中之重的位置上。

以确保电力系统安全稳定运行和连续供电为前提，以节能、环保为目标，通过对各类发电机组按能耗和污染物排放水平排序,以分省排序、区域内优化、区域间协调的方式，实施优化调度。

改革现行发电调度方式，开展节能发电调度,对于减少能源消耗和污染物排放,推动国民经济又好又快发展,具有重要意义。

根据电力系统实际情况,优先使用可再生和清洁发电资源，依序使用其它发电资源,减少环境污染,使整个电力系统在节能、环保的方式下运行。

2、节能发电调度目标

节能发电调度是指在保障电力可靠供应的前提下,按照节能、经济的原则，优先调度可再生发电资源，按机组能耗和污染物排放水平由低到高排序,依次调

用化石类发电资源，最大限度地减少能源、资源消耗和污染物排放。

与以往以能源消耗最少为目标的经济调度不同，节能发电调度以能源、资源消耗和污染物排放最小为目标。

《办法》体现了国家对发展可再生能源发电的激励机制。

国家提倡用可再生能源发电,但由于可再生能源发电，如风电、太阳能发电等存在投入大、容量小、见效慢等难题，很难与燃煤大型发电机组竞争上网；可再生能源发电在价格上没有优势，相对较高的上网电价抑制了风电、太阳能的快速发展，加之缺少激励政策,可再生能源发电的规模一直难有跨越式发展。

《办法》明确规定“优先调度可再生发电资源”

３、节能发电调度的范围

从制度安排的角度给可再生能源以优先上网发电的保障。

范围:

节能发电调度试点省（区、市）所有并网运行的发电机组，包括并入主网运行的各类公用电厂、企业自备电厂的发电机组,以及与主网相连接的地方电网的发电机组。

在《细则》第５2条中规定:

自备电厂、非统调燃煤电厂的发电机组最迟应于节能发电调度实施或试点工作启动后3个月内纳入省级以上电力调度机构统一调度,否则，不得并网运行。

4、实现方式及流程

节能发电调度办法是一种制度安排，执行的关键在于发电机组上网序位的确定、机组发电组合方案的制定与机组发电负荷的分配。

节能发电调度流程：

机组发电排序→负荷预测与机组发电组合→机组发电负荷分配及安全校核。

在机组发电组合和发电负荷分配中需参照检修、调峰、调频和备用部分的规定。

机组发电序位表:

１）无调节能力的风能、太阳能、海洋能、水能等可再生能源发电机组;

2）有调节能力的水能、生物质能、地热能等可再生能源发电机组和经省级以上环保部门验收满足环保要求的垃圾发电机组。

当有调节能力的水能发电机组出现非正常弃水时，列无调节能力的水能发电机组之前；

３）核能发电机组;

4）余热、余气、余压、煤层气等非燃煤资源综合利用发电机组；

5）国家确定的示范发电机组及国家统一安排的发电机组;

6）燃煤热电联产机组；

7）由省级以上环保部门认定达标排放，并经国家发展改革委和省级发展改革委（经委、经贸委）按照审核权限认定的煤矸石或洗中煤等资源综合利用发电机组；

8）天然气、煤气化发电机组；

９）其他燃煤发电机组,包括热电联产机组超出“以热定电”以及资源综合利用机组超出“以（资源）量定电”的部分;

１0）燃油发电机组。

如何优先保障可再生能源发电上网，关键是发电机组上网排序。

《办法》确定了发电机组发电排序的序位：

对无调节能力的风能、太阳能、海洋能和水能等可再生能源发电机组排在首位,优先保障上网发电，充分体现了对不可再次回收能源的珍惜。

其后依次是有调节能力的水能、生物质能、地热能等到可再生能源发电机组和满足环保要求的垃圾发电机组；核能发电机组；按“以热定电”方式运行的燃煤热电联产机组,余热、余气、余压、煤矸石、洗中煤、煤层气等资源综合利用发电机组;天然气、煤气化发电机组;其它燃煤发电机组,包括没有带

热负荷的热电联产机组的序位排在倒数第二,最后是燃油发电机组。

这个排序有利于建立电力行业节能减排工作的长效机制。

同时对小火电、假热电联产和燃油机组发电及高耗能机组发电也是一种约束,有助于在电力市场化改革的过程中,淘汰小火电和高能耗发电机组，为可再生能源发展提供容量空间;充分体现了在电力市场中对现有能源资源的优化配置和综合利用，既有利于提升可再生能源在发电中所占比例，也有利于有步骤地逐步压缩燃煤机组在总发电容量中所占比例。

《细则》中第１０条规定同类型火电机组按照能耗水平由低到高排序,节能优先；能耗水平相同时，按照污染物排放水平由低到高排序。

第11条规定未安装脱硫设备或已安装脱硫设备，但未经省级以上环保部门验收合格的发电机组列同类、同级别容量发电机组之后。

第10条和第11条规定了因机组能耗、污染物排放的差异，火电机组的排序顺序。

５、节能发电调度政策对现有发电计划模式的影响

省发改委（经贸委）制定年度发电量计划;电力公司根据年度电量计划,逐月编制月度电量计划并根据安全约束及调频、调峰要求，参考机组年累电量计划制定日前发电调度计划。

《节能发电调度办法》规定：

省发改委负责制定年、季、月机组组合的基础方案,调度机构依据机组排序和发电组合基础方案确定次日机组组合方案。

节能调度实施后,年、月电量计划将退出历史舞台,机组排序及组合方案成为调度部门制定日计划、分配负荷的主要依据,传统的发电计划制定、执行、结算模式将进行较大调整。

直接实现节能发电调度需要诸多政策及技术支持,在现有条件下不能一步到位实施节能发电调度，但电力行业节能减排任务仍要完成，这就需要在实施节能发电调度前的过渡时期内对年度发电计划安排及实际调度中采取适当手段和措施，达到电力行业节能减排的目标。

三、中国新能源的资源现状

同其它能源相比，风能和太阳能有着其自身的优点：

１、取之不尽、用之不竭

太阳内部由于氢核的聚变热核反应,从而释放出巨大的光和热，这是太阳能的根本来源。

在氢核聚变产能区中，氢核稳定燃烧的时间可在60亿年以上。

也就是说,太阳至少还可以像现在这样有60亿年可以无限度被利用，从这个意义上来讲，太阳能对我们是“取之不尽、用之不竭”的。

在太阳辐射出的能量中,仅有二十万分之一被地球获得,但即使是这些能量也是十分可观的。

据有关人员统计估算,地球一年当中从太阳所获得的能量相当于燃烧200万亿吨煤所发出的巨大热量，风能是太阳能在地球表面的另外一种表现形式。

由于地球表面的不同形态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的吸热系数不同,在地球表面形成温差,地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。

根据相关估计,在全球边界层风的总能量特别巨大相当于目前全世界每年所燃烧的能量的3００0倍。

2、就地可取、无需运输

煤炭和石油这类矿物能源地理分布不均,加之工业布局的不平衡，从而造成了煤炭和石油运输的不均衡。

这些都给交通运输带来了压力。

即使通过电力调度，对高山、古道、草原和高原这类电网不易到达的地区也有很大的局限性。

风能和太阳能的分布虽然也有一定的局限性,但相对于矿物能、水能和地热能等能源而言可视为分布较广的一种能源。

各个地区都可根据当地的风力、日照状况采取合理的利用方式。

3、无环境污染

人们在利用矿物能源过程中,释放出大量的有害物质，这是造成大气污染的主要原因。

此外,其它新能源中,水电、核能、地热能等在开发利用过程中也都存在着一些不容忽视的环境问题。

而风能和太阳能在利用中不会给环境带来污染，也不会破坏生态。

风能、太阳能虽然存在上述优点，但也存在着一些弊端：

1、能量密度低

空气在标准状况下的密度为水密度的1/７７3，所以在3m/S的风速时,其能量密度为０.0２Kw/厅,水流速度为3m／S时,能量密度为20Kｗ/厅。

在相同的流速下，要获得与水能同样大的功率，风轮直径为水轮的2７.8倍。

太阳能在晴天平均密度为ＩKw/mＺ,昼夜平均为0．１6KW/ｍＺ。

其能量密度也很低，故必须配备足够大的受光面积，才能得到足够的功率。

由此可见，不论是风能还是太阳能都是一种能量密度很低的能源,给推广利用带来了困难。

2、能量稳定性差

不论风能还是太阳能,都随天气和气候的变化而变化。

虽然各地区的太阳辐射和风力特性在一较长的时间内有一定的统计规律可循，但是风力和日照强度无时无刻都在不断地变化。

不但各年间有变化，甚至在很短的时间内还有无规律的脉动变化。

这种能量的不稳定性也给这两中能源的使用带来了困难。

由于这些不利因素的存在，在单独利用其中一种能源转变成为经济可靠的电能过程中存在着很多技术问题。

这也是几个世纪以来，两种能源利用发展缓慢的原因。

但是,随着现代科学技术的发展,风能和太阳能的利用在技术上都有突破和进展,特别是将风能、太阳能综合利用，充分利用它们在多方面的互补性,可以建立起更加稳定可靠、经济合理的能源系统。

我国幅员辽阔,海岸线长,风能资源比较丰富。

据国家气象局估算,全国风能密度为1０0W／ｍ2，风能资源总储量约１.6Ｘ1０５MW,特别是东南沿海及附近岛屿、内蒙古和甘肃走廊、东北、西北、华北和青藏高原等部分地区，每年风速在３ｍ／s以上的时间近４000h左右，一些地区年平均风速可达6~7ｍ／s以上,具有很大的开发利用价值。

有关专家根据全国有效风能密度、有效风力出现时间百分率，以及大于等于3ｍ／s和6m／s风速的全年累积小时数。

1、将我国风能资源划分为如下几个区域。

1、东南沿海及其岛屿，为我国最大风能资源区。

这一地区，有效风能密度大于、等于200Ｗ/m2的等值线平行于海岸线,沿海岛屿的风能密度在300W／ｍ2以上，有效风力出现时间百分率达80~90％,大于、等于８m/s的风速全年出现时间约7０00~８00０h,大于、等于６　m／s的风速也有400０h左右。

但从这一地区向内陆,则丘陵连绵,冬半年强大冷空气南下，很难长驱直下，夏半年台风在离海岸50ｋm时风速便减少到68%。

所以,东南沿海仅在由海岸向内陆几十公里的地方有较大的风能,再向内陆则风能锐减。

在不到１00km的地带，风能密度降至50W/m2以下,反为全国风能最小区。

但在福建的台山、平潭和浙江的南麂、大陈、嵊泗等沿海岛屿上,风能却都很大。

其中台山风能密度为5３4.4W/m2,有效风力出现时间百分率为90%,大于、等于3m／ｓ的风速全年累积出现79０５h。

换言之，平均每天大于、等于3m/s的风速有２1.３h，是我国平地上有记录的风能资源最大的地方之一。

2、内蒙古和甘肃北部，为我国次大风能资源区。

这一地区，终年在西风带控制之下，而且又是冷空气入侵首当其冲的地方,风能密度为２００～３00W/ｍ2，