可再生能源导论-全套PPT课件.pptx

1、可再生能源导论Renewable energy generally refers to“energy that is derived from natural processes that are replenished constantly”.-IEA.ORG可再生能源泛指由天然過程產生並可不斷補充的能源。Energy resources that are naturally replenishing but flow-limited.They are virtually inexhaustible in duration but limited in the amount of energ

2、y that is available per unit of time.Renewable energy resources include biomass,hydropower,geothermal,solar,wind,and ocean energy.NREL,USA可再生能源定义能源的概念能源新能源 洁净能源可再生能源-可再生能源泛指多种取之不竭的能源,严谨来说,是人类有生之年都不会耗尽的能源.-可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和

3、海洋能等。可再生能源发展历史20世纪70年代-石油危机，美国开始发展太阳能应对石油所面临的风险；卡特总统参加白宫屋顶太阳能安装落成典礼，1979年6月20 日。图片来源：卡特图书馆。石油危机1973年石油输出国组织（OPEC）石油禁运；当时，阿拉伯产油国为了报复西方世界支持以色列而发动赎罪日战争，集体切断原油供应，导致全球油价一路暴涨到历史最高点；Oct.6-25，1973年；埃及，叙利亚与以色列的战争；油价走势与大事件80年代公众对节能的接受程度在70年代末达到了又一个高峰。当时，美国一半的石油还是依靠进口。第二次石油冲击伴随着伊朗革命的爆发，将石油价格抬升到了一个前所未有的高度。为了节约能

4、耗，卡特总统在白宫屋顶安装了一套太阳能热水系统。即便如此，他的总统生涯被因此次危机而蒙上 了一层阴影。1986年，里根政府拆除了太阳能板。80-90年代80年代，石油价格下跌促使里根政府削减了太阳能发展项目；但可再生能源已经被认为是应对能源危机和气候变化的双重挑战的关键；90年代美国开始复兴，随着石油价格的上涨而逐步获得发展；布什的Freedom car，氢能社会等概念提出；98年经济危机打击了各个行业。新世纪-世界其他各国日本是坚定发展可再生能源项目：NEDO欧盟更为积极：推出碳税；德国大量太阳能和风能并网；2020年可再生能源发电比例从2011年的17%提高到35%。中国也在大力推进可再生

5、能源，希望能够在全世界能源转型过程中抢先一步；目前的保守预测：到2030年，可再生能源在全球仍然不能成为主导能源。可再生能源的涵义通常认为是最近100年左右以某种方式依靠太阳能而生成的能源；此定义未包括地热能；目前大体分为：风能，太阳能，生物燃料，生物质，地热，水能，被动太阳能（智能建筑，Eco-house）；潮汐，垃圾发电？氢能（二次能源，清洁能源？）可再生能源的共同特征它们的储量都不是有限的；分布广泛；理论上都不会增加碳排放；二次能源中，如电动汽车电池，如果其中的电或者氢来自风能和太阳能，也可以认为是可再生能源。人类社会可持续发展可再生能源已经被认为是应对能源危机和气候变化的双重挑战的关键

6、；该曲线表明：在经济发展过程开始的时候，尤其是在国民人均收入从最低上升到中等水平时，收入分配状况先趋于恶化，继而随着经济发展，逐步改善，最后达到比较公平的收入分配状况，呈颠倒过来的U的形状。Y 轴表示是基尼系数或分配状况，X 轴是时间或收入状况。“库兹涅茨曲线”（Kuznets curve）西蒙西蒙史密斯史密斯库兹库兹涅茨涅茨（Simon Smith Kuznets，1901年4月30日1985年7月8 日），在台湾又译顾顾志耐志耐，俄裔美国经济学 家，1971年诺贝尔经济学奖获得者。人类社会可持续发展环境“库兹涅茨曲线”（Kuznets curve）Poor,CleanRich,DirtyR

7、ich,CleanUSAEurope JapanChina？1991年，Grossman和Krueger将原先用于描述收入不均等程度与发展阶段关系的库兹涅茨曲线应用于环境问题，提出了环境库兹涅茨曲线假设（Environmental Kuznets Curve,EKC）。在历史上，这些已发展国家在发展早期也经历了环境恶化的阶段。结合这样的“成功”历史经验，EKC似乎暗示着“先污染，后治理”的发展模式是合理的。什么叫可持什么叫可持续续性，性，Sustainability“环环境境问题问题是全球性的和是全球性的和坚坚定的，建立可持定的，建立可持续发续发展政策是所有国家的展政策是所有国家的共共同利益。

8、同利益。”1983年，世界年，世界环环境与境与发发展委展委员员会会(WCED)。可持续性从广义上来讲，是能够保持一定的过程或状态，但这一词普遍常用于研究生态和社会的关系。在生态方面，可持续发展可以被界定为具能力的生态系统，能自我维持一切生态的过程、功能、生物多样性和未来的活力。可持可持续发续发展已成展已成为为一个复一个复杂术语杂术语，可以适用于几乎每一个，可以适用于几乎每一个方面，地球上的生命，特方面，地球上的生命，特别别是是许许多不同多不同层层次的生次的生态环态环保，保，包括湿地、草原和森林，并成包括湿地、草原和森林，并成为为了人了人权组织权组织的概念，如生的概念，如生态态城市，可持城市，可

9、持续续城市，和人城市，和人类类活活动动和和纪纪律，如可持律，如可持续农业续农业，可持可持续续建筑和建筑和可再生能源可再生能源。History of SustainabilityHans Carl von Carlowitz(December 24,1645-March 3,1714)Cover of Sylvicultura oeconomica,oder hauwirthliche Nachricht und Naturmige Anweisung zur wilden Baum-Zucht of 1713A German tax accountant and mining administ

10、ratorSustainable的提的提出出Besides,how to multiply the timber harvest at every stage of growth,the types of broad-leaf and needle trees and their seeds,also how to manage foreign kinds of trees,and further how to fell trees and make charcoal or other uses from the wood.To be the best utility for the heat

11、ing,building,brewing,mining and smelting activities requires the careful management of sustainable forestry resources.SustainabilityKasthofer，1818If annually not more timber is felt(in forest)than nature can reproduce and also not less.Brundtland Commission*Sustainable development meets the needs of

12、 the present generation without compromising the ability of future generations to meet their needs.Thus,in todays common understanding,sustainability is encapsulating besides economic and environmental aspects also social issues.*1987年，格罗哈莱姆布伦特兰在联合国大会上发表我们共同的未来（Our Common Future，又称为布伦特兰报告）报告。正式定义“永续

13、发展”：“永续发展是一发展模式，既能满足我们现今的需求，同时又不损及后代子孙满足他们的需求。环环境、境、经济经济和社会平等关系表和社会平等关系表达达环环境、境、经济经济和社会从属关系表和社会从属关系表达达Sustainable development is to meet theneeds of the present generation without compromising the ability of future generationsto meet their needs！Not all the sustainability understandings accept prima

14、cy of intergenerationalequity and emphasize the fair utilization of resources among present generations:domestically and globally(northsouth conflict).可再生可再生/不可再生能不可再生能源源能源体能源体系系石油液体燃料煤天然气热电化学品生物质太阳能风能核能基于石油原料的能源化工体基于石油原料的能源化工体系系基于石油原料的能源化工体基于石油原料的能源化工体系系基于石油原料的能源化工体基于石油原料的能源化工体系系两种能源体两种能源体系系石油液体燃料煤

15、天然气热电化学品生物质太阳能风能核能案例解读：香港地区香港能源最终用途数据2016年出版2004-2014年的数据http:/www.emsd.gov.hk/en/ener gy_efficiency/energy_end_use_d ata_and_consumption_indicator s/hong_kong_energy_end_use_ data/data/index.html能源最终用途Energy for end-uses 2014年，能源用量289160太焦耳；1太焦耳，1Terajoules=1X1012 Joules*：“電力電力”包括燃煤發電、天然氣發電、風能發電及包括

16、燃煤發電、天然氣發電、風能發電及太陽能的使用。太陽能的使用。*：“煤氣及石油氣煤氣及石油氣”包括煤氣、石油氣及生物氣體。包括煤氣、石油氣及生物氣體。*：“油及煤油及煤產產品品”包括汽油、柴油、煤油、航空燃料、包括汽油、柴油、煤油、航空燃料、木炭、無煙煤、焦煤、半焦煤及生物柴油。木炭、無煙煤、焦煤、半焦煤及生物柴油。在2014年間香港的一次能源供應總量為601,544太焦耳，其中的289,160太焦耳被用作為能源最終用途而使用於 香港境內。一次能源供應總量是指能源進口量(減去轉口及出口量)，加上貯存量的調整，再加上本地生產的能源數量。能源应用能源數據亦可劃分為四個類別(即住宅、商業、工業及運輸)

17、。能源的使用產生了大量的溫室氣體(GHG）。在2013年間，溫室氣體排放總量一共為44,400千公噸二氧化碳當量，而其中約90源自能源的使用。目前，香港7成多电力需求是由本地发电满足，约两成由内地大亚湾核电站经专线输往香港。深圳的大亚湾核电站有三分之二的电是输往香港的龙鼓滩发电厂采用天然气为燃料的发电厂，后备燃料为柴油南丫岛发电厂南丫发电厂目前主要使用煤作为发电的燃料，其次为天然气南丫风采发电站香港首个使用风力的商用发电站港灯、中电是香港电业的巨擘,两者实力相当,各据一方-香港电灯公司负责港岛的电力供应,中华电力公司的经营范围在九龙新界。港灯的历史较中电长,但是港灯是一家公众性股份公司,而中电

18、是家族性公司,香港人说起电力大王,指的就是中电大股东嘉道理家族。中电是香港最大的电力公用事业为九龙、新界及大部分离岛地区 210万名客户供应电力(约占全港人口80%)总装机容量为8,263兆瓦，包括拥 有广东抽水蓄能电厂的发电量使用权,其旗下的香港核电投资有限公 司持有广东核电合营公司25%股权，而该公司则拥有位於大亚湾的广东核电站.香港中華煤氣有限公司(煤氣公司)於 1862年成立，是香港歷史最悠久的公用事業機構，亦是本港規模最大的能源供應商之一。在23个省、自治区和直辖市营运超过130个城市燃气项目。能源利用效率能源利用效率问题问题热机效率(efficiency of the engine

19、)任何热机从高温 热源吸热 ,一部分转化为功W,另一部分 传给低温 热源.将热机所作的功与所吸的热之比值称为热机效率,或称为热机转换系数，用 表示。恒小于1。或2004-2014年的数据2014年，能源总量289,160太焦耳数据汇总表单位GDP能耗人均年消耗能量在2014年平均每一香港居民所用的能源最終用途量為39.9千兆焦耳。在2004至2014年間下降了3.4%(平均按年下降率是 0.3%)。人均年消耗能量39.90KMJ=39.90X109J/人一吨标准煤：7000X103X103cal=29.26X109J相当于1.36吨标准煤2014年香港人均消耗能量国家或地区国家或地区每每年人均

20、能量消年人均能量消耗耗单单位：公斤位：公斤(等量石油等量石油)卡塔尔21395.8冰岛11718阿联酋10538.7巴林10250.5卢森堡9408.8荷属安地列斯9198.5科威特9076加拿大8300.7美国7794.8文莱7485.1芬兰7218.1挪威5933.6瑞典5764.8澳大利亚5723.3比利时5703.4沙特5582.2新加坡5158.7直布罗陀5104.6荷兰5012.2阿曼4975法国4518.4俄罗斯4423.2新西兰4378.6韩国4346.5捷克4319.3德国4203.1奥地利4053.2日本4040.4特立尼达和多巴哥8555.1 英国3918.1丹麦3832

21、.8爱尔兰3761.3瑞士3718.6爱沙尼亚3672.4土库曼斯坦3646.4斯洛文尼亚3561.7斯洛伐克3448.6哈萨克斯坦3359塞浦路斯3281.1西班牙3228.4利比亚3203.2以色列3187.9意大利3127.2乌克兰2968希腊2698.6白俄罗斯2630.9立陶宛2629.2南非2596.9匈牙利2595.2保加利亚2508葡萄牙2482香港2398.9波兰2369.7马来西亚2318.4马耳他2242委内瑞拉2057乌兹别克斯坦2043.2伊朗2034.1克罗地亚1941.5拉脱维亚1888.7罗马尼亚1784黎巴嫩1700.1智利1652.2阿根廷1574.8牙买加

22、1545.1塞尔维亚和黑山1538.8墨西哥1533.2菲律宾1524.9阿塞拜疆1480.3泰国1405.7马其顿1313.9加蓬1248.7中国1138.3波黑1135.1土耳其1105.8巴西1067.6博茨瓦纳1049.2阿尔及利亚1037.7约旦1022.4叙利亚981.7伊拉克950.6古巴935.1多米尼加共和国922.4朝鲜894.1哥斯达黎加879.9巴拿马835.9突尼斯833.3http:/zh.wikipedia.org/wiki/2003年数据电力需求持续增长2016年1月，南方电网经营区域（广东、广西、云南、贵州和海南）用电量持续负增长。当月五省区用电量685亿千瓦

23、时，同比下降2.7%。其中，广东同比下降0.8%；广西下降3.0%；云南下降6.4%；贵州下降9.4%；海南增长4.9%。2015年12月，南方电网经营区域（广东、广西、云南、贵州和海南）用电量持续负增长。五省区全月用电量713亿千瓦时，同比下降2.1%。其中，广东同比增长0.2%；广西下降4.7%；云南下降5.2%；贵州下降8.0%；海南增长9.3%。2015年11月，南方电网经营区域（广东、广西、云南、贵州和海南）用电量持续负增长，但下降幅度有所收窄,五省区全月用电量693亿千瓦时，同比下降1.1%。其中，广东同比增长2.3%；广西下降8%；云南下降6.7%；贵州下降6.7%；海南增长11

24、.4%。2015年10月，南方电网经营区域（广东、广西、云南、贵州和海南）用电持续负增长，五省区全月用电量711亿千瓦时，同比下降3.9%。其中，广东同比下降1.2%，广西同比下降9.2%，云南同比下降6.3%，贵州同比下降12.9%，海南同比增长4.7%。用电量与经济的关系最终用途最终用途按燃料及用途分类按燃料及用途分类总图可再生能源导论-太阳能光热太阳能热利用太阳能热利用一、太阳能供热制冷（400）选择选择性吸收涂性吸收涂层层一方面，为了吸收尽可能多的太阳能，接收面对太阳辐射的吸收比要尽可能的大；另一方面，若想要减少接收面由于自身辐射而引起的损失，接收面自身的发射率也应减到最小。由于太阳辐

25、射能的波长主要集中在0.33m 波长之间，而常温下物体的红外辐射能则主要集中在320m 的波长范围内，所以在太阳能的吸收利用中，要想增强接收面对太阳辐射的吸收能力，又要减小接收面自身对外辐射造成的热损失，那么理想的接收面材料应该具有如下辐射特性：对太阳短波范围内辐射的光谱吸收比 接近1，而对长波范围内的热辐射发射率 尽可能接近零。理想涂理想涂层层太阳能反射曲太阳能反射曲线线目前目前进进展展吸收比最高可达0.930.95，而发射率则可降低到0.040.12，能够大幅度提高太阳能集热器的光热转换能力。太阳光吸收涂层技术本体吸收涂层利用了材料本身对光谱选择性吸收的特点。多层吸收层是利用了光在不同吸收

26、层表面的反射而进入另一吸收层从而达到多次吸收的目的。表面造型可产生高效的吸收作用，其原理有点像多层吸收层，即入射光在针状、树枝状或多孔材料表面的多次反射-吸收过程中不断被吸收，不同的一点是表面造型对低角度入射光的反射率仍然很低，有利于各种太阳能环境下的使用。选择选择性吸收涂性吸收涂层层材材料料目前常用的涂层有黑铬涂层、铁锰铜氧化物涂层、铝阳极化涂层、金属陶瓷涂层等。制备方法，如喷涂、电镀、电化学表面转化、真空镀膜涂层、化学蒸发沉积、等离子喷涂、熔烧等。非聚光型光非聚光型光热热利利用用非聚光型光热利用运行时太阳直射辐射和漫射辐射都可以得到利用，但是由于不采用聚光装置，集热器能够实现的温度较低，是

27、低温型的太阳能热利用技术。这种利用方式技术成熟，应用广泛，主要用来提供生活和工业热水，也可以用来为某些特定的工业过程提供热源。非聚光型光非聚光型光热热利用利用-太阳能太阳能热热水水器器1891年，美国马里州的肯普发明了世界上第一台闷晒式太阳热水器，被他命名为“顶峰”热水器，它的特点是集热器和贮水箱合二为一，水在容器中不能流动，依靠容器壁吸收太阳辐射能加热水。闷晒式太阳热水器的优点是结构简单，成本低。缺点是装置保温性能差，热水必须在当天傍晚及时用完，因此应用范围受到很大限制。非聚光型光非聚光型光热热利利用用平板型集热器和真空管型集热器平板型集平板型集热热器器吸热板、透明盖板、保温层和外壳四个部分

28、组成吸吸热热板板吸热板的主要功能是吸收太阳辐射并向传热工质传递能量，一般需要满足以下技术要求：太阳吸收效率高，热传递性能好，不易被传热工质腐蚀，具有一定的抗压能力，加工工艺简单。吸热板的材料种类很多，有铜合金、铝合金、铜铝复合材料、镀锌钢等。为了强化太阳辐射的吸收及减少自身辐射损失，吸热版表面会涂覆深色的选择性吸收涂层。供传热工质流动的排管和集管也布置在吸热板上，排管是指纵向排列的构成流体通道的部件，集管则是吸热板上下两端横向连接构成流体通道的部件。透明盖透明盖板板透明盖板的功能主要有三个：一是使太阳辐射透射到吸热板上，二是保护吸热板使其不会受到外部因素影响，三是阻止内部热量向环境散失。因此透

29、明盖板的技术要求包括：太阳透射率高、红外透射率低、导热系数小、冲击强度高、抗腐蚀性能好等。综合以上技术要求，一般采用平板玻璃或者玻璃钢板（玻璃纤维增强塑料板）作为透明盖板。前者由于含有Fe2 O3 成分导致太阳透射率不高，而且其抗冲击强度较低；后者则具有较高的红外辐射透射率并且抗腐蚀性能较弱。但综合考虑，目前采用最多的还是平板玻璃。保温材保温材料料隔热体是抑制热量向外传导从而减少集热器向环境散热的部件。主要技术要求是导热系数低、不易变形、不易挥发。通常采用的隔热材料主要有玻璃棉、聚苯乙烯、酚醛泡沫等。当采用聚苯乙烯时，由于聚苯乙烯在大于70的时候会发生一定的收缩进而影响吸热板的吸热效果，所以通

30、常要在吸热板与聚苯乙烯材料之间放置一层薄的岩棉或者矿棉，并在四周贴上一层薄的镀铝聚酯薄膜。壳壳体体壳体是用来保护以及固定吸热板、透明盖板、隔热体的部件。其要求有一定的强度与刚度、较好的密封性与耐腐蚀性。通常使用的壳体一般是铝合金板、不锈钢板、塑料板等。平板型太阳能集平板型太阳能集热热器器平板型太阳能集热器结构简单、运行可靠、成本低廉，且吸热面积大、承压能力强、特别适合与建筑一体化要求，一直以来都是国际太阳能市场的主导产品，已经广泛应用于生活用水加热、工业用水加热、建筑采暖与空调等诸多领域。但是平板型太阳能集热器由于没有真空部分，热损一般较大。太阳能太阳能热热水水器器全玻璃管是20世纪七十年代，

31、由美国欧文斯（Owens）公司首先研制开发的；1984年，清华大学殷志强教授研制了单靶镀膜，降低了生产成本，更便于大规模生产推广。清华阳光品牌太阳能自此便开始向市场推广，并于1998年进入规模化生产；2002年，清华阳光太阳能热水器率先完成产品定型；2003年初，由清华阳光自主研发成功的世界首条太阳能热水器自动化流水线在我国投产运行。1995年，黄鸣成立德州皇明太阳能技术研究所，开始在媒体上大幅度宣传皇明品牌太阳能。从这一阶段开始，太阳能热水器开始被众人接受。真空管型集真空管型集热热器器真空管集热器是由在太阳辐射接收面上带有真空夹层的集热管组成的集热器，真空夹层可以消除接收面上气体的对流和导热

32、损失，从而大幅度降低集热管的热损失。全玻璃真空管集全玻璃真空管集热热器器全玻璃真空集热管的形状像一根细长的暖水壶胆，由两根同轴玻璃管组成，内玻璃管和外罩玻璃管之间抽成真空，并且在管头部分装有弹簧支架。确保真空集热管的真空度是提高产品质量、延长使用寿命的重要指标。真空集热管内的气体压强越低，说明其真空度越高。为了更有效的维持真空，内部一般含有消气剂等部件，使得正常情况下全玻璃真空集热管内的低压强和大气压相差1000万倍以上。从人身安全和集热器的长寿命考虑,真空集热管一般采用耐热冲击性好、化学稳定性佳和机械强度高的硼硅玻璃。内玻璃管的外表面涂覆有具有良好的真空性能和耐热性能的选择性吸收涂层，能够实

33、现高的太阳吸收比和低的红外发射率。目前我国绝大多数生产企业采用铝-氮/铝选择性吸收涂层。全玻璃真空管集热器运行时，太阳辐照透过真空管的外管，被内管表面镀膜吸收后将热能传递到管内的水。管内的水吸热后温度升高密度减小，由于浮力作用形成向上的动力，同时温度较低的水从顶部水箱部分沿管的另一侧不断补充如此循环往复，构成一个被动式的热虹吸系统，最终整箱水都升高至一定温度。全玻璃真空管集全玻璃真空管集热热器器全玻璃真空管集热器具有结构简单、性能优良、生产工艺先进可靠，特别适合大规模批量生产等优点。但它仍存在由于系统走水，运行过程中一旦出现一只管破裂便必须全部停止运行；并且真空管热容较大，太阳能要先把真空管内的水加热之后才能输出热水，晚上的能量不能得到充分利用使之产生一定的浪费。全玻璃真空全玻璃真空管管空晒上水炸管易结垢热热管式真空集管式真空集热热管管热管式真空集热管是一种常见的“玻璃与金属结构”真空集热