能源与节能技术论

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1、能源与节能技术论文新能源技术综述学 院： 机电工程学院专业班级： 过程装备与控制工程01学生学号： 1203020122学生姓名： 梅 离指导老师： 曾 真18新能源技术综述引言：人类社会的发展离不开能源，能源是人类社会不断向前发展的重要物质基础。能源与新材料、生物技术、信息技术、一起构成了文明社会的四大支柱。能源是推动社会发展和经济进步的主要物质基础，能源技术的每次进步都带动了人类社会的发展。随着煤炭、石油和天然气等化石燃料资源面临不可再生的消耗和生态环境保护的需要，新能源的开发将促进世界能源结构的转变，新能源技术的日臻成熟将带来产业领域的革命性变化。新能源的分布广、储量大和清洁环保，将为人

2、类提供发展的动力。实现新能源的利用需要新技术的支撑，新能源技术是人类开发新能源的基础和保障。新能源技术是高技术的支柱，包括太阳能利用技术、技术、氢能利用技术、化学电能技术、生物质能技术、地热能技术、海洋能技术等。其中核能技术与太阳能技术是新能源技术的主要标志，通过对核能、太阳能的开发利用，打破了以石油、煤炭为主体的传统能源观念，开创了能源的新时代。关键词：能源 新能源技术 太阳能 核能 风能 海洋能 生物质能 一、新能源之太阳能太阳能概述 太阳能一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核 反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。 太

3、阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧 500 万吨煤释放的热量。 平均在大气外 每平米面积每分钟接受的能量大约 1367w。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电 和光化学的直接转换。 太阳能的利用就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水 系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。 1)太阳能集热器 ：太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及 抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电 之需 。按采光方式可分为聚光型和聚光型集热器两种。另外还有一种真空

4、集热器:一 个好的太阳能集热器应该能用 2030 年。 2）太阳能热水系统 ：早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已 有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管 路三部分。此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用。 3）太阳能发电：即直接将太阳能转变成电能，并将电能存储在电容器中，以备 需要时使用。 太阳能的优点： (1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿， 都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。 (2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越 来越严重的今天，

5、这一点是极其宝贵的。 (3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于 130 万亿 t 标煤，其总量属 现今世界上可以开发的最大能源。(4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地 球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。 太阳能的缺点： (1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。在垂 直于太阳光方向 1 平方米面积上接收到的太阳能平均有 1000W 左右；若按全年日夜 平均，则只有 200W 左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有 15 左右，这样 的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一

6、定的转换功率，往往需要 面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。 (2)不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及 晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的， 又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。 (3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，因为效率偏低，成本较高，总 的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。 太阳能利用中的经济问题 ： 第一，世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满 足社会需要，而又不危及后代人前途的社会。因此，尽可能多地用洁净能源代替高含 碳量的矿物能源，是能源建设应该遵循的

7、原则。随着能源形式的变化，常规能源的贮 量日益下降，其价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。 第二，我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的 76，已成为我国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将 成为减少环境污染的重要措施。能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。 二、新能源之风能 风能定义地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不 同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低 压地区流动，即形成风。风

8、能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风 能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。 据估算，全世界的风能总量约 1300 亿千瓦，中国的风能总量约 16 亿千瓦。风能资 源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带，如美国的 加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家，中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能 资源也很丰富。中国东南沿海及附近岛屿的风能密度可达 300 瓦米 2（Wm2）以 上，320 米秒风速年累计超过 6000 小时 。内陆风能资源最好的区域 ，沿内蒙 古至 新疆一带， 风能密度也在 200300Wm2， 20 米秒风速

9、年累计 50006000 3 小时。这些地区适于发展风力发电和风力提水。新疆达坂城风力发电站 1992 年已装 机 5500 千瓦，是中国最大的风力电站 在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变 暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的 排放，保护我们赖以生存的地球。风能利用存在一些限制及弊端 1)风速不稳定,产生的能量大小不稳定 2)风能利用受地理位置限制严重 3)风能的转换效率低 4)风能是新型能源,相应的使用设备也不是很成熟。 风能利用 风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主， 以风能作动力，就是

10、利用风来直接带动各种机械装置，如带动水泵提水等这种风力发 动机的优点是：投资少、工效高、经济耐用。目前，世界上约有一百多万台风力提水机在运转。澳大利亚的许多牧场，都设有这种风力提水机。在很多风力资源丰富的国 家，科学家们还利用风力发动机铡草、磨面和加工饲料等。 利用风力发电，以丹麦应用最早，而且使用较普遍。丹麦虽只有 500 多万人口， 却是世界风能发电大国和发电风轮生产大国， 世界 10 大风轮生产厂家有 5 家在丹麦， 世界 60%以上的风轮制造厂都在使用丹麦的技术，是名副其实的“风车大国”。 截止到 2006 年底，世界风力发电总量居前 3 位的分别是德国、西班牙和美国， 三国的风力发电

11、总量占全球风力发电总量的 60%。 我国风力资源丰富，可开发利用的风能储量为 10 亿千瓦。对风能的利用，特别 是对我国沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网的农 村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，具有十分重要的意义。 风力发电的原理 利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发 电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开 始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会 产生辐射或空气污染。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。小型风力发 电系统效

12、率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小 系统：风力发电机充电器数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组 成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾 翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现 尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。 三、新能源之海洋能 海洋能定义与综述 海洋能(ocean energy)是海水运动过程中产生的可再生能，主要包括温差能、潮 汐能、波浪能、潮流能、海流能、盐差能等。潮汐能和潮流能源自月球、太阳和其他 星球引力，其他海洋能均源自太阳辐射。

13、海水温差能是一种热能。低纬度的海面水温较高，与深层水形成温度差，可产生 热交换。其能量与温差的大小和热交换水量成正比。潮汐能、潮流能、海流能、波浪 能都是机械能。潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比。波浪的能量与波高的平方和波 动水域面积成正比。 地球表面积约为 5.1108km2，其中陆地表面积为 1.49108km2 占 29%； 海洋面积达 3.61108km2，以海平面计，全部陆地的平均海拔约为 840m，而海洋 的平均深度却为 380m，整个海水的容积多达 1.37109km3。一望无际的大海，不 仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量，它将太阳能以及 派生的风能等以

14、热能、机械能等形式蓄在海水里，不像在陆地和空中那样容易散失。 海洋能有三个显著特点1）海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所 拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得2）海洋能具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要 太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。3）海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流 能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。 4）海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其对环境污染影响很小。 海洋能的主要能量形式概述1）潮汐能：因月球引力的

15、变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降， 因海水涨落及潮水流动所产生的能量成为潮汐能。 潮汐能的主要利用方式为发电，目前世界上最大的潮汐电站是法国的朗斯潮汐电 站，我国的江夏潮汐实验电站为国内最大。 2）波浪能：波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，是一种在风的作用 下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能。 波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水 淡化以及制氢等。 3）海水温差能：海水温差能是指涵养表层海水和深层海水之间水温差的热能， 是海洋能的一种重要形式。低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，而储存 着温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。 温差能的主要利用方式为发电，首次提出利用海水温差发电设想的是法国物理学 家阿松瓦尔，1926 年，阿松瓦尔的学生克劳德试验成功海水温差发电。1930 年，克 劳德在古巴海滨建造了世界上第一座海水温差发电站，获得了 10kW 的功率。 温差能利用的最大困难是温差大小，能量密度低，其效率仅有 3%左右，而且换 热面积大，建设费用高，目前各国仍在积极探索中。 4）盐差能：盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学 电位差能，是以化学能形态出现