新能源概论-PPT演示文稿

新能源概论新能源概论新能源概论新能源概论新能源概论1.1能源含义及发展情况1.2新能源的分类及其发展1.3新能源利用发展现状和趋势新能源概论1.1能源含义、分类及发展现状1.1.1能源的含义能源是在自然界中能够为人类提供某种形式能量的物质资源，也被称为能量资源或能源资源。能源是可生产各种能量（热能、电能、光能和机械能等）或可做功的物质的统称，或是能够直接取得以及通过加工、转换而得到的各种资源新能源概论1.1.2能源分类①一次能源与二次能源一次能源：自然界中存在的天然资源。二次能源：由一次能源直接或间接加工转换而成的人工能源，如热能、机械能、电能等。图1-12011年世界一次能源结构新能源概论注意：尚未开采的能量资源只能称为资源，不能列入“能源”范畴。②化石能源与非化石能源③可再生能源与非可再生能源④常规能源与新能源⑤清洁能源与非清洁能源新能源概论1.1.3能源危机能源危机资源分布不均人口增长工业耗能战争新能源概论1.1.4世界及中国能源发展现状目前，全球每年一次能源消耗量超过5×1020J，其中化石燃料约占80%，可再生能源仅为14%。据世界能源理事会（WEC）预测，到2050年可再生能源比例将上升至20%-40%，到2100年，将达到30%-80%。新能源概论2018世界一次能源消耗结构新能源概论2018年世界能源分区域消费结构新能源概论2018年分区域的燃料消费量新能源概论2018年世界一次能源消费占比新能源概论2011年美国一次能源消费结构2011年中国一次能源消费结构新能源概论中国一次能源消费总量趋势新能源概论中国一次能源消费趋势预测（不含非商品生物质能）单位：亿吨油当量预测机构及时间基准年份基准值预测值年增长率/%2015年2020年2030年EIA（2006）200311.4323.126.834.94.2EIA(2007)200412.4824.428.336.54.2IEA（2007）200515.1526.331.235.93.5国家发改委能源所，200420009.717.5～23.3中国工程院，200420009.724.5～27.0中国地质科学战略中心，200220009.714.7～15.2注：EIA（国际能源组织）预测基于中国经济未来25年的平均增速为6.5%的假定；IEA依据的经济平均增速为6%新能源概论1.2新能源的分类及其发展1.2.1新能源的特征(1)尚未大规模作为新能源开发利用，有的甚至还处于初期研发阶段。(2)资源赋存条件和物理化学特征与常规能源有明显区别。(3)可以再生与持续发展，但开发利用或转化技术较复杂，成本尚较高的能源。新能源概论(4)清洁环保，可实现二氧化碳等污染物零排放或低排放的节约型各类能源。(5)资源量大、分布广泛，但大多具有能量密度低和发热量小的缺点。新能源概论1.2.2新能源新能源概论1.太阳能新能源概论太阳是位于太阳系中心的恒星，它几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。与地球相距1.5亿千米，直径是地球直径的109倍多。体积约是地球的130万倍；质量大约是地球的330,000倍。太阳每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤。太阳质量的大约四分之三是氢，剩下的几乎都是氦，包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%新能源概论新能源概论新能源概论新能源概论太阳能优点：①普遍②无害③长久④巨大缺点：①能流密度低②受昼夜交替和天气条件的限制。新能源概论2.风能风能(windenergy)是地球表面大量空气流动所产生的动能。风能汽车风能发电新能源概论地球吸收的太阳能有大约2%转化为风能，总量相当于地球上所有植物通过光合作用吸收太阳能转化为化学能的50到100倍。量丰富、广泛分布、干净与缓和温室效应新能源概论新能源概论风力发电B与其他发电方式相结合C风力并网发电独立运行A新能源概论3.生物质能生物质能（biomassenergy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。生物柴油快艇新能源概论生物质能直接燃料气体燃料生物油化工原料等新能源概论3.生物质能特点1蕴藏量巨大的可再生能源；2普遍性、易取性；环境污染小3唯一可以存储、运输的能源4挥发分高，炭活性高，易燃5环境污染小新能源概论现有土地边际性土地农业废弃物林业废弃物畜禽粪便有机废弃物总计0～167（平均24～72）14～364～177～61～131～1010～262（平均60～119）表1-22050年全球生物质开发潜力单位：亿吨油当量新能源概论4.水能水能：是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。新能源概论广义水能资源：包括水能、潮汐能、波浪能和海洋能等。狭义水能资源：即指河流的水能资源。经济科开发水能世界各大洲的水能资源新能源概论新能源概论新能源概论单位：1012kW·h注：前苏联各国的水能资源分别计入亚洲和欧洲，俄罗斯的水能资源全部计入亚洲。新能源概论世界一些国家的水能资源开发度（2008年，单位：%）新能源概论5.地热能地热能〔GeothermalEnergy〕是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。温泉肯尼亚地热发电厂新能源概论新能源概论产生：①地幔流体的热对流作用②地壳中放射性元素的衰变。温度（℃）用途200～400发电和综合利用150～200发电、工业加热、工业干燥和制冷100～150采暖、工业干燥、脱水加工、回收盐类和双循环发电50～100温室、采暖、家用热水、工业干燥和制冷20～50洗浴、养殖、种植和医疗新能源概论7.海洋能包含：潮汐能、波浪能、海流能和海水温差能等。新能源概论新能源概论新能源概论7.氢能特点：资源丰富，来源具有多样性，具有可存储性和可再生性，热值高和无污染。新能源概论8.核能优点：①核燃料具有体积小，能量大等优势；②污染少；③安全性强缺点：①核废料难处理；②热效率较低；③投资成本大，风险高；④反射性对人体和生态有一定的破坏。核能利用方式：核裂变和核聚变，目前用于发电的只有核裂变。利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电。新能源概论1kg铀235=2500吨标煤=含3%铀235浓缩铀28吨200~300万吨100万千瓦新能源概论新能源概论新能源概论1.3新能源利用发展现状和趋势类型2007年容量2020年目标水电145GW300GW（含75GW小水电）太阳能光伏100MW1.8GW风电6GW30GW太阳能热水器130M㎡300M㎡生物质能发电3GW30GW沼气99m³440³生物固体燃料-5000万吨燃料乙醇16亿升（包括粮食乙醇）127亿升生物柴油1.19亿升24亿升地热（发电和供热）32MW（发电）1200吨标准煤（发电和供热）潮汐能-100MW（潮汐能应用）新能源概论新能源的开发利用，开创了能源的新时代，但受制于资源、技术、产业影响。可再生能源、氢能与互联网技术相结合的能源产业被称为第三次工业革命。可再生能源得到开发和利用，已形成运行良好的产业。中国、印度等新兴国家成为新能源发展的重要力量。新能源概论目前新能源在一次能源中的比例总体上偏低。对于中国，新能源产业目标是积极推进可再生能源技术产业化，大力发展技术成熟的核电、风电、太阳能、生物质能等。国际能源署（IEA）对2000～2030年国际电力的需求研究表明，来自新能源的发电总量年平均增长速度将最快。新能源概论1.什么叫作能源？2.我国能源存在哪些问题？应如何具体解决？3.简述能源的分类4.简述新能源的定义和其主要特征？5.新能源的具体分类方法有哪几种？具体怎么划分？6.发展新能源的重大战略意义是什么？思考题新能源概论太阳能太阳能传热理论2太阳能供暖技术3太阳能光伏发电技术4太阳能热发电技术5概述1太阳能利用发展现状和趋势6新能源概论1概述1.1太阳能简介太阳能一般是指太阳光的辐射能量，一般用作发电。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，是可再生能源广义：太阳能包含生物质能、风能、海洋能、水能等可再生能源。狭义：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。新能源概论一、太阳辐射能太阳常数：是指在平均日地距离，垂直于太阳辐射的大气外层平面上，单位时间、单位面积上所接收的太阳辐射能，可用符号Isc表示，其单位为W/㎡，约为1367W/㎡。新能源概论太阳辐射光谱能量分布曲线新能源概论二、太阳能资源和开发潜力（1）我国太阳能资源的分布新能源概论类别全年日照时数/h年总辐射量/（KJ/cm2）主要地区13200～3300670～837青藏高原、甘肃北部、宁夏北部、新疆东部23000～3200586～670河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部32200～3000502～586山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东北部、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部等41400～2200419～502长江中下游、福建、浙江、和广东的部分地区51000～1400335～419四川、贵州表2-1我国主要地区按太阳能资源分布类表新能源概论根据太阳辐射地理分布将地球南北半球划分为四个地域带。以北半球为例：（2）世界太阳能资源的分布新能源概论世界太阳能资源分布情况（来源：美国国家航空航天局）新能源概论1.2太阳能的特点太阳能的缺点：①分散性；②不稳定性；③效率低、成本高太阳能的优点：①普遍；②无害；③巨大；④长久新能源概论1.3太阳能的利用形式主要包括光热利用和光伏发电1.太阳能热利用（1）太阳能热水器新能源概论（2）太阳房①被动式太阳房是指太阳房仅依靠建筑物朝向和周围环境的布置，通过窗户、墙以及屋顶等以自然交换的方式来获取太阳能的一类建筑。可分为直接受益式、集热墙式、附加阳光间式和组合式新能源概论②主动式太阳房用太阳集热器替代锅炉，通过热水（或者热风）对太阳房内进行供暖。一般由集热器、传热流体、蓄热器、控制系统及适当的辅助能源系统构成。系统需要电源、热交换器、水泵和风机等设备。主动式太阳房是指在被动式太阳房对建筑结构及环境要求的基础上，以太阳集热墙作为主要热源的一种建筑。新能源概论新能源概论新能源概论（3）太阳能热发电是指先将太阳辐射能转变为热能，再将热能利用发电机转变为电能的一种发电方式。较为常见的热发电方式包括半导体温差发电、太阳能蒸汽热动力发电、热声发电、太阳烟囱和太阳池发电。新能源概论新能源概论新能源概论（4）太阳能制冷与空调新能源概论（5）太阳灶聚光式热箱式新能源概论（6）太阳能干燥新能源概论2.太阳能光伏发电新能源概论2.2太阳能传热理论2.2.1经典黑体辐射基本定律①普兰克定律（PlanckLaw）描述黑体的光谱辐射力随光子波长变化：（2-1）式中，c1和c2分别为第一和第二辖射常数，T为黑体温度，为辐射光子的波长。1251,,eTTbccE新能源概论②斯蒂芬-玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann)推导出了描述黑体辐射力Eh与黑体热力学温度T之间关系的黑体辐射四次方定律，即：（2-2）式中，σ为斯蒂芬-玻耳兹曼常数σ=5.67×10-8W/(m2·K4)4ThE新能源概论维恩(Wien)则发现了最大光谱辐射力的波长λm与黑体温度T之间的关系，即维恩位移定律：（2-3）KmbTm3108976.2新能源概论2.2太阳能传输到达地面接收器的照射辐射强度理论定义照射到辐射接收器表面某一点处的面元上的太阳辐射通量除以该面元的面积为照射辐射强度：（2-4）由朗伯-比尔(Bouguer-Lambert)定律：（2-5）L为太阳辐射穿过的大气层厚度，φo为初始辐射通量，μ为线性衰减系数。AGφ=φOe-μL新能源概论对太阳直辐射有：（2-6）G0为大气层的初始入射照射辐射强度，也可认为是太阳常数Isc。为大气透射系数，m为大气光学质量。对于不同辐射波长对应的照射辐射强度，可以表示为：（2-6a）momGGmomGG,,新能源概论参数说明：δ：太阳赤讳，太阳入射线与赤道面的夹角。s：辐射接收