1、.,1,可再生能源 馬凱 kai_2014.11,2,.,課堂紀(jì)律，缺課請(qǐng)假，開(kāi)卷考試 參考書： 汪建文等. 可再生能源. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012. 王長(zhǎng)貴等. 新能源發(fā)電技術(shù). 北京：中國(guó)電力出版社，2003. 黃素逸. 能源利用新技術(shù). 北京：中國(guó)電力出版社，2004.,3,.,先思考幾個(gè)問(wèn)題：,1. 國(guó)際戰(zhàn)爭(zhēng)和沖突：海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)，美國(guó)攻打阿富汗 2. 全球變暖 全球變暖 溫室效應(yīng) 溫室氣體 CO2 燃煤電廠 3. PM2.5 霧霾 能源是社會(huì)存在的基礎(chǔ)，是社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力，并與我們的生活息息相關(guān)。,4,.,課程的主要內(nèi)容,第一章 可再生能源概述 第

2、二章 太陽(yáng)能 第三章 風(fēng)能 第四章 生物質(zhì)能 第五章 海洋能 第六章 地?zé)崮?第七章 氫能,5,.,第一章 可再生能源概述,第一節(jié) 能源概述 第二節(jié) 可再生能源概述 第三節(jié) 可再生能源發(fā)展趨勢(shì),6,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,一、能源的定義（一）能量：物體（或系統(tǒng)）對(duì)外做功的能力。廣義地講，能量是產(chǎn)生某種效果（變化）的能力。反過(guò)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生某種效果（變化）的過(guò)程必然伴隨著能量的消耗或轉(zhuǎn)化。 （二）能源:凡是能直接或者經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換而獲取某種能量的自然資源統(tǒng)稱為能源。如煤、石油、天然氣、太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、核能以及電力、煤氣、蒸汽、沼氣、氫能等?7,.,第一章 可再生能源概述第

3、一節(jié) 能源概述,一、能源的定義（三）能量形式：目前，人類認(rèn)識(shí)的能量有如下六種形式。1.機(jī)械能 它包括固體和流體的動(dòng)能、勢(shì)能、彈性能及表面張力能。動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為宏觀機(jī)械能。2.熱能 熱能是能量的一種基本形式，熱能的本質(zhì)是微觀粒子隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和勢(shì)能的總和，這種能量的宏觀表現(xiàn)是溫度的高低，它反映了分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。3.電能 它是和電子流動(dòng)與積累有關(guān)的一種能量。通常是由電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來(lái)，或是通過(guò)發(fā)電機(jī)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換得到；反之電能也可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而顯示出電做功的本領(lǐng)。,8,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,一、能源的定義（三）能量形式： 4.輻射能 物體以電磁波形式

4、發(fā)射的能量稱為輻射能，如地球表面所接受的太陽(yáng)能就是輻射能的一種。5.化學(xué)能 它是一種原子核外進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)放出的能量。人類利用最普遍的化學(xué)能是通過(guò)燃燒碳和氫而獲得的，而這兩種元素正是煤、石油、天然氣、薪柴等燃料中最重要的可燃元素。6核能 核能它是蘊(yùn)藏在原子核內(nèi)部的物質(zhì)結(jié)構(gòu)能。釋放巨大核能的核反應(yīng)有兩種，即核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)。核能不屬于可再生能源。,9,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,二、能源的分類 不同的認(rèn)識(shí)角度，具有不同的分類方法。 按地球上能量來(lái)源不同可把能源分為三類： 地球的本身蘊(yùn)藏的能量資源（如地?zé)崮艿龋?地球與其他天體相互作用而產(chǎn)生的能量（如

5、潮汐能等）。 來(lái)自地球以外天體的能量（除包括直接的太陽(yáng)輻射能外，還包括間接來(lái)自太陽(yáng)能能源，如化石能源、生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、海洋能等）；,10,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,二、能源的分類 按被開(kāi)發(fā)利用的程度不同，可把能源分為兩類： 常規(guī)能源，指已被廣泛利用的能源，如煤炭、石油、 天然氣、水能等； 新能源，指未被廣泛利用、正在研究開(kāi)發(fā)、有待推廣的能源，如太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、潮汐能、生物質(zhì)能等，核能通常也被看作新能源。,11,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,二、能源的分類 按獲得的方法，可把能源分為兩類 一次能源，指天然

6、存在的、可直接利用的（如原煤、原油、天然氣、水力、太陽(yáng)能、風(fēng)能等）； 二次能源，由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)化而來(lái)的能源 （如電力、汽油、煤氣、沼氣、氫氣等）。二次能源通常使用方便，易于利用，是高品質(zhì)能源。,12,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,二、能源的分類 按能否再生，可把能源分為兩類 可再生能源（如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、潮汐能等） 非再生能源（煤炭、石油、天然氣、核燃料等）。 按能源本身的性質(zhì)，可分為兩類 含能體能源，其本身就是可提供能量的物質(zhì)（煤炭、石油、天然氣、地?zé)帷涞龋?，可直接?chǔ)存； 過(guò)程性能源，指由可提供能量的物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的能源（風(fēng)能、水能、潮汐

7、能，電能等），無(wú)法直接儲(chǔ)存。,13,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,二、能源的分類 （6）按對(duì)環(huán)境的污染情況分 清潔能源（太陽(yáng)能，水能，海洋能等）； 非清潔能源（煤、石油、天然氣等）。,14,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,三、能量的各種形式與轉(zhuǎn)換 能量在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換 。人們通常所說(shuō)的能量轉(zhuǎn)換是指能量形式上的變化，然而廣義地說(shuō)，能量轉(zhuǎn)換還應(yīng)當(dāng)包含以下兩項(xiàng)內(nèi)容: 1） 能量的空間轉(zhuǎn)換，即能量的傳輸。 2） 能量的時(shí)間轉(zhuǎn)換，即能量的儲(chǔ)存。 任何能量轉(zhuǎn)換過(guò)程都必須遵循自然界的普遍規(guī)律能量轉(zhuǎn)換和能量守恒定律，即 輸入的能量

8、輸出的能量?jī)?chǔ)存能量的變化,15,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,三、能量的各種形式與轉(zhuǎn)換 任何能量轉(zhuǎn)換過(guò)程都需要一定的轉(zhuǎn)換條件，并在一定的設(shè)備或系統(tǒng)中才能實(shí)現(xiàn)。 表1 能量轉(zhuǎn)換過(guò)程及轉(zhuǎn)換設(shè)備和系統(tǒng),16,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,四、能源品質(zhì)評(píng)價(jià) 1. 儲(chǔ)量和能源的地理分布 作為能源的一個(gè)必要條件是儲(chǔ)量要足夠豐富。在考察儲(chǔ)量的同時(shí)還要對(duì)能源的可再生性和地理分布作出評(píng)價(jià)。 能源的地理分布和使用關(guān)系密切，比如我國(guó)的煤炭資源偏西北，水力資源偏西南，而工業(yè)區(qū)卻分布在東南沿海，因此能源的地理分布對(duì)能源的使用起決定性作用。 2.

9、 儲(chǔ)能的可能性和供能的連續(xù)性 能源不用時(shí)可以存儲(chǔ)起來(lái)，需用時(shí)能立即發(fā)出能量，這對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能等目前不易做到，而各種礦石燃料和核燃料則比較容易做到。 供能的連續(xù)性，是指能否按需要和所需的速度連續(xù)不斷地提供能量。,17,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,四、能源品質(zhì)評(píng)價(jià) 3. 能流密度和能量密度 能量密度是指單位質(zhì)量的物質(zhì)釋放的能量，煤的能量密度為2.74J/kg，石油的能量密度為4.32J/kg，裂變物質(zhì)的能量密度要比常規(guī)燃料大百萬(wàn)倍，如鈾235的能量密度為J/kg。 能流密度是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的能量,主要用來(lái)評(píng)價(jià)可直接利用的能源如太陽(yáng)能、風(fēng)能等。風(fēng)的能流

10、密度從每平方米幾十瓦到幾百瓦，太陽(yáng)能的能流密度用年輻射總量表示，范圍在300800kJ/cm2年。 4. 運(yùn)輸費(fèi)用與耗損 太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿入y以運(yùn)輸，而石油和天然氣則很容易從產(chǎn)地輸運(yùn)到用戶，運(yùn)煤稍為困難一些，水力發(fā)電站如果遠(yuǎn)離用戶，遠(yuǎn)距離輸電損失也不小，而且還是一項(xiàng)投資較大的基建工程。,18,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,四、能源品質(zhì)評(píng)價(jià) 5. 開(kāi)發(fā)費(fèi)用和利用能源的設(shè)備費(fèi)用 對(duì)于開(kāi)發(fā)費(fèi)用而言，太陽(yáng)能、風(fēng)能等不花任何成本就能得到；各種礦物燃料和核燃料，從勘測(cè)、開(kāi)采、到加工、運(yùn)輸?shù)榷夹枰肆臀锪Φ耐顿Y，有的工序?qū)趧?dòng)者還有一定的危險(xiǎn)性和損害人體健康。 利

11、用設(shè)備的價(jià)格，以目前的技術(shù)水平，太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能等發(fā)電設(shè)備的單價(jià)為幾千元上萬(wàn)元/kw，初投資較大，資金周轉(zhuǎn)較慢；燃煤和水力的設(shè)備幾百元一千元/kw，比太陽(yáng)能、風(fēng)能便宜得多，燒天然氣和石油的裝置的價(jià)格也相當(dāng)便宜。與開(kāi)發(fā)費(fèi)用相反。,19,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,四、能源品質(zhì)評(píng)價(jià) 6. 能源的品位 能源的品位有高低。高品位的能源是指電力、機(jī)械能、燃?xì)夂鸵后w燃料等，是相對(duì)那些不易利用的易造成浪費(fèi)的能源而言的，所謂低品位能源包括熱能、生物能等，二者之間是可以互相轉(zhuǎn)化的。 在熱機(jī)循環(huán)中，熱源溫度越高，冷源溫度越低，則循環(huán)熱效率就越高，即熱量可轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的部

12、分越大。對(duì)能夠得到較高熱源溫度的能源稱為高品位能源，否則為低品位能源。,20,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,四、能源品質(zhì)評(píng)價(jià) 7. 對(duì)環(huán)境的影響 對(duì)環(huán)境的影響不僅是指對(duì)環(huán)境的污染，還包括開(kāi)采和開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)生態(tài)平衡方面的影響。如化石燃料對(duì)環(huán)境的污染大；太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫能對(duì)環(huán)境基本沒(méi)有污染。 優(yōu)良的能源是干凈、安全、不破壞生態(tài)平衡的能源。,21,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,五、能源與經(jīng)濟(jì) 能源的形式也決定了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、發(fā)展模式和發(fā)展前途。 （一）能源與生產(chǎn) 2000年，世界人均一次能源消費(fèi)量折算標(biāo)準(zhǔn)油1.50噸，其中

13、，美國(guó)人均消費(fèi)8.17噸標(biāo)準(zhǔn)油，英國(guó)人均消費(fèi)3.89噸。 亞洲人均消費(fèi)最高的國(guó)家是新加坡為6.12噸標(biāo)準(zhǔn)油，韓國(guó)和日本的人均消費(fèi)大致相同，分別為4.10和4.14噸標(biāo)準(zhǔn)油。 我國(guó)人均消費(fèi)量為0.735噸，不到世界平均水平的一半，不足美國(guó)的十二分之一。 廣大的農(nóng)村仍在使用傳統(tǒng)的生物質(zhì)能源，其消費(fèi)總量超過(guò)2.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。 人均能源消費(fèi)量的差異，反映了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平同國(guó)外的差距。,22,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,五、能源與經(jīng)濟(jì) （二）能源與經(jīng)濟(jì) 任何產(chǎn)品（包括精神產(chǎn)品、軟件等在內(nèi)）都離不開(kāi)能源，所以能源發(fā)展水平在一定程度上代表了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水

14、平。 兩個(gè)指標(biāo)反映出經(jīng)濟(jì)和能源的關(guān)系： 1人年平均產(chǎn)值越高，人年平均能耗就越大； 2能源消耗量（t標(biāo)煤/人年）越高，國(guó)民生產(chǎn)總值（美元/人年）就越大。,23,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,五、能源與經(jīng)濟(jì) （三）能源與生活水平,表2 現(xiàn)代文明社會(huì)人均能耗最低需要估計(jì)（人年）,注：1.MJ為106焦。 2.標(biāo)準(zhǔn)煤熱值為29.33千焦/千克。,現(xiàn)代社會(huì)，能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用是相當(dāng)高的。國(guó)家越發(fā)達(dá)，現(xiàn)代化程度越高，人們依賴能源的程度也就越大。,24,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,二氧化碳的數(shù)量增加， 較多熱能因而被吸收

15、 和儲(chǔ)存,地球變得愈來(lái)愈熱,六、能源與環(huán)境,25,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,氧化氮和二氧化硫與空氣中的水分結(jié)合，形成弱硫酸和硝酸,當(dāng)燃燒化石燃料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氧化氮和二氧化硫,污染物吹到其他地區(qū),水汽,損毀建筑物,二氧化硫,氧化氮,二氧化硫,氧化氮,干沉降,破壞森林,湖泊和河流的土壤變酸，魚類和植物因此死亡,人類健康受損,酸雨落下,六、能源與環(huán)境,26,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié) 能源概述,六、能源與環(huán)境 環(huán)境惡化表現(xiàn)為： 1) 南極的臭氧空洞正以每年一個(gè)美國(guó)陸地面積的速度擴(kuò)大，受臭氧空洞的影響，太陽(yáng)紫外線輻射使人類皮膚癌的發(fā)

16、病率不斷上升。 2) 空氣質(zhì)量嚴(yán)重惡化，全球有1.25億人口生活在污濁的空氣中。 3) 溫室氣體的過(guò)度釋放造成全球氣候變暖，沿海低地和一些島嶼國(guó)家正面臨海水上漲的威脅。 4) 全球有12億人口生活在缺水地區(qū)，14億人的生活環(huán)境中沒(méi)有生活污水排放裝置； 5) 全球每年的土壤流失達(dá)20Gt(即20109t)，全世界的森林正以每年4.6106ha（ha-公頃，1ha=104m2）的速度從地球上消失。 6) 全球有12%的哺乳動(dòng)物和11%的鳥(niǎo)類瀕臨滅絕；每24h就有150200種生物從地球上消失；由于過(guò)度捕撈，有40多種魚類也瀕臨滅絕。,27,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第一節(jié)

17、能源概述,七、我國(guó)能源與可持續(xù)發(fā)展面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn) （一）面臨的問(wèn)題 1.總量不足；2.結(jié)構(gòu)失衡；3.效率低下；4.污染嚴(yán)重；5.效益不佳。 （二）面臨的挑戰(zhàn) 1.面臨能源需求增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力；2.人均資源不足，煤為世界平均值的50%，油為10%；3.資源勘探程度低，資源分布不均，煤炭集中西北，水電資源集中于西南；4.人均能耗低，約為世界平均值的50%；5.產(chǎn)值能耗高，約為其它發(fā)展中國(guó)家的二倍；6.農(nóng)村能源短缺，生活用能主要靠柴薪。,28,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第二節(jié) 可再生能源概述,一、可再生能源的定義 所謂可再生能源，是指不會(huì)隨它本身的轉(zhuǎn)化或人類的利用而

18、日益減少的一種能量資源。 相對(duì)于傳統(tǒng)能源，可再生能源取之不盡、用之不竭且對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染、可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展、有利于生態(tài)的良性循環(huán)的一種能源。 二、可再生能源的特點(diǎn) 1） 能流密度較低，并且高度分散。 2） 資源豐富，可以再生。 3） 清潔干凈，使用中幾乎沒(méi)有損害生態(tài)環(huán)境的污染物排放。 4） 部分可再生能源具有間歇性和隨機(jī)性，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等。 5） 開(kāi)發(fā)利用的技術(shù)難度大。,29,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第二節(jié) 可再生能源概述,三、可再生能源的種類 （一）按照聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署（UNDP）把可再生能源分為三大類： 1） 大中型水電。 2） 新型可再生能源。 3） 傳

19、統(tǒng)生物能。 （二）按照中華人民共和國(guó)可再生能源法第2條定義：所稱可再生能源，是指風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿确腔茉?。同時(shí)又指出：水力發(fā)電對(duì)本法的適用，由國(guó)務(wù)院能源主管部門規(guī)定，報(bào)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)。 并且還指出：通過(guò)低效率爐灶直接燃燒方式利用秸稈、薪柴、糞便等，不適用本法。,30,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第三節(jié) 可再生能源發(fā)展趨勢(shì),一、能源消費(fèi)現(xiàn)狀與趨勢(shì),31,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第三節(jié) 可再生能源發(fā)展趨勢(shì),圖1 2004年可再生能源占一次能源份額,二、世界可再生能源了利用狀況,32,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再

20、生能源概述第三節(jié) 能源消費(fèi)現(xiàn)狀與趨勢(shì),圖1-4 可再生能源總量平均年增長(zhǎng)率（2002-2004）,三、世界可再生能源發(fā)展趨勢(shì),33,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第三節(jié) 能源消費(fèi)現(xiàn)狀與趨勢(shì),四、我國(guó)可再生能源利用狀況,我國(guó)目前是以煤炭為主的能源消耗大國(guó)，煤炭占我國(guó)一次能源的69%左右，目前雖然可再生能源的比例占一次能源總消耗量還比較高，但主要是生物質(zhì)能占了絕對(duì)量，農(nóng)村人口多，他們生活用能基本主要是燒薪柴、糞便等，但這種直接燃燒的方式能源利用效率是相當(dāng)?shù)偷摹?除太陽(yáng)能應(yīng)用發(fā)展比較快（主要是太陽(yáng)能熱水器）以外，風(fēng)能、水能、海洋能等應(yīng)用比例都比較低。 我國(guó)可再生能源開(kāi)發(fā)利用亦有較大進(jìn)展。19902005年,大中型水電增長(zhǎng)1.8倍,新可再生能源增長(zhǎng)2.7倍。我國(guó)生物質(zhì)傳統(tǒng)利用、水力發(fā)電、小水電、戶用沼氣池、太陽(yáng)能熱水器等居世界第一位。,34,能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院,.,第一章 可再生能源概述第三節(jié) 能源消費(fèi)現(xiàn)狀與趨勢(shì),五、我國(guó)可再生能源發(fā)展趨勢(shì),我國(guó)的能源相對(duì)貧乏，人口基數(shù)龐大，人均能源占有量與世界平均水平相比非常低。 2005年,我國(guó)可再生能源利用量占能源消費(fèi)總量的7.5%。目前,提高可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重、推進(jìn)可再生能源的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展已成為我