能源與環(huán)境第3章(編輯修改稿)
2025-05-10 23:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ， 光 — 熱 — 電轉(zhuǎn)換 ， 光 — 電轉(zhuǎn)換 ，光 — 化學能轉(zhuǎn)換 。 ? 光 — 熱轉(zhuǎn)換 是通過太陽能接受裝置（如集熱器）將太陽能集中起來利用。 ? 溫室和太陽房 就是光 — 熱轉(zhuǎn)換和利用的最簡單方法。 ? 被動式太陽房 在普通房屋建筑中早已普遍采用，主要是通過窗、門、墻、頂、通風等保暖設(shè)計，使得房屋冬暖夏涼。用玻璃或透明薄膜制成的溫室，室溫可維持在 20℃ 左右，在農(nóng)業(yè)上已被廣泛采用。 ? 主動式太陽房 一般由集熱器、傳熱流體、蓄熱器、控制系統(tǒng)及適當?shù)妮o助能源系統(tǒng)構(gòu)成。它需要熱交換器、水泵和風機等設(shè)備，電源也是不可缺少的。因此造價較高 ，目前還只有一些樣板工程，尚未大量推廣。 ? 另外，像太陽能蒸煮裝置 —— 即 “ 太陽灶 ” ，也已進入實用階段，它是采用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，將太陽能聚焦至 30000K以上的溫度，不僅可以用來蒸煮海水，還可以來熔煉高熔點金屬。 ?光 — 熱 — 電轉(zhuǎn)換 ，首先是將太陽能聚焦并收集起來，加熱水和蒸汽，然后利用蒸汽發(fā)電。轉(zhuǎn)換過程中可以直接用太陽能產(chǎn)生蒸汽，也可以先用太陽能加熱液態(tài)金屬或熔鹽，將太陽能儲存在金屬或熔鹽中，然后用它們加熱水生成蒸汽發(fā)電，這樣基本上可以維持發(fā)電功率的穩(wěn)定。 ?目前世界上最大的 太陽能發(fā)電站 在美國加利福尼亞洲南部沙漠地區(qū)，容量為 10MW。據(jù)測算，要建成一座 1000MW的太陽能電站，需占地 40～ 50km2，投資近百萬億美元，因此大型化的太陽能電站很難推廣應用。 ?目前很多國家都有一些 500 ～ 2022kW的太陽能發(fā)電裝置， 發(fā)電效率大約在 15%左右 。 ?光 — 電轉(zhuǎn)換 是用硅、砷化鎵等半導體材料直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，通常稱 太陽能電池 。目前，硅太陽能電池的理論效率為 22%，在實驗室最高達到 18%，大量生產(chǎn)時太陽能電池的效率只有 10%左右。太陽能電池造價高昂，最初應用于空間技術(shù)，有 90%的人造衛(wèi)星和宇宙飛船都采用太陽能電池供電。 ?太陽能電池與蓄電池配合，已廣泛用于燈塔，航標燈，科學觀測站等場所；用 太陽能電池驅(qū)動的電動汽車 已設(shè)計成功； ?目前最大的太陽能電池發(fā)電設(shè)備為 3500kW。今后主要是尋求效率更高、價格低的轉(zhuǎn)換材料，才能從根本上擴大其應用范圍。 ?按照美國的發(fā)展計劃，在地球同步軌道上布置兩塊 太陽能電池陣列 ，將直流電轉(zhuǎn)換成微波后發(fā)射到地球，在地面再轉(zhuǎn)換成直流電或交流電，有效輸出功率 5000MW。 ?光 — 化學能轉(zhuǎn)換 ，由植物光合作用完成。人工光合作用是生物工程的重大研究課題，不屬于本學科的范疇。 ?我國地域遼闊，太陽能源資源豐富，各地太陽能年總輻射量在 330～ 840kJ/m2，中值為590kJ/m2。 ?我國每年陸地接收到的太陽能相當于 噸標準煤，是我國 2022年煤產(chǎn)量 19億噸的 895倍。 ?我國已有各類太陽灶 10萬臺以上；有 50余臺太陽能干燥設(shè)備，總集熱面積超過 3000m2，工作溫度 70度左右；有被動式太陽房 100多座； ?太陽能熱水器 的制造是我國很受重視的項目，產(chǎn)量和技術(shù)居世界首位，已安裝的太陽能熱水器占全球的 76%。目前總集熱面積已超過 50萬 m2，熱水溫度最高為 200℃ ，熱效率達 72%； ?太陽能電池也得到較廣泛的應用，總功率在 200kW以上，功率最大的達到 350W，效率約為 9%； ?其它還有太陽能泵、太陽能海水淡化裝置、低沸點工質(zhì)太陽能發(fā)電裝置（單功率 5kW）等產(chǎn)品問世。 我國太陽能資源分布圖 地熱能 ? 地熱能是地殼中蘊藏的熱能的總稱。 ? 地殼上平均溫度梯度是 25℃/km 。地表 3km內(nèi)可供利用的熱能資源約為 1017 kJ，相當于全部煤儲量的能量；地表10km以內(nèi)有 1023 kJ，相當于 。 ? 地熱能源的利用在全世界正以不太快但卻穩(wěn)定的速度增長。地熱發(fā)電主要集中在第四紀火山活動區(qū)。 ? 對地熱的直接應用遍及五大洲，即使是地球上低于沸點的溫泉和 “ 正常 ” 溫度區(qū)也可應用于有經(jīng)濟實效的項目。 ? 目前全球地熱發(fā)電裝機容量超過 9000兆瓦。直接應用地熱的項目 (農(nóng)業(yè)、礦泉療養(yǎng)、建筑物供暖和供冷和漁業(yè)等 )的供熱量估計在 。 ?地熱能有 熱水型、蒸汽型、地壓型、干熱巖型及熔巖型 等，目前被利用的主要是熱水型。 ?地熱水型 資源約占 10%，其溫度水平從 20～400℃ 不等。低溫地熱水一般用于沐浴、孵化、供暖等；中溫一般用于干燥、制冷和雙循環(huán)發(fā)電等；高溫主要用于發(fā)電。 ?目前全世界地熱發(fā)電總?cè)萘恳殉^ 1000萬千瓦，地熱電站的投資約比燃煤電站高 1倍，但運行費用極低，故發(fā)電成本比煤電低。 ?蒸汽型 資源不太多，一般可直接用來發(fā)電。 ?地壓型 資源約占 20%，主要是熱水或蒸汽形態(tài)，溫度在 150～ 260℃ 之間，可直接用于發(fā)電。 ?干熱巖型 資源占 30%，溫度 150 ～ 650℃ ，要經(jīng)間接轉(zhuǎn)換才能利用。 ?熔巖型 資源占 40%，是溫度為 650 ～ 1200℃ 的塑性流體狀的熔巖，埋藏較深。這兩類資源目前還沒有很好的方法利用。 ?地熱發(fā)電 地熱電站的投資約比燃煤電站高 1倍，但運行費用極低，故發(fā)電成本比煤電低。 目前全世界地熱發(fā)電總?cè)萘考s 1104萬千瓦，其中美國占 40%，加州吉塞斯地熱電站是目前世界上最大的地熱電站，裝機容量達 208萬千瓦。菲律賓23%的發(fā)電量是利用地熱資源，是僅次于美國的第二大地熱能產(chǎn)地。世界第三地熱利用大國印尼有計劃在未來 10年中將建設(shè) 687萬千瓦的地熱發(fā)電設(shè)施，相當于當前全國發(fā)電總量的 30%。 ?我國的地熱資源至今尚未確切了解，但從溫泉的數(shù)目多（已經(jīng)發(fā)現(xiàn)近 3000處）等數(shù)據(jù)，可以知道地熱資源是比較豐富的。 ?我國地熱能的直接利用已相當于 743MW，地熱電站有 10多座，裝機容量為 35MW（其中高溫地熱發(fā)電裝機容量達 27MW），其中西藏羊八井地熱電站裝機容量為 25MW，是我國最大的地熱電站。 ?建立了一大批溫泉療養(yǎng)基地；利用地熱供暖的面積已超過 100萬平方米；已有單機容量 30
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