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(xué)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(fēng)等保暖設(shè)計(jì)，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(dāng)?shù)妮o助能源系統(tǒng)構(gòu)成。它需要熱交換器、水泵和風(fēng)機(jī)等設(shè)備，電源也是不可缺少的。因此造價(jià)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(jìn)入實(shí)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(diǎn)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(yīng)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)室最高達(dá)到 18%，大量生產(chǎn)時(shí)太陽能電池的效率只有 10%左右。太陽能電池造價(jià)高昂，最初應(yīng)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(biāo)燈，科學(xué)觀測站等場所；用 太陽能電池驅(qū)動的電動汽車 已設(shè)計(jì)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(jià)格低的轉(zhuǎn)換材料，才能從根本上擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。 ?按照美國的發(fā)展計(jì)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(xué)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(xué)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(dāng)于 噸標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)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(dá) 72%； ?太陽能電池也得到較廣泛的應(yīng)用，總功率在 200kW以上，功率最大的達(dá)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(diǎn)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?zé)崮? ? 地?zé)崮苁堑貧ぶ刑N(yùn)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(dāng)于全部煤儲量的能量；地表10km以內(nèi)有 1023 kJ，相當(dāng)于 。 ? 地?zé)崮茉吹睦迷谌澜缯圆惶斓珔s穩(wěn)定的速度增長。地?zé)岚l(fā)電主要集中在第四紀(jì)火山活動區(qū)。 ? 對地?zé)岬闹苯討?yīng)用遍及五大洲，即使是地球上低于沸點(diǎn)的溫泉和 “ 正常 ” 溫度區(qū)也可應(yīng)用于有經(jīng)濟(jì)實(shí)效的項(xiàng)目。 ? 目前全球地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量超過 9000兆瓦。直接應(yīng)用地?zé)岬捻?xiàng)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(jì)在 。 ?地?zé)崮苡?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?zé)崴?資源約占 10%，其溫度水平從 20～400℃ 不等。低溫地?zé)崴话阌糜阢逶 ⒎趸?、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?zé)岚l(fā)電總?cè)萘恳殉^ 1000萬千瓦，地?zé)犭娬镜耐顿Y約比燃煤電站高 1倍，但運(yùn)行費(fèi)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?zé)岚l(fā)電 地?zé)犭娬镜耐顿Y約比燃煤電站高 1倍，但運(yùn)行費(fèi)用極低，故發(fā)電成本比煤電低。 目前全世界地?zé)岚l(fā)電總?cè)萘考s 1104萬千瓦，其中美國占 40%，加州吉塞斯地?zé)犭娬臼悄壳笆澜缟献畲蟮牡責(zé)犭娬荆b機(jī)容量達(dá) 208萬千瓦。菲律賓23%的發(fā)電量是利用地?zé)豳Y源，是僅次于美國的第二大地?zé)崮墚a(chǎn)地。世界第三地?zé)崂么髧∧嵊杏?jì)劃在未來 10年中將建設(shè) 687萬千瓦的地?zé)岚l(fā)電設(shè)施，相當(dāng)于當(dāng)前全國發(fā)電總量的 30%。 ?我國的地?zé)豳Y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?zé)豳Y源是比較豐富的。 ?我國地?zé)崮艿闹苯永靡严喈?dāng)于 743MW，地?zé)犭娬居?10多座，裝機(jī)容量為 35MW（其中高溫地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量達(dá) 27MW），其中西藏羊八井地?zé)犭娬狙b機(jī)容量為 25MW，是我國最大的地?zé)犭娬尽? ?建立了一大批溫泉療養(yǎng)基地；利用地?zé)峁┡拿娣e已超過 100萬平方米；已有單機(jī)容量 30
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