【正文】 一、太陽能利用方式 太陽能熱利用 通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能 太陽能熱發(fā)電 利用太陽能。 新能源主要有太陽能、風(fēng)能、生物能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、氫能、小水電、垃圾發(fā)電、天然氣和空氣能。 封閉循環(huán)法 使用氨、丙烷、氟利昂等低沸點(diǎn)介質(zhì)，用表層溫水使介質(zhì)蒸發(fā)，驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)，然后用深層冷水使其凝聚變成液體，再送到蒸發(fā)器，完成循環(huán)進(jìn)行發(fā)電。 山東的白沙口潮汐電站和浙江的岳浦潮汐電站 自然能的利用 浙江的江廈潮汐電站 自然能的利用 五、 波浪發(fā)電 利用波浪上下運(yùn)動(dòng)，在浮動(dòng)體內(nèi)造成連續(xù)的空氣流，空氣流推動(dòng)空氣渦輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 從地球表面到地球中心，每深入 l00米地球的溫度會(huì)提高 3℃ ，到地心溫度將達(dá)到 6000℃ 的高溫。 自然能的利用 風(fēng)輪葉片 機(jī)頭 回轉(zhuǎn)體 尾舵 拉繩 自然能的利用 設(shè)受風(fēng)的平面與風(fēng)向垂直、截面積為A、風(fēng)速為 v，空氣密度為 ρ ，單位時(shí)間內(nèi)通過風(fēng)車的空氣質(zhì)量為 ρ Av。 作為常規(guī)電站使用 自然能的利用 作為調(diào)峰電站使用 在夜間等電力供給有余的時(shí)段，使用剩余的電能將水從下池提到上池；在白天等用電高峰的時(shí)段，可放流上池的水發(fā)電。 ? 3μ m以下的短波區(qū)吸收率高，在 2μ m以上的長波區(qū)發(fā)射率低的材料 。 ?到達(dá)地面的太陽光的能量， 99%都含在波長為 ～ 4μ m的區(qū)域，因此要求集熱板在這一波長范圍內(nèi)吸熱率要高 。 太陽能發(fā)電 太陽光照射到 pn結(jié)半導(dǎo)體材料上時(shí)，光子同半導(dǎo)體中的原子價(jià)電子碰撞，產(chǎn)生電子 空穴對，光能就以產(chǎn)生電子 空穴對的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?p型和 n型交界面兩邊形成勢壘電場，就將電子驅(qū)向 n區(qū)，空穴驅(qū)向 p區(qū)，產(chǎn)生所謂的光生伏打電動(dòng)勢。它是由法國物理學(xué)家皮奎雷爾在 1839年發(fā)現(xiàn)的。 原子能發(fā)電 核聚變的臨界條件 （ 1） 獲得能夠克服庫侖力 ， 發(fā)生碰撞的速度 → 高的溫度 （ 2） 單位時(shí)間內(nèi)多次碰撞產(chǎn)生大的能量 → 高的氫密度 （ 3） 用所產(chǎn)生的能量促進(jìn)下一次反應(yīng)→ 長的能量箍縮時(shí)間 太陽能發(fā)電 一、太陽能發(fā)電及其特點(diǎn) 太陽能 發(fā)電的方式有多種，主要有太陽能光伏發(fā)電，光感應(yīng)發(fā)電，光化學(xué)電和光生物發(fā)電等，其中太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用得 最 為廣泛。 原子能發(fā)電 核聚變反應(yīng)的燃料是氘，作為穩(wěn)定的核物質(zhì)在天然的氫氣中含有％，因此，它是取之不盡的能源資源。 阿斯頓在用質(zhì)譜儀測量原子核質(zhì)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，任何原子核的質(zhì)量要比組成該原子核的所有粒子的質(zhì)量總和要少些，這種現(xiàn)象叫做“質(zhì)量虧損”。 原子能發(fā)電 1925年英國物理學(xué)家弗朗西斯 這就是著名的“質(zhì)能關(guān)系”。同時(shí)因?yàn)殁c蒸汽壓低，所以不需要像輕水堆那樣加高壓，不必?fù)?dān)心管路破裂引起的冷卻劑急劇喪失故障。利用具有這種性質(zhì)的冷卻劑兼減速材料，每一次核裂變反應(yīng)將生成一個(gè)以上的钚 239。 這是因?yàn)橹凶雍唾|(zhì)子的質(zhì)量相等，通過一次彈性碰撞，中子的能量就會(huì)全部被水的質(zhì)子吸收 。 在從鈾 238向钚 239的轉(zhuǎn)換中，中子的能量越大轉(zhuǎn)換率越高，因此出現(xiàn)了核裂變中子不減速、發(fā)生連鎖反應(yīng)的反應(yīng)堆 —— 快中子增殖反應(yīng)堆。 原子能發(fā)電 （二） 沸水堆 冷卻水在約 70個(gè)大氣壓下沸騰 ，產(chǎn)生的蒸汽送入汽輪機(jī)做功發(fā)電。 原子能發(fā)電 控制棒用銀銦鎘材料制成，外面套有不銹鋼包殼，可以吸收反應(yīng)堆中的中子，用來控制反應(yīng)堆核反應(yīng)的快慢。每個(gè)堆芯一般由 121個(gè)到 193個(gè)組件組成。 原子能發(fā)電 燃料芯塊是由二氧化鈾燒結(jié)而成的，含有 2～ 4%的鈾－ 235，呈小圓柱形，直徑為 ，裝在兩端密封的鋯合金包殼管中，成為一根長約 4米、直徑約 10毫米的燃料元件棒。冷卻水送入蒸汽發(fā)生器。輕水堆按冷卻水壓力不同分為分壓水堆和沸水堆。 按照使用的材料分類，原子反應(yīng)堆可以分成石墨堆、輕水堆、重水堆、液體金屬冷卻堆、氣體堆等。 原子能發(fā)電 二、 輕水堆 原子反應(yīng)堆，是控制核裂變反應(yīng)，把所產(chǎn)生的能量以熱量的形式安全地放出的系統(tǒng)。 原子能發(fā)電 一、 核裂變反應(yīng) 鈾 235核裂變時(shí)，一個(gè)原子的核裂變產(chǎn)生約 200MeV的能量。例如鐵和錳等質(zhì)量數(shù)為 55左右的元素最穩(wěn)定。因此把原子序號相等，即化學(xué)性質(zhì)相同，而質(zhì)子數(shù)不同的元素叫做同位素。原子的序號是 Z、質(zhì)量數(shù)是 A，則 構(gòu)成原子核的質(zhì)子數(shù)為 Z、中子數(shù)為 AZ，圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子數(shù)也是Z。原子能利用的則是原子核反應(yīng)時(shí)放出的原子核勢能。同時(shí)， Q2和 Q3也隨之增大，綜合熱效率 η c提高。 第 4章 能源轉(zhuǎn)換技術(shù) 朗肯循環(huán)（蒸汽循環(huán)） 下圖朗肯提出的用水蒸氣和水做工作流體的循環(huán)，因此稱為朗肯循環(huán)。 對外所做的功 W=Q1Q2。 4→ l是絕熱壓縮過程。 2→ 3是絕熱膨脹過程。 將兩個(gè)理想的可逆等溫過程和兩個(gè)理想的可逆絕熱過程組合，所得到的熱循環(huán)叫做卡諾循環(huán)。 此外，沒有熵的增減的那類理想的狀態(tài)變化稱為可逆過程。 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，必定是 T1＞ T2， 所以 S2S1。 某體系的溫度為 T， 從外部向體系加人熱量 Δ Q時(shí) ，熵的增量 Δ S可定義如下： Δ S=Δ Q/T 第 4章 能源轉(zhuǎn)換技術(shù) 溫度不同的兩種物質(zhì)，設(shè)熱量 Δ Q從物質(zhì) 1移到物質(zhì) 2。 第 4章 能源轉(zhuǎn)換技術(shù) 熱力學(xué)第二定律 規(guī)定熱不能自發(fā)地從低溫物體移向高溫物體的定律 。因此，熱力學(xué)第一定律也可以寫成 Δ Q=Δ U十 PΔ V。從外部加上熱量 Δ Q時(shí)，設(shè)截面積為 S的活塞在壓力 P作用下向外移動(dòng) Δ x做功。 可為中國發(fā)展氫能提供良好的基礎(chǔ) 第 4章 能源轉(zhuǎn)換技術(shù) 能源轉(zhuǎn)換的類型 第 4章 能源轉(zhuǎn)換技術(shù) 熱力學(xué)定律 熱力學(xué)第一定律 :在與外界無物質(zhì)交換的體系中 ， 從狀態(tài) 1變成狀態(tài) 2時(shí) ， 從體系外接受熱能 Δ Q和對體系外做功 Δ w的總和 ， 等于狀態(tài) 1和狀態(tài) 2的內(nèi)能 U之差 Δ U， 而與途中的過程無關(guān) 。 是一個(gè)具有自身更新能力的開放系統(tǒng) 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在組成上十分靈活，它可以不斷發(fā)展新型技術(shù)，拋棄落后過時(shí)的技術(shù)，使自身不斷地發(fā)展前進(jìn)。 技術(shù)工藝路線可以鏈接和耦合 。 優(yōu)點(diǎn)： 以煤氣化為中心的清潔技術(shù)。 四、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 多聯(lián)產(chǎn)是指將多種煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)通過優(yōu)化集成組合在一起 ， 可以同時(shí)生產(chǎn)各種化學(xué)品 、 液體燃料以及燃?xì)?、 電 、 熱等潔凈二次能源的生產(chǎn)過程 。 燃料電池的分類 最常用的方法還是以燃料電池中最重要的組成部分即 電解質(zhì) 來劃分。 （ 3）是可用作分散型電站。 質(zhì)子交換膜燃料電池的應(yīng)用 （ 1） 用作便攜電源、小型移動(dòng)電源、車載電源、備用電源、不間斷電源等 。 （ 5） 發(fā)電效率受負(fù)荷變化影響很小 ， 非常適合于用作分散型發(fā)電裝置 （ 作為主機(jī)組 ） ，也適于用作電網(wǎng)的 “ 調(diào)峰 ” 發(fā)電機(jī)組 （ 作為輔機(jī)組 ） 。 （ 4） 維護(hù)方便 。 （ 3）運(yùn)行噪聲低，可靠性高。 （ 2） 可實(shí)現(xiàn)零排放 。 質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)點(diǎn) （ 1） 能量轉(zhuǎn)化效率高 。 （ 2） 氫離子穿過電解質(zhì)（質(zhì)子交換膜）到達(dá)陰極；電子則通過外電路到達(dá)陰極。 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理 燃料電池的工作過程實(shí)際上是電解水的逆過程 ， 其基本原理早在 1839年由英國律師兼物理學(xué)家威廉 .羅泊特 .格魯夫（ William Robert Grove） 提出 ， 他是世界上第一位實(shí)現(xiàn)電解水逆反應(yīng)并產(chǎn)生電流的科學(xué)家 。 PEMFC是具有能源革命意義的新一代能源動(dòng)力系統(tǒng)，被認(rèn)為是繼蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)之后的第三代動(dòng)力系統(tǒng)。 為了解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源短缺及環(huán)境污染之間日益加劇的矛盾，發(fā)展清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展的新能源動(dòng)力技術(shù)已成了十分緊迫的任務(wù)。 煤炭液化技術(shù)的作用 ?將煤炭轉(zhuǎn)化為油品 ?可同時(shí)生產(chǎn)大量化工產(chǎn)品 中國乙烯、丙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、 LPG等的國內(nèi)生產(chǎn)與市場需求之間有較大差距，每年需要大量進(jìn)口。 煤的間接液化技術(shù)是先將煤氣化，然后合成燃料油和化工產(chǎn)品。 該工藝是把煤先磨成粉，再和自身產(chǎn)生的部分液化油（循環(huán)溶劑）配成煤漿，在高溫（ 450℃ ）和高壓（ 20～ 30MPA）下直接加氫，獲得液化油，然后再經(jīng)過提質(zhì)加工，得到汽油、柴油等產(chǎn)品。 煤炭液化技術(shù)中又可分為煤的直接液化技術(shù)和煤的間接液化技術(shù)。煤料在較高溫度下與氣化劑發(fā)生燃燒反應(yīng)和氣化反應(yīng)。 它是以粒度為 0～ 10mm的小顆粒煤為氣化原料，在氣化爐內(nèi)使其懸浮分散在垂直上升的氣流中，煤粒在沸騰狀態(tài)進(jìn)行氣化反應(yīng)，從而使得煤料層內(nèi)溫度均一，易于控制，提高氣化效率。 在氣化過程中，煤由氣化爐頂部加入，氣化劑由氣化爐底部加人，煤料與氣化劑逆流接觸，相對于氣體的上升速度而言，煤料下降速度很慢，因此稱之為固定床氣化，也稱為移動(dòng)床氣化。 煤炭氣化時(shí)，必須具備三個(gè)條件，即氣化爐、氣化劑、供給熱量，三者缺一不可。 煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用，有利于改變中國終端能源的消費(fèi)結(jié)構(gòu)，減少煤炭直接燃燒量，減少因燃煤造成的環(huán)境污染，在一定程度上緩解中國石油供需矛盾，對保障中國能源安全具有重大意義。同時(shí)安排 IGCC和 PFBC－ CC示范，積累經(jīng)驗(yàn)。 ?運(yùn)行成本： 天然氣發(fā)電項(xiàng)目單位投資比較低，環(huán)保效果也比較好，但由于燃料成本比較高，與潔凈煤發(fā)電項(xiàng)目相比，不具有競爭力。 ?環(huán)保性能： 從高到低為 IGCC、PFBCCC、 CFBC、 超臨界十 FGD（ 超超臨界十 FGD） 。 ?發(fā)電效率： 以超超臨界機(jī)組為最高；其次為IGCC，凈熱效率達(dá) 45％；超臨界機(jī)組發(fā)電效率可達(dá) 41％～ 4 3％；增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)（ PFBC－ CC）熱效率可達(dá) 42％左右；循環(huán)流化床鍋爐熱效率不高，與常規(guī)煤粉爐電廠相當(dāng)。但若燃煤的含硫量高，需要配套 FGD。隨著 CFB鍋爐國產(chǎn)化率的提高，其造價(jià)將會(huì)降低，略低于 PC＋ FGD電廠。 大型循環(huán)流化床 CFB（ 300MW以上）發(fā)電，脫硫效率在 85％以上，可滿足當(dāng)前的環(huán)保要求； 循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率可達(dá) 97％以上，熱效率與粉煤鍋爐（ PC)安裝脫硫裝置（ PC＋ FGD）相當(dāng)，約為 38％～ 40％。凈熱效率可達(dá)到 42％～45％，環(huán)保性能最好，但投資過高，可用率不高。 第四節(jié) 先進(jìn)發(fā)電技術(shù)綜合評價(jià) 一、 （ 1） 亞臨界十 FGD（脫硫裝置） 、超臨界十 FGD、超超臨界十 FGD、 CFBC、IGCC、 PFBC－ CC比較 增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)（ PFBCCC）利用帶壓力和溫度排出的煙氣帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，可以提高熱效率，目前已達(dá)到 42％左右，環(huán)保性能好，可滿足當(dāng)前的環(huán)保要求，但其制造復(fù)雜，排出的高溫?zé)煔獾某龎m技術(shù)也十分困難。 （ 5） 低 NOx燃燒器 低 NOx燃燒器設(shè)備投資較低， NOx降低效果好，是世界上迄今為止最廣泛使用的 NOx控制技術(shù)。 燃燒溫度越高 ， 煙氣再循環(huán)率對 NOx降低率的影響越大 。 再循環(huán)煙氣量與不采用煙氣再循環(huán)時(shí)的煙氣量之比，稱為煙氣再循環(huán)率。 （ 4） 煙氣再循環(huán) 煙氣再循環(huán)法是目前使用較多的低NOx燃燒技術(shù)。其余 15％～ 20％的燃料（二次燃料，或稱再燃燃料）則在主燃燒器的上部送入二級燃燒區(qū)（又稱再燃區(qū)）， 在 α ＜ 1的條件下形成很強(qiáng)的還原性氣氛，使得在一級燃燒區(qū)中生成的 NOx在二級燃燒區(qū)內(nèi)被還原成氮分子，抑制新的 NOx生成，使 NOx的排放濃度進(jìn)一步降低。 第二階段：將完全燃燒所需的其余空氣通過布置在主燃燒器上方的專門空氣噴口 （ 火上風(fēng)噴口）送入爐膛，與第一級燃燒所產(chǎn)生的煙氣混合，在 α ＞ 1的條件下完成全部燃燒過程。 在第一階段，將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少到總?cè)紵諝饬康?70