黄素逸新能源发电技术
206页1、新能源发电技术,华中科技大学 能源与动力工程学院 黄素逸 2013-10-24于西安,2013年发电企业节能减排技术论坛,新能源,太阳能 风能 地热能 海洋能 生物质能,太阳能概述 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量(约为3.75l026W)的22亿分之一,但已高达1.731017W,换句话说,太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万t煤。,地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳;即使是地球上的化石燃料从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。 太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染。 但太阳能也有两个主要缺点:一是能流密度低;二是其强度受各种因素的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。,人们对太阳能利用有着悠久的历史。发展到现代,太阳能利用已日益广泛。在高科技的支持下,太阳能被期望成为21世纪的最主要辅助能源。,太阳结构 太阳是太阳系的中心天体,是太阳系里唯一的一颗恒星,也是离地球最近的一颗恒星。,太阳是一个炽热的气态球体,没有固
2、体的星体或核心。 它的直径约为1.39106km,是地球的109倍,质量约为2.2l027t,为地球质量的3.32105倍,体积则比地球大1.3106倍,平均密度为地球的1/4。其主要组成气体为氢(约71)和氦(约27)。,太阳内部有“里三层”。从中心向外,依次是核反应区,这里是太阳热能产生的基地。辐射区,太阳能先通过这里传播出去。对流区,太阳能经过这里向太阳表层传播,它们是“输送带”。,由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应,所以不断地释放出巨大的能量,并以辐射和对流的方式由核心向表面传递热量,温度也从中心向表面逐渐降低。太阳能量的99%是由中心的核反应区的热核反应产生的。,由核聚变可知,氢聚合成氦在释放巨大能量的同时,每1g质量将亏损0.0072g。根据目前太阳产生核能的速率估算,其氢的储量足够维持500亿年,因此太阳能可以说是用之不竭的。,太阳外部有“外三层”。依次为光球层、色球层和日冕层。人们肉眼可见的明亮表面就是光球层,我们所见到太阳的可见光,几乎全是由光球发出的。光球层厚约500千米,温度为5762K,密度为10-6g/cm3,它是由强烈电离的气体组成,太阳能绝大部分
3、辐射都是由此向太空发射的。,太阳表面结构,光球层 光球并不完美,其表面布满了米粒般的粒状结构,科学家形象地称它们为“米粒组织”,光球上亮的区域叫光斑,暗的黑斑叫太阳黑子 。 所谓太阳黑子是光球层上的黑暗区域,它的温度大约为4500K, 而光球其余部分的温度约为6000K。在明亮的光球反衬下,就显得很黑。,色球层 从光球表面到8000千米高度为色球层,大部分由氢和氦组成。在色球层的边缘常常突然串升一片火舌般的气体,高度达到几万公里,这就是日珥,其温度高达1百万度,高度有时达几十个太阳半径。日珥可谓千姿百态,有的像脱兔,有的如飞鸟,有的如喷泉飞瀑,这里可以算得上是太阳最壮丽的景色了。,日冕层 在色球之上是极其稀薄的高温日冕层,只有在日全食中才能看到一片青白色的日冕光区。 在太阳活动极大年,日冕接近圆形;在太阳宁静年则呈椭圆形。日冕上有冕洞,而冕洞是太阳风的风源。,1973年12月一个巨大的日珥跨越日面588000km,色球层,当太阳上有强烈爆发和日冕物质抛射时,太阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区。这时,在地球两极则可看见瑰丽无比的极光。,从太阳的构造可见,太阳并不是一个温度恒定的黑
4、体,而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。不过在太阳能利用中通常将它视为一个温度为6000K,发射波长为0.33m的黑体。,太阳能利用 人类对太阳能的利用已有悠久历史。太阳能利用主要包括太阳能热利用和太阳能光利用。 太阳能热利用应用很广,如太阳能热水、供暖和制冷;太阳能干燥农副产品、药材和木材;太阳能淡化海水;太阳能热动力发电等。 太阳能光利用主要是太阳能光伏发电和太阳能制氢。,太阳能热动力发电 太阳能热动力发电一直是太阳能热利用的主要研究方向,根据太阳能热动力发电系统中所采用的集热器的型式不同,该系统可以分为分散型和集中型两大类。分散型发电系统是将抛物面聚光器配置成很多组,然后把这些集热器串联和并联起来,以满足所需的供热温度。集中型发电系统也称为塔式接受器系统,它由平面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列,这些定日镜始终对准太阳,把入射光反射到位于场地中心附近的高塔顶端的接受器上。,太阳能热发电原理,聚光集热子系统,热-功-电转换子系统,蓄热子系统,典型的太阳能光热发电系统,碟式 Dish 槽式 Trough 塔式 Tower,Solar thermal power system
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