可再生能源概论(5种能源举例).docx

可再生能源通常是指对环境友好、可以反复使用、不会枯竭的能源或能源利用 技术，包括太阳能热利用、太阳电池、生物质能、风能、小水能、潮汐能、海浪 能、地热能、氢能、燃料电池等太阳能及太阳能发电应用太阳能（Solar Energy）, 一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电 自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干 物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等但在化石燃料减少下，才有 意把太阳能进一步发展太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两 种方式太阳能发电一种新兴的可再生能源广义上的太阳能是地球上许多能量 的来源，如风能，化学能，水的势能等等 目前，太阳能的利用还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低 的问题，但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用太阳能是太阳 内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量地球轨 珠海太阳 能热水工程道上的平均太阳辐射强度为1369w/m?地球赤道的周长为40000km,从而可计算 出，地球获得的能量可达173000TW在海平面上的标准峰值强度为lkw/m2，地 球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/m?,相当于有102000TW的能量, 人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源 除外），虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳 能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要 问题。

太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制 清立太阳能工程图 尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的 22 亿分之一，但已高达 173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤，每 秒照射到地球的能量则为 49940000000焦地球上的风能、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（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广 义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电 和光化学的直接转换 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，对环境无任何污染为人类创造了一种新的生 活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代 编辑本段太阳能分类太阳能光伏光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以 半导体物料（例如硅）制成的固体光伏电池组成由于没有活动的部分，故可以 长时间操作而不会导致任何损耗简单的光伏电池可为手表以及计算机提供能 源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并入电网供电。

光伏板 太阳能利用 组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电能近年，天台及建筑 物表面均可使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些 光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统 [1]据调研显示由于产能过剩导致全球5大制造商利润缩水， 2012年光伏组件安装量将有所减少，这是 10余年来首次出现下降据彭博6 位分析师的平均预测全球家庭与商业机构将安装 24.8GW 的光伏组件这相当于约 20 座核反应堆的发电量，但与去年新增 27.7GW 的光伏装机量相比下降 10%据彭博新能源财经估计，自 1999 年以来年均安装 量已增长 61% 据彭博新能源财经预计，今年光伏组件产能将跃居 38GW，比需求量平均预测高出 53 个百分点这家位于伦敦的研究机构预计今年安装量 将下滑至 24.6GW 产能过剩使最大的光伏制造商拥有高达 30%利润率的日子消失殆尽天合光能 2 月 23 日表示其 2011 年四季度毛利率为 7.1%，较一年 前下跌 31%尚德也表示其四季度毛利率已从 17%跌至 9.9% 今年中国光伏装机量有望实现翻番，并消化富余产量尚德与天合光能 1 月表示，今年中国 将新增 4 至 5GW 的装机量，而2011年为 2.2GW。

中国第三大组件制造商天合光能预计今年出货量将增至2.1GW，涨幅达39%英利绿色能源控股有限公司 预计今年出货量将高达2.5GW，较2011年增长56%尚德电力昨日表示，出货量 可能将达到2.5GW，涨幅达19%从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现它同以往其他电源发 电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）；③不 受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感 情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短不足之处是：①照射的能量分布密度 小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关但 总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的 重视 要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效 率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网 目前，太阳 能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种单晶硅太阳电池变换效率最高， 已达 20%以上，但价格也最贵非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜， 今后最有希望用于一般发电的将是这种电池一旦它的大面积组件光电变换效率 达到1 0% ，每瓦发电设备价格降到1－2美元时，便足以同现在的发电方式竞争。

估计本世纪末便可达到这一水平 当然，特殊用途和实验室中用的太阳电 池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而 成的太阳电池，光电变换效率可达36%，快赶上了燃煤发电的效率但由于它太 贵，目前只能限于在卫星上使用编辑本段结构和工作原理太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置太阳能电池组 件（Solar cells）是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在 广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达 国家还可与区域电网并网实现互补目前从民用的角度，在国外技术研究趋于成 熟且初具产业化的是"光伏--建筑（照明）一体化"技术，而国内主要研究生产适用 于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统1 太阳能发电原理太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件（阵列）、控制器、蓄电池、逆变 器、用户即照明负载等组成其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制 器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端太阳热能现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力除 了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在 设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力 的建筑材料。

编辑本段利弊分析优点(1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山 或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输 (2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的 今天，这一点是极其宝贵的 (3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于 130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源 (4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球 的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的 缺点(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很 低平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射 的辐照度最大，在垂直于太阳光方向 1 平方米面积上接收到的太阳能平均有 1000W 左右；若按全年日夜平均，则只有 200W 左右而在冬季大致只有一半， 阴天一般只有 1/5左右，这样的能流密度是很低的因此，在利用太阳能时，想 要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高 (2)不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以 及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间 断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。

为了使太阳能成 为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须 很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴 雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一 (3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也 是成熟的但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济 性还不能与常规能源相竞争在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展， 主要受到经济性的制约编辑本段开发途径光热利用它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能 加以利用目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热 器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器等 4种通常根据所能达到的温度和用途的 不同，而把太阳能光热利用分为低温利用(<200°C)、中温利用(200〜800D 和高温利用(>800C)目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太 阳能蒸馏器、 太阳能 太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能 热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等风能——风力发电风能(wind energy)地球表面大量空气流动所产生的动能。

由于地面各处受太阳 辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在 水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风风能资源决定于风能密度和可利 用的风能年累积小时数风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的 三次方和空气密度成正比关系据估算，全世界的风能总量约 1300亿千瓦，中 国的风能总量约 16亿千瓦风能量是丰富、近乎无尽、广泛分布、干净与缓和温室效应 存在地球表面 一定范围内经过长期测量，调查与统计得出的平均风能密度的概况称该范围内 能利用的依据，通常以能密度线标示在地图上 现代利用涡轮叶片将气流的机 械能转为电能而成为发电机在中古与古代则利用风车将蒐集到的机械能用来磨 碎谷物或抽水 风力被使用在大规模风农场为全国电子栅格并且在小各自 的涡轮为提供电在被隔绝的地点风能利用形式主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能量风就 是水平运动的空气，空气产生运动，主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射 强度不同而形成的在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐 射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳高度角小， 日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。

这种高纬度与低纬度之间的温 度差异，形成了中国南北之间的气压梯度，使空气作水平运动主要技术①水平轴风电机组技术因为水平轴风电机组具有风能转换效率高、转轴较 短在大型风电机组上更突显了经济性等优点，使它成为世界风电发展的主流机 型，并占有 95%以上的市场份额同期发展的垂直轴风电机组，因为转轴过长、 风能转换效率不高，启动、停机和变桨困难等问题，目前市场份额很小、应用数 量有限，但由于它的全风向对风和变速装置及发电机可以置于风轮下方(或地面) 等优点，近年来，国际上的相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展②风电机组单机容量持续增大，利用效率不断提高近年来，世界风电市场上风 电机组的单机容量持续增大，世界主流机型已经从 2000 年的 500~1000 千瓦增加 到 2004 年的 2~3 兆瓦，目前世界上运行的最大风电机组单机容量为 5 兆瓦，并 已开始10兆瓦级风机的设计与研发 ③海上风电技术成为发展方向目前建设海上风电场的造价师陆地风电场的 1.7~2 倍，而发电量。