新能源概论.pptx
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1、新能源概论新能源概论重庆大学重庆大学 魏子栋魏子栋 2010年5月目录目录一、能源的概念及分类一、能源的概念及分类二、新能源和可再生能源二、新能源和可再生能源三、氢能经济及燃料电池技术三、氢能经济及燃料电池技术四、氢能技术研发在重庆大学四、氢能技术研发在重庆大学五、几点感想五、几点感想n能源是指一切能量比较集中的含能体和提供能量的物质运动形式 1.1 能源的概念能源的概念石油石油煤煤天然气天然气电电按能源的形成方式划分 一次能源直接来自自然界的未经加工转换的能源,如柴草、煤炭、原油、天然气、核燃料、水力、风力、太阳能、地热能、海洋能等。二次能源把一次能源直接或间接转化来的能源称二次能源,如蒸汽
2、、焦炭、洗煤、煤气、电力、汽、煤、柴、油、氢能等。1.2 能源的分类能源的分类按能源的使用性质划分 含能体能源 指能够提供能量的物质能源,其特点是可以保存且可储存运输,如煤炭、石油等。过程性能源 指能够提供能量的物质运动形式,它不能保存、难于储存运输,如太阳能,电能等。1.2 能源的分类能源的分类1.2 能源的分类能源的分类按能源可否再生划分 不可再生能源 指随人类的使用而减少的能源,如煤炭、原油、天然气等化石能源可再生能源 不随着人类使用而逐渐减少的能源,如水能、风能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能等非化石能源按现阶段使用的成熟程度划分 常规能源 指人类已长期使用,巳在技术上也比较成熟的能
3、源。新能源 指虽已开发并少量使用,不过技术上还未成熟而没有被普遍使用,但却具有潜在应用价值的能源。1.2 能源的分类能源的分类 随着技术和经济的发展以及人口的增长,人们对能源的需求越来越大,能源问题也越来越突出。环境污染 化石燃料的使用带来了严重的环境污染,导致了温室效应的产生和酸雨的形成。2005年2月16日,旨在减排室温气体的京都协议书已经正式生效。能源危机 石油、天然气和煤炭这三种人类使用的主要能源可开采年限,分别只有40 年、50 年和240 年。目前我国已经有超过31%的石油需要进口,而到2010年,这一数字将会增长到45-55%。1.3 能源问题能源问题正在开采的油井2、我国的能源
4、结构、我国的能源结构 1、我国和世界的能源消耗、我国和世界的能源消耗20%的能源消耗生产了约的能源消耗生产了约5%的的GPD1.3 能源问题能源问题新能源技术新能源技术新能源和可再生能源新能源和可再生能源太阳能太阳能小水电小水电生物质能生物质能地热能地热能海洋能海洋能天然气水合物天然气水合物2 新能源的几种形式新能源的几种形式风能风能氢氢能能2.1 太阳能太阳能 按目前太阳的质量消耗速率计,可维持61010年。所以可以说它是“取之不尽,用之不竭”的能源。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.051018千瓦时(3.78102
5、4J),相当于1.3106亿吨标准煤。1)总量最大总量最大取之不尽,用之不竭(应对能源危机)2)分布最广分布最广遍布世界各地(应对传统能源的区域差异和贸易壁垒)3)最清洁最清洁利用过程中不会产生任何污染,也不会产生废弃物(应对环境恶化)4)能源品位低能源品位低需要一定的面积保证(通常认为在不考虑地球大气吸收的情况下,功率是1.39KW/m2)5)不稳定因素多不稳定因素多多数利用方式受天气状况影响2.1.1 太阳能特点太阳能特点2.1.2全球太阳能资源分布情况全球太阳能资源分布情况 我国太阳能分布:我国太阳能分布:太阳能的高值中心和低太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬值中心都处在北纬22-35
6、这一带,青藏高原这一带,青藏高原是高值中心,四川盆地是高值中心,四川盆地是低值中心;太阳年辐是低值中心;太阳年辐射总量,西部地区高于射总量,西部地区高于东部地区,而且除西藏东部地区,而且除西藏和新疆两个自治区外,和新疆两个自治区外,基本上是南部低于北部。基本上是南部低于北部。2.1.3 我国太阳能资源分布特点我国太阳能资源分布特点光光热热转化转化2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光光电电转化转化光光化化学转化学转化2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光热转化光热转化光热转化:光热转化:就是把太阳辐射能通就是把太阳辐射能通过各种集热装置(集热器)转变过各种集热装置(集热器)转变
7、成热能。主要包括热水器、干燥成热能。主要包括热水器、干燥器、采暖和制冷、太阳房、太阳器、采暖和制冷、太阳房、太阳灶和高温炉、海水淡化装置、水灶和高温炉、海水淡化装置、水泵、热力发电装置及太阳能医疗泵、热力发电装置及太阳能医疗器具;器具;北京2008奥运会的示范工程,中国太阳能第一楼平板太阳能热水器平板太阳能热水器产水量大,利于清洁,热效率高,是与建筑物相结合的首选产品。但不抗冻,环境温度0时则不能工作,广泛运用于非结冰地区,国外90%以上的用户使用本产品(通过改造的平板热水器可抗严寒)。真空管太阳能热水器真空管太阳能热水器高硼硅玻璃真空管具有一定的抗冻能力,可在15的环境中照常工作。管内走水,
8、易炸裂,时间长了会有水垢积存,影响热效率,热管太阳能热水器热管太阳能热水器 在普通真空太阳集热管中加上传热导管即可,因为增加了传热介质,热效率有一定损耗。优点是管内无水,永不结垢,适用严寒地区使用。2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光热转化光热转化太阳能热水器与其它热水器使用效益比较表太阳能热水器与其它热水器使用效益比较表 热水器装置类别热水器装置类别太阳能热水器太阳能热水器燃气热水器燃气热水器电热水器电热水器装置投资(元)装置投资(元)30001000(含钢瓶含钢瓶)600装置寿命(年)装置寿命(年)1565每年燃料动力费每年燃料动力费(元)(元)081067515年需总费用(元)
9、年需总费用(元)300015150119252.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光热转化光热转化2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光电转化光电转化光电转化:光电转化:就是通过太阳就是通过太阳能电池(光电池、光伏电能电池(光电池、光伏电池)将太阳辐射能直接转池)将太阳辐射能直接转变成电能。各种规格类型变成电能。各种规格类型的太阳电池板和供电系统的太阳电池板和供电系统均属这一类。均属这一类。2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光电转化光电转化工作原理:工作原理:光伏发电是根据光生伏打效应,将太阳光直接转化为电能。2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光电转化光电转化
10、光伏材料光伏材料特点特点结晶硅材料保持着目前最高的光电转化效率(实验室24.4%,商业12%16%),纳米晶硅薄膜光伏电池发展较快,光吸收系数较低,当样品厚度小于100m时,几乎不能吸收hvEg的全部光子。非晶硅材料目前较高的多晶硅电池转换效率为19%(德国费莱堡太阳能研究所),实为硅氢合金材料,其光学禁带宽度为1.12-1.7eV。到目前为止该类光伏电池的光电转化效率还比较低,存在光致退化效应。铜铟硒光伏材料最高转换效率已经达到18.8%(NREL),三元化合物半导体,禁带宽度覆盖了最主要的太阳光谱部分。碲化鎘材料目前实验室电池的效率达到16%,大面积商业模件的效率为10%,为多晶材料,晶粒
11、间界增强了光生少数载流子的收集。有机半导体光伏材料光电转化效率已经达到3%,主要有酞菁锌(ZnPc)、甲基卟啉(TTP)、聚苯胺(Pam)等。通过适当的化学掺杂可提高电子迁移率,禁带宽度为几个电子伏特。可能在非常低的温度下,以低廉的价格进行大面积的光伏电池制备。染料敏化纳米晶TiO2材料光电转化效率达到了7%,建立在快速的再生型光电转换过程之上,对于低电阻的电子传输过程来说,对电极上常常会覆盖一层Pt催化剂。在光伏发电中,半导体材料起着关键的作用,目前主要的光伏材料有:在光伏发电中,半导体材料起着关键的作用,目前主要的光伏材料有:太阳能发电站太阳能发电站2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用
12、方式光电转化光电转化2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光电转化光电转化太太阳阳能能汽汽车车2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光电转化光电转化n日本通产省(MITI)第二次新能源分委会宣布了光伏、风能和太阳热利用计划,2010年光伏发电装机容量达到5GW n欧盟可再生能源白皮书及相伴随的“起飞运动”是驱动欧洲光伏发展的里程碑,总目标是2010年光伏发电装机容量达到3GW n美国能源部制定了从2000年1月1日开始的新5年国家光伏计划和20202030年的长期规划,按照预计的发展速度,2010年美国光伏发电装机容量达到4.7GW n澳大利亚计划于2010年使光伏发电的装机容量达
13、到0.75GW2.1.4太阳能的利用方式太阳能的利用方式光化学转化光化学转化光化学转化:光化学转化:就是用光和物质就是用光和物质相互作用引起化学变化的过程。相互作用引起化学变化的过程。这种转换技术包括半导体电极这种转换技术包括半导体电极产生电而电解水产生氢、利用产生电而电解水产生氢、利用氢氧化钙或金属氢化物热分解氢氧化钙或金属氢化物热分解储能等。储能等。2.2 生物质能生物质能 生物质能是指绿色植物通过光合生物质能是指绿色植物通过光合用将太阳能转化为化学能而储存在生物用将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。据估计地球上每年植物质内部的能量。据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达光合作用
14、固定的碳达2x1011t,含能量,含能量达达3x1021J,因此,因此每年通过光合作用贮每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能存在植物的枝、茎、叶中的太阳能,相,相当于当于全世界每年耗能量的全世界每年耗能量的10倍倍。2.2.1 生物质能的特点生物质能的特点优点:优点:燃烧容易,污染少,灰分较低。燃烧容易,污染少,灰分较低。缺点:缺点:热值及热效率低,体积大而不易运输,热值及热效率低,体积大而不易运输,直接燃烧生物质的热效率仅为直接燃烧生物质的热效率仅为10一一30。2.2.2 生物质能种类生物质能种类生物质能通常包括以下几个方面:生物质能通常包括以下几个方面:1)木材及森林工业废弃
15、物;)木材及森林工业废弃物;2)农业废弃物;)农业废弃物;3)水生植物;)水生植物;4)油料植物;)油料植物;5)城市和工业有机废弃物;)城市和工业有机废弃物;6)动物粪便。)动物粪便。2.2.3 生物质能的利用生物质能的利用直接燃烧直接燃烧农牧民学习使用节柴灶 生物质的直接燃烧在今后相生物质的直接燃烧在今后相当长的时期内仍将是我国农村生当长的时期内仍将是我国农村生物质能利用的主要方式。推广热物质能利用的主要方式。推广热效率可达效率可达20%30%的节柴灶这的节柴灶这种技术已被国家列为农村能源建种技术已被国家列为农村能源建设的重点任务之一。设的重点任务之一。物化转化主要包括干馏技术、生物质气化
16、物化转化主要包括干馏技术、生物质气化技术及热裂解技术等。可以把生物质转变成热技术及热裂解技术等。可以把生物质转变成热值较高的可燃气、固定碳、木焦油及木醋液等值较高的可燃气、固定碳、木焦油及木醋液等物质。可燃气含甲烷、乙烷、氢气、一氧化碳、物质。可燃气含甲烷、乙烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等,可做生活燃气或工业用气。二氧化碳等,可做生活燃气或工业用气。2.2.3 生物质能的利用生物质能的利用物化转化物化转化秸杆发电2.2.3 生物质能的利用生物质能的利用生化转化生化转化 生化转化主要包括厌氧消化技术和生化转化主要包括厌氧消化技术和酶技术。厌氧消化是利用厌氧微生物的酶技术。厌氧消化是利用厌氧微生物
17、的生长代谢过程将生物质转化为生长代谢过程将生物质转化为CH4 等可等可燃气体,同时得到厌氧发酵液、渣等厌燃气体,同时得到厌氧发酵液、渣等厌氧发酵残留物,用作农田肥料,效果很氧发酵残留物,用作农田肥料,效果很好。好。酶技术是利用微生物体内的酶分解酶技术是利用微生物体内的酶分解生物质,生产液体燃料,如乙醇、甲醇生物质,生产液体燃料,如乙醇、甲醇等。等。2.2.4 生物质能的发展前景生物质能的发展前景表 1 2003年我国生物质能开发利用量 从资源和技术(包括技术的经济性)两方面看,利用生物质能发电和生产生从资源和技术(包括技术的经济性)两方面看,利用生物质能发电和生产生物燃油在我国有广阔的发展前景
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