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能源与节能技术论文
能源与节能技术论文
——新能源技术综述
学院：
机电工程学院
专业班级：
过程装备与控制工程01
学生学号：
1203020122
学生姓名：
梅离
指导老师：
曾真
新能源技术综述
引言：
人类社会的发展离不开能源，能源是人类社会不断向前发展的重要物质基础。
能源与新材料、生物技术、信息技术、一起构成了文明社会的四大支柱。
能源是推动社会发展和经济进步的主要物质基础，能源技术的每次进步都带动了人类社会的发展。
随着煤炭、石油和天然气等化石燃料资源面临不可再生的消耗和生态环境保护的需要，新能源的开发将促进世界能源结构的转变，新能源技术的日臻成熟将带来产业领域的革命性变化。
新能源的分布广、储量大和清洁环保，将为人类提供发展的动力。
实现新能源的利用需要新技术的支撑，新能源技术是人类开发新能源的基础和保障。
新能源技术是高技术的支柱，包括太阳能利用技术、技术、氢能利用技术、化学电能技术、生物质能技术、、地热能技术、海洋能技术等。
其中核能技术与太阳能技术是新能源技术的主要标志，通过对核能、太阳能的开发利用，打破了以石油、煤炭为主体的传统能源观念，开创了能源的新时代。
关键词：
能源新能源技术太阳能核能风能海洋能生物质能
一、新能源之太阳能
太阳能概述太阳能一般指太阳光的辐射能量。
在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。
太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。
平均在大气外每平米面积每分钟接受的能量大约1367w。
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。
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。
太阳能的利用就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。
1）太阳能集热器：
太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。
另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需。
按采光方式可分为聚光型和聚光型集热器两种。
另外还有一种真空集热器:
一个好的太阳能集热器应该能用20〜30年。
2）太阳能热水系统：
早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。
太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。
此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用
3）太阳能发电：
即直接将太阳能转变成电能，并将电能存储在
电容器中，以备需要时使用。
太阳能的优点：
（1）普遍：
太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论咼山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开米和运输。
（2）无害：
开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，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
t标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。
⑷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。
太阳能的缺点：
（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。
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，至U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。
（3）效率低和成本高：
目前太阳能利用的发展水平，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。
太阳能利用中的经济问题：
第一，世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要，而又不危及后代人前途的社会。
因此,尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源，是能源建设应该遵循的原则。
随着能源形式的变化，常规能源的贮量日益下降，其
价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。
第二，我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的76%，已成为我国大气污染的主要来源。
大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。
能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。
从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。
二、新能源之风能
风能定义
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。
风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带，如美国的加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家，中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能资源也很丰富。
中国东南沿海及附近岛屿的风能密度可达300瓦/米2（Wm2以
上，3~20米／秒风速年累计超过6000小时。
内陆风能资源最好的区域，沿内蒙古至新疆一带，风能密度也在200~300W／m2，~20米／秒风速年累计5000~60003小时。
这些地区适于发展风力发电和风力提水。
新疆达坂城风力发电站1992年已装机5500千瓦，是中国最大的风力电站在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。
随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。
风能利用存在一些限制及弊端
1）风速不稳定,产生的能量大小不稳定
2）风能利用受地理位置限制严重
3）风能的转换效率低
4）风能是新型能源,相应的使用设备也不是很成熟。
风能利用
风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主，以风能作动力，就是利用风来直接带动各种机械装置，如带动水泵提水等这种风力发动机的优点是：
投资少、工效高、经济耐用。
目前，世界上约有一百多万台风力提水机在运转。
澳大利亚的许多牧场，都设有这种风力提水机。
在很多风力资源丰富的国家，科学家们还利用风力发动机铡草、磨面和加工饲料等。
利用风力发电，以丹麦应用最早，而且使用较普遍。
丹麦虽只有500多万人口，却是世界风能发电大国和发电风轮生产大国，世界10大风轮生产厂家有5家在丹麦，世界60%以上的风轮制造厂都在使用丹麦的技术，是名副其实的“风车大国”。
截止到2006年底，世界风力发电总量居前3位的分别是德国、西班牙和美国，三国的风力发电总量占全球风力发电总量的60%。
我国风力资源丰富，可开发利用的风能储量为10亿千瓦。
对风能的利用，特别是对我国沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，具有十分重要的意义。
风力发电的原理利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。
风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。
风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。
小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：
风力发电机＋充电器
＋数字逆变器。
风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。
每一部分都很重要，各部分功能为：
叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。
三、新能源之海洋能
海洋能定义与综述
海洋能（oceanenergy）是海水运动过程中产生的可再生能，主要包括温差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、盐差能等。
潮汐能和潮流能源自月球、太阳和其他星球引力，其他海洋能均源自太阳辐射。
海水温差能是一种热能。
低纬度的海面水温较高，与深层水形成温度差，可产生热交换。
其能量与温差的大小和热交换水量成正比。
潮汐能、潮流能、海流能、波浪能都是机械能。
潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比。
波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。
地球表面积约为5.1x10A8kmA2,其中陆地表面积为
1.49x10A8kmA2占29%;海洋面积达3.61x10A8kmA2,以海平面计，全部陆地的平均海拔约为840m，而海洋的平均深度却为380m,整个海水的容积多达1.37x10A9kmA3。
一望无际的大海，不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量，它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水里，不像在陆地和空中那样容易散失。
海洋能有三个显著特点
1）海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。
这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得
2）海洋能具有可再生性。
海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。
3）海洋能有较稳定与不稳定能源之分。
较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。
不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。
4）海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其对环境污染影响很小。
海洋能的主要能量形式概述
1）潮汐能：
因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量成为潮汐能。
潮汐能的主要利用方式为发电，目前世界上最大的潮汐电站是法国的朗斯潮汐电站，我国的江夏潮汐实验电站为国内最大。
2）波浪能：
波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，是一种在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能。
波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。
3）海水温差能：
海水温差能是指涵养表层海水和深层海水之间水温差的热能，是海洋能的一种重要形式。
低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，而储存着温差热能，其能量与温差的大小
和水量成正比。
温差能的主要利用方式为发电，首次提出利用海水温差发电设想的是法国物理学家阿松瓦尔，1926年，阿松瓦尔的学生克劳德试验成功海水温差发电。
1930年，克劳德在古巴海滨建造了世界上第一座海水温差发电站，获得了10kW的功率。
温差能利用的最大困难是温差大小，能量密度低，其效率仅有3%左右，而且
换热面积大，建设费用高，目前各国仍在积极探索中。
4）盐差能：
盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，是以化学能形态出现的海洋能。
主要存在与河海交接处。
5）海流能：
海流能是指海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量，是另一种以动能形态出现的海洋能。
海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，全世界海流能的理论估算值约为10A8kW量级。
海洋能的利用现状与前景展望人们对海洋能的开发利用程度至今仍十分低。
尽管这些海洋能资源之间存在着各种差异，但是也有着一些相同的特征。
每种海洋能资源都具有相当大的能量通量：
潮汐能和盐度梯度能大约为2TW；波浪能也在此量级上；而海洋热能至少要比此大两个数量级。
但是这些能量分散在广阔的地理区域，因此实际上它们的能流密度相当低，而且这些资源中的大部分均蕴藏在远离用电中心区的海域。
因此只能有一小部分海洋能资源能够得以开发利用。
全球海洋能的可再
生量很大。
全球海洋能的可再生量很大根据联合国教科文组织
1981年出版物的估计数字，五种海洋能理论上可再生的总量为766亿千瓦。
其中温差能为400亿千瓦，盐差能为300亿千瓦，潮汐和波浪能各为30亿千瓦，海流能为6亿千瓦。
但如上所述是难以实现把上述全部能量取出。
海洋能的强度较常规能源为低。
海洋能作为自然能源是随时变化着的。
但海洋是海洋能的强度较常规能源为低个庞大的蓄能库，将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水里，不象在陆地和空中那样容易散失。
海水温差、盐度差和海流都是较稳定的，24小时不间断，昼夜波动小，只稍有季节性的变化。
潮汐、潮流则作恒定的周期性变化，对大潮、小潮、涨潮、落潮、潮位、潮速、方向都可以准确预测。
海浪是海洋中最不稳定的，有季节性、周期性，而且相邻周期也是变化的。
但海浪是风浪和涌浪的总和，而涌浪源自辽阔海域持续时日的风能，不象当地太阳和风那样容易骤起骤止和受局部气象的影响。
四、新能源之生物质能
生物质能概念
生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。
而所谓生物质能（biomassenergy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。
它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。
生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。
目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。
生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。
生物质能的特点
1）可再生性生物质属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用；
2）低污染性生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的
SOXNOX较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化
碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；
3）广泛分布性缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；
4）生物质燃料总量十分丰富。
生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。
生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。
生物质能的分类依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
林业资源：
林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等。
农业资源：
农业生物质能资源是指农业作物（包括能源作物）；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）。
生活污水和工业有机废水：
生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。
工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。
城市固体废物：
城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。
畜禽粪便：
畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。
沼气：
沼气就是由生物质能转换的一种可燃气体。
生物质能的利用
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。
目前人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可制造生物炭。
生物质能是世界上最为广泛的可再生能源，现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生成燃料气、生物油和生物炭，用生物质制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技术培育能源植物，发展能源农场。
生物质能对中国的意义
中国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。
因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。
开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。
中国80％人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。
尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。
1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7％。
因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。
五、新能源之核能
核能定义
核能，是核裂变能的简称。
多年以前，50科学家在的一次试
验中发现铀-235原子核在吸收一个中子以后能分裂，在放出2—3
个中子的同时伴随着一种巨大的能量，这种能量比化学反应所释放的能量大的多，这就是我们今天所说的核能。
核能的获得途径主要有两种，即重核裂变与轻核聚变。
核聚变要比核裂变释放出更多的能量。
例如相同数量的氘和铀-235分别进行聚变和裂变，前者所释放的能量约为后者的三倍多。
被人们所熟悉的原子弹、核电站、核反应堆等等都利用了核裂变的原理。
只是实现核聚变的条件要求的较高，即需要使氢核处于几千万度以上的高温才能使相当的核具有动
能实现聚合反应。
目前化石燃料在能源消耗中所占的比重仍处于绝对优势，但此种能源不仅燃烧利用率低，而且污染环境，它燃烧所释放出来的二氧化碳等有害气体容易造成"温室效应"，使地球气温逐年升高，造成气候异常，加速土地沙漠化过程，给社会经济的可持续发展带来严重影响。
与火电厂相比，核电站是非常清洁的能源，不排放这些有害物质也不会造成"温室效应"，因此能大大改善环境质量，保护人类赖以生存的生态环境。
世界上核电国家的多年统计资料表明，虽然核电站的投资高于燃煤电厂，但是，由于核燃料成本远远地低于燃煤成本，相反核燃料反应所释放的能量却远远高于化石燃料燃烧所释放出来的能量，而且核燃料取之不皆，这就使得目前核电站的总发电成本低于烧煤电厂。
核能发电优点：
1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。
2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。
3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。
4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。
5.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳
核能发电缺点：
1.核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。
2.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故核能电厂的热污染较严重。
3.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。
4.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。
5.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。
6.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害。
中国核能发展的趋势
核电站只需消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能，每千瓦时电能的成本比火电站要低20%以上。
核电站还可以大大减少燃料的运输量。
例如，一座100万千瓦的火电站每年耗煤三四百万吨，而相同功率的核电站每年仅需铀燃料三四十吨。
核电的另一个优势是干净、无污染，几乎是零排放，对于发展迅速环境压力较大的中国来说，再合适不过。
中国正在加大能源结构调整力度。
积极发展核电、风电、水电等清洁优质能源已刻不容缓。
中国能源结构仍以煤炭为主体，清洁优质能源的比重偏低。
中国目前建成和在建的核电站总装机容量为870万千瓦，预计到2010年中国核电装机容量
约为2000万千瓦，2020年约为4000万千瓦。
到2050年，根据不同部门的估算，中国核电装机容量可以分为高中低三种方案：
高方案为3.6亿千瓦（约占中国电力总装机容量的30%），中方案为2.4亿千瓦（约占中国电力总装机容量的20%），低方案为1.2亿千瓦（约占中国电力总装机容量的10%）。
中国国家发展改革委员会正在制定中国核电发展民用工业规划，准备到2020年中国电力总装机容量预计为9亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的4%，即是中国核电在2020年时将为3600-4000万千瓦。
从核电发展总趋势来看，中国核电发展的技术路线和战略路线早已明确并正在执行，当前发展压水堆，中期发展快中子堆，远期发展聚变堆。
具体地说就是，近期发展热中子反应堆核电站；为了充分利用铀资源，采用铀钚循环的技术路线，中期发展快中子增殖反应堆核电站；远期发展聚变堆核电站，从而基本上“永远”解决能源需求的矛盾。
结论：
我国具有丰富的可再生能源资源基础，可以支撑未来可再生能源成为主流甚至主导能源的发展。
特别是新能源的开发和利用具有很大的发展前景，目前，我国对新能源的开发和利用的程度还不够，国家应该大规模地投资新能源和可再生能源的建设，新能源装备制造业水平和产业技术研发水平有待提高。
我国近期应该大力发展各种新能源的发电技术。
参考文献：
[1]张志军主编的《新能源》东南大学出版社
[2]翟秀静刘奎仁韩庆等编著的《新能源技术》化学工业出版社
[3]高秀清胡霞屈殿银等编著的《新能源应用技术》化学工业出版社
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