第八章自然能源

風(fēng)力機(jī)械水利機(jī)械12第八章自然能源太陽能3在漫長的社會發(fā)展進(jìn)程中，隨著對生產(chǎn)和生活資料的需求不斷提高，人類逐漸意識到只依靠人力和畜力已不能完全滿足社會發(fā)展的需要。據(jù)記載人類從13世紀(jì)起就已經(jīng)利用自然界的各種能源來進(jìn)行提水灌溉、紡織、磨粉、采礦等生產(chǎn)活動。自然界的能源主要包括風(fēng)力、水力和熱空氣。一、風(fēng)力機(jī)械古埃及風(fēng)能的利用

最早的風(fēng)車風(fēng)車的傳播人類對風(fēng)能的真正利用和發(fā)展開始于20世紀(jì)30年代最早的風(fēng)車（用于碾磨谷物）出現(xiàn)于大約公元前2000年的古巴比倫和公元前2000年的古波斯。在公元前3000年，埃及人便以帆船的形式首次利用到了風(fēng)能。用帆捕獲風(fēng)中的能量以推動船只在水上航行。早期碾磨谷物的風(fēng)車迅速在中東傳播，而在公元前11世紀(jì)，歐洲的荷蘭式風(fēng)車才誕生。1.風(fēng)能利用與風(fēng)力機(jī)械的發(fā)展古埃及人的帆船古代人使用的風(fēng)車古風(fēng)車原理荷蘭式風(fēng)車德國在南極研究站所用的垂直軸水平旋轉(zhuǎn)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)械的使用英國布萊斯(Blyth)海岸風(fēng)電場目前世界最大的5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)(德國製)風(fēng)力發(fā)電分布美國、日本、英國、丹麥、荷蘭、德國、中國等主要風(fēng)力發(fā)電國家新疆達(dá)坂城風(fēng)電場廣東南澳風(fēng)電場承德風(fēng)電場內(nèi)蒙古輝騰錫勒風(fēng)力機(jī)的主要部件是風(fēng)能接收裝置。一般說來，凡在氣流中產(chǎn)生不對稱力的物理構(gòu)件都能成為風(fēng)能接收裝置，它以旋轉(zhuǎn)、平移或擺動運(yùn)動而發(fā)出機(jī)械功。風(fēng)力機(jī)大都按風(fēng)能接收裝置的結(jié)構(gòu)形式和空間布置分類，一般分為水平軸結(jié)構(gòu)和垂直軸結(jié)構(gòu)兩類。2.風(fēng)力機(jī)械的分類和構(gòu)成水平軸結(jié)構(gòu)垂直軸結(jié)構(gòu)2.風(fēng)力機(jī)械的分類和構(gòu)成水平軸風(fēng)力機(jī)構(gòu)

水平軸發(fā)電機(jī)原理圖水平軸風(fēng)力發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)垂直軸風(fēng)力發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)

垂直軸結(jié)構(gòu)3.風(fēng)力機(jī)械的發(fā)展應(yīng)用情況應(yīng)對能源危機(jī)、可再生、無污染的自然能源。生活應(yīng)用現(xiàn)代風(fēng)機(jī)特點(diǎn)：增強(qiáng)抗風(fēng)暴能力風(fēng)輪葉片材料玻璃纖維輕質(zhì)復(fù)合材料利用空氣動力學(xué)提葉片風(fēng)能利用系數(shù)計算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化控制風(fēng)力機(jī)組整列化風(fēng)輪結(jié)構(gòu)多樣化風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝二、水利機(jī)械水車水磨水力發(fā)電水磨,是一種以水能作為動力把米、麥、豆等糧食加工成粉、漿的一種機(jī)器，有臥式和立式兩種。水車又稱孔明車，是我國最古老的農(nóng)業(yè)灌溉工具?！端问贰ず忧疚濉罚骸暗馗邉t用水車汲引，灌溉甚便?！?/p>

利用河流、湖泊等位于高處具有位能的水流至低處，將其中所含之位能轉(zhuǎn)換成水輪機(jī)之動能，再藉水輪機(jī)為原動力，推動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。1.水能利用與水力機(jī)械的發(fā)展翻車翻車，是一種刮板式連續(xù)提水機(jī)械，又名龍骨水車，是我國古代最著名的農(nóng)業(yè)灌溉機(jī)械之一。筒車水碓水碓，又稱機(jī)碓、水搗器、翻車碓、斗碓或鼓碓水碓，是腳踏碓機(jī)械化的結(jié)果。水電站主要由水庫、引水道和電廠組成。水庫具有儲存和調(diào)節(jié)河水流量，獲得最大發(fā)電效率的功能。攔河筑壩形成水庫以提高水位，集中河道落差。水庫工程除攔河大壩外，還有溢洪道、泄水孔等安全設(shè)施。引水道主要功能是傳輸水量至電廠，推動水輪機(jī)發(fā)電。電廠則主要由水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組及相應(yīng)的控制設(shè)備和保護(hù)裝置、輸配電裝置組成。2.水輪機(jī)現(xiàn)代的水力機(jī)械主要是指利用水力發(fā)電的水輪機(jī)。水輪機(jī)是把水流的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能然后再將機(jī)械能通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能，這一過程都是在水電站中完成的。2.水輪機(jī)現(xiàn)代水輪機(jī)大多數(shù)安裝在水電站內(nèi)，用來驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。在水電站中，上游水庫中的水經(jīng)引水管引向水輪機(jī)，推動水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。作完功的水則通過尾水管道排向下游。水頭越高、流量越大，水輪機(jī)的輸出功率也就越大。水力發(fā)電的原理是利用河流、湖泊等位于高處具有位能的水流至低處，將其中所含位能轉(zhuǎn)換成水輪機(jī)的動能，再以水輪機(jī)為原動力，推動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。沖擊式受到水流的沖擊旋轉(zhuǎn)，工作過程中水流的壓力不變，主要依靠水的動能。水輪機(jī)分類反擊式

受水流的反作用而旋轉(zhuǎn)，工作過程中水流的壓力能和動能均有改變主要依靠水流壓力。沖擊式水輪機(jī)切擊式水輪機(jī)斜擊式水輪機(jī)只用于小型機(jī)組反擊式水輪機(jī)利用轉(zhuǎn)輪在水中受到水流的反作用而旋轉(zhuǎn)，工作過程中水流的壓力能和動能均有改變貫流式斜流式混流式軸流式斜流式水輪機(jī)貫流式水輪機(jī)水輪機(jī)的蝸殼水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪圖8－13三峽電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪三峽水電站是目前世界上最大規(guī)模的水電站，總裝機(jī)容量達(dá)1820萬KW，年發(fā)電量846億KWh。三峽水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是混流式轉(zhuǎn)輪，重量近500t，最大外徑10m左右，高度5m左右，其葉片厚度達(dá)300mm，居世界首位。三、太陽能廣義的太陽能所包括的范圍非常大。狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬噸煤。1.太陽輻射太陽輻射的能量主要集中在波長0.15-4微米之間。在這段波長范圍內(nèi)，又可分為三個主要區(qū)域，即波長較短的紫外光區(qū)、波長較長的紅外光區(qū)和介于二者之間的可見光區(qū)。太陽輻射的能量主要分布在可見光區(qū)（占太陽輻射總量的50％）和紅外光區(qū)（占43％），紫外光區(qū)只占能量的7％。低中溫利用2.太陽能的利用（1）光熱利用原理：用太陽能集熱器將太陽輻射能收集起來，通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。太陽能熱水器太陽房太陽能海水淡化：利用集熱器收集太陽能對海水進(jìn)行蒸餾，以達(dá)到分離鹽份的目的。太陽能空調(diào)：利用太陽能集熱器收集的熱能驅(qū)動制冷機(jī)達(dá)到制冷的目的。太陽能游泳池：利用太陽能吸熱板來收集陽光，吸熱板吸收的陽光使流在吸熱器中的水受熱，再經(jīng)過循環(huán)流入游泳池中，如此循環(huán)就會使游泳池中的水變熱，達(dá)到使人舒服的溫度。太陽能干燥：熱空氣從待干物品中抽取并帶走水分。加熱空氣可用直接或間接兩種方法。直接加熱是在放置待干物品的干燥室箱內(nèi)進(jìn)行的。間接加熱需要利用太陽能空氣加熱器,以提高空氣的溫度并降低其相對濕度高溫利用聚光式太陽灶

悶曬式太陽灶太陽光透過透光率很高的平板玻璃后進(jìn)入保溫箱體，然后被太陽輻射吸收層吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，箱?nèi)溫度隨之上升達(dá)到加熱目的。（2）光伏利用利用光生伏的效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，即當(dāng)光線照射太陽電池表面時，一部分光子被太陽能材料吸收，光子激發(fā)電子躍遷至導(dǎo)帶成為自由電子