(完整版)新能源技術(shù)-2015

新能源技術(shù)袁芳能源與動(dòng)力工程學(xué)院工程熱物理系RenewableEnergyTechnology2025/2/262能源科學(xué)能源技術(shù)：研究各種能源的開發(fā)、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存和綜合利用。研究目的：

1.提高現(xiàn)有能源的利用效率

2.尋找新的能源及其利用方式研究再生能源技術(shù)的目標(biāo)：尋找實(shí)現(xiàn)能量的高效率低成本的轉(zhuǎn)換技術(shù)2025/2/263本課程主要內(nèi)容風(fēng)能利用技術(shù)核能利用技術(shù)氫能利用技術(shù)太陽能利用技術(shù)海洋能利用技術(shù)地?zé)崮芾眉夹g(shù)生物質(zhì)能利用技術(shù)2025/2/264補(bǔ)充基礎(chǔ)知識(shí)：傳熱學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、半導(dǎo)體物理、電化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)相關(guān)專業(yè)：能源、電氣、材料、交通、物理、化學(xué)、建筑、光電、……2025/2/265§1.太陽能基礎(chǔ)知識(shí)§2.太陽能的熱利用§3.太陽能的熱發(fā)電§4.太陽能光伏發(fā)電§5.太陽能熱氣流發(fā)電太陽能利用技術(shù)

TechnologyofSolarEnergyUtilization2025/2/266§1.太陽能基礎(chǔ)知識(shí)§1-1.熱輻射的基本概念§1-2.太陽能的基本概念2025/2/267太陽基本參數(shù)日地距離約：1.5×108km。從地球上望：太陽的張角0.0093弧度。太陽直徑：1.4×106km(地球的109倍)太陽體積：地球體積的1302500倍太陽質(zhì)量：1.99×1030kg(地球的33萬倍)平均密度：1.4×103kg/m3(地球的0.25倍)太陽溫度:5770℃(表面)1560萬℃(核心)總輻射功率:3.83×1026J/s太陽年齡:約50億年§1-2.太陽能的基本概念2025/2/268太陽能太陽能是一種清潔的可再生能源。從廣義上講：太陽能不僅包括直接投射到地球表面的輻射能，還包括像生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、海浪能等同樣起源于太陽輻射的間接的太陽能量；而且像現(xiàn)在廣泛使用的石油、天然氣和煤炭等化石能源，也都是古代太陽能資源的產(chǎn)物。從狹義上講：太陽能指的是直接投射到地球表面的太陽輻射能?？稍偕茉醇夹g(shù)領(lǐng)域講述的太陽能指的是狹義的太陽能。太陽能兩個(gè)主要缺點(diǎn)：一是能流密度低；二是能流波動(dòng)大。2025/2/269太陽構(gòu)造內(nèi)部大氣內(nèi)核中介層對流層光球?qū)由驅(qū)尤彰釋?~0.23R，T=4×107K，P=3×1014Pa，

=1×105kg/m3，物質(zhì)處于等離子體狀態(tài)，熱核反應(yīng)，產(chǎn)生能量占太陽產(chǎn)生能量的90%。0.23R~0.7R，輻射輸能區(qū)，T=1.3×105K，

=79kg/m3。0.7R~1R，T=6000K，

=1kg/m3。肉眼所見太陽表面，T=6000K，

=10-3kg/m3，厚度500km，由強(qiáng)烈電離的氣體組成，能吸收和發(fā)射連續(xù)的輻射光譜，太陽能的絕大部分能量由此輻射到天空。厚度約1×104~1.5×104km，大部分由氫和氦組成。溫度為5000K，

=10-5kg/m3。有時(shí)出現(xiàn)極猛烈的日焰，此時(shí)太陽輻射量最大，有些太陽上的電子流到太空，形成太陽風(fēng)，打擊到地球大氣層上緣，產(chǎn)生磁暴和極光。伸入太空的銀白色日冕，溫度1×106K，高度達(dá)幾十個(gè)太陽半徑2025/2/2610太陽輻射能太陽物質(zhì)組成：氫占78.4%，氦占19.8%，金屬和其他元素占1.8%。兩種熱核反應(yīng)：質(zhì)子-質(zhì)子循環(huán)，碳-氦循環(huán)。太陽輻射功率：3.74×1026W，相當(dāng)于每秒鐘燃燒1.28×1015噸標(biāo)煤放出的能量。太陽輻射波長范圍：自0.1nm以下的宇宙射線~無線電波。太陽輻射具有波動(dòng)性和粒子性。2025/2/2611太陽常數(shù)太陽本身的活動(dòng)會(huì)引起太陽輻射強(qiáng)度發(fā)生波動(dòng)。觀測表明，太陽活動(dòng)峰值年比太陽活動(dòng)寧靜年的輻射量大2.5%。在一般的太陽輻射計(jì)算中，可近似認(rèn)為太陽輻射穩(wěn)定，在地球大氣層外的太陽輻射強(qiáng)度為一個(gè)常數(shù)。太陽常數(shù)：指在平均日地距離，垂直于太陽輻射的大氣外層平面上，單位時(shí)間、單位面積上所接受的太陽輻射能，單位為W/m2。太陽常數(shù)取值：1357W/m2。具有平均值意義2025/2/2612大氣層外太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算大氣層外，單位時(shí)間、單位垂直面積上所接受到的太陽輻射能I隨地球與太陽的距離而變化。計(jì)算方法：D為日地距離；D0為日地平均距離；Ic為太陽常數(shù)；n為從元旦算起的天數(shù)。2025/2/2613大氣質(zhì)量設(shè)A為地球表面海平面上的一點(diǎn)，當(dāng)太陽在天頂位置S時(shí)，太陽垂直入射，太陽輻射穿過大氣層到達(dá)A點(diǎn)的路徑OA。當(dāng)太陽位于任一位置S’時(shí)，其穿過大氣層到達(dá)A點(diǎn)的路徑為OA’。大氣質(zhì)量定義為兩者之比：設(shè)定在1atm和0℃，海平面上太陽垂直入射，此時(shí)大氣質(zhì)量AM=1，簡稱AM1。2025/2/2614太陽高度角太陽高度角：定義為太陽輻射到達(dá)海平面A點(diǎn)的入射線和海平面A點(diǎn)切線方向的夾角h，則有：當(dāng)h=90°時(shí)，AM=1；當(dāng)h=30°時(shí)，AM=2。2025/2/2615太陽輻射強(qiáng)度太陽輻射強(qiáng)度I：定義為單位時(shí)間地球表面上單位面積上所入射的太陽輻射功率，單位為W/m2。I0為大氣質(zhì)量為AM=1的海平面上的太陽輻射強(qiáng)度。結(jié)論：到達(dá)地球表面任意一點(diǎn)的太陽輻射強(qiáng)度與該點(diǎn)的大氣質(zhì)量成反比。大氣質(zhì)量越大，到達(dá)該點(diǎn)的太陽輻射強(qiáng)度越小。2025/2/2616大氣透明度太陽輻射強(qiáng)度除了與大氣質(zhì)量有關(guān)外，大氣中含有的各種氣體和固體塵埃都會(huì)影響太陽光的透過量。定義P為大氣透明度。當(dāng)大氣質(zhì)量AM=m時(shí)，太陽直接輻射強(qiáng)度可表示為：P1為大氣質(zhì)量為1時(shí)的大氣透明度，Pm為大氣質(zhì)量為m時(shí)的大氣透明度。P值越大，大氣越透明。P永遠(yuǎn)小于1，一般為0.3~0.85。0.85相當(dāng)于大氣最清凈時(shí)的透明程度。最好的晴天，P1=0.85；一般的晴天，P1=0.65；較差的晴天P1=0.532。海拔越高，P1大，反之則越小。2025/2/2617太陽高度角h的計(jì)算太陽高度角：定義為太陽輻射到達(dá)海平面A點(diǎn)的入射線和海平面A點(diǎn)切線方向的夾角h。Ψ為當(dāng)?shù)氐木暥冉?；ω為時(shí)角，每小時(shí)的時(shí)角為15°，即地球每小時(shí)自轉(zhuǎn)15°。δ為赤緯角。2025/2/2618赤緯角δ赤緯角δ的變化范圍：δ為赤緯角，定義為正午時(shí)太陽-地球連線與地球赤道平面所夾的圓心角。當(dāng)太陽垂直照射在地球赤道上時(shí)，赤緯角為0°，從赤道向北δ取正值，向南則δ取負(fù)值。太陽赤緯角δ的計(jì)算：n表示一年從元旦算起的第幾天。冬至日2025/2/2619太陽入射角太陽入射角：定義為太陽光線與被照射的平面法線之間的夾角。對于傾斜平面，該平面上太陽輻射能與太陽入射角之間的計(jì)算關(guān)系：若已知Ψ為緯度角；δ為赤緯角；ω為時(shí)角，則：2025/2/2620經(jīng)驗(yàn)：為了接受更多的太陽能，在北半球?qū)嶋H太陽能集熱面都是朝南傾斜的，在春天和秋天，如果集熱面傾角等于地球緯度角，則太陽輻射正好與集熱面垂直。一般來說，在夏天集熱面要更水平一些，在冬季要更垂直一些，這樣可接受更多的太陽輻射。若集熱面朝向正南，與水平面的傾角為，則該斜面上太陽輻射的入射角計(jì)算：正午時(shí)刻，ω=0，太陽入射角為：2025/2/2621我國太陽能資源分布類型地區(qū)年日照時(shí)數(shù)（h/a）年輻射總量（kWh/m2?a）

1西藏西部、新疆東南部、寧夏北部、青海西部、甘肅北部3200～33001856～2333

2西藏東南部、新疆南部、寧夏南部、青海東部、甘肅中部、內(nèi)蒙古南部、河北西北部3000～32001626～1856

3新疆北部、甘肅東南部、山西南部、陜西北部、河北東南部、山東、河南、吉林、遼寧、云南、廣東南部、江蘇北部、安徽北部

2200～3000

5000～5850

4湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南部、江蘇南部、安徽南部

1400～2200

4200～5000

5四川、貴州1000～14003350～4200我國西部的太陽能非常豐富，多數(shù)地區(qū)的年日照時(shí)數(shù)在3000小時(shí)以上我國的太陽能資源是風(fēng)力資源的1400倍、水力資源的3300倍2025/2/2622太陽能的利用歷史中國是世界上最早利用太陽能的國家之一。遠(yuǎn)在3000多年前的西周時(shí)代（公元前11世紀(jì)），就已有了“陽燧取火”技術(shù)的記載，所謂“陽隧”，就是形似凹面鏡的金屬圓盤，對著太陽聚光，在聚光點(diǎn)點(diǎn)燃艾絨等易燃物，取得火種。這是一種最古老的太陽能聚光器。1990年第11屆亞運(yùn)會(huì)火炬的火種，就是于8月7日下午，在距拉薩市以北100多公里的念青唐古拉峰下，由15歲的藏族少女達(dá)娃央宗用木柴從拋物面聚光太陽灶上獲得的。原理與古代陽燧差不多，唯聚光所用的材料有較大的差別。陽燧取火技術(shù)在世界太陽能利用科學(xué)史上占有重要的地位。2025/2/2623國外認(rèn)為阿基米德是利用太陽能最早的人之一。公元前215～210年，古羅馬帝國的艦隊(duì)侵占了西西里島，派了一支艦隊(duì)攻打希庫扎港，著名學(xué)者阿基米德為了保衛(wèi)家鄉(xiāng)，他讓每個(gè)士兵用擦亮的銅盾，排列在城堡上，把太陽光聚集反射到入侵的羅馬艦船上，結(jié)果使艦船起火，敵人倉惶逃跑。1973年希臘科學(xué)家薩克斯博士，雇了50多名水手，各持一塊長方形銅鏡，聚焦一只木船，結(jié)果木船起火。此可證明阿基米德用銅盾燒敵艦是可能的。以上說明太陽能利用技術(shù)古已存在。但人類自覺地把太陽能作為一種能源利用，還是起于1615年。法國考克斯是世界上第一個(gè)把太陽能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的人。從此，太陽能利用進(jìn)入了一個(gè)新的歷史時(shí)期。2025/2/2624太陽能利用的主要形式人類直接利用太陽能有四大技術(shù)領(lǐng)域，即光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換、光化學(xué)轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)能技術(shù)。太陽光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)的產(chǎn)品最多。例如熱水器、開水器、干燥器、采暖和制冷、溫室與太陽房、太陽灶和高溫爐、海水淡化裝置、水泵、熱力發(fā)電裝置及太陽能醫(yī)療器具。太陽光電轉(zhuǎn)換，主要是各種規(guī)格類型的太陽電池板和供電系統(tǒng)。太陽電池的應(yīng)用范圍很廣。例如人造衛(wèi)星、無人氣象站、通訊站、電視中繼站、太陽鐘、電圍桿、黑光燈、航標(biāo)燈、鐵路信號(hào)燈等。太陽能化學(xué)轉(zhuǎn)換包括：光合作用、光電化學(xué)作用、光敏化學(xué)作用及光分解反應(yīng)，目前該技術(shù)領(lǐng)域尚處在實(shí)驗(yàn)研究階段。2025/2/2625§2.太陽能的熱利用§2-1.平板型集熱器§2-2.真空管集熱器§2-3.太陽能熱水器§2-4.太陽房太陽灶§2-5.太陽能干燥§2-6.太陽能儲(chǔ)存2025/2/2626§2-1.平板型集熱器太陽能集熱器的分類按集熱方式分類：平板型集熱器和聚光型集熱器按所能達(dá)到的集熱溫度分類：低溫集熱器（集熱溫度<100℃）；中溫集熱器（集熱溫度100~500℃）；高溫集熱器（集熱溫度>500℃）按結(jié)構(gòu)分類：直曬式平板集熱器（溫升0~10℃）；透明蓋板式集熱器（水溫升0~50℃）；透明蓋板集熱器（空氣溫升0~50℃）；真空管集熱器（溫升10~150℃）；點(diǎn)聚焦集熱器（溫升>150℃）；線聚焦集熱器（溫升50~150℃）2025/2/2627聚光集熱器(小補(bǔ)充)提高入射陽光的能量密度，使之聚焦在較小的集熱面上，以獲得較高的集熱溫度，并減少散熱損失。聚光集熱器通常由三部分組成：聚光器、吸收器和跟蹤系統(tǒng)。工作原理：自然陽光經(jīng)聚光器聚焦到吸收器上，并加熱吸收器內(nèi)流動(dòng)的集熱介質(zhì)；跟蹤系統(tǒng)則根據(jù)太陽的方位隨時(shí)調(diào)節(jié)聚光器的位置，以保證聚光器的開口面與入射太陽輻射總是互相垂直的。2025/2/26282025/2/2629平板型集熱器的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)：(1)集熱板(2)選擇性吸收涂層(3)透明蓋板(4)隔熱層和外殼平板集熱器是非聚光類集熱器中最簡單且應(yīng)用最廣的集熱器。它吸收太陽輻射的面積與采集太陽輻射的面積相等，能利用太陽的直射和漫射輻射。2025/2/2630隔熱層透明蓋板集熱板選擇性吸收涂層外殼2025/2/2631集熱器內(nèi)吸收太陽輻射能并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的器件。它包括吸熱面板和與吸熱面板有良好結(jié)合的液體管道或通道。集熱板的技術(shù)要求：

可以最大限度地吸收太陽輻射；傳熱性能好，高效傳遞太陽能給工作介質(zhì)；好的力學(xué)和耐腐蝕性能；加工簡單，造價(jià)低廉。集熱板的材料：銅、鋁合金、鍍鋅銅、銅鋁復(fù)合板、不銹鋼和塑料。其表面涂有選擇性或非選擇性涂層。(1)集熱板2025/2/2632集熱板結(jié)構(gòu)形式2025/2/2633為提高集熱板吸收太陽輻射的能力，在集熱板上都覆蓋一層黑色涂層，成為太陽能吸收涂層。太陽能吸收涂層分類：選擇性；非選擇性。選擇性涂層的吸收特性隨輻射波長而改變。對太陽短波輻射具有高的吸收比，而本身所在溫度的長波發(fā)射比卻很低的一種涂層。這種涂層既可使吸熱面板吸收更多的太陽輻射能，又可減少吸熱面板向環(huán)境的輻射損失。非選擇性涂層對太陽輻射的吸收特性和輻射波長無關(guān)。在一定溫度下，物體的吸收比等于其發(fā)射比。一般平板型集熱采用非選擇性涂層。只有當(dāng)工質(zhì)需要較高的溫度或環(huán)境溫度較低時(shí)，才采用選擇性涂層。(2)選擇性吸收涂層2025/2/2634平板集熱器的重要部件。主要功能：(1)透過太陽輻射；(2)保護(hù)集熱板不受外界灰塵和雨雪侵蝕；(3)形成溫室效應(yīng)。技術(shù)要求：(1)太陽輻射的透射率較高；(2)紅外輻射的透射率低；(3)導(dǎo)熱性能差；(4)耐腐蝕耐沖擊性能好。常用材料：

平板玻璃：紅外輻射透射率低，導(dǎo)熱性能差和耐腐蝕性能好，太陽透射率已達(dá)0.9~0.91，但耐沖擊性能較差。

玻璃鋼板：一種玻璃纖維增強(qiáng)型塑料板，太陽透射率高，導(dǎo)熱性能差，耐沖擊易加工，但耐蝕性能較差。

透明蜂窩：一種新型透明隔熱材料，太陽透射率高，隔熱性能最好。一般用聚碳酸酯薄膜(PC)，氟化乙丙烯薄膜(FEP)，聚氯乙烯和薄壁玻璃管制成。(3)透明蓋板2025/2/2635隔熱層：在集熱板的底面和側(cè)面充填有保溫材料以減少集熱板對周圍環(huán)境的散熱損失。技術(shù)要求：保溫性能好；性能穩(wěn)定；不易老化和揮發(fā)；不產(chǎn)生有害氣體，價(jià)格低廉。從傳熱學(xué)角度考慮，設(shè)計(jì)時(shí)一般要求底面的散熱是上蓋板散熱的1／10。常用材料：巖棉、礦棉、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯殼體：固定集熱器、透明蓋板和隔熱層，對集熱器起保護(hù)作用。常用材料：鋁合金、不銹鋼和玻璃鋼等。(4)隔熱層和外殼2025/2/2636平板型集熱器的數(shù)學(xué)模型分析思路：認(rèn)為管道溫度均勻，管與管之間用集熱板連接，將集熱板的一半以及與之連接的管道抽取出來分析?？蓪⑸鲜瞿Ｐ鸵暈槔咂膶?dǎo)熱問題。建立肋片的傳熱數(shù)學(xué)模型，同時(shí)考慮輻射和對流。計(jì)算肋片的效率。平板集熱器的傾斜度影響集熱板表面的對流換熱系數(shù)。能源專業(yè)2025/2/2637問題描述設(shè)玻璃蓋板的透過率τ，集熱板的吸收率α，太陽輻射強(qiáng)度為I透過玻璃蓋板照在翼板表面上，冷卻流體通過管道吸收熱量，環(huán)境溫度ta為常數(shù)，假定沿集熱板方向的導(dǎo)熱可以忽略不計(jì)，材料的導(dǎo)熱系數(shù)，集熱板與環(huán)境的對流換熱系數(shù)為UL，集熱板厚度δ，兩相鄰冷卻流體管道之間的距離為2W（非管道中心距離而是邊緣距離），流體通道直徑為D，流體管道的溫度tb0，求集熱板溫度tp。2025/2/2638平板集熱器的效率集熱器效率：定義為在穩(wěn)定工況下，集熱器工作介質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)輸出的熱量和單位時(shí)間入射到集熱器的太陽輻射能之比。cp

：流體的比熱容：流體進(jìn)口溫度：流體質(zhì)量流量：流體出口溫度A：集熱板面積I：太陽輻射強(qiáng)度2025/2/2639§2.太陽能的熱利用§2-1.平板型集熱器§2-2.真空管集熱器§2-3.太陽能熱水器§2-4.太陽房太陽灶§2-5.太陽能干燥§2-6.太陽能儲(chǔ)存2025/2/2640§2-2.真空管集熱器平板集熱器的缺點(diǎn)散熱損失太大；熱效率不高，集熱溫度不高將集熱板與蓋板、側(cè)壁與地板之間抽真空；將集熱板做成圓管形狀。由此形成了真空管集熱器真空管集熱器按材料分類：全玻璃真空管集熱器金屬真空管集熱器改進(jìn)方法2025/2/2641全玻璃真空管集熱器的結(jié)構(gòu)集熱管由內(nèi)外兩同心圓玻璃管制成。兩玻璃管之間的夾層抽成高度真空，在內(nèi)管外壁沉積有選擇性吸收膜，外管為透明玻璃。兩管尾部之間用不銹鋼彈簧卡子將內(nèi)管自由端支撐，卡子頂部帶有消氣劑，消氣劑的作用是吸收集熱管在長期使用中產(chǎn)生的氣體，以維持夾層內(nèi)的真空度。2025/2/2642熱損失計(jì)算以單支真空管集熱器為例：qL為單位面積上真空集熱管的散熱熱流密度；UL為熱損失系數(shù)，Tr為真空集熱管溫度，Ta為環(huán)境溫度。UL的計(jì)算方法：(注意，有些專著描述有誤)UL為從內(nèi)管外壁面到外部環(huán)境流體這個(gè)散熱損失過程的傳熱系數(shù)。2025/2/2643散熱損失過程的三個(gè)熱阻環(huán)節(jié)1.集熱管對保護(hù)套管（外層玻璃管）的輻射熱阻r1；2.外層玻璃管的導(dǎo)熱熱阻r2；3.外層玻璃管與環(huán)境之間的輻射和對流復(fù)合熱阻r3。下標(biāo)r表示集熱管參數(shù)；下標(biāo)e表示外管參數(shù)，eo表示外管外壁面，ei表示外管內(nèi)壁面；a表示環(huán)境；R表示半徑。2025/2/2644真空集熱管實(shí)際得到的熱流密度：若令qu=0，則集熱器開始運(yùn)行的最小太陽輻射：2025/2/2645熱管式真空集熱管熱管式真空集熱管是金屬吸熱體真空集熱管的一種，它由熱管、金屬吸熱板、玻璃管、金屬封蓋、彈簧支架、蒸散型消氣劑和非蒸散型消氣劑等部分構(gòu)成，其中熱管又包括蒸發(fā)段和冷凝段兩部分。2025/2/2646熱管式真空集熱管工作原理太陽輻射穿過玻璃外管后，投射在有涂層的金屬集熱管4上，集熱管將熱量傳給與其緊密結(jié)合的熱管蒸發(fā)段5，供蒸發(fā)段內(nèi)的工質(zhì)汽化。工質(zhì)蒸汽流向熱管冷凝段1凝結(jié)，凝結(jié)放出的熱量加熱集熱器的工作介質(zhì)。凝結(jié)后的液體工質(zhì)在重力作用下回流到熱管蒸發(fā)段循環(huán)工作。2025/2/2647熱管采用熱管技術(shù)是熱管式真空管換熱器的最大特點(diǎn)。熱管是利用汽化潛熱高效傳遞熱能的強(qiáng)化傳熱元件。在熱管式真空集熱管中使用的熱管一般都是重力熱管，也稱為熱虹吸管。重力熱管的特點(diǎn)是管內(nèi)沒有吸液芯，冷凝后的液態(tài)工質(zhì)依靠其自身的重力流回到蒸發(fā)段，因而結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，工作可靠，傳熱性能優(yōu)良。目前國內(nèi)大都使用銅-水熱管，國外也有使用有機(jī)物質(zhì)作為熱管工質(zhì)的，但必須滿足工質(zhì)與熱管材料的相容性。2025/2/2648熱管式真空集熱管的優(yōu)點(diǎn)1.真空集熱管內(nèi)沒有水，因而耐冰凍，即使在零下40℃的環(huán)境溫度下也不凍壞;2.熱管工質(zhì)的熱容量小，因而真空集熱管啟動(dòng)快;3.熱二極管效應(yīng)：熱量只能從下部傳遞到上部而不能從上部傳遞到下部，因而真空集熱管保溫好。注意事項(xiàng)：由于熱管的液態(tài)工質(zhì)是依靠其自身的重力流回到蒸發(fā)段，所以在安裝時(shí)要求熱管式真空集熱管與地面保持一定的傾角。2025/2/2649玻璃-金屬封接采用金屬吸熱板是熱管式真空管集熱器第二大特點(diǎn)。由于金屬和玻璃的熱膨脹系數(shù)差別很大，所以存在玻璃與金屬之間如何實(shí)現(xiàn)氣密封接的技術(shù)難題。玻璃-金屬封接技術(shù)大體可分為兩種:一種是熔封，也稱為火封，它是借助一種熱膨脹系數(shù)介于金屬和玻璃之間的過渡材料，利用火焰將玻璃熔化后封接在一起;第二種是熱壓封，也稱為固態(tài)封接，它是利用一種塑性較好的金屬作為焊料，在加熱加壓的條件下將金屬封蓋和玻璃管封接在一起。2025/2/2650目前國內(nèi)玻璃-金屬封接大都采用熱壓封技術(shù)，熱壓封使用的焊料有鉛、鋁等。與傳統(tǒng)的火封技術(shù)相比，熱壓封技術(shù)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):①封接溫度低，封接是在玻璃的應(yīng)變溫度以下進(jìn)行，封接后不需要經(jīng)過退火;②封接速度快，封接過程在幾分鐘內(nèi)完成，明顯提高了生產(chǎn)效率;

③封接材料匹配要求低，對金屬封蓋和玻璃管之間熱膨脹系數(shù)的差別要求降低，比較容易找到替代材料。2025/2/2651真空度與消氣劑由于熱管式真空集熱管采用金屬吸熱板，因而在制造過程中的真空排氣工藝不同于全玻璃真空集熱管，有其自身獨(dú)特的真空排氣規(guī)律。為了使真空集熱管長期保持良好的真空性能，熱管式真空集熱管內(nèi)一般應(yīng)同時(shí)放置蒸散型消氣劑和非蒸散型消氣劑兩種。蒸散型消氣劑在高頻激活后被蒸散在玻璃管的內(nèi)表面上，像鏡面一樣，其主要作用是提高真空集熱管的初始真空度;非蒸散型消氣劑是一種常溫激活的長效消氣劑，其主要作用是吸收管內(nèi)各部件工作時(shí)釋放的殘余氣體，保持真空集熱管的長期真空度。2025/2/2652§2.太陽能的熱利用§2-1.平板型集熱器§2-2.真空管集熱器§2-3.太陽能熱水器§2-4.太陽房太陽灶§2-5.太陽能干燥§2-6.太陽能儲(chǔ)存2025/2/2653§2-3.太陽能熱水器

SolarcollectorforheatingwaterAhomeinCaliforniain19062025/2/2654PopularapplicationsintheUnitedStatesincludefacilitiesthatuseagreatdealofhotwater,suchasthisarmylaundryinMassachusetts.ThesolarwaterheaterontheroofofthishouseinIsraelistypicalofthesystemsusedinmanypartsoftheworld.Itconsistsofasolarpanelthatheatsthewaterandatankthatstoresit.2025/2/2655SimplesolarwaterheatersarealsoverycommoninChina.NotethatthestoragetankismountedhorizontallyontheroofofthishomeinBeijing.Twenty-fourrooftopsolarcollectorsprovideabout45percentofthehotwaterusedbythisfast-foodrestaurantinAustralia.2025/2/26562025/2/2657太陽能熱水器通常由平板集熱器、蓄熱水箱和連接管道組成。按照流體流動(dòng)的方式分類，可將太陽能熱水器分成三大類：

悶曬式、直流式和循環(huán)式。2025/2/2658太陽能游泳池悶曬式：水在集熱器中不流動(dòng)，悶在其中受熱升溫。2025/2/2659由集熱器、蓄熱水箱和管道組成。水在這種系統(tǒng)中不循環(huán)。當(dāng)屋頂上集熱器的水溫高于屋內(nèi)的儲(chǔ)罐水溫時(shí)，電子控制裝置接通水泵向儲(chǔ)罐供水。直流式直流式太陽能集熱器2025/2/2660循環(huán)式：又分為自然循環(huán)型和強(qiáng)迫循環(huán)型兩種形式。(1)自然循環(huán)熱水系統(tǒng)自然循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱置于集熱器上方，水在集熱器中由于太陽輻射而被加熱，溫度升高，形成集熱器及儲(chǔ)水箱中水溫不同。由于密度差而引起浮升力，產(chǎn)生熱虹吸現(xiàn)象，使水在儲(chǔ)水箱及集熱器中作自然流動(dòng)。2025/2/26612025/2/26622025/2/2663(2)強(qiáng)迫循環(huán)熱水系統(tǒng)這種系統(tǒng)利用水泵迫使水在集熱器與儲(chǔ)水箱之間循環(huán)。當(dāng)集熱器頂端水溫高于儲(chǔ)水箱底部水溫若干度時(shí)，控制裝置啟動(dòng)水泵使水流動(dòng)。水泵入口處裝有止回閥，以防止夜間水由集熱器逆流，產(chǎn)生熱損失。有數(shù)學(xué)模型和分析，可自學(xué)2025/2/2664全玻璃真空管太陽能熱水器的優(yōu)點(diǎn)真空管熱水器一年四季均可使用，其采用高真空雙層玻璃管結(jié)構(gòu)，熱損失小，保溫性能好。集熱管為圓形，集熱能力受一天中太陽位置變化的影響較小，因而集熱時(shí)間長。水質(zhì)清潔，可做生活用水。耐冷熱沖擊性能好，并可抗冰雹。2025/2/2665§2.太陽能的熱利用§2-1.平板型集熱器§2-2.真空管集熱器§2-3.太陽能熱水器§2-4.太陽房太陽灶§2-5.太陽能干燥§2-6.太陽能儲(chǔ)存2025/2/2666太陽房§2-4.太陽房太陽灶

太陽房是一種直接利用太陽能進(jìn)行采暖和空氣調(diào)節(jié)的環(huán)保型節(jié)能建筑，它能使建筑物在一定程度上具有冬暖夏涼的功能。1931年美國麻省理工學(xué)院建成了世界上第一座太陽能采暖房。太陽房獲取太陽能的基本原理是溫室效應(yīng)。太陽房可分為主動(dòng)式太陽房和被動(dòng)式太陽房兩類。2025/2/2667補(bǔ)充：溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)是指由于玻璃和透明材料對不同波長的電磁波具有選擇性吸收和透過能力所導(dǎo)致的熱量蓄積的現(xiàn)象。玻璃和透明材料可以讓波長較短的太陽輻射透過，而阻擋波長較長的熱輻射。這樣，用玻璃和透明材料為頂做成的溫室，可以讓太陽輻射進(jìn)入溫室內(nèi)部，而室內(nèi)的長波熱輻射則被玻璃阻擋住。進(jìn)入溫室內(nèi)的能量就大于從溫室向外散發(fā)的能量，溫室內(nèi)的溫度就會(huì)逐漸升高而大于環(huán)境溫度。2025/2/2668大氣層溫室效應(yīng)大氣層溫室效應(yīng)是指大氣中的二氧化碳、甲烷等溫室氣體對于短波輻射是透明的，但可以顯著地吸收長波輻射（紅外線）。而太陽輻射的能量主要集中在可見光和波長更短的輻射，所以大氣中的二氧化碳并不顯著影響太陽對地球的輻射。而地球表面溫度較低，它向太空的輻射幾乎全部是紅外輻射。大氣中的二氧化碳可以吸收地球向太空的紅外輻射，大氣被加熱，其中部分熱量又重新輻射回地面，從而產(chǎn)生了地面的保溫作用。近兩百年以來，研究發(fā)現(xiàn)大氣中的二氧化碳由于人類活動(dòng)的影響而異乎尋常的增加，而地面溫度也急劇上升，為此人們正在急迫尋找采取措施控制大氣層的溫室效應(yīng)。2025/2/2669主動(dòng)式太陽房與常規(guī)能源采暖的區(qū)別：以太陽集熱器作為熱源代替以煤、石油、天然氣等常規(guī)能源作為燃料的鍋爐。主要設(shè)備：太陽集熱器、儲(chǔ)熱水箱、輔助熱源以及管道、閥門、風(fēng)機(jī)、水泵、控制系統(tǒng)等。原理：太陽集熱器獲取太陽能，通過配熱系統(tǒng)送至室內(nèi)。過剩熱量儲(chǔ)存于水箱內(nèi)，當(dāng)收集的太陽能小于采暖負(fù)荷時(shí)，由儲(chǔ)存的熱量來補(bǔ)充，熱量不足時(shí)由備用的輔助熱源提供。或稱主動(dòng)太陽能采暖系統(tǒng)2025/2/2670日本多層太陽能住宅日本在主動(dòng)式太陽房的研究應(yīng)用領(lǐng)域處于世界前列。從上世紀(jì)70年代開始，日本便按計(jì)劃建造了數(shù)幢典型太陽能采暖空調(diào)試驗(yàn)建筑，而且多年來日本的太陽能采暖、空調(diào)建筑一直穩(wěn)步發(fā)展，并已應(yīng)用于大型建筑物上。2025/2/2671主動(dòng)式太陽房的特點(diǎn)區(qū)別：用太陽集熱器代替采暖系統(tǒng)中的鍋爐（與常規(guī)采暖不同之處）。但是，由于地表面上每平方米能夠接收到的太陽能量有限，故集熱器的面積就要足夠大。一般要求太陽能利用率在60%以上，集熱采光面積占采暖建筑面積的10~30%，（該比例數(shù)大小與當(dāng)?shù)靥柲苜Y源、建筑物的保溫性能、采暖方式、集熱器熱性能等因素有關(guān)）。

蓄熱裝置：太陽輻射受季節(jié)、晝夜、天氣的影響。因此，太陽能不能成為連續(xù)、穩(wěn)定的獨(dú)立能源，要滿足連續(xù)采暖的需求，系統(tǒng)中必須有貯存熱量的設(shè)備和輔助熱源裝置。儲(chǔ)熱設(shè)備通常按可維持2~3天的能量來計(jì)算。儲(chǔ)熱設(shè)備一種是貯熱水箱，另一種是用卵石槽（工質(zhì)為空氣）。結(jié)構(gòu)簡單：太陽房所采用的集熱器要求構(gòu)造簡單、性能可靠、價(jià)格便宜。由于集熱器的集熱效率隨集熱溫度升高而降低，因此盡可能降低集熱溫度，如采用太陽能天棚或地板輻射采暖的集熱溫度在30~40℃之間就可以了，而采用散熱器采暖集熱溫度必須達(dá)到60℃以上。2025/2/2672被動(dòng)式太陽房被動(dòng)式太陽房的特點(diǎn)是不需要專門的集熱器、熱交換器、水泵（或風(fēng)機(jī)）等主動(dòng)式太陽能采暖系統(tǒng)中所必需的部件，只是依靠建筑方位的合理布置，通過窗、墻、屋頂?shù)冉ㄖ锉旧順?gòu)造和材料的熱工性能，以自然交換的方式（輻射、對流、傳導(dǎo)）使建筑物在冬季盡可能多吸收和儲(chǔ)存熱量，以達(dá)到采暖的目的。簡而言之，被動(dòng)式太陽房就是根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，在基本上不添置附加設(shè)備的條件下，只在建筑構(gòu)造和材料性能上下工夫，使房屋達(dá)到一定采暖效果的一種方法。因此，這種太陽能采暖系統(tǒng)構(gòu)造簡單、造價(jià)便宜。2025/2/2673被動(dòng)式太陽房的分類直接受益式：利用南窗直接照射的太陽能集熱蓄熱墻式：利用南墻進(jìn)行集熱蓄熱綜合式：溫室和前兩種相結(jié)合的方式屋頂集熱蓄熱式：利用屋頂進(jìn)行集熱蓄熱自然循環(huán)式：利用熱虹吸作用進(jìn)行加熱循環(huán)2025/2/26742025/2/2675直接受益式這是被動(dòng)式太陽房中最簡單的一種形式。就是把房間朝南的窗擴(kuò)大，或做成落地式大玻璃墻，讓陽光直接進(jìn)到室內(nèi)加熱房間。在冬季晴朗的白天，陽光通過南向的（墻）透過玻璃直接照射到室內(nèi)的墻壁、地板和家具上，使它們的溫度升高，并被用來儲(chǔ)存熱量，夜間，在窗（墻）上加保溫窗簾，當(dāng)室外和房間溫度都下降時(shí)、墻和地貯存的熱能，通過輻射、對流和傳導(dǎo)被釋放出來，使室溫維持在一定的水平。2025/2/26762025/2/26772025/2/2678集熱—蓄熱墻式1集熱蓄熱墻是間接受益太陽能采暖系統(tǒng)的一種。太陽光照射到南向、外面有玻璃的深黑色蓄熱墻體上，蓄熱墻吸收太陽的輻射熱后、通過傳導(dǎo)把熱量傳到墻內(nèi)一側(cè)，再以對流和熱輻射方式向室內(nèi)供熱。另外，在玻璃和墻體的夾層中，被加熱的空氣上升，由墻上部的通氣孔向室內(nèi)送熱，而室內(nèi)的冷空氣則由墻下部的通氣孔進(jìn)入夾層，如此形成向室內(nèi)輸送熱風(fēng)的對流循環(huán)。以上是冬天工作的情況。夏天，關(guān)閉墻上部的通風(fēng)孔，室內(nèi)熱空氣隨設(shè)在墻外上端的排氣孔排出，使室內(nèi)得到通風(fēng)，達(dá)到降溫的效果。2025/2/26792025/2/2680集熱—蓄熱墻式2第二種形式是在玻璃后面設(shè)置一道“水墻”。特點(diǎn)是墻上不需要開進(jìn)氣口與排氣口?！八畨Α钡谋砻嫖諢崃亢?，由于對流作用，吸收的熱量很快地在整個(gè)“水墻”內(nèi)部傳播。然后由“水墻”內(nèi)壁通過輻射和對流，把墻中的熱量傳到室內(nèi)?！八畨Α眱?nèi)充滿水，具有加熱快、貯熱能力強(qiáng)及均勻的優(yōu)點(diǎn)?！八畨Α币部梢杂盟芰匣蚪饘僦谱鳎行┰O(shè)計(jì)采用充滿水的塑料或金屬容器堆積而成，使建筑別具一格。2025/2/26812025/2/2682綜合（陽光間）式“綜合式被動(dòng)太陽房”是指附加在房屋南面的溫室，既可用于新建的太陽房，又可在改建的舊房上附加上去。實(shí)際它是直接受益式（南向的溫室部分）和集熱—蓄熱墻式（后面有集熱墻的房間）兩種形式的綜合。由于溫室效應(yīng)，使室內(nèi)有效獲熱量增加，同時(shí)減小室溫波動(dòng)。溫室可做生活間，也可作為陽光走廊或門斗，溫室中種植蔬菜和花草、美化環(huán)境增加經(jīng)濟(jì)收益，縮短回收年限。附加溫室外觀立面增加了建筑的造型美、熱效率略高于集蓄熱墻式，但是溫室造價(jià)較高，在溫室內(nèi)種植物，濕度大，有氣味，使溫室的利用受到限制。2025/2/26832025/2/2684屋頂蓄熱集熱式屋頂做成一個(gè)淺池（或?qū)⑺b入密封的塑料袋內(nèi)）式集熱器，在這種設(shè)計(jì)中，屋頂不設(shè)保溫層，只起承重和圍護(hù)作用，池頂裝一個(gè)能推拉開關(guān)的保溫蓋板。該系統(tǒng)在冬季取暖，夏季降溫。冬季白天打開保溫板，讓水（或水袋）充分吸收太陽的輻射熱；晚間關(guān)上保溫板，水的熱容大，可以儲(chǔ)存較多的熱量。水中的熱量大部分從屋頂輻射到房間內(nèi)，少量從頂棚到下面房間進(jìn)行對流散熱以滿足晚上室內(nèi)采暖的需要。夏季白天把屋頂保溫板蓋好，以隔斷陽光的直射，由前一天暴露在夜間、較涼爽的水（或水袋）吸收下面室內(nèi)的熱量，使室溫下降；晚間打開保溫蓋板，借助自然對流和向涼爽的夜空進(jìn)行輻射，冷卻了池（水袋）內(nèi)的水，又為次日白天吸收下面室內(nèi)的熱量做好了準(zhǔn)備。該系統(tǒng)適合于武漢夏季較熱、冬天又十分寒冷的地區(qū)，為一年冬夏兩個(gè)季節(jié)提供冷、熱源。2025/2/2685用屋頂作集熱和貯熱的方法，不受結(jié)構(gòu)和方位的限制。用屋頂作室內(nèi)散熱面，能使室溫均勻，也不影響室內(nèi)的布置。2025/2/2686自然循環(huán)（熱虹吸）式自然循環(huán)被動(dòng)太陽房的集熱器、貯熱器是和建筑物分開獨(dú)立設(shè)置的，它適用于建在山坡上的房屋。集熱器低于房屋地面，貯熱器設(shè)在集熱器上面，形成高差，利用流體的熱對流循環(huán)。白天太陽集熱器中的空氣（或水）被加熱后，借助溫差產(chǎn)生的熱虹吸作用，通過風(fēng)道（用水時(shí)為水管），上升到它的上部巖石貯熱層，熱空氣被巖石堆吸收熱量而變冷，再流回集熱器的底部，進(jìn)行下一次循環(huán)。夜間巖石貯熱器通過送風(fēng)口向采暖房間以對流方式采暖。該類型太陽房有氣體采暖和液體采暖兩種，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用受到一定的限制。2025/2/26872025/2/2688太陽灶2025/2/2689太陽灶的基本概念太陽灶是利用太陽輻射能，通過聚光、傳熱、儲(chǔ)熱等方式獲取熱量，從而進(jìn)行炊事烹飪食物的一種裝置，應(yīng)能滿足燒開水、煮飯及煎、炒、蒸、炸的功能。太陽灶溫度要求：如蒸煮或燒開水、要求溫度100~150℃；如果需要煎、炒、炸，則需要提供500~600℃的高溫。太陽灶功率要求：要根據(jù)用戶的需求。一般家庭使用的太陽灶，其功率大多為500~1500W之間，截光面積約1~3㎡。太陽灶的熱效率：太陽灶提供的有效熱能與它接收太陽的能量之比。通過試驗(yàn)和檢測，約為50%左右。其他要求：操作方便，如鍋灶的高度、它與人體的距離以及便于定時(shí)調(diào)整角度和方位。耐火性能和抗風(fēng)載。結(jié)構(gòu)類型：箱式太陽灶、聚光太陽灶和綜合型太陽灶。2025/2/2690箱式太陽灶箱式太陽灶的基本結(jié)構(gòu)為一箱體，如圖所示。箱體上面有1~3層玻璃（或透明塑料膜）蓋板，箱體四周和底部采用保溫隔熱層，其內(nèi)表面涂以太陽吸收率比較高（應(yīng)大于0.9）的黑色涂料，此外還有外殼和支架。2025/2/2691蒸、煮食物可以放在箱內(nèi)預(yù)制好的木架或鉛絲彎成的托架上。使用時(shí)，將箱體蓋板與太陽光垂直方向放置、預(yù)熱一定時(shí)間后，使箱內(nèi)溫度達(dá)到100℃時(shí)，放入食物，箱子封嚴(yán)后即開始進(jìn)行蒸煮食物，使用時(shí)要進(jìn)行幾次箱體角度的調(diào)整，一般1~2小時(shí)后即熟。箱式太陽灶可以蒸饅頭、包子、燜米飯、燉肉、熬菜和煮紅薯等。此外還可以用它蒸煮醫(yī)療器具和消毒滅菌之用。2025/2/2692為提高箱式太陽灶的熱性能，人們又在箱式太陽灶朝陽玻璃面四周加裝平面反射鏡1~4塊。這樣太陽光照射到反射鏡后，有很大一部分能量會(huì)進(jìn)入玻璃面，使箱式太陽灶有效能量提高1~2倍。反射式太陽灶2025/2/2693聚光太陽灶

聚光太陽灶是利用拋物面聚光的特性，大大提高了太陽灶的功率和聚光度，使鍋圈溫度可達(dá)500℃以上，大大縮短了炊事作業(yè)時(shí)間。聚光式太陽灶又可以根據(jù)聚光方式的不同，分為旋轉(zhuǎn)拋物面太陽灶、球面太陽灶、拋物柱面太陽灶、圓錐面太陽灶和菲涅耳聚光太陽灶等。由于旋轉(zhuǎn)拋物面太陽灶具有較強(qiáng)的聚光特性、能量大，可獲得較高的溫度，因此使用最廣泛。2025/2/2694提供足夠的能量和溫度，能烹煮所需種類和數(shù)量的食物；堅(jiān)固耐用，能承受頻繁的操作使用以及風(fēng)和其他外來影響；被社會(huì)所接受，適應(yīng)人們的烹飪和飲食習(xí)慣，例如能在蔽蔭處做飯，最好在沒有太陽時(shí)也能烹飪；制造方便，能利用當(dāng)?shù)氐娜肆臀锪?；價(jià)格應(yīng)能與其他灶具競爭。聚光太陽灶的設(shè)計(jì)與制造（略）太陽灶必須具備的條件2025/2/2695§2.太陽能的熱利用§2-1.平板型集熱器§2-2.真空管集熱器§2-3.太陽能熱水器§2-4.太陽房太陽灶§2-5.太陽能干燥§2-6.太陽能儲(chǔ)存2025/2/2696太陽能儲(chǔ)存的三個(gè)含義：§2-6.太陽能儲(chǔ)存將白天接收到的太陽能儲(chǔ)存到晚間使用；將晴天接收到的太陽能儲(chǔ)存到陰雨天使用；將夏天接收到的太陽能儲(chǔ)存到冬天使用。目前的技術(shù)發(fā)展水平僅限于第一層含義上的儲(chǔ)存。太陽能儲(chǔ)存的三種方式：顯熱儲(chǔ)存潛熱儲(chǔ)存化學(xué)儲(chǔ)存2025/2/2697利用蓄熱材料的熱容量，通過升高或降低材料的溫度而實(shí)現(xiàn)熱量的儲(chǔ)存或釋放的過程。對于一定量的蓄熱材料，其比熱容越大，溫度變化越大，儲(chǔ)存的熱量越多。蓄熱材料液體介質(zhì)：水、油和各種有機(jī)溶劑。水的比熱容最大，無毒無臭方便易得，價(jià)格便宜。固體介質(zhì)：卵石、磚塊、混凝土、土壤等。顯熱儲(chǔ)存2025/2/26982025/2/2699利用蓄熱材料在熱作用下發(fā)生相變而產(chǎn)生的熱量儲(chǔ)存過程。由于相變潛熱比顯熱變化大得多，因此，潛熱儲(chǔ)存具有很高的儲(chǔ)熱密度。一般材料的相變有三種：固氣相變、液氣相變、固液相變固液相變最常用，固液相變材料常以英文縮小字母PCM表示（Phasechangematerials）。固液相變儲(chǔ)能系統(tǒng)包括三個(gè)部分：具有適當(dāng)相變溫度范圍的相變材料；裝載相變材料的容器；換熱器。PCM：要求熔化熱大、熔點(diǎn)合適、導(dǎo)熱性能好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無腐蝕、無毒無污染、不易燃燒、價(jià)格低廉、容易獲得。常用材料：CaCl2.6H2O、Na2CO.10H2O、Na2SO4.10H2O等。潛熱儲(chǔ)存2025/2/261002025/2/26101利用化學(xué)反應(yīng)熱的形式來儲(chǔ)存熱能?；瘜W(xué)儲(chǔ)能和釋能由兩個(gè)獨(dú)立的步驟完成：一是通過化學(xué)反應(yīng)（一般在高溫下進(jìn)行），產(chǎn)生含能的反應(yīng)產(chǎn)物；二是反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生逆向化學(xué)反應(yīng)又恢復(fù)到原先的物質(zhì)而放出熱量。化學(xué)能比相變潛熱大得多，所以化學(xué)儲(chǔ)能的能量密度最高。用熱水做顯熱儲(chǔ)能的儲(chǔ)能密度：58W.h/kg冰的溶解熱儲(chǔ)能密度：93W.h/kg金屬氫化物中輕的化學(xué)儲(chǔ)能密度：600~2500W.h/kg液態(tài)氫的化學(xué)儲(chǔ)能密度：3300W.h/kg利用太陽能聚焦后的高溫進(jìn)行熱分解制氫（溫度3000K），將太陽能變成化學(xué)能儲(chǔ)存與氫中，氫氣燃燒可釋放大量熱能?；瘜W(xué)儲(chǔ)存2025/2/26102§1.太陽能基礎(chǔ)知識(shí)§2.太陽能的熱利用§3.太陽能的熱發(fā)電§4.太陽能光伏發(fā)電§5.太陽能熱氣流發(fā)電太陽能利用技術(shù)

TechnologyofSolarEnergyUtilization2025/2/26103§3.太陽能的熱發(fā)電§1-1.太陽能熱發(fā)電技術(shù)概況§1-2.太陽能熱電站基本系統(tǒng)§1-3.各種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)§1-4.太陽能熱發(fā)電技術(shù)前景2025/2/26104§1-1.太陽能熱發(fā)電技術(shù)概況太陽能熱發(fā)電技術(shù)：將吸收到的太陽輻射熱能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電技術(shù)。分類：1.利用太陽熱能直接發(fā)電。例：半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電、真空器件中的熱電子和熱離子發(fā)電、堿金屬熱電轉(zhuǎn)換、磁流體發(fā)電。特點(diǎn)：發(fā)電裝置本體沒有活動(dòng)部件，但目前發(fā)電量小，尚處于原理性試驗(yàn)階段。2.將太陽能通過熱機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。例：塔式發(fā)電站、槽式發(fā)電站、蝶式發(fā)電站，熱氣流發(fā)電站特點(diǎn)：基本組成與常規(guī)發(fā)電設(shè)備類似，所不同的是熱能通過太陽能轉(zhuǎn)換而來。2025/2/26105太陽能熱發(fā)電站的7個(gè)發(fā)展時(shí)期2025/2/261061期1878年，巴黎建立了一個(gè)小型太陽能動(dòng)力系統(tǒng)，盤式拋物面反射鏡將太陽光聚焦到置于其焦點(diǎn)處的蒸汽鍋爐，由此產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)一個(gè)很小的交互式蒸汽機(jī)運(yùn)行。1901年，美國研制成功7350W的太陽能蒸汽機(jī)，采用70m2的太陽能聚光集熱器，該裝置安裝在美國加州做實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。1907~1913年，美國研制成由太陽能驅(qū)動(dòng)的水泵。1913年，研制成36.8kW太陽能動(dòng)力機(jī)，安裝在埃及開羅附近，從尼羅河提水灌溉，該裝置采用長的槽型拋物面反射鏡將太陽光聚焦到中心管上，聚光比為4.5：1。2025/2/261071950年，原蘇聯(lián)設(shè)計(jì)了世界上第一座塔式太陽能熱發(fā)電站小型試驗(yàn)裝置，對太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了廣泛、基礎(chǔ)性的探索和研究。1973年，石油危機(jī)。再次興起太陽能技術(shù)研究。20世紀(jì)80年代初，以色列和美國聯(lián)合組建了LUZ太陽能熱發(fā)電國際有限公司。從成立開始，該公司就一刻不停的集中力量研究開發(fā)槽式拋物面反射鏡熱發(fā)電系統(tǒng)。1981~1991年，全世界建造了裝機(jī)容量為MW級的太陽能熱發(fā)實(shí)驗(yàn)電站20余座，最大發(fā)電功率為80MW，其中最主要的形式是塔式電站。2期2025/2/261082025/2/261093期20世紀(jì)80年代，對已建成的太陽能發(fā)電站進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究和分析后，發(fā)表了很多技術(shù)總結(jié)報(bào)告，得出基本結(jié)論：太陽能熱發(fā)電在技術(shù)上雖然可行，但單位容量投資過大，且降低造價(jià)十分困難。之后，關(guān)于太陽能熱發(fā)電站逐漸遭到冷落。美國原計(jì)劃擬在1983~1995年間，分別建50~100MW和100~300MW的太陽能熱電站，結(jié)果都沒有實(shí)現(xiàn)。2025/2/261104期正當(dāng)人們開始疑慮太陽能熱發(fā)電前景時(shí)，LUZ公司1985~1991年間，在美國加州沙漠相繼建成9座槽式太陽能熱發(fā)電站，總裝機(jī)容量353.8MW，并投入并網(wǎng)運(yùn)行。經(jīng)過努力，電站的初次投資由1號(hào)電站的4490美元/kW降到8號(hào)電站的2650美元/kW，發(fā)電成本從24美分/kWh降至8美分/kWh。計(jì)劃到2000年，在加州簡稱總裝機(jī)容量800MW的槽式太陽能熱發(fā)電站，將發(fā)電成本降至5~6美分/kWh。美國政府和州政府與1991年限后取消對太陽能電站的投資減免稅政策，迫使10號(hào)電站停建，同年，LUZ公司宣告破產(chǎn)，所有計(jì)劃全部終止。2025/2/261115期：星星之火對塔式太陽能熱發(fā)電的研究開發(fā)，人們并未因此完全終止，1980年美國在加州建成的太陽Ⅰ號(hào)塔式太陽能熱發(fā)電站，裝機(jī)容量10MW，經(jīng)過一段時(shí)間試驗(yàn)運(yùn)行，及時(shí)做了技術(shù)總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，郵件稱了太陽Ⅱ號(hào)，并于1996年1月投入試驗(yàn)運(yùn)行。1992年，德國一家工程公司開發(fā)的一種蝶式斯特林太陽能熱發(fā)電站的發(fā)電功率為9kW，到1995年3月底，累計(jì)運(yùn)行了17000小時(shí)，峰值凈效率20%，月凈效率16%，該公司計(jì)劃用100臺(tái)這樣的發(fā)電系統(tǒng)建成一座1MW的蝶式太陽能熱發(fā)電示范電站。同時(shí)產(chǎn)生了一種新型太陽能熱發(fā)電站稱之為：太陽能熱氣流發(fā)電站。1981年建成，1991~1999年美國、以色列、印度、德國、巴西、加拿大都對其產(chǎn)生了研究興趣。2025/2/261126期進(jìn)入本世紀(jì)以來，許多研究者對太陽能熱發(fā)電站又開始投入新的熱情。2001年，澳大利亞創(chuàng)建SolarMission公司，計(jì)劃于2003年在澳大利亞Midura建成世界上最高大的太陽能電站——太陽能熱氣流發(fā)電站，發(fā)電功率200MW。該電站由集熱棚、導(dǎo)流塔（習(xí)慣稱之為煙囪）、蓄熱層和透平發(fā)電機(jī)組四個(gè)關(guān)鍵部件組成。電站導(dǎo)流塔高1000m，外直徑170m。集熱棚直徑7公里。透平葉片長65m。同時(shí)，想建200MW太陽能熱氣流發(fā)電站的國家和地區(qū)有：南非、巴基斯坦、印度、美國（兩度）、巴西、中國。2025/2/261137期？想建200MW太陽能熱氣流發(fā)電站的國家和地區(qū)。南非——研究再加研究巴基斯坦——怕打仗印度——還沒想好美國（兩度）——先霸占了石油再說巴西——目前也就玩玩而已中國——慢慢等決策吧2025/2/26114§3.太陽能的熱發(fā)電§1-1.太陽能熱發(fā)電技術(shù)概況§1-2.太陽能熱電站基本系統(tǒng)§1-3.各種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)§1-4.太陽能熱發(fā)電技術(shù)前景2025/2/26115§1-2.太陽能熱電站基本系統(tǒng)一、電站熱系統(tǒng)二、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)組成2025/2/26116一、電站熱系統(tǒng)常規(guī)熱力發(fā)電廠朗肯循環(huán)系統(tǒng)2025/2/26117朗肯循環(huán)之再熱循環(huán)2025/2/26118朗肯循環(huán)之回?zé)嵫h(huán)2025/2/26119典型太陽能熱發(fā)電站熱力循環(huán)系統(tǒng)2025/2/26120太陽能熱發(fā)電站與常規(guī)電站的區(qū)別汽輪機(jī)發(fā)電部分完全一樣，都是產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。不同點(diǎn)在于：常規(guī)電廠燃燒礦物燃料，太陽能熱電站收集太陽輻射能為能源。因此，結(jié)構(gòu)上，太陽能熱發(fā)電站以太陽能收集器代替常規(guī)電廠中的普通鍋爐。此外，由于太陽輻射能的間斷性及周期性特點(diǎn)，需要再設(shè)置蓄熱子系統(tǒng)或輔助能源子系統(tǒng)。2025/2/26121

冬天太陽輻射低，白天短。因此，早上較晚（8時(shí)）系統(tǒng)開始集熱，下午較早（17時(shí)）停機(jī)。白天太陽能只能供給機(jī)組滿載運(yùn)行80%的能量，其余由輔助能源供給。2025/2/26122

夏天太陽輻射高，白天長。因此，早上較早（7時(shí)）系統(tǒng)開始集熱，下午較晚（22時(shí)30分）停機(jī)。白天太陽能不僅可供給機(jī)組滿載運(yùn)行，還有多余能量蓄于儲(chǔ)熱槽中，留待晚上與輔助熱源共同供給機(jī)組運(yùn)行，維持到深夜停機(jī)。2025/2/26123二、太陽能電站發(fā)電系統(tǒng)的組成典型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要由4各部分組成：聚光集熱子系統(tǒng)蓄熱子系統(tǒng)輔助能源子系統(tǒng)汽輪發(fā)電子系統(tǒng)2025/2/26124聚光集熱子系統(tǒng)聚光集熱子系統(tǒng)包括聚光器、接收器和跟蹤裝置。聚光器用于收集陽光并將其聚集到一個(gè)有限尺寸面上，以提高單位面積上的太陽輻照度，從而提高被加熱工質(zhì)的工作溫度。聚光方法：平面反射鏡、曲面反射鏡和菲涅爾透鏡，在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，最常用的聚光方式有兩種：平面反射鏡和曲面反射鏡。聚光器是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件，入射陽光首先經(jīng)過它反射到接收器，其性能的優(yōu)劣明顯影響到太陽熱發(fā)電系統(tǒng)的總體性能。2025/2/26125聚光器的性能要求1.光學(xué)性能聚光器的鏡面反射率越高越好，一般采用蒸鍍銀或鋁的玻璃或高分子板，為防止氧化，可采用噴涂一層透明硅膠的方法對反射面加以保護(hù)。問題：反射鏡暴露于環(huán)境，保持鏡面清潔是難題。2.機(jī)械性能反射鏡有很好的平整度；具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能抗大風(fēng)；發(fā)射鏡面和保護(hù)膜有很強(qiáng)的粘合度。3.化學(xué)穩(wěn)定鏡面具有很強(qiáng)的耐腐蝕性能。2025/2/26126接收器接收器是通過接受經(jīng)過聚焦的陽光，將太陽輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并傳遞給工質(zhì)的部件。在這里，工質(zhì)被太陽輻射能加熱，變成過熱蒸汽，再經(jīng)管道送往汽輪機(jī)。根據(jù)不同的聚光方式，接收器的結(jié)構(gòu)有很大的差別。接收器的關(guān)鍵技術(shù)，是其接受陽光的表面必須涂覆選擇性吸收膜，使對太陽輻射的吸收率比較高，而在接收器表面溫度下發(fā)射率較低。2025/2/26127跟蹤裝置為了使一天所有時(shí)刻的太陽輻射能都能通過反射鏡面反射到固定不動(dòng)的接收器上，反射鏡必須設(shè)置跟蹤裝置。太陽聚光器的跟蹤方式有兩種：單軸跟蹤和雙軸跟蹤（反射鏡面繞一根軸還是兩根軸轉(zhuǎn)動(dòng)）。實(shí)現(xiàn)跟蹤的方式：程序控制方式和傳感器控制方式程序控制方式：計(jì)算太陽運(yùn)動(dòng)規(guī)律來控制跟蹤機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。缺點(diǎn)是存在累積誤差。傳感器跟蹤方式：由傳感器瞬時(shí)測出入射太陽輻射的方向，一次控制跟蹤機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。缺點(diǎn)是多云條件下難以準(zhǔn)確定位反射鏡的方向。最終方式：結(jié)合二者，以程序控制為主，以傳感器瞬時(shí)測量做反饋，對程序進(jìn)行累積誤差修正。2025/2/26128蓄熱子系統(tǒng)蓄熱子系統(tǒng)是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中必不可少的組成部分。早晚和白天云遮間歇的時(shí)間內(nèi)，都必須依靠儲(chǔ)存的太陽能來維持正常運(yùn)行。夜間和陰雨天一般考慮采用常規(guī)燃料作輔助能源，否則由于蓄熱容量需求太大，將明顯加大整個(gè)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的初投資。蓄熱器就是采用真空或隔熱材料做良好保溫的儲(chǔ)熱容器。蓄熱器中儲(chǔ)放蓄熱材料，通過特種設(shè)計(jì)的換熱器對蓄熱材料進(jìn)行儲(chǔ)熱和取熱。儲(chǔ)熱方式：顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱、化學(xué)儲(chǔ)能2025/2/26129輔助能源子系統(tǒng)配置輔助能源子系統(tǒng)的目的就是維持電站能夠持續(xù)運(yùn)行。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)要求的蓄熱子系統(tǒng)容量太大，以致投資巨大，所以在其中配以常規(guī)燃料做輔助能源，是極其可取的方案。輔助能源子系統(tǒng)就是在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中增設(shè)常規(guī)燃料鍋爐，用于陰雨天和夜間啟動(dòng)。常規(guī)能源根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉促Y源選定，可選天然氣、石油或煤。現(xiàn)代太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的最新設(shè)計(jì)概念是建造太陽能和天然氣雙能源發(fā)電站。2025/2/26130汽輪發(fā)電子系統(tǒng)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)力發(fā)電裝置，可選如下幾種：現(xiàn)代汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力發(fā)電裝置根據(jù)太陽能集熱系統(tǒng)可能提供的工質(zhì)參數(shù)選定。現(xiàn)代汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)工作參數(shù)高，適用于大型塔式或槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的單機(jī)容量小，通常在幾十千瓦以下，適用于蝶式拋物面反射鏡發(fā)電系統(tǒng)。低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)適合于太陽池太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。2025/2/26131§3.太陽能的熱發(fā)電§1-1.太陽能熱發(fā)電技術(shù)概況§1-2.太陽能熱電站基本系統(tǒng)§1-3.各種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)§1-4.太陽能熱發(fā)電技術(shù)前景2025/2/26132§1-3.各種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)兩種類型的太陽能發(fā)電系統(tǒng)分散型發(fā)電系統(tǒng)：將拋物面聚光器配置成很多組，然后把這些集熱器串聯(lián)和并聯(lián)起來，以滿足所需的供熱溫度。集中型發(fā)電系統(tǒng)也稱為塔式接受器系統(tǒng)，它由平面鏡、跟蹤機(jī)構(gòu)、支架等組成定日鏡陣列，這些定日鏡始終對準(zhǔn)太陽，把入射光反射到位于場地中心附近的高塔頂端的接受器上。2025/2/26133集中型發(fā)電系統(tǒng)——塔式2025/2/26134PowerTower2025/2/26135它是在地面挖一個(gè)球形大坑，坑壁貼上許多小反射鏡，使大坑成一個(gè)巨大的凹面半球鏡，它將太陽能聚焦到接受器，以獲得高溫蒸氣。為了降低塔式太陽能熱動(dòng)力系統(tǒng)的投資，發(fā)展了一種太陽坑發(fā)電技術(shù)。2025/2/26136ParabolicTroughConcentratorsAphotovoltaictroughconcentratorsystemattheAustralianNationalUniversity分散型發(fā)電系統(tǒng)2025/2/26137ParabolicDishConcentrator

Parabolicdishsystemsarethemostefficientofallsolartechnologies,atapproximately25%efficient,comparedtoaround20%forothersolarthermaltechnologies.

2025/2/26138另一種有前途的太陽能熱動(dòng)力發(fā)電技術(shù)是太陽能煙囪發(fā)電。它是在一大片圓形土地上蓋滿玻璃，圓中心建一高大的煙囪，煙囪底部裝有風(fēng)力透平機(jī)。透明玻璃蓋板下被太陽加熱的空氣通過煙囪被抽走，驅(qū)動(dòng)風(fēng)力透平機(jī)發(fā)電。這種發(fā)電裝置簡單可靠，在西班牙已建有一座容量為100kW的試驗(yàn)電站。顯然這種發(fā)電方式非常適合于我國廣大的西部地區(qū)。2025/2/261392025/2/261402025/2/26141依山而建的太陽能煙囪2025/2/26142太陽能煙囪的綜合利用2025/2/26143§3.太陽能的熱發(fā)電§1-1.太陽能熱發(fā)電技術(shù)概況§1-2.太陽能熱電站基本系統(tǒng)§1-3.各種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)§1-4.太陽能熱發(fā)電技術(shù)前景2025/2/26144§1-4.太陽能熱發(fā)電技術(shù)前景2025/2/261452025/2/261462025/2/261472025/2/26148太陽能熱電站發(fā)展?jié)摿Ｑ竽芾眉夹g(shù)

Oceanenergy明廷臻能源與動(dòng)力工程學(xué)院2025/2/26150海洋能概述各種海洋能2025/2/26151一、海洋能概述一望無際的汪洋大海，不僅為人類提供航運(yùn)、水產(chǎn)和豐富的礦藏，而且還蘊(yùn)藏著巨大的能量。2025/2/26152海洋能分類海洋能源通常指海洋中所蘊(yùn)藏的可再生的自然能源，主要為潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水溫差能和海水鹽差能。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風(fēng)能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質(zhì)能等。潮汐能和潮流能來源于太陽和月亮對地球的引力變化，其他均源于太陽輻射。2025/2/26153海洋能源按儲(chǔ)存形式又可分為機(jī)械能、熱能和化學(xué)能。其中，潮汐能、海流和波浪為機(jī)械能，海水溫差為熱能，海水鹽差為化學(xué)能。各種海洋能的蘊(yùn)藏量是巨大的，據(jù)估計(jì)有750多億千瓦，其中波浪能700億千瓦，溫度差能20億千瓦，海流能10億千瓦，鹽度差能10億千瓦。2025/2/26154海洋能的特點(diǎn)蘊(yùn)藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小。即要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。具有可再生性。來源于太陽輻射能與天體間的萬有引力，因而取之不盡，用之不竭。2025/2/26155有較穩(wěn)定與不穩(wěn)定能源之分。溫度差能、鹽度差能和海流能較穩(wěn)定，潮汐能與潮流能不穩(wěn)定但變化有規(guī)律，波浪能既不穩(wěn)定又無規(guī)律。海洋能屬于清潔能源，一旦開發(fā)后，其本身對環(huán)境污染影響很小。2025/2/26156二、各種海洋能潮汐能波浪能海洋溫差能海洋鹽差能海流能2025/2/26157潮汐能潮汐現(xiàn)象是由地球和天體運(yùn)動(dòng)以及它們之間的相互作用而引起的。在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。2025/2/26158潮汐能：因海水漲落及潮水流動(dòng)所產(chǎn)生的能量。是以位能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。潮汐中蘊(yùn)藏著的巨大能量：漲潮過程中巨大的動(dòng)能，隨著海水水位的升高，就轉(zhuǎn)化為勢能，在落潮的過程中，水位逐漸降低，勢能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。2025/2/26159潮汐電站的優(yōu)點(diǎn)清潔、可再生能源；雖然有周期性間歇，但具有準(zhǔn)確的規(guī)律，可用計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào)，有計(jì)劃地納入電網(wǎng)運(yùn)行；一般離用電中心近，不必遠(yuǎn)距離輸電；無淹沒損失、移民等問題；水庫內(nèi)可發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖、圍墾和旅游綜合效益。2025/2/26160潮汐電站的缺點(diǎn)發(fā)電具有間歇性，這種間歇性周期變化又和日夜晝夜變化不一致；潮汐屬于低水頭，故發(fā)電效率不高；由于涉及大量海工建筑，單位千瓦的造價(jià)較常規(guī)水電站高。2025/2/26161全球海洋中所蘊(yùn)藏的潮汐能約有27億千瓦，若能充分利用起來，其每年的發(fā)電量可達(dá)33480萬億度。我國海岸線曲折，漫長的海岸蘊(yùn)藏著十分豐富的潮汐能資源。理論蘊(yùn)藏量達(dá)1.1×108kW，其中浙江、福建兩省蘊(yùn)藏量最大。2025/2/26162我國主要港口潮差概況（單位：m）

大潮差小潮差湛江4.872.18（平均）黃浦2.500.30高雄0.400.20基隆1.200.30廈門4.602.90福州5.703.60上海3.002.00青島3.481.91天津

2.48秦皇島

1.00大連2.561.392025/2/26163中國主要潮汐電站表站名潮差（米）容量(MW)投運(yùn)時(shí)間江廈5.13.21980白沙口2.40.641978幸福洋4.51.281989岳浦3.60.151971海山4.90.151975沙山5.10.0419612025/2/26164潮汐能利用的主要方式是發(fā)電。通過貯水庫，在漲潮時(shí)將海水貯存在貯水庫內(nèi)，以勢能的形式保存，然后，在落潮時(shí)放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。2025/2/26165潮汐能利用可分為兩種形式：一是利用潮汐的動(dòng)能，直接利用潮流前進(jìn)的力量來推動(dòng)水車、水泵或水輪機(jī)發(fā)電。二是利用潮汐的位能，在電站上下游有落差時(shí)引水發(fā)電。由于利用潮汐的動(dòng)能比較困難，效率又低，所以潮汐發(fā)電多采用后一種形式，即利用潮汐的位能。潮汐電站的幾種類型2025/2/26166單庫單向電站單庫雙向電站雙庫連續(xù)發(fā)電電站潮汐位能電站的分類2025/2/26167在海灣出口或河口處，建造堤壩、發(fā)電廠房和水閘，將海灣與外海分隔，形成水庫。在漲潮時(shí)開啟閘門將潮水充滿水庫。落潮時(shí)當(dāng)外海潮位下降，控制水庫水位與潮位保持一定落差，利用該落差水流流經(jīng)廠房時(shí)推動(dòng)機(jī)組發(fā)電。這種電站只建造一個(gè)水庫，而且只在落潮時(shí)發(fā)電，稱為單庫單向發(fā)電。單庫單向電站2025/2/26168沖水工況：開啟水閘，機(jī)組停電，上漲的潮水經(jīng)水閘進(jìn)入水庫，至庫內(nèi)外水位齊平為止。等候工況：水閘關(guān)閉，機(jī)組停電，水庫內(nèi)水位保持不變，庫外水位因落差逐步下降，待庫內(nèi)外水位差達(dá)到一定水頭時(shí)，啟動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。發(fā)電工況：機(jī)組發(fā)電，庫水位水流外泄，庫水位下降，直至與外海潮位的水位差小于機(jī)組發(fā)電需要的最小水頭為止。等候工況：機(jī)組停電，庫水位保持不變，待庫內(nèi)外水位齊平后，轉(zhuǎn)入下一循環(huán)。單庫單向電站運(yùn)行工況2025/2/26169單庫單向電站每晝夜發(fā)電兩次，停電兩次，平均每日發(fā)電約9~11小時(shí)。由于采用單向機(jī)組，機(jī)組結(jié)構(gòu)簡單，發(fā)電水頭較大，機(jī)組效率較高。也可采用漲潮時(shí)發(fā)電充水，落潮時(shí)泄水的形式。多用于小型潮汐電站。電站評述2025/2/26170單庫雙向電站為了在漲落潮時(shí)都能發(fā)電，須建造單庫雙向電站。這種電站一般有兩種形式，一種是設(shè)置雙向發(fā)電的水輪發(fā)電機(jī)組；一種是仍采用單向發(fā)電機(jī)組，但從水工建筑物布置上使流道在漲潮和或落潮時(shí)，都能使水流按同一方向進(jìn)入和流出水輪機(jī)，從而使?jié)q落潮兩向均能發(fā)電。2025/2/26171單庫雙向電站每晝夜發(fā)電4次，停電4次，平均每日發(fā)電約14~16小時(shí)。發(fā)電小時(shí)數(shù)約增長1/3，發(fā)電量約增加1/5。由于兼顧正反兩向發(fā)電，所以發(fā)電平均水頭較單向發(fā)電小，相應(yīng)機(jī)組單位千瓦造價(jià)比單向發(fā)電為高。設(shè)備制造和操作運(yùn)行技術(shù)要求高，宜在大中型電站中采用。電站評述2025/2/26172雙庫連續(xù)發(fā)電電站上述單庫單向電站和單庫雙向電站都出現(xiàn)停機(jī)狀況，給用戶和系統(tǒng)帶來很大不便。為保證連續(xù)供電，可建造雙庫連續(xù)發(fā)電電站。在海灣或河口處建造相鄰的兩個(gè)水庫，各與外海用一個(gè)水閘相通，一個(gè)水庫專門進(jìn)潮（稱高水庫），一個(gè)水庫專門出潮（稱低水庫），在兩個(gè)水庫之間設(shè)置發(fā)電廠房并相連通，在潮汐漲落中，控制進(jìn)水閘和出水閘，是高水庫與低水庫間始終保持一定落差，從而在水流由高水庫流向低水庫時(shí)連續(xù)不斷發(fā)電。2025/2/26173電站評述雙庫連續(xù)發(fā)電電站的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，但缺點(diǎn)時(shí)工程建筑物多、分散，工程投資高。由于把海灣或河口分隔成兩個(gè)水庫，使原來一個(gè)大水庫與外海交換的水量變成兩個(gè)水庫之間的水量交換，因此發(fā)電利用的水量約減少了一半，發(fā)電量也相應(yīng)減少較多。雙庫連續(xù)發(fā)電宜建設(shè)在地形條件十分優(yōu)越的地方，如何利用天然地形不增建中間堤壩，布置廠房、水閘較方便。一般情況下這種電站單位造價(jià)比較昂貴。2025/2/26174是指海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢能。與波高的平方、波浪的運(yùn)動(dòng)周期以及迎波面的寬度成正比。是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源。波浪能2025/2/26175波浪能分布全世界波浪能功率資源：2×1012W，對應(yīng)于年可利用能源1.75×1013kWh電，相當(dāng)于全世界一年的用電量。愛爾蘭具有歐洲最好的波浪能，近岸波浪能達(dá)到每年4.8×1010kWh電，但卻有超過90%的能源需要進(jìn)口。2025/2/26176我國有愈18000km的海岸線，7000多個(gè)大小島嶼，我國沿岸和海島附近的波浪能理論年平均功率約為12.85GW。我國沿海波浪功率可達(dá)17~39kW/m，渤海灣更高達(dá)42kW/m，利用前景誘人。我國波浪能資源主要分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)而常規(guī)能源缺乏的東南沿海，主要是浙江、福建和廣東沿海，以及臺(tái)灣沿岸。開發(fā)波浪能資源，對于我國東南沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極為重要的意義。2025/2/26177與太陽能、風(fēng)能等技術(shù)相比，波浪能相對較為年輕，目前經(jīng)濟(jì)上無法與之競爭。能流密度在可再生能源中最高。波浪發(fā)電是波浪能利用的主要方式。此外，波浪能還可以用于抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。波浪能利用裝置的種類繁多，有關(guān)波能裝置的發(fā)明專利超過千項(xiàng)，獲得專利證書的也達(dá)數(shù)百件。波浪能利用被稱為“發(fā)明家的樂園”。2025/2/26178波浪是由于風(fēng)吹過海面引起。由于風(fēng)與海面的相互作用，一部分風(fēng)的能量傳給了海水，變成了波浪的動(dòng)能和勢能。動(dòng)能有海水的運(yùn)動(dòng)速度來描述，勢能時(shí)偏離平均海平面的海水質(zhì)量的函數(shù)。風(fēng)傳給海水的能量取決于風(fēng)的速度、風(fēng)與海水作用的路程長度和時(shí)間長度。波浪的速度取決于它們的波長——波長愈長，波浪運(yùn)動(dòng)愈快。這種現(xiàn)象在颶風(fēng)中可以看到，此時(shí)風(fēng)暴引起的長波長的波浪傳播得比風(fēng)暴更快，因此風(fēng)暴前首先到來的是巨大的浪涌。波浪的形成2025/2/26179

波浪發(fā)生的三個(gè)過程開始時(shí)，空氣吹過海水表面，由于粘性作用，對海水施加一個(gè)切向力。而水的表面張力提供了一個(gè)彈簧的恢復(fù)力，使水面產(chǎn)生一層微小的漣漪，它是波浪形成的前奏，此時(shí)的波稱為表面張力波；靠近水表面的湍動(dòng)的空氣流引起剪切力和壓力的波動(dòng)，當(dāng)這些波動(dòng)與已有的波浪同相位時(shí)，波浪進(jìn)一步加強(qiáng)；波浪繼續(xù)受風(fēng)的剪切力作用，與風(fēng)共振，從風(fēng)中吸取能量。波高逐漸加高，波長逐漸加長，最后到達(dá)波瀾壯闊的情況，此時(shí)，迫使水面復(fù)原的恢復(fù)力為重力，故稱為重力波。2025/2/26180波浪分類表面波或漣漪（capillarywave）：當(dāng)微風(fēng)吹拂海面或擲一小石子于湖中，水面上一層層漣漪，波長僅數(shù)厘米，周期1~2s。恢復(fù)力是表面張力。微弱的漣漪是海浪形成的開始。重力波（gravitywave）：一般在海邊看到的波浪，其周期從數(shù)秒至十?dāng)?shù)秒，波長由數(shù)米之?dāng)?shù)百米，波高亦可達(dá)十?dāng)?shù)米?；謴?fù)力是重力。引起波浪的外力是風(fēng)，在刮風(fēng)區(qū)的浪稱為風(fēng)浪wave，波浪傳遞遠(yuǎn)離刮風(fēng)區(qū)后稱之為涌浪swell。涌浪較平滑單周期和波長較長。俗語說：小船怕浪，大船怕涌。即是因?yàn)橛坷说牟ㄩL長之故。2025/2/26181海嘯（Tsunami）：因海底地震所引起的波浪，此類波在大洋中并不很可怕，但在近岸淺水海域，波浪因淺化而波高劇增，可造成嚴(yán)重災(zāi)害。此波在大洋中傳遞極快，每秒速度可超過200m，時(shí)速逾700km，接近飛機(jī)速度