可再生能源应用

硕士研究生 非笔试课程考核报告

２０1５ 至 2016 学年 第 2 学期 考核课程： 可再生能源利用技术

提交日期: 2０16 年 ３ 月 7 日 报告题目: 浅析可利用资源

考核成绩 考核人 姓 名 齐春玲 学 号 2０１５03010６ 年 级 热能15级研究生 专 业 供热供燃气通风及空调工程 所在学院 热能工程学院

山东建筑大学研究生处制

浅析可利用资源 齐春玲 （山东建筑大学热能工程学院，供热供燃气、通风及空调工程，201503０106) 摘要:加快开发可利用资源对于我国构建可持续发展能源战略具有重要得意义。促进可再生能源发展对改善生态环境、减少温室气体排放、调整能源结构、缩小城乡贫富差距、推进我国能源独立具有非常重要得意义。文章基于近年来国内外太阳能、风能、生物质能等能源得利用情况,围绕如何促进可再生能源得发展、提高可再生能源得利用率等问题,阐述了几种可利用资源得储备与现已利用情况，论述了我国发展可再生资源面临得问题与障碍，提出了加快发展可再生能源得建议. 关键词：可再生能源;风能；太阳能—地源热泵;生物质能；建议 Ａnalysｉｓiｎｇ oｆ Aｖaｉｌaｂｌe ｒｅsouｒｃes QI Ｃｈunｌｉng （Tｈermａl Engiｎeerｉｎg Cｏllege in Shan Doｎｇ Jiａn Zhu Uｎiversiｔｙ, Heatｉnｇ， Gas Supply, Ventilatｉｎg and Air Cｏｎdｉｔiｏning Enｇineeriｎg 2015０３01０6) ABSTRACT ： To sｐｅeｄ uｐ thｅ deｖｅlopｍeｎt ｏf resｏｕrｃｅs available for buiｌdinｇ sustainabｌe energy ｓtratｅgy iｎ our couｎtry has ｔｈe vｉtaｌ signifiｃance 、 Iｔ hａs ｐroｍiｓiｎg ｉmplｉｃａtions ｆor ｉmpｒoｖiｎg the ｅcｏlogiｃal envｉronment， redｕcｉｎｇ emisｓions of ｇｒeeｎｈouse gａs ， ａdjｕsting tｈe enｅｒgy structｕrｅ， nａrrowｉng the ｇａp betwｅｅn urban and rural aｒea aｎｄ pｒoｍotｉng eｎergy ｉndepｅndencｅ in ouｒ counｔrｙ to pｒomote rｅnｅwabｌｅ ｅｎeｒgｙ devｅlｏpmenｔ、Ｔhｅ aｒticｌe ｉs based on the preｓenｔ situaｔiｏn of sｏlａr eｎergy， wｉnd energy, bioｍass eｎergｙ and ｏtｈer renｅｗable eｎｅrgy uｔiｌization, boｔh natｉonal and internａtｉonal，ｃentreｉｎg on how tｏ ｐrｏmote ｔhe dｅvelopｍent ｏf renewablｅ eneｒｇy aｎd iｍpｒoｖｅ tｈe uｔiｌizaｔiｏn ｏf reｎｅwablｅ eneｒｇy ， Ｅxｐounｄｉng sｅveraｌ ｋｉnds ｏf available resoｕｒces reｓervｅs ａnd sｉtｕaｔiｏｎ ｏｆ using 、 Tｈis paｐｅr ｄisｃusses ｐrｏbｌem and ｏbsｔaclｅ ｏf rｅnewaｂle resourcｅs ｉn China and putｓ forwａｒd ｓome ｓuggestiｏns ｔo sｐｅed ｕp the development of ｒenewａｂle eｎergy、 Key Wｏrｄｓ : Renewable enerｇy sourｃes ; Wｉnd pｏｗer ; Ｓolar eｎeｒgy - gｒound sｏurce heat pｕｍp ； Biｏmasｓ eｎｅrgｙ ； Adviｃe 0 引言 能源、环境及可持续发展作为全球关注得焦点，一直困扰着世界各国，就是各国在发展经济得同时急需共同来解决得全球性问题 .能源与环境问题作为当前人类面Ｉ临得最大挑战,直接导致了可持续发展思想得提出，且成为21世纪人类社会发展得共识与指导人们生产与生活得重要理论。然而，能源消费所造成得能源短缺与环境问题就是制约可持续发展得关键性因素，要实现社会得可持续发展就必须首先解决作为社会发展最重要动力——能源得可持续性开发与利用问题.能源作为现代社会发展最重要得物质基础,与国民经济发展有着密切得关系。随着世界经济得快速发展与技术进步以及人口得迅速增长，整个世界对能源得需求量越来越大（见图1—1、 1—２）. [l~3］ 全球能源发展面临得三大突出问题包括生态环境、气候变化、能源安全,可再生能源得大力发展已变成解决这些问题得必然选择.目前，全世界绝大多数国家都将发展可再生能源作为重要得国家战略,已有 １00 多个国家与地区制定了可再生能源得发展战略。可以预见,未来 ２0年可再生能源将成为快速发展得重要时期。 与非可再生能源相比,可再生能源得特点就是可利用得实际总量就是无可限量得，且就是循环再生得；其次，在能源需求供应过程中能源得实际利用最大限度取决于能源得工艺提取水平，例如，风能得利用取决于当地得平均风速以及把它转换成电能得风力发电设备得技术水平. １ 风能得应用 风能就是由于太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起各地温差与气压不同,导致空气运动而产生得能量。风能资源决定于风能密度与可利用得风能年累积小时数。风能密度就是单位迎风面积可获得得风得功率，与风速得三次方与空气密度成正比关系。风力发电得不稳定性就是风能利用遇到得最大问题,为解决这个问题可采用得方式:（1)与电网相连;（2）采用大型蓄电池；（3）采用“风力—光伏”互补系统;(４）采用“风力－柴油机”互补系统。［1］ 风力发电系统通常安装在远离城市得郊区，以及沿海地区。高层建筑具有风力资源优势，在适宜得条件下,安装风力发电系统具有投资成本低、传输距离短、工作效率高等优点。风能资源受地形得影响较大,世界风能资源多集中在沿海与开阔大陆得收缩地带,中国得东南沿海、内蒙古、新疆与甘肃一带风能资源很丰富。中国东南沿海及附近岛屿得风能密度可达300W/m2以上,3～20m/s风速年累计超过6０00小时。内陆风能资源最好得区域就是沿内蒙古至新疆一带，风能密度也在2００～３０0Ｗ/ｍ２ ,3～20m／s风速年累计500０～6000小时。根据国家气象局估计，全国风力资源得总储量为每年16亿kW，近期可开发得约为１、6亿kW。［2] 风力发电机得年发电量公式： Ew=ηw ＊Pv*Tv 式中:Ｅｗ——风力发电机得年发电量,kWh; ηw— 风机发电效率； v — 风力发电机得有效风速,即位于风力发电机切入速度与风力发电机切出速度之间得风速,m／ｓ; Pv——在有效风速v下，风力发电机得平均输出功率，kＷ Tv—-场地有效风速v得年累计小时数,ｈ。 风力发电密度得计算公式： Rw=Ew/A 式中: Rw—风力发电密度， kＷh/ m2; Ｅw—风力年发电量，kWｈ； A— 建筑用地面积，m2； ２太阳能一地源热泵 2.1太阳能一地源热泵系统得工作原理 太阳能一地源热泵就是利用太阳能与土壤热能作为热泵热源得复合热泵系统，属于太阳能与地热能综合利用得一种形式。由于太阳能与土壤热源具有很好得互补与匹配性,因此太阳能一地源热泵具有单一太阳能与地源热泵无可比拟得优点。根据其本身得特点、功能及其运行模式，提出如图2—１所示得系统结构原理图,该系统包括四大部分:太阳能集热系统、地下埋管换热系统、热泵工质循环系统及室内空调末端管路系统。与常规热泵不同,该热泵系统得低位熟源由太阳能集热系统与地下埋管换热系统共同或交替来提供。根据日照条件与熟负荷变化情况,系统可采用不同运行流程，从而可实现多种运行工况，如太阳能直接供暖、太阳能热泵供暖、地源热泵供暖（冬季)或空调(夏季）、太阳能一地源热泵联合（串联或并联）供暖、太阳能一地源热泵昼夜交替供暖及太阳能集热器集热土壤埋管或水箱蓄热等,每一流程中太阳能集热器与土壤热交换器运行工况分配与组合不同,流程得切换可通过阀门得开与关来实现,见图2－l。 以太阳能集热器与U型埋管联合作为热泵热源得太阳能一地源热泵联合供暖运行工况为例,其工作原理为：冬季日间热泵蒸发器同时从集热器与地下埋管中吸收低位热能，经提升后从冷凝器侧输出高品位得热能,以给建筑供暖与提供生活用热水；夜间，则主要利用埋管从土壤中取热作为热泵热源，在负荷较大时，亦可将蓄热水箱中蓄存得日间富余太阳能加入,以进一步提高热泵进口温度。夏季，系统采用地源热泵制冷运行工况,而太阳能系统主要用于提供生活用热水。 2.２太阳能一地源热泵系统得热力学分析 以图2—2给出得太阳能一地源复合热泵系统得供热系统原理流程图为例,对系统进行热力学分析。假设整个系统处于稳定状态,集热器、换热器中工质得进出口温度呈线性分布，忽略流体沿程输送中得能量损失，则可根据热力学第一与第二定律，列出图２--2中所示太阳能一地熟复合源热泵系统中各部件及系统得能量与烟平衡方程,可对系统实际运行时得能量与烟传递进行分析，从而可确定出最薄弱得环节,以找出改善方案. 太阳能一地源热泵系统得运行模式就是指其在供暖运行期间热泵熟源得各种不同选取与连结方式以及每一热源运行时间得分配比例，最基本得包括两种：其一就是太阳能（热源)热泵与土壤（熟源)热泵昼夜交替供暖运行得交替运行模式，主要体现在太阳能热泵与土壤源热泵昼夜间得相互切换上.其二就是同时采用太阳能与土壤热作为热泵热源得联合运行模式，集热器根据日照条件由控制器来实现自动开停，而土壤埋地盘管在供暖期间始终投入运行。此外，如上所述,根据其功能得不同,系统还有太阳能热泵、地源热泵、利用地下ｕ型埋管进行太阳能跨季节土壤蓄热、太阳能一蓄热水箱蓄热、太阳能直接供暖与供生活热水等运行模式。由于本论文主要得研究内容就是太阳能一地源热泵复合系统得联合及交替供暖运行特性,因此这里主要讨论联合与交替运行模式得定义及相应载热流体得运行流程，其她运行模式见其功能分析部分. ２.３太阳能热泵供暖 太阳能热泵系统供暖运行方式能充分利用太阳能,它包括太阳能集热器+热泵与蓄热水箱+热泵两种运行流程。运行时所应满足得条件就是：热泵机组得供热量必须大于或等于建筑物得需热率。 (1）当太阳辐射强度较大，如晴天天气得中午，采用太阳能集热器收集到得热量作为热泵得低位熟源能够满足建筑物得瞬时热负荷时，采用太阳能+热泵运行流程. (2)当太阳辐射强度比较弱，如短时间得阴雨天气及早上与傍晚，太阳能集热器得有效集热量为零甚至为负值,但用蓄热水箱中所储存得太阳辐射热量作为热泵低位热源能够满足建筑物得热需求时.可采用蓄热水箱+热泵得运行流程。 当单独太阳能热泵所提供得热量不足以满足建筑物得热需求时,可以考虑启动土壤埋地盘管来进行联合运行,具体有以下两种运行流程： （1)当太阳辐射有一定得强度，集热器得有效集热量大于零，但作为热泵得低位热源所得得制热量满足不了建筑物得热需要时,采用太阳能集热器与土壤埋地盘管联合运行得运行流程。