第二章_城市能源管理体系.ppt

1第二章 城市能源管理系统规划城市基础设施规划2物质、能量、信息，物质、能量、信息，是人类的三大资源。是人类的三大资源。现代生活离不开能源。现代生活离不开能源。能源安全事关国家安全。能源安全事关国家安全。3一一 、能源类型、能源类型 人类的一切活动，包括人类的生存，都离不开能量。人类历史上对科学的探索，在很大程度上是对新的能源形式和新能源的探索。（一）按能源产生的内在机制，能源主要有以下4种形式：1、辐射能：以电磁波形式传递的能量。太阳辐射就是辐射能的一种形式。地球上的所有能量，除了核能外，都是来源于太阳辐射。2-12-1、能源类型及用途、能源类型及用途42、化学能：物质在化学反应过程中以热能形式释放出的能量。现代人类利用能量最普遍的方式是燃料的燃烧。燃料中的碳元素和氢元素在燃烧过程中释放出化学能。由于氢在燃烧过程中与空气中的氧反应产生水，因此氢能源是一种无污染的清洁能源。人类目前对氢燃料的开发利用还处于初级阶段。氢燃料在新世纪里将有很广阔的应用前景。3、电能：以电子的流动传递的能量。电能是一种高品位能量，可以很方便地转换成其他形式的能量。4、核能：是原子核内部粒子相互作用所释放的能量。核能要通过核反应释放能量。核反应有三种形式：1)放射性衰变；2)核裂变；3)核聚变。裂变和聚变所释放的能量是由裂变或聚变物质的一部分质量转化而来的。5（二）按能源的获取途径，能源分为一次能源和二次能源一次能源和二次能源一次能源二次能源煤炭、石油、核能、水能、天然气、太阳能、地热能、生物质能、风能、海洋能电力、城市燃气、各种石油制品、热能、氢能、可以直接获取能量或经过加工转换获取能量的自然资源称为能源。在自然界天然存在的、可以直接获得而不改变其基本形态的能源是一次能源。将一次能源经加工改变其形态的能源产品是二次能源。6国际公认的可再生能源有六大类：即太阳能、风能、地热能、生物质能、海洋能、水能。而不可再生能源由于在地球上的蕴藏量有限，再生需要几十万年甚至上亿年，如果无节制地使用，终有枯竭的一天。如煤炭、石油和天然气，按人类目前的消耗速度，已探明的储量最多仅够使用几百年。（三）（三）按能源的再生特性，能源分为可再生能源和不可再生能源可再生能源和不可再生能源7关注关注：当前世界能源消耗的突出问题：1、消耗的能源主要来自不可再生的矿物燃料，特别是石油。按照现有已探明的能源储量和现在的开采强度，全球矿物能源将在几十年至数百年间消耗殆尽。2、能源消费不平等。占世界人口14的工业化发达国家，消耗世界能源的34。其中美国的人口占世界总人口的4.1，消耗的能源占世界能源消费总量的14，创造的产值占世界GDP总和的29%。而发展中国家能源消耗普遍较低，创造的财富和享受的生活质量也远低于发达国家。8 二二 、能源用途能源用途 能源主要用于：工业能源主要用于：工业 、农业农业、交通交通、生活生活工业以煤炭工业以煤炭、电能为主，电能为主，农业以煤炭农业以煤炭、石油石油、电能为主，电能为主，交通以石油交通以石油、电能为主，电能为主，生活以电能生活以电能、燃气燃气、热能为主。热能为主。与城市规划关系密切的能源规划主要有电力规与城市规划关系密切的能源规划主要有电力规划和燃气规划、供热规划等划和燃气规划、供热规划等9 三、城市能源体系的确定三、城市能源体系的确定1.1.根据地区特点和环保政策确定能源类型根据地区特点和环保政策确定能源类型2.2.根据能源类型建立相适应的能源体系根据能源类型建立相适应的能源体系3.3.能源体系不同会影响其它工程规划工作能源体系不同会影响其它工程规划工作102-2、我国能源状况 改革开放以来，我国能源建设有了长足的改革开放以来，我国能源建设有了长足的发展。发展。20032003年，我国一次能源总产量年，我国一次能源总产量16.0316.03亿吨亿吨标准煤，约占全球能源生产总量的标准煤，约占全球能源生产总量的1111。我国。我国的煤炭生产量自的煤炭生产量自2020世纪世纪9090年代以来一直稳居世年代以来一直稳居世界第一位，界第一位，20032003年为年为10.3410.34亿吨。亿吨。20032003年原油年原油产量产量1.71.7亿吨，是世界第五大石油生产国。亿吨，是世界第五大石油生产国。20032003年天然气产量是年天然气产量是341.28341.28亿立方米，居世界第亿立方米，居世界第1818位。位。1987198719951995年，中国发电装机容量和发电量年，中国发电装机容量和发电量先后超过法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯先后超过法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯和日本，跃居世界第二位和日本，跃居世界第二位(仅次于美国仅次于美国)。截至。截至20042004年底，我国发电设备容量达到年底，我国发电设备容量达到4407044070万千瓦，万千瓦，发电量突破发电量突破2187021870亿千瓦时。亿千瓦时。11我国可再生能源也十分丰富，水能的可开发我国可再生能源也十分丰富，水能的可开发装机容量为装机容量为3.783.78亿千瓦，可提供年发电量亿千瓦，可提供年发电量1.921.92万万亿千瓦时，居世界首位；亿千瓦时，居世界首位；20032003年，全国水电装机年，全国水电装机已经突破已经突破1 1亿千瓦，跃居世界第一位。亿千瓦，跃居世界第一位。全国陆地每年接受的太阳辐射能相当于全国陆地每年接受的太阳辐射能相当于2400024000亿吨标准煤。如果按陆地面积的亿吨标准煤。如果按陆地面积的1 1，转换效率，转换效率平均按平均按2020计，一年可提供的能量达计，一年可提供的能量达4848亿吨标准亿吨标准煤，远高于全国商品能源的消费量。煤，远高于全国商品能源的消费量。我国我国1010米高度层的风能总储量为米高度层的风能总储量为3232亿千瓦，实亿千瓦，实际可开发的风能为际可开发的风能为2.532.53亿千瓦，加上近海亿千瓦，加上近海(1(11515米水深米水深)风力资源，装机容量总共可达风力资源，装机容量总共可达1010亿千瓦。亿千瓦。20022002年我国风力发电装机量已达到年我国风力发电装机量已达到5757万千瓦，正万千瓦，正在开发的风能发电装机量超过在开发的风能发电装机量超过180180万千瓦，还有万千瓦，还有很大的发展潜力。很大的发展潜力。12我国地热资源的远景储量为我国地热资源的远景储量为1371113711亿吨标亿吨标准煤，探明储量为准煤，探明储量为32833283万吨标准煤，可供高万吨标准煤，可供高温发电的约温发电的约58005800兆瓦以上，可供中低温直接兆瓦以上，可供中低温直接利用的约利用的约20002000亿吨标准煤以上。现已开发利亿吨标准煤以上。现已开发利用地热只折合用地热只折合200200万吨标准煤。万吨标准煤。我国生物质能资源也十分丰富，秸秆等农我国生物质能资源也十分丰富，秸秆等农业废弃物资源量每年约有业废弃物资源量每年约有3 3亿吨标准煤，薪柴亿吨标准煤，薪柴资源为资源为1.31.3亿吨标准煤，加上城市有机垃圾等，亿吨标准煤，加上城市有机垃圾等，资源总量近资源总量近7 7亿吨标准煤。亿吨标准煤。我国可供开发的海洋能约有我国可供开发的海洋能约有4.44.4亿千瓦。亿千瓦。13中国能源特点：1 1、尽管我国的能源消费总量在世界各国中已占第二位，、尽管我国的能源消费总量在世界各国中已占第二位，但巨大的人口基数，使得我国的人均能源消费量低于但巨大的人口基数，使得我国的人均能源消费量低于世界平均水平。世界平均水平。2 2、我国能源资源的地域分布不均，、我国能源资源的地域分布不均，8080的能源资源分的能源资源分布在西部和北部地区，而布在西部和北部地区，而6060的能源消费在经济比较的能源消费在经济比较发达的东部和南部地区。因此，形成了西煤东运、北发达的东部和南部地区。因此，形成了西煤东运、北煤南运的巨大运输压力。煤炭运量占铁路运量的煤南运的巨大运输压力。煤炭运量占铁路运量的4040。3 3、我国的能源资源有限。中国主要能源的证实储量占、我国的能源资源有限。中国主要能源的证实储量占世界总量的比例很少，但中国的能源消费量占世界总世界总量的比例很少，但中国的能源消费量占世界总量的比例，都高于储量所占比例。尤其是石油资源匮量的比例，都高于储量所占比例。尤其是石油资源匮乏，如果维持现在的原油产量，到本世纪的二三十年乏，如果维持现在的原油产量，到本世纪的二三十年代就将开采殆尽。从代就将开采殆尽。从19931993年起，我国已从石油出口国年起，我国已从石油出口国变为石油进口国。给我国经济发展，甚至国家安全，变为石油进口国。给我国经济发展，甚至国家安全，都带来极为不利的影响。都带来极为不利的影响。144 4、我国能源利用率不高，能源平均利用率只有我国能源利用率不高，能源平均利用率只有3030左左右。每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的右。每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.310.3、欧盟的欧盟的16.816.8、美国的、美国的28.628.6，每一美元，每一美元GDPGDP的耗能的耗能量是世界平均水平的量是世界平均水平的3 3倍，是所有发展中国家平均水倍，是所有发展中国家平均水平的平的2 2倍，节能潜力很大。倍，节能潜力很大。20032003年，中国的年，中国的GDPGDP不到世不到世界总量的界总量的4 4，却消耗了世界总量中近，却消耗了世界总量中近1010的能源，的能源，以及相当于全球总产量以及相当于全球总产量3030的主要资源和原材料。的主要资源和原材料。5 5、我国能源结构不合理，长期以来能源消费以煤为主，我国能源结构不合理，长期以来能源消费以煤为主，是世界上少数几个主要依赖煤炭资源的国家之一。煤是世界上少数几个主要依赖煤炭资源的国家之一。煤炭占炭占67.167.1，比世界平均水平高，比世界平均水平高41.541.5个百分点，比经个百分点，比经合组织合组织(OECD)(OECD)国家高国家高46.546.5个百分点。个百分点。15一、概述1、组成 电源 电力网 用电户2-3、城市电力系统规划162 2、电压等级电压等级1 1 高压（输电电压）高压（输电电压）35,110,220,330,500kv35,110,220,330,500kv，750KV 750KV 2 2 中压（配电电压）中压（配电电压）10kv10kv3 3 低压低压 380,220v380,220v4 4 安全电压安全电压 小于小于100v 12,24,36v100v 12,24,36v等等5 5 弱电信息传输弱电信息传输173 3 变电站变电站（1 1）变电站供电半径）变电站供电半径电压等级电压等级（kvkv）5005003303302202201101103535面积（平方米）面积（平方米）1010万万5 5万万3 3万万5000500030003000（2 2）变电站用地面积）变电站用地面积电压等级电压等级（kvkv）35/1035/10110/10110/10220/10220/10供电半径供电半径（KmKm）5 5101015153030505010010018二、电源（一）、电源类型（一）、电源类型1 1 煤电煤电 煤炭发电占总发电量的煤炭发电占总发电量的80%80%，煤炭用于发电的，煤炭用于发电的 占煤炭总量的占煤炭总量的50%50%60%60%。2 2 水电水电 水力发电大约占总发电量的水力发电大约占总发电量的20%20%，现阶段水力，现阶段水力 发电大约只占总水能的发电大约只占总水能的50%50%，还有，还有50%50%的水能的水能 被白白浪费掉。被白白浪费掉。3 3 核电核电 原子核发电大约占总电量的原子核发电大约占总电量的2%2%，主要分布在，主要分布在 东南方沿海地区。东南方沿海地区。4 4 地热发电地热发电 西藏羊八井西藏羊八井5 5 潮汐发电潮汐发电 浙江江厦浙江江厦 6 6 风能风能 新疆达坂城新疆达坂城太阳能太阳能191 1大型火电厂（热电厂）占地大、用水大型火电厂（热电厂）占地大、用水量大、对交通条件要求高，会对城市布量大、对交通条件要求高，会对城市布局和生态环境产生较大影响。局和生态环境产生较大影响。2 2绝大部分电源厂不在城市内（只有热绝大部分电源厂不在城市内（只有热电厂）。电厂）。3 3大型电源厂会形成一个城镇大型电源厂会形成一个城镇,并会引发并会引发一些问题。一些问题。4 4 特殊条件下，可以选用小型电源。特殊条件下，可以选用小型电源。（二）、与城市规划的关系（二）、与城市规划的关系20三、用电负荷预测 负荷预测是从已知的用电需求出发，考虑负荷预测是从已知的用电需求出发，考虑政治、经济、气候等相关因素，对未来的用政治、经济、气候等相关因素，对未来的用电需求做出的预测。负荷预测包括两方面的电需求做出的预测。负荷预测包括两方面的含义：对未来需求量含义：对未来需求量(功率功率)的预测和未来用的预测和未来用电量电量(能量能量)的预测。电力需求量的预测决定的预测。电力需求量的预测决定发电、输电、配电系统新增容量的大小；电发电、输电、配电系统新增容量的大小；电能预测决定发电设备的类型能预测决定发电设备的类型(如调峰机组等如调峰机组等)。负荷预测的目的就是提供负荷发展状况及水负荷预测的目的就是提供负荷发展状况及水平，同时确定各供电区、各规划年供用电量、平，同时确定各供电区、各规划年供用电量、供用电最大负荷和规划地区总的负荷发展水供用电最大负荷和规划地区总的负荷发展水平，确定各规划年用电负荷构成。平，确定各规划年用电负荷构成。21 预测方法1.1.产量单耗法产量单耗法2.2.产值单耗法产值单耗法3.3.用电水平法用电水平法4.4.分析叠加法分析叠加法5.5.大用户调查法大用户调查法6.6.年平均增长率法年平均增长率法7.7.回归分析法回归分析法8.8.时间序列建模法时间序列建模法9.9.经济指标相关分析法经济指标相关分析法10.10.电力弹性系数法电力弹性系数法1111国际比较法国际比较法22四、城市电力网1.1.供配电方式供配电方式 放射式放射式 多回路式多回路式 联络线式联络线式 环式环式 格网格网式式2.2.用户变配电室用户变配电室 （1 1）形式：户外或半户外式）形式：户外或半户外式 户内式户内式 （2 2）面积：）面积：100100150150 （3 3）变压器）变压器3.3.开闭所开闭所 面积：面积：300300500500234.4.网络布置网络布置 （1 1）高压网络）高压网络 大于大于35KV 35KV 电源电源 （2 2）中压网络）中压网络 10KV10KV （3 3）低压网络）低压网络 380V380V，220V 220V 用户用户 （4 4）路灯网络）路灯网络 独立设置独立设置5.5.电力线电力线 （1 1）类型）类型:导线、电缆导线、电缆 （2 2）导线截面确定）导线截面确定 （3 3）敷设方式）敷设方式 a a 架空架空 b b 埋地：直接埋地、电缆沟（管道）、隧道埋地：直接埋地、电缆沟（管道）、隧道246.6.高压线走廊高压线走廊 高压走廊就是高压线与其他物体之间应当高压走廊就是高压线与其他物体之间应当保持的距离，走廊的宽度应以人或物体不受保持的距离，走廊的宽度应以人或物体不受电力线影响为原则。电力线影响为原则。电压等级（千伏）电压等级（千伏）5005003303302202201101103535走廊宽度（米）走廊宽度（米）6060757535354545303040401515303012122020根据不同的电压等级给出高压走廊的宽度根据不同的电压等级给出高压走廊的宽度257.7.值得关注的新兴电源值得关注的新兴电源（1 1）风电（2 2）太阳能发电）太阳能发电（3 3）垃圾（沼气）发电）垃圾（沼气）发电（4 4）秸秆发电）秸秆发电262-4、城市供热系统规划一、供热概述 包括供暖、生活用热水、工业用热用汽1.组成：热源 热力网 热用户27 2.分类：（1 1）按热媒分：热水）按热媒分：热水 蒸汽蒸汽 （2 2）按用途分：）按用途分：工业工业 全年均匀，全天不均匀。全年均匀，全天不均匀。民用民用 全年不均匀，全天均匀全年不均匀，全天均匀.（3 3）按供热范围热源设置分：）按供热范围热源设置分：分散分散 集中集中 区域式区域式3.特点有温度，封闭回路有温度，封闭回路靠近负荷中心，管道横断面大靠近负荷中心，管道横断面大4.分散供暖设施（1 1）家用燃气壁挂锅炉家用燃气壁挂锅炉（2 2）电热膜电热膜（3 3）冷暖两制式空调机组冷暖两制式空调机组（4 4）电加热器等电加热器等28二、热负荷估算1 1供暖（单位面积热指标法）供暖（单位面积热指标法）Q=qQ=qF(w)F(w)住宅：住宅：q=47q=4770w/70w/2 2工业负荷：（调查）工业负荷：（调查）3 3未预见量：未预见量：1010左右左右4 4热化率热化率29三、热源三、热源（一）热源类型（一）热源类型1 1 锅炉房锅炉房2 2 热电厂热电厂 3 3 工业余热废热工业余热废热 4 4 地热地热 5 5 原子能供热原子能供热 6 6 城市垃圾燃烧城市垃圾燃烧主动式：太阳能热水器等被动式：被动式太阳房7太阳能利用太阳能利用30（二）锅炉房（二）锅炉房.锅炉类型锅炉类型 a a 按燃料分：燃煤、燃气、燃油、电按燃料分：燃煤、燃气、燃油、电 b b 按性质分：工业、民用按性质分：工业、民用 c c 按压力分：高压、常压按压力分：高压、常压 d d 按热媒分：热水、蒸汽按热媒分：热水、蒸汽 e e 按安装方式分：散装、快装按安装方式分：散装、快装 f f 按燃烧方式分：层燃、链条、沸腾炉按燃烧方式分：层燃、链条、沸腾炉.锅炉的主要性能参数锅炉的主要性能参数a a 产热量、蒸汽量产热量、蒸汽量b b 压力、温度压力、温度c c 热效率热效率313 3 燃煤锅炉房位置确定燃煤锅炉房位置确定a a靠近热负荷中心；靠近热负荷中心；b b主导风下风侧；主导风下风侧；c c水电供应，运输；水电供应，运输；d d煤场、灰场；煤场、灰场；e e压力容器（安全防护）；压力容器（安全防护）；f f地势低的地方；地势低的地方；g g有扩建可能；有扩建可能；h h噪声；噪声；I I相邻关系相邻关系4 4 面积确定（查表）面积确定（查表）（三）换热站（三）换热站 面积约面积约100100平方米。平方米。321 1 类型类型 按介质分：热水、蒸汽。按介质分：热水、蒸汽。按平面布置形式分：枝状、环状。按平面布置形式分：枝状、环状。2 2 布置布置平面布置原则：平面布置原则：a a 靠近大用户或负荷集中区域靠近大用户或负荷集中区域 b b 避开主要道路避开主要道路 c c 尽量布置在人行道下尽量布置在人行道下 立面布置原则：立面布置原则：a a 尽量减少埋深尽量减少埋深 b b 高于地下水位高于地下水位 c c 避免防碍交通避免防碍交通四、热力网333 3 敷设敷设 a a 架空敷设：高支架架空敷设：高支架 4.54.56m6m 中支架中支架 2.52.54m4m 低支架低支架 大于大于0.3m0.3mb b 埋地敷设：埋地敷设：不通行地沟不通行地沟 半通行地沟半通行地沟 净高净高1.4m1.4m 通行地沟通行地沟 净高大于净高大于1.8m1.8m 直埋直埋4 4 管道保温管道保温342-5、城市燃气系统规划一、概述一、概述（一）、特点（一）、特点 易燃易燃 易爆易爆 有毒有毒 有安全防护距离有安全防护距离（二）、（二）、优点优点 1 1 易燃、易调节、使用方便；易燃、易调节、使用方便；2 2 节约燃料（热效率高）；节约燃料（热效率高）；3 3 减少污染；减少污染；4 4 能提高产品产量质量；能提高产品产量质量；5 5 减少运输量减少运输量,垃圾量。垃圾量。35（三）、燃气类型（三）、燃气类型 燃气可分为天然气、煤制气、油制气和液化石燃气可分为天然气、煤制气、油制气和液化石油气。油气。1 1 天然气天然气 理想气源理想气源 2 2 煤制气煤制气 焦炉煤气主要气源焦炉煤气主要气源 气化煤气替代气源气化煤气替代气源 高炉煤气替代气源高炉煤气替代气源 3 3 油制气油制气 调度气源调度气源 4 4 液化石油气液化石油气 重要气源重要气源（四）、主要性能参数（四）、主要性能参数 1 1 比重液化气比空气重，其余比空气轻比重液化气比空气重，其余比空气轻 2 2 低发热值低发热值 3 3 爆炸极限下限爆炸极限下限36二、二、燃气用量估算燃气用量估算1 1 用户类型：用户类型：包括居民生活用气、公建用气、工业用气、采暖用气。包括居民生活用气、公建用气、工业用气、采暖用气。2 2 民用供气原则民用供气原则 优先供应居民生活用气、优先供应居民生活用气、尽量满足公建用气，尽量满足公建用气，一般不供锅炉用气，一般不供锅炉用气，尤其不供采暖锅炉用气。尤其不供采暖锅炉用气。3 3 用气量指标用气量指标(0.2(0.20.230.23标准立方米标准立方米/人人.日日)4 4 用气量计算用气量计算 a a 气化率气化率 b b 未预见量未预见量5 537三、燃气输配系统三、燃气输配系统1.1.压力分级压力分级 低压：低压：P0.005 MPaP0.005 MPa 中压中压B 0.005 MPaP 0.2 MPaB 0.005 MPaP 0.2 MPa 中压中压A 0.2 MPaP 0.4 MPaA 0.2 MPaP 0.4 MPa 高压高压B 0.4 MPaP 0.8 MPaB 0.4 MPaP 0.8 MPa 高压高压A 0.8 MPaP 1.6 MPaA 0.8 MPaP 6700兆焦/(平方米年)青藏高原地区资源较丰富带54006700兆焦/(平方米年)西北、华北地区资源一般带42005400兆焦/(平方米年)东北、华中、华南、华东地区资源贫乏带 4200兆焦/(平方米年)四川盆地44(二)、太阳能的光热利用太阳能热能转换历史悠久，开发也很普遍。太阳能热利用包括太阳能热水器、太阳能热发电、太阳能制冷与空调、太阳能干燥、太阳房、太阳灶等。其中太阳能采暖技术已列入建设部建筑节能技术政策范畴、建筑节能“十五”计划和2020年规划，太阳灶则主要用于解决在日照条件较好又缺乏燃料的边远地区(如西藏、新疆、甘肃等)的生活用能问题。451、太阳能热水器屋面上的家庭热水集热器是最常见的形式。主要为房屋提供热水或者为游泳池提供温水。太阳能热水器主要元件包括集热器、储存装置及循环管路三部分。、46自然循环式太阳能热水器示意图472、太阳能热发电太阳能热发电是把太阳辐射热转换成电能的发电技术。它包括两大类：一类是利用太阳热能直接发电。另一类是将太阳热能通过热机带动发电机发电。世界现有的太阳能热发电系统主要有三类：槽式聚焦系统，塔式系统和盘式系统。3、太阳能制冷与空调 太阳能吸收式制冷，是利用太阳能集热器光热转换产生的热量，为吸收式制冷机的蒸发器提供所需要的热媒水，制冷机利用两种物质在同一压强下有不同的沸点，其中高沸点的组分成为吸收剂，低沸点的组分称为制冷剂。常用工质是溴化锂水溶液，有利于环保要求。运转安静无噪声、节能、环保。484、太阳房（1）、被动式太阳房 （a）直接受益式 （b）集热蓄热墙式 （c）附加阳光间式（2）、主动式太阳房 （a）热风集热式供热系统：（b）热水集热式地板辐射采暖兼生活热水供应系统：5、太阳灶 太阳灶是一种常用的太阳能利用方式。聚光式太阳灶是最常见的型式。49（三）.太阳能光电利用太阳能电池 通过光电器件将太阳光直接转换成电能，即“太阳光发电”。光发电目前已经发展成两种类型：一种是光生伏达电池，俗称太阳能电池；另一种是正在探索中的光化学电池。太阳能电池的优点是安全、清洁，不必长距离输送；缺点主要是间歇性，能量密度低，初投资大。太阳能电池的工作原理是将某些半导体材料的光伏效应放大化。能产生光伏效应的半导体材料有许多，比如单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等，它们的发电原理基本相同。由于价格昂贵，早期的太阳能电池只是在空间技术中应用。后来由于材料，结构，工艺等方面不断改进，价格逐渐下降。太阳能电池进入地面,起初是在航标灯、铁路信号特殊场合应用，后来逐渐发展到在微波通信中继站，防灾应急电源等较大规模的工业应用中。在无电地区的乡村，太阳能家用电源，光电水泵等也已广泛应用。在不少地方，中小型太阳能光伏电站已经取代了柴油发电机。50二、水能（一）、简 介 水能是自然界广泛存在的一次能源。它可以通过水电厂方便地转换为优质的二次能源电能。所以通常所说的“水电”既是被广泛利用的常规能源，又是可再生能源。而且水力发电对环境无污染，因此水能是众多能源中永不枯竭的优质能源。我国水能资源丰富，但资源分布不均匀，以西南地区最多，仅川、云、贵三省就占全国的50.7。由于用电负荷主要集中在东部沿海地区，这种水能资源分布和电力负荷分布的不均衡，客观上限制了我国水能资源的开发利用。我国在水能资源富集地区已规划建设了14个大水电基地。由于水电工程项目一般都是综合开发利用项目，除发电外，兼有防洪、灌溉、供水、航运、养殖、旅游等社会效益，因此优先开发水能资源仍是我国，乃至世界能源政策的主要目标。然而，水能利用也有一些限制因素。学术界对水电工程的质疑，概括的说有四个方面：一是水力发电工程破坏了环境和生态；二是水利高坝大库大幅度地改变了大自然的景观；三是水力发电已不再是“可再生的清洁能源”；四是水力发电妨碍了自然和文化遗产的保护。51世界各大洲的水能资源分布世界各大洲的水能资源分布地区地区理论水能蕴藏量理论水能蕴藏量技术上可开发水技术上可开发水能资源能资源经济可开发水能经济可开发水能资源资源电量电量平均出平均出力力电量电量装机容装机容量量电量电量装机容装机容量量10101212kWhkWh10104 4MWMW10101212kWhkWh10104 4MWMW10101212kWhkWh10104 4MWMW亚洲16.486188.25.34106.82.6761.01非洲10.118115.53.1462.81.5735.83拉丁美洲5.6764.73.7875.61.8943.19北美洲6.1570.23.1262.41.5635.64大洋洲1.517.10.397.80.1974.5欧洲8.394.83.6272.41.80741.3全球合计48.224550.519.39387.89.70221.552我国水能资源分布我国水能资源分布地区地区可开发的水电容量可开发的水电容量（MWMW）可能开发的水电可能开发的水电年发电量年发电量（10108 8kWhkWh）占全国的比重（）占全国的比重（）华北70002301.2东北120003802.0华东180006903.6中南67000297015.5西南232,0001305067.8西北4200019109.9合计378,00019230100.053（二）、水力发电1、原理 水力发电就是利用水力(水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(发电机)随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能。水力发电在某种意义上讲是水的势能变成机械能，又变成电能的转换过程。水力资源的开发方式是按照集中落差而选定，大致有三种基本方式：即堤坝式、引水式和混合式等。542、工程实例 我国的长江三峡水利枢纽工程，是当今世界上最大的水利枢纽工程。它位于长江西陵峡中段，坝址在湖北省宜昌市三斗坪。设计正常蓄水位l75m，总库容393亿103 3,其中防洪库容221.5亿103 3。电站装机总容量l820万kW，年平均发电量847亿kWh。枢纽主要建筑物由大坝、电站厂房、船闸和升船机组成。大坝轴线全长2335m，坝顶高程185m。泄洪坝段位于河床中部，两侧为电站厂房坝段及非溢流坝段。电站采用坝后式，分设左岸及右岸厂房，分别安装l4台及l2台水轮发电机组。三峡工程还具有防洪、发电和航运等综合效益。553、小水电 小水电是指容量为0.512MW的小水电站，容量小于0.5MW的水电站又称农村小水电。中国有丰富的水力资源，可开发量达3.78亿kW，其中小水电开发量0.75亿kW。适于建造小水电站的河流很多，而高水头和靠近用电中心是小水电站选址必须具备的两个重要条件。小水电工程简单、建设工期短，一次基建投资小，水库的淹没损失、移民、环境和生态等方面的综合影响较小。56小水电的特点概括如下：1、运行寿命长，价格稳定，并且水资源是可再生的。对于用电规模较小的边远地区来说，所有这些优点使水力电站具有较高的实用意义；2、发电厂和用电中心通过输电网联系起来，然而输电网覆盖的地区并不多。许多地区，特别是在发展中国家，还必须依赖就地的小型电厂供电；3、几乎处处都有可以用来发电的小河流；4、一般来说，小型水电站造成的环境影响较小；5、当把河水用于其他目的时，如灌溉和供水等，如能同时加上小水电发电系统，往往会取得更经济的效果。57（三）、水能资源的其他用途水车是一种古老的利用水能的装置。我国在东汉时就有正式记载的水车，当时的水车已有轮轴槽板等基本装置。发展到了唐宋时期，水车在轮轴应用方面有很大的进步，能利用水力为动力，连筒可以使低水高送，不仅功效更大，同时节约了人力。到了元明时代，一架水车不仅有一组齿轮，有的多至三组。这项发展，使水车的利用更有效益。至此，利用水力和兽力为驱动力，使人力终于从翻车脚踏板上解放。另外，“高转筒车”的出现，使得在地势较陡峻地方也能低水高送。58三、风能（一）.风的形成 风就是水平运动的空气，空气产生运动，主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯度，使空气作水平运动。地球在自转，使空气水平运动发生偏向的力，称为地转偏向力。所以地球大气运动除受气压梯度力外，还要受地转偏向力的影响。大气真实运动是这两个力综合影响的结果。59（二）、风能资源 地球上风能资源十分丰富，据估计，在地球1.07108 8km2 2的陆地面积中，有27的地区年平均风速高于5m/s（距地面10m处）。如果将地面平均风速大于5m/s的陆地用作风力发电场，则每平方千米的发电能力为8MW，据此推算上述陆地面积的总装机容量可达2.4108 8 MW。显然这只是假想数字，因为这部分陆地还有其他用途。美国和荷兰有关风力发电潜力的研究表明，上述面积中只有约4可用作风力发电。如果再考虑风力发电机的利用率，则全球陆地风力发电能力估计可达2.3106 6 MW，每年可发电2101212 kWh。中国是个季风盛行的国家，风能资源量大面广。可利用的风能资源约为2.5105 5 MW。据气象部门资料，中国风能资源较好的地区是东部沿海及一些岛屿；内陆沿东北、内蒙、甘肃至新疆一带，风能资源也较为丰富。平均风能密度150300W/m2 2。60 （四）、风能利用 风是一种潜力很大的新能源。其实风很早就被人们利用主要是通过风车来抽水、磨面。现在，人们主要利用风来发电。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电。风是没有公害的能源之一，而且它取之不尽，用之不竭。对于缺少河流、缺乏燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜的利用风力发电，非常适合。611、风力发电（1）风力发电的原理 把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。大体上包括风轮(包括尾舵)、发电机组和铁塔三部分。（2）我国风力发电状况我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3m以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。在我国，现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在工作。622、风力泵水 风力泵水自古至今一直得到较普遍的应用。至20世纪下半叶，为解决农村、牧场的生活、灌溉和牲畜用水以及为了节约能源，风力泵水机有了很大的发展。3、风帆助航 在机动船舶发展的今天，为节约燃油和提高航速，古老的风帆助航也得到了发展。航运大国日本已在万吨级货船上采用电脑控制的风帆助航，节油率达15。4、风力致热 “风力致热”是将风能转换成热能。目前有三种转换方法，一是风力机发电，再将电能通过电阻丝发热，变成热能；二是由风力机将风能转换成空气压缩能，再转换成热能；三是将风能直接转换成热能。63四、地热（一）、地热能简介 地球的内部是一个高温高压的世界，是一个巨大的“热库”，蕴藏着无比巨大的热能。地球通过火山爆发、间歇喷泉和温泉等等途径，源源不断地把它内部的热能通过传导、对流和辐射的方式传到地面上来。据估计,全世界地热资源的总量大约为14.5102525J，相当于4948101212吨标准煤燃烧时所放出的热量。地球的热量来源于长寿命的放射性同位素进行的热核反应。地球物质中放射性元素衰变产生的热量是地热的主要来源。放射性元素有铀238、铀235、钍232 和钾40等。地球内部的热不断向太空释放。这种地球物理现象就叫大地热流。由于地球的表面积很大，单位面积内放出的热量极其微小，所以全球平均大地热流量并不大，以致人们很难直接感觉出来。但是，其总量却非常大，而且不同地区的大地热流量是不同的，热流高的地区地热资源较丰富。64地热资源温度分级地热资源温度分级温度分级温度分级温度温度t t（）主要用途主要用途高温t150发电、烘干中温90t150工业利用、烘干、发电、制冷低温热水60t90采暖、工艺流程温热水40t60医疗、洗浴、温室温水25t40农业灌溉、养殖、土壤加工65中国地热资源成因类型中国地热资源成因类型成因成因类类型型热储热储温度温度代表性地代表性地热热田田现（近）代火山型高温台湾大屯，云南腾冲热海岩浆型高温西藏羊八井、羊易断裂型中温广东邓屋、东山湖，福建福州、漳州，湖南灰汤断陷盆地型中低温京、津、冀、鲁西、昆明、西安、临汾、运城坳陷盆地型中低温四川、贵州等省分布的地热田66（二）地热能的利用1、地热采暖 将地热能直接用于采暖、供热和供热水，这种利用方式简单、经济性好，倍受各国重视其中冰岛开发利用得最好。该国早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统，现今这一供热系统已发展得非常完善，每小时可从地下抽取7740吨80的热水，供全市11万居民使用。2、地热温泉利用 由于地热水从很深的地下提取到地面，除温度较高外，常含有一些特殊的化学元素，从而使它具有一定的医疗效果。伴随温泉出现的特殊的地质、地貌条件，使温泉常常成为旅游胜地，吸引大批疗养者和旅游者。673、地热发电 地热发电是地热利用的最重要方式。地热发电和火力发电的原理是一样的，都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能，然后带动发电机发电。所不同的是，地热发电所用的能源就是地热能。目前地热电站利用的载热体，主要是地下的天然蒸汽和热水。按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同，可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。羊八井是我国目前已探明的最大高温地热湿蒸汽田。位于拉萨西北90km处，海拔4300m，地热田面积17.1km2 2，其地热田地下深200m，地热蒸汽温度高达172。温泉、热泉、沸泉、喷汽孔、热池、热爆炸穴星罗棋布.羊八井地热发电站是我国最大的地热发电站。电站自1977年第一台机组投入运行，到1998年末，整个地热电站的总容量已达25.18MW。由5眼地热井供水，单井产量为75160m3 3/h，水温为145170。684、地源热泵地源热泵则是利用水源热泵的一种形式，它利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行的冷热交换作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。5、地热的其他利用方式 在农业中，利用温度适宜的地热水灌溉农田，可使农作物早熟增产；利用地热水养鱼，在28水温下可加