建筑环境与能源应用工程中的清洁能源利用

建筑环境与能源应用工程中的清洁能源利用熊亚选2016年6月29日目录1、为什么要利用清洁能源？2、太阳能利用3、太阳能的存储4、燃气输配中的清洁能源利用1、为什么要利用太阳能？资源种类煤炭（亿吨）石油（亿吨）天然气（亿M3）探明可开采储量114532.73611704可开采年限54-81年15-20年28-58年可开采到2060-20902020-20402035-2065■化石能源紧缺，无法满足社会发展的能源需要2015年我国全年总能耗超过38亿吨标煤，其中煤炭、石油、天然气等化石能源超过92%；开采和利用过程释放大量CO2、CO、SO2等有毒、有害气体和粉尘，造成了酸雨、雾霾天气、地球升高、海平面升高。。。一些疾病如癌症、传染病等病频发，部分地方不再适于人类居住。。。■化石能源利用排放污染严重，人类生存环境受到严重威胁太阳能的优缺点优点：•地球上普遍存在•免费、清洁、绿色、可再生•使用过程中不会对人和环境产生危害•储量巨大（约130万亿吨标煤，2013年37.6亿吨标煤），取之不尽，用之不竭缺点：•单位面积辐射能流密度低，需要的集热面积大•受天气因素如夜、阴雨雪等影响大全球可再生能源资源储量太阳能可开发储量是2015年我国总能耗的470倍；其它可再生能源可开发储量总和为2015年我国总能耗的1.4倍。我国可再生能源储量丰富种类我国资源可开发量折合标准煤(亿tce)太阳能17000亿tce17000风能10亿kW8水能经济/技术开发4.0/5.4亿kW4.8～6.4生物质能4.6亿tce4.6地热能33亿tce33根据集热温度为三个阶段：1.低温阶段：～100℃，生活热水、采暖、粮食干燥、海水淡化等；2.中温阶段：100～300℃，工业过程用热、采暖、吸收式制冷、中温热发电、海水淡化、污水处理等；3.高温阶段：300℃，太阳能光热发电、制氢等根据集热器类型分为三类：1.低温集热器2.中温集热器3.高温集热器2、太阳能利用2.1太阳能集热技术分类2.2低温太阳能集热器（1）全玻璃真空管集热器特点：将吸热体与透明盖层之间抽成真空，减少集热器的传导、对流和辐射热损失；全玻璃的真空管集热器吸热体由玻璃管组成。1、内玻璃管2、太阳选择性吸收涂层3、真空夹层4、外玻璃管5、支承件6、吸气剂7、吸气膜（2）平板太阳能集热器•吸热体：吸收太阳辐射能，将其转换为热能，并向工质传递热量•透明盖板：光学性能好、机械性能好、耐老化性能好•隔热层：降低集热器热损失提高其热效率•壳体：将吸热体、透明盖板和隔热层装配成一体2.3中温太阳能集热器（1）热管式真空管集热器管子的一端为蒸发段，吸收热量，另一端为冷凝段释放热量。当管子的蒸发段被加热时，液体在网中气化，蒸发的蒸汽从管心流向冷凝段，蒸汽向外部释放热量，重新凝结为液体，再流回蒸发段。最高运行温度可达100℃.最高闷晒温度可达250℃.工作温度为70℃-120℃特殊的防冻技术：即使在-50℃的严寒下仍能正常工作而无冻损之忧。内置反射器中温集热器外置反射器中温集热器（2）CPC真空管集热器CPCU型管中温真空管集热器由槽式抛物面反射镜、真空集热管、跟踪装置等几部分组成；集热温度可达300℃左右。（3）中小型抛物面槽式集热器四种基本形式：槽式线性菲涅尔碟式塔式SolarReceiverHeliostatsAbsorberTubePipewiththermalfluidCurvedmirrorReceiver/EngineReflectorCentralReceiverParabolicTroughDish/EngineLinearFresnelAbsorbertubeandreconcentratorCurvedmirrorSolarReceiverHeliostatsSolarReceiverHeliostatsAbsorberTubePipewiththermalfluidCurvedmirrorReceiver/EngineReflectorReceiver/EngineReflectorCentralReceiverParabolicTroughDish/EngineLinearFresnelAbsorbertubeandreconcentratorCurvedmirrorSolarReceiverHeliostatsAbsorberTubePipewiththermalfluidCurvedmirrorReceiver/EngineReflectorCentralReceiverParabolicTroughDish/EngineLinearFresnelAbsorbertubeandreconcentratorCurvedmirrorSolarReceiverHeliostatsSolarReceiverHeliostatsAbsorberTubePipewiththermalfluidCurvedmirrorReceiver/EngineReflectorReceiver/EngineReflectorCentralReceiverParabolicTroughDish/EngineLinearFresnelAbsorbertubeandreconcentratorCurvedmirrorSolarReceiverHeliostatsAbsorberTubePipewiththermalfluidCurvedmirrorReceiver/EngineReflectorCentralReceiverParabolicTroughDish/EngineLinearFresnelAbsorbertubeandreconcentratorCurvedmirrorSolarReceiverHeliostatsSolarReceiverHeliostatsAbsorberTubePipewiththermalfluidCurvedmirrorReceiver/EngineReflectorReceiver/EngineReflectorCentralReceiverParabolicTroughDish/EngineLinearFresnelAbsorbertubeandreconcentratorCurvedmirrorSolarReceiverHeliostatsAbsorberTubePipewiththermalfluidCurvedmirrorReceiver/EngineReflectorCentralReceiverParabolicTroughDish/EngineLinearFresnelAbsorbertubeandreconcentratorCurvedmirrorSolarReceiverHeliostatsSolarReceiverHeliostatsAbsorberTubePipewiththermalfluidCurvedmirrorReceiver/EngineReflectorReceiver/EngineReflectorCentralReceiverParabolicTroughDish/EngineLinearFresnelAbsorbertubeandreconcentratorCurvedmirror2.4高温太阳能集热器组成：槽式抛物面反射镜、高温真空集热管、跟踪装置等几部分组成；集热温度：600℃左右（1）大型槽式太阳能集热器关键技术：直通式真空集热管、抛物面反射镜、跟踪驱动装置、传热工质。组成：定日镜、跟踪驱动器、高温吸热器；集热温度：800℃以上（2）塔式太阳能集热器关键技术：高温吸热器、跟踪驱动装置、传热工质。组成：斯特林发电机、高温吸热器；集热温度：1000℃以上（3）碟式太阳能集热器关键技术：斯特林发电机。单元聚光镜照片（4）菲涅尔式太阳能集热器集热温度：350℃左右2.5太阳能在建环专业的应用（1）太阳能高温热发电槽式太阳能高温热发电塔式太阳能高温热发电（2）工业过程热利用工业用热温度大部分在80℃~300℃。（3）建筑采暖与热水用热温度在40℃~80℃范围内。接自来水管网（4）建筑制冷空调用热温度在80℃~300℃范围内。（5）太阳能海水淡化用热温度较广。（6）太阳能在天然气输配中的应用太阳能辅助的液化天然气气化6.5天然气辅助的太阳能采暖3、太阳能的存储3.1显热储存方法（1）贮热水箱ttstSm集热器回到集热器ts（2）地下含水层贮热双井贮热系统由于浓度较大的盐水密度也较大，因此只要池内盐水的浓度梯度足够大，即使在下部温度高于上部温度时，池水也不会发生对流，所以太阳池也称为无对流的盐水池。太阳池的构成上层对流区无对流区下层对流区（3）太阳池将硝酸钠等化学物质或其混合物加热熔化，然后再加热到一个较高的温度。利用材料熔化阶段的温度升高，存储热能。（4）高温熔盐3.2固体显热贮热石块床储热装置土壤储热库高温储热材料3.3太阳能潜热储存（相变储热）相变储热过程：通过固态-液态、固态-固态、固态-气态、液态-气态等的物质相态变化来存贮热能；特点：单位质量储热密度高，但蓄热过程和放热过程慢（固态时材料导热系数低）。主要相变蓄热材料：高温熔盐、各种石蜡、水合盐类、有机化合物等。3.4化学反应热储存AB+热A+B金属氧化物是一种常见的化学贮热材料，一类金属氧化物热分解生成的氧气可另派用处是这类反应的优点，并且逆反应所需的氧气可由大气提供。例如，4KO2+热=2K2O+3O2该反应的温度范围为300～800℃，分解热为2.1MJ/kg。另外还有水受热制氢气4、燃气输配中的清洁能源利用（1）天然气压力能发电及制冷天然气从气田/气源以10MPa的压力远距离向用户输送天然气，家庭燃气灶要求的天然气压力为3000Pa。这个过程中，天然气被逐级降压（调压），天然气体积会膨胀，膨胀过程会产生机械功，温度会大幅降低而产生冷量。天然气膨胀做功•实际膨胀过程：稳定流动过程，绝热过程，不计进出口流速和位能变化21hhwt11Tp、22Tp、21vdpwt膨胀后的制冷能力00,10qTTeQx•实际膨胀过程中，一部分压力火用转化天然气的冷量火用。压缩空气膨胀后的降温220024002600280030004.44.54.64.74.84.95.05.1功率转速/rpm功率/kW-46.0-45.5-45.0-44.5-44.0-43.5-43.0出口温度出口温度/℃DFC-ERG电站现场图（2）液化天然气冷能利用LNG通常存储在-162℃的常压储罐中，从该温度下气化为0℃时，天然气时释放出来的冷量837KJ/kg的冷量。该部分低温冷量可用于发电、空气分离、冷库、橡胶粉碎、制冰/干冰等。谢谢