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新能源之太阳能论文
题目:新能源之太阳能
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时间:2013年12月27日
新能源之太阳能
摘要:在简要太阳能利用技术发展历史的基础上,介绍国内外太阳能热利用及太阳能光伏发电技术发展现状,并对未来一段时期内太阳能利用的发展前景进行讨论。清洁、环保、可再生的太阳能日益引起世界的广泛关注。本文首先分析了国外太阳能利用技术现状,并利用德文特专利数据库,检索分析了1961-2007年世界太阳能专利及其发展趋势,发现日、美、德国家的企业家掌握了太阳能利用的核心技术;其次,分析了我国太阳能利用技术现状,我国太阳能热利用取得显着成绩,太阳能发电取得一定进展,但在太阳能光伏产业存在原材料依赖进口、企业缺乏核心技术与装备、国内市场欠发育致使产品出口国外等问题;最后从指定可持续发展战略、完善体制和机制、以及制定政策体系等方面,提出促进我国太阳能利用技术可持续发展的对策。
关键词:太阳能利用技术;热利用技术;光伏发电
一、太阳能概述
太阳能一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,并不断向宇宙空间辐射能量,这种能量就是太阳能。太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。平均在大气外每平米面积每分钟接受的能量大约1367w。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。
二、太阳能的特点:
※太阳能的优点
(1)普遍:太阳光普照大地,没有地域的限制无论陆地或海洋,无论高山或岛屿,都处处皆有,可直接开发和利用,且勿须开采和运输。
(2)无害:开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁的能源之一,在环境污染越来越严重的今天,这一点是极其宝贵的。
(3)巨大:每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t标煤,其总量属现今世界上可以开发的最大能源。
(4)长久:根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百亿年,而地球的寿命也约为几十亿年,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的。
※太阳能的缺点:
(1)分散性:到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大,但是能流密度很低。在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右;若按全年日夜平均,则只有200W左右。而在冬季大致只有一半,阴天一般只有1/5左右,这样的能流密度是很低的。因此,在利用太阳能时,想要得到一定的转换功率,往往需要面积相当大的一套收集和转换设备,造价较高。
(2)不稳定性:由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响,所以,到达某一地面的太阳辐照度既是间断的,又是极不稳定的,这给太阳能的大规模应用增加了难度。
(3)效率低和成本高:目前太阳能利用的发展水平,因为效率偏低,成本较高,总的来说,经济性还不能与常规能源相竞争。
三、太阳能在国内外运用情况及方式
太阳能发展的主要方向是光伏发电、热发电和热利用。光伏发电系统根据其与电网的连接方式可分为独立光伏系统和并网。光伏系统两大类。经过多年的发展,光伏发电目前是一种较为成熟、可靠的技术,并已经逐渐从过去用于独立的系统,朝大规模并网方向发展。太阳能热发电目前的主要技术类型有碟式、塔式和槽式,发电效率在20-30%之间。太阳能热发电装臵一般都有转动部件和高温部件,需消耗水,不适合在边远和干旱地区大规模发展。而且目前的成本较高,应用场合受限,目前主要在美国和南欧有部分的商业化项目,其它地区主要处于技术试验和示范阶段。
(1)、光伏电站
截止1999年,建成县级独立光伏电站7座,消灭了6个无电县,总装机容量450KWp,居全国第一,安多100KWp光伏电站全国最大,双湖海拔5100米跟踪式光电站世界最高。
(2)、通讯电源
提供微波中继站光伏电源约达200KW以上;电话乡乡通电源100多千瓦;在兰西拉光缆通信工程西藏段附近600公里的工程中,应用光伏电源近100KW,光伏电池电源增量迅速
(3)、广播电视电源
在狮泉河、改则、门士煤矿等地建起约20余座以光伏发电作电源的卫星电视收转站和电视差转台,总装机容量约20KW左右。还有100多套广播电视用光伏电源系统100多千瓦。
(4)、光伏水泵
西藏无水草场面积巨大,光伏水泵的潜在市场需求数量可观,很应用前景广阔,狮泉河、日土、改则、尼玛、扎囊等地建成6座光伏水泵系统,总装机容量2个多千瓦,除解决草场灌溉外,还解决了本地区的人畜饮水问题,结束了依靠人力背水的历史,极大的解放了劳动力。
(5)、户用光伏电源系统
推广户用光伏电源l0-300W系统3万多套,总容量达60千瓦左右,既可供家庭独立固定使用,又能供游牧家庭使用,便携简便,安全可靠,性能优越,深受欢迎;山南昌珠多桑德庆村每户安装光伏电源40Wp,25户农牧民解决了照明、看电视、收听广播录音机的供电
问题,被称为太阳村。
(6)、学校光伏电站
近10所学校建成太阳能光伏电站,墨竹工卡唐家乡小学2KW光伏电站是国内最大的非晶硅光伏示范电站。西藏至今有600多所乡级学校尚未通电,均为寄宿学校,尽早解决学校供电问题和电化教学等,对提高西藏青少年一代的科学文化素质至关重要,是今后光伏发电应用的重要方面。
(7)、边防哨所光伏电源系统
西藏多数边防哨所无电,有20多个边防哨所安装光伏电源系统,解决照明、看电视、听收录机及通信的供电问题,每座功率为12KW,极大地改善了边防官兵的工作生活条件。目前,西藏已在7个县建成10-100KW规模较大的县级太阳能光电站,全区各类太阳能光电设施容量超过2MW,,太阳灶l万台,太阳能采暖房、温室、牛羊暖圈等18万平方米,是全国太阳能应用率最高、应用面和规模最大、用途最广泛的省份。
(8)、太阳能烟囱发电
太阳能烟囱发电技术是被许多能源专家看好的一项新技术。建造太阳能烟囱电站的设想是由来自斯图加特大学的乔根·施莱奇教授提出的。他认为建造太阳能烟囱是解决广大发展中国家由于缺乏电力致使经济长期处于停滞状态问题的好办法。建造太阳能烟囱电站的主要材料是玻璃和水泥,可用沙漠里的沙、石制造。这种电站不像其他太阳能电力系统,它不需要高技术的设备和人才,维修简便。目前在西班牙已经建成了一座太阳能烟囱发电站。随着研究的深入,这项新技术会越来越成熟,最终太阳能烟囱发电技术将会在世界上得到更广泛的应用。
太阳能烟囱发电系统由太阳能集热棚、太阳能烟囱和涡轮机发电机组3个基本部分所构成。太阳能集热棚建在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的土地上;集热棚和地面有一定间隙,可以让周围空气进入系统;集热棚中间离地面一定距离处装着烟囱,在烟囱底部装有涡轮机。太阳光照射集热棚,集热棚下面的土地吸收透过覆盖层的太阳辐射能,并加热土地和集热棚覆盖层之间的空气,使集热棚内空气温度升高,密度下降,并沿着烟囱上升,集热棚周围的冷空气进入系统,从而形成空气循环流动。由于集热棚内的空间足够大,当集热棚内的空气流到达烟囱底部的时候,在烟囱内将形成强大的气流,利用这股强大的气流推动装在烟囱底部的涡轮机,带动发电机发电。在空气流动过程中,产生了3个能量转换过程。首先空气被加热,太阳能转化为空气内能;由于空气在烟囱内的上升流动,内能转变为动能;当空气流到涡轮机时,气流推动涡轮机转子转动,动能又转化成我们所需的电能。
太阳能烟囱发电技术中的一个重要因素是集热棚表面的覆盖层,而覆盖层的花费将占到整个安装费用的45%。目前覆盖层所使用的材料能用到5—7年,但有关专家期望能够通过改进把覆盖层的使用寿命提高到20年。 (刘娟)
(9)、可夜间供热的太阳能设备
德国卡塞尔大学热能技术研究所发明了一套夜里也能提供热水的太阳能设备。这套设备已经在吉尔吉斯斯坦首都比什凯克的一座供热厂投入运行,并向普通家庭提供热水。
发明这套设备的能源技术人员克劳斯·瓦延说:“这套设备生产太阳能的成本极低,它生产1度电的成本仅约1欧分。”
据瓦延介绍,重要的是利用白天被太阳加热的周围空气。空气收集器吸收被太阳光加热到45摄氏度的外部空气,而在水气热传导装置里被吸入的空气可以使水的温度提高到约20摄氏度。在太阳能收集器里,水温通过太阳照射升高到35摄氏度。然后再以传统的方式将水加热到60摄氏度,以便通过远距离供热管道将热水送到居民住宅。瓦延说,在同样将水温加热到60摄氏度的情况下,采用太阳能预热方式要比通常的加热方式节省燃料约1/3。在夜里,太阳能设备也能提供热水,它的生产能力为白天最大生产能力的1/4。 (钟华)
(10)、葡萄酒厂用太阳能发电
最近,位于美国加州圣海伦娜的Paloma葡萄酒厂安装了一套18千瓦的太阳能发电系统。这一套太阳能发电系统安装在酒桶房的顶上,在未来50年里,它可以每年发电21100千瓦时。酒厂老板吉姆的儿子说:“选用这套装置的理由很简单,首先,现在能源的成本高涨;其次,为什么让可以利用的太阳能白白浪费掉呢”当然还有一个理由是加州政府出台政策鼓励企业安装太阳能发电系统,这样的企业可以得到官方财政鼓励,包括安装太阳能发电每千瓦2800美元的政府回扣补贴,以及免除30%的安装投资联邦税务。
四、太阳能利用现状及解决方案
目前,国际社会对太阳能资源的开发和利用程度日益加快,而我国的太阳能资源开发由于开发应用技术还不够完善,客观上对推广使用形成一定的阻碍。锁贺祥认为,我国的太阳能资源开发要想迈上新的台阶,还面临着以下几个政策和技术问题需要加以解决。
※。一是太阳能产品的使用受天气因素的影响较大,在阴雨天和晚上使用太阳能产品效果不理想;二是太阳能产品功率不够,如夏季中午时分,一个2平方米的太阳灶功率约为千瓦,在需要旺火时无能为力。
。太阳能发电装置,每瓦的平均成本在70元以上,考虑到一户普通家庭中电灯、冰箱、电视等电器的耗电量,最起码需要5个千瓦,投资在35万元左右,绝大部分家庭不能承受;太阳能热水器由于价位较高,在农村地区难以被接受等。
※这些问题的存在,直接影响着我国太阳能资源开发利用的前景,因此,锁贺祥建议:
。目前太阳能资源的开发利用成本高,无法与常规能源竞争,所以更需要政府制定强有力的法规和政策以驱动我国太阳能资源开发利用的商业化发展。
。一是在新建建筑的设计中考虑太阳能的使用,设计增加太阳能热水器通水管道;二是通过宣传,让更多的人从改变我国能源结构,缓解能源紧缺矛盾方面考虑问题,摒弃使用太阳能不如烧煤烧气方便划算的思想。
,加大对太阳能的研发力度。一是强化太阳能利用关键技术系统的研究;二是支持有突出表现以及降低系统成本的高风险项目研发;三是提高各科研单位购置设施与仪器的资金,缩短研发到实用的时间;四是增进企业、大学与国家实验室之间的关系,以促进太阳能的制造与产品科技合作研发。
五、我国太阳能发展的前景
国际能源组织对太阳能产业的发展前景进行预测,认为2010-2020年间太阳能光伏发电发展速度复合增长率达到35%,预计2020年太阳能光伏发电量将达到280TWh以上,占当年总发电量的1%,2040年占总发电量的20%,,对国内光伏电站投资提供补贴。太阳能屋顶计划是对太阳能建筑进行补贴,标准为20元/Wp。据测算,该补贴标准大约可以覆盖相关企业生产成本的30%-50%,大大降低了太阳能光伏发电成本。金太阳示范工程提出对并网光伏发电项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助,偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助。
受“金太阳工程”和建筑屋顶光伏项目推动,国内光伏内需市场开始启动。截至2009年底,全国光伏装机容量已达300兆瓦。国家能源局最新透出的目标是,到2015年国内光伏装机要达500万千瓦;到2020年,光伏装机达2000万千瓦,因此我国太阳能光伏市场空间巨大。同时,我国企业还将充分受益国际光伏市场的巨大发展。2008年全球光伏产量达,新增装机量达;2009年产量达,新增装机量达。光伏产业产量过去5年间增加超过8倍,年复合增长率超过50%。EPIA预测,到2014年世界光伏市场市场需求在策推动下将会达到30GW,从2010年到2014年年复合平均增长率约为%。
从太阳能电池产量来看,目前是晶硅电池占据主导地位,2009年占有超过80%的市场份额,但未来薄膜、聚光光伏和聚光光热随着技术发展也存在发展潜力。因此,随着国内外光伏市场增长,晶硅电池市场前景广阔。非晶硅薄膜电池的投资在2008年开始成为市场一大亮点,随着技术进步其投资规模预计在未来仍将保持高速增长。世界主流非晶硅薄膜设备供应商普遍预计在2012年其薄膜电池成本可降到