能源材料---第一讲

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1、主讲：郭泽宇E_mail:15147138158@139.com材料科学与艺术设计学院能源材料Energy&Materials主要内容能源与能量新能源及其技术太阳能及其材料生物质及其材料风能及其原理氢能及其材料新型核能及技术新能源材料其他能源材料总述§1.1能源与能量能量：物质做功的能力。能源：比较集中而又易转化的含能物质。能量的单位：焦耳，千瓦小时（常用）能源的单位：与能量的单位相同，实际工作中还可能用到煤当量和油当量§1.2能源的分类根据方式：三类来至地球以外的太阳能地球自身蕴藏的能量地球与其

2、他天体引力相互作用形成的能量能源总体简介按相对比较方式分类可再生能源不可再生能源一次能源(在自然界中天然存在的，可直接取得而又不改变其基本形态的能源)常规能源商品能源传统能源(非商品能源）水力（大型）核能（增值堆）地热生物质能(薪材秸秆，粪便)太阳能(自然干燥等)水力风力畜力生物质能(燃料作物制造气，酒精)太阳能(收集器，光电池等)水力(小水电)风力(风力机等)海洋能地热化石燃料(煤，油，天然气等)核能非常规能源新能源二次能源(经加工转变为另一形态的能源)电力，煤炭，沼气，汽油，煤油，柴油，重油等

3、油制品；蒸汽，热水，压缩空气，氢能1.3新能源技术的发展1.3.1太阳能光热转换：以太阳能集热器为代表热水器光电转换：太阳能电池所用典型材料：单晶硅，多晶硅，非晶硅，硫化镉，砷化锌主体：非晶硅薄膜缺点转化效率低，工艺不成熟。光化转换：即光化学电池H2O光照半导体电解液电离H2+O2气压差异水平方向高压空气向低压地区流动风风能风电技术发展核心：风力发电机组世界风电机组的发展趋势：单机容量大型化大型风电机组研发和新型机组海上风电机组1.3.2风能定义：任何由生物的生长和代谢所产生的物质(动物，植物，微

4、生物及其排泄代谢物)中所蕴含的能量。发电方式有两种：生物质直接燃烧发电生物质气化发电1.3.3生物质能定义：即离地球表面5000m深，15℃以上的岩石和液体的总含量。发电方面：国外：单机容量最高已达60MW我国：单机容量最高为10MW，与国外有较大差距。1.3.4地热能定义：海洋能是指依附于海水作用和蕴藏在海水中的能量。产生：太阳的辐射以及月球和太阳和引力，如海洋温差能，潮汐能，波浪能，海洋能和盐度差能等。海洋能发电技术：潮汐发电波浪发电潮流发电1.3.5海洋能二.太阳能§2.1太阳能的产生太阳的

5、能量通过核聚变产生，有两个主要过程：碳-氮循环：产生一个α离子（He氦核）放出正电子和γ射线。质子-质子循环§2.2太阳的辐射与衰减太阳的辐射强度随波长的变化而变化太阳电磁辐射经过地球大气层衰减，到达地球表面，这时的能量才是地球表面接收的太阳辐射。X射线（波长<1nm）和从极端紫外线（1~200nm）到中紫外线(200~315nm)的短波光受到超高层大气中的分子和臭氧的散射和吸收，太阳辐射到达地面的最短波长为300nm按波长分布的太阳辐射（a）大气上界（AM0）；（b）AM1.5太阳辐射§2.

6、3中国的太阳能资源§2.3太阳能热利用§2.3.1基本原理利用太阳能集热器将太阳光辐射转化成流体中的热能，并将加热流体输送出去利用。太阳能集热器的集热方式：非聚光性型：热吸收面积=光线照射面积聚光型：大面积辐射到小的吸收面积Q=Qα+Qρ+QτQa：被材料吸收α：材料对辐射能的吸收率Qρ：被表面反射ρ：反射率Qτ：透过材料τ：透过率黑体：α=1；白体：ρ=1；全透明体：τ=1§2.3.2平行板集热器主要由集热板，隔热板，盖板和外壳组成。外壳内盖板外盖板集热板流管隔热层典型平板集热器结构示意图集

7、热板的作用：吸收阳光，并把它转换成热能通过流管传递给集热介质。热交换器的关键部位是平板吸热部件，要求对阳光的吸收率好，热辐射率低，结构设计合理，具有长期的耐候性和耐热特性，加工工艺简单，陈本低廉等。集热板吸热层一般采用：涂层材料选择性吸收非选择性吸收要求高光谱吸收系数,低热辐射率高热辐射率为了提高效率，提高温度是一个途径，利用选择性吸收材料。对性能要求不高的集热器一般采用非选择性涂层，无光黑板漆涂层。隔热层的作用：降低热损失，提高集热效率。对材料的要求：较好的绝热性能，较低的导热系数如：玻

8、璃纤维，石棉，硬质泡沫塑料等透明盖板的作用：和集热板之间形成一定高度的空气夹层，减少对流保护集热板。外壳的作用：保护集热板和隔热层不受外界环境的影响，同时作为部件的骨架起到支撑作用。外壳内盖板外盖板集热板流管隔热层典型平板集热器结构示意图太阳能热水器§2.3.3聚光型集热器基本原理：利用太阳对光线的反射将较大面积的太阳辐射聚集到较小面积的吸热层上，以提高对太阳能的吸收。材料的选择主要有以下几点：反射面的反射率盖板材料的透过率吸热层的吸收率和反射率Example:Al的