《新能源技术》课程教学大纲.doc

课程编号：08140075

课程类别：专业选修课程

授课对象：能源、热能与动力工程、环境工程、建筑环境与设备、化学、化工、材料、冶金等专业

开课学期：第7学期

学    分：2学分

主讲教师：王俊琪

指定教材：王长贵、崔容强等主编，《新能源发电技术》，中国电力出版社，2003年

教学目的：

    通过对该门课程的学习，使学生了解中国的能源现状和中国新能源的发展现状，掌握太阳能光伏发电的基本原理及系统的构成，了解太阳能热发电技术的不同形式的热发电系统，熟悉太阳能的有关热利用的基本原理，加深对中国风力资源和风力发电基本原理的认识，深化理解作为分布最广泛的生物质资源的利用现状，重点把握生物质发电的基本原理。掌握地热发电和潮汐能发电的基本原理和应用现状，认真掌握燃料电池的基本原理及其各种形式的燃料电池的具体应用及机理。

第一章  绪论

课时：1周，共2课时

教学内容

第一节  能源的含义、分类及历史演变

  一、能源的重要性

      能源在工业、农业、交通业、国防、日常生活和公用事业中的重要地位。

  二、能源的含义及其分类

      新能源的概念；不同的分类方法。

  三、人类利用能源的历史演变

      柴草时期、煤炭时期和石油时期的突击演变过程。

  四、常规能源向新能源的过渡

      过渡的原因；三次石油危机；过渡的具体过程分析。

第二节  中国能源现状、问题与对策

  一、中国能源现状

      中国现在的能源现状及其与过去的对比。 

  二、中国能源存在的问题

      中国在能源利用过程中存在的极大问题及解决的方法。

  三、中国能源发展对策

      根据中国能源发展现状，中国采取的能源对策。 

第三节  中国新能源与可再生能源的现状与前景

  一、新能源与可再生能源的含义和分类

      新能源的概念；各类新能源的具体概念及应用发展现状。

  二、发展新能源与可再生能源的重大战略意义

      发展新能源的重要意义。

  三、中国新能源与可再生能源的发展现状

      中国发展新能源的对策；新能源的发展现状。

  四、中国新能源与可再生能源的发展前景

      发展新能源的重要意义和发展的前景。

思考题：

1、新能源的具体分类方法有哪几种？具体怎么划分的？

2、我国能源存在哪些问题？应如何具体解决？

第二章  太阳能光伏发电技术

课时：4周，共8课时

教学内容

第一节  概述

  一、太阳能利用方式

      常见的太阳能利用方式。    

  二、太阳能发电

      太阳能热发电和光伏发电的具体分类及简单原理介绍。

  三、太阳能电池的分类

      具体的分类方法。

  四、太阳能光伏发电历史和现状

      世界太阳能光伏发电的发展历史与研究的现状。

  五、太阳能光伏发电的优缺点

      光伏发电的主要优点和缺点。

  六、太阳能光伏发电的应用

      太阳能光伏发电的具体应用。

  七、中国光伏发电

      中国光伏发电的历史和研究现状。

第二节  太阳能电池的工作原理

  一、太阳能电池的物理基础

      固体能带理论；本征半导体和掺杂半导体；载流子浓度和费米能级；电子和空穴的输运；产生与复合。

  二、太阳能电池材料的光学性质

      半导体对光的吸收；直接材料和间接材料。

  三、同质结太阳能电池

      P－N结的形成及内建电场；反偏压与正偏压；P－N结电容；硅太阳电池的构造和工作原理；光电流和光电压；等效电路、输出功率和填充因数；太阳能电池的效率；影响效率的因素及提高的途径；硅太阳电池的温度特性和光电特性。

四、肖特基结太阳能电池

      金属及半导体的功函数；金属－半导体的接触势垒；肖特基势垒的正方向特性；实际的肖特基势垒；肖特基结太阳能电池的构造和工作原理；光电流、光电压和光电转换效率；MOS或MIS太阳能电池。

  五、异质结太阳能电池

      异质结的形成及其能带图；突变异质结的电特性；异质结太阳能电池的构造和工作原理；光电流；异质结太阳能电池的效率。

第三节  太阳能电池制造工艺

  一、硅材料制备

      硅材料的来源；多、单晶硅锭制造；片状硅制造；非晶或微晶硅膜制造；太阳级硅。

  二、多晶硅太阳能电池制造工艺

      多金硅太阳能电池具体的制造工艺。

第四节  太阳能光伏发电系统设备构成

  一、太阳能电池组件和方阵

      太阳能电池组件和方阵的概念、结构、材料和特性。

  二、贮能蓄电池

      常用的贮能蓄电池。

  三、直流－交流逆变器

      逆变器的分类、结构和工作原理；PWM脉宽调制技术；正弦波PWM技术；逆变器基本特性及评价。

  四、控制器

      控制器供能及分类；逻辑控制方式控制器；计算机控制方式。

第五节  光伏发电系统

  一、光伏发电系统的结构及工作原理

      系统框图；工作原理；系统构成。

  二、系统设计框图

      具体的系统总体设计框图。

  三、容量设计

      容量设计的要求；失电小时数；当地地理条件、气候数据及太阳辐射资源；确定方阵最佳倾角；当地用电负载模型；环境温度模型；蓄电池发电模型；控制器；逆变器；光伏发电系统的可靠性指数。

  四、计算机仿真结果和容量设计程序

      仿真结果和容量设计程序。

第六节  并网光伏发电系统

  一、简介

      并网光伏发电系统的分类、特点、结构、供电形式。

  二、并网光伏发电系统的设备构成

      太阳能电池方阵、并网逆变器

思考题： 

1、简述固体能带理论的内容。

2、同质结、异质结、肖特基结太阳能电池内建电场产生的机理有何不同？

3、多晶硅和单晶硅的制造工艺有什么不同？根据制作工艺的不同它们各有什么特点？

第三章  太阳能热发电技术

课时：2周，共4课时

教学内容

第一节  太阳能热发电技术研究发展概况

      中国和世界太阳能热发电的发展历史、研究现状。

第二节  太阳能热发电站基本系统与构成

  一、电站热系统

      热系统的组成、与常规电站的区别。

  二、电站循环效率

      循环效率的概念；提高的方法

  三、太阳能热发电系统组成

      聚光集热子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统组成及其基本原理。

第三节  塔式太阳能热发电系统

  一、电站系统构成

      基本组成部件的结构和基本原理。

  二、典型塔式太阳能热发电电站介绍

      美国太阳能1号电站、2号电站。

第四节  槽式太阳能热发电系统

  一、电站系统

      基本组成。

  二、聚光集热装置

      各种装置的结构和工作原理。

  三、LUZ槽式太阳能热发电站介绍

      基本参数及运行情况。

第五节  盘式太阳能热发电系统

  一、装置构成

      工作原理；3大组成部件的结构和工作原理。

  二、曲型盘式斯特林太阳能热发电装置介绍

      系统参数及系统图。

第六节  太阳池热发电系统

  一、太阳池原理

      太阳池的原理、特点。

  二、太阳池发电

      发电的基本原理及实例介绍

第七节  太阳能热气流发电系统

  一、基本工作原理

      发电系统的构成、工作原理、影响因素。

  二、50MW示范电站

      电站的具体介绍。    

第八节  太阳能热发电技术发展前景

  一、不同型式太阳能热发电系统的比较

      各不同型式太阳能热发电系统的异同点。

  二、发展趋势

      发展潜力和发展趋势。

思考题： 

1、热发电系统的聚光器有哪几种？他们各有什么特点？ 

2、塔式太阳能热发电系统中的中心接受塔有几种结构？各有什么优缺点？

3、塔式发电系统、槽式发电系统、盘式发电系统有什么异同点？

第四章  风力发电技术

课时：2周，共4课时

教学内容

第一节  风与风力设备

  一、风的产生与特性

      风的产生原理；风的特性。

  二、风的能量与测量

      风的能量的几个描述指标的概念；风的测量的内容与方法。

  三、风力资源

      世界和我国的风力资源分布及等级的划分。

第二节  风力机工作原理

  一、风能转换理论基础

      转换的基本原理；风力机的特征系数。  

  二、风轮设计的理论基础

      风力机的翼形设计；风力机的动力学基础。

第三节  风力发电设备

  一、水平轴风力机

      分类、特点、应用。   

  二、垂直轴风力机

      分类、特点机应用。

  三、风力发电系统及装置

      系统的组成；调向机构；发电机；升速齿轮箱和塔架；控制系统。

  四、大型并网型风力发电机组

      机组的节本结构、工作原理。

  五、现代大型风力发电机组的关键技术

      关键基础的存在及解决的方法。

第三节  风力发电运行方式

  一、运行方式

      系统的构成；储能系统；与其他发电形式的联合运行。 

  二、并网运行方式

      风力发电场的选址、风力发电机组排布、经济效益评估、安装和调试。

第四节  风力发电现状与展望

  一、风力发电发展简史

      风力发电的发展历史。

  二、风力发电现状

      世界和中国的风力发电现状；主要风力发电国家的发展现状。

  三、风力资源展望

      世界风力发电发展趋势；中国风能开发利用展望。

思考题： 

1、简述风能转换的基本原理。 

2、风力机的空气动力学参数有哪些？具体怎么求解？

3、风力机有哪几种分类方法？

第五章  生物质能发电技术

课时：2周，共4课时

教学内容

第一节  概述

      生物质能的定义；生物质资源特点及类别。    

第二节  生物质能转换和发电技术

  一、生物质能转换技术

      生物质能转换的能源模形式；生物质能转换技术。

  二、生物质能发电技术

      甲醇发电站；城市垃圾发电站；生物质燃气发电技术；沼气发电技术。

第三节  生物质热裂解发电技术

  一、生物质热裂解工艺分类

      生物质热裂解的分类及其每类区别、特点。

  二、生物质热裂解机理

      反应机理。  

  三、影响生物质热裂解过程及其产物组成的主要因素

      温度、升温速率、滞留时间、生物质尺寸和形状、压力对热裂解过程及产物的影响。

  四、生物质热裂解技术及装置简介

      热裂解反应器类型；热裂解装置示例。

第四节  生物质能利用现状

  一、大力开发生物质能，走可持续发展道路

      我国生物质能的利用现状及开发生物质能的必要性。

  二、生物质能在中国的利用前景

      乙醇汽油的开发前景；生物运输能源生物开发计划。

第五节  生物质能发电前景预测

  一、局限性和分析

      生物质能的缺点；生物质开发的综合分析。

  二、发展前景

      生物质发展的有利条件及前景。 

  三、结论

      生物质能开发的分析结论。

思考题：

1、生物质能的优缺点是什么？根据其优缺点如何扬长避短充分利用生物质资源？

2、生物质热裂解的机理是什么？请详细分析说明。

3、影响生物质热裂解的因素有哪些？具体是如何影响的？

第六章  地热发电技术

课时：2周，共4课时

教学内容

第一节  地热基本知识

      地球的构造；地热资源的类型。    

第二节  地热发电原理与技术

  一、地热发电原理及分类

      地热发电的不同方式及其基本原理。

  二、地热发电资源勘探与开采

      地热资源的勘探；地热资源的开采技术。

  三、地热发电系统设计与建设

      地热发电系统的主要设备工作原理及作用。

第三节  地热资源

  一、概述

      地热资源的定义、类型；地下热水的形成；地热田类型。

  二、世界地热资源

      世界地热资源分布。

  三、中国地热资源

      中国地热资源的具体分布。

第四节  世界地热发电

世界主要地热发电国家开发现状。

第五节  中国地热发电

  一、中国地热利用简史

      中国地热利用发展历史。  

  二、中国地热发电现状

      中国地热发电的现状、主要电站简介。

  三、中国地热发电的未来

      地热发电的初步构想。

思考题： 

1、地热发电有哪几种形式？其基本原理是什么 

2、地热资源有哪几类？

第七章  潮汐能发电技术

课时：2周，共4课时

教学内容

第一节  潮汐和潮汐能

  一、海洋能简介

      海洋能介绍。

  二、潮汐和潮汐能的定义

      潮汐和潮汐能的概念；潮汐的类型。

第二节  潮汐能发电的原理与型式

  一、潮汐发电的原理及型式

      潮汐发电的概念、基本原理；按能量形式和开发方式的具体分类。

  二、潮汐能发电站的组成

      基本组成部分的分类及其作用。

  三、潮汐能可开发资源的计算

      潮汐发电的关键技术问题；解决方案。

  四、潮汐能发电的优缺点及其经济性

      优缺点及经济性分析。

第三节  世界潮汐能发电

      世界主要潮汐发电国家的潮汐发电情况简介。    

第四节  中国潮汐能发电

  一、中国潮汐能开发利用简史

      开发利用的历史。

  二、中国潮汐能资源

      资源的分布及可利用区域。    

  三、中国潮汐能发电现状

      中国典型潮汐能电站介绍。

  四、中国潮汐能发电前景

      前景预测。

思考题： 

1、简述潮汐发电的基本原理。

2、与其他新能源相比，潮汐能有哪些优缺点？

3、潮汐能电站一般是由哪几部分组成的？

第八章  燃料电池发电技术

课时：3周，共6课时

教学内容

第一节  燃料电池的基本原理

  一、概述

      燃料电池的概念；与普通干电池和蓄电池的区别；燃料电池的发展历史。

  二、燃料电池发电原理

      发电原理。  

  三、燃料电池的特征

      燃料电池的优点。

  四、燃料电池的种类 

      具体的分类。

  五、燃料电池系统

      系统的基本组成。

第二节  磷酸型燃料电池

      磷酸型燃料电池的发电原理、特征、工作温度；燃料的重整反应；电池的催化剂和电解质；发展动向。

第三节  熔融碳酸盐燃料电池

      磷酸型燃料电池的发电原理、特征、工作温度；使用燃料；性能与寿命；现状与动向。

第四节  固体电解质型燃料电池

      磷酸型燃料电池的发电原理、特征、电池构造的种类、现状与动向。

第五节  固体高分子型燃料电池

      磷酸型燃料电池的发电原理、特征、结构、适用范围。

第六节  直接甲醇型燃料电池

      磷酸型燃料电池的发电原理、特征。

思考题： 

1、燃料电池发电原理是什么？ 

2、简述磷酸型燃料电池的发电原理、特征。

3、简述磷酸型燃料电池的发电原理、特征、适用范围。

参考书目

    1、赵富鑫、魏彦章主编，太阳电池及应用，北京：国防工业出版社，1985

2、王长贵、崔容强编著，太阳能，北京：能源出版社，1985

3、喜文化主编，太阳能使用工程技术，兰州：兰州大学出版社，2001

4、李爱文，张承惠编著，现在逆变技术及其应用，北京：科学出版社，2000

5、刘容主编，自然能供电家技术，北京：科学出版社，2000

6、周凤起、周大地主编，中国中长期能源战略，北京：中国计划出版社，1999

7、周凤起，王庆一主编，中国能源50年，北京：中国电力出版社，2002

8、沈祖诺主编，潮汐电站，北京：中国电力出版社，1998

9、王长贵等编著，中国新能源的开发与利用，北京：能源出版社，1986

10、中国太阳能学会主编，太阳能学报特刊/1999，北京：《太阳能学报》编辑部，1999