太阳能利用技术方案.doc

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1、太阳能利用技术方案太阳以电磁波的形式向宇宙辐射能量，称为太阳辐射能，简称太阳能。地球表面每平方米年辐射太阳能相当于200吨标准煤的发热量，而且太阳能是清洁、无污染、可再生的自然资源。太阳能取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳能不仅可以有效缓解人类能源短缺的状况，还可以有效地解决因过度使用常规能源所带来的生态环境污染问题。 我国幅员辽阔，纬度适中，太阳能资源十分丰富，平均每年日照时间超过2 000小时，太阳能辐射年总量每平方米大于5 018兆焦的地区占全国总面积的23以上，太阳能利用技术有着广阔的发展前景。 一、概述 (一)分类 太阳能热能转换利用技术和太阳能电能转换利用技术是常见的太阳能利用方

2、式。其中太阳能热能转换利用技术是太阳能利用技术中效率最高、技术最成熟、经济效益最好的一种，主要包括太阳房、太阳热水器、阳光温室大棚、太阳灶等。而太阳能电能转换利用技术主要是太阳能光伏发电技术。 1太阳房 太阳房是一种利用太阳能采暖或降温的房子，用于冬季采暖目的的叫做“太阳暖房”，用于夏季降温或制冷目的的叫做“太阳冷房”，通称“太阳房”。人们常见加之利用的是前一种“太阳暖房”。 按目前国际上的惯用名称，太阳房分为主动式和被动式两大类。 主动式太阳房的一次性投资大，设备利用率低，维修管理工作量大，而且需要耗费一定量的常规能源。因此，对于居住建筑和中小型公共建筑已经为被动式太阳房所代替。 被动式太阳

3、房具有构造简单，造价低，不需特殊维护管理，节约常规能源和减少空气污染等许多独特的优点。被动式太阳房作为节能建筑的一种形式，集绝热、集热、蓄热为一体，成为节能建筑中具有广泛推广价值的一种建筑形式。 2太阳热水器(或系统)太阳热水器(或系统)是利用太阳的辐射能将冷水加热的一种装置人们习惯上将太阳热水系统通俗称为太阳热水器。目前使用的太阳热水器，绝大部分采用平板集热器和真空管集热器两种结构形式。 3，太阳灶 能够把太阳辐射能直接转换为热能，供人们从事炊事活动的炉灶称为太阳灶。太阳灶对缓解我国农村生活燃料短缺的状况，具有重要意义。 目前我国农村普遍使用的太阳灶基本可以分为热箱式太阳灶、聚光式太阳灶。由

4、于聚光式太阳灶具有温度高、热流量大、容易制作、成本低、烹饪时间短、便于使用等特点，能满足人们丰富多样的烹饪习惯，因而得到广泛应用。 4阳光温室大棚 通常是指利用玻璃、透明塑料或其他透明材料作为盖板(或围护结构)建成的密闭建筑物。由于温室大棚是一种密闭的建筑物，由此产生“温室效应”，即将温室大棚内气温和地温温度提高，并通过对温室大棚内温度、湿度、光热、水分及气体等条件进行人工或自动调节，以满足植物(或禽、畜、鱼虾等)生长发育所必需的各种生态条件。阳光温室大棚已经成为现代农牧业的重要生产手段，同时也是农村能源综合利用技术中(如：北方“四位一体”模式和西北“五配套”模式)重要的技术组成部分。 阳光温

5、室大棚一般在东、西、北三面堆砌具有较高热阻的墙体，上面覆盖透明塑料薄膜或平板玻璃，夜间用草帘子覆盖保温，必要时可采取辅助加热措施。在一些地区也有不少仅以塑料薄膜为覆盖材料的轻型太阳能温室，也称塑料大棚。 5太阳能干燥 利用太阳能干燥设备对物料进行干燥，称为太阳能干燥。其特点是：能充分利用太阳辐射能，提高干燥温度，缩短干燥时间，防止干燥物品被污染，提高产品质量。对于干燥各种农副产品和一些工业产品尤为适宜。 目前，国内的太阳能干燥装置大致分为四类：温室型、集热器型、集热器温室型、聚焦型。 6户用光伏发电 光伏发电是利用太阳电池有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变为电能的直接发电方式，人们通常说的太阳

6、光发电一般就是指太阳能光伏发电。 在我国户用光伏发电系统主要是解决无电地区居民照明、听广播和看电视等的用电问题。 户用光伏发电系统可选用商品化定型产品。该产品的光电池可照明820小时，又可看电视，最大供电时间可达12小时。 根据目前无电地区的经济条件和承受能力，考虑到目前太阳光伏发电系统的一次性投资相对较大，用电器的选择应在满足日常所需的情况下，尽可能地减少用电量，以便使整个系统发电和贮存电能的成本降到最低。 照明灯具应采用高效节能荧光灯，一支亮度相当于220伏、4060瓦白炽灯泡的高效节能荧光灯，12伏电压时工作电流约为o4安，耗电仅48瓦，是目前户用光伏发电系统理想的照明灯具。(二)应用成

7、效 太阳能利用技术自20世纪七八十年代在我国广泛开展实施以来，在各级政府的推动下，经过广大科技工作者的努力攻关，取得了相当水平的成效。 1太阳房 主要针对的是被动式太阳房。截至2005年底，全国太阳房的建筑面积已经突破l 500万平方米。太阳房技术不仅在我国“三北”地区得到广泛应用，在非采暖地区也受到欢迎。太阳房与普通常规建筑相比，初投资增加额最高不超过20，根据已建成使用的太阳房测算，初投资增加额一般为512。而在采暖期可节省50一70的采暖用能(平均每平方米建筑面积每年可节约2040千克标准煤)，其社会效益、环境效益更是令人瞩目。 2太阳热水器 截至2006年底，运行保有量已达9 000万

8、平方米，占世界太阳热水器面积的60左右，年产能力达2 000万平方米。2006年产业产值200多亿元，出口创汇5 000万美元，提供就业机会60多万个。在投入产出方面，综合成本不及国外平均水平50。据测算，每平方米太阳热水器每年提供热能相当于130千克标准煤，用于替代电热水器，每台可节约500千瓦时的电量。 3太阳灶 截至2005年底，累计保有量70万台，年新增产量12万台。一台2平方米的太阳灶价格在150元左右，每台太阳灶每年所获得的炊事用能，可以代替500700千克秸秆，绝大多数太阳灶可以正常使用5年以上，当年即可收回投资成本。更重要的是推广应用太阳灶的地区，随着炊事用能的改变，生态环境得

9、到了改善。 4阳光温室大棚 已不分东西南北地域，全国各地区都得到广泛应用，已成为农业结构调整、菜篮子工程、农产增产增收的重要内容。 5太阳能干燥到目前为止，全国太阳能干燥装置面积约15 000平方米。我国太阳能干燥技术应用范围之广、规模之大、干燥器和集热器类型之多、技术之先进、基础研究与理论研究之深度和广度，在世界上当属先进水平。 6户用光伏发电 到2005年底，我国太阳电池年产量已超过110兆瓦，在国家的支持下，通过“送电到乡”工程，解决了西北、西南地区16万户无电户的用电问题。户用光伏发电技术既环保又经济，比延伸电网和其他发电形式有明显优势。目前，户用光伏发电已摆脱持续10年的徘徊局面，开

10、始迅猛发展。 (三)我国技术研发现状 1太阳房 被动式太阳房技术经过国家科技攻关项目的研究，已取得一大批具有我国特色的技术成果。太阳房已成为节能建筑中一种重要形式，逐渐被建筑界接受，并融人节能建筑设计理念之中。总体技术水平仍居世界前列。 2太阳热水器我国已成为名副其实的太阳热水器最大生产国和利用国，自有技术占95以上。太阳热水器是太阳能利用技术中商品化程度最高、应用数量最多的技术。 3太阳灶 经过科技工作者的努力工作，在太阳灶结构形式、材料选择、设计理论、测试方法方面都取得了卓越的研究成果，形成了有我国特色的太阳灶设计、制造、测试模式。 4太阳能干燥 自20世纪80年代初期应用以来，在实际应用

11、中其规模、技术档次至今没有突破性进展，与其他太阳能利用技术相比显然落后了。 5户用光伏发电 太阳电池专用原材料的国产化取得了一定成果，但性能有待提高。此外成本较高，组件成本约30元瓦，平均售价42元瓦，落后于国际水平。 (四)国外发展情况 从能源供应安全和清洁能源利用出发，世界各国把太阳能商品化开发和利用作为重要的发展趋势。欧盟、日本和美国把2030年以后能源供应安全的重点放在太阳能等可再生能源方面。 1太阳房 太阳能建筑节能率大约75左右，已成为最有发展前途的研究领域之一，高效功能材料和专用部件(隔热材料、透光材料、贮热材料、智能窗等)都是技术开发的内容。 2.太阳热水器 塞浦路斯和以色列入

12、均使用面积(1平方米人)居世界之首，日本和以色列太阳热水器户用比例分别为20和80。21世纪太阳热水器仍然是太阳能利用的最主要的市场之一。 3太阳能光伏发电 2030年太阳能发电将占世界电力供应的10以上，2050年达到20以上。 中华人民共和国可再生能源法的颁布实施，为新能源的发展提供了政策的支持。我国能源战略的调整，使得政府加大对可再生能源发展的支持力度，为我国可再生能源产业的发展带来极大的发展机遇。 二、技术要点 (一)太阳房(被动式太阳房) 1工作原理及分类 温室效应是被动式太阳房最基本的工作原理。按照结构的基本类型，被动式太阳房可分为五类，即直接受益式、集热蓄热墙式、附加阳光间式、贮

13、热屋顶式和自然对流回路式。 (1)直接受益式。这是被动式太阳房中最简单的一种，它是利用南窗直接接受太阳辐射能。太阳辐射能通过窗户直接照射到室内地面、墙壁及其他物体上，使它们表面温度升高，通过自然对流换热，用部分能量加热室内空气。另一部分能量则贮存在地面、墙壁等物体内部，当太阳辐射消失或室内温度下降时再向室内释放，使室温维持在一定水平。 (2)集热蓄热墙式。这种类型的太阳房是间接受益太阳能采暖系统。阳光首先照射到置于太阳与房屋之间的一道带透明外罩的深色贮热墙上，加热墙体与盖板之间的空气，然后通过贮热墙上风口将热量导人室内，另一部分是通过墙体的导热向室内供热。 (3)附加阳光间式。是集热蓄热墙式太

14、阳房系统的一种发展，将透明盖层与墙之间的空气夹层加一个通道，形成一个可以使用的空间附加阳光间(也可以称附加温室)。这种系统其前部阳光间的工作原理和直接受益式系统相同，后部房间的采暖方式则等同于集热蓄热墙式。 (4)储热屋顶式和自然对流回路式。目前实际应用得较少。 2主要技术环节及要点 (1)集热形式的合理选择。在乡村和小城镇，最经济实用的是直接受益式、集热蓄热墙式和这两种的混合体。 (2)墙体。太阳房外墙采用复合保温墙。采用这种复合保温墙时，通常做法是将保温材料设置于实体砖墙的外侧，这就可以使墙中贮存的热量保留在房间里面。在保温层外侧再设保护墙，可以是120毫米砖墙，或是瓦楞铁皮，或夹筋聚苯乙

15、烯泡沫塑料板上直接抹水泥砂浆保护层。还要注意两个方面的问题：一是砌筑砂浆的和易性要好，以保证灰缝中砂浆的饱满程度，防止墙体部位的冷风渗透。二是加强传热异常部位的保温措施。 (3)集热蓄热墙。集热蓄热墙是由蓄热性能好的砼、砖或盛水容器构成。做法是将其外表涂成黑色或深色然后在它的外侧离墙体外100毫米处加装一道密闭的透明盖层(寒冷地区应为两层)，形成一个空气夹层，在集热墙的上下端各开一个小通风口通人室内，当太阳光透过盖层照射在集热墙上时，空气夹层内的空气变热而上升，通过上下两端通风口与室内空气进行自然循环，经过循环往复，室温即可逐渐得到提高，因而达到采暖的目的，如果在原有的集热蓄热墙基础上，加装翅

16、片式、平板式或波形板式铁(铝)制吸热体，会使这种改进的集热蓄热墙效率大大提高。 (4)窗。利用南向窗直接接受太阳辐射能的被动式太阳房，是被动式系统中最简单的一种形式。太阳房的窗户在选型时应尽量做到：一是采用正方形窗。二是选用分档少玻璃面积大的窗。三是在满足使用要求前提下，采用固定窗。四是非南向窗在满足采光要求的情况下，采用面积小的窗户。在构造上应做到密缝处理，较好的办法是在缝隙处设置橡胶、毡片或软绳做成的密闭防风条，或在接缝外面盖压缝压条等。冬天用纸把窗缝糊严实，可减少34以上的冷气渗透，更是一种简便易行的办法。切忌采用铝合金框架窗，以防由于冷桥造成热量损失。 根据我国的实际情况，在太阳房设计

17、中，构造允许的情况下尽量开大南窗。适当开设东、西向窗，减少或不设北窗。 采用双层窗时，一般窗效率都可达到20以上，如夜间加聚苯保温板或保温窗帘，可以使其效率提高到50左右。因此，在太阳房设计中保温窗板(帘)的作用是不容忽视的。 (5)屋顶和地面。屋顶设计时，其热阻应不小于维护结构的外墙，有时还应使其保温性能高于外墙。 太阳房的地面也是集热蓄热的重要部件。仅有地面的保温处理还不够，外墙的内侧地面往下450600毫米深度范围内，都要做刚性防潮、防水、隔热处理，这将防止贮存在墙和地面中的热量不至于很快传导到外面去。 (二)太阳热水器 1工作原理及分类太阳热水器就是利用太阳辐射能将冷水加热的一种装置。

18、 太阳热水器按集热过程中水在热水器内的运动状态划分，通常有闷晒型和流动型两种。 (1)闷晒型。这种热水器实际上是把水装在密闭的容器中，在集热过程中，水没有明显的流动。 (2)流动型。流动型热水器的集热部分和贮热部分是分开的，集热部分叫集热器，集热器起集热的作用，而热水流入水箱中贮存。由于流动的水带走集热体吸收的热量，缩小了集热体与周围环境的温差，减少了集热器的热损失，因此，流动型热水器集热效果较好。 目前较为普遍使用的集热器主要有平板集热器和全玻璃真空管集热器。 2主要技术环节及特点 (1)各部件特点。 平板集热器。 (a)透明盖板：对于平板集热器，透明盖板的作用是尽可能地让太阳光透过，并阻止

19、由于空气对流而使热量向外散发；另一方面，集热器由于吸收和积聚太阳辐射从而使集热板的温度不断升高，集热板也同时向外发射出大量辐射热，透明盖板又起到了阻止这种辐射热向外辐射的作用。 (b)吸热板(集热板)：平板集热器是吸收太阳辐射能，并将太阳辐射能转换成热能的部件。吸热板的材料一般多选用金属材料，其受光表面要涂黑，如普通黑板漆等。但对于高性能的平板集热器，一般选用选择性涂层，如铝阳板氧化、镀黑镍等)。 (c)保温材料：保温材料的作用是减少集热器的边框和底部向周围环境的散热。保温材料多采用玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯等。底部保温层厚度一般为30一50毫米，边框保温层厚度一般为2025毫米。 (d

20、)箱体：箱体的作用是将透明盖板、吸热板、保温层等集热器部件组成一个整体，因此箱体应具有一定的强度和刚度，一般选用铝型材、镀锌板、玻璃钢、塑料等材料制作。对于集热器与房屋一体化设计时，也可用混凝土浇筑箱体。 全玻璃真空管集热器。 (a)全玻璃真空管集热管：它像一个拉长的暖水瓶，由内、外两层同心圆玻璃管构成，内管外表面镀有选择性吸收涂层，外管为透明玻璃管。内、外玻璃管间抽成真空。 当太阳光透过外管照射到内管外壁时，镀有选择性涂层的内管外壁将太阳能转换成热能，加热玻璃管内的传热流体。全玻璃真空管的热损失系数在09瓦(立方米)以下，因此它的空晒温度可达到200以上，可以轻松地将冷水烧开。全玻璃真空管在

21、中、高温区域具有较高的集热效率，同时在冬季寒冷与太阳辐照度不很强的地区仍然能正常产生热水。对于真空管太阳热水器来讲，真空管集热器是最关键的部件。 (b)蓄热水箱：贮存热水的部件。在家用热水器和无强制循环系统中，它必须高于集热器。 (c)支架：是将集热器和蓄热水箱连接成一个系统的部件。 (d)连集管：将集热器从太阳光转换所获热能传送出去，一方面需有传热工质(如空气、水或油)，另一方面需有专门构造的导管，这被称为连集管。在家用热水器中，蓄热水箱代替了连集管。 (e)反射板：真空管集热器的背部都装有反射板，以增强集热管的能量收集，减少集热管的数量是降低集热器成本的有效措施。 (2)技术的主要性能参数

22、。 系统的选择。户用太阳热水器以一家为一个系统，若用户多，可若干用户共用一个热水箱，集中供热，称为大系统。大系统的换热方式，除采用户用太阳热水器的自然循环式和闷晒式外，还采用强迫循环式和定温放水式。自然循环系统的单体装置一般不超过100平方米。 集热器面积的确定。集热器的面积由热水使用数量决定，同时也与水的温度高低有关。以平板集热器为例，可按集热器每天产40C以上热水100千克左右的经验，来决定集热器的面积。如果要求热水系统全年运行，可选择真空管式集热器。 安装角度。集热器安装时，应与水平面保持一定夹角倾斜摆放。以夏季使用为主，夹角小于当地地理纬度，全年使用夹角要稍大于当地地理纬度。 全玻璃真

23、空管集热器热性能参数。空晒温度200C，平均热损失系数085瓦(立方米)。 (3)主要技术持有单位。主要生产厂家(品牌)：清华阳光能源开发公司(清华阳光)、皇明太阳能集团公司(皇明)、北京天普太阳能公司(天普)等12家国家免检产品。 (三)聚光式太阳灶 1工作原理聚光式太阳灶原理均基于抛物面镜的聚光特性。 2主要技术环节及特点 (1)灶体(聚光器)。太阳灶的核心部件。制作灶体的材料有多种选择：水泥、铸铁(铝)、玻璃钢、菱镁复合材料等。灶体凹表面反射材料一般选用镀银、镀铝玻璃镜片或粘贴镀铝聚酯薄膜。 (2)支撑调节部件和锅架。太阳灶支撑调节部件和锅架均可用钢筋、钢管、角钢等金属材料制作。太阳灶锅

24、架支撑面最大高度应不大于1.25米，也不应小于05米。最大距离075米，最小距离025米。 (四)阳光温室大棚 1工作原理基本原理就是利用塑料薄膜的透光和阻散的性能，并配套复合保温结构，将太阳辐射能转换为热能，同时保护和阻止热量及水分的散发，从而达到增温、保温和保湿的目的。 2主要技术环节及特点 (1)各部件特点。 基础。温室的基础埋置深度取决于当地的土层冻结深度。一般应埋置在冻层以下。基础宽度取一般构造即可以满足要求(毛石基础一般为500600毫米宽)。 墙体。温室的墙体一般采用复合保温墙构造形式(夹心墙)，保温层通常取50100毫米。 屋架。屋架(或棚架)是保持其外形的重要结构。除要求坚固

25、耐用、外形美观以外，还要尽量减少对温室内植物的遮光。 (2)技术的主要性能参数。 方位与朝向。坐北朝南、东西延长，有利于前屋面接受太阳光照。方位角可偏东或偏西10以内。 前后栋间距。应以冬至日10时(真太阳时)前栋温室不对后栋温室产生遮光为准。 (五)太阳能干燥 1基本原理干燥过程是一个传热、传质的过程。由太阳能空气集热器产生的热空气，通过对流的方式将热能传至物料表面，再由物料表面传至物料内部，水分从物料内部以液态或气态方式扩散，透过物料层而达到表面，最后通过物料表面的气膜扩散至热气流中。通过这样的传热、传质过程，使物料逐步干燥。 2.主要技术环节及特点 (1)各部件特点。 太阳能空气集热器。

26、太阳能空气集热器是干燥装置的关键部件。其工作温度范围比较广，不存在结冻问题。一般情况下，空气集热器也不存在腐蚀问题。干燥系统对集热器的承压、密封要求不很严格，制造成本比较低。 干燥室。干燥室是堆放物料的装置，不设置窗口，墙体采用复合保温墙形式。 (2)技术的主要性能参数。 集热器的热效率45。 晴天情况下，全天平均集热温度应达到45C以上。 (3)主要技术持有单位(研发单)。 主要技术依托(开发)单位。中国科学院广州能源研究所、青岛康旭工程科技有限公司等。 各级农村能源办公室。 三、适宜推广情况分析 (一)太阳房 建设部建筑节能“九五”计划和2010年规划中提出：在村镇中推广太阳能建筑到200

27、0年累计建成1 000万平方米，至2010年累计建成5 000万平方米。在人们能源观念逐渐转变情况下，2010年的目标可能突破。根据国家发展规划要求，今后在建筑中要强制推广太阳能与建筑集成技术，争取2010年农村建筑的10要建成太阳房，即达到5亿平方米建筑面积。 (二)太阳热水器 如果10的住宅安装太阳热水器(2立方米户)，热水负荷的75由太阳热水器替代，每年可节电310亿千瓦时(相当于1 050万吨标准煤)，同时相当于减排3 850万吨二氧化碳。预计2010年热水器集热面积将达L 5亿平方米，年替代常规能源2 500万吨标准煤。一、小型风力发电 我国从20世纪80年代初开始把小型风力发电技术

28、作为实现农村电气化的措施进行开发，主要研制、示范和应用小型风力发电机组，供农牧民和渔民一家一户使用。经过近30年的发展，5千瓦以下的小型风力发电机组技术已经成熟，形成了年产6万台的能力。现在我国小型风力发电机已拥有稳定的市场，每年销售上万台，而且每年有上千台出口国外。到2006年底，我国小型风力发电机拥有量达到30万台，居世界首位。在电网不能通达的偏远地区，约150万农牧渔民利用风能实现了家庭电气化，电灯和电视进入农家牧户渔船，生活质量明显提高。 我国现在可以生产100、200、300、500、800瓦的百瓦级小型风力发电机，1、2、5、75、10千瓦的千瓦级小型风力发电机。有的工厂还试制出了

29、50千瓦的风力发电机。 目前国内销售量最大的是300瓦的小型风力发电机，其次是200、500瓦和1千瓦的小型风力发电机。5千瓦以上的风力发电机在国内销售量很少。 我国目前有30多个厂家从事小型风力发电机及其配件的生产、研发和销售工作。我国小型风力发电机产品主要服务于国内市场，部分质量、外观双优的产品已远销国外市场，我国已成为全球最大的小型风力发电机生产国。 (一)小型风力发电机的工作条件 我国陆地上拥有丰富的风力资源，在10米高度的风能总保有量是32亿千瓦，其中实际可开发的风能总量为253亿千瓦。从风能资源分布来看，我国陆地风能资源丰富区、较丰富区和可利用区分别占我国总面积的8、18和50，为

30、小型风力发电机组在我国的广泛应用提供了良好的条件。 1小型风力发电机可以安全工作的风速 小型风力发电机启动风速一般在34米秒之间，国产小型风力发电机的额定风速通常在810米秒之间；小型风力发电机的最大工作风速(或切出风速)为25米秒左右。 小型风力发电机可以安全工作的风速范围是39级风，即风速在325米秒之间都可以安全工作。 2小型风力发电机适合应用地区 凡是风力资源较好(年平均风速大于4米秒，没有台风灾害)，电网不能到达或供电不足的牧区、农区、湖区、滩涂、边远哨所和公路道班都适合开展小型风力发电机的推广应用。 例如：我国内蒙古草原牧区应用小型风力发电机非常普遍，切实解决了牧民的用电问题；我国

31、洪湖地区应用小型风力发电机也取得了良好的效果。 (二)小型风力发电机的结构 小型风力发电机一般由风轮、发电机、塔架、尾翼、控制器、逆变器、蓄电池组、电缆、调速系统和混凝土地基组成。 小型风力发电机能提供220伏交流电或24、36、48伏直流电。能够解决直流或交流照明问题：给灯泡、节能灯供电；可以为家用电器(如电视机、DVD、收音机、电风扇、洗衣机、小型电冰箱)提供电力；也可以为通讯装置提供电源；可以驱动小型电动工具图41 (三)小型风力发电机效益分析 1能源与经济效益 以目前应用最多的300瓦小型风力发电机为例：在年平均风速42米秒的地区，每台300瓦风力发电机在保证全年处于正常工作状态下，每

32、年可发电700千瓦时左右，平均每天用电18千瓦时。根据多年的实际使用情况，使用小型风力发电机的直接经济效益并不明显。300瓦风力发电机组用户平均每天的用电量为11千瓦时，每月的用电量为33千瓦时，一年的用电量才400千瓦时。每年节省的能源费用约300500元，按应用一台300瓦风力发电机投资5 000元计算，收回成本需要1015年的时间。但是用户所获得的间接经济效益却是因人而异，无法计算的。 2环境效益 风能是一种可再生、无污染的新能源，也称“绿色能源”，与用煤炭、石化发电相比，它没有温室气体二氧化碳(COz)的排放，也没有二氧化硫(SOz)、一氧化氮(NO)和烟尘的排放，不会给大气环境造成污

33、染。农牧湖区应用小型风力发电系统和风光互补发电系统，对保护生态环境非常有利。 3社会效益 使用小型风力发电机的社会效益是非常显著的。第一，解决了缺电地区农牧渔民的照明用电问题，他们可以看电视、VCD，使用400瓦风光互补发电系统或500瓦风力发电机的家庭还可以用上冰箱、洗衣机，大大改善了他们的物质和文化生活，有效地促进了当地的精神文明建设。第二，缺电地区农牧渔民可以用来给手机充电，大大方便了他们与外界沟通与交流，有利于获取更多的市场和致富信息。第三，缺电地区农牧渔民孩子们的学习条件可以得到极大改善，和城里的孩子一样也能看电视、操作电脑，进行电化教学，教学质量不断提高，缩小了无电地区学校与城镇学

34、校之间的差距。 (四)小型风光互补系统 小型风光互补供电系统是由小型风力发电机组、太阳能光伏电池组、蓄电池、控制一逆变器等组成(见图42)。根据不同地区的风能、太阳能资源及不同的用电需求，用户可配置不同的供电模式。小型风光互补供电系统的控制一逆变器上设置了风力机和太阳能光电板两个输入接口，风力发电机和太阳能光伏电池发出的电，通过充电控制器向蓄电池组充电，然后将从蓄电池出来的直流电通过逆变器转换为适合通用电器的220伏、50赫兹交流电。小型风光互补供电系统的优点是可以同时利用当地的风力资源和太阳能资源，起到多能互补的作用。 目前，小型风光互补供电系统中风电与光电的匹配比例一般为3：1左右。例如：

35、300瓦的风力发电机可以配用100瓦的光电板；500瓦的风力发电机可以配用150200瓦的光电板；1千瓦的风力发电机可配用300350瓦的光电板。洪湖地区32户渔民应用了400瓦的风光互补发电系统，供电更加充足，取得了成功的经验。 二、微水能综合利用 微水能综合利用技术是指利用微型水利资源的动能作功的技术，包括微型水力发电(简称微水电)、水轮泵、水碾、水磨等多种以水流为动力的工作技术。由于有了水电之后，其他各种水力机械都可以用电动机械代替，并且更加方便，所以其他水力机械的应用逐步减少。因此，现在的微水能利用一般只讨论微型水力发电技术的利用。 (一)概述 1微水电的定义 微型水力发电简称微水电，

36、是指将小溪、小河水(即微水能资源)的位能转换成符合民用电要求的电能设施和设备组成的系统。其工作原理和小水电基本相同，但装机容量较小。目前，世界各国对微水电的装机容量规定不一，总的格局是工业发达的国家趋于大。英国规定微水电的最大装机容量为l 000千瓦，其次是美国和法国规定微水电的最大装机容量为500千瓦，我国现行标准规定微水电的最大装机容量为100千瓦。 微水电系统主要由蓄水引水建筑、微水电站和供电系统三部分组成。 蓄水引水建筑包括水坝、取水口、引水渠等；微水电站包括机房、微型水力发电机组、配电装置、压力前池、拦污排污设施、引水管道、机组尾水排放渠道等；供电系统主要由变电设备、输电线路、线路安

37、全保护装置构成。其中核心的是微型水力发电机组，它主要由水轮机、发电机、控制器(或调速器)三大部件组成。 由此可见，微水电是集水利、水工、机械、电机、控制、输电、土建等多项技术为一体的系统工程，不仅技术复杂、工作条件艰苦，而且工程质量和操作规程涉及人身安全。 2分类 (1)单户型微水电技术。单户型微水电设备的功率小，一般都是整装机组。单户型微水电只供单家独户的用户使用，所需要的投入资金、工程量等也很小，可以由农户自投、自建、自管、自用。单户型微水电站建设包括土建、设备安装和电力输送等内容。单户型微水电配置的发电机一般为永磁发电机，它具有结构简单、运行可靠、效率高、少维护或免维护、使用方便等优点。

38、单户型微水电站需要配备自动稳压和稳频的电子调控器，供电距离不应超过1千米。 单户型机组的发电量分为：100、200、300、500、800瓦，1、2、5千瓦等。 单户型水电站所需要的水流量为40140立方米时，落差为240米。一般在小溪小河上选择自然形成的较高落差进行建造。 (2)村级联网型微水电技术。村级联网型微水电其设备以整装机组为主，发电可以供一个自然村(10100户)使用，建设安装应在专业技术人员的指导下进行。机组配有自动稳压和稳频的电子调控器或调速器，可多台机组联网供电，操作使用方便。供电范围原则上应在2千米之内，最多不应超过5千米。 村级联网型微水电设备发电量为530千瓦。电站需要

39、的水资源流量为100500立方米时，落差560米。需要建造或借用水工建筑才能满足其水资源要求。 (3)乡级并网型微水电技术。乡级并网型微水电的装机容量为30100千瓦，采用并网供电，可以对处于电网末端山乡电网进行电力就近补充，提高山乡电网的供电质量和运行效率。发电设备以整装机组为主，需要安装并网变电设备。电站建设应进行正规勘测和设计，工程要在专业技术人员的管理指导下进行。 并网型微水电站向电网卖电，再由电网向用户供电，克服了微水电独立供电枯水期五电可供，发出的电无法全部利用，发电户自己收费的高人力成本及无法避免纠纷等离网运行三大固有障碍，可以逐步成为山区农民致富的低风险投资项目之一。 乡级并网

40、型微水电站需要的水资源流量为10010 000立方米时，落差5120米。往往需要借用小一或小二型水库或较大的灌溉水渠蓄调水量，才能保证年发电时间，取得较好的经济效益。 3应用成效 (1)经济效益。微水电的直接经济效益来源于卖电收入。目前微水电的供电和卖电方式有三种：一是自发自用，节省自家电费开支。二是直接向用户供电，发电户上门向用电户收费。三是并网向供电公司卖电。影响卖电收入的因数很多，目前正常工作的微水电站的普遍情况是平均每千瓦时每年的卖电收人为1 000元。不少发电户都自己办有碾米磨面等加工作坊，可使收入比直接卖电提高25倍。因此，发电户往往都会成为当地先行致富的人家。目前，在山区农村，如

41、果卖电方面得到政府的法规保障，村级、乡级的微水电就会成为当地农民投资的热门项目。 (2)社会效益。微水电资源主要存在于降水量丰富的山区，由于投资小、产出少，只适合于在当地开发利用。从微水电的开发情况、产权现状、利用效果都可以看出，微水电是生于农民(投资主体是当地农民)、建于农村、利于农业(养护农田水利、实现农副产品的电动加12)的“三农”水电。其社会属性肯定姓“农”。微水电的开发利用是在经济发展相对落后的山区，其直接的社会效益就是扶助弱势群体，改善当地农民的生活生产条件，帮助农民脱贫致富。一台300瓦的微水电电动碾米机，可使农民省去担着稻谷走几十里山路去碾米的烦恼。一台5千瓦的微水电机组配套安

42、装磨浆机后，每年为腐竹生产专业农户节省电费五六千元。云南的咖农用微水电拖动咖啡脱壳机，解决了咖啡收获后脱壳难的问题。四川大邑西岭雪山的农民利用微水电在风景秀丽的山上办起了旅游接待站，使游客们白天能欣赏美丽的风光，夜晚又能开展卡拉OK、跳舞、看录像等活动。目前山区农村正在逐步兴起的办微水电站，用卖电收入养护农田水利设施的“以电养灌”行动，为部分小型水库的养护开辟出一条充满希望的新思路，也成为微水电发展的一个新方向。 4我国技术研发现状 经过20多年的努力，我国微水电技术在水轮机、发电机、控制器等方面都取得了长足的进步。目前，国内微水电的整机效率大多在4060之间，使用寿命为1015年。一批一体化

43、的整装机组，经过几年的运行，证明其使用寿命、稳定性、安装操作方便性等都达到了产品化的要求，适用于我国农村。2006年，在四川微水电的多机并联供电也取得了成功。总的来说，只要用户在经费上能够承受，在技术上完全可以满足其要求。由于微水电的资源情况差异很大，用户往往不容易找到完全符合自己要求的微水电设备产品。如果用户提出自己的要求，就必须承担额外的费用，这是水电行业的一贯做法，而用在微水电上，就会让微水电投资者难以承受，极大地阻碍了微水电的发展。因此，必需开发出能够覆盖微水电资源的系列化微水电设备，以此作为微水电技术规模化推广的基础。 5国外发展情况 (1)发展现状 国外发达国家，如美国、英国、加拿

44、大等，依靠其良好的工业基础，生产的微水电在可靠性和发电机、水轮机效率两个方面与国内微水电相比有较大的优势。国外微水电的整机效率最高可达到75，使用寿命可达20年。随着发展中国家微水电需求量的增长和各国环保意识的增强，微水电开始受到各国政府的重视。国外的一些较大公司和研究所开始关注微水电的研发工作，但是尚没有大的作为。 (2)发展趋势 水电设备的生产属于单件生产，制造成本很高，必然成为作坊式的生产。世界上所有的微水电设备，包括英国、加拿大、美国等发达国家的微水电机组，也都是出自家庭工厂。为了提高产品质量、降低生产成本，经常在相近专业产品中去寻找替代部件，如用水电泵替代水轮机，以柴油发电机替代水力

45、发电机等，取得了很好的效果。尤其是小功率机组方面，替代部件集成的机组大有取代专用机组之势。 (3)对我国的启示 由于中国小水电开发有很好的工作基础，联合国工发组织在世界微水电发展方面对中国寄予厚望。许多国家也不断在中国寻求微水电方面的合作，但目前都还处于小规模试验阶段。我国应该尽快立项开展系列化微水电设备的研发，以35个系列的产品覆盖整个微水能资源，形成批量生产，以确立我国微水电设备在国际上的性价比优势。 (二)技术要点 1单户型微水电机组 (1)技术路线(工艺流程)。见图4-3 (2)主要技术环节及要点。 各部件和设备的特点。核心部分是一体化的微型水力发电机组，即水轮机、发电机、控制器、假负载组装在一起，以提高用户安装和使用的方便性。 技术的主要性能参数。 发电机相数：单相； 励磁方式：永磁、三次谐波； 发电机同步转速：1 500转分； 整机效率：3550； 额定输出电压：230伏； 额定频率：50赫兹。 推广该项技术需要注意的事项。单户型微水电机组由用户自行建设安装，需要对用户进行简单而有效的培训，尤其注重安全用电的教育。设备使用说明书要通俗、详细、实用。要有公益性的技术服务机构和修理网点。 主要产品研发和应用情况。单户型微水电机组是成套性整装机组，我国目前性能较好的单户型微水电机组主要有以下机型。 (a)轴流式微水电成套整装机组：在农业部南京农业机械化研究