通过哪些途径利用太阳能和生物质能的

太阳直射大地,地表温度上升 ,地表上的气体温度随之上升,热气流上升,冷气流下降,产生了我们的风。

生物能：太阳能供绿色植物光合作用,绿色植物生长,被食草动物所吸收,食草动物又被食肉动物所吸收,然后各个阶级又死亡,腐烂,供微生物分解,分解的养分又被绿色植物所吸收~如此循环~所以说太阳能是总能。

生物质能是根据植物光合作用造成的各种各样有机体，包含全部的动物与植物和微生物菌种。在其中的生物质能，就是指太阳能发电以化学能方式存储在生物质中的能量方式，就是以生物质为媒介的能量。本产品立即或间接性来自绿植的植物光合作用，可转换为基本的固态、液态、化石燃料，不因一切方式耗费，是一种可再生资源，也是唯一一种能再生的氮源。

生物质能源的初始能量来自于太阳光，因此理论上说，生物能是太阳能发电的一种表达形式。世界各地已经积极主动科学研究开发设计利用生物能源。生物能源包括在绿色植物、小动物、微生物菌种等可生长发育的有机化学化学物质中，根据太阳能发电转换而成。除开不可再生资源以外，有机化学化学物质中的全部电力能源全是微生物能量，一般包含木料、山林废料、农牧业废料、水生花卉、粮食作物、大城市和工业生产有机化学废弃物、小动物排泄物这些。全世界生物质能资源非常丰富，是一种没害的电力能源。全世界每一年根据植物光合作用造成1730亿多吨的化学物质，在其中蕴含的能量是世界能源消费总产量的10-20倍，利用率还不上3%。

可再生性

生物质能属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用；

生物质能低污染性

生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应

生物质能广泛分布性

缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；

生物质能总量十分丰富

生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。  

生物质能广泛应用性

生物质能源可以以沼气、压缩成型的固体燃料、气化生产燃气、气化发电、生产燃料酒精、热裂解生产柴油等形式存在，应用在国民经济的各个领域。

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江苏高校优势学科建设工程一期（2010－－2013），新能源与环境保护项目，东南大学(主页)将重点建设“动力工程”和“电气工程一级学科

以下方向：

1、煤的低碳洁净转化技术

本学科在承担增压流化床联合循环（PFBC-CC）中试电站工程试验研究和国家 “973”项目以及国家“863”项目的基础上，开展更先进的煤的低碳洁净转化方面的研究工作，取得技术突破，在该洁净煤发电领域继续保持国内领先水平。拟开展如下研究：

①燃煤CO2捕集储存技术

②新型煤气化技术

③稠密多相流动及与化学反应耦合的试验及数值模拟技术

2、新型高效制冷空调技术

制冷空调主要基于逆向循环，是最终能源消耗主要场所之一，《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中有多处重要表述。近年来本学科紧密围绕基于逆向循环高效节能开展了一系列创新性研究工作，先后主持了国家科技支计划、863项目和国家自然科学基金项目研究，在国内外形成了一定的影响。未来将重点在：太阳能溶液除湿制冷空调、太阳能热泵与建筑一体化应用、新型低温与气体分离、IAQ和建筑节能综合示范等。

3、太阳能和生物质能联合热发电技术

东南大学(主页)在多年太阳能利用技术研究、生物质流化床燃烧发电研究和工程实践的基础上，创造性提出了“太阳能和生物质能联合热发电技术”，将太阳能与生物质能发电系统优化集成为综合互补的热发电系统。该技术研究成功后，东南大学在太阳能/生物质能联合发电方面达到国际领先水平，可望获得国家级大奖。

4、间歇性能源电力电子控制

本方向围绕大规模可再生能源发电系统的并网运行，拟以提高大规模可再生能源安全、可靠、高效接入电网为目标。

5·智能电网分析、保护与控制

通过以上研究工作，东南大学在智能电网分析、保护与控制技术方面将继续保持国内领先水平，并有望申请国家级科技奖励。

6、可再生能源发电系统

研究以风力发电为主，兼顾海洋能发电、太阳能光伏发电等。确定的主攻方向为：

①变速恒频风力发电系统及其控制技术：

②风力发电机组的故障诊断及保护控制：

③风力发电系统变桨伺服控制技术：

④形成具有自主知识产权的风力发电系统运行优化和控制技术，实现产业化。

能源与动力工程动力和电气相关性密切，学校本科生去个大发电厂不成问题，研究生就业层次应该不会差吧

举措：“火电机组振动国家工程研究中心”拓展为“火电机组振动与监控国家工程研究中心”

所以总的来说，还是能源与动力工程（火电）最为强势，只是不知道女性对这方面兴趣怎么样，暖通也可以有所发展

另外，东大的建筑很强，这里也不多加赘述，建筑环境与设备工程，东大是A+级别的，本科，研究生都在全国5名左右，也属于热门，女生比较推荐这个

后面两个貌似在校内不太了解，希望对你有所帮助

H2与CO2耦合反应：②3H2（g）+CO2（g）═CH3OH（l）+H2O（l）△H=-137.8kJ?mol-1

根据盖斯定律，把①×3+②×2得方程4H2O（l）+2CO2（g）→2CH3OH（l）+3O2（g）△H=571.5×3+（-137.8）×2=1438.9kJ?mol-1；

则反应：2H2O（l）+CO2（g）═CH3OH（l）+

根据所以发生反应需要的条件可知需要解决的技术问题有：开发高效光催化剂；将光催化制取的氢从反应体系中有效分离，并与CO2催化转化，二氧化碳和水供应充足，不用考虑；

故答案为：719.5；ab；

（2）①因原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比，反应I的原子利用率为

②因温度升高，反应I向正向移动，平衡常数增大，反应II逆向移动，平衡常数减小，故答案为：II；

（3）①2NH4++3O2═2HNO2+2H2O+2H+；2HNO2+O2═2HNO3，

2N～2NH4++～4O2～2HNO3，

28          4×32

1g            m

m=4.57g

1g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为4.57g；

故答案为：4.57；

②酸性条件下，甲醇和硝酸根反应生成氮气、二氧化碳和水，离子方程式为：6NO3-+5CH3OH+6H+═3N2+5CO2+13H2O；

故答案为：6NO3-+5CH3OH+6H+═3N2+5CO2+13H2O；

（4）负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，

故答案为：CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；

二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池，二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。

70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年，美国制定了政府级的阳光发电计划，1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投入达8亿多美元。1992年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”，1993年将“月光计划”（节能计划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可持续发展战略的重要内容。

太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的热核反应，以E＝MC2 （M为物质的质量，C为光速）的关系进行质能转换（1克物质可转化为9´ 1013焦耳能量），并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量。太阳每秒钟向太空发射的能量约3.8´ 1020 MW，其中有22亿分之一投射到地球上。投射到地球上的太阳辐射被大气层反射、吸收之后，还有约70％投射到地面。尽管如此，投射到地面上的太阳能一年中仍高达1.05´ 1018kWh，相当于1.3´ 106亿吨标煤，其中我国陆地面积每年接收的太阳辐射能相当于2.4´ 104亿吨标煤。按照目前太阳质量消耗速率计，太阳内部的热核反应足以维持6´ 1010年，相对于人类发展历史的有限年代而言，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。

地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量（单位为千卡/厘米2·年或千瓦/厘米2·年）和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。

三、地热能

一、地热资源概念

地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。

地热资源按其在地下的赋存状态，可以分为水热型、干热岩型和地压型地热资源；其中水热型地热资源又可进一步划分为蒸汽型和热水型地热资源。

各种类型地热资源，均要通过一定程序的地热地质勘查研究工作，才能查明地热资源数量、质量和开采技术条件以及开发后的地质环境变化情况。从技术经济角度，目前地热资源勘查的深度可达到地表以下5000m，其中2000m以浅为经济型地热资源，2000m至5000m为亚经济型地热资源。资源总量为；可供高温发电的约5800MW以上，可供中低温直接利用的约2000亿吨标煤当量以上。总量上我国是以中低温地热资源为主。

二、成生与分布

地热资源的成生与地球岩石圈板块发生、发展、演化及其相伴的地壳热状态、热历史有着密切的内在联系，特别是与更新世以来构造应力场、热动力场有着直接的联系。从全球地质构造观点来看，大于150℃的高温地热资源带主要出现在地壳表层各大板块的边缘，如板块的碰撞带，板块开裂部位和现代裂谷带。小于150℃的中、低温地热资源则分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地地区。

地热资源赋存在一定的地质构造部位，有明显的矿产资源属性，因而对地热资源要实行开发和保护并重的科学原则。

通过地质调查，证明我国地热资源丰富，分布广泛，其中盆地型地热资源潜力在2000亿吨标准煤当量以上。全国已发现地热点3200多处，打成的地热井2000多眼，其中具有高温地热发电潜力有255处，预计可获发电装机5800MW，现已利用的只有近30MW。

目前全国29个省区市进行过区域性地热资源评价，为地热开发利用打下了良好基础。几十年来地矿部门列入国家计划，进行重点勘探，进行地热储量评价的大、中型地热田有50多处，主要分布在京津冀、环渤海地区、东南沿海和藏滇地区。全国已发现：

1）高温地热系统，可用于地热发电的有255处，总发电潜力为5800MW·30A，近期至2010年可以开发利用的10余处，发电潜力300MW。

2）中低温地热系统，可用于非电直接利用的2900多处，其中盆地型潜在地热资源埋藏量，相当于2000亿吨标准煤当量。主要分布在松辽盆地、华北盆地、江汉盆地、渭河盆地等以及众多山间盆地如太原盆地、临汾盆地、运城盆地等等，还有东南沿海福建、广东、赣南、湘南、海南岛等。目前开发利用量不到资源保有量的千分之一，总体资源保证程度相当好。

四、海洋能

海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他均源于太阳辐射。海洋能源按储存形式又可分为机械能、热能和化学能。其中，潮汐能、海流能和波浪能为机械能，海水温差能为热能，海水盐差能为化学能。

近20多年来，受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动，作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得了很大发展，在相关高技术后援的支持下，海洋能应用技术日趋成熟，为人类在下个世纪充分利用海洋能展示了美好的前景。

我国有大陆海岸线长达18000多公里，有大小岛屿6960多个，海岛总面积6700平方公里，有人居住的岛屿有430多个，总人口450多万人。沿海和海岛既是外向型经济的基地，又是海洋运输和开发海洋的前哨，并且在巩固国防，维护祖国权益上占有重要地位。改革开放以来，随着沿海经济的发展，海岛开发迫在眉睫，能源短缺严重地制约着经济的发展和人民生活水平的提高。外商和华侨因海岛能源缺乏，不愿投资；驻岛部队用电困难，不利于国防建设；特别是西沙、南沙等远离大陆的岛屿，依靠大陆供应能源，因供应线过长，诸多不便，非常艰苦。为了保证沿海与海岛经济持久快速地发展及人民生活水平的不断提高，寻求解决能源供应紧张的途径已刻不容缓。

我国海洋能开发已有近40年的历史，迄今建成的潮汐电站8座，80年代以来浙江、福建等地对若干个大中型潮汐电站，进行了考察、勘测和规化设计、可行性研究等大量的前期准备工作。总之，我国的海洋发电技术已有较好的基础和丰富的经验，小型潮汐发电技术基本成熟，已具备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小，单位千瓦造价高于常规水电站，水工建筑物的施工还比较落后，水轮发电机组尚未定型标准化。这些均是我国潮汐能开发现存的问题。其中关键问题是中型潮汐电站水轮发电机组技术问题没有完全解决，电站造价急待降低。

我国波力发电技术研究始于70年代，80年代以来获得较快发展，航标灯浮用微型潮汐发电装置已趋商品化，现已生产数百台，在沿海海域航标和大型灯船上推广应用。与日本合作研制的后弯管型浮标发电装置，已向国外出口，该技术属国际领先水平。在珠江口大万山岛上研建的岸边固定式波力电站，第一台装机容量3kW的装置，1990年已试发电成功。“八五”科技攻关项目总装机容量20kW的岸式波力试验电站和8kW摆式波力试验电站，均已试建成功。总之，我国波力发电虽起步较晚，但发展很快。微型波力发电技术已经成熟，小型岸式波力发电技术已进入世界先进行列。但我国波浪能开发的规模远小于挪威和英国，小型波浪发电距实用化尚有一定的距离。

潮流发电研究国际上开始于70年代中期，主要有美国、日本和英国等进行潮流发电试验研究，至今尚未见有关发电实体装置的报导。我国潮流发电研究始于70年代末，首先在舟山海域进行了8kW潮流发电机组原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮机潮流发电装置试验研究，目前正在采用此原理进行70kW潮流试验电站的研究工作。在舟山海域的站址已经选定。我国已经开始研建实体电站，在国际上居领先地位，但尚有一系列技术问题有待解决。

海洋被认为是地球上最后的资源宝库，也被称作为能量之海。21世纪海洋将在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面发挥重要作用，而海洋能源也将扮演重要角色。从技术及经济上的可行性，可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析，海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用；波浪能将逐步发展成为行业。近期主要是固定式，但大规模利用要发展漂浮式；可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展，并将与海洋开发综合实施，建立海上独立生存空间和工业基地；潮流能也将在局部地区得到规模化应用。

潮汐能的大规模利用涉及大型的基础建设工程，在融资和环境评估方面都需要相当长的时间。大型潮汐电站的研建往往需要几代人的努力。因此，应重视对可行性分析的研究。目前，还应重视对机组技术的研究。在投资政策方面，可以考虑中央、地方及企业联合投资，也可参照风力发电的经验，在引进技术的同时，由国外贷款。

波浪能在经历了十多年的示范应用过程后，正稳步向商业化应用发展，且在降低成本和提高利用效率方面仍有很大技术潜力。依靠波浪技术、海工技术以及透平机组技术的发展，波浪能利用的成本可望在5—10年左右的时间内，在目前的基础上下降2—4倍，达到成本低于每千瓦装机容量1万元人民币的水平。

中国在波能技术方面与国外先进水平差距不大。考虑到世界上波能丰富地区的资源是中国的5-10倍，以及中国在制造成本上的优势，因此发展外向型的波能利用行业大有可为，并且已在小型航标灯用波浪发电装置方面有良好的开端。因此，当前应加强百千瓦级机组的商业化工作，经小批量推广后，再根据欧洲的波能资源，设计制造出口型的装置。由于资源上的差别，中国的百千瓦级装置，经过改造，在欧洲则可达到兆瓦级的水平，单位千瓦的造价可望下降2—3倍。

从21世纪的观点和需求看，温差能利用应放到相当重要的位置，与能源利用、海洋高技术和国防科技综合考虑。海洋温差能的利用可以提供可持续发展的能源、淡水、生存空间并可以和海洋采矿与海洋养殖业共同发展，解决人类生存和发展的资源问题。需要安排开展的研究课题为：基础方面，重点研究低温差热力循环过程，解决高效强化传热及低压热力机组以及相应的热动力循环和海洋环境中的载荷问题。建立千瓦级的实验室模拟循环装置并开展相应的数值分析研究，提供设计技术；在技术项目方面，应尽早安排百千瓦级以上的综合利用实验装置，并可以考虑与南海的海洋开发和国土防卫工程相结合，作为海上独立环境的能源、淡水以人工环境（空调）和海上养殖场的综合设备。

中国是世界上海流能量资源密度最高的国家之一，发展海流能有良好的资源优势。海流能也应先建设百千瓦级的示范装置，解决机组的水下安装、维护和海洋环境中的生存问题。海流能和风能一样，可以发展“机群”，以一定的单机容量发展标准化设备，从而达到工业化生产以降低成本的目的。

五、生物质能

生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。在世界能耗中，生物质能约占14％，在不发达地区占60％以上。全世界约25亿人的生活能源的90％以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10％一30％。目前世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能：

1．热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品，该方法又按其热加工的方法不同，分为高温干馏、热解、生物质液化等方法；

2．生物化学转换法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品；

3．利用油料植物所产生的生物油；

4．把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型燃料)，以便集中利用和提高热效率。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到下世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。

目前，生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等，其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前，国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗量的4％、16％和 l0％。在美国，生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦，单机容量达10—25兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2 OOO万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50％以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，建立了 l兆瓦的稻壳发电示范工程，年产酒精2500吨。

我国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。

开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80％人口生活在农村，秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7％。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。

1991年至1998年，农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤，增加了18.3％，年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户，增加了2倍多，年增长达17.7％，增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高，农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求，生物质能优质化转换利用势在必行。

能源将是东南大力发展的一个学科方向。

江苏高校优势学科建设工程一期（2010－－2013），新能源与环境保护项目，东南大学(主页)将重点建设“动力工程”和“电气工程一级学科，

总项目经费预算（一期）：7200万元。

本学科通过江苏省优势学科工程的建设，到2013年将取得显著进展，主要体现在以下几个方面：

一，基地建设：

1，“火电机组振动国家工程研究中心”拓展为“火电机组振动与监控国家工程研究中心”，

2，新增部省级重点实验室或工程研究中心1～2个（申报成功”教育部能源低碳利用重点实验室”）

3，将江苏省电力工程实验中心建设成国家级实验教学示范中心。

二、“科研创新”预期目标与标志性成果：

主要领域方向：

1、煤的低碳洁净转化技术

本学科在承担增压流化床联合循环（PFBC-CC）中试电站工程试验研究和国家 “973”项目以及国家“863”项目的基础上，开展更先进的煤的低碳洁净转化方面的研究工作，取得技术突破，在该洁净煤发电领域继续保持国内领先水平。拟开展如下研究：

①燃煤CO2捕集储存技术

②新型煤气化技术

③稠密多相流动及与化学反应耦合的试验及数值模拟技术

2、新型高效制冷空调技术

制冷空调主要基于逆向循环，是最终能源消耗主要场所之一，《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中有多处重要表述。近年来本学科紧密围绕基于逆向循环高效节能开展了一系列创新性研究工作，先后主持了国家科技支计划、863项目和国家自然科学基金项目研究，在国内外形成了一定的影响。未来将重点在：太阳能溶液除湿制冷空调、太阳能热泵与建筑一体化应用、新型低温与气体分离、IAQ和建筑节能综合示范等。

3、太阳能和生物质能联合热发电技术

东南大学(主页)在多年太阳能利用技术研究、生物质流化床燃烧发电研究和工程实践的基础上，创造性提出了“太阳能和生物质能联合热发电技术”，将太阳能与生物质能发电系统优化集成为综合互补的热发电系统。该技术研究成功后，东南大学在太阳能/生物质能联合发电方面达到国际领先水平，可望获得国家级大奖。

4、间歇性能源电力电子控制

本方向围绕大规模可再生能源发电系统的并网运行，拟以提高大规模可再生能源安全、可靠、高效接入电网为目标，

5、智能电网分析、保护与控制

通过以上研究工作，东南大学在智能电网分析、保护与控制技术方面将继续保持国内领先水平，并有望申请国家级科技奖励。

6、可再生能源发电系统

研究以风力发电为主，兼顾海洋能发电、太阳能光伏发电等。确定的主攻方向为：

①变速恒频风力发电系统及其控制技术：

②风力发电机组的故障诊断及保护控制：

③风力发电系统变桨伺服控制技术：

④形成具有自主知识产权的风力发电系统运行优化和控制技术，实现产业化。

太阳能-热能转换

选择性吸收面具有高的太阳吸收比和低的发射比，吸收太阳辐射的性能好，且辐射热损失小，是比较理想的太阳能吸收面。简称为选择性涂层。它是在本世纪40年代提出的，1955年达到实用要求，70年代以后研制成许多新型选择性涂层并进行批量生产和推广应用，目前已研制成上百种选择性涂层。我国自70年代开始研制选择性涂层，取得了许多成果，并在太阳集热器上广泛使用，效果十分显著。

太阳能-电能转换

这里重点介绍光电直接转换器件--太阳电池。世界上，1941年出现有关硅太阳电池报道，1954年研制成效率达6％的单晶硅太阳电池，1958年太阳电池应用于卫星供电。在70年代以前，由于太阳电池效率低，售价昂贵，主要应用在空间。70年代以后，对太阳电池材料、结构和工艺进行了广泛研究，在提高效率和降低成本方面取得较大进展，地面应用规模逐渐扩大，但从大规模利用太阳能而言，与常规发电相比，成本仍然大高。

目前，世界上太阳电他的实验室效率最高水平为：单晶硅电池24％（4cm2)，多晶硅电池18.6％（4cm2），InGaP／GaAs双结电池30．28％（AM1），非晶硅电池14．5％（初始）、12．8（稳定），碲化镉电池15．8％，硅带电池14．6％，二氧化钛有机纳米电池10．96％。

我国于1958年开始太阳电池的研究，40多年来取得不少成果。目前，我国太阳电他的实验室效率最高水平为：单晶硅电池20．4％（2cm×2cm），多晶硅电池14．5％（2cm×2cm）、12％（10cm×10cm），GaAs电池20．1％（lcm×cm），GaAs／Ge电池19．5％（AM0），CulnSe电池9％（lcm×1cm），多晶硅薄膜电池13．6％（lcm×1cm，非活性硅衬底），非晶硅电池8．6％（10cm×10cm）、7．9％（20cm×20cm）、6．2％（30cm×30cm），二氧化钛纳米有机电池10％（1cm×1cm）。

太阳能-氢能转换

氢能是一种高品位能源。太阳能可以通过分解水或其它途径转换成氢能，即太阳能制氢，其主要方法如下：

1、太阳能电解水制氢。电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法，效率较高（75％-85％），但耗电大，用常规电制氢，从能量利用而言得不偿失。所以，只有当太阳能发电的成本大幅度下降后，才能实现大规模电解水制氢。

2、太阳能热分解水制氢。将水或水蒸汽加热到3000K以上，水中的氢和氧便能分解。这种方法制氢效率高，但需要高倍聚光器才能获得如此高的温度，一般不采用这种方法制氢。

3、太阳能热化学循环制氢。为了降低太阳能直接热分解水制氢要求的高温，发展了一种热化学循环制氢方法，即在水中加入一种或几种中间物，然后加热到较低温度，经历不同的反应阶段，最终将水分解成氢和氧，而中间物不消耗，可循环使用。热化学循环分解的温度大致为900-1200K，这是普通旋转抛物面镜聚光器比较容易达到的温度，其分解水的效率在17．5％-75．5％。存在的主要问题是中间物的还原，即使按99．9％-99．99％还原，也还要作0.1％-0.01％的补充，这将影响氢的价格，并造成环境污染。

4、太阳能光化学分解水制氢。这一制氢过程与上述热化学循环制氢有相似之处，在水中添加某种光敏物质作催化剂，增加对阳光中长波光能的吸收，利用光化学反应制氢。日本有人利用碘对光的敏感性，设计了一套包括光化学、热电反应的综合制氢流程，每小时可产氢97升，效率达10％左右。

5、太阳能光电化学电池分解水制氢。1972年，日本本多健一等人利用n型二氧化钛半导体电极作阳极，而以铂黑作阴极，制成太阳能光电化学电池，在太阳光照射下，阴极产生氢气，阳极产生氧气，两电极用导线连接便有电流通过，即光电化学电池在太阳光的照射下同时实现了分解水制氢、制氧和获得电能。这一实验结果引起世界各国科学家高度重视，认为是太阳能技术上的一次突破。但是，光电化学电池制氢效率很低，仅0．4％，只能吸收太阳光中的紫外光和近紫外光，且电极易受腐蚀，性能不稳定，所以至今尚未达到实用要求。

6、太阳光络合催化分解水制氢。从1972年以来，科学家发现三联毗啶钉络合物的激发态具有电子转移能力，并从络合催化电荷转移反应，提出利用这一过程进行光解水制氢。这种络合物是一种催化剂，它的作用是吸收光能、产生电荷分离、电荷转移和集结，并通过一系列偶联过程，最终使水分解为氢和氧。络合催化分解水制氢尚不成熟，研究工作正在继续进行。

7、生物光合作用制氢。40多年前发现绿藻在无氧条件下，经太阳光照射可以放出氢气；十多年前又发现，兰绿藻等许多藻类在无氧环境中适应一段时间，在一定条件下都有光合放氢作用。目前，由于对光合作用和藻类放氢机理了解还不够，藻类放氢的效率很低，要实现工程化产氢还有相当大的距离。据估计，如藻类光合作用产氢效率提高到10％，则每天每平方米藻类可产氢9克分子，用5万平方公里接受的太阳能，通过光合放氢工程即可满足美国的全部燃料需要。

太阳能-生物质能转换

通过植物的光合作用，太阳能把二氧化碳和水合成有机物（生物质能）并放出氧气。光合作用是地球上最大规模转换太阳能的过程，现代人类所用燃料是远古和当今光合作用固定的太阳能，目前，光合作用机理尚不完全清楚，能量转换效率一般只有百分之几，今后对其机理的研究具有重大的理论意义和实际意义。

太阳能-机械能转换

20世纪初，俄国物理学家实验证明光具有压力。20年代，前苏联物理学家提出，利用在宇宙空间中巨大的太阳帆，在阳光的压力作用下可推动宇宙飞船前进，将太阳能直接转换成机械能。科学家估计，在未来10～20年内，太阳帆设想可以实现。通常，太阳能转换为机械能，需要通过中间过程进行间接转换

太阳是地球能量的一个源泉。生物利用自身的机能,把太阳能转换成生物能,这种生物能又通过食物链转移到其他生物体内,促使万物生长,经过亿万年的演化,筑就了如今五彩缤纷的世界。那么,什么样的生物能将太阳能转换成生物能呢?

9.1.1 自养生物与他养生物

生物学家至今也没有统计出,现在全球有多少种生物,因为生物的分类是一种非常繁杂和困难的研究,而且分类的标准也争论颇多,很难统一。但是,若按生物吸收和制造、供其自身生长和繁殖所需的营养方式来分,则可以把它们分成两大类:①自养生物②他养生物。

(1)自养生物。不是通过摄食其他动植物体生长繁殖,而是靠自身通过光合作用或化学合成生长繁殖的生物是自养生物更抽象地说,能直接将物理能量或化学能量转化为有机物——生物能量的生物是自养生物。能将物理能量转换成生物能量的生物有藻类如蓝藻、绿藻、甲藻、沟鞭藻、鞭毛藻、硅藻等,海生植物如巨型海草和红树林等,陆生植物如云杉和牡丹等。能将化学能量转换成生物能量的生物有铁细菌和硫细菌等。

自养生物

(2)他养生物。直接通过摄食其他生物体生长和繁殖的生物为他养生物。也就是说,能将客体(他体)的生物能,转换成自身的生物能的生物就是他养生物。如老虎、狼、海豚、鲨鱼、螃蟹、鱼鹰、牦牛和蜜蜂等。

他养生物

9.1.2 光合作用

我们知道,自养生物分两种:一种是将太阳能转换成生物能的自养生物,另一种是将化学能转化为生物能的自养生物。能将太阳能转换成生物能的自养生物,它们都有一个“能量转换器”——叶绿素。太阳能通过叶绿素转换成生物能的整个过程,就是光合作用的全过程。

光合作用过程示意图

叶绿素在阳光的照射下,获得了太阳能。它利用所获得的太阳能将从根部吸收来的水分(当然还有营养盐),以及叶子从空气中吸收来的二氧化碳转换成有机物——有机碳、葡萄糖等养分——生物能,同时释放出氧气,这个能量转换的过程被称为光合作用。光合作用可以分成两部分:①光反应,主要是利用太阳能分解从根部吸收来的水,“制造”氢离子和氧气,并将氧气释放到空气中②碳反应(暗反应),利用太阳能将光反应的“成果”和从叶子吸收来的二氧化碳转变为有机碳——有机物、葡萄糖等养分——生物能。

叶绿素是人类的生命素,也是人类的“保护神”。因为,它不但给我们提供赖以生存的能量和氧气,而且还替我们“清除”全球变暖的元凶——二氧化碳。所以,我们应该像爱护我们的生命一样去保护叶绿素,保护全球的植物。

绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能存储在生物质内部的能量。是太阳能以化学能形式存储在生物质中的能量。