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船舶可再生能源
引言
已经证实了传统的能源，石油、煤炭、天然气是非常经济的能源，但是它们在使用的时候会对环境造成污染并危害人的身体健康。过去30年人类面临了温室效应带来的气候变化挑战。科学家们强烈地说明，我们必须减少二氧化碳的排放，否则将会对人类将来造成致命的危险。因此，降低大气层的二氧化碳含量不仅仅是欧盟国家的责任，也是所有的发展中国家的责任。
注：温室效应
欧盟已经签署相关协议去解决气候变化的问题，同时达成协议，工业国家在2010的温室气体二氧化碳排放量比1990年的温室气体排放量减少15%。为了实现这个目标，科学家们提出另外一种形式的能源——可再生能源。
1.1可再生能源
目前可利用的可再生能源包括太阳能、风能、地热能和生物能。可再生技术可以把那些能量转化为可利用的能量——电能（最多）、热能、化学能或者机械能。可再生能源技术经常被称为“清洁能源”或者“绿色能源”，因为它们几乎没有产生对环境和人类的污染物。
最常见的可再生资源有：
- 生物质能
生物质能是来自植物（包括藻类），树木和庄家，它们有效地通过光合作用吸收太阳能。生物质能，或者生物能是把生物能的形式转化成热能、电能和液体燃料的形式。
- 风能
风力曾经是人类最主要的能源之一，用来运输货物、碾米、泵水有几千年的历史了。从2000多年前中国、印度和伊朗使用的风车到20世纪早期出现在欧洲和北美的风电在历史中已经扮演了非常重要的角色。现如今，风电机可以把运动的风能转化为电能。
- 氢能
最常见的氢能是以水坝储存水的形式存在。水从水坝口里释放出来并产生能量。“会工作的江河”系统，然而，它使河水经过管道直接转移到涡轮。
- 地热能
地球的中心在地表4000米下，里面的温度高达9000℉。这个热量即地热能——从地心向外流出，使周围产生热量，并在这些高温的区域形成地下熔浆池和熔浆溪流。那些熔浆池有很多的用处，比如产生电能或者给建筑物供暖。
1.2船舶可再生能源
航海业也有责任和义务去控制温室效应对全球气候的影响。船舶每天排放大量的二氧化碳到大气中。因此，航行器和轮机是船舶主要的可再生技术执行作为主推进装置。到目前为止他们实现了最主要的设计有：
- 太阳船。太阳船用光伏板作为翼。它是最大的同时使用太阳能和风能的航行器。它的部分太阳能电池安装在可调节的船帆上。太阳船可以只用太阳能或者风力作为动力源也可以同时利用太阳能和风力来驱动。人们可以通过电脑控制光伏板的角度来获取最大的动力。
- E/S ORCELL.E/S听起来就是一艘环境友好型船，它可以运载车辆，而且可以把车辆送进和送出的一艘船，它可以运送10000辆汽车从英国到澳大利亚、新西兰和世界上任何地方。该船舶可以依靠太阳能、风力以及浪花来提供动力，在船上安装了氢能源电池来储存和释放能量，只要它需要就可以使用。它不燃烧石油，不会排出有害物质到大气中或者大海上。它的风力、太阳能和浪花能可以使它在海上漫游的速度达到15节。
1.3 项目研发目标
船舶航海行业考虑到温室效应对地球的危害，考虑在船舶上应用可再生能源技术，可是现在的船舶制造技术真的对环境造成很大的伤害吗？
在这个项目里，作者将列出现在的船舶里潜在的可以进行可再生技术改革的地方。
太阳能将用于可再生技术，因为它容易获取，而且方便安装在现在的船舶上。
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太阳能
2.1介绍
太阳能指的是太阳辐射到地球表面的能量。太阳能辐射来自于作为太阳系中心有数十亿年的太阳。太阳在辐射的时候同时通过核聚变的方式给地球提供热量和光照。太阳不仅只产生阳光还有不同形式的能量。毋庸置疑，地球上任何生命都依赖太阳，没有太阳所有的生命都将不会存在。比如，植物需要吸收阳光进行光合作用。光合作用给许多其他的有机物提供生存的必要条件。太阳也是许多其他形式能量的来源，比如说，风力需要太阳，太阳辐射是地球大气温度升高，温度高的气流被迫上升运动，冷气流向下运动，两个气流运动形成风。
至于太阳能，来自太阳的光能主要包括紫外线、可见光和红外线。我们从图片上可以知道太阳光由微小的能量颗粒组成。太阳无时无刻地辐射足够多的能量到地球上以满足地球上的需要。
来自太阳的辐射基本上不会发生变化，它取决于太阳活动，我们把这叫做太阳常数。太阳到地球的距离里（150000000km），能量损失超过每700亿平方千米，到达地球大气层时减少到大约每平方米1.3千瓦。
从大气层到地球表面的能量进一步减少到最大值，大约每平方米1千瓦。造成这些能量的损失主要是因为灰尘和水蒸气的吸收和分散。甚至在晴朗的白天，至少有10%的太阳辐射能来自散射光。
照射到地球表面的能量将取决于云的数量，灰尘的数量，大气层中影响光传递的污染物的数量，大气层的厚度，以及太阳和吸收表面的角度。
2.2 太阳能的历史
从生命出现一开始太阳就是人生命的一部分。太阳大约有110亿年的历史，但是人类直到公元4世纪才开始研究太阳能。使用太阳能的第一步是简单地用于温暖房间。人类意识到改变房子的方位和结构可以让他们得到太阳光的温暖。自从有了第一步地探索后，人们开始探索太阳能的更多用处，不局限于温暖房间。1515年，莱昂纳德·达芬奇构想出聚光抛物面镜应用于工业（染布）以及1700年安东尼·拉沃西发明了太阳炉，其温度可达到铂金的熔点（3236℉，1780℃）。
1839年是发现光电效应的年代。光电效应的概念首先是由法国的实验家埃德蒙德提出。他发现在他的实验室电解池里两个电子使其暴漏于强光可以产生电压。1904年，爱因斯坦发表他的光电效应文章，并因为它的强大影响力而获得1921年的诺贝尔奖。
在1880年发明了碘光伏板，它可以有效地把光谱里可见光的1%-2%转化成电。在早期1950的捷克可拉斯基设备可用于制造高精度的硅晶体。1954年贝尔电话实验室造出硅光伏板，它的效率最初可达4%，之后是11%。
1958年美国先锋科学卫星使用一小组电池（小于1瓦特）给收音机供电，光伏板在天空站的使用对今后光伏板的普遍应用扮演了一个非常重要的角色，从这一年到20世纪30年代前，太阳能技术主要用在空间技术，并且维修费用及其昂贵，这也是为什么直到25年前人们才探索到太阳系是卫星的巨大能量攻击单位。太阳能系统运转得如此好以至于它是空间站项目的一部分。在1990年代，美国航天局明确地提出电子技术将是未来深度空间任务。
1973年之前，没有人对太阳能以及包括风能、小型氢能动力、生物质能等可再生能源感兴趣。那时候人们满足于把石油当作唯一的动力能源。在1973年的时候，石油被禁止进口，太阳能以及其他形式的可再生能源看到了发展的希望。面对石油紧缺以及电能和燃气的供应不足，再加上要减少二氧化碳的排放，许多国家和美国达成共识，为了共同最大的利益，每年拨款大量的资金用于太阳能的研发。在1973年到1974年石油紧缺的这几年，由于美国能源局赞助联邦光电研究工程，实现了超过3100个如今还在使用的光伏电板的测试。
从20世纪70年代到90年代，美国政府对美国光伏板制造商生产的光伏板售往德国和日本不感兴趣。1990年海湾战争再次激起了美国对非石油能源的研发。1990年中，国家太阳能市场繁荣发展。
利益的变化是由于重要科技的发展和光伏板模块材料价格减少了20%以上，同时，用于商用用途的多于空间技术。它也形成了被人所知道的1980年年前的太阳能量系统的新太阳能科技。
该太阳能系统用聚焦的太阳辐射来生电。用聚焦的太阳辐射发电的概念的形成有了100多年，但是直到20世纪80年代的早期才投入使用。太阳能系统是一个大规模的可再生能源系统，它把太阳的热量变成电能。太阳光线被收集在阳光镜里可以产生高强度的热能，这些热能变成势能或者机械能来带动电机运转发电。太阳能系统的三个不同系统有：发电塔、太阳圆面和槽系统。最成熟的系统是抛物线型槽式动力装置，并在1980年第一次在加利福尼亚的沙漠里使用，它输出的功率相当于345MW。1982年第一个太阳能电塔平台开始运行，它的功率达到10MW。在1992年通过桑迪亚国家实验室和康明斯公司合作，发明制造了一个7.5千瓦的太阳圆面原型系统使用先进的扩展集中器。
对太阳能系统的研究任然停留在开始阶段，那些太阳能系统的基本形式在一天天地发展进步，它们越来越受欢迎，使用的也越来越多。太阳能发电系统与别的可再生能源相比起来是最受欢迎的一项技术，太阳能发电技术发展得越来越迅速，将成为人们生活的一部分。
2.3 光伏发电系统的最新发展和应用
光伏发电现在很有经济竞争力，它可以把几千瓦电送到离发电机很远的地方，而且光伏发电机在全球范围内卖的相当好，特别是可以装光伏发电装置的建筑物，这些光伏组件不仅是一个发电机，而且是建筑房子的必须考虑的因素。在这一方面，光伏组件的费用可以和被它们替换掉的相互抵消，降低光伏发电机的开销。
太阳能发电系统的其他方面的应用于通讯工具、太阳能汽车和偏远山村上，其中的一个好的案例是，在墨西哥的色拉克山村的大型光伏发电机系统，它借助可再生的风力或者太阳能可以发电和储存电。光是光电系统发的电就可以给停车计时器、公用电话亭、街灯、告示板、信息栏等供电。太阳能供电系统它发电、储存电和供应电靠的是整合各种要素而不需要昂贵的电网格栅并联，而且那些系统轻便、维修少。
除了上面提到的太阳能在现实生活中的应用，现在太阳能电池板可以应用于移动的系统，比如交通工具。太阳能供电的交通工具比如轿车，船舶和自行车直接用太阳能给电动机供电，或者用太阳能给电机供电的电池充电。 第一辆完全太阳能动力汽车“蓝鸟”是ED·帕瑟瑞在1977年发明，帕瑟瑞先生还制造出几辆小型、重量轻和成本低（小于$10,000)的太阳能汽车。现在有了太阳能汽车比赛，这是一个一年一度的竞技比赛，来参加比赛的人有公司的、大学的和个人，比赛的内容包括速度和稳定性。
美国加利福尼亚棕榈泉这座城市在城里建了16个充电站，给电动车充电。城市的警察和上班族每天都使用这些充电站。充电站有专门的插口用于电动车充电。当电动车已经停好，并插上充电器，这时候光伏板给电池充电。
太阳能的应用得到了进步和发展，同时这也是太阳能空间技术的一部分。在1974年，罗伯特和罗兰德·波前俩兄弟发明了太阳神一号（Sunrise I),这是一架远程遥控无人驾驶飞机，重量非常轻，在它的机翼上装有光伏板，可到达离地400尺的高空。他们俩兄弟成功后，人们开始了研究遥控太阳能无人机技术的新纪元。自从二十世纪90年代早期，美国航天局就开始赞助遥控太阳能无人机的研究。2001年，一辆遥控太阳能无人机飞到了96863尺的高空（29524米）。
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太阳能动力系统
3.1 光伏板供电系统
光伏板供电系统把光转化成电能，当光被连接点吸收之后，吸收光子的能量转移到连接点隔开的载荷电子。在连接处的载荷电子通过外部电流提供了一个梯度使电场和电流加速。电流的平方除以电阻等于功率。
光伏太阳能电池是太阳能电池系统的基本区块构架。单的太阳能光伏电池通常很小，典型的能发电功率为1或者2瓦特。为了使光伏板能够输出电，他们把光伏板和一个叫做模块的大型单位连接在一起。这个些模块相互连接形成一个叫做电池组的甚至更大的单元，它能够发出更多的功率等。在这种情况下光伏发电系统能够满足任何的电功率需要，不管是小的还是大的。
独立地，模块或者电池组不能代表完整的光伏发电系统，还需要供应给它们能量的结构即太阳和模块产生直流电以及他们的状态，通常被转换成交流电的因素。也有一种可能就是把电储存在电池里给今后使用。所有的部分都涉及到这个系统平衡因素，而且他们将详细地解释该项目经济的那一部分。模块和系统平衡因素一起构成了一个光伏发电系统。
光伏太阳能发电系统通常可以分为两类：平板式系统和聚光式系统。两个系统的不同主要是在聚光系统中，通过使用低透镜将太阳聚焦在一个小区域，将太阳强度集中到正常太阳强度的数十或数百倍。主要的好处是这些电池相对于标准的电池来说，他们仅仅占用一小部分空间，因此可以有效地减少光伏板的材料，同时减少了总的空间和模块需要实现两个系统功率相同消耗的功。
光伏发电系统根据使用的模块可以分为三类。模块被分成三种：1）单晶体型、2)多晶体型和3)薄膜非晶体型。这三个模块类型的差别将在之后的项目中表现出来。
3.2 太阳热动力系统
有三种太阳热动力系统，普遍知道的是聚光式太阳热动力系统，目前在工业上使用这种热动力系统：抛物面电力塔和圆盘/引擎系统。因为那些技术涉及到中间热动力媒介，他们可以混合使用石油燃料和在某些情况下使用储存的热动力能量。混用和热动力储存能量的主要优势是，这项技术是可调度的，当太阳能不能提供动力时还可以运转。
太阳热动力系统相对于光电电池来说，太阳热动力系统应用在船舶上有优势，光电电池发电依靠系统产生的蒸汽管的高压蒸汽。通过这个方法，把太阳能热动力系统安装在船舶上可以不消耗电就，通过提供过热蒸汽，然后蒸汽管将驱动螺旋桨。如果我们把蒸汽管造成它们在海上应用的不足（特别是消耗很多的能量）这一因素考虑进去也是很重要的。
3.2.1 槽系统
系统的组成之一抛物面槽型镜面，它聚集太阳光并且在含有热量转换液的管子里有效地进行热量转换。液体被加热到390℃并且被泵送到一系列热交换器，最终在那形成高压过热蒸汽。过热蒸汽然后再经过传统的再热器去发电。做完功的蒸汽在标准冷凝器被冷却，再返回热交换器，经过冷凝和水管泵送再变成蒸汽。冷凝器通过机械去湿冷却塔来冷却。
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