1.2能量與能源(新)

1、1 第第2 2節(jié)節(jié) 能量與能源能量與能源 本節(jié)教學(xué)目的與要求：本節(jié)教學(xué)目的與要求： 掌握能源的概念和分類； 了解當(dāng)今世界人類所面臨的能源問題； 了解和熟悉新能源技術(shù)。 2 本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容： 能源及其分類； 全球能源危機(jī)； 大國(guó)能源戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的背后； 中國(guó)面臨“貧血”的威脅； 新能源； 音像資料。 3 一、能源及其分類一、能源及其分類 1 能源能源 能源是指人類用來獲取能量的自然資源。能源是指人類用來獲取能量的自然資源。 2 能源的分類能源的分類 按來源不同可把能源分為三類按來源不同可把能源分為三類 來自地球以外天體的能量（包括直接的來自地球以外天體的能量（包括直接的 太陽輻射能外，還

2、包括間接來自太陽能太陽輻射能外，還包括間接來自太陽能 能源，如化石能源、生物能、水能、風(fēng)能源，如化石能源、生物能、水能、風(fēng) 能、海洋能等）；能、海洋能等）； 4 2 能源的分類能源的分類 地球的本身蘊(yùn)藏的能量資源（如地?zé)崮艿厍虻谋旧硖N(yùn)藏的能量資源（如地?zé)崮?等）；等）； 地球與其他天體相互作用而產(chǎn)生的能量地球與其他天體相互作用而產(chǎn)生的能量 （如潮汐能等）。（如潮汐能等）。 地球上的鈾、釷等核裂變資源及氘、氚、地球上的鈾、釷等核裂變資源及氘、氚、 鋰等核聚變資源。鋰等核聚變資源。 5 2 能源的分類能源的分類 按形成條件不同，可把能源分為兩類按形成條件不同，可把能源分為兩類 一次能源，指天然存在

3、的、可直接利用的一次能源，指天然存在的、可直接利用的 （如原煤、原油、天然氣、水力、太陽能（如原煤、原油、天然氣、水力、太陽能 等）等） ； 二次能源，在一次能源基礎(chǔ)上加工而成的二次能源，在一次能源基礎(chǔ)上加工而成的 （如電力、汽油、煤氣、沼氣、氫氣等）。（如電力、汽油、煤氣、沼氣、氫氣等）。 6 2 能源的分類能源的分類 按能否反復(fù)利用，可把能源分為兩類按能否反復(fù)利用，可把能源分為兩類 再生能源：在自然界中可以不斷再生而得再生能源：在自然界中可以不斷再生而得 到補(bǔ)充的能源（如太陽能、風(fēng)能、水力能、到補(bǔ)充的能源（如太陽能、風(fēng)能、水力能、 生物能、地?zé)崮艿龋?；生物能、地?zé)崮艿龋?非再生能源：經(jīng)過

4、幾億年形成的、短期內(nèi)非再生能源：經(jīng)過幾億年形成的、短期內(nèi) 無法補(bǔ)充的能源（煤炭、石油、天然氣、無法補(bǔ)充的能源（煤炭、石油、天然氣、 核燃料等）。核燃料等）。 6 7 2 能源的分類能源的分類 按開發(fā)使用的程度不同，可把能源分為兩按開發(fā)使用的程度不同，可把能源分為兩 類類 常規(guī)能源，指已經(jīng)被人類長(zhǎng)期廣泛利用的常規(guī)能源，指已經(jīng)被人類長(zhǎng)期廣泛利用的 能源能源 (如煤炭、天然氣、水力、電力等如煤炭、天然氣、水力、電力等)； 新能源，指未被廣泛利用、正在研究開發(fā)、新能源，指未被廣泛利用、正在研究開發(fā)、 有待推廣的能源有待推廣的能源 (如太陽能、地?zé)崮?、潮汐如太陽能、地?zé)崮?、潮?能等能等)。 常規(guī)能源與

5、新能源是相對(duì)而言的，現(xiàn)在常規(guī)能源與新能源是相對(duì)而言的，現(xiàn)在 的常規(guī)能源過去也曾是新能源，今天的新的常規(guī)能源過去也曾是新能源，今天的新 能源將來又會(huì)成為常規(guī)能源。能源將來又會(huì)成為常規(guī)能源。 8 2 能源的分類能源的分類 (5) 從使用能源時(shí)對(duì)環(huán)境污染的大小，可把能從使用能源時(shí)對(duì)環(huán)境污染的大小，可把能 源分為兩類源分為兩類 清潔能源，指無污染或污染小的能源清潔能源，指無污染或污染小的能源 (如太如太 陽能、水能、氫能等陽能、水能、氫能等)； 非清潔能源，指對(duì)環(huán)境污染較大的能源非清潔能源，指對(duì)環(huán)境污染較大的能源 (如如 煤炭、油頁巖等煤炭、油頁巖等)。 石油的污染比煤炭小一些，但是也產(chǎn)生石油的污染比

6、煤炭小一些，但是也產(chǎn)生 氧化氮、氧化硫等有害物質(zhì)，所以清潔能氧化氮、氧化硫等有害物質(zhì)，所以清潔能 源與非清潔能源的劃分也是相對(duì)比較而言，源與非清潔能源的劃分也是相對(duì)比較而言， 不是絕對(duì)的。不是絕對(duì)的。 9 二、全球能源危機(jī)二、全球能源危機(jī) 有關(guān)資料顯示：有關(guān)資料顯示：目前在世界初級(jí)能源的產(chǎn)目前在世界初級(jí)能源的產(chǎn) 量和消費(fèi)中，居第一位的是石油，其次是量和消費(fèi)中，居第一位的是石油，其次是 煤炭、天然氣。煤炭、天然氣。 有關(guān)資料還顯示：有關(guān)資料還顯示：石油、煤炭、天然氣等石油、煤炭、天然氣等 常規(guī)化石能源的儲(chǔ)量日益減少，在可預(yù)見常規(guī)化石能源的儲(chǔ)量日益減少，在可預(yù)見 的不長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將被消耗殆盡，全球面臨

7、著的不長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將被消耗殆盡，全球面臨著 嚴(yán)重的能源危機(jī)。嚴(yán)重的能源危機(jī)。 10 1 石油石油 石油的開采歷史已超過石油的開采歷史已超過140年；年； 目前全球每天消耗石油量達(dá)目前全球每天消耗石油量達(dá)7700萬桶，萬桶， 且以每年且以每年12%的速度增加；的速度增加； 目前世界石油總儲(chǔ)量為目前世界石油總儲(chǔ)量為30008000億噸，億噸， 可開采可開采40100年（樂觀的估計(jì)）。年（樂觀的估計(jì)）。 11 2 煤炭煤炭 每年開采的煤炭量為每年開采的煤炭量為35億噸；億噸； 全球可供開采的煤炭?jī)?chǔ)量為全球可供開采的煤炭?jī)?chǔ)量為700017000 億噸；億噸； 可供開采和使用的年限為可供開采和使用的年限為2

8、00500年。年。 12 3 天然氣天然氣 樂觀的估計(jì)，目前全世界可開采的天然氣樂觀的估計(jì)，目前全世界可開采的天然氣 總儲(chǔ)量為總儲(chǔ)量為280億立方米；億立方米； 能滿足能滿足170年的需求。年的需求。 13 三、大國(guó)能源競(jìng)爭(zhēng)的背后三、大國(guó)能源競(jìng)爭(zhēng)的背后 能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，是影響各國(guó)領(lǐng)導(dǎo)能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，是影響各國(guó)領(lǐng)導(dǎo) 人戰(zhàn)略決策的重要因素，是許多國(guó)家制定人戰(zhàn)略決策的重要因素，是許多國(guó)家制定 全球戰(zhàn)略的首要問題。全球戰(zhàn)略的首要問題。 近近20年來，世界上發(fā)生的許多危機(jī)、沖突年來，世界上發(fā)生的許多危機(jī)、沖突 都是圍繞爭(zhēng)奪能源引發(fā)的（如兩伊戰(zhàn)爭(zhēng)，都是圍繞爭(zhēng)奪能源引發(fā)的（如兩伊戰(zhàn)爭(zhēng)， 前蘇聯(lián)出

9、兵阿富汗，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，科索沃戰(zhàn)前蘇聯(lián)出兵阿富汗，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，科索沃戰(zhàn) 爭(zhēng)，美國(guó)推翻塔利班，伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)等）。爭(zhēng)，美國(guó)推翻塔利班，伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)等）。 14 三、大國(guó)能源競(jìng)爭(zhēng)的背后三、大國(guó)能源競(jìng)爭(zhēng)的背后 美國(guó)、俄羅斯、日本、歐盟、中國(guó)等許美國(guó)、俄羅斯、日本、歐盟、中國(guó)等許 多國(guó)家針對(duì)中東、里海等石油資源展開多國(guó)家針對(duì)中東、里海等石油資源展開 了激烈的較量和錯(cuò)綜復(fù)雜的斗爭(zhēng)。了激烈的較量和錯(cuò)綜復(fù)雜的斗爭(zhēng)。 15 四、中國(guó)面臨四、中國(guó)面臨“貧血貧血”的威脅的威脅 我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量居世界第我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量居世界第3位，人均為世界位，人均為世界 平均水平的平均水平的50%； 我國(guó)石油儲(chǔ)量居世界第我國(guó)石油儲(chǔ)量居世界第6位，人

10、均為世界位，人均為世界 平均水平的平均水平的17%；人均石油產(chǎn)量與消費(fèi)；人均石油產(chǎn)量與消費(fèi) 量占世界平均水平的量占世界平均水平的21%22%； 我國(guó)天然氣儲(chǔ)量居世界第我國(guó)天然氣儲(chǔ)量居世界第16位，人均為位，人均為 世界平均水平的世界平均水平的10%。 16 四、中國(guó)面臨四、中國(guó)面臨“貧血貧血”的威脅的威脅 目前我國(guó)人年均能源消耗是1000公斤標(biāo) 準(zhǔn)煤，美國(guó)是11000公斤，英、德、法等 國(guó)家為50006000公斤； 2030年以后，我國(guó)人年均能源消耗是 20003000公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，人口達(dá)15億以 上。 17 四、中國(guó)面臨四、中國(guó)面臨“貧血貧血”的威脅的威脅 從1996年開始，我國(guó)由原油出口國(guó)變

11、成 原油進(jìn)口國(guó)；2000年我國(guó)進(jìn)口石油占消 耗量的20%，2010年將達(dá)到40%以上； 美日等發(fā)達(dá)國(guó)家都建立了戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備 制度，可提供36個(gè)月的石油供應(yīng)；我國(guó) 沒有戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備。 18 四、中國(guó)面臨四、中國(guó)面臨“貧血貧血”的威脅的威脅 解決我國(guó)及世界能源危機(jī)的途徑： 一是節(jié)約使用能源； 二是加強(qiáng)新能源技術(shù)的研究、開發(fā)和利 用，不斷擴(kuò)大利用新能源的比重。 19 五、新能源技術(shù)五、新能源技術(shù) 核能； 太陽能； 地?zé)崮埽?風(fēng)能； 海洋能； 生物能； 氫能。 20 1 核能核能 (1)核能核能 又稱原子能。它是指原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變 化（核裂變、核聚變）時(shí)釋放出的能量。 核能比化石燃料燃燒放出的能量大得

12、多。 1kg鈾235 = 1800 t 石油或2800 t 標(biāo)準(zhǔn)煤。 21 (2)核裂變反應(yīng)核裂變反應(yīng) 它是指一個(gè)重原子核分裂成2個(gè)較輕的新 原子核的過程，有自發(fā)和誘導(dǎo)兩種，一般 的核裂變指后者； 用來進(jìn)行核裂變反應(yīng)并連續(xù)釋放能量的物 質(zhì)，稱核裂變?nèi)剂稀?鈾 = 鈾238（99.28%）+ 鈾235 （0.714%） + 鈾234（0.006%） 1 核能核能 22 (2)核裂變反應(yīng)核裂變反應(yīng) 如果核裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子再引起其 它的鈾核裂變，就可使核裂變反應(yīng)不斷 地進(jìn)行下去，稱為“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”。鏈?zhǔn)?反應(yīng)的速度極快，兩次反應(yīng)間隔時(shí)間只 有2x10-14秒。 在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，后一代中子數(shù)與前一代

13、中子數(shù)之比稱為倍增系數(shù)（k）。 1 核能核能 23 (3)核電站核電站 利用核能來發(fā)電的裝置稱為核電站，目前 大多數(shù)核電站是利用核裂變能來發(fā)電的； 核電站的核心是核反應(yīng)堆，核反應(yīng)堆有多 種類型，目前運(yùn)行的核電站以熱中子輕水 堆居多； 1 核能核能 24 (3)核電站核電站 1954年，前蘇聯(lián)建成世界上第一座核電 站； 現(xiàn)在世界上有30多個(gè)國(guó)家的400多座核電 站在運(yùn)行，占世界總電力的20%左右； 我國(guó)秦山核電站、大亞灣核電站已建成 和正式發(fā)電，秦山二期、三期核電工程、 嶺澳核電工程、連云港核電工程也將于 近年內(nèi)建成發(fā)電。 1 核能核能 25 (3)核電站核電站 核電站的安全性 一般來說，如果防

14、范措施得當(dāng)，核電站 是很安全的。歷史上曾發(fā)生過兩次核電 站核泄露事故： 一次是1979年3月18日，美國(guó)三里島核 電站堆芯熔毀；另一次是1986年4月26 日，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站4號(hào)反應(yīng)堆 發(fā)生爆炸。 1 核能核能 26 (3)核電站核電站 核電站的問題 核電站的主要問題是放射性核廢料的處 理、儲(chǔ)存和最終處置。 1 核能核能 27 (4)核電第二代核電第二代快中子增殖反應(yīng)堆快中子增殖反應(yīng)堆 熱中子反應(yīng)堆對(duì)天然鈾的利用率很低 （只有0.7%）； 快中子增殖反應(yīng)堆以钚239為裂變?nèi)剂希?組成堆芯，以鈾238包圍在堆芯周圍，作 為增殖層?？墒固烊烩櫟睦寐蔬_(dá)到 60%70%。 1 核能核能 28

15、 (5)受控核聚變受控核聚變 是指兩個(gè)或兩個(gè)以上較輕的原子核聚合成 一個(gè)較重的原子核的反應(yīng)； 核聚變?nèi)剂现饕菤浼捌渫凰仉碗啊?受控核聚變具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)質(zhì)能比高，是同質(zhì)量核裂變釋放能量的4 倍； (2)原料足，從海水中可大量提取氘和氚； (3)無放射性，安全、清潔、不污染。 核聚變能的和平利用目前尚處于研究階段。 1 核能核能 29 2 太陽能太陽能 指地球上可以直接接受并利用的太陽輻 射能； 太陽本身的輻射能量只有22億分之一到 達(dá)地球大氣層； 太陽輻射能是一種巨大、無污染、潔凈、 安全的可再生能源，它是取之不盡、用 之不竭的。 30 2 太陽能太陽能 利用太陽能的新技術(shù)、新材料

16、和新設(shè)備 不斷出現(xiàn)，為太陽能的廣泛應(yīng)用奠定了 基礎(chǔ)。目前，直接利用太陽輻射能有三 種方式： 光熱轉(zhuǎn)換； 光電轉(zhuǎn)換； 光化學(xué)轉(zhuǎn)換。 31 (1)光光熱轉(zhuǎn)換熱轉(zhuǎn)換 光熱轉(zhuǎn)換就是把太陽輻射能通過各種 集熱裝置（集熱器）轉(zhuǎn)變成熱能。 太陽能熱發(fā)電； 太陽能高溫爐冶煉高溫材料； 太陽能節(jié)能建筑太陽房； 太陽能熱水器。 32 (2)光光電轉(zhuǎn)換電轉(zhuǎn)換 通過太陽能電池（光電池、光伏電池）將 太陽輻射能直接轉(zhuǎn)變成電能。太陽能電池 的工作原理是光電效應(yīng)。 太陽能電池已廣泛應(yīng)用于宇宙飛行器； 太陽能電池還用來作為交通工具的能源； 太陽能電池應(yīng)用在自動(dòng)控制領(lǐng)域； 太陽能電池還可以用來發(fā)電（光伏電站）。 33 (3)光

17、光化學(xué)轉(zhuǎn)換化學(xué)轉(zhuǎn)換 用光和物質(zhì)相互作用引起化學(xué)變化的過 程稱光化學(xué)轉(zhuǎn)換。 綠色植物的光合作用； 利用光化學(xué)電池制氫。 光化學(xué)轉(zhuǎn)換到目前為止還只限于實(shí)驗(yàn) 室試驗(yàn)，沒有重大突破。 34 3 地?zé)崮艿責(zé)崮?地球內(nèi)部蘊(yùn)藏著的熱能稱為地?zé)崮?，來?(1)高溫巖漿，(2)巖石中放射性元素衰變； 在地球上所有的能源中，地?zé)崮軆H次于太 陽輻射能，排在第二位（火山爆發(fā)、地震 和其他地殼變動(dòng)）； 地?zé)豳Y源按存在形式可分為五大類型：蒸 汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型和巖漿 型。 地?zé)崮芰畠r(jià)、清潔，利用前景十分廣闊。 35 4 風(fēng)能風(fēng)能 風(fēng)能是太陽輻射造成地球各部分受熱不 均，引起空氣運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的能量； 風(fēng)能的利用主要靠風(fēng)力機(jī)，風(fēng)力機(jī)是把 風(fēng)能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的旋轉(zhuǎn)機(jī)械； 利用風(fēng)力可以發(fā)電、提水、助航、制冷、 致熱等。 36 5 海洋能海洋能 海洋能是指海水在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的能 為人類利用的能量，它包括潮汐能、波 浪能、海流能、溫差能、鹽差能等。 海洋中除有巨大的海洋能外，還有豐富 的海洋礦物資源、海水資源和海洋生物 資源。人類有可能在21世紀(jì)進(jìn)入全面、 綜合、立體開發(fā)海洋的“海洋經(jīng)濟(jì)時(shí) 代”。 37 6 生物能生物能 生物能也叫生物質(zhì)能，它是指綠色植物 通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而 儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量； 生物質(zhì)能的種類繁多，目前可被利用的 大