4能源科學(xué)技術(shù)

1、第四章第四章 能源科學(xué)技術(shù)能源科學(xué)技術(shù) 主要內(nèi)容主要內(nèi)容第1節(jié) 概述第2節(jié) 太陽能及其利用第3節(jié) 原子核能及其利用第4節(jié) 水力發(fā)電和風(fēng)能的利用第5節(jié) 氫能第6節(jié) 地?zé)崮芗捌淅玫?節(jié) 新發(fā)電方式第8節(jié) 生物質(zhì)能及其利用第9節(jié) 節(jié)能第第1 1節(jié)節(jié) 概述概述n2009年全國發(fā)電量為34334億千瓦時火電占到總發(fā)電量的826。水電裝機(jī)占總裝機(jī)容量的245，核電發(fā)電量占全部發(fā)電量的23，可再生能源主要是風(fēng)電和太陽能發(fā)電，總量微乎其微。一、能源的概念一、能源的概念 n能源能源是指能夠提供某種形式能量的資源資源。它包括提供某種形式能量的物質(zhì)資源物質(zhì)資源和提供某種能量的物質(zhì)運動形式物質(zhì)運動形式。n燃料、風(fēng)力

2、、水力、太陽能等能源 二、能源的發(fā)展二、能源的發(fā)展n能源的發(fā)展：n火和自然動力；n化石燃料；n電能的使用；n新興能源的開發(fā)。n能源研究發(fā)展趨勢：n改進(jìn)耗能技術(shù)，提高能源效率；n開發(fā)新興能源（清潔，可再生）；n分散研究到綜合研究。三、能源的分類三、能源的分類 n世界上能源種類很多，分類方法也不少。可以按不同的目的和開發(fā)利用要求，進(jìn)行多種方式的分類。 1. 按能源的生成方式，可以分為一次能源和二次能源。2. 按能源的形成和再生性，可以分為可再生能源和非再生能源。3. 按能源的來源，可以分為來自地球外部天體的能源，來自地球內(nèi)部的能源及來自地球和其它天體相互作用而產(chǎn)生的能量。4. 按能源的儲存狀況，可

3、分為含能體能源和過程性能源。5. 按能源的利用狀況，可以分為常規(guī)能源和新能源。 四、能源與環(huán)境四、能源與環(huán)境 n使用最多的能源是化石燃料n“溫室效應(yīng)”：二氧化碳、甲烷等氣體n“煤煙型”污染：硫的氧化物和顆粒粉塵n節(jié)約能源的必要性：技術(shù)原因（新能源技術(shù)不成熟,不能廣泛使用）；能夠減輕污染n改變能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展清潔可再生能源。五、能源科學(xué)技術(shù)五、能源科學(xué)技術(shù) n能源科學(xué)技術(shù)能源科學(xué)技術(shù)是研究各種能源的開發(fā)、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳輸、分配、貯存、節(jié)能以及綜合利用等方面的理論和技術(shù)。n能源革命 http:/ipd.pps.tv/play_34PNZS.html第第2 2節(jié)節(jié) 太陽能及其利用太陽能及其利用 n地球

4、上除地?zé)崮堋⒑四芡馄渌茉炊紒碓从谔柲?；n優(yōu)點：普遍、無害、長久、巨大；n缺點：不穩(wěn)定、不集中、不易保存。一、太陽和太陽能一、太陽和太陽能二、太陽能的光熱轉(zhuǎn)換二、太陽能的光熱轉(zhuǎn)換 n太陽能的光熱轉(zhuǎn)換是將太陽的輻射能直接轉(zhuǎn)換為熱能，實現(xiàn)這個目的器件叫集熱器。 太陽能房屋集熱器太陽能房屋集熱器三、太陽能的光電轉(zhuǎn)換三、太陽能的光電轉(zhuǎn)換 n太陽能的光電轉(zhuǎn)換是把太陽的太陽能的光電轉(zhuǎn)換是把太陽的輻射能輻射能轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成電電能能的過程，通常叫做的過程，通常叫做“光生伏打效應(yīng)光生伏打效應(yīng)”。 四、太陽能的光化學(xué)轉(zhuǎn)換四、太陽能的光化學(xué)轉(zhuǎn)換 n太陽能的光化學(xué)轉(zhuǎn)換是將太陽的太陽能的光化學(xué)轉(zhuǎn)換是將太陽的輻射能輻射能

5、轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為為化學(xué)能化學(xué)能，實現(xiàn)這個目的主要有兩種方法：，實現(xiàn)這個目的主要有兩種方法：植物的植物的光合作用光合作用和和分解水制氫分解水制氫。 第第3 3節(jié)節(jié) 原子核能及其利用原子核能及其利用 n來自原子核內(nèi)部的能量，我們就叫來自原子核內(nèi)部的能量，我們就叫原子核能原子核能俗稱俗稱核能核能。核能是原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時放。核能是原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時放出的能量。出的能量。n一般指一般指重原子核發(fā)生裂變重原子核發(fā)生裂變和和輕原子核發(fā)生聚變輕原子核發(fā)生聚變時所放出的巨大能量。時所放出的巨大能量。 一、重核的裂變一、重核的裂變 1. 1. 重核裂變重核裂變2. 2. 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)3. 3. 臨界質(zhì)量臨界質(zhì)

6、量(1) (1) 原子彈原子彈n1945年7月16日第一顆原子彈試爆成功n1964年10月16日我國原子彈試爆成功一、重核的裂變一、重核的裂變 4. 4. 重核裂變的應(yīng)用重核裂變的應(yīng)用4. 4. 重核裂變的應(yīng)用重核裂變的應(yīng)用(2) 核電站核電站n 主要組成部分:堆芯;中子反射層;冷卻系統(tǒng);控制系統(tǒng);保護(hù)層。n 1979年美國三里島事故、1986前蘇聯(lián)切爾諾貝利事故一、重核的裂變一、重核的裂變 1991年，我國第一座核電站年，我國第一座核電站秦山核電站發(fā)電試驗成功秦山核電站發(fā)電試驗成功氘氘-氚聚變氚聚變氫原子最容易實現(xiàn)的聚變反應(yīng)是其同位素氘與氚的聚變。氘和氚聚變后，2個原子核結(jié)合成1個氦原子核，

7、并放出1個中子和17.6兆電子伏特能量。每1升海水中含30毫克氘，30毫克氘聚變產(chǎn)生的能量相當(dāng)于300升汽油。二、輕核的聚變二、輕核的聚變 n 兩個或兩個以上的較輕原子核,在超高溫等特定條件下聚合成一個較重的原子核并釋放出巨大的能量.又叫熱核反應(yīng)。各國從原子彈爆炸到氫彈實驗所用時間各國從原子彈爆炸到氫彈實驗所用時間n法國：8年；美國：7年；蘇聯(lián)：10年；中國：2年8個月n1964年10月16日中國爆炸了第一顆原子彈；1967年6月17日，在我國西部地區(qū)成功地爆炸了第一顆氫彈。磁約束裝置磁約束裝置-托卡馬克裝置托卡馬克裝置(Tokamak)托卡馬克裝置托卡馬克裝置托卡馬克是“磁線圈圓環(huán)室”的俄文

8、縮寫，又稱環(huán)流器。這是一個由封閉磁場組成的“容器”，像一個中空的面包圈，可用來約束電離子的等離子體。通過磁力線的作用，氫的同位素等離子體被約束在這個“容器”中運行，發(fā)生高密度的碰撞，也就是聚變反應(yīng)。第第4 4節(jié)節(jié) 水力發(fā)電和風(fēng)能的利用水力發(fā)電和風(fēng)能的利用 16.6%2.1%5.1%76.2%19901990年我國化石燃料和水電能源消耗構(gòu)成示意圖年我國化石燃料和水電能源消耗構(gòu)成示意圖 無論是煤炭、石油還是天然氣，作為不可再生的天然的化石能源，其資源總量是有限的。據(jù)測算，以目前的開采速率，這三種天然一次能源的供應(yīng)，石油還能維持約40年，天然氣(常規(guī))約65年，煤炭250300年。一、水力發(fā)電一、水

9、力發(fā)電原理：原理：上游水的重力勢能轉(zhuǎn)化為水流的動能，水流通過水輪機(jī)時將動能傳遞給水輪機(jī)，水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動將動能轉(zhuǎn)化為電能。二、水力發(fā)電二、水力發(fā)電水力發(fā)電的特點水力發(fā)電的特點 n 可再生性n 可調(diào)節(jié)性n 潔凈性n 綜合利用n 對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動作用n 工程投資大、建設(shè)周期長n 對生態(tài)的作用目前還存在爭議三三峽峽水水庫庫n風(fēng)能是地球表面大量風(fēng)能是地球表面大量空氣運動空氣運動產(chǎn)生的產(chǎn)生的動能動能。是。是一種一種可再生能源可再生能源。二、風(fēng)能的利用二、風(fēng)能的利用各式各樣的風(fēng)車各式各樣的風(fēng)車 n 風(fēng)車風(fēng)車是將不規(guī)則變化的空氣流動所具有的風(fēng)能變?yōu)橛幸?guī)則運動的機(jī)械旋轉(zhuǎn)的動能的裝置。風(fēng)力發(fā)電的原理風(fēng)力發(fā)電

10、的原理 n 最簡單的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可由葉輪和發(fā)電機(jī)兩部分構(gòu)成。n 空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能, 從而推動葉輪旋轉(zhuǎn)。n 如果將葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，就會帶動發(fā)電機(jī)發(fā)出電來。n 現(xiàn)代風(fēng)機(jī)增加了齒輪箱、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。長島縣海上30萬千瓦風(fēng)電場建設(shè)項目第第5 5節(jié)節(jié) 氫能氫能 n點火溫度低，可發(fā)電或動力燃料點火溫度低，可發(fā)電或動力燃料一、氫的一、氫的特點特點：輕、多、高、清潔能源；：輕、多、高、清潔能源；二、氫的二、氫的制備制備：硫化氫制氫、太陽能制氫；：硫化氫制氫、太陽能制氫；三、氫的三、氫的貯存貯存：液氫、吸氫合金；：液氫、吸氫合金；四、氫能的四

11、、氫能的利用利用 ：宇航器、化石燃料替代品。：宇航器、化石燃料替代品?；剂吓c水蒸氣反應(yīng)化石燃料部分氧化生物質(zhì)氣化氫能氫能的的產(chǎn)生產(chǎn)生水水氫能氫能的的利用利用核能光、電分解用于燃料電池釋放電能燃燒放熱硫化氫制氫第第5 5節(jié)節(jié) 氫能氫能 第第6 6節(jié)節(jié) 地?zé)崮芗捌淅玫責(zé)崮芗捌淅?一、地?zé)崮埽阂?、地?zé)崮埽旱厍騼?nèi)部所蘊藏的熱能。地下蒸汽(干蒸汽,濕蒸汽)；熱水層；熱巖層二、地?zé)岬睦茫憾⒌責(zé)岬睦茫喊l(fā)電、供暖、養(yǎng)殖、工業(yè)補(bǔ)水等 第第7 7節(jié)節(jié) 新發(fā)電方式新發(fā)電方式 n熱能熱能直接轉(zhuǎn)換成電能電能，原理是用高溫導(dǎo)電流體高速通過磁場切割磁力線。一、磁流體發(fā)電一、磁流體發(fā)電第第7 7節(jié)節(jié) 新發(fā)電方式

12、新發(fā)電方式 二、燃料電池二、燃料電池化學(xué)能化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成直接轉(zhuǎn)變成電能電能 第第8 8節(jié)節(jié) 生物質(zhì)能及其利用生物質(zhì)能及其利用 一、植物的光合作用二、能源植物 生物質(zhì)能的利用方式生物質(zhì)能的利用方式1、直接燃燒、直接燃燒2、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換3、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換1 1、直接燃燒、直接燃燒注釋:用纖維素（C6H10O5）n代表植物枝葉的主要成分（C6H10O5)n +6n O26n CO2 +5n H2O點燃點燃缺點:（1）生物質(zhì)燃燒過程的生物質(zhì)能的凈轉(zhuǎn)化效率在2040之間。（2）產(chǎn)生環(huán)境污染。2、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換沼氣：利用植物的秸桿、枝葉、雜草等制取沼氣生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料：用含糖類、淀粉（C6H10O5）n較多的農(nóng)作物（如玉米、高粱）為原料，制取乙醇。（C6H10O5)n + nH2OnC6H12O6催化劑催化劑C6H12O62C2H5OH+2CO2催化劑催化劑2 2、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換乙醇汽油的優(yōu)點乙醇汽油的優(yōu)點 乙醇汽油是用90%的普通汽油與10%的燃料乙醇調(diào)和而成。首先，乙醇汽油增加汽油中的含氧量，使燃燒更充分，有效地降低了尾氣中有害物質(zhì)的排放；第二，有效提高汽油的標(biāo)號，使發(fā)動機(jī)運行更平穩(wěn)；第三，可有效消除火花塞、氣門、活塞頂部及排氣管