綠色能源a課件

1、綠 色 化 學(xué)Green Chemistry編者 沈玉龍 魏利濱 曹文華 琚行松等中國環(huán)境科學(xué)出版社第八章 綠 色 能 源 人 類 面 臨 的 空 前 挑 戰(zhàn)能源健康可持續(xù) 發(fā)展社會安定Challenge!環(huán)境污染綠色能源清潔能源狹義 可再生能源如水能、生物能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽?。這些能源消耗之后可以恢復(fù)補(bǔ)充，很少產(chǎn)生污染。廣義 包括在能源的生產(chǎn)及消費(fèi)過程中，選用對生態(tài)環(huán)境低污染或無污染的能源，如天然氣、潔凈煤和核能等。 “能源革命”是以綠色能源利用為目的，包括用新能源和可再生能源逐步代替資源有限、對環(huán)境產(chǎn)生污染的化石能源。 國際能源機(jī)構(gòu)的研究資料表明，到2020年新的可再生能源（即

2、不包括傳統(tǒng)生物質(zhì)能和大水電）將占全球能源消耗的20，可再生能源總的比例將達(dá)到30。到21世紀(jì)的后半葉，可再生能源在整個能源系統(tǒng)構(gòu)成中的比重將達(dá)到50。能源：人類發(fā)展的驅(qū)動力 化石燃料資源能源：來自煤、石油、天然氣能源使用固體廢物生物質(zhì)能太陽能不可再生可再生能源熱風(fēng)熱能光合作用分子熱 在現(xiàn)代文明的今天，汽車已經(jīng)成為人類不可缺少的交通運(yùn)輸工具。自從1886年第一輛汽車誕生以來，它給人們的生活和工作帶來了極大的便利，也已經(jīng)發(fā)展成為近現(xiàn)代物質(zhì)文明的支柱之一。 但是,我們也應(yīng)該看到，在汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展、汽車產(chǎn)量和保有量不斷增加的同時，汽車也帶來了大氣污染，即汽車尾氣污染。洛杉磯光化學(xué)煙霧3：機(jī)動車尾氣污

3、染對人類健康的危害 一氧化碳會阻礙人體的血液吸收和氧氣輸送，影響人體造血機(jī)能，隨時可能誘發(fā)心絞痛、冠心病等疾病。碳?xì)浠衔飼纬啥拘院軓?qiáng)的光化學(xué)煙霧，傷害人體，并會產(chǎn)生致癌物質(zhì)。產(chǎn)生的白色煙霧對家畜、水果及橡膠制品和建筑物均有損壞。氮氧化合物使人中毒比一氧化碳還強(qiáng)，它損壞人的眼睛和肺，并形成光化學(xué)煙霧，是產(chǎn)生酸雨的主要物質(zhì)，可使植物由綠色變?yōu)楹稚敝链竺娣e死亡。9/25/20224：鉛的危害 鉛在廢氣中呈微粒狀態(tài)，隨風(fēng)擴(kuò)散。城市居民吸進(jìn)入人體后，主要分布于肝、腎、脾、膽、腦中，以肝、腎中的濃度最高。幾周后，鉛由以上組織轉(zhuǎn)移到骨骼，以不溶性磷酸鉛形式沉積下來。人體內(nèi)約9095的鉛積存于骨骼中，只

4、有少量鉛存在于肝、脾等臟器中。骨中的鉛一般較穩(wěn)定，當(dāng)食物中缺鈣或有感染、外傷、飲酒、服用酸堿類藥物而破壞了酸堿平衡時，鉛便由骨中轉(zhuǎn)移到血液，引起鉛中毒的癥狀。鉛中毒的癥狀表現(xiàn)很廣泛，如頭暈、頭痛、失眠、多夢、記憶力減退、乏力、食欲不振、上腹脹滿、暖氣、惡心、腹瀉、便秘、貧血、周圍神經(jīng)炎等；重癥中毒者有明顯的肝臟損害，會出現(xiàn)黃疸、肝臟腫大、肝功能異常等癥狀。9/25/20221. 降低揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）排放2. 減少毒性空氣污染物（Toxics）排放3. 苯、1.3丁二烯、甲醛、乙醛、多環(huán)有機(jī)物 4. 減少氮氧化物（NOX）的排放5. 減少顆粒物（PM2.5、PM10）排放 6. 提高尾氣催

5、化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化效率和使用壽命 8.1.1 清潔汽油一、清潔汽油的目標(biāo)二、汽油組成對排放的影響1.降低硫含量，可顯著減少SOx排放，有限度減少NOx、CO、HC和有毒物排放；2.降低芳烴含量，可明顯減少尾氣中有毒物質(zhì)排放；3.降低烯烴，可明顯降低同臭氧結(jié)合的傾向；4.加入含氧化合物，可提高抗爆性，使燃燒完全，降低CO、HC排放，但對NOx、有毒物排放影響不顯著。三、清潔汽油的一般特性 盡可能低的苯含量 較低的蒸汽壓 盡可能低的硫含量 較少的芳烴 較少的烯烴 較低的終餾點(diǎn) 添加含氧化合物 足夠量的汽油清凈劑石油分餾產(chǎn)品及用途示意圖（減壓分餾）重油 凡士林 液態(tài)烴和固態(tài)烴的混合物；石 蠟 (含C20C

6、30的烴)瀝 青 (含C30C40的烴)注意：減壓分餾是利用外界壓強(qiáng)越大，物質(zhì)的沸點(diǎn)越高的原理，降低分餾塔里的壓強(qiáng)，使重油在低溫下能充分分餾，防止重油在高溫下炭化結(jié)焦。（常壓分餾）原油分餾塔 石油氣 (含C4以下烴) 汽油 (含C5C12的烴) 煤油(含C12C16 的烴)柴油(含C15C18的烴)重油(含C20以上的烴) 潤滑油 (含C16C20的烴)（直餾汽油）石油的煉制催化裂化及脫硫技術(shù)汽油調(diào)和組分中的烯烴的主要來源是催化裂化汽油，因此降低汽油的烯烴含量主要是降低催化裂化汽油的烯烴含量。催化裂化采用新的催化劑后，可降低催化裂化汽油中系統(tǒng)812。且汽油辛烷值不損失。 催化裂化汽油硫含量較高

7、，常規(guī)催化裂化汽油加氫脫硫技術(shù)所得的汽油辛烷值降低很多。催化蒸餾加氫脫硫技術(shù)其硫含量可降低95以上，而抗爆指數(shù)只損失1.0個單位。催化重整技術(shù)“重整”是指對烴類分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新排列，“催化重整”就是利用催化劑對烴類分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新排列。催化重整是石油加工過程中重要的二次加工手段，它旨在生產(chǎn)高辛烷值汽油、或者苯、甲苯以及二甲苯等化工原料，并副產(chǎn)大量氫氣。催化重整過程中的化學(xué)反應(yīng)： 六元環(huán)的脫氫反應(yīng)； 烷基化技術(shù)烷基化主要是烷烴與烯烴的加成反應(yīng)，即烷烴中的活潑氫原子被烯烴取代。烷基化油的特點(diǎn)是靈敏度好，蒸氣壓低，不含芳烴和烯烴。今后烷基化的研究方向是將烷基化的原料從碳四擴(kuò)大到碳三和碳五烯烴以增產(chǎn)這

8、一清酒汽油理想組分。烷烴異構(gòu)化技術(shù)異構(gòu)化是指將輕質(zhì)正構(gòu)烷烴轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的異構(gòu)烴的過程。由于具有分支結(jié)構(gòu)的烷烴辛烷值高、抗爆性能好，故異構(gòu)化是生產(chǎn)高辛烷值汽油組分的重要方法之一。碳五、碳六烷烴異構(gòu)化采用含鉑的無定型催化劑，其一次通過操作時產(chǎn)物的研究法辛烷值為85，循環(huán)操作時可達(dá)90。今后此項技術(shù)的研究方向是將原料擴(kuò)大到碳七烷烴。8.1.3 天然氣及液化石油氣天然氣、液化石油氣是常用的工業(yè)及民用燃料，也可以作為汽車代用燃料，天然氣主要成分為甲烷，純度較高，含甲烷80，其它烷烴約占15。液化石油氣主要成分是丙烷、丙稀、丁烷、丁烯等化合物。8.1.4 二甲醚二甲醚也是一種較理想的汽車代用燃料。同等溫度下

9、，二甲醚的飽和蒸氣壓低于液化氣，極易壓縮液化，儲存運(yùn)輸比液化石油氣更安全。二甲醚燃燒性能好，熱效率高，燃燒過程重?zé)o殘留、無黑煙，CO、NOX排量低，是公認(rèn)的清潔能源。替代柴油發(fā)動機(jī)的燃料二甲醚十六烷值大于55，是柴油發(fā)動機(jī)理想的替代燃料。使用二甲醚僅需對原柴油機(jī)的燃油系統(tǒng)稍作改進(jìn)即可應(yīng)用。不用任何廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和廢氣處理裝置，氮氧化物就能大幅度降低，由于燃燒充分，黑煙微粒的排放也大幅度降低。 二甲醚作為城市燃?xì)獾目尚行?燃燒性 二甲醚含有cH鍵，具有可燃性。其自燃溫度比LPG低，易著火，可作為燃料。另外，二甲醚的燃燒溫度高，并可實現(xiàn)無煙燃燒。 氣化性 二甲醚沸點(diǎn)為一249，I臨界壓力為5441

10、 MPa，I臨界溫度為12675。二甲醚在常溫常壓下是氣態(tài)，壓縮后可成為液體。二甲醚的氣化潛熱為468 kJkg，而LPG的氣化潛熱為4260 kJkg，二甲醚與LPG一樣易氣化。另外，0時二甲醚的飽和蒸氣壓高于LPG，使其更利于氣化舊0。二甲醚在常溫常壓下是一種無色可燃?xì)怏w，具有輕微的醚香味，在空氣中長期暴露不會形成過氧化物。 二甲醚作為城市燃?xì)獾目尚行?儲運(yùn)與輸配 儲運(yùn)性 由于二甲醚的臨界溫度(12675)較高，較易液化，液化后較易儲運(yùn)。經(jīng)分析，可用LPG槽車、儲罐和鋼瓶等儲運(yùn)二甲醚。 管道輸配 二甲醚的沸點(diǎn)(一249)較低，容易氣化。在常溫常壓下為氣態(tài)，可采用管道輸送。二甲醚在管道輸送中

11、應(yīng)考慮溫度和壓力的影響，否則管道中的二甲醚會液化。如在一10下，管道中二甲醚的絕對壓力應(yīng)控制在0182 MPa以下。二甲醚管網(wǎng)的輸送壓力不能過高，供應(yīng)區(qū)域范圍不能太大。 二甲醚作為城市燃?xì)獾目尚行?安全性 a危險性。二甲醚爆炸下限比LPG的爆炸下限高，所以其危險性比LPG小。 b毒性。一般二甲醚的毒性很低，但達(dá)到一定濃度時，具有刺激性和麻醉性。人在30 min內(nèi)吸入二甲醚質(zhì)量濃度為15424 gm的空氣，會被輕度麻醉。高濃度的二甲醚在醫(yī)學(xué)上可作為麻醉劑。 c腐蝕性。二甲醚能溶于水、甲醇和乙醇等溶劑，可作為制冷劑。有關(guān)資料顯示，二甲醚不會腐蝕金焉，司嘞傳統(tǒng)管耪儲運(yùn)。結(jié)論 二甲醚替代LPG作為城市

12、燃?xì)猓诩夹g(shù)上是可行的。 二甲醚在城市管道燃?xì)鈶?yīng)用中，應(yīng)考慮溫度和壓力的影響，供應(yīng)的區(qū)域范圍受到一定限制。 二甲醚燃燒物理化學(xué)機(jī)理及其燃燒產(chǎn)物的毒性程度還有待進(jìn)一步研究。 二甲醚作為城市燃?xì)獾目尚行?二甲醚的生產(chǎn)甲醇脫水工藝合成氣直接合成工藝 將水煤氣變換反應(yīng)、合成甲醇反應(yīng)、甲醇脫水反應(yīng)等散步反應(yīng)合為一步。甲醇脫水法生產(chǎn)二甲醚工藝8.2 燃料電池燃料電池是將所供燃料的化學(xué)能直接變換為電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，是通過連續(xù)供給燃料從而能連續(xù)獲得電力的發(fā)電裝置。由于其具有發(fā)電效率高，適應(yīng)多種燃料和環(huán)境特性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來已在積極地進(jìn)行開發(fā)。如果使H2、CO、CH4等燃料的氧化還原反應(yīng)在電池裝置中發(fā)生，

13、在負(fù)極通入H2，正極通入O2，電極反應(yīng)如下： 燃料電池的重要意義是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能。最好的電廠也只能將燃料燃燒熱的3040轉(zhuǎn)換成電能，剩余部分消耗在空氣和水體中。而燃料電池由于電流直接發(fā)生，則可以不受熱機(jī)效率的限制，理論效率可達(dá)100，實用的燃料電池效率現(xiàn)已達(dá)75。故燃料電池是一種理想的、高效率的能源裝置，同時也極大地減少由電力產(chǎn)生帶來的污染。直接甲烷燃料電池的原理：陽極陰極燃料在陽極氧化 氧化劑在陰極還原 高效環(huán)境友好安靜可靠性高燃料電池的優(yōu)缺點(diǎn)A 在瞬時的大功率需求下性能有限B 燃料電池成本昂貴C 燃料電池?zé)峁芾砣剂想姵氐膬?yōu)勢:燃料電池存在的問題燃料電池分類、特點(diǎn)（1）堿性燃料電池

14、采用氫氧化鉀溶液作為電解液。電解液效率很高，但對影響純度的雜質(zhì)，如二氧化碳很敏感，且采用貴金屬作催化劑，價格昂貴。電解質(zhì)的腐蝕嚴(yán)重，壽命較短。（2）質(zhì)子交換膜燃料電池 采用專門合成的極薄的質(zhì)子交換膜作為其電解質(zhì)，用鉑作催化劑。目前通用的是全氟磺酸型質(zhì)子交換膜。這種電池具有啟動快、耐腐蝕，能量密度大，壽命長，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。是理想的可移動電源，是電動汽車、潛艇、航天器等移動工具電源的理想選擇之一。（3）磷酸燃料電池 200高溫下的磷酸作為電解質(zhì)。這種電池發(fā)電效率高、清潔、噪音小，很適合用于分散式的中小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。（4）熔融碳酸鹽燃料電池 采用熔融碳酸鹽作為工作電解質(zhì)，工作溫度高，以CO為燃?xì)?/p>

15、，可采用豐富的煤炭作為原料，該電池效率高，但電解液對電極腐蝕嚴(yán)重，適宜建設(shè)區(qū)域性分散電站（5）固體氧化物燃料電池 采用的是固體氧化物作為電解質(zhì)，工作溫度約為1000。不腐蝕電極材料，電池壽命長，可使用煤氣、天然氣作為燃料，發(fā)電效率很高，適宜建設(shè)大中型固定電站。氫作為化學(xué)能的載能體，和大氣中的氧燃燒或反應(yīng)后，只生成水氫是一種清潔的能量載體；氫能和電能一樣，沒有直接的資源蘊(yùn)藏，都需要從別的一次能源轉(zhuǎn)化得到，所以，氫能是一種二次能源氫能是取之不盡用之不竭的潔凈能源8.3 氫能氫氣是最清潔的燃料氫的原料是豐富的水，氫可由多種一次能量制出故沒有資源的限制氫的燃燒生成物是水，不污染環(huán)境與長年累月生成的化石

16、燃料不同，氫來自水燃燒后又回歸于水，不影響地球上的物質(zhì)循環(huán)與電力儲藏困難相反，氫能儲藏相對容易氫能作為取代石油的液體燃料，可用于汽車燃料，飛機(jī)燃料等氫能可由燃料電池直接用來發(fā)電氫與儲氫材料之間的可逆反應(yīng)具有能量轉(zhuǎn)換功能。故可廣泛用于電池等氫可廣泛用作化工等的原料 科學(xué)家認(rèn)為，氫能在二十一世紀(jì)能源舞臺上將成為一種舉足輕重的能源 燃料電池系統(tǒng)是氫能利用的最佳方案 和新技術(shù)平臺氫能的實用化，尚待解決以下技術(shù)難題：廉價的制氫技術(shù)基礎(chǔ)安全可靠的貯氫和輸氫方法關(guān)鍵高效率地轉(zhuǎn)換氫能的技術(shù)開發(fā)將氫能用于社會各行各業(yè)的技術(shù)開發(fā) 氫燃料電池汽車是氫能應(yīng)用的主要途徑和最佳表現(xiàn)形式氫能經(jīng)濟(jì)為何遲遲未能全面啟動？8.4

17、 潔凈煤技術(shù)潔凈煤技術(shù) (Clean Coal Technology) 針對燃煤對環(huán)境造成污染提出的技術(shù)對策，旨在減少污染和提高效率的煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)化和污染控制新技術(shù)的總稱。(1)煤炭洗選技術(shù) 洗選是除去或減少原煤中所含的硫分、灰分等雜質(zhì)，并按不同用戶對煤質(zhì)的不同要求實行對路供應(yīng)。選煤技術(shù)分物理法、化學(xué)法和微生物法三種，目前在我國廣泛采用的是物理選煤法。通過煤炭的洗滌也可以將其中的硫分部分去除，我國現(xiàn)在的洗煤能力只達(dá)到總煤炭產(chǎn)量的20%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。(2)水煤漿技術(shù) 水煤漿技術(shù)是70年代發(fā)展起來的一種以煤代油的新型燃料。它是把灰分很低而揮發(fā)分很高的煤研磨成微細(xì)的煤粉，然后按煤水合

18、理的比例，加入分散劑和穩(wěn)定劑配置而成，可以像液體燃料一樣進(jìn)行儲存、運(yùn)輸和燃燒。生產(chǎn)水煤漿的原煤，其灰分一般小于8%，硫分小于5%，因此燃燒時煙塵和SO2排放都遠(yuǎn)低于燒原煤。什么是水煤漿70左右的煤粉30的水1添加劑 一般只能用優(yōu)質(zhì)煙煤 優(yōu)點(diǎn)主要有：通過洗選煤可降灰3040；通過洗選煤可降硫30；燃燒溫度低150度左右可降NOx排放3040可以像油一樣運(yùn)輸燃油鍋爐可以很少改動進(jìn)行燃油可以方便地作為氣化燃料水煤漿不能解決的問題灰塵的污染仍然存在與煤粉爐相比經(jīng)濟(jì)性尚不可比SO2污染不能徹底解決(3)型煤加工技術(shù) 型煤加工是用煤粉或低品味煤制成具有一定強(qiáng)度和形狀的煤制品。型煤的固硫率一般在50%左右，

19、并可節(jié)煤和減少煙塵排放。煤炭轉(zhuǎn)換技術(shù)煤的干餾：指在缺氧條件下的加熱作用煤的氣化 將煤（或焦炭）進(jìn)行加熱氣化，并與水蒸汽和空氣（或氧）等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成以氫、一氧化碳或甲烷等為主的混合煤氣。 煤的地下氣化將處于地下的煤炭直接進(jìn)行有控制的燃燒,通過對煤的熱作用及化學(xué)作用而產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過程.地下氣化是在未經(jīng)開采的煤層中進(jìn)行,通過從地面鉆進(jìn)的一批特定鉆孔,吧氣化介質(zhì)送進(jìn)煤層,使煤炭在地下進(jìn)行有控制的燃燒,通過對煤的熱作用及化學(xué)作用而產(chǎn)生可燃?xì)怏w,生成的煤氣從另一批特定鉆孔引出.煤的液化 液化煤，也叫做人造石油。煤和石油的差別是煤中的氫元素比石油低得多。因此，只要增加煤中的氫元素，煤就變成類似于石油

20、的液體燃料了。煤的直接液化工藝流程簡圖 煤間接液化工藝流程簡圖煤間接液化前景燃煤磁流體發(fā)電技術(shù) 燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)-亦稱為等離子體發(fā)電，就是磁流體發(fā)電的典型應(yīng)用，燃燒煤而得到的2.6106以上的高溫等離子氣體并以高速流過強(qiáng)磁場時，氣體中的電子受磁力作用，沿著與磁力線垂直的方向流向電極，發(fā)出直流電，經(jīng)直流逆變?yōu)榻涣魉腿虢涣麟娋W(wǎng)。 8.5 太陽能太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量。1、地球每天接收的太陽能，相當(dāng)于整個世界一年所消耗的總能量的200倍。太陽每秒發(fā)出的能量就大約相當(dāng)于1.3億億噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時所釋放出的全部熱量。2、包括風(fēng)能、海洋能等，都是太陽能的子孫、都是太陽能轉(zhuǎn)換

21、而成。3、即使礦物燃料，也是通過生物的化石形式保存下來的億萬年以前的太陽能。 太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生清潔能源。太陽能電池是太陽能利用的重要途徑之一清潔能源 -太陽能 太陽能的直接利用大致有三種形式： (1) 光電轉(zhuǎn)換 利用太陽能電池可將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能，用半導(dǎo)體材料制成的光電池已進(jìn)入實用階級。如單晶硅電池、多晶硅電池、硫化鎘電池、砷化鋅電池等。我國1971年發(fā)射的第二顆人造衛(wèi)星上已開始使用太陽能電池，高效砷化鎵電池已在1990年發(fā)射的風(fēng)云一號氣象衛(wèi)星上使用。較常用的是硅電池，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)13%-17%。在宇宙空間的效率可更高。 照射在沙漠上的太陽能十分豐富，如果利用照射在撒哈

22、拉沙漠太陽能的1%，就可獲得比現(xiàn)在全世界能耗大得多的能量。 (2) 光熱轉(zhuǎn)換 昆明幾乎家家都用的太陽能熱水器就是直接利用太陽的輻射能量的光-熱轉(zhuǎn)換裝置。裝置又可分為平板式和聚光式兩種。太陽能熱水器的集熱器是平板式的，用水作為傳熱的介質(zhì)。太陽灶和太陽能高溫爐是拋物面型反射聚光式的，利用拋物面反射鏡使聚焦處得到較高溫度。為提高光-熱轉(zhuǎn)換效率，在集熱器表面涂上涂層。 (3) 光化學(xué)轉(zhuǎn)換 光化學(xué)電池是利用光照引起化學(xué)反應(yīng)，使電解液內(nèi)形成電流而供電的電池。利用太陽能分解水制氫也是較理想的方法，因為氫是一種無污染的高效能源。 另外植物的光合作用對太陽能的利用率極高，采用仿生技術(shù)，模擬光合作用一直是科學(xué)家追

23、求的目標(biāo)，一旦對光合作用的模擬成功，就可使人造糧食，人造燃料獲成功。 人們還設(shè)想，建立“宇宙太陽能站”收集陽光。宇宙太陽能站，按一定軌道運(yùn)轉(zhuǎn)，太陽能通過光電池轉(zhuǎn)換為電能，用微波發(fā)生器把電能轉(zhuǎn)換為微波，以集束的形式把微波發(fā)回地面接收站，地面再將微波轉(zhuǎn)為電能。清潔能源-太陽能太陽能應(yīng)用技術(shù) 太陽能供熱系統(tǒng) 太陽能建筑 熱電系統(tǒng) 聚光式光伏發(fā)電系統(tǒng) 非聚光式光伏發(fā)電系統(tǒng) 太陽能電池各類太陽能電池的制造方法及研究狀況種類材料太陽能單電池效率太陽能電池模塊效率主要制備方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)硅系太陽能電池單晶硅1524%1320%表面結(jié)構(gòu)化發(fā)射區(qū)鈍化分區(qū)摻雜效率最高技術(shù)成熟工藝繁瑣成本高多晶硅1017%1015%化

24、學(xué)氣相沉積法液相外延法濺射沉積法無效率衰退問題成本遠(yuǎn)低于單晶硅效率低于單晶硅非晶硅813%510%反應(yīng)濺射法PECVD法LPCVD法成本較低轉(zhuǎn)換效率較高穩(wěn)定性不高種類材料 單電池效率模塊效率主要制備方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)多元化合物薄膜太陽能電池砷化鎵19 32%2330%MOVPE和LPE技術(shù)效率較高成本較單晶硅低易于規(guī)模生產(chǎn)原材料鎘有劇毒碲化鎘1015%710%銅銦硒1012%810%真空蒸鍍法和硒化法價格低廉性能良好工藝簡單原材料來源比較有限納米晶化學(xué)太陽能電池811%8%溶膠凝膠法水熱反應(yīng)濺射法成本低廉工藝簡單性能穩(wěn)定聚合物多層修飾電極型太陽能電池35%處于研發(fā)當(dāng)中易制作材料廣泛成本低壽命短太陽能

25、電池的應(yīng)用屋頂太陽能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)太陽能交通指示系統(tǒng)太陽能電池庭院燈太陽能電池玩具太陽能電池魚缸韓國的風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電互補(bǔ)系統(tǒng)太陽能電池廁所（徐家匯太平洋百貨店前）將來的太陽能車太陽能建材一體化零能住宅太陽能利用的缺點(diǎn)：受地域及天氣影響較大由于太陽能分散、密度低，發(fā)電裝置會占去較大的面積光電轉(zhuǎn)化效率低致使發(fā)電成本較傳統(tǒng)方式偏高8.6 風(fēng)能我國風(fēng)能資源量約為16億kW，可開發(fā)利用的風(fēng)能資源約2.53億kW風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式，能量巨大，但能量密度低 風(fēng)能受地形自然能源的限制 風(fēng)能的特點(diǎn)和天氣的影響很大，并且還有季節(jié)性變化和逐日逐時變化。 清潔能源-風(fēng)能風(fēng)電的優(yōu)越性可歸納為下面五點(diǎn)：風(fēng)力發(fā)

26、電是一種干凈的自然能源，沒有常規(guī)能源（如煤電，油電）與核電會造成環(huán)境污染的問題。 風(fēng)電技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，可用率已達(dá)95%以上，已是一種安全可靠的能源風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性日益提高，發(fā)電成本已接近煤電，低于油電與核電，若計算煤電的環(huán)境保護(hù)與交通運(yùn)輸?shù)拈g接投資，則風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性將優(yōu)于煤電。 風(fēng)力發(fā)電場建設(shè)工期短，單臺機(jī)組安裝僅需幾周，從土建、安裝到投產(chǎn)，只需半年至一年時間，是煤電、核電無可比擬的。 投資規(guī)模靈活，有多少錢裝多少機(jī)。風(fēng)能的利用技術(shù) 大中型風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，已經(jīng)成為世界風(fēng)能利用的主要形式在許多風(fēng)能資源豐富地區(qū)，風(fēng)電已經(jīng)接近與常規(guī)能源競爭的能力。 清潔能源-風(fēng)能 現(xiàn)在的風(fēng)力資源在世界各地

27、已被廣泛利用，例如位于廣東省東部南澳縣，臺灣海峽喇叭口西南端，風(fēng)力資源十分豐富。根據(jù)17年風(fēng)速資料整理表明，南澳風(fēng)電場年平均風(fēng)速達(dá)8.54米/秒，年發(fā)電時數(shù)超過7000小時，有效風(fēng)能密度達(dá)1011瓦/平方米。南澳縣風(fēng)能開發(fā)總公司自1989年成立以來，先后八期從瑞典、丹麥引進(jìn)安裝了74臺中大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，安裝了5臺國產(chǎn)風(fēng)力機(jī)和國內(nèi)首臺350KW立軸式風(fēng)力機(jī)，總裝機(jī)容量達(dá)26930千瓦，年發(fā)電達(dá)7500萬千瓦時，創(chuàng)值約4900萬元。 8.7清潔能源-地?zé)崮艿責(zé)崮?指在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)和地質(zhì)環(huán)境條件下，地殼內(nèi)能夠科學(xué)、合理地開發(fā)出來的巖石中的熱能量和地?zé)崃黧w中的熱能量及其伴生的有用組分。 地?zé)豳Y源溫度分

28、級溫度分級溫度t界限主要用途高溫t150發(fā)電、烘干中溫90t150工業(yè)利用、烘干、發(fā)電、制冷熱水60t90采暖、工藝流程溫?zé)崴?0t60醫(yī)療、洗浴、溫室溫水25t40農(nóng)業(yè)灌溉、養(yǎng)殖、土壤加工 除有可能利用某些溫和的火山發(fā)電外，利用的地?zé)嶂饕绞绞堑責(zé)岚l(fā)電、地?zé)岵膳?溫泉是最直接的利用地?zé)岬姆椒?。地?zé)岚l(fā)電原理與火力發(fā)電類似，只是地?zé)岚l(fā)電時，蒸汽的能量來自地?zé)幔@就避免了使用煤炭帶來的一系列問題。我國最大的地?zé)岚l(fā)電站是西藏的羊八井地?zé)犭娬?。清潔能?地?zé)崮艿責(zé)崂眉夹g(shù)地?zé)崴茉?，占總利用量?/3以上次是地?zé)崴B(yǎng)殖和種植約占20%地?zé)岵膳s占13%地?zé)崮芄I(yè)利用約占2% 但是隨著開發(fā)規(guī)模的日益擴(kuò)

29、大也帶來了新問題。一是大量開采地下水帶來的地質(zhì)問題，二是在地?zé)峁S的廢水中，鹽和礦物質(zhì)的含量十分高，地?zé)峋谐：a(chǎn)生有害氣體（如硫化氫）。什么是生物質(zhì)能 生物質(zhì)是指由光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體。光合作用即利用空氣中的二氧化碳和土壤中的水將吸收的太陽能轉(zhuǎn)換為碳水化合物和氧氣的過程， 太陽能 水+二氧化碳 有機(jī)體+氧 植物 8.8 生物質(zhì)能 生物能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用。 生物質(zhì)資源1、農(nóng)作物廢棄物2、林業(yè)廢棄物3、畜禽糞便4、工業(yè)固體廢棄物 （1）農(nóng)作物谷殼 （2）造紙廠廢棄物 （3）木材廠廢棄物 （4）其他相

30、關(guān)的工業(yè)生物質(zhì)廢棄物 （5）城市固體廢棄物生物質(zhì)的利用方式直接燃燒生物質(zhì)來產(chǎn)生熱能、蒸汽或電能。 利用能源作物生產(chǎn)液體燃料。目前具有發(fā)展?jié)摿Φ?能源作物，包括：快速成長作物樹木、糖與淀粉作 物（供制造乙醇）等等 生物質(zhì)（熱解）氣化后用于電力生產(chǎn)，如集成式生 物質(zhì)氣化器和噴氣式蒸汽燃?xì)廨啓C(jī)（BIG/STIG）聯(lián) 合發(fā)電裝置。對農(nóng)業(yè)廢棄物、糞便、污水或城市固體廢物等進(jìn)行 厭氧消化，以生產(chǎn)沼氣和避免用錯誤的方法處置這 些物質(zhì)，以免引起環(huán)境危害。 利用生物質(zhì)的意義作為可持續(xù)再生能源改善能源結(jié)構(gòu)合理利用垃圾從而改善環(huán)境吸收二氧化碳從而緩解溫室效應(yīng)生物質(zhì)能的特點(diǎn)： 1、生物質(zhì)資源的大量性和普遍性 每年植物

31、光合作用固定的碳21011t，含能量達(dá)31021J，相當(dāng)于全世界每年耗能量的10倍。2、生物質(zhì)能是一種理想的可再生資源3、生物質(zhì)能的清潔性生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的技術(shù)路線 一、沼氣的利用 沼氣的能源、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益 能源效益：據(jù)測算，建造一個8立方米的沼氣池 一年可產(chǎn)沼氣370440立方米,能解決35口人 的農(nóng)戶一年的生活燃料，每年可節(jié)約薪柴1.5t或 節(jié)煤1000kg，節(jié)電100kWh左右。 經(jīng)濟(jì)效益：一個8m3的沼氣池每年可為20畝耕地 提供肥料，每畝節(jié)約農(nóng)藥、化肥支出100多元， 施用沼肥后的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量增加、品質(zhì)提高。南方 推廣“豬沼果”能源生態(tài)模式，戶均年增收 3000元；北方推廣“四位一體”能

32、源生態(tài)模式， 戶均增收4000元以上 沼液、沼渣沼氣照明做飯沼氣燈提高棚溫增施氣肥豬蔬菜沼氣池糞便殘葉大棚門沼氣做飯沼氣照明沼氣工程沼氣工程沼氣工程厭氧消化器二、燃料乙醇1、什么是燃料乙醇？燃料乙醇是未加變性劑、可作為燃料用的無水乙醇(無水酒精)。2、燃料乙醇為什么要變性后才能加入汽油中使用？燃料乙醇專門用于生產(chǎn)汽車燃料，享受國家政策性補(bǔ)貼，而食用酒精不享有國家補(bǔ)貼。為了嚴(yán)格控制燃料乙醇不流入食用酒精市場，因此必須將燃料乙醇變性后，使其不能飲用。3、什么是車用乙醇汽油？ 我國車用乙醇汽油是指在汽油組分油中按體積混合比加入10的變性燃料乙醇后作為汽油車燃料用的汽油。專業(yè)定義：在不添加含氧化合物的

33、液體烴中加入一定量變性燃料乙醇后用作點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)的燃料，變性燃料乙醇加入量為10，簡稱為E10。4、什么是變性劑，其作用如何？變性劑是添加到燃料乙醇中使其不能飲用，只用于汽油發(fā)動機(jī)汽車用的無鉛汽油。 5、什么是變性燃料乙醇？ 變性燃料乙醇是指加入25(v/v)的變性劑(即車用無鉛汽油)后,使其與食用酒精相區(qū)別而不能飲用的燃料乙醇。6、食用酒精與無水乙醇有什么不同？ 在食用酒精生產(chǎn)中水和乙醇在蒸餾時產(chǎn)生共沸，因此食用酒精中最多含有95.5%(m/m)的乙醇，并對雜醇含量進(jìn)行控制。而無水乙醇是采用其它方法將水含量脫到0.5%(v/v)以下的乙醇，對雜醇含量控制不嚴(yán)。 7、什么是車用乙醇汽油調(diào)合組分

34、油？ 車用乙醇汽油調(diào)合組分是指由煉油廠或石油化工廠生產(chǎn)出的車用汽油半成品 (不添加含氧化合物的液體烴類)，主要作為不同牌號車用乙醇汽油的調(diào)合組分。8、使用車用乙醇汽油，汽車是否需要改動？ 試驗結(jié)果表明，使用含變性燃料乙醇10.0%(v/v)的車用乙醇汽油，在用車不需要特別改動。三、生物柴油生物柴油：是以油料作物（如油菜子、大豆）、野生油料植物（如黃連木、麻瘋樹）和工程微藻等為原料通過酯交換工藝制成甲酯或乙酯燃料。生物柴油來自所有含油的植物和動物油脂，專家認(rèn)為，生物柴油是優(yōu)質(zhì)石油最有前途的替代品。與傳統(tǒng)的柴油相比，生物柴油使用時的燃燒更加充分，同時也更加安全，便于儲存。 在同樣情況下，使用生物柴

35、油可以節(jié)油1530，溫室效應(yīng)氣體排放可減少45左右。 生物柴油的特點(diǎn)減少汽車尾氣中SOx和顆粒物排放整個過程少排放CO2，減少溫室效應(yīng) 本身無毒、無害，能自行分解回歸自然具有一定的潤滑性，從而延長機(jī)動車的壽命燃燒熱值稍低，傾點(diǎn)較高，影響低溫啟動 生物柴油的生產(chǎn)方法目前生物柴油主要是用化學(xué)法生產(chǎn)，采用酸、堿催化油脂與甲醇之間的轉(zhuǎn)酯反應(yīng)，而生成脂肪酸甲酯。反應(yīng)時間短，成本低。但在反應(yīng)過程中使用過量的甲醇，而使后處理過程變得較為繁雜。能耗高；色澤深，在高溫下容易變質(zhì)；酯化產(chǎn)物難于回收；生產(chǎn)過程有廢堿液排放生物柴油的生產(chǎn)方法 新方法：生物酶法，在有機(jī)介質(zhì)中，脂肪酶可以催化油脂與小分子醇類的酯交換反應(yīng)，

36、生成小分子的酯類混合物。條件溫和，醇用量小、無污染排放。缺點(diǎn)：對甲醇及乙醇的轉(zhuǎn)化率低，一般僅為40%60%，酶的使用壽命短。副產(chǎn)物甘油和水難于回收，不但對產(chǎn)物形成抑制，而且甘油對固定化酶有毒性，使固定化酶使用壽命短。從生物質(zhì)到生物柴油生物柴油生產(chǎn)裝備生物柴油在國外已經(jīng)銷售使用目前歐共體年產(chǎn)生物柴油70萬噸，2003年規(guī)劃達(dá)到230萬噸，2010年達(dá)到830萬噸。德國生物柴油的年產(chǎn)量已達(dá)40萬噸，已有700多個加油站銷售生物柴油。法國許多石油柴油中已調(diào)配有生物柴油，哥本哈根、里斯本等歐洲城市的公共汽車已經(jīng)使用生物柴油 美國30萬噸/年，日本40萬噸/年生物柴油生產(chǎn)能力我國發(fā)展生物柴油的意義、問題

37、及對策優(yōu)點(diǎn):有利于增產(chǎn)柴油、調(diào)整柴汽比減少原油進(jìn)口，多一條運(yùn)輸能源安全保障的途徑多一條農(nóng)林業(yè)增產(chǎn)、增收途徑缺點(diǎn)是植物油成本高，難與石油柴油競爭對策：政府支持與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合（農(nóng)業(yè)加工工業(yè)）種植低成本油料作物 改進(jìn)工藝，利用副產(chǎn)品（甘油、潤滑劑、清潔溶劑等）降低成本8.9 核 能一、核能 在原子核發(fā)生變化時放出的能量叫做核能. 二、獲得核能的途徑獲得核能的兩條途徑是： （1）裂變（2）聚變(1)裂變科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)用中子轟擊鈾235時，鈾核會分裂成大小差不多的兩部分，這種現(xiàn)象叫做裂變.1kg鈾中的鈾核如果全部發(fā)生裂變，釋放出的能量大約相當(dāng)于2500t的標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所放出能量.核反應(yīng)堆 為便于和平利用核能，必須控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，使核能緩慢而又平穩(wěn)地釋放出來.為此，人們制成了一種專門裝置核反應(yīng)堆. 核反應(yīng)堆能緩慢、平穩(wěn)地釋放核能. (和平利用核能核電) 核燃料235U，雖然存在于天然鈾中但含量僅為0.72%, 其余都是與中子反應(yīng)概率很小的238U, 用235U作核燃料要對天然鈾進(jìn)行濃縮。但由于235U與238U原子在大