能源科學技術

第四章

能源科學技術第一頁，共五十六頁。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)電和風能的利用第5節(jié)氫能第6節(jié)地熱能及其利用第7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)能第二頁，共五十六頁。第1節(jié)概述第三頁，共五十六頁。一、能源的概念能源是指能夠提供某種形式能量的資源。它包括提供某種形式能量的物質(zhì)資源和提供某種能量的物質(zhì)運動形式。燃料、風力、水力、太陽能等能源第四頁，共五十六頁。二、能源的發(fā)展能源的發(fā)展：火和自然動力；化石燃料；電能的使用；新興能源的開發(fā)。能源研究發(fā)展趨勢：改進耗能技術，提高能源效率；開發(fā)新興能源（清潔，可再生）；分散研究到綜合研究。第五頁，共五十六頁。三、能源的分類世界上能源種類很多，分類方法也不少?？梢园床煌哪康暮烷_發(fā)利用要求，進行多種方式的分類。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。第六頁，共五十六頁。四、能源與環(huán)境

使用最多的能源是化石燃料“溫室效應”：二氧化碳、甲烷等氣體“煤煙型”污染：硫的氧化物和顆粒粉塵節(jié)約能源的必要性：技術原因（新能源技術不成熟,不能廣泛使用）；能夠減輕污染改變能源結構，發(fā)展清潔可再生能源。思考題：試論述能源與環(huán)境的關系？第七頁，共五十六頁。第八頁，共五十六頁。五、能源科學技術

能源科學技術是研究各種能源的開發(fā)、生產(chǎn)、轉換、傳輸、分配、貯存、節(jié)能以及綜合利用等方面的理論和技術。第九頁，共五十六頁。第2節(jié)太陽能及其利用

第十頁，共五十六頁。地球上除地熱能、核能外其它能源都來源于太陽能；優(yōu)點：普遍、無害、長久、巨大；缺點：不穩(wěn)定、不集中、不易保存。一、太陽和太陽能第十一頁，共五十六頁。第十二頁，共五十六頁。二、太陽能的光熱轉換太陽能的光熱轉換是將太陽的輻射能直接轉換為熱能，實現(xiàn)這個目的器件叫集熱器。第十三頁，共五十六頁。太陽能房屋集熱器第十四頁，共五十六頁。三、太陽能的光電轉換

太陽能的光電轉換是把太陽的輻射能轉化成電能的過程，通常叫做“光生伏打效應”。第十五頁，共五十六頁。第十六頁，共五十六頁。第十七頁，共五十六頁。四、太陽能的光化學轉換

太陽能的光化學轉換是將太陽的輻射能轉化為化學能，實現(xiàn)這個目的主要有兩種方法：植物的光合作用和分解水制氫。第十八頁，共五十六頁。第3節(jié)原子核能及其利用來自原子核內(nèi)部的能量，我們就叫原子核能——俗稱核能。核能是原子核結構發(fā)生變化時放出的能量。一般指重原子核發(fā)生裂變和輕原子核發(fā)生聚變時所放出的巨大能量。第十九頁，共五十六頁。一、重核的裂變1.重核裂變2.鏈式反應3.臨界質(zhì)量第二十頁，共五十六頁。

(1)原子彈1945年7月16日第一顆原子彈試爆成功1964年10月16日我國原子彈試爆成功一、重核的裂變4.重核裂變的應用第二十一頁，共五十六頁。4.重核裂變的應用(2)核電站主要組成部分:堆芯;中子反射層;冷卻系統(tǒng);控制系統(tǒng);保護層。1979年美國三里島事故、1986前蘇聯(lián)切爾諾貝利事故一、重核的裂變第二十二頁，共五十六頁。1991年，我國第一座核電站——秦山核電站發(fā)電試驗成功第二十三頁，共五十六頁。氘-氚聚變

氫原子最容易實現(xiàn)的聚變反應是其同位素氘與氚的聚變。氘和氚聚變后，2個原子核結合成1個氦原子核，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)生的能量相當于300升汽油。二、輕核的聚變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。第二十四頁，共五十六頁。各國從原子彈爆炸到氫彈實驗所用時間法國：8年；美國：7年；蘇聯(lián)：10年；中國：2年8個月1964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。第二十五頁，共五十六頁。磁約束裝置---托卡馬克裝置(Tokamak)托卡馬克裝置

托卡馬克是“磁線圈圓環(huán)室”的俄文縮寫，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。第二十六頁，共五十六頁。第4節(jié)水力發(fā)電和風能的利用

第二十七頁，共五十六頁。16.6%2.1%5.1%76.2%1990年我國化石燃料和水電能源消耗構成示意圖第二十八頁，共五十六頁。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，石油還能維持約40年，天然氣(常規(guī))約65年，煤炭250～300年。第二十九頁，共五十六頁。一、水力發(fā)電原理：上游水的重力勢能轉化為水流的動能，水流通過水輪機時將動能傳遞給水輪機，水輪機帶動發(fā)電機轉動將動能轉化為電能。第三十頁，共五十六頁。二、水力發(fā)電水力發(fā)電的特點可再生性可調(diào)節(jié)性潔凈性綜合利用對經(jīng)濟發(fā)展的帶動作用

工程投資大、建設周期長

對生態(tài)的作用目前還存在爭議第三十一頁，共五十六頁。三峽水庫第三十二頁，共五十六頁。風能是地球表面大量空氣運動產(chǎn)生的動能。是一種可再生能源。二、風能的利用各式各樣的風車

風車是將不規(guī)則變化的空氣流動所具有的風能變?yōu)橛幸?guī)則運動的機械旋轉的動能的裝置。第三十三頁，共五十六頁。風力發(fā)電的原理

最簡單的風力發(fā)電機可由葉輪和發(fā)電機兩部分構成。

空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉換成機械能,從而推動葉輪旋轉。

如果將葉輪的轉軸與發(fā)電機的轉軸相連，就會帶動發(fā)電機發(fā)出電來?，F(xiàn)代風機增加了齒輪箱、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30萬千瓦風電場建設項目

第三十四頁，共五十六頁。第三十五頁，共五十六頁。第5節(jié)氫能

點火溫度低，可發(fā)電或動力燃料一、氫的特點：輕、多、高、清潔能源；二、氫的制備：硫化氫制氫、太陽能制氫；三、氫的貯存：液氫、吸氫合金；四、氫能的利用：宇航器、化石燃料替代品。第三十六頁，共五十六頁?；剂吓c水蒸氣反應化石燃料部分氧化生物質(zhì)氣化氫能的產(chǎn)生水氫能的利用核能光、電分解用于燃料電池釋放電能燃燒放熱硫化氫制氫第5節(jié)氫能

第三十七頁，共五十六頁。第三十八頁，共五十六頁。第6節(jié)地熱能及其利用一、地熱能：地球內(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、地熱的利用：發(fā)電、供暖、養(yǎng)殖、工業(yè)補水等

第三十九頁，共五十六頁。第四十頁，共五十六頁。第7節(jié)新發(fā)電方式熱能直接轉換成電能，原理是用高溫導電流體高速通過磁場切割磁力線。一、磁流體發(fā)電第四十一頁，共五十六頁。第7節(jié)新發(fā)電方式二、燃料電池化學能直接轉變成電能

第四十二頁，共五十六頁。第8節(jié)生物質(zhì)能及其利用一、植物的光合作用二、能源植物第四十三頁，共五十六頁。生物質(zhì)能的利用方式1、直接燃燒2、生物化學轉換3、熱化學轉換第四十四頁，共五十六頁。1、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+6nO26nCO2+5nH2O點燃缺點:（1）生物質(zhì)燃燒過程的生物質(zhì)能的凈轉化效率在20－40％之間。（2）產(chǎn)生環(huán)境污染。第四十五頁，共五十六頁。2、生物化學轉換沼氣：利用植物的秸桿、枝葉、雜草等制取沼氣第四十六頁，共五十六頁。第四十七頁，共五十六頁。生物質(zhì)轉化為液體燃料：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C6H12O62C2H5OH+2CO2↑催化劑2、生物化學轉換第四十八頁，共五十六頁。乙醇汽油的優(yōu)點第四十九頁，共五十六頁。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，有效提高汽油的標號，使發(fā)動機運行更平穩(wěn)；第三，可有效消除火花塞、氣門、活塞頂部及排氣管、消聲器部位的積炭，可以延長主要部件的使用壽命。第五十頁，共五十六頁。3、熱化學轉換復雜的化學反應生物質(zhì)可燃性氣體第五十一頁，共五十六頁。第五十二頁，共五十六頁。是指提高能源效率與煤炭、油氣、水力、核能并舉以解決能源的根本途徑，又稱第五能源重要性：減輕能源和環(huán)境壓力第9節(jié)節(jié)能第五十三頁，共五十六頁。1996年煤炭法1996年礦產(chǎn)資源法1998年節(jié)約能源法2003年清潔生產(chǎn)促進法2005年可再生能源法有關法律第五十四頁，共五十六頁。第五十五頁，共五十六頁。內(nèi)容總結第四章能源科學技術。分散研究到綜合研究。可以按不同的目的和開發(fā)利用要求，進行多種方式的分類。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