化工能源與節(jié)能技術(shù)

化工能源與

節(jié)能技術(shù)化學與材料工程系主要內(nèi)容第一章緒論第二章能源及能源利用現(xiàn)狀第三章節(jié)能的熱力學基礎第四章流體輸送過程設備的節(jié)能第五章傳熱過程的節(jié)能第六章分離過程的節(jié)能第七章制冷與熱泵節(jié)能第八章反應節(jié)能第九章系統(tǒng)節(jié)能第二章能源及能源利用現(xiàn)狀2.1能量與能源2.2能源分類2.3能量轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換設備或系統(tǒng)2.4傳統(tǒng)能源技術(shù)進展2.5可再生能源的開發(fā)2.6蓄能和換能技術(shù)★可再生能源開發(fā)利用情況2.1能量與能源能量——宇宙間一切運動著的物體，都有能量的存在和轉(zhuǎn)化，人類一切活動都與能量及其使用緊密相關(guān)。所謂能量，也就是“產(chǎn)生某種效果（變化）的能力”。反過來說，產(chǎn)生某種效果（變化）必然要伴隨能量的消耗和轉(zhuǎn)換。人類所認識的六種能量形式機械能熱能電能輻射能化學能核能1.機械能包括固體和流體的動能、勢能、彈性能及表面張力能等。動能和勢能統(tǒng)稱為宏觀機械能——人類認識最早的能量。2.熱能構(gòu)成物體的微觀分子運動的動能表現(xiàn)為熱能。它的宏觀表現(xiàn)是溫度的高低，反映了分子運動的強度。地球上最大的熱能資源應為地熱能。3.電能它和電子流動與積累有關(guān)，通常由電池中的化學能轉(zhuǎn)化而來，或通過發(fā)電機由機械能轉(zhuǎn)換得到。反之，電能也可以通過電動機轉(zhuǎn)化為機械能——電做功。在自然界中，還有雷電等電能。4.輻射能即物體以電磁波形式發(fā)射的能量。如太陽能，太陽是最大的輻射源。5.化學能它是物質(zhì)結(jié)構(gòu)能的一種，即原子核外進行化學變化時放出的能量。按化學熱力學定義，物質(zhì)或物系在化學反應過程中以熱能形式釋放的內(nèi)能，稱為化學能。利用最普遍的化學能是燃燒碳和氫。6.核能它是蘊藏在原子核內(nèi)部的物質(zhì)結(jié)構(gòu)能。核反應有兩種：核裂變反應23592U+10n→14456Ba+8956Kr+310n

23592U+10n→14054Xe+9438Sr+210n

ΔH=8.2×1010J/g相當于煤的250萬倍。原子彈工作原理：讓裂變能量不斷積累，最后在瞬間釀成重大的爆炸。核聚變反應21H+31H

→42He

ΔH=5.8×1011J/g，相當煤的1000萬倍。優(yōu)點：A、聚變產(chǎn)物是穩(wěn)定的氦核，無放射性污染，沒有難處理的廢料；B、氘資源豐富，海水中氘：氫＝1.5×10－14。核聚變發(fā)電困難：A、聚變反應需要非常高溫度（109℃如何“點火”？氫彈用一個小的原子彈作引爆裝置，產(chǎn)生瞬間高溫。考慮化學激光）B、如何約束：用什么材料制造反應器？考慮耐火陶瓷。探索21H+63Li→

242He（溫度低些的聚變反應，處于實驗室初探階段）2.2能源分類能源是指人類用來獲取能量的自然資源1.按來源不同可把能源分為三類

（1）來自地球以外天體的能量（包括直接的太陽輻射能外，還包括間接來自太陽能能源，如化石能源、生物能、水能、風能、海洋能等）；（2）地球的本身蘊藏的能量資源（如地熱能等）（3）地球與其他天體相互作用而產(chǎn)生的能量（如潮汐能等）2.按形成條件不同，可把能源分為兩類（1）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、太陽能等）（2）二次能源，在一次能源基礎上加工而成的（如電力、汽油、煤氣、沼氣、氫氣等）3.按能否反復利用，可把能源(一次)分為兩類（1）再生能源（如太陽能、風能、水力等）；（2）非再生能源（煤炭、石油、天然氣等）。4.

按開發(fā)使用的程度不同，可把能源分為兩類

常規(guī)能源，指已被廣泛利用的能源；新能源，指未被廣泛利用、正在研究開發(fā)、有待推廣的能源。（辯證地看）5.按能源本身的性質(zhì)分含能體能源（燃料能源），如石油、煤、天然氣、地熱、氫等，它們可以直接儲存；過程性能源（非燃料能源），它們無法直接儲存，如風能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆發(fā)、雷電、電磁能和一般熱能等。6.按對環(huán)境的污染分清潔能源，即對環(huán)境無污染或污染很小的能源，如太陽能、水能、海洋能等；非清潔能源，即對環(huán)境污染較大的能源，如煤、石油等。2-3能量轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換設備或系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)換廣義地說，能量轉(zhuǎn)換應包含三項內(nèi)容：能量的形態(tài)轉(zhuǎn)換，即通常所謂的能量轉(zhuǎn)換；能量的空間轉(zhuǎn)換，即能量的傳輸；能量的時間轉(zhuǎn)換，即能量的儲存。能量的轉(zhuǎn)換能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)石油、煤炭、天然氣等礦物燃料氫和酒精等二次能源化學能熱能化學能熱能機械能化學能熱能機械能電能化學能電能熱能化學能電能爐子、燃燒器各種熱力發(fā)動機熱機、發(fā)電機，磁流體發(fā)電，EGD發(fā)電（壓電效應）熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電燃料電池能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)水力、風力、潮汐、海流、波浪太陽能機械能機械能機械能機械能電能光能熱能光能熱能機械能電能光能熱能電能光能電能光能化學能光能生物能電磁波電能水車、風車。水輪機——發(fā)電機，波力發(fā)電、風力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海流發(fā)電熱水器，采暖、制冷、光化學反應，太陽灶太陽熱發(fā)動機太陽熱發(fā)電熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池、光化學電池光化學反應（水分解）光合成能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)核能核分裂熱能機械能電能核分裂熱能核分裂熱能電能核分裂電磁能電能核聚變熱能機械能電能電能光（激光）熱能電能熱能聚變核發(fā)電，磁流體發(fā)電核能煉鋼熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池核聚變發(fā)電1.熱能的產(chǎn)生燃料燃燒核能轉(zhuǎn)換太陽能轉(zhuǎn)換地熱電能轉(zhuǎn)換燃燒設備燃燒設備鍋爐工業(yè)爐窯化學能

熱能2.機械能的獲取

熱機轉(zhuǎn)換熱機效率內(nèi)燃機——往復運動熱機燃氣輪機——外燃式熱機蒸汽輪機——將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機械功的熱機燃燒室發(fā)電機燃料空氣廢氣電機轉(zhuǎn)換3.電能的生產(chǎn)機電轉(zhuǎn)換電動機發(fā)電機熱電轉(zhuǎn)換磁流體發(fā)電熱電偶溫差發(fā)電熱電子發(fā)電4.電化學電池燃料電池

燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。用于電動自行車的金屬儲氫裝置2.4傳統(tǒng)能源技術(shù)進展傳統(tǒng)能源主要是化石燃料，按埋藏的能量的數(shù)量的順序分有煤炭類、石油、油頁巖、天然氣和油砂。1.煤的轉(zhuǎn)化潔煤技術(shù)：有兩條途徑，即一是先進燃燒和污染處理，二是氣化和液化煤，將煤轉(zhuǎn)化為含一氧化碳和氫的“合成氣”。（1）煤炭液化——對固體煤炭經(jīng)過化學加工，使它轉(zhuǎn)化為烴類；或把煤氣合成為烴類（或醇類），轉(zhuǎn)為液態(tài)。（2）煤炭氣化——以煤炭作為原料，控制氧化程度，使煤炭轉(zhuǎn)化成為一氧化碳、氫和甲烷等可燃性氣體。

火力發(fā)電生產(chǎn)流程示意圖火電廠外景加壓氣化法城市煤氣生

2.石油的精煉石油經(jīng)過精制后可得到汽油、煤油、柴油和重油。目的1：是從復雜的原油中提取粘度較小的能充分燃燒的烴類。其中辛烷最好，因此汽油常根據(jù)辛烷值來標號。目的2：就是把不好的分子轉(zhuǎn)變?yōu)楹玫姆肿?。如長鏈烷烴容易引起汽缸爆震。精煉方法一般是先根據(jù)不同沸點把不同成分分離開，然后除硫再向高辛烷轉(zhuǎn)變。3.天然氣液化天然氣是埋藏在地層深處的一種富含碳氫化合物的可燃氣體。主要成分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷和其他重質(zhì)氣態(tài)烴類。

天然氣是理想的氣體燃料，但難以長途運輸和妥善貯存。為解決這些問題，把氣態(tài)天然氣變成液態(tài)天然氣。但液態(tài)天然氣的制造成本高，而且不能直接用作燃料，還得使它蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)，增加能耗。為了更經(jīng)濟合理，利用天然氣作原料合成甲醇。甲醇性能穩(wěn)定，象石油一樣能直接當作燃料，使用時不污染環(huán)境，便于運輸和貯存。天然氣熱裂解制乙炔爐

能源系統(tǒng)能源系統(tǒng)指把全社會的能源利用看成一個系統(tǒng)，加以控制和平衡。包括熱電聯(lián)合系統(tǒng)，集中供熱系統(tǒng)，綜合用熱系統(tǒng)，低溫余熱利用系統(tǒng)，總能系統(tǒng)等。如在市中心建立一些集中供熱的工廠，像電廠供電、水廠供水那樣，就可節(jié)省大量燃煤。如這些供熱工廠與電廠聯(lián)合組成熱電廠，既生產(chǎn)電力又生產(chǎn)熱水或蒸氣，燃料利用率會更高。再進一步，可把城市垃圾加工成燃料，支持熱電廠。發(fā)電廠渦輪熱能發(fā)電2.5可再生能源的開發(fā)

在1995年頒布的《電力法》“總則”和明確提出，國家鼓勵和支持利用可再生能源和清潔能源來發(fā)電。1995年，國家計委、國家科委、國家經(jīng)貿(mào)委又根據(jù)上述法律及方針、戰(zhàn)略制定印發(fā)了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要(1996—2010)》，通過計劃組織安排落實。1992年國務院批準的《中國環(huán)境發(fā)展十大對策》中明確提出，要“因地制宜地開發(fā)利用和推廣大陽能、風能、地熱能、生物質(zhì)能等新能源”。中國于1997年頒布了《節(jié)約能源法》，從1978年到2004年中國以年均增長4.8%的能源消費支撐了年均9.4%的經(jīng)濟發(fā)展速度，1990年至2004年中國每萬元GDP能耗下降了45%，中國政府制定了《節(jié)能中長期發(fā)展規(guī)劃》中國全國人大常委會已通過了《可再生能源法》，為我國可再生能源發(fā)展提供法律保證?？稍偕茉吹拈_發(fā)主要是太陽能的開發(fā)。太陽射向地球的總能量為8.0×1013kW。每分鐘射向地球的能量相當于人類一年所耗用的能量。目前太陽能利用轉(zhuǎn)化率約為10％～12％。據(jù)此推算，到2020年全世界能源消費總量大約需要25萬億立升原油，如果用太陽能替代，只需要約97萬平方公里的一塊吸太陽能的“光板”就可實現(xiàn)。1.太陽能太陽能的轉(zhuǎn)換和利用方式有光——熱轉(zhuǎn)換、光——電轉(zhuǎn)換和光——化學轉(zhuǎn)換等。光——熱轉(zhuǎn)換：接收或聚集太陽能使之轉(zhuǎn)換為熱能，然后用于生產(chǎn)和生活的一些方面，是光一熱轉(zhuǎn)換即太陽能光熱利用的基本方式。光——電轉(zhuǎn)換；利用光生伏打效應原理制成的太陽能電池，可將太陽的光能直接轉(zhuǎn)換成為電能，稱為光一電轉(zhuǎn)換，即太陽能光電利用。光——化學轉(zhuǎn)換；光一化學轉(zhuǎn)換目前尚處于研究開發(fā)階段，這種轉(zhuǎn)換技術(shù)包括半導體電極產(chǎn)生電面電解水產(chǎn)生包、利用氫氧化鈣或金屬氫化物熱分解儲能等內(nèi)容。太陽能加熱器太陽能發(fā)電系統(tǒng)

太陽能發(fā)電原理光-電轉(zhuǎn)換光-電轉(zhuǎn)換主要是利用太陽能電池轉(zhuǎn)換。太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應工作薄膜式太陽能電池為主流。平面單晶硅高效電池結(jié)構(gòu)圖按結(jié)晶狀態(tài)分類：結(jié)晶系膜式：單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。非結(jié)晶系膜式按材料可分類：硅薄膜形化合物半導體薄膜形有機薄膜形等。太陽能電池目前太陽能電池效率可達到20％

太陽能電池原理摻入磷原子后，形成P型半導體磷原子硼原子空穴電子發(fā)展方向太陽能建筑、太陽熱水器要形成規(guī)?；a(chǎn)；降低太陽能電池成本，提高光電轉(zhuǎn)換效率；大力推廣應用小功率光伏電源系統(tǒng)；建立分散型和集中型聯(lián)網(wǎng)光伏示范電站。到2010年，太陽能利用總量達到467萬t標準煤。太陽能發(fā)電圖光伏發(fā)電圖青海太陽能發(fā)電圖住宅太陽能發(fā)電系統(tǒng)太陽能發(fā)電家用系統(tǒng)2千瓦美國加洲太陽發(fā)電2.地熱能按目前鉆井技術(shù)可鉆到地下10公里的深度，估計地熱能資源總量相當于世界年能源消費量的400多萬倍。地熱能約為全球煤熱能的1.7億倍。地熱資源有兩種：一種是地下蒸汽或地熱水（溫泉），這種電能已占總發(fā)電量的0.3％。另一種是地下干熱巖體的熱能。1904年，意大利人在拉德瑞羅地熱田建立世界上第一座地熱發(fā)電站，功率為550千瓦，開地熱能利用之先河。其后，意大利的地熱發(fā)電發(fā)展到50多萬千瓦。到80年代末，全世界運行的地熱電站，其發(fā)電功率每年已超過500萬千瓦，1995年達到680萬千瓦，年增16％。中國最著名的地熱電站，是西藏的羊八井地熱電站，裝機容量2.5萬千瓦。地熱發(fā)電系統(tǒng)3.生物質(zhì)能全世界每年通過光合作用固化的太陽能，陸地為1.917×1021J；海洋為9.21×1020J。相當于全世界年耗能量的10倍。一個360萬平方公里的陸地表面，假定太陽能轉(zhuǎn)化率為1％，從理論上講，生產(chǎn)的生物質(zhì)就足以解決全世界的能源需求了。森林能源的直接效益（生產(chǎn)木材）和間接效益的價值之比為1:9。薪炭林薪炭林一般二三年就可砍伐木質(zhì)燃料不含硫，燃燒的剩余物是理想的肥料。開發(fā)森林能源有利于森林更新，提高營林水平，促進木材采運的現(xiàn)代化。發(fā)展森林能源，成本低，依靠現(xiàn)有的人力物力就可辦到，不需要很高的技術(shù)；木材工業(yè)可以利用自身剩余物達到能源自給或部分自給，有利于降低生產(chǎn)成本。石油植物系指那些可以直接生產(chǎn)工業(yè)用“燃料油”，或經(jīng)發(fā)酵加工可生產(chǎn)“燃料油”的植物的總稱。例如，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的大量可直接生產(chǎn)燃料油的植物，主要分布在大戟科，如綠玉樹、三角戟、續(xù)隨子等。這些石油植物能生產(chǎn)低分子量氫化合物，加工后可合成汽油或柴油的代用品。巴西的苦配巴樹，樹液只要稍作加工，便可當作柴油使用，巴西香膠樹化學成分與石油相似。澳大利亞有一種名叫輻射膠的樹，含油率高達4．2％，一噸桉樹可獲取優(yōu)質(zhì)燃料5桶之多。黃鼠草可以提煉“石油”，大約每公頃這樣的野草可提取“石油”l000公斤；若經(jīng)人工雜交種植，每公頃可提煉“石油”6000公斤。風信子可以達到一箭雙雕的目的：不僅可以凈化水源，而且可以得到可燃氣體。巨型海帶具有一種不可思議的成長速率每天可長2英尺（l英尺=0.3048米），在不到5個月的時間內(nèi)，它可以長到200英尺（即60.96米）長！從這種巨型海帶中，可提取大量合成天然氣。燃料乙醇巴西從1975年開始實施“酒精替代計劃”，制定了一系列的經(jīng)濟資助和免稅政策，現(xiàn)在已使溫室氣體排放減少了20％。日本從1983年開始實施燃料乙醇的開發(fā)計劃，重點開發(fā)使用農(nóng)、林廢物等未利用資源來直接發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的技術(shù)。美國從1992年開始鼓勵使用乙醇作新配方汽油的添加劑，歐盟則于1993年要求汽油燃料中摻混5％的乙醇，并建議提高歐洲的燃料乙醇生產(chǎn)量。生物質(zhì)能發(fā)電原理圖示廣州拉圾電廠沼氣發(fā)電原理圖示4.水力能

水力發(fā)電技術(shù)是利用水體不同部位的勢能之差，它跟落差和流量的乘積成正比。目前水力發(fā)電的發(fā)電量占世界能源的7％，據(jù)專家估計，到21世紀將會有較大的發(fā)展。法國、意大利水能資源開發(fā)程度超過90％，美國、加拿大、日本、挪威、瑞士、瑞典、英國等，也達到了40％－60％。而我國已利用的還不到可利用資源的6％。水電優(yōu)點1．水力是可以再生的能源。2．水電用的是不花錢的燃料，大中型水電站一般3－5年就可收回全部投資。3．水電沒有污染，是一種干凈的能源。4．有防洪啟溉、航運、養(yǎng)殖和旅游等綜合效益。5．施工工期也并不長，屬于短期近利工程。6．操作、管理不到火電的三分之一人員。我國的水能我國的水能居世界第一位。理論蘊藏量為6.8億千瓦，其中可開發(fā)的年發(fā)電量為1.9萬億度，相當于大電廠每年消耗7億噸標準煤。我國三峽水電站將安裝26臺單機容量為70萬千瓦的水輪發(fā)電機組，總裝機容量1820萬千瓦，年均發(fā)電量847億度。將成為世界最大的水電站。這個工程從1997年實現(xiàn)大江截流，2003年首批機組發(fā)電，2009年工程全部竣工后，巨大的電能將為國家增加年工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值2000億元，全國平均每人可獲得近200元的產(chǎn)值，這些電能每年可節(jié)約煤炭4000萬噸，5.海洋能

全世界海洋能的理論可再生量超過760億千瓦。其中，海水溫差能約400億千瓦，鹽度差能約300億千瓦，潮汐能大于30億千瓦，波浪能約30億千瓦?，F(xiàn)代海洋能源開發(fā)主要就是指利用海洋能發(fā)電。利用海洋能發(fā)電的方式很多，其中包括波力發(fā)電、潮汐發(fā)電、潮流發(fā)電、海水溫差發(fā)電和海水含鹽濃度差發(fā)電等。潮汐發(fā)電潮汐發(fā)電型式：①單庫單向型，只能在落潮時發(fā)電。②單庫雙向型：在漲、落潮時都能發(fā)電。③雙庫雙向型：可連續(xù)發(fā)電，但未見實際應用。目前世界上最大的潮汐發(fā)電站，是1966年在法國朗斯潮汐電站，裝有24臺104千瓦貫流式水輪發(fā)電機，年均發(fā)電量為5.44億度。1980年建成的江廈潮汐電站是我國第一座雙向潮汐電站，也是目前世界上較大的一座雙向潮汐電站，其總機容量為3200千瓦。法國朗斯潮汐電站外景法國朗斯潮汐電站示意圖有2%的太陽能變成了風能。全世界一年所耗的能量不及風力1年內(nèi)提供的1/100。目前，盡管風能所能提供的電量還不足全球總發(fā)電量的0.l％，但它將會很快成為人類可靠的動力來源之一。美國能源研究與發(fā)展局宣稱，到21世紀初，風力發(fā)電將達200億度，占全國總發(fā)電量的10％左右。6.風能

發(fā)展風力發(fā)電，儲能是關(guān)鍵，因為風是間歇性的。簡單的辦法是用蓄電池。另一種辦法是抽水法。目前，最新型的風輪機每轉(zhuǎn)可發(fā)電300－750千瓦，其體積只有普通火力發(fā)電千分之一。風力發(fā)電獨立系統(tǒng)示意圖發(fā)展前景：小型風力機市場化；加速中大型風力機設計、制造國產(chǎn)化進程；發(fā)展風力發(fā)電控制和管理系統(tǒng)；加強和完善風電場的規(guī)劃選點和勘察設計工作，建設若干個大型風電場。2000年和2010年全國風力發(fā)電裝機容量分別達到30萬—40萬kW和100萬—110萬kw。香港沙洲自動氣象站風力發(fā)電機7.氫能是指氫在發(fā)生化學變化和電化學變化過程中產(chǎn)生的能量；氫作為能源的優(yōu)點是儲量豐富、熱值高和清潔無污染；氫的利用：(1)直接用作燃料（如發(fā)射火箭等）；(2)用作燃料電池（如用于航天飛機）；(3)用作能源轉(zhuǎn)換介質(zhì)（能源中間載體）。氫在周期表中是第1號元素，相對原子量是1.000.在標準狀態(tài)下,它的密度為0.0899g/L,常溫下為無色氣體。1s1其原子核外的電子排布如右圖所示，其核外的電子構(gòu)型為:1氫能優(yōu)點作為能源，氫有以下特點：(1)所有元素中,氫重量最輕當溫度降至-252.7℃時,可變成液體;若將壓力增大到數(shù)百個大氣壓,則液氫就可變?yōu)榻饘贇洹?2)所有氣體中,氫氣的導熱性最好比多數(shù)氣體的導熱系數(shù)高出10倍,因此在能源工業(yè)氫是極好的傳熱載體。(3)氫是自然界存在最普遍的元素水中制得，永無枯竭之虞；據(jù)估計它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75％,除空氣中含有單質(zhì)氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。據(jù)推算，如把海水中的氫全部提取出來，它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有石化燃料放出的熱量還大9000倍。(4)氫本身無毒,燃燒后產(chǎn)物沒有污染產(chǎn)物水無污染，屬“清潔能源”；由于燃燒產(chǎn)物是水蒸氣，不會產(chǎn)生諸如CO、CO2、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環(huán)境有害的污染物質(zhì)，從而也就不會造成酸雨和溫室效應。所以，氫是世界上最清潔的能源之一。燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，循環(huán)使用。(5)熱值高；氫能的燃燒熱值遠高于一次能源除核燃料外，氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,達142.351kJ/kg,是汽油發(fā)熱值的3倍。(6)氫的燃燒性能好點燃速度快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍?，F(xiàn)有汽車、飛機、艦船及其他運載工具，只需簡單改裝即可使用氫燃料。氫能要解決的問題(1)廉價的制氫技術(shù)。理想的氫能源循環(huán)體系：水在太陽能光分解催化劑的作用下分解成氫和氧；氫氣作為燃料電池發(fā)電?，F(xiàn)行太陽能制氫技術(shù)包括：太陽能分解水制氫；太陽能電解水制氫；太陽能光化學分解水制氫；太陽能太陽能光電分解水制氫；模擬植物光合作用分解水；光合微生物制氫。

氫能－氫的制取

隨著化石燃料耗量的不斷增加,其儲量在日益減少,終有一天會枯竭。這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料并儲量豐富的新的含能體能源。氫能正是一種較為理想的新的含能體能源。電廠用制氫設備工業(yè)氫氣凈化設備(2)安全、方便的貯氫技術(shù)。（密度小，不利于貯存）單位體積LaNi5貯氫量達88Kg/m3，高于液氫70.6Kg/m3由于氫易氣化、著火、爆炸，因此如何妥善解決氫能的貯存和運輸問題也就成為開發(fā)氫能的另一個關(guān)鍵。歷史上氫氣熱氣球爆炸事件震驚世界氫能小轎車日本本田德國寶馬1980年我國研制成功第一輛氫能汽車。氫的其它應用氫不但是一種優(yōu)質(zhì)燃料，還是石油化工、化肥和冶金工業(yè)中的重要原料和物料。如:合成氨工業(yè)要用氫;用氫制成燃料電池可直接發(fā)電。采用燃料電池和氫氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,其能量轉(zhuǎn)換效率遠高于現(xiàn)有的火電廠。氫燃燒電池400～500℃150～500atm8.核能技術(shù)由單個質(zhì)子和中子組成原子核時，會出現(xiàn)質(zhì)量虧損：

Δｍ=[Zmp+(A-Z)mn]-m式中為mp質(zhì)子質(zhì)量，mn為中子質(zhì)量。由愛因斯坦的理論得，與質(zhì)量虧損相對應的能量改變?yōu)椋害=Δｍｃ2

稱之為結(jié)合能。

核能技術(shù)就是利用原子的核變化釋放出能量的技術(shù)。對于中等質(zhì)量的原子核，核子的平均結(jié)合能最大。核裂變——重核分裂成輕核的反應。核聚變——輕核聚合成重核的反應。兩種核反應裂變1938年德國的哈恩和奧地利女物理學家梅特納發(fā)現(xiàn)鈾分裂并產(chǎn)生的能量，比相同質(zhì)量的化學反應放出的能量大幾百萬倍以上！約里奧伊麗夫約里奧·居里夫婦及其同事哈爾班等人又發(fā)現(xiàn)鈾核裂變還放出兩、三個中子來。費米提出鏈式反應費米在1934年時，其實就已經(jīng)用實驗完成了原子的裂變，可惜他沒能認識到。哈恩等發(fā)現(xiàn)裂變后，費米就提出原子裂變自持鏈式反應的概念。

1942年12月2日，第一座核反應堆首次實現(xiàn)自持的鏈式反應，宣告人類社會進入了"原子能時代"。

第一顆原子彈于1945年7月在新墨西哥沙漠中引爆第一顆用于戰(zhàn)爭的原子彈，是1945年8月6日投在廣島的原子彈。原子彈的威力比化學炸彈大一百萬到一億倍。第一顆氫彈于1952年在美國在太平洋馬紹爾群島首次爆炸試驗成功，是投到廣島原子彈威力的750倍。

1954年蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站。原子彈原理核燃料存在一個臨界體積。當體積大于此臨界體積時，核反應將得到放大，否則鏈式反應將終止。臨界體積對應的質(zhì)量稱為臨界質(zhì)量。例如鈾的臨界質(zhì)量為30磅，钚的臨界質(zhì)量為5磅。玻爾研究指出，只有提煉出鈾的同位素U235，而且要達到一定的數(shù)量，才能發(fā)生鏈式反應。原子彈第一顆原子彈

在核裂變的過程中會釋放出巨大的能量。1942年，美國政府實施了“曼哈頓”計劃，利用核裂變原理制造了世界上第一座核反應堆和第一顆原子彈?？煽睾朔磻蛔偃f千瓦級的壓水堆核電站，一年僅需補充30噸核燃料，其中僅消耗1噸左右，同樣規(guī)模的熱電廠，要燃原煤250萬噸可控核反應堆堆芯示意圖費米主持設計的第一座核反應堆

高科技時代到來的標志核電站和原子彈是核裂變能的兩大應用，兩者機制上的差異主要在于鏈式反應速度是否受到控制。核反應堆按中子能量可分為：熱中子堆和快中子堆。熱中子堆：中子能量在0.1eV左右。根據(jù)慢化劑和冷卻劑和燃料不同，熱中子堆可分為輕水堆（又分壓水堆和沸水堆）、重水堆和石墨水冷堆?？熘凶佣阎凶幽芰吭?ｅV左右。堆內(nèi)，每個鈾235核裂變所產(chǎn)生的快中子，可以使12至16個鈾238變成钚239。盡管它一邊在消耗核燃料環(huán)239，但一邊又在產(chǎn)生核燃料钚239，生產(chǎn)的比消耗的還要多，具有核燃料的增殖作用，快中子增殖堆幾乎可以百分之百地利用鈾資源，所以各國都在積極開發(fā)，現(xiàn)在全世界已有幾十座中小型快堆在運行。核反應堆控制棒是由硼和鎘等易于吸收中子的材料制成的。如果把控制棒拔出一點，反應堆就開始運轉(zhuǎn)，如果想增加反應堆釋放的能量，只需將控制棒再抽出一點，要停止鏈式反應的進行，將控制棒完全插入核反應中心吸收掉大部分中子即可。世界核電截至2000年底，全世界正在運行的核動力堆共有438座，總裝機容量為351兆千瓦，占所提供的電力的16%。法國核電占總電力的74.6%，比利時56.8%，瑞典39%，日本33.8%，德國30.6%，英國22%，美國20%，中國為1.2%。法國布熱核電站美國帕洛佛第核電站中國大亞灣核電站中國秦山核電站中國的核電建設起步比較晚。21世紀初已有秦山、大亞灣三套核電機組在運行，總裝機容量21萬千瓦，只占全國發(fā)電總量的l%左右。嶺澳核電站：距大亞灣核電站僅1公里，主體工程于1997年5月15日開工建設，2002年5月28日1號機組正式運行，2號機組于2003年1月8日投產(chǎn)運行。總裝機容量2x90萬千瓦。田灣核電站：位于江蘇省連云港市，是根據(jù)中俄兩國政府簽訂的協(xié)議合作建設的大型核電項目。規(guī)劃建設4臺為100萬千瓦壓水堆核電機組。

三門核電站：位于浙江省東部沿海，隸屬臺州市。三門核電項目規(guī)劃建造6臺百萬千瓦級壓水堆核電機組。前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故1986年4月26日前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生的事故，位于蘇聯(lián)大城市基輔以北130公里烏克蘭大森林地帶東部的切爾諾貝利核電站，第四號機組發(fā)生了事故，反應堆猛烈爆炸，大火被撲滅后，撤離了核電站毗鄰地區(qū)及電站周圍30公里地帶的居民。核事故之后前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故發(fā)生后，為制止該電站第4機組廢墟中殘留的核燃料擴散，有關(guān)單位用厚厚的混凝土堆造了一個有復雜通風系統(tǒng)的多層大型建筑物，把第4機組的全部設施埋在其中，這個建筑物成了“石屋”。在距核電站半徑30公里以內(nèi)地區(qū)的動植物基因發(fā)生了巨大變化，30公里以外地區(qū)變化很小。如納羅季奇區(qū)有大約半數(shù)兒童甲狀腺異?；蛄馨拖俜蚀?。成人癌癥患者成倍增加。先天性畸形家畜急劇增加。動植物體積竟變得比平常大3倍以上，以致出現(xiàn)“鼠大如豬?！焙司圩?/p>

核聚變是兩個輕原子核(如氫)聚合成一個較重的核，從而釋放出巨大的能量。

聚變是核裂變平均每個核子放出能量的四倍。海水中氫與氘的原子數(shù)之比約為1:0.00015一克氘經(jīng)聚變放出大約千瓦時的能量1升海水中的氘核聚變放出的能量相當于燃燒300升汽油所放出的能量。地球上所有海水中的氘可供人類使用數(shù)百億年。氫彈氫彈是不可控的熱核反應。1967年6月17日，中國第一顆氫彈爆炸成功方案：高效炸藥+裂變原料+氘化鋰。選氘氚反應，因為d+T反應截面比d+d反應大兩個數(shù)量級T的制備人類的希望——受控熱核反應受控核聚變必須具備以下3個條件：(1)足夠高的點火溫度，需要幾千萬攝氏度甚至幾億攝氏度的高溫；(2)反應裝置中的氣體密度要很低，相當于常溫常壓下氣體密度的幾萬分之一；(3)充分約束，能量的約束時間要超過1秒鐘。等離子體的溫度、密度和熱能約束時間三者乘積稱為“聚變?nèi)胤e”，當它達到1022時，聚變反應輸出的功率等于為驅(qū)動聚變反應而輸入的功率，必須超過這一基本值，聚變反應才能自持進行。

慣性約束慣性約束：激光慣性約束是在直徑為0.4mm的小球內(nèi)充以30-100大氣壓的氘氚混合氣體，用強激光（1012-1014W）均勻照射，使氘氚混合氣體的密度是液體的一千到一萬倍，溫度達到108K（恒星上至少要700萬度）而引發(fā)聚變。其它慣性約束方案：電子束、重離子束慣性約束。磁約束磁約束：是利用強磁場可以很好地約束帶電粒子這個特性，構(gòu)造一個特殊的磁容器（托卡馬克），建成聚變反應堆，在其中將聚變材料加熱至數(shù)億攝氏度高溫，實現(xiàn)聚變反應。二十世紀五十年代初期，前蘇聯(lián)科學家提出托卡馬克的概念。托卡馬克（TOKAMAK）在俄語中是由“環(huán)形”、“真空”、“磁”、“線圈”幾個詞組合而成，美、日、歐等發(fā)達國家的大型常規(guī)托卡馬克在短脈沖（數(shù)秒量級）運行條件下，做出了許多重要成果。等離子體溫度已達4.4億度；脈沖聚變輸出功率超過16兆瓦；Q值（表示輸出功率與輸入功率之比）已超過1.25。這表明：在托卡馬克上產(chǎn)生聚變能的可行性已被證實。受控熱核聚變能研究的一次重大突破，就是將超導技術(shù)成功地應用于產(chǎn)生托卡馬克強磁場的線圈上，建成了超導托卡馬克，使得磁約束位形的連續(xù)穩(wěn)態(tài)運行成為現(xiàn)實。目前，全世界僅有俄、日、法、中四國擁有超導托卡馬克。1987年春，IAEA（國際原子能機構(gòu)）總干事邀請歐共體、日本、美國和加拿大、前蘇聯(lián)的代表在維也納開會，決定四方合作設計建造國際熱核實驗堆（ITER）。這是一個基于托卡馬克方案的項目，估計將產(chǎn)生熱功率150萬千瓦，預計2010年建成，計劃投資達80億美元。未來發(fā)展計劃包括一座原型聚變堆，在2025年前投入運行。如果ITER獲得成功，下一個目標是建造一座示范核聚變堆，并在2040年前投入運行。2050年以后有望開發(fā)商用核聚變堆。目前增益因子Q值已超過了1.25。激光器輸出功率已達100萬億瓦，足夠點燃核聚變之用。然而美國于1998年7月宣布退出國際熱核實驗反應堆計劃。日本卻加大了投資。核聚變能夢想將面臨一個“無法預知的未來”。廣東陽江核電站9.其它

----------海水鹽差發(fā)電用一層多孔質(zhì)隔膜置江河入?？谔帲叢迦腚姌O，由于滲透壓力差而產(chǎn)生電動勢。技術(shù)關(guān)鍵：多孔質(zhì)隔膜如何能將淡水和海水隔開而又形成滲透壓磁流體發(fā)電示意圖2.6蓄能和換能技術(shù)

電的蓄能技術(shù)大致分三類：一是直接儲存電磁能，如：超導線圈蓄能系統(tǒng)，就屬于這一類；二是把電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存，如鉛電池、鈉硫電池、鋅氯電池等；三是把電能轉(zhuǎn)化為機械能儲存，如制造壓縮空氣，在用電高峰時讓它推動渦輪機發(fā)電。還有"抽水蓄能"技術(shù)，利用多余電力驅(qū)動水泵，把河里的水抽到高處的水池或水庫中。(1)顯熱蓄能技術(shù)：利用比熱容較大的物質(zhì)，在物質(zhì)形態(tài)不變的情況下，隨著溫度的變化，吸收或放出熱量來蓄能?，F(xiàn)在應用最廣泛的就是冷、熱水蓄能技術(shù)。(2)潛熱蓄能技術(shù)：是利用物質(zhì)相變時需要吸收或放出熱量的特性來儲存或釋放能量，包括冰蓄冷技術(shù)和共晶鹽蓄能技術(shù)。(3)熱化學蓄能技術(shù)：在一定的溫度范圍內(nèi)某些物質(zhì)吸熱或放熱時，會產(chǎn)生某種熱化學反應。利用這一原理構(gòu)成的蓄冷技術(shù)稱之為熱化學蓄能技術(shù)。1.電池

電池是一種將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。（1）原電池：指電池放電時，活性物質(zhì)不斷地被消耗，到一定程度電池便停止工作.（2）蓄電池：又稱二次電池，電池放電后通過充電方法使活性物質(zhì)復原而供再次放電的電池。（3）貯備電池：貯備期間，活性物質(zhì)不與電解質(zhì)直接接觸，使用時注入電解液或電解質(zhì)熔化。（4）燃料電池：電池供電時，活性物質(zhì)輸入電池能連續(xù)工作。電池不同的分類碳鋅干電池普通鋅錳干電池結(jié)構(gòu)簡圖鋅錳電池原理負極鋅原子放出電子，成為離子Zn2+，正極處氨離子得到電子成為氨氣和氫。二氧化錳起去極化作用，去除析出的氫。2NH4++2e=2NH3+2[H]2[H]+MnO2=Mn2O3+H2OZn2++4NH3=[Zn（NH3）4]2+

2Zn+4NH4Cl+2MnO2=[Zn（NH3）4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O負極：鋅筒Zn－2e=Zn2+正極：蓋有銅帽的碳棒總反應：負極反應

Zn+4OH--2e→ZnO22-+2H2O正極反應

MnO2+H2O+2e→MnO+2OH-總反應

Zn+MnO2+2OH-→ZnO22-+MnO+H2O壽命長，容量大，內(nèi)阻小2.蓄電池蓄電池是1859年由普蘭特(Plante)發(fā)明的，至今已有一百多年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后，在化學電源中一直占有絕對優(yōu)勢。這是因為其價格低廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點。1975年，GatesRutter公司發(fā)明VRLA的電池，成為當今主要使用的蓄電池。蓄電池原理把A、B兩塊鉛板插入硫酸溶液中，鉛于硫酸作用的結(jié)果，使A、B兩塊鉛板上形成硫酸鉛，溶液中也被硫酸鉛飽和，這是還沒有電勢，給蓄電池充電時，在兩極上發(fā)生的化學反應如下：A;PbSO4+2H2O-2e-→PbO2+H2SO4+2H+;B:PbSO4+2e-→Pb+SO42-;充電后，A板上的PbO2成為正極，B板上Pb成為負極。放電時兩極發(fā)生的反應如下：正極：PbO2+H2SO4+2H+-2e-→PbSO4+2H2O-2e-;負極：Pb+SO42-→PbSO4+2e-;汽車電池鈕扣電池負極反應Zn+2OH--2e→Zn(OH)2正極反應Ag2O+H2O+2e→2Ag+2OH-總反應

Zn+Ag2O+H2O→Zn(OH)2+2Ag隔膜一般采用聚乙烯接樹脂3.氫燃料電池

燃料電池工作時無噪聲、無塵埃、無輻射、不污染環(huán)境，是一種清潔的能源。燃料電池的另一個特點是可以長時間連續(xù)工作，只要燃料供應不斷，電池能持續(xù)不斷向負載輸出電能。供電功率比一般電池大得多。

燃料電池的基本組成：電極、電解質(zhì)、燃料和氧化劑。燃料電池的電極為多孔結(jié)構(gòu)，由具有電化學催化活性的物質(zhì)制成，它是電化學反應的載體和電流的傳導體。電解質(zhì)可以是固態(tài)或液態(tài)，液態(tài)電解質(zhì)可以是水溶液或熔融的離子晶體。燃料電池原理

復習思考題1.什么是能源？它有哪幾種分類方法？2.太陽能有幾種利用方式？試舉例說明。3.什么是核能？它分為哪兩類？它有哪些主要用途？4.什么是海洋能和生物質(zhì)能？5.氫能源有哪些主要優(yōu)點和用途？《化妝品術(shù)語》起草情況匯報中國疾病預防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標準的立項和下達時間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標委會都要建立自己的術(shù)語標準。1ONE二、標準經(jīng)費標準研制經(jīng)費：3.8萬三、標準的立項意義術(shù)語標準有利于行業(yè)間技術(shù)交流、提高標準一致性、消除貿(mào)易誤差，作為標準體系中的基礎標準，術(shù)語標準在各個領域的標準體系中均起著重要的作用。隨著我國化妝品衛(wèi)生標準體系建設逐步加快，所涉及的術(shù)語和定義的數(shù)量也在迅速增長，在此情形下，化妝品術(shù)語標準的制定就顯得尤為重要。四、標準的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細則》中關(guān)于化妝品的定義。2.協(xié)調(diào)性直接引用或修改采用的方式，與相關(guān)標準中的術(shù)語和定義相協(xié)調(diào)。3.科學性對于沒有國標或定義不統(tǒng)一的術(shù)語，在定義時體現(xiàn)科學性的原則。4.實用性在標準體系中出現(xiàn)頻率較