新能源技術課件

新能源技術制作者：孫彬彬宋丹丹1精選課件開發(fā)新能源：新能源是近幾十年來人類采用新技術開發(fā)的可再生能源。新能源的開發(fā)和利用將從根本上解決能源問題。如：原子核能、太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質能和氫能等。新能源的開發(fā)和利用，雖短期成本較高，長期將占優(yōu)勢，能大量節(jié)省能源，大幅減少污染，提高人民生活的質量，獲得顯著的經濟和環(huán)保效益。新能源能再生，對環(huán)境影響小，但對開發(fā)的技術要求高。2精選課件美國：風能首當其沖

日本：太陽能鋪就新能源路英國：風能核能并舉丹麥：靠風“驅動”的國家芬蘭：生物能源獨辟蹊徑冰島：利用地熱不再依賴石油挪威：借風發(fā)展“氫經濟”世界各國的新能源開發(fā)及利用情況3精選課件可開發(fā)的新能源種類一、原子核能二、太陽能三、風能四、氫能五、海洋能六、地熱能七、生物質能4精選課件一、原子核能1、原子核能原子核能是原子核結構發(fā)生變化時釋放出的能量，習慣上稱作核能或原子能。原子核的變化過程有兩種：一種是自發(fā)的變化過程，叫放射性銳變。地球上由放射性銳變釋放的原子核能在地球內部可以轉變?yōu)榈責?。另一種是人工制造的變化過程，叫核反應。核反應是原子核與原子核或原子核與基本粒子相互作用時釋放的能量的過程。核反應有兩種：一是核裂變反應，是重元素的原子核發(fā)生分裂的反應。二是核聚變反應，是氫元素的原子核發(fā)生聚合的反應。這兩種反應所釋放出來的巨大能量在原子彈爆炸和氫彈爆炸中得到了證明。

5精選課件2、原子核能的利用（1）原子彈原子彈中的核燃料是高濃縮鈾（濃度達93%）或钚。將彈殼內鈾塊（或钚塊）分成各自低于臨界質量的兩部分，但總質量超過臨界質量。原子彈爆炸時，首先引爆裝在鈾燃料外部的普通TNT炸藥層，其沖擊力會把兩塊鈾235壓聚在一起，超過臨界質量的鈾塊立即會產生雪崩似的鏈式反應，即發(fā)生核爆炸。（原理圖）（2）核電站核電站是利用原子核裂變反應放出的核能來發(fā)電的裝置。核電站主要由兩部分組成。一部分是反應裝置及冷卻裝置，其核心為一個反應堆，是維持和控制核裂變反應的裝置，在內部實現(xiàn)核能轉換為為熱能。釋放出的熱能由一回路系統(tǒng)冷卻劑帶出，用以產生蒸汽。整個閉路系統(tǒng)被稱為核蒸汽供應系統(tǒng)，也叫核島，相當于常規(guī)火電廠的鍋爐系統(tǒng)。另一部分由蒸汽驅動汽輪發(fā)電機組進行發(fā)電的二回系統(tǒng)，與常規(guī)火電廠的汽輪機發(fā)電機系統(tǒng)基本相同，也稱作常規(guī)島。（原理圖）

6精選課件3、原子核能的價值1千克鈾235的原子核所釋放出來的熱量，大約相當于2800噸（2800000千克）標準煤燃燒時所放出的熱量。建造一座發(fā)電量為100萬千瓦的電站，如果是核電站，每年需要補充的核燃料為30噸，六輛解放牌載重汽車就可運進。如果是燒煤的火力電站，每年要消耗300多萬噸煤。運輸這些煤炭，平均每天要開三列火車，每列火車掛40節(jié)車皮；或是每天要開一艘萬噸級的輪船。核電廠每年要用掉80噸的核燃料，只要2支標準貨柜就可以運載。如果換成燃煤，需要515萬噸，每天要用20噸的大卡車運705車才夠。如果使用天然氣，需要143萬噸，相當于每天燒掉20萬桶家用瓦斯。換算起來，剛好接近全臺灣692萬戶的瓦斯用量。7精選課件4、核能發(fā)電簡史核能發(fā)電的歷史與動力堆的發(fā)展歷史密切相關。動力堆的發(fā)展最初是出于軍事需要。1954年，蘇聯(lián)建成世界上第一座裝機容量為5兆瓦（電）的核電站。英、美等國也相繼建成各種類型的核電站。到1960年，有5個國家建成20座核電站，裝機容量1279兆瓦（電）。由于核濃縮技術的發(fā)展，到1966年，核能發(fā)電的成本已低于火力發(fā)電的成本。核能發(fā)電真正邁入實用階段。1978年全世界22個國家和地區(qū)正在運行的30兆瓦（電）以上的核電站反應堆已達200多座，總裝機容量已達107776兆瓦（電）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能發(fā)電的進展更快。到1991年，全世界近30個國家和地區(qū)建成的核電機組為423套，總容量為3.275億千瓦，其發(fā)電量占全世界總發(fā)電量的約16%。世界上第一座核電站—蘇聯(lián)奧布靈斯克核電站。中國大陸的核電起步較晚，80年代才動工興建核電站。中國自行設計建造的30萬千瓦（電）秦山核電站在1991年底投入運行。大亞灣核電站于1987年開工，于1994年全部并網發(fā)電。8精選課件鏈式裂變反應9精選課件原子彈爆炸10精選課件核能發(fā)電原理核能發(fā)電示意圖11精選課件核能發(fā)電1954年蘇聯(lián)建成了世界上第一座核電站——奧布靈斯克核電站12精選課件核能發(fā)電英國的原子能發(fā)電站蘇聯(lián)的核能燈塔13精選課件核能發(fā)電秦山核電站14精選課件核能發(fā)電大亞灣核電站15精選課件5、我國核能發(fā)展趨勢中國國家發(fā)展改革委員會正在制定中國核電發(fā)展民用工業(yè)規(guī)劃，準備到2020年中國電力總裝機容量預計為9億千瓦時，核電的比重將占電力總容量的4%，即是中國核電在2020年時將為3600-4000萬千瓦。也就是說，到2020年中國將建成40座相當于大亞灣那樣的百萬千瓦級的核電站。

16精選課件二、太陽能1、太陽能在人類利用的能源中，太陽能是最重要的。各種草木燃料能、化石燃料能、風能、水能、海洋流能、海洋溫差等歸根結底也是來源于太陽的輻射能。太陽能是一種巨大且對環(huán)境無污染的能源。太陽能中只有大約二十二億分之一輻射到地球，其中30%被大氣層反射掉，23%被大氣層吸收掉，但是每秒鐘輻射到地面的總能量有8.0×1013kW，相當于目前全世界發(fā)電總量的8萬倍。對太陽能的利用，有間接利用與直接利用兩種。間接利用是利用由太陽能轉化的其他能量，如生物質能、化石能、風能、水能、海洋能等。人類對太陽能的開發(fā)時直接利用太陽能，主要有：光熱轉換、光電轉換和光化學轉換。17精選課件（1）光熱轉換技術光－熱轉換技術是將太陽輻射的能量通過各種集熱部件轉變成熱能后被直接利用。我國戰(zhàn)國時期就已使用凹面鏡聚集太陽能去點火。1837年英國人赫胥黎首次使用太陽灶燒飯，1875年出現(xiàn)了太陽能熱水器。光－熱轉換可分為低溫（100℃～300℃）與高溫（300℃以上）兩種。低溫的用于工業(yè)用熱、制冷、空調、烹調等，高溫的用于發(fā)電、材料高溫處理等。太陽能集熱器以空氣或液體（水或防凍液）為傳熱介質。吸熱方式可以是直接吸收太陽輻射能，也可以是太陽光經會聚后集中照射。分為平板式和聚光式。全世界使用民用光熱轉換技術最多是以色列和約旦，他們屋頂?shù)奶柲苄顭崞骺商峁?5%～65%的家用熱水?，F(xiàn)在美國也興建了100多萬個集熱器采暖系統(tǒng)和25萬個依靠冷熱空氣自然流動的被動式太陽能住宅。

18精選課件光電轉換技術是利用光電效應把太陽輻直接轉換成電能，使用的是太陽能電池。太陽能電池有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、硫化鎘電池、磷化銦電池、砷化鋅電池砷化鎵電池和有機半導體電池等。硅太陽電池已成為人造衛(wèi)星、宇宙飛船和星際空間站等宇宙飛船器的主要能源之一。1958年美國“先鋒”號人造地球衛(wèi)星、1971年我國制造的“東方紅”號人造衛(wèi)星上，都安裝了太陽能電池。我國自行研制的高效砷化鎵太陽能電池也已經在第二顆“風云”1號氣象衛(wèi)星上正常使用。太陽能電池還可以用來驅動很多交通工具，如太陽能汽車、太陽能飛機、太陽能船、太陽能自行車等。太陽能電池還可以用來發(fā)電。美國、德國已經研制成功地面太陽能電池發(fā)電站（又稱光伏發(fā)電站）并投入使用。（2）光電轉換技術19精選課件光化學轉換是光與物質相互作用引起化學反應的過程。綠色植物的光合作用就是光化學轉換的過程。人類可以控制的光化學轉換方法是采用光化學電池。光化學電池是利用光照射半導體和電解液界面，在電解液內形成電流，并使水電離直接產生氫和氧的電池，這里所生成的氫和氧的光化學過程實質上是“光－電－化學”過程，而不是直接的光－化學過程。

（3）光化學轉換技術20精選課件地球每小時從太陽獲得的太陽能量有6.1×1020焦，這比目前全世界在一年內能源生產的總量還多，可見太陽能有多么巨大。根據科學家推算，太陽像現(xiàn)在這樣不停地向外輻射能量，還可以維持50億年以上，對于人類來說，太陽能可以說是一種取之不盡，用之不竭的永久性能源。2、太陽能的價值21精選課件太陽灶航天器太陽能熱水器太陽能發(fā)電裝置太陽能的應用22精選課件太陽能的應用太陽能計算器23精選課件太陽能的應用太陽能手提燈24精選課件太陽能的應用太陽能汽車25精選課件太陽能的應用太陽能發(fā)電站26精選課件三、風能1、風能：風能是指空氣的動能。2、風能的形成：地球表面接受太陽輻射能的不同，使各地大氣溫度不同，造成大氣密度和氣壓的差別從而形成風。所以風能是由太陽輻射能轉化過來的。3、風能的應用：風力發(fā)電：建風力發(fā)電站

風帆助航：風帆的使用

風力提水：風車的使用

風力致熱：風力機的使用27精選課件4、風能的開發(fā)價值：風能是地球上無所不在、永不枯竭的能源。地球上近地層風能總儲量約為1.3×1012kW,但目前開發(fā)利用的只是極少的一部分。據估計，全世界每年燃燒所獲得的能量不及風力1年內提供的能量的1/1000。我國風能儲量估計為1.6×109kW，在世界上排位第三，可開發(fā)利用的約為1/10。可以有效利用的風速范圍為3m/s～20m/s。風能與其他能源相比，具有明顯的優(yōu)勢，蘊量大、分布廣、可再生、無污染。風能作為新能源有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，特別是對于沿海島嶼、邊遠地區(qū)、草原牧場以及遠離電網的農村、邊疆，作為解決生產和生活能源的一種可靠途徑，有著十分重要的意義。28精選課件風能的應用風力發(fā)電29精選課件風能的應用澳大利亞風力發(fā)電30精選課件風能的應用31精選課件四、氫能1、氫能氫能是指氫在發(fā)生化學變化和電化學學變化過程中產生的能量。2、獲得氫的主要方法（1）電解法（2）熱化學法（3）光電化學法（4）重整法

32精選課件3、氫能的利用（1）直接燃料氫氣目前主要用作火箭的高能燃料。此外還可用作飛機、汽車的燃料。（2）燃料電池的燃料燃料電池是一種把燃料的化學能直接變成電能的裝置。氫燃料電池以氫為燃料，通過氫、氧燃燒反應產生電能。一種10kW～20kW的堿性H2-O2燃料電池已成功用于航天飛機。（3）能源轉換介質（能源中間載體）氫與很多金屬或合金的的氧化反應都是可逆的，而且反應過程中伴隨著熱能、機械能和化學能的轉換。（4）作為發(fā)電燃料通過燃料電池或燃氣-蒸汽渦輪發(fā)電裝置發(fā)電。（5）作為家用燃料如燃氫的家用熱水器、取暖器和炊灶等。

33精選課件氫動3號4、氫能的開發(fā)價值氫氣熱值高，燃燒產物是水，完全無污染。而且制氫原料主要也是水，取之不盡，用之不竭。所以氫能是前景廣闊的清潔燃料。34精選課件氫能燃料火箭35精選課件1、海洋能海洋能是蘊藏在海洋中的可再生能源。海洋占地球面積的71%，卻集中了地球上97%的水量。太陽到達地球的能量，大部分落在海洋的上空中和海水中，部分轉化為各種形式海洋能。海洋能是潮汐能、波浪能、溫差能、鹽差能、潮流能和海流能等不同的能源形態(tài)。其中，溫差能是熱能，潮汐、波浪、海流都是機械能，海水鹽度差是化學能。這些能量以潮汐、波浪、溫度差、海流等形式存在于海洋之中。海洋能技術是將海洋能轉換成電能或機械能的技術。五、海洋能36精選課件海洋能可以再生，且取之不盡，用之不竭，不會造成環(huán)境污染，還可通過綜合利用（如潮汐發(fā)電可利用水庫發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)）降低成本。在海洋能中，目前有效開發(fā)利用的是潮汐能。世界上大規(guī)模利用海洋能開始于1968年法國建立的朗斯潮汐電站，此電站裝有24臺功率相同的機組，總裝機24萬千瓦。加拿大芬地灣潮汐電站裝機462萬千瓦，單機和總容量最大。日本1250kW容量的波浪能發(fā)電裝置和美國的50kW溫差發(fā)電裝置都已通過實驗。目前國際海洋能的開發(fā)正朝著深層次、大型化和商品化方向發(fā)展。海洋能主要被轉變成電能加以利用，有潮汐發(fā)電、海流發(fā)電、海浪發(fā)電、溫差發(fā)電。2、海洋能的利用37精選課件（1）潮汐能潮汐能是由于地球和月球、太陽相互作用產生的能量。潮汐能成因示意圖38精選課件潮汐能量與潮差大小和潮量成正比，海洋潮汐以24小時50分鐘為一周期，一周期內有高潮和低潮。潮差在我國沿海最大可達7m～8m，利用潮汐能的最普遍形式是潮水漲落發(fā)電。據估計，全世界的潮汐能源有1.0×109kW，如能充分利用，每年可發(fā)電1.24×108kW·h。潮汐發(fā)電分為兩種形式：一種是潮流直接沖擊水輪機，利用潮流動能發(fā)電；另一種是建造潮汐水庫，在潮差比較大的海灣或河口處構筑攔潮蓄能大壩，形成水庫，并在堤壩內裝上水輪發(fā)電機組。利用漲、落潮位差，把潮汐位能轉化為動能，推動水輪發(fā)電機組發(fā)電。潮汐水庫電站的實際應用更為廣泛。

39精選課件潮汐電站有單庫單項式、單庫雙向式和雙庫雙向式三種。①單庫單向式只建一座水庫，水輪發(fā)電機組僅在海水落潮時單方向推動水輪機發(fā)電。②單庫雙向式也是只建一座水庫，安裝的水輪機葉輪可正反兩個方向運轉，漲潮落潮均可發(fā)電。③雙庫單向式是通過建三道壩，分隔出兩座彼此相通的水庫，單向水輪機安裝在兩座水庫分隔壩的底部。其中一個水庫安裝進水閘，漲潮時放海水入庫，另一座水庫安裝泄水閘，落潮時向外放水，兩水庫始終存在著水位差，從而達到連續(xù)發(fā)電的目的。40精選課件世界主要潮汐電站41精選課件漲潮時退潮時潮汐電站工作原理42精選課件潮汐能的應用浙江溫嶺江廈潮汐試驗電站全國第一、世界第三43精選課件法國朗斯潮汐電站44精選課件波浪能是一種在風的作用下產生的，并以位能和動能形式由短期波儲存的機械能。是潮汐和風形成的海洋波浪，從而產生波浪能。波浪能與波高的平方和流動水域面積成正比。海中的波浪具有很大的動能和勢能，據估算，如果把波浪能全部轉變成電能（即波力發(fā)電），則每平方千米海面上每秒鐘的發(fā)電量約為2.0×105kW。海波涌向海岸的動能平均每平方千米含有上萬千瓦的功率。我國沿海蘊藏著的波浪能超過1.7×108kW。波浪能可用來發(fā)電、海水淡化和從海水中提取金屬等等。（2）波浪能45精選課件利用波浪能并轉換為其他形式能量的方式有三種：①波浪能轉變成空氣能，以壓縮空氣的形式來做功。能量轉換裝置有振動水柱空腔器、壓縮氣袋以及浮標式波力發(fā)電裝置等。②波浪能轉換為機械能，利用浮體和固定物體之間的相對運動來產生所需要的旋轉運動或往復運動，故又稱為浮體式。能量轉換裝置有搖動浮體式、升降浮體式、點頭鴨式、筏式等。③波浪能轉換成水位能，再利用水的落差來進行能量轉換。能量轉換裝置有聚波水庫和涌浪裝置。利用波力發(fā)電可分為陸基式和浮動式兩大類。陸基式是將發(fā)電裝置安裝在陸地的固定機座上。浮動式也稱海基式，發(fā)電裝置整體隨波浪漂浮。46精選課件波浪發(fā)電站示意圖波浪能供電的燈光浮標47精選課件太陽照射在海洋表面，是海洋上部和底部形成溫差，從而形成溫差能。在南北緯30°以內的大部分海面，表層與深層海水間的溫差在20℃左右；而赤道附近海面，表層與深層海水間的溫差達30℃左右。利用表層水（25℃～30℃）和750m深處4℃～7℃海洋區(qū)，可進行發(fā)電。海洋溫差發(fā)電的的一種方法是把表層溫水引進真空鍋爐，在低壓下直接汽化生成蒸汽，蒸汽推動汽輪機發(fā)電。另一種方法是利用溫水加熱低沸點的工質（氨、氟里昂），使其變成蒸汽再去做功。汽由深層海水冷凝，從而構成熱力循環(huán)連續(xù)發(fā)出電能。

（3）溫差能48精選課件在河流入?？诘牡c鹽水交界處，假如將鹽水與淡水隔開，即使淡水的水平面與海平面高度相等，淡水也會由于滲透壓而流向海水，具有一定動能，這就是鹽差能。滲透壓與鹽差和溫度成正比。鹽差蘊藏的功率等于滲透壓與滲流流量的乘積。通常在河水和海水交界處，滲透量為1m3/s時，則會有2500W左右的潛在功率，相當25個大氣壓所具有的能量。鹽差能的利用主要是鹽差發(fā)電。其方式有直接耦合式、外混式、內混式等幾種。（4）鹽差能49精選課件海水在海中沿水平方向或垂直方向上大規(guī)模流動稱為海流。海流沒有明顯的邊界，但總是沿一定路線穩(wěn)定運動，或成線，或成圈，還有的繞流，可以在接近海面，也可以海中某深度發(fā)生。海流的能量由熱能和動能組成，可利用的首先是動能，動能的功率與流速的立方成正比。據估計，全世界海流能擁有量約50億千瓦。不過海流能的利用處于試驗階段。（5）海流能50精選課件六、地熱能地熱地球內部具有的熱能稱為地熱能，是地球本身蘊藏的能量?，F(xiàn)代人們常說的溫泉，就是人類的祖先在很久以前就開始利用的一種地熱能。應用形式：地下熱水、地熱蒸氣。應用范圍：發(fā)電、洗浴、取暖、灌溉等51精選課件地熱循環(huán)52精選課件地球內部推測溫度分布曲線53精選課件地熱能的具體利用在工業(yè)上，地熱能可用于加熱、干燥、制冷、脫水加工、提取化學元素、海水淡化等方面。在農業(yè)生產上，地熱能可用于溫室育苗、栽培作物、養(yǎng)殖禽畜和魚類等。例如，地處高緯度的冰島不僅以地熱溫室種植蔬菜、水果、花卉和香蕉，近年來又栽培了咖啡、橡膠等熱帶經濟作物。在浴用醫(yī)療方面，人們早就用地熱礦泉水醫(yī)治皮膚病和關節(jié)炎等，不少國家還設有專供沐浴醫(yī)療用的溫泉。地熱能因價廉、清潔而被稱為是“21世紀的能源”，利用前景十分廣闊。54精選課件地熱能的應用阿里地區(qū)地熱田55精選課件地熱能的應用冰島地熱西藏羊八井地熱電站，是我國最大的地熱電站56精選課件地熱供暖地熱能的應用57精選課件地熱養(yǎng)殖地熱能的應用58精選課件地熱務農地熱能的應用59精選課件七、生物質能

1、生物質能生物質能是指通過植物的光合作用而將太陽輻射能量以一種生物質形式儲存在生物質內部的能源，也稱為“綠色能源”，包括地球上所有動物、植物、微生物以及由這些生物產生的排泄物和代謝物所具有的全部能量。

60精選課件世界上生物質能種類繁多，包括農作物與農業(yè)有機殘余物（秸稈、果核、玉米芯、蔗渣等）、木材與森林工業(yè)殘余物（木屑、樹枝、樹葉、樹根等）、動物排泄物、江河湖泊沉積物與水生植物（藻類等）、農副產品加工后的有機廢物、油料作物（棉籽、馬籽、油桐等）、城市生活與工業(yè)有些廢棄物（垃圾和食品、屠宰、制酒、造紙工業(yè)的排泄物等）等。

2、生物質能的種類61精選課件生物質能的轉換技術主要有三種：直接燃料、熱化學轉換和生物化學轉換。（1）直接燃燒直接燃燒獲取熱量是最簡單的方法，但轉換效率很低，且污染環(huán)境。我國農村傳統(tǒng)的燒柴灶熱效率5%～10%。大力推廣節(jié)柴灶可使熱效率提高到20%～30%，省柴30%～50%，是一種技術簡單、易推廣、效果明顯的節(jié)能措施。目前研制的生物質壓塊燃料可以提高熱效率并能減少污染。（2）熱化學轉換生物質能的熱化學轉換是指在一定溫度和條件下通過化學方法使生物質氣化、炭化、熱解和催化液化，生產燃料（氣態(tài)、液態(tài))和化學物質的技術。其方法有氣化法、熱分解法和有機溶劑提取法等。3、生物質能的技術62精選課件（3）生物化學轉化生物化學轉化技術是通過微生物發(fā)酵方法將生物質能轉換成液體或氣體燃料。它包括生物質-沼氣轉換技術和生物質-乙醇轉化技術。①生物質-沼氣轉換技術20世紀90年代我國農村廣泛推廣和使用的“沼氣”，就是通過這種生物轉化技術得到的。有機物質在一定溫度和隔絕空氣的厭氧環(huán)境中，通過微生物-甲烷菌的發(fā)酵作用，產生以甲烷為主的可燃性混合氣體（沼氣）。產生沼氣的原料是秸稈、雜草、垃圾和糞便等。甲烷菌有嗜熱菌（45℃～60℃）、嗜溫菌（30℃～45℃）、喜冷菌（0℃～30℃）三種。產生沼氣的裝置主要是沼氣池。沼