《自然科學(xué)基礎(chǔ)》第二十一章課件

1、01 能源與人類社會 和材料一樣，能源從來就是人類社會存在和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。人的生存和生活時刻離不開能量的供給，現(xiàn)代社會的運行也離不開能源的支撐，社會經(jīng)濟發(fā)展的水平與能源的結(jié)構(gòu)和供應(yīng)息息相關(guān)。 現(xiàn)代能源種類繁多，并有多種分類方法。如按能源成因與來源，可分為來自太陽的能量、地球本身所具有的能源（如地?zé)崮埽┮约霸铝梁吞枌Φ厍虻南嗷ノλa(chǎn)生的能量（如潮汐能）三大類；按形成條件在自然界中是否需要加工轉(zhuǎn)換，可分為一次能源（或初級能源）和二次能源；按消耗后能否短期內(nèi)再生以反復(fù)利用，可分為再生能源和非再生能源；按是否對環(huán)境造成顯著的污染，可分為非清潔能源和清潔能源；按能源開發(fā)利用技術(shù)是否成熟和能源

2、是否廣泛推廣應(yīng)用，可分為常規(guī)能源和新能源。目前已被人類大規(guī)模開發(fā)利用，并在生產(chǎn)和生活中起著重要作用的初級能源主要有煤炭、石油、天然氣、水能、核裂變能和植物燃料幾大類。它們又稱為常規(guī)能源或傳統(tǒng)能源，占世界能源消費總量的99%以上。世界上已探明的石油可開采量僅可供人類三四十年之用，天然氣僅可供四五十年，煤炭也僅可供200余年，作為核電站燃料的鈾資源也將在短短幾十年內(nèi)告磐。而較為理想的可重復(fù)使用的再生資源水力，在工業(yè)國家通過傳統(tǒng)工藝已開發(fā)了3/4以上，潛力有限。太陽能地?zé)崮?02 新能源的開發(fā)和利用 核能氫能海洋能 太陽每天都在源源不斷地向地球輻射能量，每年送到地球上的能量相當(dāng)于1.91014 t標(biāo)

3、準(zhǔn)煤，比當(dāng)前世界能源年消耗量高出四個數(shù)量級。太陽能是一種無污染、經(jīng)濟、取之不盡的理想能源，但又存在密度低、不連續(xù)、不穩(wěn)定等缺點，所以大規(guī)模利用太陽能的關(guān)鍵在于解決太陽能的聚集、儲存以及提高太陽能向其他能量形式的轉(zhuǎn)換效率問題。 目前，開發(fā)利用太陽能的技術(shù)主要集中在三個方面：一是采用聚光裝置，經(jīng)光熱轉(zhuǎn)換獲得熱能。世界上最大的聚光器有九層樓高，中心溫度高達4 000。目前已推廣使用的有太陽灶、太陽能熱水器和太陽能干燥器。二是通過轉(zhuǎn)換裝置，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換獲得電能。目前的地面太陽能發(fā)電站還處在實驗階段，高空的衛(wèi)星太陽能電站還只是一種設(shè)想，只有太陽能電池已進入實用化。三是經(jīng)過植物葉綠素的光合作用，利用光化學(xué)轉(zhuǎn)

4、化得到化學(xué)能。如果這種轉(zhuǎn)換能夠被人控制，就可以實現(xiàn)人造葉綠體發(fā)電。 地?zé)崮苁侵傅厍騼?nèi)部蘊藏著的巨大的熱能，它主要來源于地球內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量，主要有水熱型、地壓型、干熱巖型和巖漿型四大類。水熱資源 即蘊藏在地層淺表的熱水或蒸汽，其溫度從90300不等；地壓資源 是封閉在地表以下23公里的深部沉積巖中，含有甲烷的高鹽分高壓熱水；干熱巖資源 是指位于地表層下幾公里深處的溫度為150650的沒有水或蒸汽的熱巖石；巖漿資源 是指溫度高達6501 200的融狀或半融狀石巖漿，它埋藏最深。 據(jù)估計，在地球上的所有能源中，地?zé)崮軆H次于太陽輻射能，處于第二位。目前地?zé)崮艿睦弥饕堑責(zé)岚l(fā)電，或直接利

5、用地?zé)崴?核能又稱原子能或原子核能，是原子核的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時釋放出來的能量。 但核裂變反應(yīng)的燃料鈾和钚等天然放射性重元素在地球上的儲量畢竟很少，也有耗盡的危險，所以人們又在積極探索利用核聚變能的方法。核聚變的原料主要是氫的同位素氘和氚。 氫能的使用始于20世紀(jì)70年代，現(xiàn)已被公認(rèn)是21世紀(jì)最理想的新中介能源。這是因為氫能有三大優(yōu)點：效率高氫燃燒所釋放的熱值約是同重汽油的2.7倍； 無污染燃燒后的產(chǎn)物是水，對環(huán)境沒有污染； 來源廣地球表面71%都為水所覆蓋，而有水就可以分解制氫，氫燃燒后又生成水。 氫能是二次能源，其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵是氫氣制取和儲存運輸技術(shù)的突破。目前世界產(chǎn)氫的77%以石油、天然

6、氣為原料制取，18%來自煤，4%來自電解水，1%來自其他原料；儲氫方式主要有高壓氫氣、低壓液氫和固態(tài)金屬氫化物等。 海洋能是指海洋中的可再生自然能源，主要包括溫差能、波浪能、潮汐能、海流能和鹽度差能等，其資源極其豐富，具有誘人的開發(fā)前景。海洋能的技術(shù)應(yīng)用在20世紀(jì)60年代末才起步，目前除潮沙發(fā)電、小型波浪能發(fā)電技術(shù)已達到實用水平外，其他幾種形式的海洋能的利用尚處于試驗階段。 值得提出的是，我國有著豐富的海洋能資源，極具開發(fā)前景，僅波浪能和潮汐能這兩項海洋能源就約有45億千瓦，已建成1 280千瓦時平潭洋潮汐電站，在實用上已有10千瓦級的岸式和漂浮式波力發(fā)電裝置。積極發(fā)展海洋能技術(shù)是我國解決能源

7、短缺的一條有利途徑。潔凈煤技術(shù)生物質(zhì)能利用新技術(shù) 03 我國的節(jié)能新技術(shù)其他工業(yè)節(jié)能技術(shù) 潔凈煤技術(shù)是指在煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)換過程中研究減少污染和提高效率的新技術(shù)的總稱，包括煤炭燃燒前的凈化技術(shù)、燃燒中的凈化技術(shù)、燃燒后的凈化技術(shù)以及煤炭的轉(zhuǎn)換技術(shù)等。目前，我國積極開展研究的有選煤技術(shù)、型煤加工技術(shù)、水煤漿技術(shù)、先進的燃燒器、硫化床燃燒技術(shù)、煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)、煙道氣凈化技術(shù)、煤炭氣化技術(shù)、煤炭液化技術(shù)、燃料電池及燃煤磁流體發(fā)電技術(shù)等，對于我國節(jié)約能源和保護環(huán)境意義重大。 生物質(zhì)能源是地球上最大量、清潔、廣譜的能源。近年來，我國政府采取“因地制宜，多能互補，綜合利用，講求效益”的政策，大力推行生物質(zhì)能新技術(shù)，以提高其利用率。我國林業(yè)部門正在實施的大規(guī)模營造柴薪林的計劃以及在農(nóng)村大力推廣省柴節(jié)煤灶，推行沼氣池的做法已取得明顯效果。 我國的企業(yè)特別是重化工業(yè)企業(yè)大多是靠高能耗進行生產(chǎn)