《科技導(dǎo)論》新能源技術(shù)

1、科技導(dǎo)論新能源技術(shù)一、能源技術(shù)概述1. 基本概念能量形式: 機(jī)械能(風(fēng)能、水能等)、電磁能、熱能、 化學(xué)能、原子能、光能。能源: 自然界中能為人類提供某種形式能量的物質(zhì) 資源。能源種類：按原始來(lái)源分: 地內(nèi)能源和地外能源以及相互作用 能源。按生成方式分: 天然(一次)能源和人工(二次)能源按對(duì)能源的認(rèn)識(shí)過(guò)程分：常規(guī)能源和新能源。2科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)概述天然(一次)能源和人工(二次)能源二次能源：它是指經(jīng)過(guò)消耗一次能源加工轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的誕生能源。如電能、熱能、煤氣、柴油、氫能、焦炭、沼氣等。 非再生能源：石油、天然氣、原煤、核燃料等一次能源再生能源：太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、海洋能生物質(zhì)能等地內(nèi)

2、能源：地?zé)崮?地下蒸氣、溫泉、火山)、核能地外能源：主要來(lái)自太陽(yáng)，包括由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變來(lái)的風(fēng)能、水 能、礦物燃料(煤，石油等)，及少量宇宙輻射能相互作用能源：主要指潮汐能。常規(guī)能源：已被廣泛利用的能源，如煤、石油、水力、電能新能源：原子能、太陽(yáng)能(對(duì)發(fā)展中國(guó)家而言)、雷電能、宇 宙射線能、火山能、地震能等。 3科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)概述2. 能源問(wèn)題 能源模式的演變： 木材煤石油核能或多種形式能源 非再生能源: 石油、天然氣、煤炭和裂變核燃料約占能源總消費(fèi)量的90%左右再生能源: 水力、植物燃料等只占10%左右目前人類使用的能源儲(chǔ)量和分布4科技導(dǎo)論新能源技術(shù)再生能源分布: 太陽(yáng)能占99.44%

3、, 水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物能等不?%在非再生能源中，利用海水中的氘資源產(chǎn)生的人造太陽(yáng)能(聚變核能)幾乎占100%，煤炭、石油、天然氣、裂變核燃料加起來(lái)也不足千萬(wàn)分之一。所以，人類使用的能源歸根到底要依靠太陽(yáng)能，太陽(yáng)能是人類永恒發(fā)展的能源保證。 能源技術(shù)概述5科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)概述世界能源儲(chǔ)量分布與利用6科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)概述世界非再生能源儲(chǔ)量分布: 中東地區(qū): 石油儲(chǔ)量最多, 占56.8%；歐洲: 天然氣和煤炭?jī)?chǔ)量最多, 各占54.6%和45%亞洲、大洋洲: 煤炭各占18% 石油、天然氣只有5%7科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)概述我國(guó)能源資源地區(qū)分布不均衡煤炭，主要集中在華北和

4、西北石油、天然氣，主要分布在黑龍江、遼寧、河北、河南、山東、四川、甘肅和新疆等省區(qū)內(nèi)可開(kāi)發(fā)水力資源有，主要集中在西南太陽(yáng)能和風(fēng)能資源豐富，有很大利用潛力。我國(guó)能源資源豐富煤炭資源(探明儲(chǔ)量)和水力資源均居世界第一位；石油資源占世界第十一位；天然氣資源占世界第十四位；太陽(yáng)能資源居世界第二位；潮汐、地?zé)?、風(fēng)力和核燃料資源都很豐富。人均占有量很少，只有世界平均水平的一半。8科技導(dǎo)論新能源技術(shù)利用能源的過(guò)程直接污染地球環(huán)境。主要來(lái)源：1) 煤、石油等燃料的燃燒；2) 汽車排放的廢氣；3) 工業(yè)生產(chǎn)(化工廠、煉焦廠等)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣。大氣污染：1) 酸雨問(wèn)題；2) 溫室效應(yīng)；3) 臭氧層破壞。能源技術(shù)

5、概述能源問(wèn)題 即環(huán)境與能源關(guān)系問(wèn)題 聯(lián)合國(guó)提出可持續(xù)發(fā)展概念，即要滿足當(dāng)代人的需要，又要考慮不損害后代的需要。因此, 今后的能源戰(zhàn)略是多元結(jié)構(gòu)的能源系統(tǒng)和高效清潔的能源技術(shù)。9科技導(dǎo)論新能源技術(shù)二、能源技術(shù) 1. 潔煤技術(shù) 煤碳的污染物和二氧化碳可能導(dǎo)致全球變暖?，F(xiàn)在有兩條潔煤途徑： (1) 先進(jìn)燃燒和污染處理，潔煤技術(shù)可用于燃燒前、 中、后期。 (2) 氣化和液化煤，將煤轉(zhuǎn)化為含一氧化碳和氫的 “合成氣”。2. 煤炭液化(煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)之一) 對(duì)固體煤炭以特殊方法進(jìn)行化學(xué)加工成為液態(tài)后，可作液體燃料和化工原料使用。從工藝上可分為直接液化: 在高溫高壓下加氫，使煤炭直接生成液態(tài)物質(zhì)；間接液化:

6、先把煤炭氣化，制成煤氣，再合成為液體燃料。煤炭液化技術(shù)復(fù)雜，難度高，投資大，比天然石油成本高，目前還沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)能力。10科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)3. 煤炭氣化 (煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)研究的一個(gè)重要部分)現(xiàn)狀：煤炭自身氫碳比低，含有灰分、硫分等雜質(zhì)，在開(kāi)采、運(yùn)輸、燃燒過(guò)程中會(huì)污染環(huán)境，燃燒時(shí)熱效率低。地下氣化采出煤炭后進(jìn)行熱加工的一種過(guò)程: 以煤炭作為原料，以氧或氫作氣化介質(zhì)，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。在未經(jīng)開(kāi)采的煤層中進(jìn)行的熱加工過(guò)程: 通過(guò)從地面鉆進(jìn)的一批特定鉆孔，把氣化介質(zhì)送進(jìn)煤層，使煤炭在地下進(jìn)行發(fā)生爐煤氣反應(yīng)，生成的煤氣從另一批特定鉆孔引出。煤炭氣化目的： 制

7、取清潔的氣體燃料； 制取化工合成用的氣體原料。地上氣化11科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)4. 石油的精煉 目的 從復(fù)雜的原油中提取粘度較小的能充分燃燒 的烴類 (根據(jù)辛烷值來(lái)標(biāo)號(hào)) 把不好的分子轉(zhuǎn)變?yōu)楹玫姆肿?如長(zhǎng)鏈烷烴容易引起汽缸爆震精煉方法: 先根據(jù)不同沸點(diǎn)把不同成分分離開(kāi)， 然后除硫再向高辛烷轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)在觀點(diǎn)，大多數(shù)石油是由埋藏在地下沉積層中的有機(jī)物經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年在75200的溫度下形成的。 微生物將地表以下的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔?，剩下的埋藏在深層地?通常具有商業(yè)價(jià)值的油田都位于地表以下500米700米深處，最深的油井在約6公里深的地底)的有機(jī)物則在溫度和壓力下經(jīng)過(guò)分解及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)生成石

8、油。 12科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)5. 天然氣液化 通過(guò)施加一定高壓，使天然氣由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，貯存在專門容器內(nèi)。天然氣是埋藏在地層深處的一種富含碳?xì)浠衔锏目扇細(xì)怏w，由億萬(wàn)年前的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來(lái)。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。 甲醇俗稱“木精”，性能穩(wěn)定，象石油一樣能直接當(dāng)作燃料，使用時(shí)不污染環(huán)境，便于運(yùn)輸和貯存。20世紀(jì)末，甲醇合成技術(shù)已獲成功，如果在天然氣產(chǎn)地附近設(shè)立甲醇工廠，把天然氣加工成甲醇，可經(jīng)濟(jì)合理地解決天然氣液化問(wèn)題。液化途徑利用天然氣作原料合成甲醇。13科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)6. 水能的利用 水力發(fā)電優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)、干凈和易維修葛州壩水利樞紐裝機(jī)容

9、量為271萬(wàn)千瓦三峽水電站總?cè)萘繛?768萬(wàn)千瓦當(dāng)今世界僅次于三峽水電站的第二大的水電站-伊泰普水電站,位于巴拉那河流經(jīng)巴西與巴拉圭兩國(guó)邊境的河段. 總裝機(jī)容量1260萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量可達(dá)750億度。14科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)7. 蓄能技術(shù)針對(duì)熱能或電能儲(chǔ)存，著眼于大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用。電能儲(chǔ)存是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。蓄能技術(shù)一般要求: 儲(chǔ)能密度大 變換損耗小 運(yùn)行費(fèi)用低 維護(hù)較容易 不污染環(huán)境根據(jù)這些要求衡量，抽水蓄能方案較優(yōu)越電的蓄能技術(shù)大致分三類： 直接儲(chǔ)存電磁能 把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存 把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能儲(chǔ)存超導(dǎo)線圈蓄能系統(tǒng)鉛電池,鈉硫電池,鋅氯電池等壓縮空氣, 需要時(shí)釋放15科技導(dǎo)論新能

10、源技術(shù)能源技術(shù)由于它是把燃料通過(guò)化學(xué)反應(yīng)釋出的能量變?yōu)殡娔茌敵?，所以被稱為燃料電池。它是利用氫和氧生成水的過(guò)程來(lái)產(chǎn)生電力的一種裝置。 燃料電池：第四種電力(電力火電、水電、核電為三種當(dāng)今能以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的電力)工作原理: 通過(guò)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)連續(xù)地向其供給活物質(zhì)(起反應(yīng)的物質(zhì))-燃料和氧化劑, 促使物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋出的能量直接將其轉(zhuǎn)換為電能。16科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)具體地說(shuō)，燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的發(fā)電機(jī)。它由正極、負(fù)極和夾在正負(fù)極中間的固體電解質(zhì)板所組成。工作時(shí)向負(fù)極供給燃料(氫H2)，向正極供給氧化劑(空氣O2)。氫在負(fù)極分解成正離子H+和電子e-。氫離子進(jìn)入電解液中，

11、而電子則沿外部電路移向正極。用電的負(fù)載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達(dá)正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過(guò)程。燃料電池的用途: 電動(dòng)車動(dòng)力源,可移動(dòng)電源、家庭電源與分散電站等17科技導(dǎo)論新能源技術(shù)三、能源利用與開(kāi)發(fā)18科技導(dǎo)論新能源技術(shù) 1. 常見(jiàn)的能源 熱能及其到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換紐科曼，16631729)1711年發(fā)明蒸氣機(jī)瓦特，17361819) 1765年發(fā)明分離冷凝器，使蒸氣機(jī)成為主要?jiǎng)恿ρb置。能源利用與開(kāi)發(fā)19科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源利用與開(kāi)發(fā)熱機(jī)效率：430以上卡諾循環(huán) 熱能及其到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換 天然氣的開(kāi)發(fā)； 地?zé)崮?；地?zé)崮苁莵?lái)自地殼之下的高溫能源

12、。一個(gè)典型的地?zé)崮茈妶?chǎng)可以輕松地輸送100MW電量，這是風(fēng)能和太陽(yáng)能所無(wú)法企及的。 20科技導(dǎo)論新能源技術(shù)電能能源利用與開(kāi)發(fā)電能指電以各種形式做功的能力。有直流電能、交流電能、高頻電能等，這幾種電能均可相互轉(zhuǎn)換。 21科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源利用與開(kāi)發(fā)機(jī)械能 水力發(fā)電； 海洋能(潮汐能、海浪能、溫差能)； 風(fēng)能利用22科技導(dǎo)論新能源技術(shù) 氫能能源利用與開(kāi)發(fā)“喝”氫的汽車23科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源技術(shù)2. 超級(jí)能源：可燃冰 可燃冰是天然氣的附生產(chǎn)品，其應(yīng)用范圍與天然氣大致相同，是一種典型的石油替代產(chǎn)品。1m3可燃冰釋放160m3天然氣,儲(chǔ)量是煤石油天然氣等的兩倍.可燃冰, “天然氣水合物”的俗稱。

13、它是甲烷類天然氣被包進(jìn)水分子中，在低溫高壓條件下形成的透明結(jié)晶，多呈白色或淺灰色。外貌類似冰雪，可以像酒精塊一樣燃燒，故稱為“可燃冰”。 24科技導(dǎo)論新能源技術(shù)3. 裂變反應(yīng)堆核電站 裂變發(fā)現(xiàn)及裂變能的釋放1) 裂變的發(fā)現(xiàn)1934年，費(fèi)米，意大利，19011954)1938年，居里夫人實(shí)現(xiàn)中子使鈾核裂變；1939年，哈恩，18791968)和斯特拉斯曼(F.Strassmann)，重復(fù)了居里的實(shí)驗(yàn)；和對(duì)此做出正確解釋，首次引入fission(裂變)一詞；1947年，錢三強(qiáng)和何澤慧進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)裂變的三分裂和四分裂現(xiàn)象。能源利用與開(kāi)發(fā)25科技導(dǎo)論新能源技術(shù)2) 核裂變的特點(diǎn)(1) 裂變過(guò)程釋放巨大能

14、量1g的鈾裂變所釋放的能量，相當(dāng)于3噸以上的煤燃燒所釋放的能量。能源利用與開(kāi)發(fā)26科技導(dǎo)論新能源技術(shù)(2) 裂變產(chǎn)物有多種組合方式，裂變時(shí)放出中子能源利用與開(kāi)發(fā)27科技導(dǎo)論新能源技術(shù) 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的可能性和可控性1) 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的可能性中子增殖一次鈾核裂變中，平均可以放出個(gè)中子2) 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以控制緩發(fā)中子能源利用與開(kāi)發(fā)28科技導(dǎo)論新能源技術(shù)能源利用與開(kāi)發(fā) 可控式鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的實(shí)現(xiàn)1) 中子必須慢化核裂變中釋放的中子，動(dòng)能大多在Mev的數(shù)量級(jí)，必須使快中子慢化為熱中子。慢化劑：水，重水，石墨等。2) 臨界體積增殖系數(shù)加大K的方法： 提高濃縮鈾中235U的比例 加大反應(yīng)體的體積事實(shí)證明：當(dāng)反應(yīng)體積達(dá)到一定的臨界體積時(shí)，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就會(huì)持續(xù)。29科技導(dǎo)論新能源技術(shù)3) 用控制棒控制反應(yīng)堆的速率控制棒：易于吸收中子的硼或鎘能源利用與開(kāi)發(fā)核反應(yīng)堆，又稱為原子反應(yīng)堆或