能源技術(shù)概論講義

能源技術(shù)概論講義授課教師：焦燕山西財(cái)經(jīng)大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院能源經(jīng)濟(jì)教研室-61-能源的發(fā)展，是全世界、全人類共同關(guān)系的問題。人類從原始社會(huì)發(fā)展到今天工業(yè)文明發(fā)達(dá)、社會(huì)生活豐富多彩的世界，是在消耗大量能量的條件下取得的。從某中意義上講，人類社會(huì)的發(fā)展離不開能源的開發(fā)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用，能源是整個(gè)世界發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的最近本的動(dòng)力，是人類賴以生存的基礎(chǔ)。第一章導(dǎo)論教學(xué)目的和要求：本章主要介紹能源技術(shù)概論的基本研究?jī)?nèi)容，以及本門課程與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系。教學(xué)手段：多媒體教學(xué)與黑板教學(xué)相結(jié)合教學(xué)方法：案例教學(xué)與課堂講述相結(jié)合、理論與實(shí)際相結(jié)合、啟發(fā)式教學(xué)與課堂討論相結(jié)合。課時(shí)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí)課時(shí)分配：教學(xué)學(xué)時(shí)教學(xué)章節(jié)教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)備注第一、二學(xué)時(shí)第一節(jié)能源技術(shù)概論的研究對(duì)象、研究任務(wù)及研究?jī)?nèi)容第三學(xué)時(shí)第二節(jié)能源技術(shù)概論與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系作業(yè)與思考：簡(jiǎn)述能源技術(shù)概論的研究對(duì)象、研究任務(wù)和主要的研究?jī)?nèi)容主要教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)能源技術(shù)概論的研究對(duì)象能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，能源與人民生活和人類的生存環(huán)境休戚相關(guān)，在可持續(xù)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。能源技術(shù)概論以能源科學(xué)為介紹對(duì)象，將對(duì)能源資源、能源與環(huán)境、能量的轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存、常規(guī)能源、新能源、節(jié)能與能源系統(tǒng)工程進(jìn)行深入的探討和分析。第二節(jié)能源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)系一、能源與社會(huì)發(fā)展人類社會(huì)發(fā)展的歷史就是能源不斷被開發(fā)和利用的歷史。人類社會(huì)發(fā)展的早期，能源獲取和利用方式單一。（原始社會(huì)：鉆木取火；奴隸社會(huì)：人力；封建社會(huì)：畜力）直到蒸汽機(jī)的發(fā)明，人類開始了對(duì)煤炭的使用，內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，人類開始了對(duì)石油的利用，人類獲取和利用方式逐漸向多元化房展。現(xiàn)代能源與生活：獲取和利用方式多樣。社會(huì)發(fā)展的各個(gè)階段的發(fā)展水平體現(xiàn)能源的獲取和利用水平全面建設(shè)小康社會(huì)的環(huán)境要求：可持續(xù)發(fā)展能力不斷增強(qiáng)，生態(tài)環(huán)境得到改善，資源利用效率顯著提高，促進(jìn)人與自然的和諧，推動(dòng)整個(gè)社會(huì)走上生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路。（十六大報(bào)告中四個(gè)主要目標(biāo)之一）十二五節(jié)能減排規(guī)劃：扎實(shí)推進(jìn)節(jié)能減排、生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)；提出到2020年我國(guó)控制溫室氣體排放行動(dòng)目標(biāo)和政策措施，制定實(shí)施節(jié)能減排綜合性工作方案；大力發(fā)展清潔能源，新增發(fā)電裝機(jī)容量4.45億千瓦，其中水電9601萬千瓦、核電384萬千瓦。目標(biāo)：非化石能源消耗量達(dá)到11.4%;GDP能耗降低16%，二氧化碳排放降低17%.二、能源與國(guó)防三、能源工業(yè)能源工業(yè)是能量消耗與轉(zhuǎn)換的典型代表。能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展的血液和強(qiáng)大動(dòng)力四、能源對(duì)現(xiàn)代生活的影響五、能源技術(shù)革命六、能源熱點(diǎn)問題石油資源危機(jī)與能源安全在過去100年內(nèi)，人類消耗了地球歷經(jīng)數(shù)百萬年所集聚形成的碳?xì)浠衔锏囊话耄唾Y源已過“供應(yīng)頂點(diǎn)”。油價(jià)升降關(guān)系到國(guó)家的能源安全。漲價(jià)不是最可怕的，可怕的是不按市場(chǎng)規(guī)律動(dòng)作，像2007年全球油價(jià)上漲，中國(guó)市場(chǎng)沒有及時(shí)跟進(jìn),只有靠補(bǔ)貼這樣的非市場(chǎng)行為解決,最終會(huì)帶來許許多多的問題?！霸诠I(yè)化社會(huì)中,石油比糧食更珍貴,糧食是可以政府補(bǔ)貼的,成品油是絕不可以補(bǔ)貼的?！蹦纤闭{(diào)1、東線調(diào)水工程從長(zhǎng)江下游揚(yáng)州附近抽引長(zhǎng)江水，利用和擴(kuò)建京杭大運(yùn)河逐級(jí)提水北送，經(jīng)洪澤湖、駱馬湖、南四湖和東平湖，在位山附近穿過黃河后可自流，經(jīng)位臨運(yùn)河、南運(yùn)河到天津。輸水主干線長(zhǎng)1150km,其中黃河以南660km，黃河以北490km。全線最高處東平湖蓄水位與抽江水位之差為40m，共建13個(gè)梯級(jí)泵站，總揚(yáng)程65m。東線工程的供水范圍是黃淮海平原東部地區(qū)，包括蘇北、皖北、山東、河北黑龍港和運(yùn)東地區(qū)、天津市等。主要任務(wù)是供水，并兼有航運(yùn)、防洪、除澇等綜合利用效益。西氣東輸中國(guó)西部地區(qū)天然氣向東部地區(qū)輸送，主要是新疆塔里木盆地的天然氣輸往長(zhǎng)江三角洲地區(qū)。輸氣管道西起新疆塔里木的輪南油田，向東最終到達(dá)上海，延至杭州。途經(jīng)11省區(qū)，全長(zhǎng)4000km。設(shè)計(jì)年輸氣能力120億立方米，最終輸氣能力200億立方米。2004年10月1日全線貫通并投產(chǎn)。氣候變暖討論1：氣候是否真正變暖？氣候變暖的真正原因是什么？節(jié)能降耗加強(qiáng)用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理以及環(huán)境和社會(huì)可以承受的措施，從能源生產(chǎn)到消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)，降低消耗、減少損失和污染物排放、制止浪費(fèi)，有效、合理地利用能源。新能源與先進(jìn)熱管理技術(shù)新能源（1）中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)路甬祥在中國(guó)科學(xué)院2009年度工作會(huì)議上預(yù)言，人類的第四次科技革命已在國(guó)際金融危機(jī)中醞釀，而新能源革命將是這次科技革命的關(guān)鍵突破口。（2）與大量消耗煤炭、石油等化石能源不同的是，呼之欲出的新能源，將以可再生能源為主重組能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和能源利用方式，從而催生以新能源為主導(dǎo)的又一次全球新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)革命。（3）聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署把新能源分為以下三大類：大中型水電；新可再生能源，包括小水電、太陽能、風(fēng)能、現(xiàn)代生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能；穿透生物質(zhì)能。先進(jìn)熱管理技術(shù)能源災(zāi)難能源是一把雙刃劍，需要進(jìn)行能源管理。火山噴發(fā)地震海嘯氣候異常變化核輻射（切爾諾貝利、福島核電站）能量與能源教學(xué)目的和要求：本章主要介紹能量及其形式，能源及其種類，我國(guó)能源資源的分布情況。教學(xué)手段：多媒體教學(xué)與黑板教學(xué)相結(jié)合教學(xué)方法：案例教學(xué)與課堂講述相結(jié)合、理論與實(shí)際相結(jié)合、啟發(fā)式教學(xué)與課堂討論相結(jié)合。課時(shí)時(shí)數(shù)：6時(shí)課時(shí)分配：教學(xué)學(xué)時(shí)教學(xué)章節(jié)教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)備注第一、二、三學(xué)時(shí)第一節(jié)能量的概念；能量的形式第四、五、六學(xué)時(shí)第二節(jié)能源的種類；能源的分布、消費(fèi)、供應(yīng)作業(yè)與思考：（1）能量和物質(zhì)質(zhì)量之間的關(guān)系。（2）機(jī)械能、熱能、電能、輻射能、化學(xué)能的定義及特征。（3）談?wù)勎覈?guó)目前的能源消費(fèi)和供應(yīng)情況。主要教學(xué)內(nèi)容能量物質(zhì)、能量和信息是構(gòu)成客觀世界的基礎(chǔ)。科學(xué)使館認(rèn)為，世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，沒有物質(zhì)，世界變虛無縹緲。運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)存在的形式，是物質(zhì)固有的屬性。沒有運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)正如沒有物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)一樣是不可思議的。能量則是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量。由于物質(zhì)存在各種不同的運(yùn)動(dòng)形式，因此能量也就有不同的形式。信息則是客觀事物和主觀認(rèn)識(shí)相結(jié)合的產(chǎn)物，沒有信息，物質(zhì)和能量既無從認(rèn)知，也毫無用處。一、能量的概念物質(zhì)運(yùn)動(dòng)不僅具有表現(xiàn)各異的形式，不同形式的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)還可通過做功、傳熱等方式實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換，這表明這些運(yùn)動(dòng)不僅具有共性，還存在內(nèi)在的統(tǒng)一的度量，即能量。1、宇宙間一切運(yùn)動(dòng)著的物體都有能量的存在和轉(zhuǎn)化。人類一切活動(dòng)都與能量及其使用密切相關(guān)。所謂能量，廣義地說，就是“產(chǎn)生某種效用（變化）的能力”。反過來說，產(chǎn)生某種效用（變化）的過程必然伴隨著能量的消耗或轉(zhuǎn)化。例1：要是物體沿著某一方向移動(dòng)一定的距離S[m]，就需要消耗一定的功，若推動(dòng)物理的力為F[N]，則所消耗的功為W=F*S[J],也就是說需要消耗W=F*S的能量才能產(chǎn)生上述效果。例2：要使質(zhì)量為m[kg]的物體從靜止?fàn)顟B(tài)加速到速度為v[m/s],則要消耗。。。的能量。例3：加熱質(zhì)量為m[kg]的水，使其溫度由T1升高到T2，則耗能為,c為水的比熱，。例4：移動(dòng)q[C]電荷跨越電位差U[V]時(shí)，要消耗能量。2、能量不能被創(chuàng)造和消滅科學(xué)史觀認(rèn)為，物質(zhì)是某種既定的東西，既不能被創(chuàng)造也不能被消滅。因此，作為物質(zhì)屬性的能量也一樣不能創(chuàng)造和消滅。能量和物質(zhì)質(zhì)量之間的關(guān)系是愛因斯坦于1992年揭示的，即式中：E表示物質(zhì)釋放的能量，J；m為轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰康奈镔|(zhì)的質(zhì)量，kg；c為光速，3×108m/s。上述公式表示的是一個(gè)可逆過程，其前提是質(zhì)量和能量的總和在任何能量的轉(zhuǎn)化過程中都必須保持不變。能量的單位在國(guó)際單位制中，能量的單位，功及熱量的單位通常都用焦（J）表示，二單位時(shí)間所做的功或吸收（釋放）的熱量則稱之為功率，單位為瓦（W）。因?yàn)樵谀芰康霓D(zhuǎn)換和使用中焦和瓦的單位都太小，因此更多的是用千焦（kJ），或兆焦（MJ）或兆瓦（MW）。在能源研究中還會(huì)用到更大的單位，如GW,TW等。能源利用中常用的國(guó)家制的詞冠見表2-1。表2-1能源種常用的國(guó)際制詞冠冪詞冠國(guó)際代號(hào)中文代號(hào)1018艾可薩（cxa）E愛1015拍他（peta）P拍1012太拉（tera）T太109吉珈（giga）G吉106兆（mega）M兆103千（kilo）k千102百h百10十da十二、能量的形式討論1：請(qǐng)大家回憶一下高中物理課程學(xué)過的能量的形式。1、機(jī)械能機(jī)械能在物理學(xué)中已經(jīng)有詳細(xì)的闡述，它包括宏觀的動(dòng)能和勢(shì)能。動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫動(dòng)能，它通常被定義成使某物體從靜止?fàn)顟B(tài)至運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所做的功。它的大小是運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量和速度平方乘積的二分之一。勢(shì)能（位能）：由于物體在地球重力場(chǎng)中處于一定的位置而具有的能量。它是用把物體從任一標(biāo)準(zhǔn)平面(通常指海平面)抬升到物體所在位置所需做的功來計(jì)算的。機(jī)械能是人類較早認(rèn)識(shí)和利用的能量，如風(fēng)能、水能等。2、熱能熱能是能量的一種基本形式，所有其他形式的能量都可以完全轉(zhuǎn)換為熱能，而且絕大多數(shù)的一次能源都是首先經(jīng)過熱能形式而被利用的，因此熱能在能量利用中有重要意義。構(gòu)成物質(zhì)的微觀分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和勢(shì)能總和稱之為熱能。這種能量的宏觀表現(xiàn)是溫度的高低，它反映了分子運(yùn)動(dòng)的激烈程度。通常熱能Eq可表述成如下的形式：3、電能電能是和電子流動(dòng)與積累有關(guān)的一種能量，通常是由電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換而來，或是通過發(fā)電機(jī)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換得到；反之電能也可以通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而顯示出電做功的本領(lǐng)。如果驅(qū)動(dòng)電子流動(dòng)的電動(dòng)勢(shì)為U，電流強(qiáng)度為I，則其電能Ee可表述為：4、輻射能輻射能是物理以電磁波形式發(fā)射的能量。物體會(huì)因各種原因發(fā)出輻射能，其中從能量利用的角度而言，因熱的原因而發(fā)出的輻射能（有稱熱輻射能）是最有意義的，例如地球表面所接受的太陽能就是最重要的熱輻射能。物體的輻射能Er可表示為：5、化學(xué)能化學(xué)能是物質(zhì)結(jié)構(gòu)能的一種，即原子核外進(jìn)行化學(xué)變化時(shí)放出的能量。按化學(xué)熱力學(xué)定義，物質(zhì)或物系在化學(xué)反應(yīng)過程中以熱能形式釋放的熱力學(xué)能稱為化學(xué)能。人力利用最普遍的化學(xué)能是燃燒碳和氫，而這兩種元素正是煤、石油、天然氣、柴薪等燃料中最主要的可燃元素。燃料燃燒時(shí)的化學(xué)能通常用燃料的發(fā)熱值表示。6、核能核能是蘊(yùn)藏在原子核內(nèi)部的物質(zhì)結(jié)構(gòu)能。輕質(zhì)量的原子核（氘和氚）和重質(zhì)量的原子（鈾等）其核子之間的結(jié)合力比中等質(zhì)量原子核的結(jié)合力小，這兩類原子核在一定的條件下可以通過核聚變和核裂變轉(zhuǎn)變?yōu)樵谧匀唤缰懈€(wěn)定的中等質(zhì)量原子核，同時(shí)釋放出巨大的結(jié)合能。這種結(jié)合能就是核能。由于原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，目前還不能給出核力的完全描述。但在核聚變和核裂變反映中有所謂的“質(zhì)量虧損”，這種質(zhì)量和能量之間的轉(zhuǎn)換完全可以用式描述。能源一、能源的分類內(nèi)涵能源就是能量的來源，是提供能量的資源，這些來源或資源，要么來自物質(zhì)，要么來自物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，前者如煤炭、石油、天然氣等礦物燃料（又稱化石燃料），后者如水流、風(fēng)流、海浪、潮汐等。分類1.按地球上的能量來源分（1）地球本身蘊(yùn)藏的能源，如核能、地?zé)崮艿?。?）來自地球外天體的能源，如太陽能，以及由太陽能引起的水能、風(fēng)能、波浪能、海洋溫差能、生物質(zhì)能、光合作用、化石燃料等。（3）地球與其他天體相互作用的能源，如潮汐能。2.按被利用的程度分（1）常規(guī)能源。（2）新能源。3.按獲得的方法分（1）一次能源（2）二次能源4.按能否再生（1）可再生能源（2）非再生能源5．按能源本身的性質(zhì)分（1）含能體能源（2）過程性能源6．按是否能作為燃料分（1）燃料能源（2）非燃料能源7.按對(duì)環(huán)境的污染情況分（1）清潔能源（2）非清潔能源。評(píng)價(jià)1.儲(chǔ)量2.能量密度3.儲(chǔ)能的可能性4.功能的連續(xù)性5.能源的地理分布6.開發(fā)費(fèi)用和利用能源的設(shè)備費(fèi)用7.運(yùn)輸費(fèi)用和損耗8.能源的可再生性9.能源的品位10對(duì)環(huán)境的影響二、能源的分布、消費(fèi)和供應(yīng)概述世界能源資源分布式不均衡的。例如石油儲(chǔ)量最多的地區(qū)是中東，占56.8%；天然氣和煤炭?jī)?chǔ)量最多的是歐洲，各占54.6%和45%。亞洲、大洋洲除煤炭稍多（占18%）以外，石油、天然氣都只有5%多一點(diǎn)。這種能源資源分布的不均衡，給世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局帶來重大影響。（舉例）請(qǐng)同學(xué)查《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》及其他相關(guān)年鑒獲得如下時(shí)間序列數(shù)據(jù)（1978-2011）：我國(guó)能源生產(chǎn)總量及構(gòu)成我國(guó)能源加工轉(zhuǎn)換效率我國(guó)分品種能源年消費(fèi)總量能源供應(yīng)與消費(fèi)煤炭資源、供應(yīng)與消費(fèi)石油資源、供應(yīng)與消費(fèi)天然氣資源、供應(yīng)與消費(fèi)

第三章能量相互轉(zhuǎn)化原理教學(xué)目的和要求：通過本章學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握能量轉(zhuǎn)化的原理，包括熱力學(xué)基礎(chǔ)、化學(xué)能、熱能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化、光能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，并了解能的變換的定義及目的、有效能的概念及有效能的損耗。教學(xué)手段：多媒體教學(xué)與黑板教學(xué)相結(jié)合教學(xué)方法：案例教學(xué)與課堂講述相結(jié)合、理論與實(shí)際相結(jié)合、啟發(fā)式教學(xué)與課堂討論相結(jié)合。教學(xué)設(shè)計(jì)：課時(shí)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)課時(shí)分配：教學(xué)學(xué)時(shí)教學(xué)章節(jié)教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)備注第1-3學(xué)時(shí)第一、二、三節(jié)熱力學(xué)基礎(chǔ)、化學(xué)能、熱能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化第4-6學(xué)時(shí)第四、五、六節(jié)光能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化、能的變換、有效能作業(yè)與思考：（1）簡(jiǎn)述能量守恒原理。（2）簡(jiǎn)述有效能的概念及有效能的損耗。主要教學(xué)內(nèi)容熱力學(xué)基礎(chǔ)能量守恒原理1、功和內(nèi)能各種狀態(tài)的能之間可以相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化工程中，常見的能態(tài)有熱和功，其中功有機(jī)械功、電功、體積功等。功可以用廣義的力（溫度差除外）和廣義的位移之乘積表示：熱力學(xué)把分子內(nèi)部的能成為內(nèi)能，這是除物質(zhì)全體運(yùn)動(dòng)所體現(xiàn)的機(jī)械能之外的所有其他能態(tài)的總成。內(nèi)能的絕對(duì)值無法確定，因此過程的內(nèi)能變化情況總是圍繞其相對(duì)值展開的。2、熱過程的熱可分為嫌熱和潛熱兩種。體系由于溫度升高所儲(chǔ)存的熱叫顯熱；當(dāng)體系處在相變溫度（熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等）時(shí)，如果與環(huán)境發(fā)生有限量的熱交換而溫度卻無變化，也不做其他功，那么，這有限的熱不再是顯熱而叫相變潛熱，或簡(jiǎn)稱潛熱。3、熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律認(rèn)為，能量是守恒的，即能既不會(huì)產(chǎn)生，也不會(huì)消滅。各種物質(zhì)都有能，能有多種形態(tài)，各種能態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)化。但在轉(zhuǎn)化過程中，能的總量不變。熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：既然能量是守恒的，那么便永遠(yuǎn)也造不出一種不消耗能源卻源源不斷地做出功來的機(jī)器（第一永動(dòng)機(jī)）。能量轉(zhuǎn)化的限度1、卡諾定理以理想氣體為工作物質(zhì)的可逆卡諾循環(huán)，其熱效率僅取決于高溫及低溫兩個(gè)熱源的溫度。以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，可以將之推廣為適用于任意可逆循環(huán)的普遍結(jié)論，稱為“卡諾定理”。卡諾定理是卡諾1824年提出來的，其表述如下：（1）在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆熱機(jī)，其效率都相等，與工作物質(zhì)無關(guān)，與可逆循環(huán)的種類也無關(guān)。（2）在相同的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切不可逆熱機(jī)，其效率都小于可逆熱機(jī)的效率。2、熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律（secondlawofthermodynamics），認(rèn)為可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響；不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響；不可逆熱力過程中熵的微增量總是大于零。熱力學(xué)第二定律，又稱“熵增定律”，表明了在自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總混亂度（即“熵”）不會(huì)減小。熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律都是人來長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，已經(jīng)滲透到幾乎所有學(xué)科中，并把學(xué)科的分支聯(lián)系了起來。3、熵1850年，德國(guó)物理學(xué)家魯?shù)婪颉た藙谛匏故状翁岢鲮氐母拍?，用來表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度，能量分布得越均勻，熵就越大。一個(gè)體系的能量完全均勻分布時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。在克勞修斯看來，在一個(gè)系統(tǒng)中，如果聽任它自然發(fā)展，那么，能量差總是傾向于消除的。讓一個(gè)熱物體同一個(gè)冷物體相接觸，熱就會(huì)以下面所說的方式流動(dòng)：熱物體將冷卻，冷物體將變熱，直到兩個(gè)物體達(dá)到相同的溫度為止?？藙谛匏乖谘芯靠ㄖZ熱機(jī)時(shí)，根據(jù)卡諾定理得出了對(duì)任意可逆循環(huán)過程都都適用的一個(gè)公式：dS=（dQ/dT）。能量轉(zhuǎn)化的推動(dòng)力總所周知，壓力差是傳遞體積功的推動(dòng)力，溫度差是熱傳遞的推動(dòng)力，但要統(tǒng)一論述廣義的推動(dòng)力，還必須在熱力學(xué)原理基礎(chǔ)上進(jìn)一步的討論。吉布斯自由能吉布斯自由能又叫吉布斯函數(shù)，（英Gibbsfreeenergy,GibbsenergyorGibbsfunction;alsoknownasfreeenthalpy）是熱力學(xué)中一個(gè)重要的參量，常用G表示，它的定義是：G=U?TS+pV=H?TS，其中U是系統(tǒng)的內(nèi)能，T是溫度，S是熵，p是壓強(qiáng)，V是體積，H是焓。吉布斯自由能的微分形式是：dG=?SdT+Vdp+μdN，其中μ是化學(xué)勢(shì)，也就是說每個(gè)粒子的平均吉布斯自由能等于化學(xué)勢(shì)。麥克斯韋關(guān)系式麥克斯韋關(guān)系式是熱力學(xué)中的一套方程，可以從熱力學(xué)勢(shì)的定義推出。麥克斯韋關(guān)系式是熱力學(xué)勢(shì)的二階導(dǎo)數(shù)之間的等式的陳述。它們可以直接從二元解析函數(shù)的高階導(dǎo)數(shù)與求導(dǎo)次序無關(guān)的事實(shí)推出。化學(xué)勢(shì)化學(xué)勢(shì)（chemicalpotential），多組分均相系統(tǒng)中，在等溫等壓并保持系統(tǒng)中其他物質(zhì)的量都不變的條件下，系統(tǒng)的吉布斯自由能隨某一組分的物質(zhì)的量的變化率。第二節(jié)化學(xué)能化學(xué)能的儲(chǔ)存密度（即單位質(zhì)量的能量）是除核能以外最大的。而且現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)已能使化學(xué)能與其他能態(tài)（除核能外）實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換，所以，化學(xué)能在目前人類的生產(chǎn)和日常生活中占有特殊重要的地位。一、化學(xué)能的本質(zhì)化學(xué)鍵能化學(xué)能的本質(zhì)是原子核與電子之間的靜電引力所體現(xiàn)的能。當(dāng)兩個(gè)獨(dú)立的遠(yuǎn)在結(jié)合在一起形成穩(wěn)定的雙原子分子時(shí)，分子所具有的能量比兩個(gè)獨(dú)立的原子所具有的能量之和少，即成鍵時(shí)放出一部分能。反過來，要使該雙原子之間的化學(xué)鍵斷裂，使兩個(gè)原子重新成為彼此獨(dú)立的原子，則必須提供恰等于成鍵時(shí)所放出的能量，這部分能量等于化學(xué)鍵能?；瘜W(xué)能來自化學(xué)鍵能。化學(xué)反應(yīng)的類型二、化學(xué)能的釋放化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)當(dāng)體系發(fā)生化學(xué)變化而不做非體積功時(shí)，若使反應(yīng)產(chǎn)物與反應(yīng)物的溫度相同，此時(shí)體系所放出或吸收的熱量叫化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。在等壓條件下，熱效應(yīng)Qp等于體系的焓變△H。化學(xué)反映熱與溫度、壓力及物相有關(guān)。因此，當(dāng)提到化學(xué)反應(yīng)熱時(shí)，必須指明反映的溫度和壓力，以及反應(yīng)物和產(chǎn)物的物相。例如：=1\*GB3①碳和氧在25.C及105Pa下燃燒生成CO2的反應(yīng)△H為負(fù)值，表示這是一個(gè)放熱反應(yīng)。=2\*GB3②水在105Pa和100.C的條件下蒸發(fā)△H為正值，這是一個(gè)吸熱反映。蓋斯定律1840年俄國(guó)化學(xué)家蓋斯（Hess，也譯作赫斯）在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)（熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）的基礎(chǔ)上提出在“定壓或定容條件下的任意化學(xué)反應(yīng)，在不做其它功時(shí)，不論是一步完成的還是幾步完成的，其熱效應(yīng)總是相同的（反應(yīng)熱的總值相等）?！边@叫作蓋斯定律。生成熱和燃燒熱生成熱（heatofformation）：在一定溫度和壓力下，由最穩(wěn)定的單質(zhì)生成1摩爾純物質(zhì)的熱效應(yīng)?，F(xiàn)在多稱生成焓，因?yàn)榇松煞磻?yīng)的熱效應(yīng)等于該過程體系焓的增量。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（各單質(zhì)與生成的純物質(zhì)皆處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）的生成焓稱為標(biāo)準(zhǔn)生成熱（standardheatofformation），現(xiàn)行手冊(cè)上稱為摩爾標(biāo)準(zhǔn)生成焓，簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)生成焓，用符號(hào)△fHθm表示，單位是千焦/摩（KJ/mol）。如298.15開(即25℃)時(shí)金剛石與乙炔(氣)的△fHθm分別為+1.896與-226.73千焦/摩。負(fù)值表示放熱，即體系的焓減少。燃燒熱(ΔcH0)是指物質(zhì)與氧氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)時(shí)放出的熱量。它一般用單位物質(zhì)的量、單位質(zhì)量或單位體積的燃料燃燒時(shí)放出的能量計(jì)量。燃燒反應(yīng)通常是烴類在氧氣中燃燒生成二氧化碳、水并放熱的反應(yīng)。燃燒熱可以用彈式量熱計(jì)測(cè)量，也可以直接查表獲得反應(yīng)物、產(chǎn)物的生成焓(ΔfH0)再相減求得?；瘜W(xué)反應(yīng)熱與溫度在定壓條件下，同一化學(xué)反應(yīng)分別在兩個(gè)不同溫度T1和T2時(shí)的熱效應(yīng)一般不同。如果已知某化學(xué)反應(yīng)在T1時(shí)的反應(yīng)熱△H1，可用基爾霍夫方程式求得反應(yīng)在相同壓力和溫度為T2時(shí)的反應(yīng)熱△H2電化學(xué)反應(yīng)屬于電化學(xué)范疇的化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)是有關(guān)電與化學(xué)變化關(guān)系的一個(gè)化學(xué)分支。電化學(xué)是邊緣學(xué)科，是多領(lǐng)域的跨學(xué)科。對(duì)“電化學(xué)”，古老的定義認(rèn)為它是“研究物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)與電的關(guān)系的科學(xué)”。以后Bockris下了定義，認(rèn)為是“研究帶電界面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學(xué)[1]”。當(dāng)代電化學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)比Bockris定義的范圍又拓寬了許多。實(shí)際上還有學(xué)者認(rèn)為電化學(xué)領(lǐng)域更寬。如日本的學(xué)者小澤昭彌則認(rèn)為，電化學(xué)涵蓋了電子（以電子的得失為主）、離子和量子的流動(dòng)現(xiàn)象的所有領(lǐng)域，它橫跨了理學(xué)和工學(xué)兩大方面，從而可將光化學(xué)、磁學(xué)、電子學(xué)等收入版圖之中。若從宏觀和微觀兩個(gè)反應(yīng)與電的關(guān)系的科學(xué)”。三、化學(xué)能轉(zhuǎn)化的限度化學(xué)勢(shì)對(duì)濃度的依賴關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能第三節(jié)熱能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化將熱能變換成化學(xué)能，主要目的在于能量的儲(chǔ)存和輸送。例如，將高溫氣冷核反應(yīng)堆（HTGR）所輸出的1000.C左右的熱能通過循環(huán)化學(xué)的方式分解水制氫，于是，熱能變換成氫的化學(xué)能，通過管道或金屬氫化物的形式輸往各地。由于氫是未來代替石油、煤和天然氣的理想“清潔”的二次能源，所以，通過上述變換便能達(dá)到能的合理利用的目的。一、化學(xué)熱管人能與化學(xué)能之間的相互變換的另一種形式是所謂的化學(xué)熱管（Chemicalheatpipe）,即利用可逆反應(yīng)，經(jīng)過吸熱反應(yīng)將熱源的熱能變成生成物的化學(xué)能，通過管道進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送。到達(dá)目的地后，再通過可逆的放熱反應(yīng)將熱能取出來加以利用。取出熱能后的物質(zhì)再用管道反輸回去繼續(xù)使用。例如：（1）高溫氣冷堆的熱輸送（2）太陽能的儲(chǔ)存和利用二、化學(xué)熱泵上述化學(xué)熱管，由于過程熵的增加的降低，使得能的品位有所降低。能的品位降低也是能的損耗的一種表現(xiàn)。利用化學(xué)熱泵（Chemicalheatpump）可使傳遞的一部分熱能的溫度得以提高，因而使能量得到更為合理的利用。例如：（1）如果將低溫?zé)嵩从糜诜蛛x操作，以分離代替吸熱的你反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，便有可能得到較高溫度的熱。（2）用低溫?zé)嵩吹臒崾瓜跛釡p壓整流分離，分離后的硝酸加水時(shí)，由于水合熱的作用可以得到比熱源溫度高的溫度。這種方法可將溫度由28.C升至46.C。第四節(jié)光能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化概述光由光量子組成，一個(gè)光量子所有的能量可用公式表示為太陽投向地球的光能，目前大部分沒有被利用，而是反射或散射到宇宙空間中去了，被固定下來的只是很小的一部分。在這很小的一部分中，以熱的形式固定下來的太陽能占了很大的比重。它使水蒸發(fā)，使空氣流動(dòng)，給人們提供了水力能和風(fēng)力能。另一種固定的形式是通過植物的光合作用將光能變換成物質(zhì)的化學(xué)能。這種光能的生物化學(xué)變換直觀重要，不但為人們提供了煤、石油和天然氣等燃料，而且對(duì)植物的生長(zhǎng)起著重要的作用。植物的生長(zhǎng)無不直接或間接依賴于光合作用。因此，從仿生的角度了解光合作用、利用光合作用、進(jìn)而模擬光合作用固定太陽能，這是人類面臨的重大課題之一。光合作用光合作用（Photosynthesis），即光能合成作用，是植物、藻類和某些細(xì)菌，在可見光的照射下，經(jīng)過光反應(yīng)和暗反應(yīng)，利用光合色素，將二氧化碳（或硫化氫）和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放出氧氣（或氫氣）的生化過程。光合作用是一系列復(fù)雜的代謝反應(yīng)的總和，是生物界賴以生存的基礎(chǔ)，也是地球碳氧循環(huán)的重要媒介。生物質(zhì)能光能的利用效率油料植物生物產(chǎn)氫生物發(fā)酵第五節(jié)能的變換通常進(jìn)行能的變換，大致有以下三種目的：以獲得能量做功為目的，這是最大量的變換。將一種能態(tài)變換成某種載運(yùn)信息的能量。介于以上兩者之間的變換，即在能量變換的同時(shí)，物理量也發(fā)生正確的傳遞，而且能的變換量也并不太小。能的變換分類：雙向變換和單項(xiàng)變換宏觀變換和微觀變換準(zhǔn)靜變換和動(dòng)態(tài)變換第六節(jié)有效能一、有效能的概念及有效能的損耗1、能的質(zhì)與量2、環(huán)境的影響3、能的價(jià)值尺度——有效能4、有效能的損耗二、物理有效能與化學(xué)有效能1、物理有效能2、化學(xué)有效能三、工業(yè)過程的有效能分析1、熱效率與有效能效率2、等溫化學(xué)反應(yīng)體系3、絕熱過程的有效能損耗4、電化學(xué)過程

第四章化石燃料教學(xué)目的和要求：掌握煤炭、石油及其制品、天然氣及其他氣體燃料的形成、分類、開采及相關(guān)技術(shù)；我國(guó)化石燃料的生產(chǎn)、消費(fèi)狀況。教學(xué)手段：多媒體教學(xué)與黑板教學(xué)相結(jié)合教學(xué)方法：案例教學(xué)與課堂講述相結(jié)合、理論與實(shí)際相結(jié)合、啟發(fā)式教學(xué)與課堂討論相結(jié)合。課時(shí)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)課時(shí)分配：教學(xué)學(xué)時(shí)教學(xué)章節(jié)教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)備注第1-3學(xué)時(shí)第一、二、三節(jié)煤炭、石油及其制品第4-6學(xué)時(shí)第四、五、六節(jié)天然氣及其他氣體燃料作業(yè)與思考：簡(jiǎn)述我國(guó)化石燃料的生產(chǎn)、消費(fèi)狀況，以及相關(guān)技術(shù)的利用及發(fā)展情況。主要教學(xué)內(nèi)容所有化石燃料都是由碳水化合物的腐化作用形成的。這些碳水化合物的化學(xué)式為，是有生命的植物通過光合作用將太陽能直接轉(zhuǎn)化成化學(xué)能時(shí)形成的。常用的化石燃料為煤、石油和天然氣。化石燃料有時(shí)又稱礦物燃料。煤炭煤炭是世界上儲(chǔ)量最多，分布最廣的化石燃料。截止到目前為止，世界煤炭探明可采儲(chǔ)量為億噸。煤炭分布于個(gè)國(guó)家和地區(qū)，個(gè)國(guó)家進(jìn)行了規(guī)模性開采。煤炭在世界一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量中分別占、。煤炭是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。一、煤的形成和分類（一）煤的形成煤是最豐富的化石原料，它是原始植物經(jīng)過復(fù)雜的生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成。這一演變過程稱為成煤作用。高等植物經(jīng)過成煤作用形成腐植煤，低等植物經(jīng)過成煤作用形成腐泥煤。絕大多數(shù)煤為腐植煤。（二）煤的元素組成煤是由有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)混合的。煤中有機(jī)物質(zhì)主要由碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）四種元素組成，還有一些元素則組成煤中的無機(jī)物質(zhì)，主要有硫（S）、磷（P）以及稀有元素等。碳是煤中有機(jī)物質(zhì)的主導(dǎo)成分，也是最主要的可燃物質(zhì)。一般來說，煤中碳含量越多，煤的發(fā)熱量也越大。煤中碳含量的規(guī)律是隨煤的變質(zhì)過程的加深二增加。例如：在泥炭中碳的含量為50%-60%，褐煤中碳含量為60%-75%，而在煙煤中則增為75%-90%，在變質(zhì)程度最高的無煙煤中則高達(dá)90%-98%。氫也是煤中重要的可燃物質(zhì)。氫的發(fā)熱量最高，燃燒時(shí)每千克氫的低位發(fā)熱量可高達(dá)120370kJ，是純碳發(fā)熱量的4倍。氧是煤中不可燃的元素。隨貶值過程的加深而減少。煤中氮含量較少，僅為1%-3%。煤中氮主要來自成煤植物。在煤燃燒時(shí)氮常呈游離狀態(tài)逸出，不產(chǎn)生熱量。但在煉焦過程中，氮能轉(zhuǎn)化成氨及其他含氨化合物。硫是煤中的有害物質(zhì)。磷也是煤中有害成分。煤中含有的稀有元素有鍺（Ge）、鎵（Ga）、鈹（Be）、鋰（Li）、釩（V）以及放射性元素鈾（U）等，一般含量甚微。（三）常用的煤質(zhì)指標(biāo)1、水分（Moisture）煤的水分簡(jiǎn)單地說分為：全水分、內(nèi)在水分、外在水分、結(jié)晶水和分解水，在實(shí)際測(cè)定中只能測(cè)煤的全水分、內(nèi)在水分、外在水分和最高內(nèi)在水分，而不測(cè)定結(jié)晶水和分解水。煤炭運(yùn)銷中常用的水分指標(biāo)有：全水（符號(hào)：Mt)，全水分包括外在水分和內(nèi)在水分；一般分析煤樣水分（也稱空干基水分，符號(hào)：Mad

），它是指分析用煤樣（<0.2mm）在實(shí)驗(yàn)室大氣中達(dá)到平衡后所保留的水分，也可以認(rèn)為是內(nèi)在水分。有時(shí)用戶也會(huì)要求使用收到基水分（符號(hào)：Mar），一般可認(rèn)為Mar=Mt。2、灰分（Ash）煤的灰分在煤炭分析中的定義為：煤完全燃燒后留下的殘?jiān)?，它不是煤中固有的礦物質(zhì)，而是在高溫下經(jīng)各種化學(xué)反應(yīng)而生成的固體殘留物。在煤炭運(yùn)銷中常用的灰分指標(biāo)有：空干基（又稱分析基）灰分（符號(hào)：Aad）、干基灰分（符號(hào)：Ad）和收到基灰分（符號(hào)：Aar）。煤炭灰分等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)等級(jí)名稱等級(jí)要求Ad(%)代號(hào)等級(jí)名稱等級(jí)要求Ad(%)3、揮發(fā)分（全稱為：揮發(fā)分產(chǎn)率，Volatilematter）是煤中的有機(jī)物質(zhì)和一部分礦物加熱分解的產(chǎn)物；它不是煤中固有物質(zhì)；而是在特定溫度下的煤熱分解產(chǎn)物，所以確切地說揮發(fā)分叫揮發(fā)分產(chǎn)率。煤的揮發(fā)分與煤的變質(zhì)程度有很大的關(guān)系，隨煤化程度的增加，揮發(fā)分降低；如褐煤的揮發(fā)分一般為38%-65%，煙煤的揮發(fā)分一般為10%-55%，無煙煤揮發(fā)分≤10%。揮發(fā)分是決定煤炭利用的重要指標(biāo)，在燃煤中，根據(jù)揮發(fā)分來選擇適于特定煤源的燃燒設(shè)備或適于特定設(shè)備的煤源（在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)已將揮發(fā)分值設(shè)定在某一范圍，所以用戶在購(gòu)煤時(shí)要強(qiáng)調(diào)揮發(fā)分指標(biāo)）；在煉焦中，要根據(jù)揮發(fā)分來確定配煤比例，因揮發(fā)分適中的煙煤，粘結(jié)性好，適于煉焦；在氣化和液化工藝的條件選擇上，揮發(fā)分也有重要的作用；在環(huán)境保護(hù)中，揮發(fā)分還作為一項(xiàng)制定煙霧法令的依據(jù)。煤的揮發(fā)分與其它煤質(zhì)指標(biāo)如發(fā)熱量、碳和氫含量都有較好的相關(guān)關(guān)系。在煤炭運(yùn)銷中常用的揮發(fā)分指標(biāo)有：空干基揮發(fā)分（符號(hào)：Vad）、干基揮發(fā)分（符號(hào)：Vd）、收到基揮發(fā)分（符號(hào)：Var）和干燥無灰基揮發(fā)分（符號(hào)：Vdaf）。煤的揮發(fā)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)名稱低揮發(fā)分中揮發(fā)分中高揮發(fā)分高揮發(fā)分Vdaf（%）4、發(fā)熱量（calorificvalue）煤的發(fā)熱量符號(hào)：Q，單位：J/g（焦耳/克）、MJ/kg（兆焦耳/千克），習(xí)慣上也使用cal/g（卡/克）、kcal/kg（千卡/千克）；換算關(guān)系：1卡=4.1816焦耳，是表征煤質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。一則它是燃燒設(shè)備熱工計(jì)算的基礎(chǔ)；燃煤工藝過程中的熱平衡、耗煤量及熱效率等的計(jì)算都是以所用煤的熱值為依據(jù)的，在設(shè)計(jì)電廠鍋爐時(shí)也是根據(jù)煤的平均收到基低位發(fā)熱量來考慮鍋爐的種類、型號(hào)及燃燒方式；二則是煤的發(fā)熱量是表征煤的各種特征的綜合指標(biāo)。煤的發(fā)熱量（Qgr,daf）與煤的變質(zhì)程度有很大關(guān)系，一般是隨變質(zhì)程度的加深而增高，如褐煤的發(fā)熱量較低，煙煤中到焦煤和肥煤熱值最高，焦煤以后隨煤的變質(zhì)程度加深而略有降低，這就是為什么無煙煤的熱值比煙煤熱值低的原因。由于煤的發(fā)熱量指標(biāo)的重要性，用戶購(gòu)煤時(shí)首先考慮的是熱值的高低，能否符合燃煤設(shè)備對(duì)熱值的要求，在動(dòng)力煤的計(jì)價(jià)中也是以發(fā)熱量作為結(jié)算依據(jù)。煤炭運(yùn)銷中常用的發(fā)熱量指標(biāo)有：空干基彈筒發(fā)熱量（符號(hào)：Qd,ad），空干基高位發(fā)熱量（符號(hào)：Qgr,ad），干基高位發(fā)熱量（符號(hào)：Qgr,d）和收到基（原稱應(yīng)用基）低位發(fā)熱量（符號(hào)：Qnet,ar），有時(shí)也用到干燥無灰基高位發(fā)熱量（符號(hào)：Qgr,daf）。在目前的煤炭購(gòu)銷合同中，國(guó)內(nèi)北方用戶一般用收到基低位發(fā)熱量(Qnet,ar)，而南方用戶（如廣東）和國(guó)外客戶一般用空干基高位發(fā)熱量(Qgr,ad)，對(duì)于神華煤來說，兩種熱值表示方法相差較大（600kcal/kg-1000kcal/kg），簽訂合同時(shí)一定要明確熱值的表示基準(zhǔn)，而更不能只寫發(fā)熱量多少，以免造成商務(wù)糾紛。煤炭發(fā)熱量等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)等級(jí)名稱等級(jí)要求Qnet,ar(MJ/kg)代號(hào)等級(jí)名稱等級(jí)要求Qnet,ar(MJ/kg)（四）煤的分類煤的分類方法煤種干燥無灰基揮發(fā)分含量Vdaf（%）低位發(fā)熱量Qnet,ar(MJ/kg)無煙煤26-33煙煤9-4520-33褐煤40-6610-17我國(guó)動(dòng)力煤的分類方法煤種干燥無灰基揮發(fā)分含量Vdaf（%）低位發(fā)熱量Qnet,ar(MJ/kg)無煙煤>20.9貧煤9-19>18.4低揮發(fā)分煙煤19-30>16.3高揮發(fā)分煙煤30-40>15.5褐煤40-50>11.7褐煤：煤種埋藏年代最短，碳化程度最低的一類。顏色大多呈褐色，因此成為褐煤。長(zhǎng)焰煤：煤化程度僅稍高于褐煤，是最年輕的煙煤，常呈褐黑色，因燃燒時(shí)發(fā)出較長(zhǎng)的火苗而得名。不粘煤：煤化程度僅高于長(zhǎng)焰煤，亦屬年輕煙煤。煤質(zhì)特征為幾乎不具任何粘結(jié)性，故稱為不粘煤。弱粘煤：煤化程度較低，又具有弱黏性的煙煤。貧煤：是煤化程度最高的煙煤。氣煤：屬于煤化程度低的煤種，顏色黑，弱玻璃光澤，揮發(fā)分較高。加熱時(shí)產(chǎn)生大量氣體和較多焦油，是制造城市用煤氣和工業(yè)用煤氣的良好原料，因此，成為氣煤。肥煤：中等煤化程度的煤種，黑色，玻璃光澤，黏結(jié)性最強(qiáng)，加熱時(shí)能產(chǎn)生比焦煤更多的膠質(zhì)體，所以稱之為肥煤，是煉焦配煤中的主要成分。焦煤：也是屬于中等煤化程度的煤種，黑色，玻璃光澤，是結(jié)焦性最好的煤種。由于以往單一煤種煉焦時(shí)用這種煤能煉出強(qiáng)度大、塊度大的優(yōu)質(zhì)焦煤，是最好的煉焦用煤，因此稱之為焦煤。瘦煤：是屬高煤化程度的煤種，黑色，玻璃光澤，黏結(jié)性較弱，與焦煤相比在加熱時(shí)僅能產(chǎn)生少量的膠質(zhì)體，所以稱之為瘦煤。一般作為煉焦配煤。無煙煤：是煤化程度最高的煤種，顏色呈帶有銀白或古銅色彩的灰黑色，似金屬光澤，因其燃燒時(shí)無言而得名。它的硬度和比重在煤種是最大的，干燥無灰基揮發(fā)分含量最少，Vdaf小于9%，揮發(fā)分析出的溫度也較高，因此著火困難，著火后也難以燃盡。無煙煤燃燒時(shí)出現(xiàn)青藍(lán)色火焰沒有煙，它的結(jié)焦性差，儲(chǔ)藏時(shí)穩(wěn)定不易自燃，可作民用煤和化工用煤。二、煤炭資源、生產(chǎn)與消費(fèi)（一）煤炭資源（二）煤炭生產(chǎn)（三）煤炭消費(fèi)作業(yè)：請(qǐng)同學(xué)們查閱相關(guān)資料獲得如下數(shù)據(jù)世界煤炭探明儲(chǔ)量我國(guó)各大區(qū)煤炭?jī)?chǔ)量分布情況世界煤炭產(chǎn)量時(shí)間序列數(shù)據(jù)世界武大產(chǎn)煤國(guó)產(chǎn)量及其位次變化情況我國(guó)原煤生產(chǎn)情況我國(guó)煤炭按行業(yè)消費(fèi)情況我國(guó)煤炭消費(fèi)構(gòu)成三、煤炭的開采當(dāng)前礦井開采技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有如下特點(diǎn)：擴(kuò)大規(guī)模集中生產(chǎn)簡(jiǎn)化生產(chǎn)系統(tǒng)采用先進(jìn)礦井采煤設(shè)備采用高產(chǎn)高效工作面進(jìn)一步提高礦井的安全性四、潔凈煤技術(shù)石油及其制品一、石油的形成與分類石油是僅次于煤的化石燃料，石油只是有機(jī)物在地球演化過程中的一種中間產(chǎn)物。石油主要由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等烴類化合物組成。組成石油的主要元素是碳、氫、硫、氧、氮。其中碳?xì)湓刈疃唷Ａ?、氮、氧以化合物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等非烴類物質(zhì)形態(tài)存在。一般硫、氮、氧三種元素的含量小于1%，此外還有微量鈉、鉛、鐵、鎳、釩等金屬元素存在。天然石油（又稱原油）通常是淡色或黑色的流動(dòng)或半流動(dòng)的黏稠液體，密度在0.65-.085t/m3。通常有許多物性指標(biāo)用以說明石油的特性，包括黏度、凝點(diǎn)、鹽含量、硫含量、蠟含量、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、殘?zhí)?、沸點(diǎn)和餾程等。石油的組成及其復(fù)雜，確切地分類及其困難。通常在市場(chǎng)上有一下三種分類方法：二、石油資源、生產(chǎn)與消費(fèi)（一）石油資源（二）石油生產(chǎn)與消費(fèi)作業(yè)：請(qǐng)同學(xué)們查閱獲得如下資料各國(guó)石油儲(chǔ)量我國(guó)石油進(jìn)出口情況時(shí)間序列數(shù)據(jù)三、油田的開發(fā)與石油的煉制（一）油田的開發(fā)石油勘探鉆井油田的開采（二）石油的煉制分離法轉(zhuǎn)化法四、主要石油產(chǎn)品的種類與用途五、油品結(jié)構(gòu)（一）汽油（二）柴油作業(yè)：請(qǐng)同學(xué)們查閱相關(guān)資料獲得如下數(shù)據(jù)亞太地區(qū)石油產(chǎn)品需求構(gòu)成變化年份198519901995200020052010年均增長(zhǎng)率1985/19951995/20002000/2010液化氣石腦油車用汽油燈煤/噴氣燃料柴油燃料油其他柴汽比年我國(guó)按行業(yè)分主要石油產(chǎn)品的消費(fèi)量構(gòu)成行業(yè)能源消費(fèi)總量（萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）原油消費(fèi)量（萬噸）汽油消費(fèi)量（萬噸）煤油消費(fèi)量（萬噸）柴油消費(fèi)量（萬噸）燃料油消費(fèi)量（萬噸）天然氣及其他氣體燃料一、概述以天然氣為代表的氣體燃料通常包括天然氣、人工煤氣、液化石油氣和沼氣四大類。天然氣是一種重要的一次能源，燃燒時(shí)有很高的發(fā)熱值，對(duì)環(huán)境的污染也較小，而且還是一種重要的化工原料。天然氣的生成過程同石油類似，但比石油更容易生成。天然氣主要有甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烴類組成，其中甲烷占80%-90%。通常天然氣可以分為純天然氣、石油伴生氣、凝析氣和礦井氣四種。天然氣的勘探、開采同石油類似，但收采率較高，可達(dá)60%-95%。天然氣中主要的有害物質(zhì)是CO2、H2O、H2S和其他含硫化合物。因此，天然氣在使用前也需凈化，即脫硫、脫水、脫二氧化碳、脫雜質(zhì)等。人工煤氣是人為地利用固體燃料或液體燃料加工而得到的二次能源，按制氣原料和制氣工藝不同又可分為干餾煤氣、氣化煤氣和油制氣。液化石油氣是呈液體狀態(tài)石油氣，簡(jiǎn)稱液化氣。主要由丙烷、丁烷等碳?xì)浠衔锝M成，它是從氣田或油田開采中獲得，也可從石油煉制過程中作為副產(chǎn)品提取。液化石油氣是城市主要?dú)庠粗弧Ｕ託馐巧镔|(zhì)能源，由各種有機(jī)物如糞便、垃圾、雜物、酒糟等，其中蛋白質(zhì)、纖維素、淀粉在隔絕空氣條件下，因微生物發(fā)酵作用產(chǎn)生的可燃?xì)怏w。主要成分是甲烷，占60%左右。沼氣在農(nóng)村應(yīng)用較為廣泛。二、天然氣資源天然氣是蘊(yùn)藏量豐富，最清潔而便利的優(yōu)質(zhì)能源。與石油一樣，世界天然氣資源分布也很不均勻，主要集中在中東、歐洲和歐亞大陸，二者之和約占世界天然氣總儲(chǔ)量的75.%。我國(guó)天然氣資源豐富，并且探明天然氣儲(chǔ)量大幅增長(zhǎng)。我國(guó)天然氣的分布與石油有相當(dāng)大的差別，其分布較為均衡，但仍顯示出北富南貧、西多東少的天然氣分布格局，因此天然氣的流向仍然是西氣東輸和海氣上岸。三、天然氣生產(chǎn)作業(yè)：請(qǐng)同學(xué)們查閱獲得如下資料世界天然氣產(chǎn)量前10位的國(guó)家四、天然氣市場(chǎng)天然氣市場(chǎng)非常廣闊，它主要用于以下幾個(gè)方面：發(fā)電民用及商業(yè)燃料化肥及化工原料工業(yè)原料五、煤層氣煤層氣（俗稱瓦斯）是一種與煤伴生，以吸附狀態(tài)儲(chǔ)存于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣，其中甲烷含量大于95%，熱值33.44MJ/m3以上，是一種優(yōu)質(zhì)潔凈的能源。中國(guó)是世界上主要的煤炭生產(chǎn)大國(guó)之一，煤炭生產(chǎn)居世界首位，也是世界上煤炭資源和煤層氣資源最豐富的國(guó)家之一。豐富的煤層氣資源有望成為中國(guó)21世紀(jì)的接替性能源之一。

第五章電能及發(fā)電技術(shù)教學(xué)目的和要求：了解電能的基本情況，掌握活力發(fā)電、水力發(fā)電及先進(jìn)發(fā)電技術(shù)的基本原理。教學(xué)手段：多媒體教學(xué)與黑板教學(xué)相結(jié)合教學(xué)方法：案例教學(xué)與課堂講述相結(jié)合、理論與實(shí)際相結(jié)合、啟發(fā)式教學(xué)與課堂討論相結(jié)合。課時(shí)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)課時(shí)分配：教學(xué)學(xué)時(shí)教學(xué)章節(jié)教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)備注第1-3學(xué)時(shí)第一節(jié)、第二節(jié)電能概述、火力發(fā)電第4-6學(xué)時(shí)第三節(jié)、第四節(jié)水力發(fā)電、先進(jìn)發(fā)電技術(shù)作業(yè)與思考：簡(jiǎn)述我國(guó)發(fā)電技術(shù)的概況及發(fā)展趨勢(shì)。主要教學(xué)內(nèi)容電能概述一、電能的重要性電能是與電荷流動(dòng)與聚集有關(guān)的一種能量。它是由其他依次能源轉(zhuǎn)換而來的二次能源。由于電能輸送、控制、轉(zhuǎn)換和使用都非常方便，又不污染環(huán)境，是一種非常優(yōu)質(zhì)的二次能源。電力工業(yè)起源于19世紀(jì)后期。世界上第一臺(tái)火力發(fā)電機(jī)組是1875年建于巴黎北火車站的直流發(fā)電機(jī)，用于照明供電。1879年，美國(guó)舊金山實(shí)驗(yàn)電廠開始發(fā)電，這是世界上最早出售電力的電廠。1882年，美國(guó)紐約珍珠街電廠建成發(fā)電，裝有6臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，總?cè)萘渴?00馬力（670kW），以110V直流為點(diǎn)燈照明供電。經(jīng)過100多年的發(fā)展，到1980年，全世界發(fā)電裝機(jī)總量達(dá)到20.24億kW，年發(fā)電量達(dá)到82473億kW·h；1997年全世界發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到32億kW，年發(fā)電量達(dá)到138487億kW·h.據(jù)預(yù)測(cè)，在2000-2030年，全世界將建成500億kW的發(fā)電裝機(jī)容量，而總裝機(jī)容量將增長(zhǎng)到2030年的71.57億kW。20世紀(jì)劃時(shí)代的進(jìn)步標(biāo)志就是電能在社會(huì)生產(chǎn)和人民生活中的普遍應(yīng)用。國(guó)民經(jīng)濟(jì)電氣化的重要意義在于：電氣化石實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。用電能替代其他能源可大大降低單位產(chǎn)值的能耗，節(jié)約能源。電氣化為迅速提高現(xiàn)代社會(huì)的生活水平及文明程度奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。發(fā)展電能是新能源的廣泛應(yīng)用和建立可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的必然結(jié)果。正式由于電能的重要性，作為提供電力的電力工業(yè)必須優(yōu)先發(fā)展，其發(fā)展速度要高于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的其他部門。二、電能的生產(chǎn)電能可以通過多種途徑產(chǎn)生，其中最主要的途徑是通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能直接轉(zhuǎn)換成電能。另外，可在燃料電池中將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能；在太陽能電池中由輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能；核能轉(zhuǎn)換為電能則是在所謂的核電池中實(shí)現(xiàn)的。磁流體發(fā)電、熱點(diǎn)偶溫差發(fā)電則可將熱能直接轉(zhuǎn)變成電能。不過后集中獲得電能的方式目前仍處在研究、開發(fā)階段。三、電能的輸送和分配發(fā)電廠產(chǎn)生的巨大的電能必須輸送到用戶。由發(fā)電廠、電力網(wǎng)和電力用戶所組成的大系統(tǒng)則稱之為電力系統(tǒng)。電力網(wǎng)按其供電范圍、電壓高低可分為地方電力網(wǎng)和區(qū)域電力網(wǎng)。地方電力網(wǎng)的電壓等級(jí)一般不超過110kV，供電距離躲在100km以內(nèi)。區(qū)域電力網(wǎng)則將范圍較廣地區(qū)的發(fā)電廠聯(lián)系起來，而且書店線路長(zhǎng)（有的超過1000km），電壓高，輸送功率大，用戶類型多。由焦耳定律可知，輸電線路的損耗是和通過電路的電流的平方成正比。因此為了減少長(zhǎng)距離輸電線路的電能損耗，就必須減少輸電線路的電流，即應(yīng)提高輸送電壓。但輸送電壓越高，則輸電線路投資越大，因此輸配電線路的電壓等級(jí)是一個(gè)需根據(jù)多方面因素決定的綜合問題。為了供電力用戶使用，在用電終端還需將輸電的高電壓再降低下來，因此接受、輸送和分配電能就成為變電所的任務(wù)。故變電所是電力網(wǎng)的重要組成部門，是電力系統(tǒng)中的中間環(huán)節(jié)。變電所根據(jù)其重要性和功能又可分為樞紐變電所、中間變電所和終端變電所。四、電能的儲(chǔ)存（一）蓄電池（二）電力場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)五、世界電力工業(yè)的基本情況作業(yè)：請(qǐng)同學(xué)們查閱相關(guān)資料獲得如下數(shù)據(jù)（）年揭示發(fā)電量的分類構(gòu)成（）年世界各行業(yè)消費(fèi)電量的情況（）年世界電力平衡表（）年主要發(fā)達(dá)國(guó)家和中國(guó)電力平衡表（）年世界各國(guó)發(fā)電量的構(gòu)成（）年主要發(fā)達(dá)國(guó)家和中國(guó)的電力構(gòu)（）年主要發(fā)達(dá)國(guó)家的電力概況六、中國(guó)電力工業(yè)作業(yè)：請(qǐng)同學(xué)們查閱相關(guān)資料獲得如下數(shù)據(jù)我國(guó)歷年裝機(jī)容量和發(fā)電量的構(gòu)成我國(guó)電力工業(yè)歷年的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)我國(guó)歷年電力工業(yè)的各項(xiàng)人均指標(biāo)我國(guó)歷年的電力消費(fèi)彈性系數(shù)我國(guó)用電量的構(gòu)成（年）火力發(fā)電一、概述電能是由各種一次能源按不同的轉(zhuǎn)換方式獲得的。具有一定的轉(zhuǎn)壞規(guī)模，能持續(xù)不斷地對(duì)外提供電能的工廠就成為發(fā)電廠。根據(jù)一次能源種類和轉(zhuǎn)換方式的不同，又可分為不同類型的發(fā)電廠。例如：火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核電廠、風(fēng)力發(fā)電廠、地?zé)岚l(fā)電廠和太陽能發(fā)電廠等。火力發(fā)電廠就是利用各種染料燃燒的熱能來提供電能的工廠。一般從燃料到電能需經(jīng)過如下的能量轉(zhuǎn)換過程：。二、火力發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)（一）凝汽式電廠的熱力系統(tǒng)（二）熱電廠的熱力系統(tǒng)（三）火力發(fā)電廠的供水系統(tǒng)三、火力發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（一）凝汽式發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1、熱耗率2、標(biāo)準(zhǔn)燃料耗率（二）熱電廠的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)燃料利用系數(shù)四、我國(guó)火力發(fā)電的發(fā)展方向1、發(fā)展高參數(shù)的大機(jī)組2、采用先進(jìn)的煤炭潔凈燃燒技術(shù)3、進(jìn)一步提高燃煤電廠的效率4、關(guān)停和改造小火電5、積極發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)6、發(fā)展燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組7、加緊建設(shè)坑口電廠第三節(jié)水力發(fā)電一、中國(guó)水能資源的特點(diǎn)水能資源最顯著特點(diǎn)是可再生、無污染。開發(fā)水能對(duì)江河的綜合治理和綜合利用具有積極作用，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，緩解由于消耗煤炭、石油資源所帶來的環(huán)境污染有重要意義。因此，世界各國(guó)都把開發(fā)水能放在能源發(fā)展戰(zhàn)略的優(yōu)先地位。我國(guó)水能資源有以下特點(diǎn)：1、資源總量豐富，但人均資源量并不富裕。2、水電資源分布不均勻，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)狀不匹配。3、江河來水量年內(nèi)和年際變化大。二、水電站概述與火力發(fā)電不同之處是，水能直接轉(zhuǎn)換成電能，不需要經(jīng)過熱能轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)。因此，對(duì)水電建設(shè)而言，其一次能源建設(shè)和二次能源建設(shè)是同時(shí)完成的。將水能直接轉(zhuǎn)換成電能的過程是在水電站中完成的。水電站主要由水庫、引水道和電廠組成。由于集中河道落差是水電站發(fā)電的必備條件，因此按集中河道落差方式的不同，水電站有四種不同的形式：1、堤壩式水電站2、引水式水電站3、混合式水電站4、抽水蓄能式水電站與火力發(fā)電相比，水力發(fā)電有一下特點(diǎn)：1、水力發(fā)電的發(fā)電量易受河流的天然徑流量的影響。2、電站在運(yùn)行中不消耗燃料，天然徑流量多時(shí)，發(fā)電量多。3、水電機(jī)組啟停方便，機(jī)組從靜止?fàn)顟B(tài)到滿負(fù)荷運(yùn)行僅需幾分鐘。5、水電站因不消耗燃料，沒有有害氣體、粉塵和廢渣排放。三、水電站的主要參數(shù)（一）水庫的特征水位及相應(yīng)的庫容（二）水電站的特征水頭及流量（三）水電站的動(dòng)能參數(shù)（四）水電站的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（五）水電站工程等級(jí)四、水電站的運(yùn)行和水庫調(diào)度五、水工建筑物1、攔河壩2、泄水建筑物3、進(jìn)水建筑物4、輸水建筑物5、發(fā)電廠房六、水輪機(jī)水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的水力原動(dòng)機(jī)，主要用于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，是水電站廠房中主要的動(dòng)力設(shè)備。通常將它與發(fā)電機(jī)一起統(tǒng)稱為水輪發(fā)電機(jī)組。沖擊式水輪機(jī)反擊式水輪機(jī)1、混流式水輪機(jī)2、軸流式水輪機(jī)3、貫流式水輪機(jī)4、斜流式水輪機(jī)七、小水電興建小型水電站是解決我國(guó)以及其他發(fā)展中國(guó)家農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)能源問題的重要途徑。所謂小水電資源通常是指裝機(jī)容量在2.5萬kV以下的水電資源。第四節(jié)先進(jìn)發(fā)電技術(shù)一、燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電的基本思路是：利用燃?xì)廨喲h(huán)平均吸熱溫度高和政企動(dòng)力循環(huán)平均吸熱溫度低的特點(diǎn)，各取所長(zhǎng)。作為第一工質(zhì)的燃?xì)饨?jīng)燃?xì)廨啓C(jī)做功后，具有較高溫度的排氣進(jìn)入余熱鍋爐，作為第二工質(zhì)的水在余熱鍋爐中吸收余熱后變?yōu)檎羝M(jìn)入蒸汽輪機(jī)，做功后在進(jìn)入冷凝器冷凝，從而構(gòu)成一個(gè)閉合循環(huán)。二、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）燃煤的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電是各國(guó)研究的重點(diǎn)。其中直接燃煤的燃?xì)廨啓C(jī)是以水煤漿替代燃油，直接送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室燃燒。該技術(shù)的難點(diǎn)是水煤漿的制備，燃燒室的耐磨和冷卻以及燃燒氣體的除塵和脫硫等問題。比較理想的方案是先將煤氣化成可燃?xì)怏w，功燃?xì)廨啓C(jī)使用，從而能更好地實(shí)現(xiàn)高品位煤的梯級(jí)利用。這就是所謂整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（ImtegratedGasificationCombinedCycle，簡(jiǎn)稱IGCC）三、增壓流化床燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)（PFBC-CC）增壓流化床燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)（PFBC-CC）實(shí)際上是一種增壓鍋爐型的聯(lián)合循環(huán)。四、燃料電池和IGCC組合聯(lián)合循環(huán)五、煤氣——蒸汽——電力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

第六章核能教學(xué)目的和要求：了解核能的來源，掌握反應(yīng)堆的基本概念，核電站的組成及運(yùn)行原理，了解核能的發(fā)展趨勢(shì)。教學(xué)手段：多媒體教學(xué)與黑板教學(xué)相結(jié)合教學(xué)方法：案例教學(xué)與課堂講述相結(jié)合、理論與實(shí)際相結(jié)合、啟發(fā)式教學(xué)與課堂討論相結(jié)合。課時(shí)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)課時(shí)分配：教學(xué)學(xué)時(shí)教學(xué)章節(jié)教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)備注第1-3學(xué)時(shí)第一節(jié)、第二節(jié)核能概述、反應(yīng)堆第4-6學(xué)時(shí)第三節(jié)、第四節(jié)、第五節(jié)核電站、21世紀(jì)的核能作業(yè)與思考：簡(jiǎn)述我國(guó)核能技術(shù)利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。主要教學(xué)內(nèi)容核能的概述自從1896年法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的天然放射性以來，由于近百年來世界各國(guó)科學(xué)家的辛勤探索，人類不但對(duì)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)有了更深刻的了解，而且還開發(fā)出了威力無比的核能（或稱原子能）。原子與原子核宇宙間浩瀚的萬物都是有元素組成的。構(gòu)成元素的最小單位是原子。原子非常小，其直徑大約只有110-8cm。1911年盧瑟福通過用粒子轟擊金屬薄片的散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)這么小的原子也是有核的。原子核更小，約為10-13cm，只占原子大小的十萬分之一。原子核帶正電，它周圍是數(shù)目不等的帶負(fù)電的電子。每個(gè)電子都在自己特定的軌道上繞著原子核運(yùn)動(dòng)，就像太陽系的行星繞太陽運(yùn)動(dòng)一樣。原子核又是由質(zhì)子和中子兩種粒子組成的，質(zhì)子帶正電，中子不帶電。質(zhì)子所帶正電荷的大小與電子所帶負(fù)電荷的大小正好相等，因此整個(gè)原子是中性的。現(xiàn)代科學(xué)家測(cè)出質(zhì)子的質(zhì)量為1.007277原子質(zhì)量單位，中子的質(zhì)量為1.008665原子質(zhì)量單位，而電子質(zhì)量?jī)H為0.0005486原子質(zhì)量單位，可見原子的質(zhì)量主要集中在核上質(zhì)子所帶正電荷的電量為1.60219210-19C。核能的來源人類生活中利用的大多是化學(xué)能。化石燃料燃燒時(shí)燃料中的碳原子和空氣中的氧原子結(jié)合，同時(shí)放出一定的能量。這種原子結(jié)合和分類使得電子的位置和運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化，從而釋放出的能量稱之為化學(xué)能。顯然，化學(xué)能與原子核無關(guān)?！昂四堋眮碓从趯⒑俗樱ㄙ|(zhì)子和中子）保持在原子核中的一種非常強(qiáng)的作用力——核力。1、核裂變核裂變，又稱核分裂，是指由重的原子，主要是指鈾或钚，分裂成較輕的原子的一種核反應(yīng)形式。原子彈以及裂變核電站或是核能發(fā)電廠的能量來源都是核裂變。其中鈾裂變?cè)诤穗姀S最常見，加熱后鈾原子放出2到4個(gè)中子，中子再去撞擊其它原子，從而形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而自發(fā)裂變。2、核聚變核聚變，又稱熱核反應(yīng)，是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式。世界核能利用現(xiàn)狀作業(yè)：請(qǐng)同學(xué)們查閱相關(guān)資料獲得世界核能利用的最新情況。反應(yīng)堆反應(yīng)堆的分類實(shí)現(xiàn)大規(guī)模可控核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置稱為核反應(yīng)堆，簡(jiǎn)稱反應(yīng)堆，它是向人類提供核能的關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)反應(yīng)堆的用途、所采用的燃料、冷卻劑與慢化劑的類型及中子能量的大小，反應(yīng)堆有許多分類的方法。動(dòng)力堆輕水堆重水堆氣冷堆快中子增殖堆供熱堆供熱堆是專門用于供熱的一種反應(yīng)堆，當(dāng)然也可以利用供熱堆提供的熱量，采用吸收式制冷或噴射制冷的方式實(shí)現(xiàn)冷、熱聯(lián)產(chǎn)；或用于海水淡化?；诎踩缘目紤]，池式低溫供熱堆是供熱堆的主要形式。第三節(jié)核電站核電站的組成核能最重要的應(yīng)用是核能發(fā)電。核電站和火電站的主要區(qū)別是熱源不同，而將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，在轉(zhuǎn)換成電能的裝置則基本相同。火電站靠燒煤、石油或天然氣來取得熱量，而核電站則依靠反應(yīng)堆中的將核燃料裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)所產(chǎn)生的熱量帶出來。核電站的系統(tǒng)和設(shè)備通常由兩大部門組成：核的系統(tǒng)和設(shè)備，又稱核島；常規(guī)的系統(tǒng)和設(shè)備，又稱常規(guī)島。目前核電站中廣泛采用的是輕水堆，即壓水堆和沸水堆。（一）壓水堆核電站（二）沸水堆核電站二、核電站系統(tǒng)（一）核島的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)（1）一回路主系統(tǒng)（2）化學(xué)和溶劑控制系統(tǒng)（3）余熱排出系統(tǒng)（4）安全注射系統(tǒng)（5）控制、保護(hù)和檢測(cè)系統(tǒng)（二）核島的輔助系統(tǒng)（1）設(shè)備冷卻水系統(tǒng)（2）硼回收系統(tǒng)（3）反應(yīng)堆的安全殼及噴淋系統(tǒng)（4）核燃料的裝換料及儲(chǔ)存系統(tǒng)（5）安全殼及核輔助廠房通風(fēng)和過濾系統(tǒng)（6）柴油發(fā)電機(jī)組（三）常規(guī)島的系統(tǒng)（1）二回路系統(tǒng)（2）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)（3）電氣系統(tǒng)三、核電站的運(yùn)行核電站運(yùn)行的基本原則和火電站一樣，都是根據(jù)電站的電負(fù)荷需要量來調(diào)節(jié)供給的熱量。由于核電站是由反應(yīng)堆供熱，因此核電站的運(yùn)行和火電站相比會(huì)有一些新的特點(diǎn)。（1）在火電廠中可以連續(xù)不斷地向鍋爐供應(yīng)燃料，而核電站必須對(duì)反應(yīng)堆堆芯一次裝料，并定期停堆換料。（2）反應(yīng)堆的隊(duì)內(nèi)構(gòu)建和壓力容器等因受中子的輻照而活化，所以反應(yīng)堆不管是在運(yùn)行中或停閉后都有很強(qiáng)的放射性，這就給電站的運(yùn)行和維修帶來一定的困難。（3）反應(yīng)堆停閉后，在運(yùn)行過程中積累起來的裂變碎片和衰變將繼續(xù)使堆芯產(chǎn)生余熱（又稱衰變熱），因此堆停閉后不能立即停止冷卻，還必須把這部分余熱派出去；此外核電站還必須考慮在任何事故工況下都能對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行緊急冷卻。（4）核電站在運(yùn)行工程中會(huì)產(chǎn)生氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的發(fā)射性廢物，對(duì)這些廢物必須按照核安全的規(guī)定進(jìn)行妥善處理，以確保工作人員和居民的健康，而火電站中這一問題是不存在的。（5）與火電站相比核電站建設(shè)費(fèi)用高，但燃料所占的費(fèi)用卻較低。第四節(jié)核電站的安全性核電與核彈核電站的反應(yīng)堆發(fā)生事故時(shí)不會(huì)像核武器那樣爆炸。二、核電站放射性影響飲食、吸煙、乘飛機(jī)都會(huì)使人們受到輻射的影響，從相關(guān)資料看核電站對(duì)居民輻照是微不足道的，比起燃煤電站要小很多，因?yàn)槊褐泻D，其輻照甚強(qiáng)。三、核電安全性原則四、反應(yīng)堆的安全設(shè)計(jì)1、陶瓷燃料芯塊2、燃料元件包殼3、壓力容器和管道4、混凝土屏蔽5、圓頂?shù)陌踩珰?gòu)筑物6、隔離區(qū)7、低人口區(qū)五、反應(yīng)堆的工程安全防護(hù)第五節(jié)21世紀(jì)的核能可控核聚變（一）磁約束系統(tǒng)（二）慢性約束系統(tǒng)二、急速器驅(qū)動(dòng)的潔凈核能系統(tǒng)三、我國(guó)核能利用的發(fā)展作業(yè)：請(qǐng)同學(xué)們查閱相關(guān)資料獲得我國(guó)核能利用的最新情況。

第七章可再生能源教學(xué)目的和要求：通過本章學(xué)習(xí)使學(xué)生了解太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、海洋能等可再生能源技術(shù)的基礎(chǔ)理論及利用技術(shù)。教學(xué)手段：多媒體教學(xué)與黑板教學(xué)相結(jié)合教學(xué)方法：案例教學(xué)與課堂講述相結(jié)合、理論與實(shí)際相結(jié)合、啟發(fā)式教學(xué)與課堂討論相結(jié)合。課時(shí)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)課時(shí)分配：教學(xué)學(xué)時(shí)教學(xué)章節(jié)教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)備注第1-3學(xué)時(shí)第一節(jié)、第二節(jié)太陽能、風(fēng)能第4-6學(xué)時(shí)第三節(jié)、第四節(jié)、第五節(jié)地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、海洋能作業(yè)與思考：簡(jiǎn)述我國(guó)可再生能源技術(shù)的利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。主要教學(xué)內(nèi)容太陽能概述太陽是一個(gè)巨大、久遠(yuǎn)、無盡的能源。盡管太陽輻射到地球能量?jī)H為其總輻射能量的22億分之一，但已高達(dá)1.731017W，換就話說，太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬t煤。地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都來自于太陽：即使是地球上的化石燃料從根本上說也是遠(yuǎn)古以來儲(chǔ)存下來的太陽能。二、太陽輻射太陽輻射穿過大氣層而到達(dá)地面時(shí)，由于大氣中空氣分子、水蒸氣和塵埃等對(duì)太陽輻射的吸收、反射和散射，不僅使輻射強(qiáng)度減弱，還會(huì)改變輻射的方向和輻射的光譜分布。因此實(shí)際到達(dá)地面的太陽輻射通常是由直射和漫射兩部分組成。直射是指直接來自太陽其輻射方向不發(fā)生改變的輻射；漫射則是被打起反射和散射后方向發(fā)生了改變的太陽輻射。三、太陽能利用（一）太陽能集熱器1、平板集成器吸熱提透明蓋板保溫材料外殼2、聚光集熱器（二）太陽能熱水器1、悶曬式2、直流式3、循環(huán)式（三）太陽能采暖1、被動(dòng)式太陽房2、主動(dòng)式太陽能采暖（四）太陽能干燥（五）太陽能海水淡化（六）太陽能制冷和空調(diào)（七）太陽池（八）太陽能熱動(dòng)力發(fā)電四、太陽能光利用太陽能光利用最成功的是用光——電轉(zhuǎn)換原理制成的太陽電池（又稱光電池）。風(fēng)能一、有關(guān)風(fēng)的知識(shí)對(duì)人來來說，風(fēng)濕最熟悉的自然現(xiàn)象，它是由太陽輻射熱引起的。太陽照射到地球表面，