能源科學(xué)導(dǎo)論新能源分解課件

世界能源的現(xiàn)狀

1、目前世界能源主要取自于化石燃料石油、天然氣與煤炭）。

2、在當(dāng)今世界，化石燃料提供世界91%的一次商品能源，其中煤炭占28%，石油超過40%。在亞澳地區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，礦物燃料占93.5%，其中煤炭占48.3%，石油占37.3%，天然氣占7.9%。3、預(yù)計(jì)，2010年全球能源需求量達(dá)到105.99億噸油當(dāng)量，2020年達(dá)到128.89億噸當(dāng)量，2025年則達(dá)到136.50億噸當(dāng)量，平均年增率為2%。截止到2003年底，全球剩余的石油已探明的可開采量為1565.8億噸，如果，以后沒有發(fā)現(xiàn)新的蘊(yùn)藏量可觀的油田的話，估計(jì)到2040年，最多到2050年就要用完；而天然氣估計(jì)可以用到2050年，加上可能再發(fā)現(xiàn)的天然氣田,最多用到2090年；煤炭的話，估計(jì)可以再用200年甚至300年。到本世紀(jì)末，全球?qū)⒂瓉韲?yán)重的“能源危機(jī)”！

新能源的開發(fā)是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)！第1頁/共31頁新能源（NewEnergyResources）又稱非常規(guī)能源。是傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式，指剛開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等。新能源的各種形式都是直接或者間接地來自于太陽或地球內(nèi)部深處所產(chǎn)生的熱能。包括了太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、核聚變能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出來的生物燃料和氫所產(chǎn)生的能量。相對(duì)于傳統(tǒng)能源，新能源具有污染少、儲(chǔ)量大的特點(diǎn)，對(duì)于解決當(dāng)今世界嚴(yán)重的環(huán)境污染問題和資源枯竭問題具有重要意義。新能源第2頁/共31頁傳統(tǒng)能源煤石油天然氣傳統(tǒng)生物能水能第3頁/共31頁新能源太陽能生物能地?zé)崮茱L(fēng)能海洋能核能第4頁/共31頁太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源。太陽能的利用有被動(dòng)式利用和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。據(jù)計(jì)算，僅一秒鐘發(fā)出的能量就相當(dāng)于1.3億億噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)所放出的熱量。太陽發(fā)送到地球上的能量雖然很多，但只占它向外輻射能量的22億分之一。由于地球表面大氣層的反射和吸收，真正到達(dá)地球表面的太陽能，大約相當(dāng)于目前全世界所有電站發(fā)電能力總和的20萬倍。地球每天接收的太陽能，相當(dāng)于全球一年所消耗的總能量的200倍。太陽能的優(yōu)點(diǎn)：（1）它沒有礦物燃料產(chǎn)生的有害氣體和廢渣，因而不污染環(huán)境。（2）來源廣泛，使用方便、安全。（3）成本低廉，可以再生。太陽能第5頁/共31頁太陽能的應(yīng)用①光熱太陽能。如太陽灶、太陽供熱系統(tǒng)。遍及全國各地的屋頂太陽能熱水器就是一種常見的太陽供熱系統(tǒng)。我國是太陽能熱水器生產(chǎn)量與銷售量最大的國家，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｌ柲軣崴骷療峁茉淼?頁/共31頁②光電太陽能，如太陽能電池，太陽能電站等。

我國有著豐富的太陽能資源，年日照時(shí)間平均可達(dá)2000小時(shí)以上。太陽每年投射到我國廣大國土上的能量，約有一億億千瓦時(shí)，差不多相當(dāng)于20，000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤所具有的能量。我國很早就對(duì)太陽能進(jìn)行了開發(fā)利用，并取得了顯著的成果。

太陽能電池原理單晶硅太陽能電池第7頁/共31頁上海鮮花港太陽能電站薄膜太陽能電池

太陽能路燈

太陽能汽車航天器上的太陽能電板第8頁/共31頁風(fēng)能是地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。風(fēng)能資源決定于風(fēng)能密度和可利用的風(fēng)能年累積小時(shí)數(shù)。嚴(yán)格說來，他是間接形式的太陽能，占到達(dá)地面太陽能的2%左右。雖然百分比不大，但絕對(duì)量可觀，據(jù)估算，全世界的風(fēng)能總量約1300億千瓦，相當(dāng)于10300億噸煤蘊(yùn)藏的能量。風(fēng)能原理風(fēng)能單晶硅太陽能電池第9頁/共31頁風(fēng)能的應(yīng)用：①動(dòng)力利用

利用風(fēng)力作為動(dòng)力，直接帶動(dòng)各類機(jī)械系統(tǒng)。例如，風(fēng)帆；

②發(fā)電利用利用風(fēng)力帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。例如,

風(fēng)力發(fā)電機(jī)。帆船風(fēng)力發(fā)電站第10頁/共31頁

海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲(chǔ)存和散發(fā)能量。海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能和海水溫差能。人類目前應(yīng)用成熟的海洋能主要是潮汐能。

海洋潮汐能來源于月亮與太陽對(duì)地球海水的的吸引力以及地球的自轉(zhuǎn)引起海水會(huì)周期性地作有節(jié)奏的垂直漲落的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球海洋潮汐能的儲(chǔ)藏量在27億千瓦左右，每年的發(fā)電量可達(dá)33480億千瓦。海洋能潮汐形成原理第11頁/共31頁海水溫差能

太陽的輻射熱，隨著緯度的變化而有強(qiáng)弱，因而海水的溫度也隨著緯度的變化而變化：緯度越低，水溫越高；緯度越高，水溫越低。據(jù)推算，從南緯20度到北緯20度之間，海水表層（深130m左右）的溫度通年是25～29℃，尤其在紅海高達(dá)35℃。而海洋深達(dá)500m層的溫度保持在5～7℃之間。表層和深層間溫差熱能約發(fā)電600億千瓦。海流能源

海流是海水平方向的流動(dòng)，其流速和流向都比較穩(wěn)定。海流有由風(fēng)引起的風(fēng)海流，由水溫、鹽度變化引起的密度流，由潮汐引起的潮流，以及為流失海水補(bǔ)缺的補(bǔ)缺流。如果用海流發(fā)電，不但能量大于河流，而且沒有河流常見的枯水期。目前，國外試驗(yàn)潮流發(fā)電，其原理就是用錨、索和浮筒把水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)固定在海面上，由海流推動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)發(fā)電。但由于海上安裝設(shè)備的困難，當(dāng)前還只能用來為燈塔、燈船供電。波浪能源據(jù)計(jì)算，海浪每秒鐘在1平方公里的海面上就能產(chǎn)生20萬千瓦的能量，全世界波浪能約為10～100億千瓦，波浪發(fā)電就是利用波浪的垂直運(yùn)動(dòng)來推動(dòng)裝有活塞的浮標(biāo)，由活塞與浮標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的壓縮空氣，就可以推動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。

我國近海波浪能豐富，沿海平均波高在1m左右，估計(jì)波浪能蘊(yùn)藏量可達(dá)1.5億千瓦，可利用裝機(jī)容量為3000～5000萬千瓦，渤海灣、閩浙沿岸、珠江口外海和南海諸島波高常在1m以上，平均波能在5kw/m以上。第12頁/共31頁漲潮時(shí)退潮時(shí)潮汐電站工作原理潮汐發(fā)電浙江溫嶺江廈潮汐電站全國第一、世界第三第13頁/共31頁地?zé)崮苁莵碜缘厍蛏钐幍目稍偕鸁崮堋Ｋ鹪从诘厍虻娜廴趲r漿和放射性物質(zhì)的衰變。地下水的深處循環(huán)和來自極深處的巖漿侵入到地殼后，把熱量從地下深處帶至近表層。在有些地方，熱能隨自然涌出的熱蒸汽和水而到達(dá)地面，通過鉆井，這些熱能可以從地下的儲(chǔ)層引入水池。

房間、溫室和發(fā)電站。這種熱能的儲(chǔ)量相當(dāng)大。據(jù)估計(jì)，每年從地球內(nèi)部傳到地面的熱能相當(dāng)于100PW·h，相當(dāng)于燃燒370億噸煤釋放的能量。不過，地?zé)崮艿姆植枷鄬?duì)來說比較分散，開發(fā)難度較大。地?zé)崮艿膽?yīng)用形式有兩種：地下熱水、地?zé)嵴魵?。地?zé)崮艿責(zé)嵩淼?4頁/共31頁地?zé)崽锏責(zé)崛獪厝鹕降責(zé)豳Y源的不同形式第15頁/共31頁羊八井地?zé)嵴敬罄淼責(zé)釃?6頁/共31頁它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，生物質(zhì)能的原始能量來源于太陽，所以生物能是以生物為載體將太陽能以化學(xué)能形式貯存的一種能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，其蘊(yùn)藏量極大，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源。從廣義上講，生物質(zhì)能是太陽能的一種表現(xiàn)形式。僅地球上的植物，每年生產(chǎn)量就像當(dāng)于目前人類消耗礦物能的20倍。在各種可再生能源中，生物質(zhì)是貯存的太陽能，更是一種可再生的碳源。據(jù)估計(jì)地球每年植物光合作用固定的碳達(dá)200億t，含能量達(dá)3000億億焦耳。生物能示意圖生物質(zhì)能第17頁/共31頁

生物質(zhì)液化技術(shù)：將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料，稱為生物質(zhì)液化。它包括間接液化和直接液化兩種。間接液化是指通過微生物作用或化學(xué)合成方法生成液體燃料，如乙醇（酒精）、甲醇；直接液化則是采用機(jī)械方法，用壓榨或提取等工藝獲得可燃燒的油品，如棉籽油等植物油，經(jīng)提煉成為可替代柴油的燃料。

生物質(zhì)汽化技術(shù)：將固體生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料，稱為生物質(zhì)汽化。其基本原理是含碳物質(zhì)在不充分氧化（燃燒）的情況下，會(huì)產(chǎn)生出可燃的一氧化碳?xì)怏w，即煤氣。制造煤氣的設(shè)備稱為汽化爐，人們故意不給足氧氣，讓含碳物質(zhì)在沒有足夠的空氣的情況下燃燒，產(chǎn)生一氧化碳。

生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)：生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進(jìn)行的發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種，包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電等。

沼氣技術(shù)：沼氣是有機(jī)質(zhì)在一定溫度、濕度、酸堿度和厭氧條件下，經(jīng)各種微生物發(fā)酵及分解作用而產(chǎn)生的一種以甲烷為主要成分的混合可燃?xì)怏w。我國是個(gè)農(nóng)業(yè)大國，廣大的農(nóng)村地區(qū)有著豐富的生物質(zhì)能資源。發(fā)展沼氣技術(shù)對(duì)農(nóng)村的資源利用和節(jié)能技術(shù)有重大的意義。生物質(zhì)能的應(yīng)用第18頁/共31頁生物柴油秸稈氣化爐沼氣池秸稈發(fā)電廠第19頁/共31頁核能核能（或稱原子能）是通過轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量。原子核是由帶正電的質(zhì)子與不帶電的中子組成的。一般情況下，核子之間存在著強(qiáng)大的核力，要使原子核分裂或者重新組合相當(dāng)困難。但是，一旦原子核分裂成新的原子核與其它粒子了，或者原子核與核子聚合成新的原子核與其它粒子了，都會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，這種能量就稱為核能。核能主要包括核裂變，核聚變，核衰變?nèi)N。目前正常運(yùn)行的核電站都是屬于裂變核電站。經(jīng)過50多年的發(fā)展，核電已成為30多個(gè)國家能源組成中不可或缺的部分。全世界正在運(yùn)行的核動(dòng)力堆已超過440座，總裝機(jī)容量超過387千兆瓦，其中法國核電占其國內(nèi)總電力的74.6%，比利時(shí)56.8%，韓國44.7%，瑞典39%，日本33.8%，德國30.6%，英國22%，美國20%，俄羅斯16%，而中國僅為1.1%。

核裂變?cè)淼?0頁/共31頁核能是最廉價(jià)的發(fā)電方法核電站發(fā)電原理第21頁/共31頁福島核電站秦山核電站第22頁/共31頁節(jié)能技術(shù)

節(jié)能減排是指節(jié)約物質(zhì)資源和能量資源，減少廢棄物和環(huán)境有害物（包括三廢和噪聲等）排放。節(jié)能既可以解決能源不足的矛盾，又可以解決環(huán)境污染的問題。在目前全球緊張的能源形勢(shì)下，節(jié)能減排已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。而大力發(fā)展新能源技術(shù)正是促進(jìn)節(jié)能減排的重要措施。

節(jié)能減排徽標(biāo)節(jié)能認(rèn)證徽標(biāo)第23頁/共31頁節(jié)能技術(shù)1、提高能源的利用率所為能源的利用率，通俗地說，主要是能源利用的效率，也即能源所含能量中被人們利用的部分跟能源所含總能量的比值。這個(gè)比值越大，說明能源所含的總能量中被人們利用的部分就越多，能源的利用率就越高。如：（1）熱電聯(lián)供（2）循環(huán)硫化床技術(shù)（3）節(jié)油技術(shù)（4）電子節(jié)能第24頁/共31頁節(jié)能技術(shù)

2、材料節(jié)能凡是能夠節(jié)約能源的材料都叫節(jié)能材料。以選擇材料來達(dá)到節(jié)能目的的方法叫材料節(jié)能。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的節(jié)能材料多達(dá)幾千種。下面介紹其中的幾種以及應(yīng)用這些材料后的節(jié)能效果。如：（1）非晶態(tài)鐵基合金（2）鋁合金（3）無燈絲長壽命節(jié)能燈第25頁/共31頁節(jié)能技術(shù)3、儲(chǔ)能技術(shù)如果一座城市在用電高峰時(shí)的電力消耗量是用電低谷時(shí)的2倍，那么給這座城市供電的發(fā)電廠的總裝機(jī)容量，必須按高峰用電量進(jìn)行設(shè)計(jì)，而到了用電低谷時(shí)（比如深夜），發(fā)電廠幾乎一半的裝機(jī)容量被浪費(fèi)了，這不僅浪費(fèi)了大量的能源，而且也對(duì)電網(wǎng)的安全產(chǎn)生不利的影響。為了解決這一問題，人們自然想到要把用不完的電能儲(chǔ)存起來。但是，電能屬于過程性能源，不用就會(huì)白白浪費(fèi)掉，就像