1.2能量与能源(新)

1、1 第第2 2节节 能量与能源能量与能源 本节教学目的与要求：本节教学目的与要求： 掌握能源的概念和分类； 了解当今世界人类所面临的能源问题； 了解和熟悉新能源技术。 2 本节主要内容：本节主要内容： 能源及其分类； 全球能源危机； 大国能源战略竞争的背后； 中国面临“贫血”的威胁； 新能源； 音像资料。 3 一、能源及其分类一、能源及其分类 1 能源能源 能源是指人类用来获取能量的自然资源。能源是指人类用来获取能量的自然资源。 2 能源的分类能源的分类 按来源不同可把能源分为三类按来源不同可把能源分为三类 来自地球以外天体的能量（包括直接的来自地球以外天体的能量（包括直接的 太阳辐射能外，还

2、包括间接来自太阳能太阳辐射能外，还包括间接来自太阳能 能源，如化石能源、生物能、水能、风能源，如化石能源、生物能、水能、风 能、海洋能等）；能、海洋能等）； 4 2 能源的分类能源的分类 地球的本身蕴藏的能量资源（如地热能地球的本身蕴藏的能量资源（如地热能 等）；等）； 地球与其他天体相互作用而产生的能量地球与其他天体相互作用而产生的能量 （如潮汐能等）。（如潮汐能等）。 地球上的铀、钍等核裂变资源及氘、氚、地球上的铀、钍等核裂变资源及氘、氚、 锂等核聚变资源。锂等核聚变资源。 5 2 能源的分类能源的分类 按形成条件不同，可把能源分为两类按形成条件不同，可把能源分为两类 一次能源，指天然存在

3、的、可直接利用的一次能源，指天然存在的、可直接利用的 （如原煤、原油、天然气、水力、太阳能（如原煤、原油、天然气、水力、太阳能 等）等） ； 二次能源，在一次能源基础上加工而成的二次能源，在一次能源基础上加工而成的 （如电力、汽油、煤气、沼气、氢气等）。（如电力、汽油、煤气、沼气、氢气等）。 6 2 能源的分类能源的分类 按能否反复利用，可把能源分为两类按能否反复利用，可把能源分为两类 再生能源：在自然界中可以不断再生而得再生能源：在自然界中可以不断再生而得 到补充的能源（如太阳能、风能、水力能、到补充的能源（如太阳能、风能、水力能、 生物能、地热能等）；生物能、地热能等）； 非再生能源：经过

4、几亿年形成的、短期内非再生能源：经过几亿年形成的、短期内 无法补充的能源（煤炭、石油、天然气、无法补充的能源（煤炭、石油、天然气、 核燃料等）。核燃料等）。 6 7 2 能源的分类能源的分类 按开发使用的程度不同，可把能源分为两按开发使用的程度不同，可把能源分为两 类类 常规能源，指已经被人类长期广泛利用的常规能源，指已经被人类长期广泛利用的 能源能源 (如煤炭、天然气、水力、电力等如煤炭、天然气、水力、电力等)； 新能源，指未被广泛利用、正在研究开发、新能源，指未被广泛利用、正在研究开发、 有待推广的能源有待推广的能源 (如太阳能、地热能、潮汐如太阳能、地热能、潮汐 能等能等)。 常规能源与

5、新能源是相对而言的，现在常规能源与新能源是相对而言的，现在 的常规能源过去也曾是新能源，今天的新的常规能源过去也曾是新能源，今天的新 能源将来又会成为常规能源。能源将来又会成为常规能源。 8 2 能源的分类能源的分类 (5) 从使用能源时对环境污染的大小，可把能从使用能源时对环境污染的大小，可把能 源分为两类源分为两类 清洁能源，指无污染或污染小的能源清洁能源，指无污染或污染小的能源 (如太如太 阳能、水能、氢能等阳能、水能、氢能等)； 非清洁能源，指对环境污染较大的能源非清洁能源，指对环境污染较大的能源 (如如 煤炭、油页岩等煤炭、油页岩等)。 石油的污染比煤炭小一些，但是也产生石油的污染比

6、煤炭小一些，但是也产生 氧化氮、氧化硫等有害物质，所以清洁能氧化氮、氧化硫等有害物质，所以清洁能 源与非清洁能源的划分也是相对比较而言，源与非清洁能源的划分也是相对比较而言， 不是绝对的。不是绝对的。 9 二、全球能源危机二、全球能源危机 有关资料显示：有关资料显示：目前在世界初级能源的产目前在世界初级能源的产 量和消费中，居第一位的是石油，其次是量和消费中，居第一位的是石油，其次是 煤炭、天然气。煤炭、天然气。 有关资料还显示：有关资料还显示：石油、煤炭、天然气等石油、煤炭、天然气等 常规化石能源的储量日益减少，在可预见常规化石能源的储量日益减少，在可预见 的不长时间内将被消耗殆尽，全球面临

7、着的不长时间内将被消耗殆尽，全球面临着 严重的能源危机。严重的能源危机。 10 1 石油石油 石油的开采历史已超过石油的开采历史已超过140年；年； 目前全球每天消耗石油量达目前全球每天消耗石油量达7700万桶，万桶， 且以每年且以每年12%的速度增加；的速度增加； 目前世界石油总储量为目前世界石油总储量为30008000亿吨，亿吨， 可开采可开采40100年（乐观的估计）。年（乐观的估计）。 11 2 煤炭煤炭 每年开采的煤炭量为每年开采的煤炭量为35亿吨；亿吨； 全球可供开采的煤炭储量为全球可供开采的煤炭储量为700017000 亿吨；亿吨； 可供开采和使用的年限为可供开采和使用的年限为2

8、00500年。年。 12 3 天然气天然气 乐观的估计，目前全世界可开采的天然气乐观的估计，目前全世界可开采的天然气 总储量为总储量为280亿立方米；亿立方米； 能满足能满足170年的需求。年的需求。 13 三、大国能源竞争的背后三、大国能源竞争的背后 能源是国民经济的命脉，是影响各国领导能源是国民经济的命脉，是影响各国领导 人战略决策的重要因素，是许多国家制定人战略决策的重要因素，是许多国家制定 全球战略的首要问题。全球战略的首要问题。 近近20年来，世界上发生的许多危机、冲突年来，世界上发生的许多危机、冲突 都是围绕争夺能源引发的（如两伊战争，都是围绕争夺能源引发的（如两伊战争， 前苏联出

9、兵阿富汗，海湾战争，科索沃战前苏联出兵阿富汗，海湾战争，科索沃战 争，美国推翻塔利班，伊拉克战争等）。争，美国推翻塔利班，伊拉克战争等）。 14 三、大国能源竞争的背后三、大国能源竞争的背后 美国、俄罗斯、日本、欧盟、中国等许美国、俄罗斯、日本、欧盟、中国等许 多国家针对中东、里海等石油资源展开多国家针对中东、里海等石油资源展开 了激烈的较量和错综复杂的斗争。了激烈的较量和错综复杂的斗争。 15 四、中国面临四、中国面临“贫血贫血”的威胁的威胁 我国煤炭储量居世界第我国煤炭储量居世界第3位，人均为世界位，人均为世界 平均水平的平均水平的50%； 我国石油储量居世界第我国石油储量居世界第6位，人

10、均为世界位，人均为世界 平均水平的平均水平的17%；人均石油产量与消费；人均石油产量与消费 量占世界平均水平的量占世界平均水平的21%22%； 我国天然气储量居世界第我国天然气储量居世界第16位，人均为位，人均为 世界平均水平的世界平均水平的10%。 16 四、中国面临四、中国面临“贫血贫血”的威胁的威胁 目前我国人年均能源消耗是1000公斤标 准煤，美国是11000公斤，英、德、法等 国家为50006000公斤； 2030年以后，我国人年均能源消耗是 20003000公斤标准煤，人口达15亿以 上。 17 四、中国面临四、中国面临“贫血贫血”的威胁的威胁 从1996年开始，我国由原油出口国变

11、成 原油进口国；2000年我国进口石油占消 耗量的20%，2010年将达到40%以上； 美日等发达国家都建立了战略石油储备 制度，可提供36个月的石油供应；我国 没有战略石油储备。 18 四、中国面临四、中国面临“贫血贫血”的威胁的威胁 解决我国及世界能源危机的途径： 一是节约使用能源； 二是加强新能源技术的研究、开发和利 用，不断扩大利用新能源的比重。 19 五、新能源技术五、新能源技术 核能； 太阳能； 地热能； 风能； 海洋能； 生物能； 氢能。 20 1 核能核能 (1)核能核能 又称原子能。它是指原子核结构发生变 化（核裂变、核聚变）时释放出的能量。 核能比化石燃料燃烧放出的能量大得

12、多。 1kg铀235 = 1800 t 石油或2800 t 标准煤。 21 (2)核裂变反应核裂变反应 它是指一个重原子核分裂成2个较轻的新 原子核的过程，有自发和诱导两种，一般 的核裂变指后者； 用来进行核裂变反应并连续释放能量的物 质，称核裂变燃料。 铀 = 铀238（99.28%）+ 铀235 （0.714%） + 铀234（0.006%） 1 核能核能 22 (2)核裂变反应核裂变反应 如果核裂变反应中产生的中子再引起其 它的铀核裂变，就可使核裂变反应不断 地进行下去，称为“链式反应”。链式 反应的速度极快，两次反应间隔时间只 有2x10-14秒。 在链式反应中，后一代中子数与前一代

13、中子数之比称为倍增系数（k）。 1 核能核能 23 (3)核电站核电站 利用核能来发电的装置称为核电站，目前 大多数核电站是利用核裂变能来发电的； 核电站的核心是核反应堆，核反应堆有多 种类型，目前运行的核电站以热中子轻水 堆居多； 1 核能核能 24 (3)核电站核电站 1954年，前苏联建成世界上第一座核电 站； 现在世界上有30多个国家的400多座核电 站在运行，占世界总电力的20%左右； 我国秦山核电站、大亚湾核电站已建成 和正式发电，秦山二期、三期核电工程、 岭澳核电工程、连云港核电工程也将于 近年内建成发电。 1 核能核能 25 (3)核电站核电站 核电站的安全性 一般来说，如果防

14、范措施得当，核电站 是很安全的。历史上曾发生过两次核电 站核泄露事故： 一次是1979年3月18日，美国三里岛核 电站堆芯熔毁；另一次是1986年4月26 日，前苏联切尔诺贝利核电站4号反应堆 发生爆炸。 1 核能核能 26 (3)核电站核电站 核电站的问题 核电站的主要问题是放射性核废料的处 理、储存和最终处置。 1 核能核能 27 (4)核电第二代核电第二代快中子增殖反应堆快中子增殖反应堆 热中子反应堆对天然铀的利用率很低 （只有0.7%）； 快中子增殖反应堆以钚239为裂变燃料， 组成堆芯，以铀238包围在堆芯周围，作 为增殖层。可使天然铀的利用率达到 60%70%。 1 核能核能 28

15、 (5)受控核聚变受控核聚变 是指两个或两个以上较轻的原子核聚合成 一个较重的原子核的反应； 核聚变燃料主要是氢及其同位素氘和氚。 受控核聚变具有以下优点： (1)质能比高，是同质量核裂变释放能量的4 倍； (2)原料足，从海水中可大量提取氘和氚； (3)无放射性，安全、清洁、不污染。 核聚变能的和平利用目前尚处于研究阶段。 1 核能核能 29 2 太阳能太阳能 指地球上可以直接接受并利用的太阳辐 射能； 太阳本身的辐射能量只有22亿分之一到 达地球大气层； 太阳辐射能是一种巨大、无污染、洁净、 安全的可再生能源，它是取之不尽、用 之不竭的。 30 2 太阳能太阳能 利用太阳能的新技术、新材料

16、和新设备 不断出现，为太阳能的广泛应用奠定了 基础。目前，直接利用太阳辐射能有三 种方式： 光热转换； 光电转换； 光化学转换。 31 (1)光光热转换热转换 光热转换就是把太阳辐射能通过各种 集热装置（集热器）转变成热能。 太阳能热发电； 太阳能高温炉冶炼高温材料； 太阳能节能建筑太阳房； 太阳能热水器。 32 (2)光光电转换电转换 通过太阳能电池（光电池、光伏电池）将 太阳辐射能直接转变成电能。太阳能电池 的工作原理是光电效应。 太阳能电池已广泛应用于宇宙飞行器； 太阳能电池还用来作为交通工具的能源； 太阳能电池应用在自动控制领域； 太阳能电池还可以用来发电（光伏电站）。 33 (3)光

17、光化学转换化学转换 用光和物质相互作用引起化学变化的过 程称光化学转换。 绿色植物的光合作用； 利用光化学电池制氢。 光化学转换到目前为止还只限于实验 室试验，没有重大突破。 34 3 地热能地热能 地球内部蕴藏着的热能称为地热能，来自 (1)高温岩浆，(2)岩石中放射性元素衰变； 在地球上所有的能源中，地热能仅次于太 阳辐射能，排在第二位（火山爆发、地震 和其他地壳变动）； 地热资源按存在形式可分为五大类型：蒸 汽型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆 型。 地热能廉价、清洁，利用前景十分广阔。 35 4 风能风能 风能是太阳辐射造成地球各部分受热不 均，引起空气运动而产生的能量； 风能的利用主要靠风力机，风力机是把 风能转化为其他形式能量的旋转机械； 利用风力可以发电、提水、助航、制冷、 致热等。 36 5 海洋能海洋能 海洋能是指海水在运动过程中产生的能 为人类利用的能量，它包括潮汐能、波 浪能、海流能、温差能、盐差能等。 海洋中除有巨大的海洋能外，还有丰富 的海洋矿物资源、海水资源和海洋生物 资源。人类有可能在21世纪进入全面、 综合、立体开发海洋的“海洋经济时 代”。 37 6 生物能生物能 生物能也叫生物质能，它是指绿色植物 通过光合作用将太阳能转化为化学能而 储存在生物质内部的能量； 生物质能的种类繁多，目前可被利用的 大