节能技术课件.01能量与能源

1、节能技术节能技术 2 目目 录录 第一篇第一篇 能量与能源能量与能源(10) 第一章第一章 能量能量(4) 第二章第二章 能源能源(6) 第二篇第二篇 常规能源与新能源常规能源与新能源(10) 第三章第三章 常规能源常规能源(6) 第四章第四章 新能源新能源(4) 第三篇第三篇 节能与节能技术节能与节能技术(16) 第五章第五章 节能概述节能概述(4) 第六章第六章 节能技术节能技术(12) 3 课程的地位课程的地位 具有专业背景，且以人类自身发展为焦点的了解、具有专业背景，且以人类自身发展为焦点的了解、 认识、分析和促进社会进步的工具和方法。认识、分析和促进社会进步的工具和方法。 课程的作用

2、课程的作用 全球视野全球视野 个人与社会个人与社会 环境环境 公民责任公民责任 历史定位历史定位 课程的特点课程的特点 事实事实 客观客观 专业专业 冷静的思考冷静的思考 新颖新颖 知识跨度知识跨度 关于本课程关于本课程 4 务必要了解的几点务必要了解的几点 行课方式行课方式 讲授讲授* * 讲座讲座 视频视频 头脑风暴头脑风暴 学习方法学习方法 获取获取 甄别甄别 处理处理 提炼观点提炼观点 解决问题解决问题 学习要求学习要求 在教师的激励和帮助下，探索出一套自己与世界在教师的激励和帮助下，探索出一套自己与世界 和社会沟通的方法，并把它反映到口头或书面的和社会沟通的方法，并把它反映到口头或书

3、面的 报告中去。报告中去。 5 参考书目参考书目 1 黄素逸黄素逸, ,高伟编著高伟编著 能源概论能源概论, , 高等教育出高等教育出 版社版社, , 2004年年8月第月第1版版 2 黄素逸编著黄素逸编著 能源与节能技术能源与节能技术, 中国电力出版中国电力出版 社社, 2004年年8月第月第1版版 3 李崇祥等编著李崇祥等编著 节能原理与技术节能原理与技术, 西安交通大西安交通大 学出版社学出版社, 2004年年3月第月第1版版 第一篇第一篇 能量与能源能量与能源 第一章第一章 能量能量 8 目目 录录 概述概述 能量的形式能量的形式 能量的基本性质能量的基本性质 能量转换的基本原理能量转

4、换的基本原理 能量的传递能量的传递( (传输传输) ) 能量的存储能量的存储 9 目目 录录 概述概述 能量的形式能量的形式 能量的基本性质能量的基本性质 能量转换的基本原理能量转换的基本原理 能量的传递能量的传递( (传输传输) ) 能量的存储能量的存储 10 一、概述一、概述 物质和能量是构成客观世界的基础物质和能量是构成客观世界的基础 世界是由物质构成的世界是由物质构成的 运动是物质存在的形式运动是物质存在的形式 能量是物质运动的度量能量是物质运动的度量 宇宙间一切运动着的物体都有能量的存在和宇宙间一切运动着的物体都有能量的存在和 转化转化 11 能量的定义能量的定义 能量：就是产生某种

5、效果能量：就是产生某种效果( (变化变化) )的能力。的能力。 产生某种效果产生某种效果( (变化变化) )的过程必然伴随能量的消的过程必然伴随能量的消 耗或转化。耗或转化。 能量守恒定律：自然界一切物质都具有能量。能量守恒定律：自然界一切物质都具有能量。 能量不可能被创造，也不可能被消灭，而只能能量不可能被创造，也不可能被消灭，而只能 在一定条件下从一种形式转变为另一种形式，在一定条件下从一种形式转变为另一种形式， 在转换中能量总量恒定不变。在转换中能量总量恒定不变。 12 1922年年Einstein揭示了揭示了 能量和物质质量之间的能量和物质质量之间的 关系，即关系，即 2 Emc 式中

6、式中 E-物质释放的能量，物质释放的能量，J； m-转变为能量的物质的质量，转变为能量的物质的质量，kg； c-光速，光速， 。 8 3 10 m s 爱因斯坦爱因斯坦 Albert Einstein 1879-1955 13 Einstein 爱因斯坦爱因斯坦(Albert 1879-1955, 美籍德国犹太人美籍德国犹太人,理论物理学理论物理学 家家,创立相对论创立相对论)他创立的狭义他创立的狭义 和广义相对论使现代关于时间和广义相对论使现代关于时间 和时间性质的想法发生突破性和时间性质的想法发生突破性 进展并给原子能的利用提供了进展并给原子能的利用提供了 理论基础。因其对光电效应的理论基

7、础。因其对光电效应的 解释获解释获1921年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。 German-born American theoretical physicist whose special and general theories of relativity revolutionized modern thought on the nature of space and time and formed a theoretical base for the exploitation of atomic energy. He won a 1921 Nobel Prize for his explanati

8、on of the photoelectric effect. 14 能量的单位能量的单位 在国际单位制在国际单位制(SI, Systme International, 法法 语语)中，能量的单位，功及热量的单位通常都中，能量的单位，功及热量的单位通常都 用焦耳用焦耳(J)表示，也有表示，也有kJ、MJ等。等。 单位时间内所做的功或吸收单位时间内所做的功或吸收(释放释放)的热量则称为的热量则称为 功率，单位为瓦功率，单位为瓦(W)，也有，也有KW、MW等。等。 在工程应用和一些有关能源的文献中，还有在工程应用和一些有关能源的文献中，还有 卡、大卡、标准煤当量、标准油当量、百万卡、大卡、标准煤当

9、量、标准油当量、百万 吨煤当量和百万吨煤当量等。吨煤当量和百万吨煤当量等。 15 1卡4.186焦 1大卡1000卡 1kg标准煤当量(kgce)7000大卡 1kg标准油当量(kgoe)10000大卡 卡卡 calorie (calorie (卡路里卡路里) ) 等于在等于在1 1个标准大气压下将个标准大气压下将1 1克水从克水从0 0加热到加热到 100100所需热量的所需热量的1/1001/100。 16 目目 录录 概述概述 能量的形式能量的形式 能量的基本性质能量的基本性质 能量转换的基本原理能量转换的基本原理 能量的传递能量的传递( (传输传输) ) 能量的存储能量的存储 17 二

10、、能量的形式二、能量的形式 能量是一切物质运动、变化和相互作用的能量是一切物质运动、变化和相互作用的 度量。度量。 利用能量的结果必然和能量系统的始末状利用能量的结果必然和能量系统的始末状 态相联系。态相联系。 能量利用的优劣、利用效率的高低与具体能量利用的优劣、利用效率的高低与具体 过程密切相关。过程密切相关。 18 人类所认识的能量形式人类所认识的能量形式 机械能机械能 热能热能 电能电能 辐射能辐射能 化学能化学能 核能核能 19 1.1.机械能机械能 机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的 能量。能量。 前者也称为动能，后者称之为势能。前者

11、也称为动能，后者称之为势能。 动能是指系统由于机械运动而具有的做功能力。动能是指系统由于机械运动而具有的做功能力。 质量为质量为m m的物体的运动速度为的物体的运动速度为v v，则该物体的动能，则该物体的动能E Ek k 2 1 2 k Emv 20 势能与物体的状态有关。势能与物体的状态有关。 (1)(1)受重力作用的物体因其位置高度不同而具有受重力作用的物体因其位置高度不同而具有 重力势能重力势能； (2)(2)物体由于弹性变形而具有的做功本领即物体由于弹性变形而具有的做功本领即弹性弹性 势能势能 (3)(3)表面能表面能：不同类物质或同类物质不同相的分：不同类物质或同类物质不同相的分 界

12、面上，由于表面张力的存在而具有的做功能力。界面上，由于表面张力的存在而具有的做功能力。 21 重力势能重力势能 p EmgH m g H 物体的质量； 重力加速度； 物体的高度。 22 弹性势能弹性势能 2 1 2 Ekx k x 物体的劲度系数； 物体的变形量。 23 表面能表面能 s ES S 表面张力系数； 相界面的面积。 24 2. 2. 热能热能 构成物质的微观分子运动的动能和势能总和构成物质的微观分子运动的动能和势能总和 称之为热能。称之为热能。 热能是能量的一种基本形式。热能是能量的一种基本形式。 所有其它形式的能量都可以完全转换为热能。所有其它形式的能量都可以完全转换为热能。

13、热能的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运热能的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运 动的激烈程度。动的激烈程度。 若系统的熵的变化为若系统的熵的变化为dSdS，则热能，则热能EqEq q ETdS 25 3. 3. 电能电能 电能是和电子流动与积累有关的一种能量。电能是和电子流动与积累有关的一种能量。 电能通常由电池中的机械能转换而来；电能通常由电池中的机械能转换而来； 电能也有部分是从电池中的化学能转换而来；电能也有部分是从电池中的化学能转换而来； 如果驱动电子流动的电动势为如果驱动电子流动的电动势为U U，电流为，电流为I I，则电，则电 能能EeEe e EUI 26 4. 4. 辐射

14、能辐射能 辐射能是物体以电磁波形式释放的能量。辐射能是物体以电磁波形式释放的能量。 物体会因各种原因发出辐射能；物体会因各种原因发出辐射能； 因热的原因而发出的辐射能因热的原因而发出的辐射能( (热辐射能热辐射能) )最有实用最有实用 意义；意义； 地球表面接受的太阳能就是热辐射能；地球表面接受的太阳能就是热辐射能； 物体的辐射能物体的辐射能ErEr 4 0 0 100 r T Ec c T 物体的发射率； 黑体辐射系数； 物体的热力学温度。 27 5. 5. 化学能化学能 化学能是原子核外进行化学变化时放出的能化学能是原子核外进行化学变化时放出的能 量，是物质结构能的一种。量，是物质结构能的

15、一种。 化学热力学定义：物质或物系在化学反应过化学热力学定义：物质或物系在化学反应过 程中以热能形式释放的内能成为化学能。程中以热能形式释放的内能成为化学能。 普遍利用的化学能是燃烧碳和氢，这两种元普遍利用的化学能是燃烧碳和氢，这两种元 素是煤、石油、天然气和薪柴等燃料中最主素是煤、石油、天然气和薪柴等燃料中最主 要的可燃元素。要的可燃元素。 燃料燃烧时的化学能通常用燃料的发热值表燃料燃烧时的化学能通常用燃料的发热值表 示。示。 28 发热值发热值( (发热量或热值发热量或热值) ) 是指单位重量是指单位重量( (固体和液体燃料固体和液体燃料) )或单位体积或单位体积( (气气 体燃料体燃料)

16、 )在完全燃烧，且燃烧产物冷却到燃烧前在完全燃烧，且燃烧产物冷却到燃烧前 的温度时所放出的热量，单位的温度时所放出的热量，单位kJ/kgkJ/kg或或kJ/m3kJ/m3。 高位发热量是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的高位发热量是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的 水蒸气全部凝结成水时放出的热量；水蒸气全部凝结成水时放出的热量； 低位发热量是指燃料完全燃烧，而燃烧产物中的低位发热量是指燃料完全燃烧，而燃烧产物中的 水蒸气仍以气态存在时放出的热量；水蒸气仍以气态存在时放出的热量； 低位发热量在数值上等于高位发热量减去水的汽低位发热量在数值上等于高位发热量减去水的汽 化潜能。化潜能。 29 固体燃料固体

17、燃料 木材木材13.813.8 褐煤褐煤18.8218.82 木炭木炭29.2729.27 液体燃料液体燃料 汽油汽油45.9945.99 煤油煤油45.1545.15 酒精酒精26.7626.76 气体燃料气体燃料 天然气天然气37.6337.63 水煤气水煤气10.4510.45 丁烷气丁烷气125.45125.45 31 10 kJ kg 31 10 kJ kg 33 10 kJ m 几种典型燃料低位发热量的概略值几种典型燃料低位发热量的概略值 30 6. 6. 核能核能 核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。 轻质量的原子核轻质量的原子核( (氘、氚等

18、氘、氚等) )和重质量的原子核和重质量的原子核 ( (铀等铀等) )其核子之间的结合力比中等质量原子核的其核子之间的结合力比中等质量原子核的 结合力小，这两类原子核在一定条件下可以通过结合力小，这两类原子核在一定条件下可以通过 核聚变或核裂变转变为在自然界更稳定的中等质核聚变或核裂变转变为在自然界更稳定的中等质 量的原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结量的原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结 合能就是核能。合能就是核能。 31 目目 录录 概述概述 能量的形式能量的形式 能量的基本性质能量的基本性质 能量转换的基本原理能量转换的基本原理 能量的传递能量的传递( (传输传输) ) 能量的存储

19、能量的存储 32 三、能量的性质三、能量的性质 状态性状态性 能量取决于物质所处的状态。能量取决于物质所处的状态。 可加性可加性 物质的量不同所具有的能量也不同。物质的量不同所具有的能量也不同。 传递性传递性 能量可以从一个地方传递到另一个地方，也可以能量可以从一个地方传递到另一个地方，也可以 从一种物质传递到另一种物质。从一种物质传递到另一种物质。 33 转换性转换性 各种形式的能可以互相转换，转换的方式、数量、各种形式的能可以互相转换，转换的方式、数量、 难易程度迥异，转换效率不尽相同。难易程度迥异，转换效率不尽相同。 热力学及其任务热力学及其任务 做功性做功性 利用能量做功是利用能量的基

20、本手段和主要目的。利用能量做功是利用能量的基本手段和主要目的。 贬值性贬值性 能的质量损失，贬值程度用参与能量交换的所有能的质量损失，贬值程度用参与能量交换的所有 物体熵的变化来反映。物体熵的变化来反映。 34 目目 录录 概述概述 能量的形式能量的形式 能量的基本性质能量的基本性质 能量转换的基本原理能量转换的基本原理 能量的传递能量的传递( (传输传输) ) 能量的存储能量的存储 35 四、能量的转换四、能量的转换 能量的转换是能量最重要的属性，也是能量能量的转换是能量最重要的属性，也是能量 利用中最重要的环节。利用中最重要的环节。 通常所说的能量的转换是指能量形态上的转换。通常所说的能量

21、的转换是指能量形态上的转换。 广义上，能量的转换还应包括能量在空间上的转广义上，能量的转换还应包括能量在空间上的转 移移( (能量的传输能量的传输) )和能量在时间上的转移和能量在时间上的转移( (能量的能量的 存储存储) )。 任何能量的转换都必须遵守能量守恒定律。任何能量的转换都必须遵守能量守恒定律。 输入能量输出能量储存能量的变化输入能量输出能量储存能量的变化 任何能量转换过程都需要一定的转换条件，任何能量转换过程都需要一定的转换条件， 并在一定的设备或系统中实现。并在一定的设备或系统中实现。 36 天然气 石油 煤 地热能 核能 太阳能 燃烧炉 工业热装置 核反应堆 热 能 热电直接转

22、换装置 电热装置 热机机械能发电机 电 能 用户 用户 用户 不同能源与热能的转换及利用情况不同能源与热能的转换及利用情况 37 目目 录录 概述概述 能量的形式能量的形式 能量的基本性质能量的基本性质 能量转换的基本原理能量转换的基本原理 能量的传递能量的传递( (传输传输) ) 能量的存储能量的存储 38 五、能量的传递五、能量的传递 能量传递的条件能量传递的条件 能量传递的规律能量传递的规律 能量传递的形式能量传递的形式 能量传递的路径能量传递的路径 能量传递的方法能量传递的方法 能量传递的方式能量传递的方式 能量传递的结果能量传递的结果 能量传递的实质能量传递的实质 39 能量传递的条

23、件能量传递的条件 能量的传递是有条件的，其传递的推动力是所谓能量的传递是有条件的，其传递的推动力是所谓 “势差势差”。 例如：传热要有温差、导电要有电位差、流动要例如：传热要有温差、导电要有电位差、流动要 有压差或势差、扩散要有浓度差、化学反应要有有压差或势差、扩散要有浓度差、化学反应要有 化学势差等。化学势差等。 40 能量传递的规律能量传递的规律 能量传递的速率正比于传递的动力而反比于能量传递的速率正比于传递的动力而反比于 传递的阻力。传递的阻力。 传递动力 传递速率 传递阻力 41 能量传递的形式能量传递的形式 能量的传递包括转移和转换两种形式。能量的传递包括转移和转换两种形式。 转移是

24、某种形态的能从一地到另一地，从一物到转移是某种形态的能从一地到另一地，从一物到 另一物；另一物； 转换是由一种形态变为另一种形态。转换是由一种形态变为另一种形态。 两种能量传递的形式往往是同时或交替存在。两种能量传递的形式往往是同时或交替存在。 42 能量传递的方法能量传递的方法 在体系边界面上的能量交换，通常以传热和在体系边界面上的能量交换，通常以传热和 做功两种方法进行。做功两种方法进行。 传热：由温差引起的能量交换，微观形式。传热：由温差引起的能量交换，微观形式。 做功：由非温差引起的能量交换，宏观形式。做功：由非温差引起的能量交换，宏观形式。 43 能量传递的方式能量传递的方式 通过能

25、量交换而实现的能量传递，即传热和通过能量交换而实现的能量传递，即传热和 做功。做功。 传热的基本方式：热传导、热对流和热辐射；传热的基本方式：热传导、热对流和热辐射； 做功的基本方式：容积功、转动轴功和流动功做功的基本方式：容积功、转动轴功和流动功 ( (推动功推动功) )。 44 能量传递的结果能量传递的结果 能量传递的结果体现在两个方面，即能量使能量传递的结果体现在两个方面，即能量使 用过程中所起的作用以及能量传递的最终去用过程中所起的作用以及能量传递的最终去 向。向。 能量传递的最终去向通常只有两条：或转移到产能量传递的最终去向通常只有两条：或转移到产 品，或散失于环境，包括直接损失和用

26、于过程后品，或散失于环境，包括直接损失和用于过程后 再进入环境。再进入环境。 45 能量传递的实质能量传递的实质 能量传递的实质就是能量利用的实质。能量传递的实质就是能量利用的实质。 能量的利用是通过能量的传递，使能量由能源最能量的利用是通过能量的传递，使能量由能源最 终进入环境。其结果是能量被利用了，能源被消终进入环境。其结果是能量被利用了，能源被消 耗了。耗了。 人类利用的不是能量的数量而是能量的质量，即人类利用的不是能量的数量而是能量的质量，即 能的质量急剧下降，直至进入环境，最终成为废能的质量急剧下降，直至进入环境，最终成为废 能。能。 46 目目 录录 概述概述 能量的形式能量的形式

27、 能量的基本性质能量的基本性质 能量转换的基本原理能量转换的基本原理 能量的传递能量的传递( (传输传输) ) 能量的存储能量的存储 47 六、能量的储存六、能量的储存 对大多数能量转换或利用系统而言，获得的对大多数能量转换或利用系统而言，获得的 能量和需求的能量常常是不一致的，因此为能量和需求的能量常常是不一致的，因此为 了使利用能量的过程能持续地进行，就必须了使利用能量的过程能持续地进行，就必须 有某种形式的能量储存措施或专门设置一些有某种形式的能量储存措施或专门设置一些 储能设备。储能设备。 48 衡量储能材料及储能装置性能优劣的主要指衡量储能材料及储能装置性能优劣的主要指 标有：储能密

28、度；储存过程能量的损耗；储标有：储能密度；储存过程能量的损耗；储 能和取能的速率；储存装置的经济性；寿命能和取能的速率；储存装置的经济性；寿命 以及对环境的影响。以及对环境的影响。 在实际应用中涉及到的储能问题主要是机械在实际应用中涉及到的储能问题主要是机械 能、电能和热能。能、电能和热能。 49 机械能以动能或势能的形式储存。机械能以动能或势能的形式储存。 动能通常可以储存于旋转的飞轮中。动能通常可以储存于旋转的飞轮中。 势能存储的装置有弹簧、扭力杆和重力装置、压势能存储的装置有弹簧、扭力杆和重力装置、压 缩空气和抽水蓄能站等缩空气和抽水蓄能站等 50 电能的储存电能的储存 常见的电能储存形

29、式是常见的电能储存形式是蓄电池蓄电池。 蓄电池是将电能转换为化学能，在使用时再蓄电池是将电能转换为化学能，在使用时再 将化学能转换为电能。将化学能转换为电能。 大规模电能的储存是抽水蓄能发电。大规模电能的储存是抽水蓄能发电。 电能还可以储存于静电场和感应电场中。电能还可以储存于静电场和感应电场中。 51 蓄电池蓄电池 电池可分为原电池和蓄电池。电池可分为原电池和蓄电池。 蓄电池利用化学原理，充电储存电能时，在其内蓄电池利用化学原理，充电储存电能时，在其内 发生可逆吸热反应将电能转换为化学能；放电时，发生可逆吸热反应将电能转换为化学能；放电时， 在蓄电池中的反应物在放热的化学反应中化合并在蓄电池中的反应物在放热的化学反应中化合并 直接产生电能。直接产生电能。 蓄电池由正极、负极、电解液、隔膜和容器等五蓄电池由正极、负极、电解液、隔膜和容器等五 部分组成。部分组成。 蓄电池分为铅酸蓄电池和碱性蓄电池两大类。蓄电池分为铅酸蓄电池和碱性蓄电池两大类。 52 蓄电池蓄电池 铅酸蓄电池铅酸蓄电池碱性蓄电池碱性蓄电池 53 何昂，化学电源技术专家，何