化工能源与节能技术

化工能源与

节能技术化学与材料工程系主要内容第一章绪论第二章能源及能源利用现状第三章节能的热力学基础第四章流体输送过程设备的节能第五章传热过程的节能第六章分离过程的节能第七章制冷与热泵节能第八章反应节能第九章系统节能第二章能源及能源利用现状2.1能量与能源2.2能源分类2.3能量转换过程及转换设备或系统2.4传统能源技术进展2.5可再生能源的开发2.6蓄能和换能技术★可再生能源开发利用情况2.1能量与能源能量——宇宙间一切运动着的物体，都有能量的存在和转化，人类一切活动都与能量及其使用紧密相关。所谓能量，也就是“产生某种效果（变化）的能力”。反过来说，产生某种效果（变化）必然要伴随能量的消耗和转换。人类所认识的六种能量形式机械能热能电能辐射能化学能核能1.机械能包括固体和流体的动能、势能、弹性能及表面张力能等。动能和势能统称为宏观机械能——人类认识最早的能量。2.热能构成物体的微观分子运动的动能表现为热能。它的宏观表现是温度的高低，反映了分子运动的强度。地球上最大的热能资源应为地热能。3.电能它和电子流动与积累有关，通常由电池中的化学能转化而来，或通过发电机由机械能转换得到。反之，电能也可以通过电动机转化为机械能——电做功。在自然界中，还有雷电等电能。4.辐射能即物体以电磁波形式发射的能量。如太阳能，太阳是最大的辐射源。5.化学能它是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量。按化学热力学定义，物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的内能，称为化学能。利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢。6.核核能它是蕴藏藏在原子子核内部部的物质质结构能能。核反应有两两种：核裂变反应应23592U+10n→14456Ba+8956Kr+310n23592U+10n→14054Xe+9438Sr+210nΔH=8.2×1010J/g相当于煤的的250万万倍。原子子弹工作原原理：让裂裂变能量不不断积累，，最后在瞬瞬间酿成重重大的爆炸炸。核聚变反应应21H+31H→42HeΔH=5.8×1011J/g，相相当煤的1000万万倍。优点：A、聚变产产物是稳定定的氦核，，无放射性性污染，没没有难处理理的废料；；B、氘资源源丰富，海海水中氘：：氢＝1.5×10－14。核聚变发电电困难：A、聚变反反应需要非非常高温度度（109℃如何“点火火”？氢弹用一个个小的原子子弹作引爆爆装置，产产生瞬间高高温。考虑虑化学激光光）B、如何约束：用什么材材料制造反反应器？考考虑耐火陶陶瓷。探索21H+63Li→242He（温温度低些的的聚变反应应，处于实实验室初探探阶段）2.2能能源分类能源是指人人类用来获获取能量的的自然资源源1.按来源不同同可把能源源分为三类类（1）来自自地球以外外天体的能能量（包括括直接的太太阳辐射能能外，还包包括间接来来自太阳能能能源，如如化石能源源、生物能能、水能、、风能、海海洋能等））；（2）地球球的本身蕴蕴藏的能量量资源（如如地热能等等）（3）地球球与其他天天体相互作作用而产生生的能量（（如潮汐能能等）2.按形成条件件不同，可可把能源分分为两类（1）一次次能源，指指天然存在在的、可直直接利用的的（如原煤煤、原油、、天然气、、水力、太太阳能等））（2）二次次能源，在在一次能源源基础上加加工而成的的（如电力力、汽油、、煤气、沼沼气、氢气气等）3.按能否反复复利用，可可把能源(一次)分分为两类（1）再生生能源（如如太阳能、、风能、水水力等）；；（2）非再再生能源（（煤炭、石石油、天然然气等）。。4.按开发使用用的程度不不同，可把把能源分为为两类常规能源，，指已被广广泛利用的的能源；新能源，指指未被广泛泛利用、正正在研究开开发、有待待推广的能能源。（辩证地看看）5.按能源源本身的性性质分含能体能源源（燃料能源源），如石石油、煤、、天然气、、地热、氢氢等，它们们可以直接接储存；过程性能源源（非燃料能源源），它们们无法直接接储存，如如风能、水水能、海流流、潮汐、、波浪、火火山爆发、、雷电、电电磁能和一一般热能等等。6.按对环环境的污染染分清洁能源，即对环境无无污染或污污染很小的的能源，如如太阳能、、水能、海海洋能等；；非清洁能源源，即对环境污污染较大的的能源，如如煤、石油油等。2-3能能量转换过过程及转换换设备或系系统能量的转换换广义地说，，能量转换换应包含三三项内容：：能量的形态转换，即通通常所谓的的能量转换换；能量的空间转换，即能能量的传输输；能量的时间转换，即能能量的储存存。能量的转换换能源能源形态转换过程转换机械或系统石油、煤炭、天然气等矿物燃料氢和酒精等二次能源化学能热能化学能热能机械能化学能热能机械能电能化学能电能热能化学能电能炉子、燃烧器各种热力发动机热机、发电机，磁流体发电，EGD发电（压电效应）热力发电，热电子发电燃料电池能源能源形态转换过程转换机械或系统水力、风力、潮汐、海流、波浪太阳能机械能机械能机械能机械能电能光能热能光能热能机械能电能光能热能电能光能电能光能化学能光能生物能电磁波电能水车、风车。水轮机——发电机，波力发电、风力发电、潮汐发电、海流发电热水器，采暖、制冷、光化学反应，太阳灶太阳热发动机太阳热发电热力发电，热电子发电光电池、光化学电池光化学反应（水分解）光合成能源能源形态转换过程转换机械或系统核能核分裂热能机械能电能核分裂热能核分裂热能电能核分裂电磁能电能核聚变热能机械能电能电能光（激光）热能电能热能聚变核发电，磁流体发电核能炼钢热力发电，热电子发电光电池核聚变发电1.热能的的产生燃料燃烧核能转换太阳能转换换地热电能转换燃烧设备燃烧设备锅炉工业炉窑化学能

热能2.机械能能的获取热机转换热机效率内燃机——往复运动热热机燃气轮机——外燃式热机机蒸汽轮机——将蒸汽热能能转换为机机械功的热热机燃烧室发电机燃料空气废气电机转换3.电能的的生产机电转换电动机发电机热电转换磁流体发电电热电偶温差差发电热电子发电电4.电化学学电池燃料电池燃料电池是是一种将氢和氧的化化学能通过过电极反应直直接转换成成电能的装置置。用于电动自行车的金属储氢装置2.4传传统能源源技术进展展传统能源主主要是化石石燃料，按按埋藏的能能量的数量量的顺序分分有煤炭类类、石油、、油页岩、、天然气和和油砂。1.煤的的转化洁煤技术：：有两条条途径，即即一是先进进燃烧和污污染处理，，二是气化化和液化煤煤，将煤转转化为含一一氧化碳和和氢的“合合成气”。。（1）煤炭液化——对固体煤炭炭经过化学学加工，使使它转化为为烃类；或或把煤气合合成为烃类类（或醇类类），转为为液态。（2）煤炭气化——以煤炭作为为原料，控控制氧化程程度，使煤煤炭转化成成为一氧化化碳、氢和和甲烷等可可燃性气体体。火力发电生生产流程示示意图火电厂外景景加压气化法法城市煤气气生

2.石油的的精炼石油经过精精制后可得得到汽油、煤油、柴油和重油。目的1：是从复杂的的原油中提提取粘度较较小的能充充分燃烧的的烃类。其其中辛烷最好，因此此汽油常根根据辛烷值值来标号。。目的2：就是把不好好的分子转转变为好的的分子。如如长链烷烃烃容易引起起汽缸爆震震。精炼方方法一般是是先根据不不同沸点把把不同成分分分离开，，然后除硫硫再向高辛辛烷转变。。3.天然然气液化天然气是埋埋藏在地层层深处的一一种富含碳碳氢化合物物的可燃气气体。主要成分是是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷和其他重质质气态烃类类。天然气是理理想的气体体燃料，但但难以长途途运输和妥妥善贮存。。为解决这这些问题，，把气态天天然气变成成液态天然然气。但液液态天然气气的制造成成本高，而而且不能直直接用作燃燃料，还得得使它蒸发发变为气态态，增加能能耗。为了了更经济合合理，利用用天然气作作原料合成成甲醇。甲醇性能能稳定，象象石油一样样能直接当当作燃料，，使用时不不污染环境境，便于运运输和贮存存。天然气热裂裂解制乙炔炔炉

能源系统能源系统指指把全社会会的能源利利用看成一一个系统，，加以控制制和平衡。。包括热电电联合系统统，集中供供热系统，，综合用热热系统，低低温余热利利用系统，，总能系统统等。如在市中心心建立一些些集中供热热的工厂，，像电厂供供电、水厂厂供水那样样，就可节节省大量燃燃煤。如这这些供热工工厂与电厂厂联合组成成热电厂，，既生产电电力又生产产热水或蒸蒸气，燃料料利用率会会更高。再再进一步，，可把城市市垃圾加工工成燃料，，支持热电电厂。发电厂涡轮热能发电2.5可可再生能能源的开发发在1995年颁布的的《电力法》》“总则”和明明确提出，，国家鼓励和和支持利用用可再生能能源和清洁洁能源来发发电。1995年年，国家计计委、国家家科委、国国家经贸委委又根据上上述法律及及方针、战战略制定印印发了《新能源和和可再生能能源发展纲纲要(1996—2010)》，通过计划划组织安排排落实。1992年年国务院批批准的《中国环境境发展十大大对策》中明确提出出，要“因因地制宜地地开发利用用和推广大大阳能、风风能、地热热能、生物物质能等新新能源”。。中国于1997年颁颁布了《节约能源源法》，从1978年到2004年年中国以年年均增长4.8%的的能源消费费支撑了年年均9.4%的经济济发展速度度，1990年至2004年年中国每万万元GDP能耗下降降了45%，中国政政府制定了了《节能中长长期发展规规划》中国全国人人大常委会会已通过了了《可再生能能源法》，为我国可可再生能源源发展提供供法律保证证。可再生能源源的开发主主要是太阳阳能的开发发。太阳射射向地球的的总能量为为8.0×1013kW。每分钟射射向地球的的能量相当当于人类一一年所耗用用的能量。。目前太阳阳能利用转转化率约为为10％～～12％。。据此推算算，到2020年全全世界能源源消费总量量大约需要要25万亿亿立升原油油，如果用用太阳能替替代，只需需要约97万平方公公里的一块块吸太阳能能的“光板板”就可实实现。1.太阳能能太阳能的转转换和利用用方式有光光——热转转换、光———电转换换和光———化学转换换等。光——热转转换：接收或聚集集太阳能使使之转换为为热能，然然后用于生生产和生活活的一些方方面，是光光一热转换换即太阳能能光热利用用的基本方方式。光——电转转换；利用光生伏伏打效应原原理制成的的太阳能电电池，可将将太阳的光光能直接转转换成为电电能，称为为光一电转转换，即太阳能光电电利用。光——化学学转换；光一化学转转换目前尚尚处于研究究开发阶段段，这种转转换技术包包括半导体体电极产生生电面电解解水产生包包、利用氢氢氧化钙或或金属氢化化物热分解解储能等内内容。太阳能加热热器太阳能发电电系统

太阳能发电电原理光-电转换换光-电转换换主要是利用用太阳能电电池转换。。太阳能电电池是通过过光电效应应或者光化化学效应直直接把光能能转化成电电能的装置置。以光电电效应工作作薄膜式太太阳能电池池为主流。。平面单晶硅硅高效电池池结构图按结晶状态态分类：结晶系膜式式：单结晶形和多结晶形。非结晶系膜膜式按材料可分分类：硅薄膜形化合物半导导体薄膜形有机薄膜形等。。太阳能电池池目前太阳能能电池效率率可达到20％太阳能电池池原理掺入磷原子子后，形成成P型半导导体磷原子硼原子空穴电子发展方向太阳能建筑筑、太阳热热水器要形形成规模化化生产；降降低太阳能能电池成本本，提高光光电转换效效率；大力推广应应用小功率率光伏电源源系统；建建立分散型型和集中型型联网光伏伏示范电站站。到2010年年，太阳能利利用总量达到到467万t标准煤。太阳能发电图图光伏发电图青海太阳能发发电图住宅太阳能发发电系统太阳能发电家家用系统2千瓦美国国加洲太阳发发电2.地热能按目前钻井技技术可钻到地地下10公里里的深度，估估计地热能资资源总量相当当于世界年能能源消费量的的400多万万倍。地热能能约为全球煤煤热能的1.7亿倍。地地热资源有两两种：一种是是地下蒸汽或地热水水（温泉），这这种电能已占占总发电量的的0.3％。。另一种是地地下干热岩体的热能。1904年年，意大利利人在拉德德瑞罗地热热田建立世世界上第一一座地热发发电站，功功率为550千瓦，，开地热能能利用之先先河。其后后，意大利利的地热发发电发展到到50多万万千瓦。到到80年代代末，全世世界运行的的地热电站站，其发电电功率每年年已超过500万千千瓦，1995年达达到680万千千瓦，年增16％。中国国最著名的的地热电站站，是西藏藏的羊八井井地热电站站，装机容容量2.5万千瓦。。地热发电系系统3.生物质质能全世界每年年通过光合合作用固化化的太阳能能，陆地为为1.917×1021J；海洋为为9.21×1020J。相当于于全世界年年耗能量的的10倍。一个360万平平方公里的陆地表面面，假定太太阳能转化化率为1％，从理论上上讲，生产产的生物质质就足以解解决全世界界的能源需需求了。森林能源的的直接效益益（生产木木材）和间间接效益的的价值之比比为1:9。薪炭林薪炭林一般般二三年就就可砍伐木木质燃料不不含硫，燃燃烧的剩余余物是理想想的肥料。。开发森林林能源有利利于森林更更新，提高高营林水平平，促进木木材采运的的现代化。。发展森林林能源，成成本低，依依靠现有的的人力物力力就可办到到，不需要要很高的技技术；木材材工业可以以利用自身身剩余物达达到能源自自给或部分分自给，有有利于降低低生产成本本。石油植物系指那些可可以直接生生产工业用用“燃料油油”，或经经发酵加工工可生产““燃料油””的植物的的总称。例例如，现已已发现的大大量可直接接生产燃料料油的植物物，主要分分布在大戟戟科，如绿玉树、三角戟、续随子等。这些石石油植物能生产低分分子量氢化化合物，加工后可可合成汽油油或柴油的的代用品。。巴西的苦配巴树，树液只要要稍作加工工，便可当当作柴油使使用，巴西西香胶树化学成分与与石油相似似。澳大大利亚有一一种名叫辐射胶的树，含油油率高达4．2％，，一吨桉树可获取优质质燃料5桶桶之多。黄鼠草可以提炼““石油”，，大约每公公顷这样的的野草可提提取“石油油”l000公斤；；若经人工工杂交种植植，每公顷顷可提炼““石油”6000公公斤。风信子可以达到一一箭双雕的的目的：不不仅可以净净化水源，，而且可以以得到可燃燃气体。巨型海带具有一种不不可思议的的成长速率率每天可长长2英尺（（l英尺=0.3048米），在在不到5个月的时时间内，它它可以长到到200英英尺（即60.96米）长！！从这种巨巨型海带中中，可提取取大量合成成天然气。。燃料乙醇巴西从1975年开开始实施““酒精替代代计划”，，制定了一一系列的经经济资助和和免税政策策，现在已已使温室气气体排放减减少了20％。日本本从1983年开始始实施燃料料乙醇的开开发计划，，重点开发发使用农、、林废物等等未利用资资源来直接接发酵生产产乙醇的技技术。美国国从1992年开始始鼓励使用用乙醇作新新配方汽油油的添加剂剂，欧盟则则于1993年要求求汽油燃料料中掺混5％的乙醇醇，并建议议提高欧洲洲的燃料乙乙醇生产量量。生物质能发发电原理图图示广州拉圾电电厂沼气发电原原理图示4.水力能能水力发电技技术是利用用水体不同同部位的势势能之差，，它跟落差差和流量的的乘积成正正比。目前前水力发电电的发电量量占世界能能源的7％％，据专家家估计，到到21世纪纪将会有较较大的发展展。法国国、、意意大大利利水水能能资资源源开开发发程程度度超超过过90％％，，美美国国、、加加拿拿大大、、日日本本、、挪挪威威、、瑞瑞士士、、瑞瑞典典、、英英国国等等，，也也达达到到了了40％％－－60％％。。而而我我国国已已利利用用的的还还不不到到可可利利用用资资源源的的6％％。。水电电优优点点1．．水水力力是是可可以以再再生生的的能能源源。。2．．水水电电用用的的是是不不花花钱钱的的燃燃料料，，大大中中型型水水电电站站一一般般3－－5年年就就可可收收回回全全部部投投资资。。3．．水水电电没没有有污污染染，，是是一一种种干干净净的的能能源源。。4．．有有防防洪洪启启溉溉、、航运运、养养殖殖和和旅旅游游等等综综合合效效益益。。5．．施施工工工工期期也也并并不不长长，，属属于于短短期期近近利利工工程程。。6．．操操作作、、管管理理不不到到火火电电的的三三分分之之一一人人员员。。我国国的的水水能能我国国的的水水能能居居世世界界第第一一位位。。理理论论蕴蕴藏藏量量为为6.8亿亿千千瓦瓦，，其其中中可可开开发发的的年年发发电电量量为为1.9万万亿亿度度，，相相当当于于大大电电厂厂每每年年消消耗耗7亿亿吨吨标标准准煤煤。。我我国国三三峡峡水水电电站站将将安安装装26台单单机机容容量量为为70万千千瓦瓦的的水水轮轮发发电电机机组组，，总总装装机机容容量量1820万千千瓦瓦，，年年均均发发电电量量847亿度度。将将成成为为世世界界最最大大的的水水电电站站。。这这个个工工程程从从1997年年实实现现大大江江截截流流，，2003年年首首批批机机组组发发电电，，2009年年工工程程全全部部竣竣工工后后，，巨巨大大的的电电能能将将为为国国家家增增加加年年工工农农业业产产值值2000亿亿元元，，全全国国平平均均每每人人可可获获得得近近200元元的的产产值值，，这这些些电电能能每每年年可可节节约约煤煤炭炭4000万万吨吨，，5.海海洋洋能能全世世界界海海洋洋能能的的理理论论可可再再生生量量超超过过760亿亿千千瓦瓦。。其其中中，，海海水水温温差差能能约约400亿亿千千瓦瓦，，盐盐度度差差能能约约300亿亿千千瓦瓦，，潮潮汐汐能能大大于于30亿亿千千瓦瓦，，波波浪浪能能约约30亿亿千千瓦瓦。。现代海洋洋能源开开发主要要就是指指利用海海洋能发发电。利利用海洋洋能发电电的方式式很多，，其中包包括波力力发电、、潮汐发发电、潮潮流发电电、海水水温差发发电和海海水含盐盐浓度差差发电等等。潮汐发电电潮汐发电电型式：：①单库单单向型，，只能在在落潮时时发电。。②单库双双向型：：在涨、、落潮时时都能发发电。③双库双双向型：：可连续续发电，，但未见见实际应应用。目前世界界上最大大的潮汐汐发电站站，是1966年在法国朗斯斯潮汐电电站，装有24台104千瓦贯流流式水轮轮发电机机，年年均发电电量为5.44亿度。。1980年建建成的江厦潮汐汐电站是我国第第一座双双向潮汐汐电站，，也是目目前世界界上较大大的一座座双向潮潮汐电站站，其总总机容量量为3200千千瓦。法国朗斯斯潮汐电电站外景景法国朗斯斯潮汐电电站示意意图有2%的的太阳能能变成了了风能。。全世界一一年所耗耗的能量量不及风风力1年年内提供供的1/100。目前前，尽管管风能所所能提供供的电量量还不足足全球总总发电量量的0.l％，，但它将将会很快快成为人人类可靠靠的动力力来源之之一。美美国能源源研究与与发展局局宣称，，到21世纪初初，风力力发电将将达200亿度度，占全全国总发发电量的的10％％左右。。6.风能能发展风力力发电，，储能是是关键，，因为风风是间歇歇性的。。简单的的办法是是用蓄电电池。另另一种办办法是抽抽水法。。目前，最最新型的的风轮机机每转可可发电300－－750千瓦，，其体积积只有普普通火力力发电千千分之一一。风力发电电独立系系统示意意图发展前景景：小型风力力机市场场化；加加速中大大型风力力机设计计、制造造国产化化进程；；发展风力力发电控控制和管管理系统统；加强和完完善风电电场的规规划选点点和勘察察设计工工作，建建设若干干个大型型风电场场。2000年和2010年全国国风力发发电装机机容量分分别达到到30万万—40万kW和100万——110万kw。香港沙洲洲自动气气象站风风力发电电机7.氢氢能是指氢在在发生化化学变化化和电化化学变化化过程中中产生的的能量；；氢作为能能源的优优点是储储量丰富富、热值值高和清清洁无污污染；氢的利用用：(1)直直接用作作燃料（（如发射射火箭等等）；(2)用用作燃料料电池（（如用于于航天飞飞机）；；(3)用用作能源源转换介介质（能能源中间间载体））。氢在周期期表中是是第1号号元素，，相对原原子量是是1.000.在标准状状态下,它的密密度为0.0899g/L,常温下为为无色气气体。1s1其原子核核外的电电子排布布如右图图所示，，其核外外的电子子构型为为:1氢能优点点作为能源源，氢有有以下特特点：(1)所所有元素素中,氢氢重量最最轻当温度降降至-252.7℃℃时,可变变成液体体;若将将压力增增大到数数百个大大气压,则液氢氢就可变变为金属属氢。(2)所所有气体体中,氢氢气的导导热性最最好比多数气气体的导导热系数数高出10倍,因此在在能源工工业氢是是极好的的传热载载体。(3)氢氢是自然然界存在在最普遍遍的元素素水中制得得，永无无枯竭之之虞；据估计它它构成了了宇宙质质量的75％,除空气气中含有有单质氢氢气外，，它主要要以化合合物的形形态贮存存于水中中，而水水是地球球上最广广泛的物物质。据据推算，，如把海海水中的的氢全部部提取出出来，它它所产生生的总热热量比地地球上所所有石化化燃料放放出的热热量还大大9000倍。。(4)氢氢本身无无毒,燃燃烧后产产物没有有污染产物水无无污染，，属“清清洁能源源”；由于燃烧烧产物是是水蒸气气，不会会产生诸诸如CO、CO2、碳氢化化合物、、铅化物物和粉尘尘颗粒等等对环境境有害的的污染物物质，从从而也就就不会造造成酸雨雨和温室室效应。。所以，，氢是世世界上最清洁的的能源之之一。燃烧生成成的水还还可继续续制氢，，循环使使用。(5)热值高；；氢能的燃燃烧热值值远高于于一次能能源除核燃料料外，氢氢的发热热值是所所有化石石燃料、、化工燃燃料和生生物燃料料中最高高的,达达142.351kJ/kg,是汽汽油发热热值的3倍。(6)氢氢的燃烧烧性能好好点燃速度度快，与与空气混混合时有有广泛的的可燃范范围。现现有汽车车、飞机机、舰船船及其他他运载工工具，只只需简单单改装即即可使用用氢燃料料。氢能要解决的问题(1)廉价的制制氢技术术。理想的的氢能源源循环体体系：水水在太阳阳能光分分解催化化剂的作作用下分分解成氢氢和氧；；氢气作作为燃料料电池发发电。现行太阳阳能制氢氢技术包包括：太太阳能分分解水制制氢；太太阳能电电解水制制氢；太太阳能光光化学分分解水制制氢；太太阳能太太阳能光光电分解解水制氢氢；模拟拟植物光光合作用用分解水水；光合合微生物物制氢。。氢能－氢氢的制取取随着化石石燃料耗耗量的不不断增加加,其储储量在日日益减少少,终有有一天会会枯竭。。这就迫迫切需要要寻找一一种不依依赖化石燃料并储储量丰富富的新的的含能体体能源。。氢能正正是一种种较为理理想的新新的含能能体能源源。电厂用制氢设备工业氢气净化设备(2)安全、方方便的贮贮氢技术术。（密度小，，不利于于贮存））单位体体积LaNi5贮氢量达达88Kg/m3，高于液液氢70.6Kg/m3由于氢易易气化、、着火、、爆炸，，因此如如何妥善善解决氢氢能的贮贮存和运运输问题题也就成成为开发发氢能的的另一个个关键。。历史上氢气热气球爆炸事件震惊世界氢能小轿轿车日本本田德国宝马1980年我国国研制成成功第一一辆氢能能汽车。。氢的其它它应用氢不但是是一种优优质燃料料，还是是石油化化工、化化肥和冶冶金工业业中的重重要原料料和物料料。如:合成氨氨工业要要用氢;用氢制成成燃料电电池可直直接发电电。采用用燃料电电池和氢氢气-蒸蒸汽联合合循环发发电,其其能量转转换效率率远高于于现有的的火电厂厂。氢燃烧电池400～500℃150～500atm8.核核能技术术由单个质质子和中中子组成成原子核核时，会会出现质质量亏损损：Δｍ=[Zmp+(A-Z)mn]-m式中为mp质子质量量，mn为中子质质量。由爱因斯斯坦的理理论得，，与质量量亏损相相对应的的能量改改变为：：ΔE=ΔΔｍｃ2称之为结结合能。。核能技术术就是利用用原子的的核变化化释放出出能量的的技术。。对于中等等质量的的原子核核，核子子的平均均结合能能最大。。核裂变——重核核分裂成成轻核的的反应。。核聚变———轻核聚合合成重核核的反应应。两种核反应裂变1938年德国国的哈恩和奥地利利女物理理学家梅特纳发现铀分分裂并产产生的能能量，比比相同质质量的化化学反应应放出的的能量大大几百万万倍以上上！约里奥伊丽夫约里奥··居里夫夫妇及其同事事哈尔班等人又发发现铀核核裂变还还放出两两、三个个中子来来。费米提出出链式反反应费米在1934年时时，其实实就已经经用实验验完成了了原子的的裂变，，可惜他他没能认认识到。。哈恩等发现裂裂变后，，费米就就提出原原子裂变变自持链链式反应应的概念念。1942年12月2日日，第一座核核反应堆堆首次实现现自持的的链式反反应，宣宣告人类类社会进进入了"原子能能时代"。第一颗原原子弹于1945年7月月在新墨西西哥沙漠漠中引爆爆第一颗用用于战争争的原子子弹，是是1945年8月月6日投在广岛的原原子弹。原子子弹的的威力力比化化学炸炸弹大大一百万万到一一亿倍。第一颗颗氢弹于1952年年在美国国在太太平洋洋马绍绍尔群群岛首首次爆爆炸试试验成成功，，是投投到广广岛原原子弹弹威力力的750倍。1954年年苏联建建成世世界上上第一座座核电电站。原子弹弹原理理核燃料料存在在一个个临界界体积积。当当体积积大于于此临临界体体积时时，核核反应应将得得到放放大，，否则则链式式反应应将终终止。。临界界体积积对应应的质质量称称为临临界质质量。。例如如铀的的临界界质量量为30磅磅，钚钚的临临界质质量为为5磅磅。玻尔研究指指出，，只有有提炼炼出铀铀的同同位素素U235，而且且要达达到一一定的的数量量，才才能发发生链链式反反应。。原子弹弹第一颗颗原子子弹

在核裂裂变的的过程程中会会释放放出巨巨大的的能量量。。1942年，，美国国政府府实施施了““曼哈哈顿””计计划，，利用用核裂裂变原原理制制造了了世界界上第第一座座核反反应堆堆和第第一颗颗原子子弹。。可控核核反应应一座百百万千千瓦级级的压压水堆堆核电电站，，一年年仅需需补充充30吨核核燃料料，其其中仅仅消耗耗1吨吨左右右，同样规规模的的热电电厂，，要燃燃原煤煤250万万吨可控核核反应应堆堆堆芯示示意图图费米主主持设设计的的第一一座核核反应应堆

高科技技时代代到来来的标标志核电站站和原原子弹弹是核核裂变变能的的两大大应用用，两两者机机制上上的差差异主主要在在于链链式反反应速速度是是否受受到控控制。。核反应应堆按按中子子能量量可分分为：：热中子子堆和快中子子堆。。热中子子堆：：中子能能量在在0.1eV左右。。根据据慢化化剂和和冷却却剂和和燃料料不同同，热热中子子堆可可分为为轻水堆堆（又分压水水堆和沸水堆堆）、重水堆堆和石墨水水冷堆堆。快中子子堆中子能能量在在2ｅV左右。。堆内内，每每个铀铀235核核裂变变所产产生的的快中中子，，可以以使12至至16个铀铀238变变成钚钚239。。尽管管它一一边在在消耗耗核燃燃料环环239，，但一一边又又在产产生核核燃料料钚239，生生产的的比消消耗的的还要要多，，具有有核燃燃料的的增殖殖作用用，快快中子子增殖殖堆几几乎可可以百百分之之百地地利用用铀资资源，，所以以各国国都在在积极极开发发，现现在全全世界界已有有几十十座中中小型型快堆堆在运运行。。核反应应堆控制棒棒是由由硼和镉等易于于吸收收中子子的材材料制制成的的。如如果把把控制制棒拔拔出一一点，，反应应堆就就开始始运转转，如如果想想增加加反应应堆释释放的的能量量，只只需将将控制制棒再再抽出出一点点，要要停止止链式式反应应的进进行，，将控控制棒棒完全全插入入核反反应中中心吸吸收掉掉大部部分中中子即即可。。世界核核电截至2000年年底，，全世世界正正在运运行的的核动动力堆堆共有有438座座，总总装机机容量量为351兆千千瓦，，占所所提供供的电电力的的16%。。法国国核电电占总总电力力的74.6%，比比利时时56.8%，，瑞典典39%，，日本本33.8%，，德国国30.6%，，英国国22%，，美国国20%，，中国国为1.2%。。法国布热核核电站美国帕洛佛佛第核电站站中国大亚湾湾核电站中国秦山核核电站中国的核电电建设起步步比较晚。。21世纪纪初已有秦秦山、大亚亚湾三套核核电机组在在运行，总总装机容量量21万千千瓦，只占占全国发电电总量的l%左右。。岭澳核电站站：距大亚湾湾核电站仅仅1公里，，主体工程程于1997年5月月15日开开工建设，，2002年5月28日1号号机组正式式运行，2号机组于于2003年1月8日投产运运行。总装装机容量2x90万万千瓦。田湾核电站站：位于江苏苏省连云港港市，是根根据中俄两两国政府签签订的协议议合作建设设的大型核核电项目。。规划建设设4台为100万千千瓦压水堆堆核电机组组。三门核电站站：位于浙江江省东部沿沿海，隶属属台州市。。三门核电电项目规划划建造6台台百万千瓦瓦级压水堆堆核电机组组。前苏联切尔尔诺贝利核核事故1986年年4月26日前苏苏联切尔诺诺贝利核电电站发生的的事故，位位于苏联大大城市基辅辅以北130公里乌乌克兰大森森林地带东东部的切尔尔诺贝利核核电站，第第四号机组组发生了事事故，反应应堆猛烈爆爆炸，大火火被扑灭后后，撤离了了核电站毗毗邻地区及及电站周围围30公里里地带的居居民。核事故之后后前苏联切尔尔诺贝利核核事故发生生后，为制制止该电站站第4机组组废墟中残残留的核燃燃料扩散，，有关单位位用厚厚的的混凝土堆堆造了一个个有复杂通通风系统的的多层大型型建筑物，，把第4机机组的全部部设施埋在在其中，这这个建筑物物成了“石石屋”。在距核电站站半径30公里以内内地区的动动植物基因因发生了巨巨大变化，，30公里里以外地区区变化很小小。如纳罗罗季奇区有有大约半数数儿童甲状状腺异常或或淋巴腺肥肥大。成人人癌症患者者成倍增加加。先天性性畸形家畜畜急剧增加加。动植物物体积竟变变得比平常常大3倍以以上，以致致出现“鼠大如猪。”核聚变核聚变是两个轻原原子核(如氢)聚合成一个个较重的核核，从而释释放出巨大大的能量。。聚变是核裂裂变平均每每个核子放放出能量的的四倍。海水中氢与与氘的原子子数之比约约为1:0.00015一克氘经聚聚变放出大大约千瓦时时的能量1升海水中中的氘核聚聚变放出的的能量相当当于燃烧300升汽汽油所放出出的能量。。地球上所有有海水中的的氘可供人人类使用数数百亿年。。氢弹氢弹是不可可控的热核核反应。1967年年6月17日，中国国第一颗氢氢弹爆炸成成功方案：高效效炸药+裂变原料+氘化锂。选氘氚反应应，因为d+T反应截面比比d+d反应大两个个数量级T的制备人类的希望望——受控控热核反应应受控核聚变变必须具备备以下3个个条件：(1)足够够高的点火火温度，需需要几千万万摄氏度甚甚至几亿摄摄氏度的高高温；(2)反应应装置中的的气体密度度要很低，，相当于常常温常压下下气体密度度的几万分分之一；(3)充分分约束，能能量的约束束时间要超超过1秒钟钟。等离子体的的温度、密密度和热能能约束时间间三者乘积积称为“聚变三重积积”，当它达到到1022时，聚变反反应输出的的功率等于于为驱动聚聚变反应而而输入的功功率，必须须超过这一一基本值，，聚变反应应才能自持持进行。惯性约束惯性约束：：激光惯性约约束是在直直径为0.4mm的小球内充充以30-100大气压的氘氚混合合气体，用用强激光（（1012-1014W）均匀照射射，使氘氚氚混合气体体的密度是液体体的一千到到一万倍，温度达到到108K（恒星上至至少要700万度））而引发聚变变。其它惯惯性约束方方案：电子子束、重离离子束惯性性约束。磁约束磁约束：是利用强磁磁场可以很很好地约束束带电粒子子这个特性性，构造一一个特殊的的磁容器（（托卡马克克），建成成聚变反应应堆，在其其中将聚变变材料加热热至数亿摄摄氏度高温温，实现聚聚变反应。。二十世纪五五十年代初初期，前苏苏联科学家家提出托卡卡马克的概概念。托卡卡马克（TOKAMAK）在在俄语中是是由“环形形”、“真真空”、““磁”、““线圈”几几个词组合合而成，美、日、欧欧等发达国国家的大型型常规托卡卡马克在短短脉冲（数数秒量级））运行条件件下，做出出了许多重重要成果。。等离子体体温度已达达4.4亿度度；脉冲聚变变输出功率率超过16兆瓦；Q值（表表示输出功功率与输入入功率之比比）已超过过1.25。这表明：：在托卡马马克上产生生聚变能的的可行性已已被证实。。受控热核聚聚变能研究究的一次重重大突破，，就是将超超导技术成成功地应用用于产生托托卡马克强强磁场的线线圈上，建建成了超导导托卡马克克，使得磁磁约束位形形的连续稳稳态运行成成为现实。。目前，全全世界仅有有俄、日、、法、中四四国拥有超超导托卡马马克。1987年年春，IAEA（（国际原子子能机构））总干事邀请请欧共体、、日本、美美国和加拿拿大、前苏苏联的代表表在维也纳纳开会，决决定四方合合作设计建建造国际热核实实验堆（ITER）。这是一个个基于托卡卡马克方案案的项目，，估计将产产生热功率率150万万千瓦，预预计2010年建成成，计划投投资达80亿美元。。未来发展展计划包括括一座原型型聚变堆，，在2025年前投投入运行。。如果ITER获获得成功，，下一个目目标是建造造一座示范范核聚变堆堆，并在2040年年前投入运运行。2050年年以后有望开开发商用核核聚变堆。。目前增益益因子Q值值已超过了了1.25。激光器器输出功率率已达100万亿瓦瓦，足够点点燃核聚变变之用。然然而美国于于1998年7月宣宣布退出国国际热核实实验反应堆堆计划。日日本却加大大了投资。。核聚变能能梦想将面面临一个““无法预知知的未来””。广东东阳阳江江核核电电站站9.其其它它----------海海水水盐盐差差发发电电用一一层层多多孔孔质质隔隔膜膜置置江江河河入入海海口口处处，，二二边边插插入入电电极极，，由由于于渗渗透透压压力力差差而而产产生生电电动动势势。。技术术关关键键：：多多孔孔质质隔隔膜膜如如何何能能将将淡淡水水和和海海水水隔隔开开而而又又形形成成渗渗透透压压磁流流体体发发电电示示意意图图2.6蓄蓄能能和和换换能能技技术术电的的蓄蓄能能技技术术大大致致分分三三类类：：一一是是直直接接储储存存电电磁磁能能，，如如：：超超导导线线圈圈蓄蓄能能系系统统，，就就属属于于这这一一类类；；二二是是把把电电能能转转化化为为化化学学能能储储存存，，如如铅铅电电池池、、钠钠硫硫电电池池、、锌锌氯氯电电池池等等；；三三是是把把电电能能转转化化为为机机械械能能储储存存，，如如制制造造压压缩缩空空气气，，在在用用电电高高峰峰时时让让它它推推动动涡涡轮轮机机发发电电。。还还有有"抽抽水水蓄蓄能能"技技术术，，利利用用多多余余电电力力驱驱动动水水泵泵，，把把河河里里的的水水抽抽到到高高处处的的水水池池或或水水库库中中。。(1)显热热蓄蓄能能技技术术：利利用用比比热热容容较较大大的的物物质质，，在在物物质质形形态态不不变变的的情情况况下下，，随随着着温温度度的的变变化化，，吸吸收收或或放放出出热热量量来来蓄蓄能能。。现现在在应应用用最最广广泛泛的的就就是是冷冷、、热热水水蓄蓄能能技技术术。。(2)潜热热蓄蓄能能技技术术：是是利利用用物物质质相相变变时时需需要要吸吸收收或或放放出出热热量量的的特特性性来来储储存存或或释释放放能能量量，，包