能源技术概论讲义

能源技术概论讲义授课教师：焦燕山西财经大学经济学院能源经济教研室-61-能源的发展，是全世界、全人类共同关系的问题。人类从原始社会发展到今天工业文明发达、社会生活丰富多彩的世界，是在消耗大量能量的条件下取得的。从某中意义上讲，人类社会的发展离不开能源的开发和先进能源技术的使用，能源是整个世界发展和经济增长的最近本的动力，是人类赖以生存的基础。第一章导论教学目的和要求：本章主要介绍能源技术概论的基本研究内容，以及本门课程与相关学科的关系。教学手段：多媒体教学与黑板教学相结合教学方法：案例教学与课堂讲述相结合、理论与实际相结合、启发式教学与课堂讨论相结合。课时时数：3学时课时分配：教学学时教学章节教学重点与难点备注第一、二学时第一节能源技术概论的研究对象、研究任务及研究内容第三学时第二节能源技术概论与相关学科的关系作业与思考：简述能源技术概论的研究对象、研究任务和主要的研究内容主要教学内容第一节能源技术概论的研究对象能源是国民经济的命脉，能源与人民生活和人类的生存环境休戚相关，在可持续发展中起着举足轻重的作用。能源技术概论以能源科学为介绍对象，将对能源资源、能源与环境、能量的转换与储存、常规能源、新能源、节能与能源系统工程进行深入的探讨和分析。第二节能源与经济社会发展的关系一、能源与社会发展人类社会发展的历史就是能源不断被开发和利用的历史。人类社会发展的早期，能源获取和利用方式单一。（原始社会：钻木取火；奴隶社会：人力；封建社会：畜力）直到蒸汽机的发明，人类开始了对煤炭的使用，内燃机的发明，人类开始了对石油的利用，人类获取和利用方式逐渐向多元化房展。现代能源与生活：获取和利用方式多样。社会发展的各个阶段的发展水平体现能源的获取和利用水平全面建设小康社会的环境要求：可持续发展能力不断增强，生态环境得到改善，资源利用效率显著提高，促进人与自然的和谐，推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。（十六大报告中四个主要目标之一）十二五节能减排规划：扎实推进节能减排、生态建设和环境保护；提出到2020年我国控制温室气体排放行动目标和政策措施，制定实施节能减排综合性工作方案；大力发展清洁能源，新增发电装机容量4.45亿千瓦，其中水电9601万千瓦、核电384万千瓦。目标：非化石能源消耗量达到11.4%;GDP能耗降低16%，二氧化碳排放降低17%.二、能源与国防三、能源工业能源工业是能量消耗与转换的典型代表。能源是经济社会持续发展的血液和强大动力四、能源对现代生活的影响五、能源技术革命六、能源热点问题石油资源危机与能源安全在过去100年内，人类消耗了地球历经数百万年所集聚形成的碳氢化合物的一半，石油资源已过“供应顶点”。油价升降关系到国家的能源安全。涨价不是最可怕的，可怕的是不按市场规律动作，像2007年全球油价上涨，中国市场没有及时跟进,只有靠补贴这样的非市场行为解决,最终会带来许许多多的问题。“在工业化社会中,石油比粮食更珍贵,粮食是可以政府补贴的,成品油是绝不可以补贴的。”南水北调1、东线调水工程从长江下游扬州附近抽引长江水，利用和扩建京杭大运河逐级提水北送，经洪泽湖、骆马湖、南四湖和东平湖，在位山附近穿过黄河后可自流，经位临运河、南运河到天津。输水主干线长1150km,其中黄河以南660km，黄河以北490km。全线最高处东平湖蓄水位与抽江水位之差为40m，共建13个梯级泵站，总扬程65m。东线工程的供水范围是黄淮海平原东部地区，包括苏北、皖北、山东、河北黑龙港和运东地区、天津市等。主要任务是供水，并兼有航运、防洪、除涝等综合利用效益。西气东输中国西部地区天然气向东部地区输送，主要是新疆塔里木盆地的天然气输往长江三角洲地区。输气管道西起新疆塔里木的轮南油田，向东最终到达上海，延至杭州。途经11省区，全长4000km。设计年输气能力120亿立方米，最终输气能力200亿立方米。2004年10月1日全线贯通并投产。气候变暖讨论1：气候是否真正变暖？气候变暖的真正原因是什么？节能降耗加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。新能源与先进热管理技术新能源（1）中国科学院院长路甬祥在中国科学院2009年度工作会议上预言，人类的第四次科技革命已在国际金融危机中酝酿，而新能源革命将是这次科技革命的关键突破口。（2）与大量消耗煤炭、石油等化石能源不同的是，呼之欲出的新能源，将以可再生能源为主重组能源消费结构和能源利用方式，从而催生以新能源为主导的又一次全球新技术和新产业革命。（3）联合国开发计划署把新能源分为以下三大类：大中型水电；新可再生能源，包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能；穿透生物质能。先进热管理技术能源灾难能源是一把双刃剑，需要进行能源管理。火山喷发地震海啸气候异常变化核辐射（切尔诺贝利、福岛核电站）能量与能源教学目的和要求：本章主要介绍能量及其形式，能源及其种类，我国能源资源的分布情况。教学手段：多媒体教学与黑板教学相结合教学方法：案例教学与课堂讲述相结合、理论与实际相结合、启发式教学与课堂讨论相结合。课时时数：6时课时分配：教学学时教学章节教学重点与难点备注第一、二、三学时第一节能量的概念；能量的形式第四、五、六学时第二节能源的种类；能源的分布、消费、供应作业与思考：（1）能量和物质质量之间的关系。（2）机械能、热能、电能、辐射能、化学能的定义及特征。（3）谈谈我国目前的能源消费和供应情况。主要教学内容能量物质、能量和信息是构成客观世界的基础。科学使馆认为，世界是由物质构成的，没有物质，世界变虚无缥缈。运动是物质存在的形式，是物质固有的属性。没有运动的物质正如没有物质的运动一样是不可思议的。能量则是物质运动的度量。由于物质存在各种不同的运动形式，因此能量也就有不同的形式。信息则是客观事物和主观认识相结合的产物，没有信息，物质和能量既无从认知，也毫无用处。一、能量的概念物质运动不仅具有表现各异的形式，不同形式的物质运动还可通过做功、传热等方式实现相互转换，这表明这些运动不仅具有共性，还存在内在的统一的度量，即能量。1、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密切相关。所谓能量，广义地说，就是“产生某种效用（变化）的能力”。反过来说，产生某种效用（变化）的过程必然伴随着能量的消耗或转化。例1：要是物体沿着某一方向移动一定的距离S[m]，就需要消耗一定的功，若推动物理的力为F[N]，则所消耗的功为W=F*S[J],也就是说需要消耗W=F*S的能量才能产生上述效果。例2：要使质量为m[kg]的物体从静止状态加速到速度为v[m/s],则要消耗。。。的能量。例3：加热质量为m[kg]的水，使其温度由T1升高到T2，则耗能为,c为水的比热，。例4：移动q[C]电荷跨越电位差U[V]时，要消耗能量。2、能量不能被创造和消灭科学史观认为，物质是某种既定的东西，既不能被创造也不能被消灭。因此，作为物质属性的能量也一样不能创造和消灭。能量和物质质量之间的关系是爱因斯坦于1992年揭示的，即式中：E表示物质释放的能量，J；m为转变为能量的物质的质量，kg；c为光速，3×108m/s。上述公式表示的是一个可逆过程，其前提是质量和能量的总和在任何能量的转化过程中都必须保持不变。能量的单位在国际单位制中，能量的单位，功及热量的单位通常都用焦（J）表示，二单位时间所做的功或吸收（释放）的热量则称之为功率，单位为瓦（W）。因为在能量的转换和使用中焦和瓦的单位都太小，因此更多的是用千焦（kJ），或兆焦（MJ）或兆瓦（MW）。在能源研究中还会用到更大的单位，如GW,TW等。能源利用中常用的国家制的词冠见表2-1。表2-1能源种常用的国际制词冠幂词冠国际代号中文代号1018艾可萨（cxa）E爱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、能量的形式讨论1：请大家回忆一下高中物理课程学过的能量的形式。1、机械能机械能在物理学中已经有详细的阐述，它包括宏观的动能和势能。动能：物体由于运动而具有的能叫动能，它通常被定义成使某物体从静止状态至运动状态所做的功。它的大小是运动物体的质量和速度平方乘积的二分之一。势能（位能）：由于物体在地球重力场中处于一定的位置而具有的能量。它是用把物体从任一标准平面(通常指海平面)抬升到物体所在位置所需做的功来计算的。机械能是人类较早认识和利用的能量，如风能、水能等。2、热能热能是能量的一种基本形式，所有其他形式的能量都可以完全转换为热能，而且绝大多数的一次能源都是首先经过热能形式而被利用的，因此热能在能量利用中有重要意义。构成物质的微观分子运动的动能和势能总和称之为热能。这种能量的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运动的激烈程度。通常热能Eq可表述成如下的形式：3、电能电能是和电子流动与积累有关的一种能量，通常是由电池中的化学能转换而来，或是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，从而显示出电做功的本领。如果驱动电子流动的电动势为U，电流强度为I，则其电能Ee可表述为：4、辐射能辐射能是物理以电磁波形式发射的能量。物体会因各种原因发出辐射能，其中从能量利用的角度而言，因热的原因而发出的辐射能（有称热辐射能）是最有意义的，例如地球表面所接受的太阳能就是最重要的热辐射能。物体的辐射能Er可表示为：5、化学能化学能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热力学能称为化学能。人力利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢，而这两种元素正是煤、石油、天然气、柴薪等燃料中最主要的可燃元素。燃料燃烧时的化学能通常用燃料的发热值表示。6、核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（氘和氚）和重质量的原子（铀等）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的条件下可以通过核聚变和核裂变转变为在自然界中更稳定的中等质量原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结合能就是核能。由于原子核内部的运动非常复杂，目前还不能给出核力的完全描述。但在核聚变和核裂变反映中有所谓的“质量亏损”，这种质量和能量之间的转换完全可以用式描述。能源一、能源的分类内涵能源就是能量的来源，是提供能量的资源，这些来源或资源，要么来自物质，要么来自物质的运动，前者如煤炭、石油、天然气等矿物燃料（又称化石燃料），后者如水流、风流、海浪、潮汐等。分类1.按地球上的能量来源分（1）地球本身蕴藏的能源，如核能、地热能等。（2）来自地球外天体的能源，如太阳能，以及由太阳能引起的水能、风能、波浪能、海洋温差能、生物质能、光合作用、化石燃料等。（3）地球与其他天体相互作用的能源，如潮汐能。2.按被利用的程度分（1）常规能源。（2）新能源。3.按获得的方法分（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．按能源本身的性质分（1）含能体能源（2）过程性能源6．按是否能作为燃料分（1）燃料能源（2）非燃料能源7.按对环境的污染情况分（1）清洁能源（2）非清洁能源。评价1.储量2.能量密度3.储能的可能性4.功能的连续性5.能源的地理分布6.开发费用和利用能源的设备费用7.运输费用和损耗8.能源的可再生性9.能源的品位10对环境的影响二、能源的分布、消费和供应概述世界能源资源分布式不均衡的。例如石油储量最多的地区是中东，占56.8%；天然气和煤炭储量最多的是欧洲，各占54.6%和45%。亚洲、大洋洲除煤炭稍多（占18%）以外，石油、天然气都只有5%多一点。这种能源资源分布的不均衡，给世界的政治、经济格局带来重大影响。（举例）请同学查《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》及其他相关年鉴获得如下时间序列数据（1978-2011）：我国能源生产总量及构成我国能源加工转换效率我国分品种能源年消费总量能源供应与消费煤炭资源、供应与消费石油资源、供应与消费天然气资源、供应与消费

第三章能量相互转化原理教学目的和要求：通过本章学习使学生掌握能量转化的原理，包括热力学基础、化学能、热能向化学能的转化、光能向化学能的转化，并了解能的变换的定义及目的、有效能的概念及有效能的损耗。教学手段：多媒体教学与黑板教学相结合教学方法：案例教学与课堂讲述相结合、理论与实际相结合、启发式教学与课堂讨论相结合。教学设计：课时时数：6学时课时分配：教学学时教学章节教学重点与难点备注第1-3学时第一、二、三节热力学基础、化学能、热能向化学能的转化第4-6学时第四、五、六节光能向化学能的转化、能的变换、有效能作业与思考：（1）简述能量守恒原理。（2）简述有效能的概念及有效能的损耗。主要教学内容热力学基础能量守恒原理1、功和内能各种状态的能之间可以相互转化，在转化工程中，常见的能态有热和功，其中功有机械功、电功、体积功等。功可以用广义的力（温度差除外）和广义的位移之乘积表示：热力学把分子内部的能成为内能，这是除物质全体运动所体现的机械能之外的所有其他能态的总成。内能的绝对值无法确定，因此过程的内能变化情况总是围绕其相对值展开的。2、热过程的热可分为嫌热和潜热两种。体系由于温度升高所储存的热叫显热；当体系处在相变温度（熔点、沸点等）时，如果与环境发生有限量的热交换而温度却无变化，也不做其他功，那么，这有限的热不再是显热而叫相变潜热，或简称潜热。3、热力学第一定律热力学第一定律认为，能量是守恒的，即能既不会产生，也不会消灭。各种物质都有能，能有多种形态，各种能态之间可以相互转化。但在转化过程中，能的总量不变。热力学第一定律的数学表达式为：既然能量是守恒的，那么便永远也造不出一种不消耗能源却源源不断地做出功来的机器（第一永动机）。能量转化的限度1、卡诺定理以理想气体为工作物质的可逆卡诺循环，其热效率仅取决于高温及低温两个热源的温度。以热力学第二定律为基础，可以将之推广为适用于任意可逆循环的普遍结论，称为“卡诺定理”。卡诺定理是卡诺1824年提出来的，其表述如下：（1）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关，与可逆循环的种类也无关。（2）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都小于可逆热机的效率。2、热力学第二定律热力学第二定律（secondlawofthermodynamics），认为可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。热力学第二定律，又称“熵增定律”，表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。热力学第一定律和热力学第二定律都是人来长期经验的总结，已经渗透到几乎所有学科中，并把学科的分支联系了起来。3、熵1850年，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯首次提出熵的概念，用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度，能量分布得越均匀，熵就越大。一个体系的能量完全均匀分布时，这个系统的熵就达到最大值。在克劳修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向于消除的。让一个热物体同一个冷物体相接触，热就会以下面所说的方式流动：热物体将冷却，冷物体将变热，直到两个物体达到相同的温度为止。克劳修斯在研究卡诺热机时，根据卡诺定理得出了对任意可逆循环过程都都适用的一个公式：dS=（dQ/dT）。能量转化的推动力总所周知，压力差是传递体积功的推动力，温度差是热传递的推动力，但要统一论述广义的推动力，还必须在热力学原理基础上进一步的讨论。吉布斯自由能吉布斯自由能又叫吉布斯函数，（英Gibbsfreeenergy,GibbsenergyorGibbsfunction;alsoknownasfreeenthalpy）是热力学中一个重要的参量，常用G表示，它的定义是：G=U−TS+pV=H−TS，其中U是系统的内能，T是温度，S是熵，p是压强，V是体积，H是焓。吉布斯自由能的微分形式是：dG=−SdT+Vdp+μdN，其中μ是化学势，也就是说每个粒子的平均吉布斯自由能等于化学势。麦克斯韦关系式麦克斯韦关系式是热力学中的一套方程，可以从热力学势的定义推出。麦克斯韦关系式是热力学势的二阶导数之间的等式的陈述。它们可以直接从二元解析函数的高阶导数与求导次序无关的事实推出。化学势化学势（chemicalpotential），多组分均相系统中，在等温等压并保持系统中其他物质的量都不变的条件下，系统的吉布斯自由能随某一组分的物质的量的变化率。第二节化学能化学能的储存密度（即单位质量的能量）是除核能以外最大的。而且现在的科学技术已能使化学能与其他能态（除核能外）实现相互转换，所以，化学能在目前人类的生产和日常生活中占有特殊重要的地位。一、化学能的本质化学键能化学能的本质是原子核与电子之间的静电引力所体现的能。当两个独立的远在结合在一起形成稳定的双原子分子时，分子所具有的能量比两个独立的原子所具有的能量之和少，即成键时放出一部分能。反过来，要使该双原子之间的化学键断裂，使两个原子重新成为彼此独立的原子，则必须提供恰等于成键时所放出的能量，这部分能量等于化学键能。化学能来自化学键能。化学反应的类型二、化学能的释放化学反应热效应当体系发生化学变化而不做非体积功时，若使反应产物与反应物的温度相同，此时体系所放出或吸收的热量叫化学反应的热效应。在等压条件下，热效应Qp等于体系的焓变△H。化学反映热与温度、压力及物相有关。因此，当提到化学反应热时，必须指明反映的温度和压力，以及反应物和产物的物相。例如：=1\*GB3①碳和氧在25.C及105Pa下燃烧生成CO2的反应△H为负值，表示这是一个放热反应。=2\*GB3②水在105Pa和100.C的条件下蒸发△H为正值，这是一个吸热反映。盖斯定律1840年俄国化学家盖斯（Hess，也译作赫斯）在总结大量实验事实（热化学实验数据）的基础上提出在“定压或定容条件下的任意化学反应，在不做其它功时，不论是一步完成的还是几步完成的，其热效应总是相同的（反应热的总值相等）。”这叫作盖斯定律。生成热和燃烧热生成热（heatofformation）：在一定温度和压力下，由最稳定的单质生成1摩尔纯物质的热效应。现在多称生成焓，因为此生成反应的热效应等于该过程体系焓的增量。标准状态下（各单质与生成的纯物质皆处于标准状态）的生成焓称为标准生成热（standardheatofformation），现行手册上称为摩尔标准生成焓，简称标准生成焓，用符号△fHθm表示，单位是千焦/摩（KJ/mol）。如298.15开(即25℃)时金刚石与乙炔(气)的△fHθm分别为+1.896与-226.73千焦/摩。负值表示放热，即体系的焓减少。燃烧热(ΔcH0)是指物质与氧气进行燃烧反应时放出的热量。它一般用单位物质的量、单位质量或单位体积的燃料燃烧时放出的能量计量。燃烧反应通常是烃类在氧气中燃烧生成二氧化碳、水并放热的反应。燃烧热可以用弹式量热计测量，也可以直接查表获得反应物、产物的生成焓(ΔfH0)再相减求得。化学反应热与温度在定压条件下，同一化学反应分别在两个不同温度T1和T2时的热效应一般不同。如果已知某化学反应在T1时的反应热△H1，可用基尔霍夫方程式求得反应在相同压力和温度为T2时的反应热△H2电化学反应属于电化学范畴的化学反应。电化学是有关电与化学变化关系的一个化学分支。电化学是边缘学科，是多领域的跨学科。对“电化学”，古老的定义认为它是“研究物质的化学性质或化学反应与电的关系的科学”。以后Bockris下了定义，认为是“研究带电界面上所发生现象的科学[1]”。当代电化学领域已经比Bockris定义的范围又拓宽了许多。实际上还有学者认为电化学领域更宽。如日本的学者小泽昭弥则认为，电化学涵盖了电子（以电子的得失为主）、离子和量子的流动现象的所有领域，它横跨了理学和工学两大方面，从而可将光化学、磁学、电子学等收入版图之中。若从宏观和微观两个反应与电的关系的科学”。三、化学能转化的限度化学势对浓度的依赖关系标准吉布斯自由能变化标准生成吉布斯自由能第三节热能向化学能的转化将热能变换成化学能，主要目的在于能量的储存和输送。例如，将高温气冷核反应堆（HTGR）所输出的1000.C左右的热能通过循环化学的方式分解水制氢，于是，热能变换成氢的化学能，通过管道或金属氢化物的形式输往各地。由于氢是未来代替石油、煤和天然气的理想“清洁”的二次能源，所以，通过上述变换便能达到能的合理利用的目的。一、化学热管人能与化学能之间的相互变换的另一种形式是所谓的化学热管（Chemicalheatpipe）,即利用可逆反应，经过吸热反应将热源的热能变成生成物的化学能，通过管道进行远距离输送。到达目的地后，再通过可逆的放热反应将热能取出来加以利用。取出热能后的物质再用管道反输回去继续使用。例如：（1）高温气冷堆的热输送（2）太阳能的储存和利用二、化学热泵上述化学热管，由于过程熵的增加的降低，使得能的品位有所降低。能的品位降低也是能的损耗的一种表现。利用化学热泵（Chemicalheatpump）可使传递的一部分热能的温度得以提高，因而使能量得到更为合理的利用。例如：（1）如果将低温热源用于分离操作，以分离代替吸热的你反应，正反应为放热反应，便有可能得到较高温度的热。（2）用低温热源的热使硝酸减压整流分离，分离后的硝酸加水时，由于水合热的作用可以得到比热源温度高的温度。这种方法可将温度由28.C升至46.C。第四节光能向化学能的转化概述光由光量子组成，一个光量子所有的能量可用公式表示为太阳投向地球的光能，目前大部分没有被利用，而是反射或散射到宇宙空间中去了，被固定下来的只是很小的一部分。在这很小的一部分中，以热的形式固定下来的太阳能占了很大的比重。它使水蒸发，使空气流动，给人们提供了水力能和风力能。另一种固定的形式是通过植物的光合作用将光能变换成物质的化学能。这种光能的生物化学变换直观重要，不但为人们提供了煤、石油和天然气等燃料，而且对植物的生长起着重要的作用。植物的生长无不直接或间接依赖于光合作用。因此，从仿生的角度了解光合作用、利用光合作用、进而模拟光合作用固定太阳能，这是人类面临的重大课题之一。光合作用光合作用（Photosynthesis），即光能合成作用，是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素，将二氧化碳（或硫化氢）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）的生化过程。光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。生物质能光能的利用效率油料植物生物产氢生物发酵第五节能的变换通常进行能的变换，大致有以下三种目的：以获得能量做功为目的，这是最大量的变换。将一种能态变换成某种载运信息的能量。介于以上两者之间的变换，即在能量变换的同时，物理量也发生正确的传递，而且能的变换量也并不太小。能的变换分类：双向变换和单项变换宏观变换和微观变换准静变换和动态变换第六节有效能一、有效能的概念及有效能的损耗1、能的质与量2、环境的影响3、能的价值尺度——有效能4、有效能的损耗二、物理有效能与化学有效能1、物理有效能2、化学有效能三、工业过程的有效能分析1、热效率与有效能效率2、等温化学反应体系3、绝热过程的有效能损耗4、电化学过程

第四章化石燃料教学目的和要求：掌握煤炭、石油及其制品、天然气及其他气体燃料的形成、分类、开采及相关技术；我国化石燃料的生产、消费状况。教学手段：多媒体教学与黑板教学相结合教学方法：案例教学与课堂讲述相结合、理论与实际相结合、启发式教学与课堂讨论相结合。课时时数：6学时课时分配：教学学时教学章节教学重点与难点备注第1-3学时第一、二、三节煤炭、石油及其制品第4-6学时第四、五、六节天然气及其他气体燃料作业与思考：简述我国化石燃料的生产、消费状况，以及相关技术的利用及发展情况。主要教学内容所有化石燃料都是由碳水化合物的腐化作用形成的。这些碳水化合物的化学式为，是有生命的植物通过光合作用将太阳能直接转化成化学能时形成的。常用的化石燃料为煤、石油和天然气。化石燃料有时又称矿物燃料。煤炭煤炭是世界上储量最多，分布最广的化石燃料。截止到目前为止，世界煤炭探明可采储量为亿吨。煤炭分布于个国家和地区，个国家进行了规模性开采。煤炭在世界一次能源生产和消费总量中分别占、。煤炭是世界经济发展的重要支柱。一、煤的形成和分类（一）煤的形成煤是最丰富的化石原料，它是原始植物经过复杂的生物化学作用和物理化学作用转变而成。这一演变过程称为成煤作用。高等植物经过成煤作用形成腐植煤，低等植物经过成煤作用形成腐泥煤。绝大多数煤为腐植煤。（二）煤的元素组成煤是由有机物质和无机物质混合的。煤中有机物质主要由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）四种元素组成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有硫（S）、磷（P）以及稀有元素等。碳是煤中有机物质的主导成分，也是最主要的可燃物质。一般来说，煤中碳含量越多，煤的发热量也越大。煤中碳含量的规律是随煤的变质过程的加深二增加。例如：在泥炭中碳的含量为50%-60%，褐煤中碳含量为60%-75%，而在烟煤中则增为75%-90%，在变质程度最高的无烟煤中则高达90%-98%。氢也是煤中重要的可燃物质。氢的发热量最高，燃烧时每千克氢的低位发热量可高达120370kJ，是纯碳发热量的4倍。氧是煤中不可燃的元素。随贬值过程的加深而减少。煤中氮含量较少，仅为1%-3%。煤中氮主要来自成煤植物。在煤燃烧时氮常呈游离状态逸出，不产生热量。但在炼焦过程中，氮能转化成氨及其他含氨化合物。硫是煤中的有害物质。磷也是煤中有害成分。煤中含有的稀有元素有锗（Ge）、镓（Ga）、铍（Be）、锂（Li）、钒（V）以及放射性元素铀（U）等，一般含量甚微。（三）常用的煤质指标1、水分（Moisture）煤的水分简单地说分为：全水分、内在水分、外在水分、结晶水和分解水，在实际测定中只能测煤的全水分、内在水分、外在水分和最高内在水分，而不测定结晶水和分解水。煤炭运销中常用的水分指标有：全水（符号：Mt)，全水分包括外在水分和内在水分；一般分析煤样水分（也称空干基水分，符号：Mad

），它是指分析用煤样（<0.2mm）在实验室大气中达到平衡后所保留的水分，也可以认为是内在水分。有时用户也会要求使用收到基水分（符号：Mar），一般可认为Mar=Mt。2、灰分（Ash）煤的灰分在煤炭分析中的定义为：煤完全燃烧后留下的残渣，它不是煤中固有的矿物质，而是在高温下经各种化学反应而生成的固体残留物。在煤炭运销中常用的灰分指标有：空干基（又称分析基）灰分（符号：Aad）、干基灰分（符号：Ad）和收到基灰分（符号：Aar）。煤炭灰分等级划分标准代号等级名称等级要求Ad(%)代号等级名称等级要求Ad(%)3、挥发分（全称为：挥发分产率，Volatilematter）是煤中的有机物质和一部分矿物加热分解的产物；它不是煤中固有物质；而是在特定温度下的煤热分解产物，所以确切地说挥发分叫挥发分产率。煤的挥发分与煤的变质程度有很大的关系，随煤化程度的增加，挥发分降低；如褐煤的挥发分一般为38%-65%，烟煤的挥发分一般为10%-55%，无烟煤挥发分≤10%。挥发分是决定煤炭利用的重要指标，在燃煤中，根据挥发分来选择适于特定煤源的燃烧设备或适于特定设备的煤源（在锅炉设计时已将挥发分值设定在某一范围，所以用户在购煤时要强调挥发分指标）；在炼焦中，要根据挥发分来确定配煤比例，因挥发分适中的烟煤，粘结性好，适于炼焦；在气化和液化工艺的条件选择上，挥发分也有重要的作用；在环境保护中，挥发分还作为一项制定烟雾法令的依据。煤的挥发分与其它煤质指标如发热量、碳和氢含量都有较好的相关关系。在煤炭运销中常用的挥发分指标有：空干基挥发分（符号：Vad）、干基挥发分（符号：Vd）、收到基挥发分（符号：Var）和干燥无灰基挥发分（符号：Vdaf）。煤的挥发分分级标准名称低挥发分中挥发分中高挥发分高挥发分Vdaf（%）4、发热量（calorificvalue）煤的发热量符号：Q，单位：J/g（焦耳/克）、MJ/kg（兆焦耳/千克），习惯上也使用cal/g（卡/克）、kcal/kg（千卡/千克）；换算关系：1卡=4.1816焦耳，是表征煤质的一个重要指标。一则它是燃烧设备热工计算的基础；燃煤工艺过程中的热平衡、耗煤量及热效率等的计算都是以所用煤的热值为依据的，在设计电厂锅炉时也是根据煤的平均收到基低位发热量来考虑锅炉的种类、型号及燃烧方式；二则是煤的发热量是表征煤的各种特征的综合指标。煤的发热量（Qgr,daf）与煤的变质程度有很大关系，一般是随变质程度的加深而增高，如褐煤的发热量较低，烟煤中到焦煤和肥煤热值最高，焦煤以后随煤的变质程度加深而略有降低，这就是为什么无烟煤的热值比烟煤热值低的原因。由于煤的发热量指标的重要性，用户购煤时首先考虑的是热值的高低，能否符合燃煤设备对热值的要求，在动力煤的计价中也是以发热量作为结算依据。煤炭运销中常用的发热量指标有：空干基弹筒发热量（符号：Qd,ad），空干基高位发热量（符号：Qgr,ad），干基高位发热量（符号：Qgr,d）和收到基（原称应用基）低位发热量（符号：Qnet,ar），有时也用到干燥无灰基高位发热量（符号：Qgr,daf）。在目前的煤炭购销合同中，国内北方用户一般用收到基低位发热量(Qnet,ar)，而南方用户（如广东）和国外客户一般用空干基高位发热量(Qgr,ad)，对于神华煤来说，两种热值表示方法相差较大（600kcal/kg-1000kcal/kg），签订合同时一定要明确热值的表示基准，而更不能只写发热量多少，以免造成商务纠纷。煤炭发热量等级划分标准代号等级名称等级要求Qnet,ar(MJ/kg)代号等级名称等级要求Qnet,ar(MJ/kg)（四）煤的分类煤的分类方法煤种干燥无灰基挥发分含量Vdaf（%）低位发热量Qnet,ar(MJ/kg)无烟煤26-33烟煤9-4520-33褐煤40-6610-17我国动力煤的分类方法煤种干燥无灰基挥发分含量Vdaf（%）低位发热量Qnet,ar(MJ/kg)无烟煤>20.9贫煤9-19>18.4低挥发分烟煤19-30>16.3高挥发分烟煤30-40>15.5褐煤40-50>11.7褐煤：煤种埋藏年代最短，碳化程度最低的一类。颜色大多呈褐色，因此成为褐煤。长焰煤：煤化程度仅稍高于褐煤，是最年轻的烟煤，常呈褐黑色，因燃烧时发出较长的火苗而得名。不粘煤：煤化程度仅高于长焰煤，亦属年轻烟煤。煤质特征为几乎不具任何粘结性，故称为不粘煤。弱粘煤：煤化程度较低，又具有弱黏性的烟煤。贫煤：是煤化程度最高的烟煤。气煤：属于煤化程度低的煤种，颜色黑，弱玻璃光泽，挥发分较高。加热时产生大量气体和较多焦油，是制造城市用煤气和工业用煤气的良好原料，因此，成为气煤。肥煤：中等煤化程度的煤种，黑色，玻璃光泽，黏结性最强，加热时能产生比焦煤更多的胶质体，所以称之为肥煤，是炼焦配煤中的主要成分。焦煤：也是属于中等煤化程度的煤种，黑色，玻璃光泽，是结焦性最好的煤种。由于以往单一煤种炼焦时用这种煤能炼出强度大、块度大的优质焦煤，是最好的炼焦用煤，因此称之为焦煤。瘦煤：是属高煤化程度的煤种，黑色，玻璃光泽，黏结性较弱，与焦煤相比在加热时仅能产生少量的胶质体，所以称之为瘦煤。一般作为炼焦配煤。无烟煤：是煤化程度最高的煤种，颜色呈带有银白或古铜色彩的灰黑色，似金属光泽，因其燃烧时无言而得名。它的硬度和比重在煤种是最大的，干燥无灰基挥发分含量最少，Vdaf小于9%，挥发分析出的温度也较高，因此着火困难，着火后也难以燃尽。无烟煤燃烧时出现青蓝色火焰没有烟，它的结焦性差，储藏时稳定不易自燃，可作民用煤和化工用煤。二、煤炭资源、生产与消费（一）煤炭资源（二）煤炭生产（三）煤炭消费作业：请同学们查阅相关资料获得如下数据世界煤炭探明储量我国各大区煤炭储量分布情况世界煤炭产量时间序列数据世界武大产煤国产量及其位次变化情况我国原煤生产情况我国煤炭按行业消费情况我国煤炭消费构成三、煤炭的开采当前矿井开采技术的发展趋势有如下特点：扩大规模集中生产简化生产系统采用先进矿井采煤设备采用高产高效工作面进一步提高矿井的安全性四、洁净煤技术石油及其制品一、石油的形成与分类石油是仅次于煤的化石燃料，石油只是有机物在地球演化过程中的一种中间产物。石油主要由烷烃、环烷烃、芳香烃等烃类化合物组成。组成石油的主要元素是碳、氢、硫、氧、氮。其中碳氢元素最多。硫、氮、氧以化合物、胶质、沥青质等非烃类物质形态存在。一般硫、氮、氧三种元素的含量小于1%，此外还有微量钠、铅、铁、镍、钒等金属元素存在。天然石油（又称原油）通常是淡色或黑色的流动或半流动的黏稠液体，密度在0.65-.085t/m3。通常有许多物性指标用以说明石油的特性，包括黏度、凝点、盐含量、硫含量、蜡含量、胶质、沥青质、残炭、沸点和馏程等。石油的组成及其复杂，确切地分类及其困难。通常在市场上有一下三种分类方法：二、石油资源、生产与消费（一）石油资源（二）石油生产与消费作业：请同学们查阅获得如下资料各国石油储量我国石油进出口情况时间序列数据三、油田的开发与石油的炼制（一）油田的开发石油勘探钻井油田的开采（二）石油的炼制分离法转化法四、主要石油产品的种类与用途五、油品结构（一）汽油（二）柴油作业：请同学们查阅相关资料获得如下数据亚太地区石油产品需求构成变化年份198519901995200020052010年均增长率1985/19951995/20002000/2010液化气石脑油车用汽油灯煤/喷气燃料柴油燃料油其他柴汽比年我国按行业分主要石油产品的消费量构成行业能源消费总量（万吨标准煤）原油消费量（万吨）汽油消费量（万吨）煤油消费量（万吨）柴油消费量（万吨）燃料油消费量（万吨）天然气及其他气体燃料一、概述以天然气为代表的气体燃料通常包括天然气、人工煤气、液化石油气和沼气四大类。天然气是一种重要的一次能源，燃烧时有很高的发热值，对环境的污染也较小，而且还是一种重要的化工原料。天然气的生成过程同石油类似，但比石油更容易生成。天然气主要有甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烃类组成，其中甲烷占80%-90%。通常天然气可以分为纯天然气、石油伴生气、凝析气和矿井气四种。天然气的勘探、开采同石油类似，但收采率较高，可达60%-95%。天然气中主要的有害物质是CO2、H2O、H2S和其他含硫化合物。因此，天然气在使用前也需净化，即脱硫、脱水、脱二氧化碳、脱杂质等。人工煤气是人为地利用固体燃料或液体燃料加工而得到的二次能源，按制气原料和制气工艺不同又可分为干馏煤气、气化煤气和油制气。液化石油气是呈液体状态石油气，简称液化气。主要由丙烷、丁烷等碳氢化合物组成，它是从气田或油田开采中获得，也可从石油炼制过程中作为副产品提取。液化石油气是城市主要气源之一。沼气是生物质能源，由各种有机物如粪便、垃圾、杂物、酒糟等，其中蛋白质、纤维素、淀粉在隔绝空气条件下，因微生物发酵作用产生的可燃气体。主要成分是甲烷，占60%左右。沼气在农村应用较为广泛。二、天然气资源天然气是蕴藏量丰富，最清洁而便利的优质能源。与石油一样，世界天然气资源分布也很不均匀，主要集中在中东、欧洲和欧亚大陆，二者之和约占世界天然气总储量的75.%。我国天然气资源丰富，并且探明天然气储量大幅增长。我国天然气的分布与石油有相当大的差别，其分布较为均衡，但仍显示出北富南贫、西多东少的天然气分布格局，因此天然气的流向仍然是西气东输和海气上岸。三、天然气生产作业：请同学们查阅获得如下资料世界天然气产量前10位的国家四、天然气市场天然气市场非常广阔，它主要用于以下几个方面：发电民用及商业燃料化肥及化工原料工业原料五、煤层气煤层气（俗称瓦斯）是一种与煤伴生，以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，其中甲烷含量大于95%，热值33.44MJ/m3以上，是一种优质洁净的能源。中国是世界上主要的煤炭生产大国之一，煤炭生产居世界首位，也是世界上煤炭资源和煤层气资源最丰富的国家之一。丰富的煤层气资源有望成为中国21世纪的接替性能源之一。

第五章电能及发电技术教学目的和要求：了解电能的基本情况，掌握活力发电、水力发电及先进发电技术的基本原理。教学手段：多媒体教学与黑板教学相结合教学方法：案例教学与课堂讲述相结合、理论与实际相结合、启发式教学与课堂讨论相结合。课时时数：6学时课时分配：教学学时教学章节教学重点与难点备注第1-3学时第一节、第二节电能概述、火力发电第4-6学时第三节、第四节水力发电、先进发电技术作业与思考：简述我国发电技术的概况及发展趋势。主要教学内容电能概述一、电能的重要性电能是与电荷流动与聚集有关的一种能量。它是由其他依次能源转换而来的二次能源。由于电能输送、控制、转换和使用都非常方便，又不污染环境，是一种非常优质的二次能源。电力工业起源于19世纪后期。世界上第一台火力发电机组是1875年建于巴黎北火车站的直流发电机，用于照明供电。1879年，美国旧金山实验电厂开始发电，这是世界上最早出售电力的电厂。1882年，美国纽约珍珠街电厂建成发电，装有6台直流发电机，总容量是900马力（670kW），以110V直流为点灯照明供电。经过100多年的发展，到1980年，全世界发电装机总量达到20.24亿kW，年发电量达到82473亿kW·h；1997年全世界发电装机容量达到32亿kW，年发电量达到138487亿kW·h.据预测，在2000-2030年，全世界将建成500亿kW的发电装机容量，而总装机容量将增长到2030年的71.57亿kW。20世纪划时代的进步标志就是电能在社会生产和人民生活中的普遍应用。国民经济电气化的重要意义在于：电气化石实现工业自动化和农业现代化的基础。用电能替代其他能源可大大降低单位产值的能耗，节约能源。电气化为迅速提高现代社会的生活水平及文明程度奠定了物质基础。发展电能是新能源的广泛应用和建立可持续发展能源系统的必然结果。正式由于电能的重要性，作为提供电力的电力工业必须优先发展，其发展速度要高于国民经济的其他部门。二、电能的生产电能可以通过多种途径产生，其中最主要的途径是通过发电机将机械能直接转换成电能。另外，可在燃料电池中将化学能直接转换成电能；在太阳能电池中由辐射能直接转换成电能；核能转换为电能则是在所谓的核电池中实现的。磁流体发电、热点偶温差发电则可将热能直接转变成电能。不过后集中获得电能的方式目前仍处在研究、开发阶段。三、电能的输送和分配发电厂产生的巨大的电能必须输送到用户。由发电厂、电力网和电力用户所组成的大系统则称之为电力系统。电力网按其供电范围、电压高低可分为地方电力网和区域电力网。地方电力网的电压等级一般不超过110kV，供电距离躲在100km以内。区域电力网则将范围较广地区的发电厂联系起来，而且书店线路长（有的超过1000km），电压高，输送功率大，用户类型多。由焦耳定律可知，输电线路的损耗是和通过电路的电流的平方成正比。因此为了减少长距离输电线路的电能损耗，就必须减少输电线路的电流，即应提高输送电压。但输送电压越高，则输电线路投资越大，因此输配电线路的电压等级是一个需根据多方面因素决定的综合问题。为了供电力用户使用，在用电终端还需将输电的高电压再降低下来，因此接受、输送和分配电能就成为变电所的任务。故变电所是电力网的重要组成部门，是电力系统中的中间环节。变电所根据其重要性和功能又可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。四、电能的储存（一）蓄电池（二）电力场和感应电场五、世界电力工业的基本情况作业：请同学们查阅相关资料获得如下数据（）年揭示发电量的分类构成（）年世界各行业消费电量的情况（）年世界电力平衡表（）年主要发达国家和中国电力平衡表（）年世界各国发电量的构成（）年主要发达国家和中国的电力构（）年主要发达国家的电力概况六、中国电力工业作业：请同学们查阅相关资料获得如下数据我国历年装机容量和发电量的构成我国电力工业历年的主要经济技术指标我国历年电力工业的各项人均指标我国历年的电力消费弹性系数我国用电量的构成（年）火力发电一、概述电能是由各种一次能源按不同的转换方式获得的。具有一定的转坏规模，能持续不断地对外提供电能的工厂就成为发电厂。根据一次能源种类和转换方式的不同，又可分为不同类型的发电厂。例如：火力发电厂、水力发电厂、核电厂、风力发电厂、地热发电厂和太阳能发电厂等。火力发电厂就是利用各种染料燃烧的热能来提供电能的工厂。一般从燃料到电能需经过如下的能量转换过程：。二、火力发电厂的热力系统（一）凝汽式电厂的热力系统（二）热电厂的热力系统（三）火力发电厂的供水系统三、火力发电厂的热经济指标（一）凝汽式发电厂的热经济指标1、热耗率2、标准燃料耗率（二）热电厂的热经济指标燃料利用系数四、我国火力发电的发展方向1、发展高参数的大机组2、采用先进的煤炭洁净燃烧技术3、进一步提高燃煤电厂的效率4、关停和改造小火电5、积极发展热电联产6、发展燃气——蒸汽联合循环机组7、加紧建设坑口电厂第三节水力发电一、中国水能资源的特点水能资源最显著特点是可再生、无污染。开发水能对江河的综合治理和综合利用具有积极作用，对促进国民经济发展，改善能源消费结构，缓解由于消耗煤炭、石油资源所带来的环境污染有重要意义。因此，世界各国都把开发水能放在能源发展战略的优先地位。我国水能资源有以下特点：1、资源总量丰富，但人均资源量并不富裕。2、水电资源分布不均匀，与经济发展的现状不匹配。3、江河来水量年内和年际变化大。二、水电站概述与火力发电不同之处是，水能直接转换成电能，不需要经过热能转换的中间环节。因此，对水电建设而言，其一次能源建设和二次能源建设是同时完成的。将水能直接转换成电能的过程是在水电站中完成的。水电站主要由水库、引水道和电厂组成。由于集中河道落差是水电站发电的必备条件，因此按集中河道落差方式的不同，水电站有四种不同的形式：1、堤坝式水电站2、引水式水电站3、混合式水电站4、抽水蓄能式水电站与火力发电相比，水力发电有一下特点：1、水力发电的发电量易受河流的天然径流量的影响。2、电站在运行中不消耗燃料，天然径流量多时，发电量多。3、水电机组启停方便，机组从静止状态到满负荷运行仅需几分钟。5、水电站因不消耗燃料，没有有害气体、粉尘和废渣排放。三、水电站的主要参数（一）水库的特征水位及相应的库容（二）水电站的特征水头及流量（三）水电站的动能参数（四）水电站的经济指标（五）水电站工程等级四、水电站的运行和水库调度五、水工建筑物1、拦河坝2、泄水建筑物3、进水建筑物4、输水建筑物5、发电厂房六、水轮机水轮机是将水能转换成机械能的水力原动机，主要用于带动发电机发电，是水电站厂房中主要的动力设备。通常将它与发电机一起统称为水轮发电机组。冲击式水轮机反击式水轮机1、混流式水轮机2、轴流式水轮机3、贯流式水轮机4、斜流式水轮机七、小水电兴建小型水电站是解决我国以及其他发展中国家农村和边远地区能源问题的重要途径。所谓小水电资源通常是指装机容量在2.5万kV以下的水电资源。第四节先进发电技术一、燃气——蒸汽联合循环燃气——蒸汽联合循环发电的基本思路是：利用燃气轮循环平均吸热温度高和政企动力循环平均吸热温度低的特点，各取所长。作为第一工质的燃气经燃气轮机做功后，具有较高温度的排气进入余热锅炉，作为第二工质的水在余热锅炉中吸收余热后变为蒸汽，进入蒸汽轮机，做功后在进入冷凝器冷凝，从而构成一个闭合循环。二、整体煤气化联合循环发电（IGCC）燃煤的燃气——蒸汽联合循环发电是各国研究的重点。其中直接燃煤的燃气轮机是以水煤浆替代燃油，直接送入燃气轮机的燃烧室燃烧。该技术的难点是水煤浆的制备，燃烧室的耐磨和冷却以及燃烧气体的除尘和脱硫等问题。比较理想的方案是先将煤气化成可燃气体，功燃气轮机使用，从而能更好地实现高品位煤的梯级利用。这就是所谓整体煤气化联合循环（ImtegratedGasificationCombinedCycle，简称IGCC）三、增压流化床燃气——蒸汽联合循环（PFBC-CC）增压流化床燃气——蒸汽联合循环（PFBC-CC）实际上是一种增压锅炉型的联合循环。四、燃料电池和IGCC组合联合循环五、煤气——蒸汽——电力多联产系统

第六章核能教学目的和要求：了解核能的来源，掌握反应堆的基本概念，核电站的组成及运行原理，了解核能的发展趋势。教学手段：多媒体教学与黑板教学相结合教学方法：案例教学与课堂讲述相结合、理论与实际相结合、启发式教学与课堂讨论相结合。课时时数：6学时课时分配：教学学时教学章节教学重点与难点备注第1-3学时第一节、第二节核能概述、反应堆第4-6学时第三节、第四节、第五节核电站、21世纪的核能作业与思考：简述我国核能技术利用现状及发展趋势。主要教学内容核能的概述自从1896年法国物理学家贝克勒尔发现铀的天然放射性以来，由于近百年来世界各国科学家的辛勤探索，人类不但对物质的微观结构有了更深刻的了解，而且还开发出了威力无比的核能（或称原子能）。原子与原子核宇宙间浩瀚的万物都是有元素组成的。构成元素的最小单位是原子。原子非常小，其直径大约只有110-8cm。1911年卢瑟福通过用粒子轰击金属薄片的散射实验证实这么小的原子也是有核的。原子核更小，约为10-13cm，只占原子大小的十万分之一。原子核带正电，它周围是数目不等的带负电的电子。每个电子都在自己特定的轨道上绕着原子核运动，就像太阳系的行星绕太阳运动一样。原子核又是由质子和中子两种粒子组成的，质子带正电，中子不带电。质子所带正电荷的大小与电子所带负电荷的大小正好相等，因此整个原子是中性的。现代科学家测出质子的质量为1.007277原子质量单位，中子的质量为1.008665原子质量单位，而电子质量仅为0.0005486原子质量单位，可见原子的质量主要集中在核上质子所带正电荷的电量为1.60219210-19C。核能的来源人类生活中利用的大多是化学能。化石燃料燃烧时燃料中的碳原子和空气中的氧原子结合，同时放出一定的能量。这种原子结合和分类使得电子的位置和运动发生变化，从而释放出的能量称之为化学能。显然，化学能与原子核无关。“核能”来源于将核子（质子和中子）保持在原子核中的一种非常强的作用力——核力。1、核裂变核裂变，又称核分裂，是指由重的原子，主要是指铀或钚，分裂成较轻的原子的一种核反应形式。原子弹以及裂变核电站或是核能发电厂的能量来源都是核裂变。其中铀裂变在核电厂最常见，加热后铀原子放出2到4个中子，中子再去撞击其它原子，从而形成链式反应而自发裂变。2、核聚变核聚变，又称热核反应，是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。世界核能利用现状作业：请同学们查阅相关资料获得世界核能利用的最新情况。反应堆反应堆的分类实现大规模可控核裂变链式反应的装置称为核反应堆，简称反应堆，它是向人类提供核能的关键设备。根据反应堆的用途、所采用的燃料、冷却剂与慢化剂的类型及中子能量的大小，反应堆有许多分类的方法。动力堆轻水堆重水堆气冷堆快中子增殖堆供热堆供热堆是专门用于供热的一种反应堆，当然也可以利用供热堆提供的热量，采用吸收式制冷或喷射制冷的方式实现冷、热联产；或用于海水淡化。基于安全性的考虑，池式低温供热堆是供热堆的主要形式。第三节核电站核电站的组成核能最重要的应用是核能发电。核电站和火电站的主要区别是热源不同，而将热能转换为机械能，在转换成电能的装置则基本相同。火电站靠烧煤、石油或天然气来取得热量，而核电站则依靠反应堆中的将核燃料裂变链式反应所产生的热量带出来。核电站的系统和设备通常由两大部门组成：核的系统和设备，又称核岛；常规的系统和设备，又称常规岛。目前核电站中广泛采用的是轻水堆，即压水堆和沸水堆。（一）压水堆核电站（二）沸水堆核电站二、核电站系统（一）核岛的核蒸汽供应系统（1）一回路主系统（2）化学和溶剂控制系统（3）余热排出系统（4）安全注射系统（5）控制、保护和检测系统（二）核岛的辅助系统（1）设备冷却水系统（2）硼回收系统（3）反应堆的安全壳及喷淋系统（4）核燃料的装换料及储存系统（5）安全壳及核辅助厂房通风和过滤系统（6）柴油发电机组（三）常规岛的系统（1）二回路系统（2）循环冷却水系统（3）电气系统三、核电站的运行核电站运行的基本原则和火电站一样，都是根据电站的电负荷需要量来调节供给的热量。由于核电站是由反应堆供热，因此核电站的运行和火电站相比会有一些新的特点。（1）在火电厂中可以连续不断地向锅炉供应燃料，而核电站必须对反应堆堆芯一次装料，并定期停堆换料。（2）反应堆的队内构建和压力容器等因受中子的辐照而活化，所以反应堆不管是在运行中或停闭后都有很强的放射性，这就给电站的运行和维修带来一定的困难。（3）反应堆停闭后，在运行过程中积累起来的裂变碎片和衰变将继续使堆芯产生余热（又称衰变热），因此堆停闭后不能立即停止冷却，还必须把这部分余热派出去；此外核电站还必须考虑在任何事故工况下都能对反应堆进行紧急冷却。（4）核电站在运行工程中会产生气态、液态和固态的发射性废物，对这些废物必须按照核安全的规定进行妥善处理，以确保工作人员和居民的健康，而火电站中这一问题是不存在的。（5）与火电站相比核电站建设费用高，但燃料所占的费用却较低。第四节核电站的安全性核电与核弹核电站的反应堆发生事故时不会像核武器那样爆炸。二、核电站放射性影响饮食、吸烟、乘飞机都会使人们受到辐射的影响，从相关资料看核电站对居民辐照是微不足道的，比起燃煤电站要小很多，因为煤中含镭，其辐照甚强。三、核电安全性原则四、反应堆的安全设计1、陶瓷燃料芯块2、燃料元件包壳3、压力容器和管道4、混凝土屏蔽5、圆顶的安全壳构筑物6、隔离区7、低人口区五、反应堆的工程安全防护第五节21世纪的核能可控核聚变（一）磁约束系统（二）慢性约束系统二、急速器驱动的洁净核能系统三、我国核能利用的发展作业：请同学们查阅相关资料获得我国核能利用的最新情况。

第七章可再生能源教学目的和要求：通过本章学习使学生了解太阳能、风能、地热能、生物质能、海洋能等可再生能源技术的基础理论及利用技术。教学手段：多媒体教学与黑板教学相结合教学方法：案例教学与课堂讲述相结合、理论与实际相结合、启发式教学与课堂讨论相结合。课时时数：6学时课时分配：教学学时教学章节教学重点与难点备注第1-3学时第一节、第二节太阳能、风能第4-6学时第三节、第四节、第五节地热能、生物质能、海洋能作业与思考：简述我国可再生能源技术的利用现状及发展趋势。主要教学内容太阳能概述太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达1.731017W，换就话说，太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万t煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都来自于太阳：即使是地球上的化石燃料从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能。二、太阳辐射太阳辐射穿过大气层而到达地面时，由于大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射，不仅使辐射强度减弱，还会改变辐射的方向和辐射的光谱分布。因此实际到达地面的太阳辐射通常是由直射和漫射两部分组成。直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射；漫射则是被打起反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射。三、太阳能利用（一）太阳能集热器1、平板集成器吸热提透明盖板保温材料外壳2、聚光集热器（二）太阳能热水器1、闷晒式2、直流式3、循环式（三）太阳能采暖1、被动式太阳房2、主动式太阳能采暖（四）太阳能干燥（五）太阳能海水淡化（六）太阳能制冷和空调（七）太阳池（八）太阳能热动力发电四、太阳能光利用太阳能光利用最成功的是用光——电转换原理制成的太阳电池（又称光电池）。风能一、有关风的知识对人来来说，风湿最熟悉的自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，