能源及化工节能技术课件-1-演示教学

能源及化工节能技术课件-1-2.能源形式：太阳能风能水能

生物质能地热能潮汐能核能（煤、气、油）矿物质能源、电能、氢能等1.2能源与发展

从日常生活中必需的电、煤、气、自来水等的供应，到交通运输、通信等现代社会的一切活动都离不开它。能源为人类的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源，是国民经济的重要物质基础。

能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。能源、材料、信息是人类发展的三大支柱产业。能源科学技术的每一次重大突破，都引起生产技术的革命，化学(工)在能源的研究和利用过程中扮演重要角色。

1.人类文明发展与能源远古时期人类开始用火来取暖、烹调、照明，还将这种利用能量的技术应用到玻璃加工或制作装饰品、陶艺等方而，从而开创了人类文明。人类发明了蒸汽机和内燃机，所使用的燃料也是从草木转变成为煤炭、石油和天然气等。这些发明使机械能的利用多样化，同时也使电能的生产成为可能。能源的使用领域得以进一步扩大，从交通运输到通信等领域，赐予了人类一切文明活动的动力，推动了人类文明的进步。2.人类文明与能源利用瓦特(JamesWatt1736~1819年)发明蒸汽机(1769年专利)蒸汽机作为动力的纺织机械诞生于18世纪，但蒸汽机作为船舶和机车的动力而普及直至19世纪。19世纪中叶雷诺(EtienneLenoirl822—1900年)发明了燃气发动机19世纪中叶又发明了内燃机，从而开发出了汽车在1903年由汽车工人莱特兄弟制造的发动机动力飞机试飞成功20世纪初，通过火力发电和水力发电生产的大量电能，再通过输配电网络，使各种各样的用电产业获得惊人的进步和发展

在20世纪50年代到70年代间，从煤炭文明到石油文明的能源革命

20世纪90年代，开始使用使用液化天然气和液化石油气作为汽车用燃料

能源消耗量与发达水平有关联1.3能源相关政策1.能源发展“十三五”规划2.可再生能源发展“十三五”规划1.4节能概念

节能就是应用技术上可行、经济上合理、环境和社会可以接受的方法来有效地利用能源。所以，节能并不简单地意味着少用能源，其实质是充分有效地发挥能源的作用，使同样数量的能源，可以提供更多的有效能，从而生产出更多、更好的产品，创造出更多的产值和利润。1.5节能意义常规能源逐渐枯竭以煤为主的能源消费结构带来严重的环境问题较高的石油对外依存度影响我国的能源战略安全1.节能的意义降低成本合理利用资源，可减缓能源耗竭速度降低污染物排放，利于环境保护降低温室气体排放

化学工业有一个重要的特点，就是煤、石油、天然气等既是化学工业的能源、又是化学工业的原料，该两项加起来占产品成本25~40％，在氮肥行业达70~80％。因此广义的化学工业是工业部门中的第一用能大户。这一特点使得节能工作在化学工业中有着极为重要的意义。2.化工行业节能的必要性与意义3.节能的途径结构节能：管理节能：技术节能：1.6节能形势与政策1.“十三五”节能减排综合工作方案2.工业节能“十三五”规划第二章能源形势及能源利用现状2.1能源生产与利用形势2.2能源分类2.3传统能源利用技术进展2.4可再生能源的开发2.5蓄能和换能技术★可再生能源开发利用情况2.1能源生产与利用形势1.全球能源危机

有关资料显示：目前在世界初级能源的产量和消费中，居第一位的是石油，其次是煤炭、天然气。

有关资料还显示：石油、煤炭、天然气等常规化石能源的储量日益减少，在可预见的不长时间内将被消耗殆尽，全球面临着严重的能源危机。如果新的替代能源没有届时被发现，人类的生存面临严重挑战！常规能源逐渐枯竭2.能源竞争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，是许多国家制定全球战略的首要问题。近20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，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）。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了激烈的较量和错综复杂的斗争。3.中国面临“贫血”的威胁我国煤炭储量居世界第3位，人均为世界平均水平的50%；我国石油储量居世界第6位，人均为世界平均水平的17%；人均石油产量与消费量占世界平均水平的21%~22%；我国天然气储量居世界第16位，人均为世界平均水平的10%。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5000~6000公斤；2030年以后，我国人年均能源消耗是2000~3000公斤标准煤，人口达15亿以上。标准煤标准煤亦称煤当量，具有统一热值标准的能源计量单位。我国规定每千克标准煤的热值为7000千卡。将不同品种、不同含量的能源按各自不同的热值换算成每千克热值为7000千卡的标准煤。能源的种类很多，所含的热量也各不相同，为了便于相互对比和在总量上进行研究，我国把每公斤含热7000千卡（29307千焦）的定为标准煤也称标煤。另外，我国还经常将各种能源折合成标准煤的吨数来表示，如1吨秸秆的能量相当于0.5吨标准煤，1立方米沼气的能量相当于0.7公斤标准煤。能源折标准煤系数=某种能源实际热值（千卡/千克）/7000（千卡/千克）在各种能源折算标准煤之前，首先测算各种能源的实际平均热值，再折算标准煤。平均热值也称平均发热量，是指不同种类或品种的能源实测发热量的加权平均值。计算公式为：平均热值（千卡/千克）=Σ[某种能源实测低位发热量（千卡/千克）×该能源数量（吨）]/Σ能源数量（吨）2011年，中国超过美国成为第一大石油进口国和消费国，当年，官方公布的数据显示中国原油对外依存度达55.2%，也首次超越美国的53.5%。当前，中国石油消费超过了GDP增速，预计到2020年，石油消费总量将达到6亿吨左右。到2030年，中国石油消耗量的80%需要依靠进口。石油消费对外依存度突破60%危不危险？危险，也不危险。国际上一般将石油对外依存度达到50%看做是条“安全警戒线”，但是，由于各国的国情各异，发展阶段和自身需求不同使得该国际标准并非一定是一条不可逾越的红线。比如，印度石油对外依存度近70%，但其石油净进口量大约是8700万吨，专家普遍认为该国石油进口量并不高，石油安全风险还不大。此外，韩国、日本的石油对外依存度接近100%，能源运行依然较平稳。以“50%作为安全警戒线”的标准是否科学仍有争议，有学者认为由于诸多原因无法进口到自身需要的石油量是很不安全的。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。4.世界能源分布与中国能源现状Fossil-fuelresources:ProvedworldoilreservesFossil-fuelresources:Provedworld

naturalgas

reservesFossil-fuelresources:Provedworldcoal

reserves1949年新中国成立时，全国一次能源的生产总量仅为2374万t标准煤，居世界第10位。2004年中国一次能源生产量达到18.45亿吨标准煤，全年能源消费总量19.7亿吨标准煤，是世界上第二大能源消费国和能源生产国。煤炭：2004年煤炭产量达到19.56亿吨（第一），同比增长17.3%，其中用于发电9.8亿吨左右；从1996年开始，我国由原油出口国变成原油进口国；2000年我国进口石油占消耗量的20%；美日等发达国家都建立了战略石油储备制度，可提供3~6个月的石油供应；我国没有战略石油储备。2009年以来，我国已成为世界能源生产和消费最大的国家。据国家统计局统计数据分析，我国2012年能源消费总量为36.2亿tce，其中煤炭占67.4％，石油19.0％，天然气5.3％。水能、核能、风能等非化石能源约占8％。另据BP统计数据显示，2012年我国除水能以外的可再生能源(如风能、太阳能、生物质能等)消费总量只占1.7％。近年来，虽然可再生能源得到了较快的发展，但我国的能源消费结构几乎没有改变。以煤为主的能源消费结构带来严重的环境问题资料1资料2资料3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。5.中国能源存在的问题（1）人均能耗低（2）人均能源资源不足（3）能源效率低（4）以煤为主的能源结构亟待调整

1）大量燃煤严重污染环境

2）大量用煤导致能源效率低下

3）交通运输压力巨大

4）能源供应安全问题提到议事日程上来（5）能源资源分布不均匀；（6）农村商品能源短缺。6.我国能源工业面临的问题环境污染严重；能源建设周期长，耗能多；能源价格未能反映其经济成本和能源资源的稀缺性；能源工业装备落后。7.解决我国能源问题的措施努力改善能源结构；提高能源利用率；加速实施洁净煤技术；合理利用石油和天然气；加快电力发展速度；积极开发利用新能源；建立合理的农村能源结构，扭转农村严重缺能局面；改善城市民用能源结构，提高居民生活质量；重视能源的环境保护。中国能源可持续发展的对策三个手段：加强政府的宏观决策和行政管理运用市场机制的调节作用利用经济增长的机遇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。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。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。

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。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。

核能它是蕴藏在原子核内部的物质结构能。释放巨大核能的核反应有两种：核裂变反应23592U+10n→14456Ba+8936Kr+310n

23592U+10n→14054Xe+9438Sr+210n

ΔH=8.2×1010J/g相当于煤的250万倍。原子弹工作原理：让裂变能量不断积累，最后在瞬间酿成重大的爆炸。核聚变反应

21H+31H

→42HeΔH=5.8×1011J/g相当煤的1000万倍。优点：A、聚变产物是稳定的氦核，无放射性污染，没有难处理的废料；B、氘资源丰富，海水中氘：氢＝1.5×10－14。核聚变发电困难：A、聚变反应需要非常高温度（109℃如何“点火”？氢弹用一个小的原子弹作引爆装置，产生瞬间高温。考虑化学激光）B、如何约束：用什么材料制造反应器？考虑耐火陶瓷。探索21H+63Li

→

242He（温度低些的聚变反应，处于实验室初探阶段）2.2能源分类能源是指人类用来获取能量的自然资源2.2.1.按来源不同可把能源分为三类

（1）来自地球以外天体的能量（包括直接的太阳辐射能外，还包括间接来自太阳能能源，如化石能源、生物能、水能、风能、海洋能等）；（2）地球的本身蕴藏的能量资源（如地热能等）（3）地球与其他天体相互作用而产生的能量（如潮汐能等）2.2.2按形成条件不同，可把能源分为两类（1）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、太阳能等）（2）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）2.2.3按能否反复利用，把能源(一次)分为两类（1）再生能源（如太阳能、风能、水力等）；（2）非再生能源（煤炭、石油、天然气等）。2.2.4

按开发使用的程度，可把能源分为两类

常规能源，指已被广泛利用的能源；新能源，指未被广泛利用、正在研究开发、有待推广的能源。（辩证地看）2.2.5按能源本身的性质分含能体能源（燃料能源），如石油、煤、天然气、地热、氢等，它们可以直接储存；过程性能源（非燃料能源），它们无法直接储存，如风能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆发、雷电、电磁能和一般热能等。2.2.6按对环境的污染分清洁能源，即对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等；非清洁能源，即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。2.3能量转换过程及转换设备或系统能量的转换

广义地说，能量转换应包含三项内容：能量的形态转换，即通常所谓的能量转换；能量的空间转换，即能量的传输；能量的时间转换，即能量的储存。2.3.1热能的产生

燃料燃烧核能转换太阳能转换地热电能转换燃烧设备2.3.2机械能的获取

2.3.3电能的生产中文名称：磁流体发电magnetohydrodynamicpowergeneration其他名称：等离子体发电定义：将极高温度并高度电离的气体高速流经强磁场直接发电。应用学科：电力（一级学科）；可再生能源（二级学科）电化学电池燃料电池

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。用于电动自行车的金属储氢装置2.4传统能源技术进展

传统能源主要是化石燃料，按埋藏的能量的数量的顺序分有煤炭类、石油、油页岩、天然气和油砂。2.4.1煤的转化洁净煤技术：有两条途径，即一是先进燃烧和污染处理，二是气化和液化煤，将煤转化为含一氧化碳和氢的“合成气”：（1）煤炭液化——对固体煤炭经过化学加工，使它转化为烃类；或把煤气合成为烃类（或醇类），转为液态。（2）煤炭气化——以煤炭作为原料，控制氧化程度，使煤炭转化成为一氧化碳、氢和甲烷等可燃性气体。

火力发电生产流程示意图2.4.2石油的精炼

石油经过精制后可得到汽油、煤油、柴油和重油。目的1：是从复杂的原油中提取粘度较小的能充分燃烧的烃类。其中辛烷最好，因此汽油常根据辛烷值来标号。目的2：就是把不好的分子转变为好的分子。如长链烷烃容易引起汽缸爆震。精炼方法一般是先根据不同沸点把不同成分分离开，然后除硫再向高辛烷转变。2.4.3天然气液化

天然气是埋藏在地层深处的一种富含碳氢化合物的可燃气体。主要成分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷和其他重质气态烃类。天然气是理想的气体燃料，但难以长途运输和妥善贮存。为解决这些问题，把气态天然气变成液态天然气。但液态天然气的制造成本高，而且不能直接用作燃料，还得使它蒸发变为气态，增加能耗。为了更经济合理，利用天然气作原料合成甲醇。甲醇性能稳定，象石油一样能直接当作燃料，使用时不污染环境，便于运输和贮存。可燃冰-天然气水合物天然气水合物（NaturalGasHydrate，简称GasHydrate）即可燃冰，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”（Combustibleice）或者“固体瓦斯”和“气冰”。其实是一个固态块状物。天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。2013年6月至9月，在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物样品，并通过钻探获得可观的控制储量。2014年2月1日，南海天然气水合物富集规律与开采基础研究通过验收，建立起中国南海“可燃冰”基础研究系统理论。2017年5月，中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。中文名天然气水合物；外文名NaturalGasHydrate；

别

名可燃冰、甲烷水合物、笼形包合物；主要成分甲烷；分子式CH4·xH2O；性

质清洁能源页岩气页岩气是指赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，是连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合，可以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，以吸附态存在于干酪根、黏土颗粒表面，还有极少量以溶解状态储存于干酪根和沥青质中，游离气比例一般在20%～85%。2.4.4能源系统

能源系统指把全社会的能源利用看成一个系统，加以控制和平衡。包括热电联合系统，集中供热系统，综合用热系统，低温余热利用系统，总能系统等。如在市中心建立一些集中供热的工厂，像电厂供电、水厂供水那样，就可节省大量燃煤。如这些供热工厂与电厂联合组成热电厂，既生产电力又生产热水或蒸气，燃料利用率会更高。再进一步，可把城市垃圾加工成燃料，支持热电厂。热能发电2.5可再生能源的开发

2015年，我国商品化可再生能源利用量为4.36亿吨标准煤，占一次能源消费总量的10.1%；如将太阳能热利用等非商品化可再生能源考虑在内，全部可再生能源年利用量达到5.0亿吨标准煤；计入核电的贡献，全部非化石能源利用量占到一次能源消费总量12%，比2010年提高2.6个百分点。为实现2020、2030年非化石能源占一次能源消费比重分别达到15%、20%的能源发展战略目标，进一步促进可再生能源开发利用，加快对化石能源的替代进程，改善可再生能源经济性。《可再生能源发展“十三五”规划》发展目标2.5.1太阳能

太阳能的转换和利用方式有光——热转换、光——电转换和光——化学转换等。光——热转换：接收或聚集太阳能使之转换为热能，然后用于生产和生活的一些方面，是太阳能光热利用的基本方式。光——电转换；利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池，可将太阳的光能直接转换成为电能，称为光一电转换，即太阳能光电利用。光——化学转换；光-化学转换目前尚处于研究开发阶段。太阳能加热器光-电转换光-电转换主要是利用太阳能电池转换。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作薄膜式太阳能电池为主流。平面单晶硅高效电池结构图按结晶状态分类：结晶系膜式：单结晶形和多结晶形。非结晶系膜式按材料可分类：硅薄膜形化合物半导体薄膜形有机薄膜形等。太阳能电池目前太阳能电池效率可达到20％

太阳能电池原理掺入磷原子后，形成P型半导体磷原子硼原子空穴电子太阳能发电家用系统2.5.2地热能

按目前钻井技术可钻到地下10公里的深度，估计地热能资源总量相当于世界年能源消费量的400多万倍。地热能约为全球煤热能的1.7亿倍。地热资源有两种：一种是地下蒸汽或地热水（温泉），这种电能已占总发电量的0.3％。另一种是地下干热岩体的热能。1904年，意大利人在拉德瑞罗地热田建立世界上第一座地热发电站，功率为550千瓦，开地热能利用之先河。其后，意大利的地热发电发展到50多万千瓦。到80年代末，全世界运行的地热电站，其发电功率每年已超过500万千瓦，1995年达到680万千瓦，年增16％。中国最著名的地热电站，是西藏的羊八井地热电站，装机容量2.5万千瓦。地热发电系统2.5.3生物质能

全世界每年通过光合作用固化的太阳能，陆地为1.917×1021J；海洋为9.21×1020J。相当于全世界年耗能量的10倍。一个360万平方公里的陆地表面，假定太阳能转化率为1％，从理论上讲，生产的生物质就足以解决全世界的能源需求了。森林能源的直接效益（生产木材）和间接效益的价值之比为1:9。薪炭林

薪炭林一般二三年就可砍伐木质燃料不含硫，燃烧的剩余物是理想的肥料。开发森林能源有利于森林更新，提高营林水平，促进木材采运的现代化。发展森林能源，成本低，依靠现有的人力物力就可办到，不需要很高的技术；木材工业可以利用自身剩余物达到能源自给或部分自给，有利于降低生产成本。石油植物

系指那些可以直接生产工业用“燃料油”，或经发酵加工可生产“燃料油”的植物的总称。例如，现已发现的大量可直接生产燃料油的植物，主要分布在大戟科，如绿玉树、三角戟、续随子等。这些石油植物能生产低分子量碳氢化合物，加工后可合成汽油或柴油的代用品。巴西的苦配巴树，树液只要稍作加工，便可当作柴油使用，巴西香胶树化学成分与石油相似。澳大利亚有一种名叫辐射胶的桉树，含油率高达4．2％，一吨桉树可获取优质燃料5桶之多。*燃料乙醇

巴西从1975年开始实施“酒精替代计划”，制定了一系列的经济资助和免税政策，现在已使温室气体排放减少了20％。日本从1983年开始实施燃料乙醇的开发计划，重点开发使用农、林废物等未利用资源来直接发酵生产乙醇的技术。美国从1992年开始鼓励使用乙醇作新配方汽油的添加剂，欧盟则于1993年要求汽油燃料中掺混5％的乙醇，并建议提高欧洲的燃料乙醇生产量。2.5.4水力能

水力发电技术是利用水体不同部位的势能之差，它跟落差和流量的乘积成正比。目前水力发电的发电量占世界能源的7％，据专家估计，在21世纪将会有较大的发展。法国、意大利水能资源开发程度超过90％，美国、加拿大、日本、挪威、瑞士、瑞典、英国等，也达到了40％－60％。而我国已利用的还不到可利用资源的6％。（1）水电优点a.水力是可以再生的能源。b.水电用的是不花钱的燃料，大中型水电站一般3－5年就可收回全部投资。c．水电没有污染，是一种干净的能源。d．有防洪灌溉、航运、养殖和旅游等综合效益。e．施工工期也并不长，属于短期近利工程。f．操作、管理不到火电的三分之一人员。（2）我国的水能

我国的水能居世界第一位。理论蕴藏量为6.8亿千瓦，其中可开发的年发电量为1.9万亿度，相当于大电厂每年消耗7亿吨标准煤。我国三峡水电站将安装26台单机容量为70万千瓦的水轮发电机组，总装机容量1820万千瓦，年均发电量847亿度。将成为世界最大的水电站。这个工程从1997年实现大江截流，2003年首批机组发电，2009年工程全部竣工后，巨大的电能将为国家增加年工农业产值2000亿元，全国平均每人可获得近200元的产值，这些电能每年可节约煤炭4000万吨，2.5.5海洋能

全世界海洋能的理论可再生量超过760亿千瓦。其中，海水温差能约400亿千瓦，盐度差能约300亿千瓦，潮汐能大于30亿千瓦，波浪能约30亿千瓦。现代海洋能源开发主要就是指利用海洋能发电。利用海洋能发电的方式很多，其中包括波力发电、潮汐发电、潮流发电、海水温差发电和海水含盐浓度差发电等。潮汐发电潮汐发电型式：①单库单向型，只能在落潮时发电。②单库双向型：在涨、落潮时都能发电。③双库双向型：可连续发电，但未见实际应用。世界上最早的潮汐发电站建在法国（1961），1966年法国朗斯潮汐电站，装有24台104千瓦贯流式水轮发电机，年均发电量为5.44亿度。1980年建成的江厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，其总机容量为3200千瓦。法国朗斯潮汐电站示意图

有2%的太阳能变成了风能。全世界一年所耗的能量不及风力1年内提供的1/100。目前，尽管风能所能提供的电量还不足全球总发电量的0.l％，但它将会很快成为人类可靠的动力来源之一。美国能源研究与发展局宣称，到21世纪初，风力发电将达200亿度，占全国总发电量的10％左右。2.5.6风能

发展风力发电，储能是关键，因为风是间歇性的。简单的办法是用蓄电池。另一种办法是抽水法。目前，最新型的风轮机每转可发电300－750千瓦，其体积只有普通火力发电千分之一。2.5.7氢能是指氢在发生化学变化和电化学变化过程中产生的能量；氢作为能源的优点是储量丰富、热值高和清洁无污染；氢的利用：(1)直接用作燃料（如发射火箭等）；(2)用作燃料电池（如用于航天飞机）；(3)用作能源转换介质（能源中间载体）。氢能优点作为能源，氢有以下特点：(1)所有元素中,氢重量最轻当温度降至-252.7℃时,可变成液体;若将压力增大到数百个大气压,则液氢就可变为金属氢。(2)所有气体中,氢气的导热性最好比多数气体的导热系数高出10倍,因此在能源工业氢是极好的传热载体。(3)氢是自然界存在最普遍的元素水中制得，永无枯竭之虞；据估计它构成了宇宙质量的75％,除空气中含有单质氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有石化燃料放出的热量还大9000倍。(4)氢本身无毒,燃烧后产物没有污染产物水无污染，属“清洁能源”；由于燃烧产物是水蒸气，不会产生诸如CO、CO2、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，从而也就不会造成酸雨和温室效应。所以，氢是世界上最清洁的能源之一。燃烧生成的水还可继续制氢，循环使用。(5)热值高；氢能的燃烧热值远高于一次能源除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,达142.351kJ/kg,是汽油发热值的3倍。(6)氢的燃烧性能好点燃速度快，与空气混合时有广泛的可燃范围。现有汽车、飞机、舰船及其他运载工具，只需简单改装即可使用氢燃料。氢能要解决的问题(1)廉价的制氢技术。理想的氢能源循环体系：水在太阳能光分解催化剂的作用下分解成氢和氧；氢气作为燃料电池发电。现行太阳能制氢技术包括：太阳能分解水制氢；太阳能电解水制氢；太阳能光化学分解水制氢；太阳能太阳能光电分解水制氢；模拟植物光合作用分解水；光合微生物制氢。

氢能－氢的制取

随着化石燃料耗量的不断增加,其储量在日益减少,终有一天会枯竭。这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料并储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种较为理想的新的含能体能源。电厂用制氢设备工业氢气净化设备(2)安全、方便的贮氢技术。（密度小，不利于贮存）单位体积LaNi5贮氢量达88Kg/m3，高于液氢70.6Kg/m3(3)由于氢易气化、着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的另一个关键。氢的其它应用氢不但是一种优质燃料，还是石油化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料。如:合成氨工业要用氢;用氢制成燃料电池可直接发电。采用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电,其能量转换效率远高于现有的火电厂。氢燃烧电池400～500℃150～500atm*2.5.8核能技术

由单个质子和中子组成原子核时，会出现质量亏损：

Δｍ=[Zmp+(A-Z)mn]-m式中为mp质子质量，mn为中子质量。由爱因斯坦的理论得，与质量亏损相对应的能量改变为：ΔE=Δｍｃ2

称之为结合能。

核能技术就是利用原子的核变化释放出能量的技术。

对于中等质量的原子核，核子的平均结合能最大。核裂变——重核分裂成轻核的反应。核聚变——轻核聚合成重核的反应。两种核反应裂变1938年德国的哈恩和奥地利女物理学家梅特纳发现铀分裂并产生的能量，比相同质量的化学反应放出的能量大几百万倍以上！约里奥伊丽夫约里奥·居里夫妇及其同事哈尔班等人又发现铀核裂变还放出两、三个中子来。费米提出链式反应费米在1934年时，其实就已经用实验完成了原子的裂变，可惜他没能认识到。哈恩等发现裂变后，费米就提出原子裂变自持链式反应的概念。

1942年12月2日，第一座核反应堆首次实现自持的链式反应，宣告人类社会进入了"原子能时代"。

第一颗原子弹于1945年7月在新墨西哥沙漠中引爆第一颗用于战争的原子弹，是1945年8月6日投在广岛的原子弹。原子弹的威力比化学炸弹大一百万到一亿倍。第一颗氢弹于1952年在美国在太平洋马绍尔群岛首次爆炸试验成功，是投到广岛原子弹威力的750倍。

1954年苏联建成世界上第一座核电站。原子弹原理

核燃料存在一个临界体积。当体积大于此临界体积时，核反应将得到放大，否则链式反应将终止。临界体积对应的质量称为临界质量。例如铀的临界质量为30磅，钚的临界质量为5磅。

玻尔研究指出，只有提炼出铀的同位素U235

，而且要达到一定的数量，才能发生链式反应。原子弹可控核反应一座百万千瓦级的压水堆核电站，一年仅需补充30吨核燃料，其中仅消耗1吨左右，同样规模的热电厂，要燃原煤250万吨可控核反应堆堆芯示意图

核电站和原子弹是核裂变能的两大应用，两者机制上的差异主要在于链式反应速度是否受到控制。核反应堆按中子能量可分为：热中子堆和快中子堆。热中子堆：中子能量在0.1eV左右。根据慢化剂和冷却剂和燃料不同，热中子堆可分为轻水堆（又分压水堆和沸水堆）、重水堆和石墨水冷堆。快中子堆

中子能量在2ｅV左右。堆内，每个铀235核裂变所产生的快中子，可以使12至16个铀238变成钚239。尽管它一边在消耗核燃料钚239，但一边又在产生核燃料钚239，生产的比消耗的还要多，具有核燃料的增殖作用，快中子增殖堆几乎可以百分之百地利用铀资源，所以各国都在积极开发，现在全世界已有几十座中小型快堆在运行。

控制棒是由硼和镉等易于吸收中子的材料制成的。如果把控制棒拔出一点，反应堆就开始运转，如果想增加反应堆释放的能量，只需将控制棒再抽出一点，要停止链式反应的进行，将控制棒完全插入核反应中心吸收掉大部分中子即可。世界核电

截至2000年底，全世界正在运行的核动力堆共有438座，总装机容量为351兆千瓦，占所提供的电力的16%。法国核电占总电力的74.6%，比利时56.8%，瑞典39%，日本33.8%，德国30.6%，英国22%，美国20%，中国为1.2%。法国布热核电站美国帕洛佛第核电站中国大亚湾核电站中国秦山核电站中国的核电建设起步比较晚。21世纪初已有秦山、大亚湾三套核电机组在运行，总装机容量21万千瓦，只占全国发电总量的l%左右。前苏联切尔诺贝利核事故1986年4月26日前苏联切尔诺贝利核电站发生的事故，位于苏联大城市基辅以北130公里乌克兰大森林地带东部的切尔诺贝利核电站，第四号机组发生了事故，反应堆猛烈爆炸，大火被扑灭后，撤离了核电站毗邻地区及电站周围30公里地带的居民。核事故之后前苏联切尔诺贝利核事故发生后，为制止该电站第4机组废墟中残留的核燃料扩散，有关单位用厚厚的混凝土堆造了一个有复杂通风系统的多层大型建筑物，把第4机组的全部设施埋在其中，这个建筑物成了“石屋”。在距核电站半径30公里以内地区的动植物基因发生了巨大变化，30公里以外地区变化很小。如纳罗季奇区有大约半数儿童甲状腺异常或淋巴腺肥大。成人癌症患者成倍增加。先天性畸形家畜急剧增加。动植物体积竟变得比平常大3倍以上，以致出现“鼠大如猪。”福岛第一核电厂事故是2011年3月11日日本宫城县东方外海发生矩震级规模9.0级大地震后所引起的一次核子事故，福岛第一核电厂因此次地震造成有炉芯熔毁危险的事故。同时此事件也是人类史上第一次在沿海地区发生核电厂意外的事件，其相关的核污染对于整个太平洋及沿岸国家城市的影响仍待观察统计。核聚变

核聚变是两个轻原子核(如氢)聚合成一个较重的核，从而释放出巨大的能量。

聚变是核裂变平均每个核子放出能量的四倍。海水中氢与氘的原子数之比约为1:0.00015一克氘经聚变放出大约105千瓦时的能量1升海水中的氘核聚变放出的能量相当于燃烧300升汽油所放出的能量。地球上所有海水中的氘可供人类使用数百亿年。氢弹

氢弹是不可控的热核反应。1967年6月17日，中国第一颗氢弹爆炸成功方案：高效炸药+裂变原料+氘化锂。选氘氚反应，因为d+T反应截面比d+d反应大两个数量级T的制备人类的希望——受控热核反应

受控核聚变必须具备以下3个条件：(1)足够高的点火温度，需要几千万摄氏度甚至几亿摄氏度的高温；(2)反应装置中的气体密度要很低，相当于常温常压下气体密度的几万分之一；(3)充分约束，能量的约束时间要超过1秒钟。等离子体的温度、密度和热能约束时间三者乘积称为“聚变三重积”，当它达到1022时，聚变反应输出的功率等于为驱动聚变反应而输入的功率，必须超过这一基本值，聚变反应才能自持进行。

惯性约束惯性约束：激光惯性约束是在直径为0.4mm的小球内充以30-100大气压的氘氚混合气体，用强激光（1012-10