能源科学导论新能源分解课件

世界能源的现状

1、目前世界能源主要取自于化石燃料石油、天然气与煤炭）。

2、在当今世界，化石燃料提供世界91%的一次商品能源，其中煤炭占28%，石油超过40%。在亚澳地区能源消费结构中，矿物燃料占93.5%，其中煤炭占48.3%，石油占37.3%，天然气占7.9%。3、预计，2010年全球能源需求量达到105.99亿吨油当量，2020年达到128.89亿吨当量，2025年则达到136.50亿吨当量，平均年增率为2%。截止到2003年底，全球剩余的石油已探明的可开采量为1565.8亿吨，如果，以后没有发现新的蕴藏量可观的油田的话，估计到2040年，最多到2050年就要用完；而天然气估计可以用到2050年，加上可能再发现的天然气田,最多用到2090年；煤炭的话，估计可以再用200年甚至300年。到本世纪末，全球将迎来严重的“能源危机”！

新能源的开发是未来发展的必然趋势！第1页/共31页新能源（NewEnergyResources）又称非常规能源。是传统能源之外的各种能源形式，指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。相对于传统能源，新能源具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭问题具有重要意义。新能源第2页/共31页传统能源煤石油天然气传统生物能水能第3页/共31页新能源太阳能生物能地热能风能海洋能核能第4页/共31页太阳能发电是一种新兴的可再生能源。太阳能的利用有被动式利用和光电转换两种方式。据计算，仅一秒钟发出的能量就相当于1.3亿亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。太阳发送到地球上的能量虽然很多，但只占它向外辐射能量的22亿分之一。由于地球表面大气层的反射和吸收，真正到达地球表面的太阳能，大约相当于目前全世界所有电站发电能力总和的20万倍。地球每天接收的太阳能，相当于全球一年所消耗的总能量的200倍。太阳能的优点：（1）它没有矿物燃料产生的有害气体和废渣，因而不污染环境。（2）来源广泛，使用方便、安全。（3）成本低廉，可以再生。太阳能第5页/共31页太阳能的应用①光热太阳能。如太阳灶、太阳供热系统。遍及全国各地的屋顶太阳能热水器就是一种常见的太阳供热系统。我国是太阳能热水器生产量与销售量最大的国家，发展潜力巨大。太阳能热水器集热管原理第6页/共31页②光电太阳能，如太阳能电池，太阳能电站等。

我国有着丰富的太阳能资源，年日照时间平均可达2000小时以上。太阳每年投射到我国广大国土上的能量，约有一亿亿千瓦时，差不多相当于20，000亿吨标准煤所具有的能量。我国很早就对太阳能进行了开发利用，并取得了显著的成果。

太阳能电池原理单晶硅太阳能电池第7页/共31页上海鲜花港太阳能电站薄膜太阳能电池

太阳能路灯

太阳能汽车航天器上的太阳能电板第8页/共31页风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。严格说来，他是间接形式的太阳能，占到达地面太阳能的2%左右。虽然百分比不大，但绝对量可观，据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦，相当于10300亿吨煤蕴藏的能量。风能原理风能单晶硅太阳能电池第9页/共31页风能的应用：①动力利用

利用风力作为动力，直接带动各类机械系统。例如，风帆；

②发电利用利用风力带动发电机发电。例如,

风力发电机。帆船风力发电站第10页/共31页

海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量。海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能和海水温差能。人类目前应用成熟的海洋能主要是潮汐能。

海洋潮汐能来源于月亮与太阳对地球海水的的吸引力以及地球的自转引起海水会周期性地作有节奏的垂直涨落的现象。据统计，全球海洋潮汐能的储藏量在27亿千瓦左右，每年的发电量可达33480亿千瓦。海洋能潮汐形成原理第11页/共31页海水温差能

太阳的辐射热，随着纬度的变化而有强弱，因而海水的温度也随着纬度的变化而变化：纬度越低，水温越高；纬度越高，水温越低。据推算，从南纬20度到北纬20度之间，海水表层（深130m左右）的温度通年是25～29℃，尤其在红海高达35℃。而海洋深达500m层的温度保持在5～7℃之间。表层和深层间温差热能约发电600亿千瓦。海流能源

海流是海水平方向的流动，其流速和流向都比较稳定。海流有由风引起的风海流，由水温、盐度变化引起的密度流，由潮汐引起的潮流，以及为流失海水补缺的补缺流。如果用海流发电，不但能量大于河流，而且没有河流常见的枯水期。目前，国外试验潮流发电，其原理就是用锚、索和浮筒把水轮机和发电机固定在海面上，由海流推动螺旋桨旋转发电。但由于海上安装设备的困难，当前还只能用来为灯塔、灯船供电。波浪能源据计算，海浪每秒钟在1平方公里的海面上就能产生20万千瓦的能量，全世界波浪能约为10～100亿千瓦，波浪发电就是利用波浪的垂直运动来推动装有活塞的浮标，由活塞与浮标的相对运动所产生的压缩空气，就可以推动涡轮机发电。

我国近海波浪能丰富，沿海平均波高在1m左右，估计波浪能蕴藏量可达1.5亿千瓦，可利用装机容量为3000～5000万千瓦，渤海湾、闽浙沿岸、珠江口外海和南海诸岛波高常在1m以上，平均波能在5kw/m以上。第12页/共31页涨潮时退潮时潮汐电站工作原理潮汐发电浙江温岭江厦潮汐电站全国第一、世界第三第13页/共31页地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。在有些地方，热能随自然涌出的热蒸汽和水而到达地面，通过钻井，这些热能可以从地下的储层引入水池。

房间、温室和发电站。这种热能的储量相当大。据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW·h，相当于燃烧370亿吨煤释放的能量。不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度较大。地热能的应用形式有两种：地下热水、地热蒸气。地热能地热原理第14页/共31页地热田地热泉温泉火山地热资源的不同形式第15页/共31页羊八井地热站大理地热国第16页/共31页它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，生物质能的原始能量来源于太阳，所以生物能是以生物为载体将太阳能以化学能形式贮存的一种能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，其蕴藏量极大，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源。从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。仅地球上的植物，每年生产量就像当于目前人类消耗矿物能的20倍。在各种可再生能源中，生物质是贮存的太阳能，更是一种可再生的碳源。据估计地球每年植物光合作用固定的碳达200亿t，含能量达3000亿亿焦耳。生物能示意图生物质能第17页/共31页

生物质液化技术：将固体生物质转化为液体燃料，称为生物质液化。它包括间接液化和直接液化两种。间接液化是指通过微生物作用或化学合成方法生成液体燃料，如乙醇（酒精）、甲醇；直接液化则是采用机械方法，用压榨或提取等工艺获得可燃烧的油品，如棉籽油等植物油，经提炼成为可替代柴油的燃料。

生物质汽化技术：将固体生物质转化为气体燃料，称为生物质汽化。其基本原理是含碳物质在不充分氧化（燃烧）的情况下，会产生出可燃的一氧化碳气体，即煤气。制造煤气的设备称为汽化炉，人们故意不给足氧气，让含碳物质在没有足够的空气的情况下燃烧，产生一氧化碳。

生物质发电技术：生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电等。

沼气技术：沼气是有机质在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经各种微生物发酵及分解作用而产生的一种以甲烷为主要成分的混合可燃气体。我国是个农业大国，广大的农村地区有着丰富的生物质能资源。发展沼气技术对农村的资源利用和节能技术有重大的意义。生物质能的应用第18页/共31页生物柴油秸秆气化炉沼气池秸秆发电厂第19页/共31页核能核能（或称原子能）是通过转化其质量从原子核释放的能量。原子核是由带正电的质子与不带电的中子组成的。一般情况下，核子之间存在着强大的核力，要使原子核分裂或者重新组合相当困难。但是，一旦原子核分裂成新的原子核与其它粒子了，或者原子核与核子聚合成新的原子核与其它粒子了，都会产生巨大的能量，这种能量就称为核能。核能主要包括核裂变，核聚变，核衰变三种。目前正常运行的核电站都是属于裂变核电站。经过50多年的发展，核电已成为30多个国家能源组成中不可或缺的部分。全世界正在运行的核动力堆已超过440座，总装机容量超过387千兆瓦，其中法国核电占其国内总电力的74.6%，比利时56.8%，韩国44.7%，瑞典39%，日本33.8%，德国30.6%，英国22%，美国20%，俄罗斯16%，而中国仅为1.1%。

核裂变原理第20页/共31页核能是最廉价的发电方法核电站发电原理第21页/共31页福岛核电站秦山核电站第22页/共31页节能技术

节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物（包括三废和噪声等）排放。节能既可以解决能源不足的矛盾，又可以解决环境污染的问题。在目前全球紧张的能源形势下，节能减排已经成为当务之急。而大力发展新能源技术正是促进节能减排的重要措施。

节能减排徽标节能认证徽标第23页/共31页节能技术1、提高能源的利用率所为能源的利用率，通俗地说，主要是能源利用的效率，也即能源所含能量中被人们利用的部分跟能源所含总能量的比值。这个比值越大，说明能源所含的总能量中被人们利用的部分就越多，能源的利用率就越高。如：（1）热电联供（2）循环硫化床技术（3）节油技术（4）电子节能第24页/共31页节能技术

2、材料节能凡是能够节约能源的材料都叫节能材料。以选择材料来达到节能目的的方法叫材料节能。到目前为止，已发现的节能材料多达几千种。下面介绍其中的几种以及应用这些材料后的节能效果。如：（1）非晶态铁基合金（2）铝合金（3）无灯丝长寿命节能灯第25页/共31页节能技术3、储能技术如果一座城市在用电高峰时的电力消耗量是用电低谷时的2倍，那么给这座城市供电的发电厂的总装机容量，必须按高峰用电量进行设计，而到了用电低谷时（比如深夜），发电厂几乎一半的装机容量被浪费了，这不仅浪费了大量的能源，而且也对电网的安全产生不利的影响。为了解决这一问题，人们自然想到要把用不完的电能储存起来。但是，电能属于过程性能源，不用就会白白浪费掉，就像