2能量的轉(zhuǎn)換和儲存1次課件

1、第二講能量的轉(zhuǎn)換和儲存尤占平主要內(nèi)容能量的基本性質(zhì)能量轉(zhuǎn)換的主要燃料熱能的產(chǎn)生機械能的獲取電能的生產(chǎn)能量的儲存一、能量的基本性質(zhì)1、能量的基本性質(zhì)熱科學(xué)宏觀運動、電子運動微觀分子運動“量”的多少 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律“質(zhì)”的高低 能量貶值原理2、能量之間的轉(zhuǎn)換能量守恒與轉(zhuǎn)換定律自然界一切物體都具有能量，能量有各種不同形式，它能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，在轉(zhuǎn)化和傳遞中能量的總量恒定不變。能量貶值原理 一個封閉系統(tǒng)中的任何自發(fā)性變化，都必然朝著能量貶值（熵增）的方向發(fā)展，而最后的平衡狀態(tài)，則對應(yīng)于熵的最大可能值。能量有品位。3、熱力學(xué)第二定律克勞修斯說法：“不可能把熱量

2、從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化?！遍_爾文說法：“不可能從單一熱源吸取熱量使之完全轉(zhuǎn)變成功而不產(chǎn)生其它影響?！蹦芰哭D(zhuǎn)換過程的方向、條件及限度。有限勢差(溫差、濃度差等)，自發(fā)過程總是朝著消除勢差的方向進(jìn)行。所謂提高能量的有效利用，其實質(zhì)就在于防止和減少能量貶值發(fā)生。4、第二類永動機的例子第二類永動機：把能夠從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓臋C器。并不違反熱力學(xué)第一定律。熱效率100，而且可以利用大氣、海洋和地殼作熱源。以海洋為熱源，共有6.881020t的海水，海水的溫度下降1，可放出2.881024KJ的熱量，約合.81016t標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于目前全世界每年能耗的10萬倍。

3、首個成型第二類永動機裝置：1881年美國人約翰嘎姆吉為美國海軍設(shè)計的零發(fā)動機，利用海水的熱量將液氨汽化，推動機械運轉(zhuǎn)。無法持續(xù)運轉(zhuǎn)，因為汽化后的液氨在沒有低溫?zé)嵩创嬖诘臈l件下無法重新液化，因而不能完成循環(huán)。第三類永動機：做功要以消耗單一熱源的能量為代價，理論上不違反熱力學(xué)第一定律；而若要不違反熱力學(xué)第二定律，即滿足熵增加原理(S0)，則必須使絕對溫度T0，或者說存在負(fù)絕對溫度。這就是第三類永動機的工作環(huán)境，也是第二類永動機與第三類永動機的區(qū)別所在1951年珀塞爾和龐德在實驗中成功地證實了負(fù)絕對溫度的存在。但負(fù)絕對溫度存在所必須的苛刻條件注定了第三類永動機在實際中根本無法實現(xiàn)。 二、能量轉(zhuǎn)換的主

4、要燃料1、能量轉(zhuǎn)換的主要燃料燃料：通過燃燒過程而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能的物質(zhì)。所有化石燃料及由化石燃料加工而成的其它含能體；所有生物燃料以及由生物燃料加工而成的含能體。2、能量轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)石油、煤炭、天然氣等礦物燃料氫和酒精等二次能源化學(xué)能 熱能化學(xué)能 熱能 機械能化學(xué)能 熱能 機械能 電能化學(xué)能 電能 熱能化學(xué)能 電能爐子、燃燒器各種熱力發(fā)動機熱機、發(fā)電機，磁流體發(fā)電，EGD發(fā)電（壓電效應(yīng)）熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電燃料電池能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)水力、風(fēng)力、潮汐、海流、波浪 太陽能機械能 機械能機械能 機械能 電能光能 熱能光能 熱能 機械能

5、電能光能 熱能 電能光能 電能光能 化學(xué)能光能 生物能電磁波 電能水車、風(fēng)車。水輪機發(fā)電機，波力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海流發(fā)電熱水器，采暖、制冷、光化學(xué)反應(yīng)，太陽灶太陽熱發(fā)動機太陽熱發(fā)電熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池、光化學(xué)電池光化學(xué)反應(yīng)（水分解）光合成能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)核能核分裂 熱能 機械能 電能核分裂 熱能核分裂 熱能 電能核分裂 電磁能 電能核聚變 熱能 機械能 電能電能 光（激光） 熱能電能 熱能 聚變 核發(fā)電，磁流體發(fā)電核能煉鋼熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池核聚變發(fā)電三、熱能的產(chǎn)生1、熱能產(chǎn)生的途徑 燃料燃燒 核能轉(zhuǎn)換 太陽能轉(zhuǎn)換 地?zé)?電能轉(zhuǎn)換2、有關(guān)燃燒的知識 燃料

6、燃燒的必要條件 燃燒所需的空氣量 燃燒產(chǎn)生的煙氣量燃燒設(shè)備燃燒設(shè)備鍋爐工業(yè)爐窯化學(xué)能 熱能四 機械能的獲取1、機械能的獲取 2、熱機轉(zhuǎn)換熱機效率：卡諾效率內(nèi)燃機： 往復(fù)運動熱機燃?xì)廨啓C： 外燃式熱機蒸汽輪機 將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機械功的熱機燃燒室發(fā)電機燃料空氣廢氣3、電機轉(zhuǎn)換勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)、串聯(lián)或多個 五 電能的生產(chǎn)1、電能的生產(chǎn)磁流體發(fā)電技術(shù)（等離子體發(fā)電技術(shù)）：燃料（石油、天然氣、燃煤、核能等）直接加熱成易于電離的氣體-在2000的高溫下電離成導(dǎo)電的離子流-在磁場中高速流動時，切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由熱能直接轉(zhuǎn)換成電流，由于無需經(jīng)過機械轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以稱之為“直接發(fā)電”。 2、機電

7、轉(zhuǎn)換電動機發(fā)電機3、熱電轉(zhuǎn)換磁流體發(fā)電熱電偶溫差發(fā)電熱電子發(fā)電：利用高溫電極發(fā)出的電子把熱能直接變成電能的發(fā)電技術(shù)磁流體發(fā)電技術(shù)4、電化學(xué)電池燃料電池 燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。用于電動自行車的金屬儲氫裝置5、光電轉(zhuǎn)換光伏 效應(yīng)有單晶硅、多晶硅及非晶硅太陽光電池 電洞 單晶硅太陽能光伏發(fā)電小型核電池：同位素的衰變產(chǎn)生電能六 能量的儲存1、能量的儲存在機械能、熱能、化學(xué)能、輻射能、電能、核能等六種主要類型的能量中，除輻射能外，都能儲存在一些普通種類的能量形式中。2、主要指標(biāo)儲能密度儲存過程的能量損耗儲存裝置的經(jīng)濟性儲能和取能的速率壽命（重復(fù)使用的次數(shù)）對環(huán)境

8、的影響3、能量的儲存途徑機械能儲存電能儲存熱能儲存4、機械能的儲存形式：機械能能以動能或勢能的形式儲存以動能儲存：旋轉(zhuǎn)飛輪以勢能儲存：彈簧、扭力桿、 重力裝置、壓縮空氣儲能、 抽水儲能壓縮空氣：工業(yè)中常用的氣源，除了吹灰、清砂外，還是風(fēng)動工具和氣動控制系統(tǒng)的動力源。類型純抽水蓄能電站：上游無水源，水循環(huán)使用混合式抽水蓄能電站： 上游有天然徑流， 兩種發(fā)電方式抽水儲能電站：75%我國抽水蓄能電站開發(fā)現(xiàn)狀世界上第一座抽水蓄能電站于1882年誕生在瑞士的蘇黎世，至今已有一百二十五年的歷史。從上世紀(jì)80年代到2005年，我國已在14個省、區(qū)、市建成抽水蓄能電站裝機容量約為6122MW，為世界第5位。在

9、建的抽水蓄能電站裝機約11400MW，到時抽水蓄能電站的總裝機可到17500MW左右。廣州從化抽水蓄能電站：大亞灣核電站的配套，山上、山下垂直高差達(dá)530多米，兩座水庫的蓄水量達(dá)2500萬立方米，上、下水庫和發(fā)電廠之間有直徑達(dá)9米的巨大水管地下廠房大型電站廣州抽水蓄能電站，裝機容量240萬kW，當(dāng)今世界上裝機規(guī)模最大的抽水蓄能電站，一期全部竣工僅58個月。浙江天荒坪電站，裝機容量180萬kW，單級可逆式水泵水輪機組單機容量300MW，設(shè)計水頭500m以上，為世界先進(jìn)水平。天荒坪平均達(dá)79.4%，最高達(dá)80.6%。山西西龍池抽水蓄能電站，最大揚程達(dá)704m，進(jìn)入了世界上已投運的單級混流式抽水蓄能

10、機組中揚程最高；北京十三陵電站，裝機容量80萬kW1992年建成的河北潘家口電站，裝機容量27萬kW山西西龍池抽水蓄能電站：額定水頭624m，上水庫1492.5m，下水庫正常蓄水位838m中型電站江蘇浙江安徽湖北西藏將建電站山東泰安電站，裝機容量100萬kW浙江桐柏電站，裝機容量120萬kW江蘇宜興電站，裝機容量100萬kW河北張河灣電站，裝機容量100萬kW安徽瑯琊山電站，裝機容量60萬kW5、電能的儲存以機械能的形式儲存以化學(xué)能的形式儲存 于蓄電池中以電能的形式儲存在 靜電場和感應(yīng)電場中蓄電池利用電化學(xué)原理蓄電池蓄電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜和容器等5部分組成。鋰離子蓄電池 鉛酸蓄電池

11、靜電場電能可用靜電場的形式儲存在電容器中。在直流電路中廣泛用作儲能裝置。在交流電路中用于提高電力系統(tǒng)或負(fù)荷的功率因素。儲能電容器廣泛應(yīng)用于高電壓技術(shù)、高能核物理、激光技術(shù)、地震勘探等方面。感應(yīng)電場儲存在由電流通過電磁鐵等大型感應(yīng)器而建立的磁場中。利用感應(yīng)電場儲存電能不常用，因為它需要一個電流流經(jīng)繞組去保持感應(yīng)磁場。6、熱能的儲存定義：把一個時期內(nèi)暫時不需要的多余熱量通過某種方式收集并儲存起來，等到需要時再提取使用。 儲存時間隨時儲存，以小時或更短的時間為周期，隨時調(diào)整熱能供需之間的不平衡；短期儲存，以天或周為儲熱周期，維持一天（或一周）的熱能供需平衡；長期儲存，以季節(jié)或年為儲存周期，調(diào)節(jié)季節(jié)（或年）的熱量供需關(guān)系。熱能儲存方法顯熱儲存潛熱儲存化學(xué)能儲存地下含水層儲熱熱能潛熱儲存 利用蓄熱材料發(fā)生相變而儲熱固體液體相變蓄熱液體汽體相變蓄熱（蒸汽蓄熱器）地下含水層儲熱解決采暖和空調(diào)季節(jié)性負(fù)荷問題的重要途徑之一，地源熱泵系統(tǒng)。利用地下巖層