現(xiàn)代科技概論-能源和能源技術(shù)-

1、第六章 能源和能源技術(shù)第一節(jié) 能源概述一、什么叫能源1能源：是指能夠直接或經(jīng)過轉(zhuǎn)換而獲取某種能量的自然資源。2、人類所認識的六種能量形式。1)機械能2)熱能3）電能.4)輻射能5）化學(xué)能6）核能二、能源的分類。1按地球上的能量來源分。1)來自于地球本身(1)地球內(nèi)部的地?zé)崮?如地下蒸汽、火山爆發(fā)的能量等。（2）地球上存在的核燃料蘊藏的核能。如鈾等.2)來自于球外天體。如直接來自太陽的能量：光和熱。3)來自于地球和其他天體的相互作用。如潮汐能等。3)來自于地球和其他天體的相互作用。如潮汐能等。2按被利用的程度分。1）常規(guī)能源：目前已被普遍和大量利用的能源。如煤炭、石油、天然氣等。2）新能源。（2

2、）利用高新技術(shù)新開發(fā)、新獲得的能源。如核能、氫能等。（1）采用高新技術(shù)重新開發(fā)利用的古老能源。如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿取?按獲得的方法分。1）一次能源:即可供直接利用的能源。如煤、石油、天然氣、風(fēng)能、水能等。2）二次能源:即由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換而來的能源。如電、蒸汽、焦炭、煤氣、氫等。4按能否再生分。1)可再生能源:即不會隨它本身的轉(zhuǎn)化或人類的利用而越來越少。如水能、風(fēng)能、潮汐能、太陽能等。2)不可再生能源:它隨人類的利用而越來越少。如石油、煤、天然氣、核燃料等。5按對環(huán)境的污染分。1)清潔能源：即對環(huán)境無污染或污染很小的能源，如太陽能、水能、海洋能等。2)非清潔能源：即對環(huán)境污染較大的能

3、源，如煤、石油等。6按能源本身的性質(zhì)分。1)含能體能源（燃料能源），如石油、煤、天然氣、地?zé)?、氫等，它們可以直接儲存?)過程性能源（非燃料能源），它們無法直接儲存，如風(fēng)能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆發(fā)、雷電、電磁能和一般熱能等。三 人類面臨的能源問題1、能源危機（能源資源短缺）。2、能源消費的費用迅速增加：能源資源的勘探、開采越來越難，投入資金多、建設(shè)周期長、科技含量高。不可再生能源的資源面臨枯竭的危險。煤最多可使用300年,石油大約可使用50年.3、能源消耗對環(huán)境造成的污染、溫室效應(yīng)等。研究和開發(fā)儲量豐富、無污染的新能源勢在必行。第二節(jié) 核能1、核能（原子能）：原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時放出

4、的能量。3、核能的分類：2、依據(jù)：愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系式。一 核能概述1）核裂變能。2）核聚變能。二、核裂變能1核裂變能：重核裂變?yōu)閮蓚€中等質(zhì)量的核時放出的能量。大原子核被中子擊中時，分裂成數(shù)個小原子核，這個過程會釋放能量。核裂變能非常巨大：1kg鈾全部裂變放出的原子能相當于2500噸優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時所放出的化學(xué)能。2 鏈式反應(yīng)1）重核的裂變是通過中子的轟擊實現(xiàn)的。2）要核裂變來取得大量能量必須不斷有中子作為轟擊燃料核的“炮彈”。3）前一次裂變產(chǎn)生的中子再去轟擊下一個重核引起另一次裂變，然后再產(chǎn)生中子，這樣就可以形成一種核裂變的“鏈條”，使得裂變反應(yīng)一直延續(xù)下去，這種連續(xù)不斷的裂變反應(yīng)就叫做“鏈

5、式反應(yīng)”。鏈式反應(yīng)它是利用原子核裂變反應(yīng)所放出的巨大能量，通過光輻射、沖擊波、早期核輻射、放射性污染和電磁脈沖起到殺傷破壞作用。3核裂變能的應(yīng)用1）原子彈美國投到日本廣島的原子彈“小男孩”美國投到日本長崎的原子彈“胖子”原子彈爆炸（1）核電站：將原子核裂變釋放的核能先轉(zhuǎn)換成熱能，再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿南到y(tǒng)和設(shè)施。（2）核電站的組成*利用原子核裂變生產(chǎn)蒸汽的核島（包括反應(yīng)堆裝置和回路系統(tǒng)）*利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島（包括汽輪發(fā)電機系統(tǒng)）。2）核電站（3）核電站的核心是核反應(yīng)堆（4）世界上第一座核電站1954年，前蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站（5）我國的第一座核電站秦山核電站1991年12月我國第一座自行設(shè)計制

6、造的30萬千瓦秦山壓水堆核電站并網(wǎng)發(fā)電 資源有限 鈾的儲量只夠用幾百年4核裂變能利用中存在的兩個主要問題 放射性廢物處置三、核聚變能1核聚變能:輕原子核聚變時放出的能量。氘和氚發(fā)生聚變后，2個原子核結(jié)合成1個氦原子核，并放出1個中子和0.176億電子伏特能量2核聚變優(yōu)點1）原料足。從海水中可大量提取氘和氚，海水中的氘大約可用百億年。2)聚變反應(yīng)的產(chǎn)物是4He，無放射性。3）一座核聚變反應(yīng)堆，可連續(xù)工作3000年之久，可謂“人造太陽”。 4）質(zhì)能比高。一個核子在核聚變中放出的能量是核裂變的4倍。太陽上的核聚變反應(yīng)3自然界中的核聚變4氫彈(熱核聚變武器)原理:利用氫的同位素氘、氚等輕原子核的聚變反

7、應(yīng)，產(chǎn)生強烈爆炸的核武器,殺傷機理與原子彈基本相同，但威力比原子彈大幾十甚至上千倍。中國第一顆氫彈爆炸成功騰起的蘑菇云5如何實現(xiàn)受控?zé)岷朔磻?yīng)1)建立高溫等離子體裝置，并使等離子體不同器壁碰撞，或者用其他方法把等離子體約束起來，2)產(chǎn)生高溫，并維持足夠長時間.3)產(chǎn)生的聚變能（扣除輻射損失）加熱所需的能量6托卡馬克裝置-利用磁約束來實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器托卡馬克(Tokamak)。它的名字 Tokamak 來源于環(huán)形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、線圈(kotushka)。最初是由蘇聯(lián)的阿齊莫維齊等人在20世紀50年代發(fā)明的。托卡馬克的中央是一個環(huán)形的真空室，

8、外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克的內(nèi)部會產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。中國的托卡馬克裝置2006年9月，耗時8年、耗資2億元人民幣的我國新一代“人造太陽” 實驗裝置位于合肥的全超導(dǎo)非圓截面核聚變實驗裝置(EAST)實現(xiàn)了跨國遠程控制的等離子體放電EAST的建成，使我國邁入磁約束核聚變領(lǐng)域先進國家行列。美國、日本、俄羅斯、歐州共同體決定共同出資興建 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)“人造太陽”計劃ITER（道路）：用受控核聚變發(fā)電，走和平利用核能的道路，為人類尋找可替代的

9、潔凈能源。在計劃提出近20年，選址耗時18年后，全球最大、代表世界未來能源科技最高水平的核聚變反應(yīng)裝置ITER的建設(shè)地點終于坐落法國南部的卡達拉什（Cadarache） 4)國際熱核聚變實驗堆ITER視頻材料第三節(jié) 太陽能太陽能熱水器航天器中的太陽能電池板1太陽能是指直接接受并利用的太陽輻射能.2太陽能是一種巨大、清潔、可再生的能源。太陽每小時輻射到地球的能量約為18萬兆瓦，相當于燃燒90兆噸優(yōu)質(zhì)煤的熱量。一、太陽能概述1太陽能采集技術(shù)、2太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)、3太陽能貯存技術(shù)、4太陽能傳輸技術(shù)。二 、太陽能利用的四個主要技術(shù)三、太陽能的利用方式光熱轉(zhuǎn)換；光電轉(zhuǎn)換；光化學(xué)轉(zhuǎn)換。太陽能烘干機可以烘干糧

10、食、煙葉、干果、農(nóng)副產(chǎn)品及木材等；太陽能蒸餾器，用于海水淡化。太陽能節(jié)能建筑太陽房；太陽能熱水器。1、光熱轉(zhuǎn)換1）光熱轉(zhuǎn)換就是把太陽輻射能通過各種集熱裝置（集熱器）轉(zhuǎn)變成熱能。2、光電轉(zhuǎn)換1）光電轉(zhuǎn)換：通過太陽能電池將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)變成電能。2）太陽能電池的工作原理是光電效應(yīng)。3）目前太陽能電池的種類主要有硅、硫化鎘、砷化鎵等電池。4）目前太陽能電池應(yīng)用前景看好的首推單晶硅太陽能電池。視頻材料太陽能汽車太陽能發(fā)電站3光化學(xué)轉(zhuǎn)換用光和物質(zhì)相互作用引起化學(xué)變化的過程稱光化學(xué)轉(zhuǎn)換。通過光合作用使太陽能吸收和儲存在生物質(zhì)內(nèi)經(jīng)過化學(xué)和生物處理，制成液體或固體燃料。利用藻類和某些微生物的光合作用，在陽光

11、下分解制氫，提供燃料。1地球本身是一座巨大的天然儲熱庫。地殼、地幔、地核都蘊藏著不同量的熱能。第四節(jié) 地?zé)崮芤?、概?2全世界地?zé)豳Y源的總量大約為14.51025焦，是全部煤炭資源的儲量的1.7億倍。接世界年耗10億t標準煤計算，可滿足人類幾十萬年能源之用。 冰島地?zé)岫?、地?zé)岚l(fā)電是利用地?zé)崮艿拇硇约夹g(shù)和重要方向之一。地?zé)岚l(fā)電不需要燃料、鍋爐、運輸設(shè)備等，是一種比煤、核能等發(fā)電便宜得多的能源利用方式。我國用于發(fā)電的地?zé)豳Y源主要集中在西藏、云南的橫斷山脈一線。第一座地?zé)犭娬臼俏鞑匮虬司娬臼冀ㄓ?976年，已穩(wěn)定運行了30多年。 視頻：俄堪察加半島地?zé)岚l(fā)電站成本低、清潔環(huán)保。西藏羊八井地?zé)犭娬荆?/p>

12、是我國最大的地?zé)犭娬練淠苁乔鍧嵞茉?、可再生能源，“二次能源”。一、什么叫氫能第五?jié) 氫能燃燒氫時所獲取的能量。 二、氫能的特點重量輕；熱值高；易燃燒；來源廣；品質(zhì)純；能量形式多；儲運方便。三、氫能的制備方法太陽熱分解水制氫法、太陽能電解水制氫法、太陽能光電化學(xué)電池分解水制氫法，第六節(jié) 生物質(zhì)能它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。 一、什么叫生物質(zhì)能生物質(zhì)能就是蘊藏在生物質(zhì)中的能量，是太陽能以化學(xué)能形式存儲在生物質(zhì)中的能量。 二、生物質(zhì)能的特點1可再生生物質(zhì)能由于通過植物的光合作用可以再生，可保證能源的永續(xù)利用；2低污染生物質(zhì)的硫含量、氮含量低、燃燒過程中生成的SO2等較少，由于它在生長時需要的二氧化碳相當于它排放的二氧化碳的量，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，可有效地減輕溫室效應(yīng)；3分布廣缺乏煤炭的地域，可充分利用生物質(zhì)能；4總量多僅次于煤炭、石油和天然氣。三、生物質(zhì)能的種類(1)木材和森林工業(yè)廢棄物（樹枝、樹葉、樹根等）；(2)農(nóng)業(yè)廢棄物（秸桿、果核、玉米芯等）；(3