能源科學導論新能源分解課件

世界能源的現(xiàn)狀

1、目前世界能源主要取自于化石燃料石油、天然氣與煤炭）。

2、在當今世界，化石燃料提供世界91%的一次商品能源，其中煤炭占28%，石油超過40%。在亞澳地區(qū)能源消費結構中，礦物燃料占93.5%，其中煤炭占48.3%，石油占37.3%，天然氣占7.9%。3、預計，2010年全球能源需求量達到105.99億噸油當量，2020年達到128.89億噸當量，2025年則達到136.50億噸當量，平均年增率為2%。截止到2003年底，全球剩余的石油已探明的可開采量為1565.8億噸，如果，以后沒有發(fā)現(xiàn)新的蘊藏量可觀的油田的話，估計到2040年，最多到2050年就要用完；而天然氣估計可以用到2050年，加上可能再發(fā)現(xiàn)的天然氣田,最多用到2090年；煤炭的話，估計可以再用200年甚至300年。到本世紀末，全球將迎來嚴重的“能源危機”！

新能源的開發(fā)是未來發(fā)展的必然趨勢！第1頁/共31頁新能源（NewEnergyResources）又稱非常規(guī)能源。是傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式，指剛開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等。新能源的各種形式都是直接或者間接地來自于太陽或地球內部深處所產生的熱能。包括了太陽能、風能、生物質能、地熱能、核聚變能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出來的生物燃料和氫所產生的能量。相對于傳統(tǒng)能源，新能源具有污染少、儲量大的特點，對于解決當今世界嚴重的環(huán)境污染問題和資源枯竭問題具有重要意義。新能源第2頁/共31頁傳統(tǒng)能源煤石油天然氣傳統(tǒng)生物能水能第3頁/共31頁新能源太陽能生物能地熱能風能海洋能核能第4頁/共31頁太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源。太陽能的利用有被動式利用和光電轉換兩種方式。據計算，僅一秒鐘發(fā)出的能量就相當于1.3億億噸標準煤燃燒時所放出的熱量。太陽發(fā)送到地球上的能量雖然很多，但只占它向外輻射能量的22億分之一。由于地球表面大氣層的反射和吸收，真正到達地球表面的太陽能，大約相當于目前全世界所有電站發(fā)電能力總和的20萬倍。地球每天接收的太陽能，相當于全球一年所消耗的總能量的200倍。太陽能的優(yōu)點：（1）它沒有礦物燃料產生的有害氣體和廢渣，因而不污染環(huán)境。（2）來源廣泛，使用方便、安全。（3）成本低廉，可以再生。太陽能第5頁/共31頁太陽能的應用①光熱太陽能。如太陽灶、太陽供熱系統(tǒng)。遍及全國各地的屋頂太陽能熱水器就是一種常見的太陽供熱系統(tǒng)。我國是太陽能熱水器生產量與銷售量最大的國家，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｌ柲軣崴骷療峁茉淼?頁/共31頁②光電太陽能，如太陽能電池，太陽能電站等。

我國有著豐富的太陽能資源，年日照時間平均可達2000小時以上。太陽每年投射到我國廣大國土上的能量，約有一億億千瓦時，差不多相當于20，000億噸標準煤所具有的能量。我國很早就對太陽能進行了開發(fā)利用，并取得了顯著的成果。

太陽能電池原理單晶硅太陽能電池第7頁/共31頁上海鮮花港太陽能電站薄膜太陽能電池

太陽能路燈

太陽能汽車航天器上的太陽能電板第8頁/共31頁風能是地球表面大量空氣流動所產生的動能。風能資源決定于風能密度和可利用的風能年累積小時數。嚴格說來，他是間接形式的太陽能，占到達地面太陽能的2%左右。雖然百分比不大，但絕對量可觀，據估算，全世界的風能總量約1300億千瓦，相當于10300億噸煤蘊藏的能量。風能原理風能單晶硅太陽能電池第9頁/共31頁風能的應用：①動力利用

利用風力作為動力，直接帶動各類機械系統(tǒng)。例如，風帆；

②發(fā)電利用利用風力帶動發(fā)電機發(fā)電。例如,

風力發(fā)電機。帆船風力發(fā)電站第10頁/共31頁

海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發(fā)能量。海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能和海水溫差能。人類目前應用成熟的海洋能主要是潮汐能。

海洋潮汐能來源于月亮與太陽對地球海水的的吸引力以及地球的自轉引起海水會周期性地作有節(jié)奏的垂直漲落的現(xiàn)象。據統(tǒng)計，全球海洋潮汐能的儲藏量在27億千瓦左右，每年的發(fā)電量可達33480億千瓦。海洋能潮汐形成原理第11頁/共31頁海水溫差能

太陽的輻射熱，隨著緯度的變化而有強弱，因而海水的溫度也隨著緯度的變化而變化：緯度越低，水溫越高；緯度越高，水溫越低。據推算，從南緯20度到北緯20度之間，海水表層（深130m左右）的溫度通年是25～29℃，尤其在紅海高達35℃。而海洋深達500m層的溫度保持在5～7℃之間。表層和深層間溫差熱能約發(fā)電600億千瓦。海流能源

海流是海水平方向的流動，其流速和流向都比較穩(wěn)定。海流有由風引起的風海流，由水溫、鹽度變化引起的密度流，由潮汐引起的潮流，以及為流失海水補缺的補缺流。如果用海流發(fā)電，不但能量大于河流，而且沒有河流常見的枯水期。目前，國外試驗潮流發(fā)電，其原理就是用錨、索和浮筒把水輪機和發(fā)電機固定在海面上，由海流推動螺旋槳旋轉發(fā)電。但由于海上安裝設備的困難，當前還只能用來為燈塔、燈船供電。波浪能源據計算，海浪每秒鐘在1平方公里的海面上就能產生20萬千瓦的能量，全世界波浪能約為10～100億千瓦，波浪發(fā)電就是利用波浪的垂直運動來推動裝有活塞的浮標，由活塞與浮標的相對運動所產生的壓縮空氣，就可以推動渦輪機發(fā)電。

我國近海波浪能豐富，沿海平均波高在1m左右，估計波浪能蘊藏量可達1.5億千瓦，可利用裝機容量為3000～5000萬千瓦，渤海灣、閩浙沿岸、珠江口外海和南海諸島波高常在1m以上，平均波能在5kw/m以上。第12頁/共31頁漲潮時退潮時潮汐電站工作原理潮汐發(fā)電浙江溫嶺江廈潮汐電站全國第一、世界第三第13頁/共31頁地熱能是來自地球深處的可再生熱能。它起源于地球的熔融巖漿和放射性物質的衰變。地下水的深處循環(huán)和來自極深處的巖漿侵入到地殼后，把熱量從地下深處帶至近表層。在有些地方，熱能隨自然涌出的熱蒸汽和水而到達地面，通過鉆井，這些熱能可以從地下的儲層引入水池。

房間、溫室和發(fā)電站。這種熱能的儲量相當大。據估計，每年從地球內部傳到地面的熱能相當于100PW·h，相當于燃燒370億噸煤釋放的能量。不過，地熱能的分布相對來說比較分散，開發(fā)難度較大。地熱能的應用形式有兩種：地下熱水、地熱蒸氣。地熱能地熱原理第14頁/共31頁地熱田地熱泉溫泉火山地熱資源的不同形式第15頁/共31頁羊八井地熱站大理地熱國第16頁/共31頁它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，生物質能的原始能量來源于太陽，所以生物能是以生物為載體將太陽能以化學能形式貯存的一種能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，其蘊藏量極大，可轉化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源。從廣義上講，生物質能是太陽能的一種表現(xiàn)形式。僅地球上的植物，每年生產量就像當于目前人類消耗礦物能的20倍。在各種可再生能源中，生物質是貯存的太陽能，更是一種可再生的碳源。據估計地球每年植物光合作用固定的碳達200億t，含能量達3000億億焦耳。生物能示意圖生物質能第17頁/共31頁

生物質液化技術：將固體生物質轉化為液體燃料，稱為生物質液化。它包括間接液化和直接液化兩種。間接液化是指通過微生物作用或化學合成方法生成液體燃料，如乙醇（酒精）、甲醇；直接液化則是采用機械方法，用壓榨或提取等工藝獲得可燃燒的油品，如棉籽油等植物油，經提煉成為可替代柴油的燃料。

生物質汽化技術：將固體生物質轉化為氣體燃料，稱為生物質汽化。其基本原理是含碳物質在不充分氧化（燃燒）的情況下，會產生出可燃的一氧化碳氣體，即煤氣。制造煤氣的設備稱為汽化爐，人們故意不給足氧氣，讓含碳物質在沒有足夠的空氣的情況下燃燒，產生一氧化碳。

生物質發(fā)電技術：生物質發(fā)電是利用生物質所具有的生物質能進行的發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種，包括農林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電等。

沼氣技術：沼氣是有機質在一定溫度、濕度、酸堿度和厭氧條件下，經各種微生物發(fā)酵及分解作用而產生的一種以甲烷為主要成分的混合可燃氣體。我國是個農業(yè)大國，廣大的農村地區(qū)有著豐富的生物質能資源。發(fā)展沼氣技術對農村的資源利用和節(jié)能技術有重大的意義。生物質能的應用第18頁/共31頁生物柴油秸稈氣化爐沼氣池秸稈發(fā)電廠第19頁/共31頁核能核能（或稱原子能）是通過轉化其質量從原子核釋放的能量。原子核是由帶正電的質子與不帶電的中子組成的。一般情況下，核子之間存在著強大的核力，要使原子核分裂或者重新組合相當困難。但是，一旦原子核分裂成新的原子核與其它粒子了，或者原子核與核子聚合成新的原子核與其它粒子了，都會產生巨大的能量，這種能量就稱為核能。核能主要包括核裂變，核聚變，核衰變三種。目前正常運行的核電站都是屬于裂變核電站。經過50多年的發(fā)展，核電已成為30多個國家能源組成中不可或缺的部分。全世界正在運行的核動力堆已超過440座，總裝機容量超過387千兆瓦，其中法國核電占其國內總電力的74.6%，比利時56.8%，韓國44.7%，瑞典39%，日本33.8%，德國30.6%，英國22%，美國20%，俄羅斯16%，而中國僅為1.1%。

核裂變原理第20頁/共31頁核能是最廉價的發(fā)電方法核電站發(fā)電原理第21頁/共31頁福島核電站秦山核電站第22頁/共31頁節(jié)能技術

節(jié)能減排是指節(jié)約物質資源和能量資源，減少廢棄物和環(huán)境有害物（包括三廢和噪聲等）排放。節(jié)能既可以解決能源不足的矛盾，又可以解決環(huán)境污染的問題。在目前全球緊張的能源形勢下，節(jié)能減排已經成為當務之急。而大力發(fā)展新能源技術正是促進節(jié)能減排的重要措施。

節(jié)能減排徽標節(jié)能認證徽標第23頁/共31頁節(jié)能技術1、提高能源的利用率所為能源的利用率，通俗地說，主要是能源利用的效率，也即能源所含能量中被人們利用的部分跟能源所含總能量的比值。這個比值越大，說明能源所含的總能量中被人們利用的部分就越多，能源的利用率就越高。如：（1）熱電聯(lián)供（2）循環(huán)硫化床技術（3）節(jié)油技術（4）電子節(jié)能第24頁/共31頁節(jié)能技術

2、材料節(jié)能凡是能夠節(jié)約能源的材料都叫節(jié)能材料。以選擇材料來達到節(jié)能目的的方法叫材料節(jié)能。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的節(jié)能材料多達幾千種。下面介紹其中的幾種以及應用這些材料后的節(jié)能效果。如：（1）非晶態(tài)鐵基合金（2）鋁合金（3）無燈絲長壽命節(jié)能燈第25頁/共31頁節(jié)能技術3、儲能技術如果一座城市在用電高峰時的電力消耗量是用電低谷時的2倍，那么給這座城市供電的發(fā)電廠的總裝機容量，必須按高峰用電量進行設計，而到了用電低谷時（比如深夜），發(fā)電廠幾乎一半的裝機容量被浪費了，這不僅浪費了大量的能源，而且也對電網的安全產生不利的影響。為了解決這一問題，人們自然想到要把用不完的電能儲存起來。但是，電能屬于過程性能源，不用就會白白浪費掉，就像