可再生能源研究性学习报告

1 / 16 可再生能源研究性学习报告 浅谈可再生能源 可再生能源是指自然界中可以不断利用、循环再生的一次能源。随着世界石油能源危机出现，人们越来越认识到可再生能源重要性。 那么可再生能源一般包括几类，目前的应用以及我国可再生能源的现状是什么？明确这些问题对于我们认识可再生能源的重要性具有重要意义。 可再生能源一般包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能等。其中太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是人类可利用的最丰富的能源。 目前可再生能源的应用主要是发电，包括风力发 电，水力发电，太阳能电池和潮汐能发电等方面。 中国水能的可开发装机容量和年发电量均居世界首位。中国每年地表吸收的太阳能大约相当于万亿 tce 的能量；可供开发的风能资源量可能超过 30 亿 kW；海洋能可利用的资源量估计约为 4 亿 -5 亿 kW；地热资源探明储量为亿 tce；现有生物质能资源总量达 7 亿 tce。总之中国可再生能源资源丰富，具有大规模开发的潜力，可以为经济发展提供足够的能源，开发利用可再生能源大有可为。 因此小组通过对可再生能源的初步研究，认识到了可再生能源的巨大应用价值，另外格上涨到了 100 元以上， 涨幅高达百分之两百；我市水供应紧张，有几所学校停课数天。由此可见，能源不是2 / 16 无限的，资源也不全可再生，世界各国都面临着严峻的能源危机。 借着这次研究性学习的机会，我们小组对展开了研究，对我国的能源现状以及发展进行了积极的探索。希望能唤起人们的警觉，能为现在的能源危机奉献出自己的力量。 那么到底什么是能源呢 ?能源是指可以从其中获得能量的资源，能源是工农业生产必需的物质基础，也是人类赖以生存和发展的基本物质条件之一。在各种各样的能源中，有些是本来就存在于自然界中的，可直接利用其能量的能源，称为一次能 源；有些不是自然界中天然存在的，而是人类利用一次能源经过加工转化而取得的能源叫二次能源。在一次能源中，煤碳、石油等随着人们的开采利用显着减少的称为非再生能源；水能、风能等在自然界中能很快得到补充或循环再生，不随人类的利用而显着减少的称为可再生能源，将能源分类可归纳为下表： 我国能源消费量 我国人均能源状况 我国能源利用效率 有量的二分之一。目前 ,我国车用煤达万吨 ,居世界第一 .以煤为主的能源利用情况 ,加之技术的保守等诸多原因 ,使得我国的利用率与国际水平相差甚远。随 着我国工业的快速发展，能源的需要量量与日俱增，地球上可供开采的3 / 16 化石能源会越来越少。并且，化石燃料的燃烧严重污染了环境，引发一系列的生态危机。所以 ,我们组搜索到了部分我国目前使用的清洁可再生能源 . A 水能 水能是一种可再生能源，是清洁能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。是常规能源 ,一次能源。我国最大使用的能源是水能 B 风能 在自然界中，风是一种可再 生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们 赖以生存的地球。 风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主，以风能作动力，就是利用风来直接带动各种机械装置，如带动水泵提水等这种风力发动机的优点是：投资少、工效高、经济耐用。 地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流 动，即形成风。风能4 / 16 资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是 单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。据估算，全世界的风能总量约 1300亿千瓦，中国的风能总量约 16 亿千瓦，如果合理利用，将会是一笔宝贵的能源财富。 C太阳能 太阳能一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。太阳内部的这种 核聚变反应可以维持几十亿至上百亿 年的时间。太阳向 宇 宙 空 间 发 射 的 辐 射 功 率 为380000000000000000000000kW 的辐射值，其中 20 亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能， 30%被大气层反射， 23%被大气层吸收，其余的到达地球表面，其功率为800000 亿 kW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧 500 万吨煤释放的热量。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期 就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点5 / 16 火；利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有被动式利用和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的能源利用方式。 D 核能 核能主要用于发电。核能发电是利用 核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。它与火力发电极其相似。只是以核反应堆及蒸汽发生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。除沸水堆外，其他类型的动力堆都是一回路 的冷却剂通过堆心加热，在蒸汽发生器中将热量传给二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电 机。沸水堆则是一回路的冷却剂通过堆心 加热变成 70 个大气压左右的饱和蒸汽，经汽水分离并干燥后直接推动汽轮发电机。 E海洋能 海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。 波浪发电，据科学家推算，地球上波 浪蕴 藏的电能高达 90 万亿度。目前，海 6 / 16 上导航浮标和灯塔已经用上了波浪发电机发出的电来照明。大型波浪发电机组也已问世。我国在也对波浪发电进行研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。 潮汐发电，据世界动力会议估计，到 2020 年，全世界潮汐发电量将达到 1000-3000 亿千瓦。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站，发电能力 24 万千瓦，已经工作了 30 多年。我国在浙江省建造了江厦潮汐电站，总容量达到 3000 千瓦。 有待进一步开发的未来能源： 太 阳能光电 目前我们掌握的太阳能光电技术，虽然昂贵而且效率低下，但是如果我们更广泛的使用这一技术，也能有着相当重要的影响。来自太阳的能量源源不断，一旦太阳能电池造出来几乎就没有什么后续的维持费用。 生物质能 生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可 再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每 年经光合作用产生的物质有 1730 亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的 10-20 倍，但目前7 / 16 的利用率不到 3%。 地热能 地球内部热源可来自重力分异、潮汐磨擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。我国地热资源丰富，分布广泛，已有 5500 处地热点，地热田 45 个，地热资源总量约 320 万兆瓦。 地热能是来自地壳之下的高温能源。一个典型的地热能电场可以轻松的输送 100MW 电量，这是风能和太阳能所无法企及的。上面这张图显示 的是冰岛的能 源消耗，可以看到地热在其中占据了很大的比例。 氢能 虽然自身不能当作能量源，氢燃料却是一个巨大的能源储备介质。氢可以随意的从水中提取，拥有很好的能量/重量比，燃烧之后产生无污染的水蒸气。在众多新能源中，氢能以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出，将成为 21 世纪的理想能源。氢能可以作飞机、汽车的燃料，可以用作推动火箭动力。 海洋渗透能 如果有两种盐溶液，一种溶液中盐的浓度高，一种溶 液的浓度低，那么把两种溶液放在一起并用一种渗8 / 16 透膜隔 离后，会产生渗透压，水会从浓度低的溶液流向浓度高的溶液。江河里流动的是淡水，而海洋中存在的是咸水，两者也存在一定的浓度差。在江河的入海口，淡水的水压比海水的水压高，如果在入海口放置一个涡轮发电机，淡水和海水之间的渗透压就可以推动涡轮机来发电。 海洋渗透能是一种十分环保的绿色能源，它既不产生垃圾，也没有二氧化碳的排放， 更 不依赖天气的状况，可以说是取之不尽，用之不竭。而在盐分浓度更大的水域里，渗透发电厂的发电效能会更好，比如地中海、死海、我国盐城市的大盐湖、美国的大盐湖。 当然发电厂附近必须有淡水的供给。据挪威能源集团的负责人巴德米克尔森估计，利用海洋渗透能发电，全球范围内年度发电量可以达到 16000 亿度。 人工光合作用 其实地球上几乎所有的能源，基本上都来自于太阳。植物在将太阳能转化为有用能源方面的效率是我们的太阳能电池远远不能及的。无论在直接产生电能，还是产生氢气，人工光合作用能够解决目前相当多的能源问题。人工光合作用是一个非常长的研发过程，过去的几十年取得了一些成果，然是还有很多的事情需要做。 Gratzel 太阳能电池 9 / 16 也 被称作染料敏化二氧化钛纳米薄膜光阳光伏打电池，这种电池只有传统太阳能造价的 1/5，另外，还避免了非常消耗能完美硅晶圆制造过程。不过这种电池的还有待进一步提升，目前能够达到 33% 极的电池量的效率左右。 以上的各大未来新型能源技术，都有其不足之处，有待我们进一步的开发和研究。如果得到了完善，并投入使用，定会大大减轻目前的严峻的能源情势。 物理研究性学习报告 报告人：李鑫 高二 13 班 时间： 2016 年 2 月 主题：研究金属制品的 使用寿命与回收利用 内容概述： 1.金属刀具的磨损 2金属疲劳 3.废旧电池回收利用 前言：家庭金属制品很多。比如说：厨具，家电，晾衣架，电池，温度计等。很多是铁合金，铝合金，含镍，汞，铅。金属制品很耐用，坚固，寿命较长。但金属是非可再生资源需要我们更好的回收利用。 正文： 一金属刀具的磨损 二金属疲劳 10 / 16 注释： 应力定义：受力物体截面上内力的集度，即单位面积上的内力。 当材料在外力作 用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变就称为应变。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力把分布内力在一点的集度称为应力，应力与微面积的乘积即微内力或物体由于外因而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。 1. 金属疲劳铸成的悲剧 1979 年 5 月 25 日，一架满载乘客的美国航空公司 DG 10 型三引擎巨型喷气客机，从芝加哥起飞不久， 就失去了左边一 具引擎，随即着火燃烧，然后爆炸坠 地。机上 273 名乘客和机组人员无一幸免。这是世界 航空史上最悲惨的事件之一。 事后，有关当局对这架失事飞机的残骸进行检查 后发现，这架飞机上连接一具引擎与机翼的螺栓因金 属疲劳折断，从而导致引擎燃烧爆炸。 11 / 16 由于金属材料的疲劳一般难以发现，因此常常造成突然的事故。在第 二次世界大战期间，美国的 5000 艘货船共发生 1000多次破坏事故，有 238 艘完全报废，其中大部分要归咎于金属的疲 劳。早在 100 多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。但由于技术的落后，还不能查明疲劳破坏的原因。直到显微镜和电子显微镜相继出现之后，使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果，并且有了巧妙的办法来对付这个大敌。 2.发生金属疲劳的原因 人累了会疲劳，难道金属也会疲劳吗？ 稍微留点心的话，我们就会注意到：用双手将一根细铁丝拉断，这是很费力的，然而，若用双手将细铁丝来回反复弯折，那么很快就会将铁丝折断。这说明，像钢铁这类的金属在反复交变的外力作用下，它的强 度要比在不变的外力作用下小得多。人们把这种现象叫做金属材料的“疲劳”。金属材料为什么会疲劳呢？当金属材料所受的外力超过一定的限度时，在材料的内部存在缺陷或者是相互间作用最强的地方，会出现极微细的肉眼看不见的裂纹。如果材料所受的外力不是变的，这些微细裂纹不会扩展，材料也就不会损坏。但若材料所受的是方向或大小不断重复变化的外力，这12 / 16 时候这些微细裂纹的边缘，就会时而胀开，时而相压，或者彼此研磨，使得裂纹逐渐扩大和发展，材料中能够传递应力部分也就越来越少，直至剩余部分不能继续传递负载，即：裂纹发展到一定的程度，材料被 削弱到不再能承担外力时，材料就会像雪崩似地毁于一旦。另外，金属内部结构不均匀，从而造成应力传递的不平衡，有的地方会成为应力集中区。这是金属疲劳的另一原因。 3.金属抗疲劳的办法 尽量减少零件上的薄弱环节，比方说，开孔、挖槽、切口等，因为疲劳裂纹常常发生在这些地方；提高零件表面的光洁度，保护表面不受生锈腐蚀之害，加工粗糙所产生的刻划痕以及材料锈腐之处，都是容易产生微细裂纹的；对零件表面进行强化处理，比如，辗压零件的表面，使材料表面强化，从而不易产生微细裂纹。 在金属材料中添加 各种“维生素”是增强金属抗疲劳的有效办法。例如，在钢铁和有色金属里，加进万分之几或千万分之几的稀土元素，就可以大大提高这些金属抗疲劳的本领，延长使用寿命。随着科学技术的发展，现已出现“金属免疫疗法”新技术，通过事先引入的办法来增强金属的疲劳强度，以抵抗疲劳损坏。此外，在金属构件上，应尽量减少薄弱环节，还可以用一些辅助性工艺增加表面光洁度，以免发生锈蚀。对产生震动的机械设备要采取防震措施，以减13 / 16 少金属疲劳的可能性。在必要的时候，要进行对金属内部结构的检测，对防止金属疲劳也很有好处。 4.金属疲劳妙用 金属疲劳所产生的裂纹会给人类带来灾难。然而，也有另外的妙用。现在，利用金属疲劳断裂特性制造的应力断料机已经诞生。可以对各种性能的金属和非金属在某一切口产生疲劳断裂进行加工。这个过程只需要 1 2 秒钟的时间，而且，越是难以切削的材料，越容易通过这种加工来满足人们的需要 . 5. 金属疲劳原理 金属在一定振幅下能承受多少次的震动，超过这个次数就超过了金属的疲劳极限，就会发生变形 如果振幅很大，就直接产生变形了，如果振幅很小，次数就可打到无限次 金属疲劳 在交变应力作 用下，金属材料发生的破坏现象。机械零件在交变压力作用下，经过一段时间后，在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。疲劳破坏具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。应力幅值、平均应力大小和循环次数是影响金属疲劳的三个主要因素。 三废旧电池回收利用 14 / 16 1.废电池回收的发展空间 日常使用的电池种类很多。大量的碱锰干电池，镍金属氢电池和锂离子电池等 ,其中含有的二氧化锰是贵重的物质 ,加以利用是有很 大价值的 .汞、含镉、含铅废电池。这类电池任意丢弃会将大量重金属元素、贵金属元素废弃 ,是严重的资源浪费。因此，对这类电池则须给予高度重视，控制它们的生产和使用 ,严格回收使用后的废电池，对其中的有用物质加以再生利用。 国外发达国家对废电池的回收利用极为重视。西欧许多国家不仅在商店，而且直接在大街上都设有专门的废电池回收箱，废电池中 95%的物质均可以回收，尤其是重金属回收价值很高 .如国外再生铅业发展迅速，现有铅生产量的55%均来自于再生铅。而再生铅业中，废铅蓄电池的再生处理占据了很大比例。 100 千克废 铅蓄电池可以回收 50-60 千克铅。对于含镉废电池的再生处理，国外已有较为成熟的技术 ,处理 100 千克含镉废电池可回收 20 千克左右的金属镉。 2.电池的回收方法 1固化深埋、存放于废矿井 如法