探索新能源及其发展PPT课件.ppt

研究性课题结题课件 组长 李潇成员 易阳 谭倩 樊劲 邓覃 银娜 姚雄制作人 易阳 1 研究目的 扩宽知识面及了解当今能源的发展 研究过程 找资料 谈论 总结 写论文 做课件 研究意义 提高团体合作能力 能源的发展趋势 2 探索新能源及发展 当代的能源日益紧张 能源的争夺战欲演欲裂 如 美国借核问题对伊拉克所发动的攻击 3 能源的分类 风能海洋地热生物氢能太阳能核能 核聚变 4 风能 风是地球上的一种自然现象 它是由太阳辐射热引起的 太阳照射到地球表面 地球表面各处受热不同 产生温差 从而引起大气的对流运动形成风 据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2 转化为风能 但其总量仍是十分可观的 全球的风能约为2 74X109MW 其中可利用的风能为2X107MW 比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍 5 人类利用风能的历史可以追溯到公元前 但数千年来 风能技术发展缓慢 没有引起人们足够的重视 但自1973年世界石油危机以来 在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下 风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展 风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力 特别是对沿海岛屿 交通不便的边远山区 地广人稀的草原牧场 以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村 边疆 作为解决生产和生活能源的一种可靠途径 有着十分重要的意义 即使在发达国家 风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视 我国位于亚洲大陆东南 濒临太平洋西岸 季风强盛 全国风力资源的总储量为每年16亿kw 近期可开发的约为1 6亿kw 内蒙古 青海 黑龙江 甘肃等省风能储量居我国前列 6 海洋 海洋能简介 地球表面积约为5 1X108km 其中陆地表面积为1 49X108km 占29 海洋的面积大约为3 61X1O8km 占71 以海平面计 全部陆地的平均海拔约为840m 而海洋的平均深度却为380m 整个海水的容积多达1 37X109km3 一望无际的汪洋大海 不仅为人类提供航运 水产和丰富的矿藏 而且还蕴藏着巨大的能量 7 海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源 主要为潮汐能 波浪能 海流能 潮流能 海水温差能和海水盐差能 更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能 海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等 究其成因 潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化 其他基本上源于太阳辐射 海洋能源按储存形式又可分为机械能 热能和化学能 其中 潮汐能 海流能和波浪能为机械能 海水温差能为热能 海水盐差能为化学能 近20多年来 受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动 作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得了很大发展 在相关高技术后援的支持下 海洋能应用技术日趋成熟 为人类在下个世纪充分利用海洋能展示了美好的前景 8 地热 地热能是指贮存在地球内部的热能 其储量比目前人们所利用的总量多很多倍 而且集中分布在构造板块边缘一带 该区域也是火山和地震多发区 如果热量提取的速度不超过补充的速度 那么地热能便是可再生的 高压的过热水或蒸汽的用途最大 但它们主要存在于干热岩层中 可以通过钻井将它们引出 9 地热能在世界很多地区应用相当广泛 老的技术现在依然富有生命力 新技术业已成熟 并且在不断地完善 在能源的开发和技术转让方面 未来的发展潜力相当大 地热能是天生就储存在地下的 不受天气状况的影响 既可作为基本负荷能使用 也可根据需要提供使用 地热能的利用自古时候起人们就已将低温地热资源用于浴池和空间供热 近来还应用于温室 热力泵和某些热处理过程的供热 在商业应用方面 利用干燥的过热蒸汽和高温水发电已有几十年的历史 利用中等温度 100 水通过双流体循环发电设备发电 在过去的10年中已取得了明显的进展 该技术现在已经成熟 地热热泵技术后来也取得了明显进展 由于这些技术的进展 这些资源的开发利用得到较快的发展 也使许多国家的经济上可供利用的资源的潜力明显增加 从长远观点来看 研究从干燥的岩石中和从地热增压资源及岩浆资源中提取有用能的有效方法 可进一步增加地热能的应用潜力 地热能的勘探和提取技术依赖于石油工业的经验 但为了适应地热资源的特殊性 例如资源的高温环境和高盐度 要求 这些经验和技术必须进行改进 地热资源的勘探和提取费用在总的能源费用中占有相当大的比例 这些成熟技术通过联合国有关部门 联合国培训研究所和联合国开发计划署 的艰苦努力 已成功地推广到发展中国家 10 2020 1 8 11 生物 生物能简介生物质是讨论能源时常用的一个术语 是指由光合作用而产生的各种有机体 光合作用即利用空气中的二氧化碳和土壤中的水 将吸收的太阳能转换为碳水化合物和氧气的过程 光合作用是生命活动中的关键过程 植物光合作用的简单过程 12 生物质是讨论能源时常用的一个术语 是指由光合作用而产生的各种有机体 生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式 一种以生物质为载体的能量 它直接或间接地来源于植物的光合作用 在各种可再生能源中 生物质是独特的 它是贮存的太阳能 更是一种唯一可再生的碳源 可转化成常规的固态 液态和气态燃料 据估计地球上每年植物光合作用固定的碳2x1011t 含能量达3x1021J 因此每年通过光合作用贮存在植物的枝 茎 叶中的太阳能 相当于全世界每年耗能量的10倍 生物能是第四大能源 生物质遍布世界各地 其蕴藏量极大 世界上生物质资源数量庞大 形式繁多 其中包括薪柴 农林作物 尤其是为了生产能源而种植的能源作物 农业和林业残剩物 食品加工和林产品加工的下脚料 城市固体废弃物 生活污水和水生植物等等 中国生物质资源主要是农业废弃物及农林产品加工业废弃物 薪柴 人畜粪便 城镇生活垃圾等四个方面 13 太阳能 太阳能简介太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量 地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kw m2 地球赤道的周长为40000km 从而可计算出 地球获得的能量可达173 000TW 在海平面上的标准峰值强度为1kw m2 地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0 20kw m2 相当于有102 000TW的能量 人类依赖这些能量维持生存 其中包括所有其他形式的可再生能源 地热能资源除外 虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍 但太阳能的能量密度低 而且它因地而异 因时而变 这是开发利用太阳能面临的主要问题 太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制 太阳是一个巨大 久远 无尽的能源 尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量 约为3 75 1026W 的22亿分之一 但已高达173 000TW 也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤 下图是地球上的能流图 从图上可以看出 地球上的风能 水能 海洋温差能 波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳 即使是地球上的化石燃料 如煤 石油 天然气等 从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能 所以广义的太阳能所包括的范围非常大 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 14 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源 生物质能 风能 太阳能 海洋能 水能等都来自太阳能 广义地说 太阳能包含以上各种可再生能源 太阳能作为可再生能源的一种 则是指太阳能的直接转化和利用 通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术 再利用热能进行发电的称为太阳能热发电 也属于这一技术领域 通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术 光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的 因此又称太阳能光伏技术 自 六五 计划以来 我国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划 大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展 20多年来 太阳能利用技术在研究开发 商业化生产 市场开拓方面都获得了长足发展 成为世界快速 稳定发展的新兴产业之一 15 氢能 二次能源是联系一次能源和能源用户的中间纽带 二次能源又可分为 过程性能源 和 合能体能源 当今电能就是应用最广的 过程性能源 柴油 汽油则是应用最广的 合能体能源 由于目前 过程性能源 尚不能大量地直接贮存 因此汽车 轮船 飞机等机动性强的现代交通运输工具就无法直接使用从发电厂输出来的电能 只能采用像柴油 汽油这一类 含能体能源 可见 过程性能源和含能体能源是不能互相替代的 各有自己的应用范围 随着 人们将目光也投向寻求新的 含能体能源 作为二次能源的电能 可从各种一次能源中生产出来 例如煤炭 石油 天然气 太阳能 风能 水力 潮汐能 地热能 核燃料等均可直接生产电能 而作为二次能源的汽油和柴油等则不然 生产它们几乎完全依靠化石燃料 随着化石燃料耗量的日益增加 其储量日益减少 终有一天这些资源将要枯竭 这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的 储量丰富的新的含能体能源 氢能正是一种在常规能源危机的出现 在开发新的二次能源的同时人们期待的新的二次能源 16 在宇宙中氢是最丰富的物质 氢在自然界多以化合物形态出现 在地壳十公里范围内 包括海洋和大气 化合态氢的重量组成约占据1 原子组成占据15 4 化合态氢的最常见形式是水和有机物 如石油 煤炭 天然气及生命体等 然而 在地球上自然存在的氢的单质 如氢气 数量极少 因此 欲获得大量的单质氢只有依靠人工制取 其中 天然气 石油 煤炭 生物质能及其他富氢有机物等 都是氢的有效来源 氢的最大来源是水 特别是海水 根据计算 9吨水可以生产出1吨氢 及8吨氧 而巨氢与氧的燃烧产物就是水 因而 水可以再生 由此可见 以水为原料制氢 可使氢的制取和利用实现良性循环 真是取之不尽 用之不竭 工业副产氢也是向燃料电池提供燃料的有效途径 据统计 我国在合成氨工业中氢的年回收量可达14X1O8立方米 在氯碱工业中有87X106立方米的氢可供回收利用 此外 在冶金工业 发酵制酒厂及丁醇溶剂厂等生产过程中都有大量氢可回收 上述各类工业副产氢的可回收总量 估计可达15亿立方米以上 由此看来 我国氢的来源是极为丰富的 水电解制氢 生物质气化制氢等制氢方法 现已形成规模 其中 低价电电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方法 但目前电耗过高 亟待改进 因此 欲获得大量廉价的氢能 将取决于是否能实现低能耗低成本的规模制氢方法 17 核能 核聚变 利用核能的最终目标是要实现受控核聚变 裂变时靠原子核分裂而释出能量 聚变时则由较轻的原子核聚合成较重的较重的原子核而释出能量 最常见的是由氢的同位素氘 读刀 又叫重氢 和氚 读川 又叫超重氢 聚合成较重的原子核如氦而释出能量 核聚变较之核裂变有两个重大优点 一是地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富得多 据测算 每升海水中含有0 03克氘 所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘 1升海水中所含的氘 经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量 地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍 可以说是取之不竭的能源 至于氚 虽然自然界中不存在 但靠中子同锂作用可以产生 而海水中也含有大量锂 第二个优点是既干净又安全 因为它不会产生污染环境的放射性物质 所以是干净的 同时受控核聚变反应可在稀薄的气体中持续地稳定进行 所以是安全的 18 目前 美 英 俄 德 法 日等国都在竞相开发核聚变发电厂 科学家们估计 到 年以后 核聚变发电厂才有可能投入商业运营 年前后 受控核聚变发电将广泛造福人类 核聚变反应燃料是氢的同位素氘 氚及惰性气体 氦 氘和氚在地球上蕴藏极其丰富 据测 每 升海水中含 毫克氘 而 毫克氘聚变产生的能量相当于 升汽油 这就是说 升海水可产生相当于 升汽油的能量 一座 万千瓦的核聚变电站 每年耗氘量只需 千克 氘的发热量相当于同等煤的 万倍 天然存在