《能源科学技术》ppt课件

1、第四章第四章 能源科学技术能源科学技术 主要内容主要内容第1节 概述第2节 太阳能及其利用第3节 原子核能及其利用第4节 水力发电和风能的利用第5节 氢能第6节 地热能及其利用第7节 新发电方式第8节 生物质能及其利用第9节 节能第第1 1节节 概述概述一、能源的概念一、能源的概念 n能源是指可以提供某种方式能量的资源。能源是指可以提供某种方式能量的资源。它包括提供某种方式能量的物质资源和提它包括提供某种方式能量的物质资源和提供某种能量的物质运动方式。供某种能量的物质运动方式。n燃料、风力、水力、太阳能等能源燃料、风力、水力、太阳能等能源 二、能源的开展二、能源的开展n能源的开展：n火和自然动

2、力；n化石燃料；n电能的运用；n新兴能源的开发。n能源研讨开展趋势：n改良耗能技术，提高能源效率；n开发新兴能源清洁，可再生；n分散研讨到综合研讨。三、能源的分类三、能源的分类 n世界上能源种类很多，分类方法也不少。可以按不同的目的和开发利用要求，进展多种方式的分类。 n1. 按能源的生成方式，可以分为一次能源和二次能源。n2. 按能源的构成和再生性，可以分为可再生能源和非再生能源。n3. 按能源的来源，可以分为来自地球外部天体的能源，来自地球内部的能源及来自地球和其它天体相互作用而产生的能量。n4. 按能源的储存情况，可分为含能体能源和过程性能源。n5. 按能源的利用情况，可以分为常规能源和

3、新能源。 四、能源与环境四、能源与环境 n运用最多的能源是化石燃料n“温室效应：二氧化碳、甲烷等气体n“煤烟型污染：硫的氧化物和颗粒粉尘n节约能源的必要性：技术缘由新能源技术不成熟,不能广泛运用；可以减轻污染n改动能源构造，开展清洁可再生能源。五、能源科学技术五、能源科学技术 n能源科学技术是研讨各种能源的开发、消能源科学技术是研讨各种能源的开发、消费、转换、传输、分配、储存、节能以及费、转换、传输、分配、储存、节能以及综合利用等方面的实际和技术。综合利用等方面的实际和技术。 第第2 2节节 太阳能及其利用太阳能及其利用 n地球上除地热能、核能外其它能源都来源于太阳能；n优点：普遍、无害、长久

4、、宏大；n缺陷：不稳定、不集中、不易保管。一、太阳和太阳能一、太阳和太阳能二、太阳能的光热转换二、太阳能的光热转换 n太阳能的光热转换是将太阳的辐射能直接转换为热能，实现这个目的器件叫集热器。 太阳能房屋集热器太阳能房屋集热器三、太阳能的光电转换三、太阳能的光电转换 n太阳能的光电转换是把太阳的辐射能转化成电太阳能的光电转换是把太阳的辐射能转化成电能的过程，通常叫做能的过程，通常叫做“光生伏打效应。光生伏打效应。 四、太阳能的光化学转换四、太阳能的光化学转换 n太阳能的光化学转换是将太阳的辐射能转化太阳能的光化学转换是将太阳的辐射能转化为化学能，实现这个目的主要有两种方法：为化学能，实现这个目

5、的主要有两种方法：植物的光协作用和分解水制氢。植物的光协作用和分解水制氢。 第第3 3节节 原子核能及其利用原子核能及其利用 n来自原子核内部的能量，我们就叫原子核能来自原子核内部的能量，我们就叫原子核能俗称核能。核能是原子核构造发生变化时放俗称核能。核能是原子核构造发生变化时放出的能量。出的能量。n普通指重原子核发生裂变和轻原子核发生聚变普通指重原子核发生裂变和轻原子核发生聚变时所放出的宏大能量。时所放出的宏大能量。 一、重核的裂变一、重核的裂变 1. 1. 重核裂变重核裂变2. 2. 链式反响链式反响3. 3. 临界质量临界质量(1) 原子弹1945年7月16日第一颗原子弹试爆胜利1964

6、年10月16日我国原子弹试爆胜利一、重核的裂变一、重核的裂变 4. 4. 重核裂变的运用重核裂变的运用4. 4. 重核裂变的运用重核裂变的运用(2) 核电站核电站n 主要组成部分:堆芯;中子反射层;冷却系统;控制系统;维护层。n 1979年美国三里岛事故、1986前苏联切尔诺贝利事故一、重核的裂变一、重核的裂变 1991年，我国第一座核电站年，我国第一座核电站秦山核电站发电实验胜利秦山核电站发电实验胜利氘氘-氚聚变氚聚变 氢原子最容易实现的聚氢原子最容易实现的聚变反响是其同位素氘与氚的聚变。变反响是其同位素氘与氚的聚变。氘和氚聚变后，氘和氚聚变后，2个原子核结合成个原子核结合成1个氦原子核，并

7、放出个氦原子核，并放出1个中子和个中子和17.6兆电子伏特能量。兆电子伏特能量。每1升海水中含30毫克氘，30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油。二、轻核的聚变二、轻核的聚变 n 两个或两个以上的较轻原子核,在超高温等特定条件下聚合成一个较重的原子核并释放出宏大的能量.又叫热核反响。各国从原子弹爆炸到氢弹实验所用时间各国从原子弹爆炸到氢弹实验所用时间 法国：法国：8年；美国：年；美国：7年；苏联：年；苏联：10年；中年；中国：国：2年年8个月个月 1964年年10月月16日中国爆炸了第一颗原子弹；日中国爆炸了第一颗原子弹；1967年年6月月17日，在我国西部地域胜利地爆日，在我国西部地域胜

8、利地爆炸了第一颗氢弹。炸了第一颗氢弹。 磁约束安装磁约束安装-托卡马克安装托卡马克安装(Tokamak)(Tokamak)托卡马克安装托卡马克安装 托卡马克是托卡马克是“磁线圈圆环室的磁线圈圆环室的俄文缩写，又称环流器。这是一个由封锁磁场组俄文缩写，又称环流器。这是一个由封锁磁场组成的成的“容器，像一个中空的面包圈，可用来约容器，像一个中空的面包圈，可用来约束电离子的等离子体。经过磁力线的作用，氢的束电离子的等离子体。经过磁力线的作用，氢的同位素等离子体被约束在这个同位素等离子体被约束在这个“容器中运转，容器中运转，发生高密度的碰撞，也就是聚变反响。发生高密度的碰撞，也就是聚变反响。第第4 4

9、节节 水力发电和风能的利用水力发电和风能的利用 16.6%2.1%5.1%76.2%19901990年我国化石燃料和水电能源耗费构成表示图年我国化石燃料和水电能源耗费构成表示图 无论是煤炭、石油还是天然气，作为不可再生的天然的化石能源，其资源总量是有限的。据测算，以目前的开采速率，这三种天然一次能源的供应，石油还能维持约40年，天然气(常规)约65年，煤炭250300年。一、水力发电一、水力发电原理：上游水的重力势能转原理：上游水的重力势能转化为水流的动能，水流经过化为水流的动能，水流经过水轮机时将动能传送给水轮水轮机时将动能传送给水轮机，水轮机带动发电机转动机，水轮机带动发电机转动将动能转化

10、为电能。将动能转化为电能。二、水力发电二、水力发电水力发电的特点水力发电的特点 可再生性可再生性 可调理性可调理性 干净性干净性 综合利用综合利用 对经济开展的带动作用对经济开展的带动作用 工程投资大、建立周期长工程投资大、建立周期长 对生态的作用目前还存在争对生态的作用目前还存在争议议三三峡峡水水库库n风能是地球外表大量空气运动产生的动能。是风能是地球外表大量空气运动产生的动能。是一种可再生能源。一种可再生能源。二、风能的利用二、风能的利用各式各样的风车各式各样的风车 n 风车是将不规那么变化的空气流动所具有的风能变为有规那么运动的机械旋转的动能的安装。风力发电的原理风力发电的原理 n 最简

11、单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成。n 空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能, 从而推进叶轮旋转。n 假设将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机发出电来。n 现代风机添加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等。长岛县海上30万千瓦风电场建立工程第第5 5节节 氢能氢能 n点火温度低，可发电或动力燃料点火温度低，可发电或动力燃料n一、氢的特点：轻、多、高、清洁能源；一、氢的特点：轻、多、高、清洁能源；n二、氢的制备：硫化氢制氢、太阳能制氢；二、氢的制备：硫化氢制氢、太阳能制氢；n三、氢的储存：液氢、吸氢合金；三、氢的储存：液氢、吸氢合金；n四、氢能的利用四、氢

12、能的利用 ：宇航器、化石燃料替代品：宇航器、化石燃料替代品。化石燃料与水蒸气反响化石燃料部分氧化生物质气化氢能氢能的的产生产生水水氢能氢能的的利用利用核能光、电分解用于燃料电池释放电能熄灭放热硫化氢制氢第第5 5节节 氢能氢能 第第6 6节节 地热能及其利用地热能及其利用 一、地热能：地球内部所蕴藏的热能。地下蒸汽一、地热能：地球内部所蕴藏的热能。地下蒸汽( (干蒸汽干蒸汽, ,湿蒸汽湿蒸汽) )；热水层；热岩层；热水层；热岩层二、地热的利用：发电、供暖、养殖、工业补水等二、地热的利用：发电、供暖、养殖、工业补水等 第第7 7节节 新发电方式新发电方式 n热能直接转换成热能直接转换成电能，原理

13、是用电能，原理是用高温导电流体高高温导电流体高速经过磁场切割速经过磁场切割磁力线。磁力线。n一、磁流体发电一、磁流体发电第第7 7节节 新发电方式新发电方式 二、燃料电池化学能直接转变成电能二、燃料电池化学能直接转变成电能 第第8 8节节 生物质能及其利用生物质能及其利用 一、植物的光协作用二、能源植物 生物质能的利用方式生物质能的利用方式1、直接熄灭、直接熄灭2、生物化学转换、生物化学转换3、热化学转换、热化学转换1 1、直接熄灭、直接熄灭注释:用纤维素C6H10O5n代表植物枝叶的主要成分C6H10O5)n +6n O26n CO2 +5n H2O点燃点燃缺陷:1生物质熄灭过程的生物质能的净转化效率在2040之间。2产生环境污染。2、生物化学转换、生物化学转换沼气：利用植物的秸杆、枝叶、杂草等制取沼气生物质转化为液体燃料：用含糖类、淀粉C6H10O5n较多的农作物如玉米、高粱为原料，制取乙醇。C6H10O5)n + nH2OnC6H12O6催化剂催化剂C6H12O62C2H5OH+2CO2催化剂催化剂2 2、生物化学转换、生物化学转换乙醇汽油的优点乙醇汽油的优点 乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。首先，乙醇汽油添加汽油中的含氧量，使熄灭更充分，有效地降低了尾气中有害物质的排放；第二，有效提高汽油的标号，使发动机运转更平稳；第三，可有效消除火花