2.4《太阳能、生物质能和氢能的利用》(2014.1)

1、 第四单元第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用太阳能、生物质能和氢能的利用世界能源的主要来源石油石油 40年年天然气天然气 5 0 年年煤煤 炭炭 240年年能源危机能源危机环境污染风能风能生物质能生物质能太阳能新能源波浪能波浪能地热能地热能太阳能的利用太阳能的利用 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大太阳是一个巨大、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（约为气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.753.7510102626WW）的）的2222亿分之一，亿分之一，但已高达但已高达173,000TW173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能

2、量就，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于相当于500500万吨煤。下图是地球上的能流图。从图上可以看出，地万吨煤。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、阳能所包括的范围非常大，狭义

3、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。光电和光化学的直接转换。 太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要费使用，又无需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。利用。 一、一、 太阳能的利用太阳能的利用地球上的能流图

4、（单位106MW） 一、一、 太阳能的利用太阳能的利用一、太阳能的资源特点一、太阳能的资源特点太阳能的优点太阳能的优点1）资源丰富总量最大）资源丰富总量最大2）分布最广无需运输）分布最广无需运输3）最洁净）最洁净太阳能的缺点太阳能的缺点 有不稳定因素有不稳定因素 受各种因素（季节、受各种因素（季节、地点、气候等）的影响地点、气候等）的影响讨论：大家知道日常生活中有哪些利讨论：大家知道日常生活中有哪些利用太阳能的实例？用太阳能的实例？ 太阳能光热转换技术的产品最多。如热水太阳能光热转换技术的产品最多。如热水器、开水器、干燥器、采暖和制冷、温室与太阳器、开水器、干燥器、采暖和制冷、温室与太阳房、太

5、阳灶和高温炉、海水淡化装置、水泵、热房、太阳灶和高温炉、海水淡化装置、水泵、热力发电装置及太阳能医疗器具。力发电装置及太阳能医疗器具。 太阳能电池的应用范围很广。例如人造卫太阳能电池的应用范围很广。例如人造卫星、无人气象站、通讯站、电视中继站、太阳钟、星、无人气象站、通讯站、电视中继站、太阳钟、电围杆、航标灯、铁路信号灯。电围杆、航标灯、铁路信号灯。1、光热能转换、光热能转换 原理：利用太阳辐射加热物体而原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能获得热能应用：应用：太阳能热水器太阳能热水器 反射式太阳灶反射式太阳灶 高温太阳炉高温太阳炉 地膜、大棚、温室地膜、大棚、温室二、太阳能的利用方式二、太阳能

6、的利用方式光能光能热能热能太阳炉太阳炉太阳灶太阳灶热水器热水器大棚大棚2、光电转换、光电转换 原理：根据光电效应，利用太阳能直接转原理：根据光电效应，利用太阳能直接转化为电能化为电能应用：应用：为无电场所提供电池，包括移动为无电场所提供电池，包括移动 电电 源和备用电源、太阳能日用电子产品源和备用电源、太阳能日用电子产品 光能光能电能电能太阳能发电太阳能发电美国军用太阳能发电帐篷美国军用太阳能发电帐篷3、光化学能转化、光化学能转化 应用：选择芒硝晶体应用：选择芒硝晶体(十水合硫酸十水合硫酸钠晶体钠晶体)白天吸收热量溶解白天吸收热量溶解,晚上放晚上放出热量结晶出热量结晶.4、光生物质能转换、光生

7、物质能转换 原理：通过地球上众多植物的光合作用，将原理：通过地球上众多植物的光合作用，将太阳辐射转化为生物质能太阳辐射转化为生物质能化学方程式：化学方程式：6H2O + 6CO2 C6H12O6 +6O2光光叶绿素叶绿素原理原理:光能光能化学能化学能(C6H10O5)n +nH2O nC6H12O6C6H12O6(s)+6O2(g) 6H2O(l)+6CO2(g) H=-2804kJ/mol淀粉、纤维素淀粉、纤维素葡萄糖葡萄糖生物质能的利用生物质能的利用生物质能来源于植物及其加工产品贮存生物质能来源于植物及其加工产品贮存的能量。的能量。生物质能源是一种理想的可再生能源，生物质能源是一种理想的可

8、再生能源，其具有以下特点：其具有以下特点：可再生性；可再生性；低污染性低污染性 ；广泛的分布性广泛的分布性 。生物质能生物质能生物质能的利用方式生物质能的利用方式1、直接燃烧、直接燃烧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、直接燃烧、直接燃烧注释注释:用纤维素（用纤维素（C6H10O5）n代表植物枝叶的代表植物枝叶的主要成分主要成分（C6H10O5)n +6n O26n CO2 +5n H2O点燃缺点缺点: 生物质燃烧过生物质燃烧过程的生物质能的程的生物质能的净转化效率在净转化效率在2040之间。之间。2、生物化学转换1）、制沼气）、制沼气 原料：原料： 条件：条件： 主要

9、成分：主要成分： 用途：用途：植物的秸秆、枝叶、人畜粪便植物的秸秆、枝叶、人畜粪便厌氧厌氧甲烷甲烷 CO2、H2S、NH3、PH3气体燃料、提供肥料气体燃料、提供肥料利用植物的秸杆、枝叶、杂草等制取沼气利用植物的秸杆、枝叶、杂草等制取沼气二、二、 生物质能的利用生物质能的利用2 2、生生物物化化学学转转换换2)制乙醇制乙醇原料原料:条件条件:用途用途:方程式方程式:含糖类淀粉多的农作物含糖类淀粉多的农作物催化剂、水解、细菌发酵催化剂、水解、细菌发酵燃料、与汽油混合作发动机燃料燃料、与汽油混合作发动机燃料（C6H10O5)n + nH2OnC6H12O6催化剂催化剂C6H12O62C2H5OH+

10、2CO2发酵发酵3、热化学转换、热化学转换复杂的化学反应复杂的化学反应生物质生物质可燃性气体可燃性气体氢能的开发与利用氢能的开发与利用1、氢能的三大优势、氢能的三大优势1）燃烧放出的热量多）燃烧放出的热量多2）燃烧产物是水，不污染环境）燃烧产物是水，不污染环境3）制备的原料是水）制备的原料是水,资源不受限制资源不受限制2、氢能的产生方式、氢能的产生方式1）电解水制得）电解水制得2）生物质气化制得）生物质气化制得3）以天然气、石油和煤为原料，在高）以天然气、石油和煤为原料，在高温温 下与水蒸气反应制得下与水蒸气反应制得4）以天然气、石油和煤为原料，用部）以天然气、石油和煤为原料，用部分氧化法制得分氧化法制得5）光解水制得）光解水制得3、氢能的利用途径、氢能的利用途径1）燃烧放热）燃烧放热2）用于燃料电池，释放电能）用于燃料电池，释放电能3）利用氢的热核反应释放的核能）利用氢的热核反应释放的核能氢气的贮存和运输问题氢气的贮存和运输问题碳纳米管储氢材料碳纳米管储氢材料据据PhysOrgPhysOrg网网20052005年年1010月月2424日消息，最近一家名为日消息，最近一家名为En