能源学科专题讲座：能量的转换和储存

能量的转换和储存主要内容能量的基本性质能量转换的主要燃料热能的产生机械能的获取电能的生产能量的储存能量的基本性质能量的基本性质“量”的多少能量守恒与转换定律“质”的高低能量贬值原理能量之间的转换能量守恒与转换定律自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中能量的总量恒定不变。能量贬值原理

一个封闭系统中的任何自发性变化，都必然朝着能量贬值（熵增）的方向发展，而最后的平衡状态，则对应于熵的最大可能值。热力学第二定律克劳修斯说法：“不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。”

开尔文说法：“不可能从单一热源吸取热量使之完全转变成功而不产生其它影响。”第二类永动机的例子以海洋为热源，海洋共有6.88×1020t的海水，如果海水的温度下降1℃，可放出2.88×1024KJ的热量，约合9.8×1016t标准煤，相当于目前全世界每年能耗的10万倍。能量转换的主要燃料能量转换的主要燃料燃料通常是指能够通过燃烧过程而将化学能转换为热能的物质。所有化石燃料及由化石燃料加工而成的其它含能体；所有生物燃料以及由生物燃料加工而成的含能体。能量转换过程及转换设备或系统能源能源形态转换过程转换机械或系统石油、煤炭、天然气等矿物燃料氢和酒精等二次能源化学能热能化学能热能机械能化学能热能机械能电能化学能电能热能化学能电能炉子、燃烧器各种热力发动机热机、发电机，磁流体发电，EGD发电（压电效应）热力发电，热电子发电燃料电池能量转换过程及转换设备或系统能源能源形态转换过程转换机械或系统水力、风力、潮汐、海流、波浪太阳能机械能机械能机械能机械能电能光能热能光能热能机械能电能光能热能电能光能电能光能化学能光能生物能电磁波电能水车、风车。水轮机——发电机，波力发电、风力发电、潮汐发电、海流发电热水器，采暖、制冷、光化学反应，太阳灶太阳热发动机太阳热发电热力发电，热电子发电光电池、光化学电池光化学反应（水分解）光合成能量转换过程及转换设备或系统能源能源形态转换过程转换机械或系统核能核分裂热能机械能电能核分裂热能核分裂热能电能核分裂电磁能电能核聚变热能机械能电能电能光（激光）热能电能热能聚变核发电，磁流体发电核能炼钢热力发电，热电子发电光电池核聚变发电热能的产生热能的产生燃料燃烧核能转换太阳能转换地热电能转换有关燃烧的知识燃料燃烧的必要条件燃烧所需的空气量燃烧产生的烟气量燃烧设备燃烧设备锅炉工业炉窑化学能

热能机械能的获取机械能的获取

热机转换热机效率内燃机

——往复运动热机燃气轮机

——外燃式热机蒸汽轮机

——将蒸汽热能转换为机械功的热机燃烧室发电机燃料空气废气电机转换电能的生产电能的生产机电转换电动机发电机热电转换磁流体发电热电偶温差发电热电子发电电化学电池燃料电池

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。用于电动自行车的金属储氢装置光电转换光伏效应能量的储存能量的储存在机械能、热能、化学能、辐射能、核能等六种主要类型的能量中，除辐射能外，都能储存在一些普通种类的能量形式中。主要指标 储能密度储存过程的能量损耗储存装置的经济性储能和取能的速率寿命（重复使用的次数）对环境的影响能量的储存机械能储存电能储存热能储存机械能的储存 机械能能以动能或势能的形式储存以动能储存：旋转飞轮以势能储存：弹簧、扭力杆、重力装置、压缩空气储能、抽水储能压缩空气储能压缩空气是工业中常用的气源，除了吹灰、清砂外，还是风动工具和气动控制系统的动力源。抽水储能电站纯抽水蓄能电站混合式抽水蓄能电站我国抽水蓄能电站开发现状从上世纪80年代开始起步，到目前为止我国已在9个省、区、市建成11座抽水蓄能电站，装机容量约为570万kW，占全国装机容量的1.8％。大型电站广州电站，装机容量240万kW浙江天荒坪电站，装机容量180万kW北京十三陵电站，装机容量80万kW河北潘家口电站，装机容量27万kW中型电站江苏浙江安徽湖北西藏将建电站山东泰安电站，装机容量100万kW浙江桐柏电站，装机容量120万kW山西西龙池电站，装机容量120万kW江苏宜兴电站，装机容量100万kW河北张河湾电站，装机容量100万kW安徽琅琊山电站，装机容量60万kW电能的储存以机械能的形式储存以化学能的形式储存于蓄电池中以电能的形式储存在静电场和感应电场中蓄电池利用电化学原理蓄电池蓄电池由正极、负极、电解液、隔膜和容器等5部分组成。静电场电能可用静电场的形式储存在电容器中。在直流电路中，广泛用作储能装置。在交流电路中，用于提高电力系统或负荷的功率因素。储能电容器广泛应用于高电压技术、高能核物理、激光技术、地震勘探等方面。感应电场电能还可以储存在由电流通过电磁铁这类大型感应器而建立的磁场中。利用感应电场储存电能不常用，因为它需要一个电流流经绕组去保持感应磁场。热能的储存热能储存是把一个时期内暂时不需要的多余热量通过某种方式收集并储存起来，等到需要时再提取使用。储存时间随时储存，以小时或更短的时间为周期，随时调整热能供需之间的不平衡；短期储存，以天或周为储热周期，维持一天（或一周）的热能供需平衡；长期储存，以季节或年为储存周期，调节季节（或年）的热量供需关系。热能储存方法显热储存潜热储存化学能储存地下含水层储热热能潜热储存利用蓄热材料发生相变而储热固体－液体相变蓄热液体－汽体相变蓄热（蒸汽蓄热器）地下含水层储热解决采暖和空调的季节性负荷问题的重要途径之一。利用地下岩层的空隙、裂隙、溶洞等储水构造以及地下水在含水层中流速慢和水温变化小的特点，用管井回灌的方法，把冬季大气环境中太丰富的“冷”和夏季不要钱的“热”储存在含水层中，在冷、热不是同时需要的场所实现供冷、供热。地