自然科学概要（第二版）（微课版）课件 15.2能源

1材料CONTENTS第15章材料和能源能源215.2课程标准

1、知识目标：了解煤炭、石油、天然气等常规能源的应用情况。理解煤炭、石油、天然气的成因了解风能、太阳能、地热能、核能的应用情况。理解风能、太阳能发电的机理。2、能力目标：

具备批判性思维的初步能力。3、素质目标：

弘扬科学家精神，博学德清，鼎新致用。

第二节能源

一、常规能源能源就是能提供能量的自然资源。目前已被人类大规模开发利用并在生产和生活中起着重要作用的初级能源主要有煤炭、石油、天然气、水能、核裂变能和植物燃料几大类。它们又称为常规能源或传统能源，占去世界能源消费总量的99%以上。（一）煤

煤是古代植物遗体堆积在湖泊、海湾、浅海等地方，经过复杂的生物化学和物理化学作用转化而成的一种具有可燃性能的沉积岩。

在整个地质年代中有三个大的成煤期。古生代石炭纪和二叠纪，成煤植物主要是孢子植物；中生代侏罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物；新生代第三纪，成煤植物主要是被子植物。1、煤的形成煤是古代植物遗体堆积在湖泊、海湾、浅海等地方，经过变质作用形成的

（1）煤的干馏将煤粉放在隔绝空气的炼焦炉中加热，煤分解得到焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水和粗苯等。这些产物可用于生产化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、炸药、染料、医药等。

（2）煤的气化煤的气化是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。气化过程在气化炉中进行。这是一个吸热反应，所需热量一般由同时进行的碳的燃烧反应来提供。

C+H2O=CO+H2

煤气分为低热值气(CO、H2为主)和中热值气(CO、H2、少量CH4)。高热值气(CH4为主)。

（3）煤的液化

煤的液化是把煤转化成液体燃料的过程。

把煤与适当的溶剂混合后，在高温高压下使煤与氢气作用生成液体燃料，这是把煤直接液化的一种方法。煤还可以进行间接液化，就是先把煤气化成一氧化碳和氢气，然后再经过催化合成，得到液体燃料。

2H2+CO→CH3OH

2、煤的利用

（二）石油

1.石油的形成大多数地质学家认为，石油是古代生物遗骸，堆积在湖里、海里，或是陆地上，经高温、高压的作用，由复杂的生物及化学作用转化而成的。石油在地层中一点一滴地生成，并浮游于地层中。油点缓慢地沿着地层或断层向上移动，直到受不透油的封闭地层阻挡而停留下来。当此封闭地层内的油点越聚越多，便形成了油田。

2.石油的利用

（1）石油的分馏把石油加热后，不同的烃就按各自沸点的高低分别在不同温度的塔盘里凝结成液体。如汽油、煤油、轻柴油等。

剩下的渣油，人们通过裂化和重整来增加产品的品种。石油分馏炉

（2）裂化

裂化就是在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的烃的过程。裂化有热裂化和催化裂化。裂解是一种更深度的裂化。目前，石油裂解已成为生产乙烯的主要方法。

（3）重整直馏汽油含直链烷烃多，性能不能满足要求，人们就采用“重整”的办法来解决。重整是汽油在催化剂的作用下，生成芳香烃等化合物的过程。

（三）天然气

1.天然气的形成天然气是储存于地下多孔岩石或石油中的可燃气体。它的成因与石油的成因相似。天然气可分为油田气、煤层气、生物气和水合物气四种。

2.天然气的利用

天然气可当作燃料产生热能，也是石油化学制品的原料。

天然气的主要成分是甲烷，它不含一氧化碳，无色无味无毒、热值高、燃烧稳定。压缩天然气是天然气加压并以气态储存在容器中，它与管道天然气的成分相同，可作为车辆燃料利用。可燃冰燃气灶

（四）电力发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，通常由定子、转子等部件构成，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。1.火力发电火力发电是利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能，通过发电动力装置(包括电厂锅炉、汽轮机和发电机及其辅助装置)转换成电能的一种发电方式。发电机和电动机模型火力发电示意图2.水力发电

水力发电是利用江、河、水库水位的落差来做功，推动水轮机转动再带动发电机产生电能。水力发电示意图二、新能源

新能源主要是指目前尚未被人们大规模开发和广泛利用的能源。

一般来说，包括太阳能、风能、地热能、核聚变能、海洋能和氢能等。

1.经光—热转换获得热能

目前已推广使用的有太阳灶、太阳能热水器和太阳能干燥器。

太阳能是一种无污染、经济、取之不尽的理想能源。但又存在密度低、不连续、不稳定等缺点，所以太阳能大规模利用的关键在于解决太阳能的聚集和储存以及提高太阳能向其他能量形式的转换效率问题。（一）太阳能太阳能热水器

2.经光—电转换获得电能

目前研制成功的太阳能电池有100多种，主要是硅电池和砷化镓电池等。太阳能电池的转换效率已超过25％。太阳能电池是利用半导体材料的光电效应，将太阳能转换成电能的装置。已广泛用于空间站、人造卫星等航天器、太阳能汽车、太阳能飞机、太阳能电子产品等。（二）风能

太阳能电池板风力发电机

（三）地热能地热能是指在地球内部蕴藏着的巨大的热能，它主要来源于地球内部放射性元素衰变产生的热量。主要有水热型、地压型、干热岩型和岩浆型四大类。2017年，在中国青海共和盆地3705米深处钻获236℃的地温异常区，每100m平均增温6℃。中国已探明地热储量约合30亿t标准煤，展现出良好的利用前景。干热岩发电模式

（四）核能据计算，1公斤核裂变燃料放出的能量约与1万吨标准煤完全燃烧所放出的能量相等，而且产生的放射性废物很少。

核裂变反应的燃料铀和钚等天然放射性重元素在地球上的储量毕竟很少，也有耗尽的危险，所以人们又在积极探索利用核聚变能的方法。

人造太阳模型核电站模型

（五）氢能

氢能有三大优点：①效率高，氢燃烧所释放的热值约是同重汽油的27倍；②无污染，燃烧后的产物是水，对环境没有污染；③来源广，地球表面71%都为水所覆盖，而有水就可以分解制氢，氢燃烧后又生成水。目前氢能汽车和飞机已经问世。

（六）海洋能

海洋能是指海洋中的可再生自然能源，主要包括温差能、波浪能、潮汐能、海流能和盐度差能等，其资源极其丰富。海洋能的技术应用在20世纪60年代末才起步，目前潮汐