六升七 化学新能源课｜了解氢能太阳能风能

202XLOGO1认识我们的能源世界演讲人2026-06-13目录01.认识我们的能源世界02.氢能——未来的“零碳超级燃料”03.太阳能——拥抱阳光的无限能量04.风能——吹动地球的绿色动力05.三种新能源的“组队”未来06.课程总结六升七化学新能源课｜了解氢能太阳能风能各位即将升入初中的同学们，大家好。我是一名从事新能源科普与行业落地工作的从业者，今天很荣幸能和大家一起走进新能源的世界。我们每天都在和能源打交道：早上起床开灯、用热水洗脸，出门坐公交、骑电动车，晚上回家做饭、看电视，这些都离不开能源的支撑。但你有没有想过，我们现在用的能源，未来会不会不够用？又有没有更清洁、更可持续的能源选择呢？今天这节课，我们就来重点了解三种最具前景的新能源：氢能、太阳能和风能，一起探索未来能源的模样。01认识我们的能源世界1日常用能的点点滴滴1.1我们每天的用能场景从清晨的第一缕阳光照进窗户开始，我们的一天就和能源绑定在了一起：用天然气做饭，用电力点亮房间，坐燃油汽车或电动车上学，晚上用空调调节室温……据统计，一个普通家庭每年的用能量，相当于烧掉近1吨标准煤。而整个社会的用能规模更是惊人：2023年我国全年的能源消耗量，换算成标准煤的话超过50亿吨。这么多的能源，都是从哪里来的呢？1日常用能的点点滴滴1.2能源的基本分类我们可以把能源简单分成两类：一类是像煤炭、石油、天然气这样的传统化石能源，它们是古代生物经过亿万年的地质变化形成的，我们现在用的大部分能源都来自它们；另一类是新能源，也就是那些清洁、可再生、刚刚被大规模开发利用的能源，比如我们今天要讲的氢能、太阳能和风能。简单来说，传统能源是“地球攒了亿万年的旧家底”，而新能源是“取之不尽的新宝藏”。2传统能源的“成长烦恼”2.1储量有限的焦虑煤炭、石油、天然气都是不可再生能源，用一点就少一点。根据国际能源署的统计，按照现在的开采速度，全球的石油储量只够再用50多年，天然气够用70多年，煤炭也只能用100多年。也就是说，我们的子孙后代可能再也用不到这些传统能源了。去年我去西北的一个油田参观，当地的老工人告诉我，他们年轻时油田的出油量比现在多一倍，现在很多老油井都已经停产了，这让我真切感受到了传统能源储量减少的压力。2传统能源的“成长烦恼”2.2污染环境的代价除了会用完，传统能源的最大问题就是污染。烧煤会产生二氧化硫、氮氧化物，这些物质会形成酸雨，破坏土壤和森林；烧汽油和柴油会排放一氧化碳、氮氧化物，还有会导致全球变暖的二氧化碳。去年冬天我去河北的一个县城，那段时间当地主要靠烧煤供暖，街上的能见度不到500米，很多人都戴上了口罩。后来了解到，那个县城每年因为烧煤排放的二氧化碳，相当于种了10万棵树才能吸收完。2传统能源的“成长烦恼”2.3运输储存的安全隐患传统能源的运输和储存也有很多麻烦。比如汽油需要用油罐车运输，在路上很容易发生泄漏和爆炸事故；煤炭需要用火车或卡车运输，会产生大量的扬尘，污染周边的空气。而且传统能源的储存需要占用大量的土地和资金，比如大型的油罐和煤场，不仅成本高，还存在安全风险。3新能源：能源革命的新主角3.1什么是新能源新能源的定义很简单：首先是清洁的，不会或者很少产生污染物；其次是可再生的，比如太阳、风、氢，这些资源不会因为我们使用而减少；最后是可持续的，能够长期满足人类的用能需求。和传统能源相比，新能源最大的优势就是“零碳排放”，不会加剧全球变暖，也不会污染我们的空气和水。3新能源：能源革命的新主角3.2发展新能源的现实意义发展新能源不仅能解决传统能源的储量问题和污染问题，还能保障国家的能源安全。比如我国的石油大部分都需要进口，一旦国际局势发生变化，就会影响国内的能源供应。而太阳能、风能、氢能这些新能源，大部分都可以在国内开发利用，不用依赖进口，就能让我们的能源供应更稳定、更安全。02氢能——未来的“零碳超级燃料”1初识氢能：它到底是什么1.1氢气的基本性质氢气是世界上最轻的气体，无色无味，摸起来没有重量，燃烧的时候只会产生水，没有任何其他污染物。这也是氢能最吸引人的地方：如果我们用氢气作为燃料，那么汽车的尾气就是干净的水，不会污染空气。我第一次亲眼见到氢能应用是在2022年，当时我去参观上海的一个氢能公交站，看到一辆氢能公交车开过来，司机打开加氢枪，几分钟就加完了氢，然后车辆启动，尾气排出来的不是黑烟，而是淡淡的水雾，当时我就觉得，这就是未来汽车的样子。1初识氢能：它到底是什么1.2氢能的核心优势氢能的优势远不止清洁这一点。氢气的能量密度非常高，1公斤氢气燃烧产生的热量，相当于3公斤汽油或者4公斤煤炭。也就是说，同样重量的氢气，能让汽车跑的路程比汽油更远。而且氢能的应用场景非常广，不仅可以用来开车，还可以用来发电、炼钢、供暖，甚至可以储存其他新能源发的电。2氢能的“前世今生”2.1早期的氢能应用其实氢能并不是一个新鲜的概念。早在19世纪，人们就发现了氢气可以燃烧，并且用氢气填充飞艇，实现了空中飞行。不过后来因为氢气容易爆炸，比如1937年的兴登堡飞艇事故，导致很多人对氢气产生了恐惧，氢能的发展一度停滞。直到21世纪，随着科技的进步，人们掌握了更安全的氢气储存和运输技术，氢能才重新回到了大众的视野。2氢能的“前世今生”2.2现代氢能的发展现在全球很多国家都把氢能作为未来能源的重要发展方向。比如欧盟发布了《氢能战略》，计划到2030年建成1000万千瓦的氢能发电项目；日本也把氢能列为“国家战略能源”，计划在2050年实现氢能社会。我国也在2022年发布了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，明确了氢能的发展目标，现在国内已经有超过100个氢能公交示范项目，还有很多氢能货车和氢能火车正在测试中。3氢能怎么来？3.1灰氢：不算真正的绿色氢能目前市面上大部分的氢气都是灰氢，也就是用天然气或者煤炭制取的。这种方法的成本比较低，但是会排放大量的二氧化碳，比如用天然气制取1公斤氢气，会产生大约9公斤的二氧化碳，和烧汽油差不多，所以灰氢并不是真正的清洁能源。3氢能怎么来？3.2蓝氢：减少碳排放的过渡方案蓝氢是在灰氢的基础上，加上了碳捕捉技术，也就是把制取氢气过程中产生的二氧化碳收集起来，埋到地下，这样就能减少大部分的碳排放。不过蓝氢还是需要使用化石燃料，只是比灰氢更环保一点，属于过渡阶段的氢能产品。3氢能怎么来？3.3绿氢：真正的零碳氢能绿氢是最理想的氢能，它是用可再生能源（比如太阳能、风能）发电，然后用电解水的方法把水分解成氢气和氧气。简单来说，就是给水通上电，就能把水分子拆成氢气和氧气，这个过程不会产生任何污染物，而且氢气和氧气都是可以利用的资源。现在绿氢的成本还比较高，但是随着技术的进步，成本正在不断下降，预计到2030年，绿氢的成本会和灰氢差不多。4氢能的应用场景4.1交通领域：氢能汽车的时代现在氢能汽车已经开始量产了，比如丰田的Mirai、现代的NEXO，这些氢能汽车加满氢只需要5分钟，就能跑600多公里，比很多燃油汽车还要远。而且氢能公交车已经在很多城市投入使用，比如北京、上海、广州，这些公交车的尾气都是水雾，坐在里面听不到发动机的声音，非常安静。去年我坐过一次氢能公交，从起点到终点全程没有闻到任何异味，和坐电动车的感觉差不多，但是续航比电动车更长。4氢能的应用场景4.2工业领域：代替煤炭和天然气工业生产是用能大户，比如炼钢、化工生产，现在大部分都用煤炭和天然气作为燃料，会产生大量的碳排放。如果用氢能代替这些燃料，就能实现工业的零碳排放。比如宝钢已经在测试用氢能炼钢，预计到2030年就能实现部分钢厂的氢能炼钢，到2050年实现全钢厂的零碳排放。4氢能的应用场景4.3发电领域：氢能燃料电池氢能燃料电池可以把氢气的化学能直接转换成电能，效率比传统的火力发电高很多，而且不会产生污染物。比如在一些偏远地区，没有电网覆盖，就可以用氢能燃料电池发电，解决当地的用电问题。还有一些大型的氢能发电站，已经在欧洲和日本投入使用，能够为几万家庭提供电力。5氢能的“小烦恼”5.1制取成本高虽然绿氢的成本正在下降，但是现在还是比灰氢贵很多，比如1公斤绿氢的成本大约是30元，而1公斤灰氢的成本只有10元左右。所以现在要大规模推广绿氢，还需要政府的补贴和技术的进步。5氢能的“小烦恼”5.2储存运输难氢气非常轻，而且容易泄漏，所以储存和运输都需要特殊的设备。比如储存氢气需要用高压钢瓶，或者把氢气液化成液态氢，需要零下253摄氏度的低温，成本非常高。运输氢气也需要专用的油罐车，而且不能和其他易燃易爆物品放在一起。5氢能的“小烦恼”5.3安全问题很多人担心氢气会爆炸，其实只要按照规范操作，氢气的安全性和汽油差不多。现在的氢能汽车都有专门的氢气泄漏检测系统，一旦发现泄漏，就会自动关闭加氢系统。而且氢气比空气轻，一旦泄漏会很快向上飘散，不容易积累形成爆炸混合物，所以安全性其实比汽油更高。03太阳能——拥抱阳光的无限能量1太阳能：地球的“能量源头”1.1太阳的“超级能量”太阳是地球最大的能量来源，每秒释放的能量相当于10亿颗氢弹爆炸的能量。这些能量到达地球的只有二十亿分之一，但是已经足够人类使用几十亿年。也就是说，只要我们能充分利用太阳能，就再也不用担心能源不够用的问题。去年我去青海的柴达木盆地参观，那里的日照时间非常长，一年的日照时数超过3000小时，当地的太阳能资源非常丰富，我站在光伏电站里，看到几万块光伏板在阳光下闪闪发光，就像一片蓝色的海洋。1太阳能：地球的“能量源头”1.2太阳能的两种利用方式太阳能的利用主要有两种方式：一种是光热转换，也就是把阳光变成热量，比如太阳能热水器、太阳能供暖；另一种是光电转换，也就是把阳光直接变成电能，比如光伏板发电。这两种方式都非常简单，而且没有任何污染物。2光热利用：把阳光变成热量3.2.1太阳能热水器：家家户户都能用太阳能热水器是最常见的太阳能应用，它的原理是用黑色的集热管吸收阳光的热量，把水加热。现在我国每年生产的太阳能热水器超过1亿台，已经有超过2亿家庭使用了太阳能热水器。我家在南方的一个小城市，从2018年开始安装了太阳能热水器，现在每年的热水费用只需要几十元，比用电热水器便宜很多。2光热利用：把阳光变成热量2.2太阳能供暖：大型社区的清洁供暖在北方的一些城市，已经开始用太阳能供暖系统为社区提供暖气。比如河北的一个小区，安装了1000多平方米的太阳能集热板，每年可以为小区提供3000多吨的热水供暖，代替了原来的燃煤锅炉，每年减少碳排放超过1000吨。2光热利用：把阳光变成热量2.3太阳能干燥：农产品的清洁加工在新疆的葡萄干加工厂，很多都用太阳能干燥设备来烘干葡萄干。原来用煤炭烘干葡萄干，会产生大量的烟尘，污染葡萄干，现在用太阳能烘干，不仅更干净，而且成本更低。我去年去新疆参观葡萄干加工厂，看到一排排的太阳能干燥箱，里面的葡萄干在阳光下慢慢变干，没有任何烟尘，非常环保。3光电利用：把阳光直接变成电3.1光伏板的秘密光伏板的核心是硅片，硅是一种半导体材料，当阳光照到硅片上的时候，硅片里的电子会被激发，形成电流。简单来说，光伏板就像一个“阳光发电机”，只要有阳光，就能产生电。现在的光伏板的发电效率已经超过20%，也就是说，1平方米的光伏板，每小时可以产生大约200瓦的电力。3光电利用：把阳光直接变成电3.2分布式光伏：屋顶上的发电站分布式光伏就是在家庭、工厂、学校的屋顶上安装光伏板，自己发电自己用，多余的电可以卖给国家电网。现在我国的分布式光伏装机量已经超过1亿千瓦，每年可以发电超过1000亿千瓦时。我老家的屋顶上就安装了20平方米的光伏板，每年可以发电大约3000千瓦时，不仅自己家用电不用花钱，还能把多余的电卖给电网，每年能赚大约1000元。3光电利用：把阳光直接变成电3.3大型光伏电站：沙漠里的能源基地在沙漠、戈壁这些日照时间长的地方，会建设大型的光伏电站，比如青海的塔拉滩光伏电站，占地超过600平方公里，安装了超过2000万块光伏板，每年可以发电超过100亿千瓦时，相当于减少了800万吨的碳排放。这个光伏电站不仅能发电，还能为沙漠地区的植被提供阴凉，促进沙漠绿化，真是一举两得。4太阳能的应用场景4.1日常家电：太阳能路灯、太阳能充电宝现在很多城市的路灯都是太阳能路灯，白天吸收阳光，晚上自动亮灯，不需要接电网，非常方便。还有太阳能充电宝，只要有阳光就能充电，适合户外旅行的时候使用。去年我去西藏旅游，看到很多牧民家里都用太阳能充电宝给手机充电，因为那里没有电网，太阳能就是他们唯一的用电来源。4太阳能的应用场景4.2大型工程：光伏电站并网发电大型光伏电站发的电会通过电网送到千家万户，比如江苏的一个光伏电站，每年发的电可以供100万户家庭使用。现在我国的光伏装机量已经超过4亿千瓦，是全球最大的光伏应用市场。4太阳能的应用场景4.3航天领域：卫星的“能量翅膀”卫星和空间站都需要用太阳能板来提供电力，因为太空中没有电网，而且燃料的重量非常宝贵。比如国际空间站的太阳能板面积超过3000平方米，每天可以发电超过100千瓦，足够整个空间站使用。5太阳能的“小不足”5.1受天气和时间影响太阳能发电只能在白天有阳光的时候进行，晚上和阴天就不能发电了。所以要大规模推广太阳能，还需要配合储能设备，比如蓄电池或者氢能，把白天发的电储存起来，晚上再用。5太阳能的“小不足”5.2初期安装成本高比如安装一套屋顶光伏系统，需要花费大约3万元，虽然5年左右就能收回成本，但是初期的投资还是比较高的。不过现在很多地方都有政府补贴，安装光伏系统可以获得几千元的补贴，降低了初期的成本。5太阳能的“小不足”5.3占地问题大型光伏电站需要占用大量的土地，比如1万千瓦的光伏电站需要大约20万平方米的土地，所以在城市里很难建设大型光伏电站，只能建设分布式光伏。04风能——吹动地球的绿色动力1风能：看不见的“隐形力量”1.1风是怎么来的风是因为太阳加热地球表面，导致空气冷热不均流动形成的。比如夏天的时候，陆地比海洋热，空气会从海洋流向陆地，形成海风；冬天的时候，陆地比海洋冷，空气会从陆地流向海洋，形成陆风。只要有太阳，就会有风，所以风能也是一种可再生能源，取之不尽用之不竭。1风能：看不见的“隐形力量”1.2风能的历史其实人类利用风能的历史已经有几千年了。古代的人们用风车磨面、提水，比如中国古代的筒车，就是用风能来提水灌溉农田。到了19世纪，欧洲开始用风力发电机发电，不过当时的风力发电机的功率非常小，只能为少数家庭提供电力。直到20世纪，随着科技的进步，风力发电机的功率越来越大，才开始大规模应用。2现代风力发电机的“工作原理”2.1叶片：风力发电机的“翅膀”风力发电机的叶片就像飞机的翅膀，当风吹过叶片的时候，叶片会产生升力，带动叶片转动。现在的风力发电机的叶片非常长，有的超过100米，比一个足球场还要长。叶片的材质是玻璃钢，非常坚固，而且重量轻，能够承受强风的冲击。2现代风力发电机的“工作原理”2.2机舱：风力发电机的“心脏”机舱里面有齿轮箱和发电机，叶片转动的时候，会带动齿轮箱把转速提高，然后带动发电机产生电流。机舱里面还有控制系统，可以根据风向调整叶片的角度，让叶片始终对着风，提高发电效率。2现代风力发电机的“工作原理”2.3塔筒：支撑叶片和机舱塔筒的高度一般在100米以上，有的甚至超过200米，比50层楼还要高。塔筒的作用是支撑叶片和机舱，让叶片能够接触到更高处的风，因为越高的地方风速越大，发电效率越高。3风力发电的类型3.1陆上风电：草原和戈壁上的风电场陆上风电是最常见的风力发电方式，一般建在草原、戈壁、沿海地区这些风速比较大的地方。比如内蒙古的锡林郭勒草原，有超过1000万千瓦的陆上风电装机量，每年可以发电超过200亿千瓦时。去年我去锡林郭勒草原参观，看到几百台风力发电机排成一排，就像一群钢铁巨人，在草原上转动，非常壮观。当地的牧民告诉我，这些风力发电机不仅不会影响草原放牧，还能给村里带来不少收入，每年的风电收益超过1000万元。3风力发电的类型3.2海上风电：海里的“超级发电机”海上风电比陆上风电的发电效率更高，因为海上的风速更大，而且更稳定，不会受到地形的影响。现在我国的海上风电装机量已经超过2000万千瓦，是全球最大的海上风电市场。比如浙江的东海大桥海上风电场，安装了30台风力发电机，每年可以发电超过7亿千瓦时，足够为100万户家庭提供电力。4风能的应用场景4.1小型风机：偏远地区的用电保障在一些偏远的山区、海岛，没有电网覆盖，就可以用小型风力发电机来提供电力。比如我国的西沙群岛，每个岛屿都安装了小型风力发电机和太阳能板，为岛上的居民提供电力。去年我去西沙群岛旅游，看到每个渔民的家里都有小型风力发电机，晚上的时候，发电机发出的电可以照亮整个村子，非常方便。4风能的应用场景4.2大型风电场：能源供应的重要组成部分大型风电场发的电会通过电网送到千家万户，现在我国的风电装机量已经超过3亿千瓦，每年可以发电超过6000亿千瓦时，相当于减少了5亿吨的碳排放。风电已经成为我国第二大可再生能源，仅次于太阳能。4风能的应用场景4.3海上风电：沿海城市的清洁电力沿海城市的用电需求非常大，而且传统能源的运输成本比较高，所以海上风电非常适合沿海城市。比如上海的海上风电场，每年可以发电超过10亿千瓦时，为上海的工业和居民提供清洁的电力。5风能的“小挑战”5.1风速不稳定风能的发电效率取决于风速，风速太大或者太小都会影响发电效率。比如当风速超过25米每秒的时候，风力发电机就会自动停机，防止叶片被损坏；当风速低于3米每秒的时候，风力发电机也不能发电。所以要大规模推广风能，还需要配合储能设备，把发电多的时候的电储存起来，在发电少的时候使用。5风能的“小挑战”5.2噪音和占地问题大型风力发电机运转的时候会产生一定的噪音，一般在50分贝左右，相当于两个人正常说话的声音。不过现在的风力发电机已经改进了叶片的设计，噪音比以前小了很多。而且风力发电机需要占用一定的土地，不过陆上风电的土地可以同时用于放牧和种植，不会浪费土地资源。5风能的“小挑战”5.3对鸟类的影响早期的风力发电机对鸟类有一定的影响，因为鸟类会撞到叶片上。不过现在的风力发电机已经改进了叶片的颜色和形状，比如把叶片涂成白色，让鸟类更容易看到，而且调整了叶片的转速，减少了对鸟类的影响。现在的风力发电机对鸟类的影响已经非常小了。05三种新能源的“组队”未来1为什么要协同发展？1.1每种新能源都有自己的优缺点氢能、太阳能和风能各有各的优势和不足：太阳能和风能的优点是就地取材，发电成本低，但是受天气和时间的影响比较大；氢能的优点是储存和运输方便，能量密度高，但是制取和储存的成本比较高。如果把这三种新能源组合起来，就能互相补充，发挥最大的优势。1为什么要协同发展？1.2互补使用的协同效应比如白天的时候，太阳能和风能可以大规模发电，把多余的电用来制取绿氢，储存起来；晚上的时候，太阳能不能发电，但是风能可能还在转，或者用储存的氢能来发电，满足晚上的用电需求。这样就能实现能源的稳定供应，不会出现停电的情况。2现实中的协同应用案例2.1风光储一体化项目现在很多地方都在建设风光储一体化项目，也就