常规和新能源的开发和利用.ppt

1、a,1,冶金能源与环保,任课教师：宋巍 2013年3月,a,2,第二章 常规和新能源的开发和利用,分为两部分： 常规能源资源及评价 新能源的开发和利用,a,3,第1节 常规能源资源及评价,能源资源虽然种类多，数量大，但各有其特点和问题 原子核聚变能源：初步成熟，逐渐应用 太阳能、风能：间歇性、不稳定性，大规模利用还不经济，技术初步成熟 煤炭、石油、天然气、水力：成熟能源，广泛应用，但有其利弊，如污染和衰竭,a,4,常规能源是发展能源工业的基本条件， 在一定时期内，各国经济发展还要靠煤 炭、石油、天然气和水力等常规资源。 新能源的大规模使用还受到许多因素的 影响。,a,5,对能源资源数量表示的术

2、语：,资源量： 定义：是不受当前开采技术经济条件限制的数量； 例如：2000m以内的煤层； 储量： 定义：与开采的技术经济条件密切相关的数量； 例如：1500m以内，0.6m厚以上的煤层。,a,6,能源储量：,对能源储量进行地质和勘探工作，根据工作的不同程度分别确定为不同类别和不同级别的能源储量，一般将能源储量区分为： 地质储量： 定义：是根据已掌握的资料，按能源储藏的形式与分布规律进行地质推算而得出的储量； 探明储量： 定义：指已经做过不同程度的勘探工作，并提出相应的地质勘探阶段报告所计算获得的储量,a,7,a,8,可采储量：在探明储量中，按当前技术 经济条件可以开采的储量，又叫可供使 用量

3、。,a,9,1 煤炭资源,世界煤炭资源是最丰富的常规能源资源，是发展能源工业的重要物质基础。 世界煤炭资源 我国煤炭资源,a,10,世界煤炭可采储量的60%集中在美国(25%)、前苏联(23%)和中国(12%)，此外，澳大利亚、印度、德国和南非4 个国家共占29%。,a,11,主要分布在华北、西北地区，以山西、陕西、内蒙古等省区的储量最为丰富。,煤炭资源的特点是：蕴藏量大，但勘探程度低；煤种齐全，但肥瘦不均，优质炼焦用煤和无烟煤储量不多；分布广泛，但储量悬殊，东少西多，北丰南贫；资源赋存东深西浅，露采煤炭不多；煤层中共伴生矿产多 。,a,12,煤炭生产和利用中的问题,环境保护问题：露天开采破坏

4、土地、废气废水污染 煤炭运输问题：我国铁路煤炭运输动力与供需增长的脱节问题将持续 煤炭利用的技术问题：流态化床燃烧、煤油混烧、水煤浆、煤炭气化、液化技术,a,13,洁净煤技术：,（1）选煤 （2）型煤 （3）水煤浆 （4）先进的燃烧器 （5）流化床燃烧 （6）煤气化联合循环发电 （7）煤炭气化 （8）煤炭液化,a,14,a,15,a,16,a,17,制备流程：,a,18,a,19,2 石油资源,对石油资源的储量，通常用地质储量和可采储量来表示； 地质储量：地下已发现的石油总量； 可采储量：在地质储量中，用现代技术可采 采收率：可采储量对地质储量比值的百分数，一般为30，保证良好储采比，防止储采

5、比失调； 世界石油资源和我国的石油资源,a,20,a,21,3 天然气资源,世界天然气资源概况： 可采储量约为73万亿立方米，俄罗斯、伊朗最多，其次是美、阿尔及利亚、沙特、加拿大 我国列12位。,a,22,a,23,a,24,4 水力资源,我国水力资源理论蕴藏量达6.8亿千瓦，居世界首位； 可开发的水力资源装机容量为3.7亿千瓦，年发电量1.9亿千瓦时，是我国能源的巨大宝库，是不断再生的能源；,a,25,a,26,第二节 世界能源利用状况及发展趋势,能源的开发利用，同社会生产力的发展、科学技术的进步，以及人们生活水平的提高都有着极为密切的关系； 能源科学技术的每个重大突破，都会引起人类社会技术

6、的一次革命，把社会生产力推到一个新的水平；,a,27,1 世界能源的利用状况,1柴草 2煤炭 3石油 4天然气 5核裂变能 6太阳能、 核聚变能 及其它新 能源,a,28,2 世界能源的发展趋势,能源危机 其它能源的开发和利用 （1）原子能的进一步开发利用 （2）水力发电 （3）一些新型能源 （4）扩大煤的利用范围：将煤转换成气体和液体燃料，是替代石油和天然气供应不足的有效途径。,a,29,我国能源利用情况,1 我国能源构成与消费结构 我国能源构成与工业发达国家正好相反，石油和天然气的比重小，以煤为主。 2 我国能源利用情况 （1）单位国民生产总值能耗逐年下降； （2）主要能耗产品单位能耗下降

7、； （3）节能能力增加，节约建设资金； （4）资源综合利用率提高；,a,30,第2节 新能源的开发利用,新能源：一个相对的概念，任何一种能源，从它被人们发现到广泛利用，都有一个历史过程；例如：石油、天然气、核能； 常规能源资源将逐渐枯竭； 新能源：太阳能、地热能、原子核能、海洋能； 在本世纪，新能源在世界能源消费结构中将占重要地位。,a,31,1 太阳能,a,32,2 我国的太阳能资源,详细分布： 一类地区：日照2800-3300h，辐射量670-840万kJ，宁甘新青藏 二类地区：30003200h，580-670万kJ，冀晋内宁甘 三类地区：22003000h，500580万kJ，鲁豫吉辽

8、粤 四类地区：14002200h，420500万kJ，湘鄂桂赣浙 五类地区：10001400h，330420万kJ，川黔 国土广阔、太阳能资源丰富，一、二、三类面积大，有利用条件。,a,33,3 太阳能资源的利用,直接利用，有三种方式： （1）太阳能热能，光热转换 （2）太阳能电能，光电转换 （3）太阳能化学能，光化学转换,a,34,光热转换：,基本原理： 使太阳光聚集起来，用它加热物体而获得热量； 装置： 平板型集热器：太阳能热水器、太阳能蒸馏器、箱式太阳灶等； 抛物面型反射采光器：伞式太阳灶、高温太阳炉，可获得较高温度。,a,35,太阳能大规模利用，是用于发电：,光热电转换方式： 原理：利

9、用太阳辐射产生的热能发电，它是由太阳能集热器将吸收的热能转换成蒸汽，再驱动汽轮机发电。 缺点：夜间、阴天得不到太阳辐射，需要储能，投资费用高。,光电转换方式： 原理：利用光电效应原理，吸收太阳光的可见光部分，将光能直接转换成电能。 例如：太阳能电池（硅太阳能电池效率达1320），较为切实可行的方式。,a,36,4 原子能资源的利用,最现实的替代燃料能源的高品位能源，先进、清洁和经济。 核能工业的发展有以下几个问题： （1）核燃料的生产供应问题,a,37,（2）核能的安全与防护问题,每一个体系，从采矿废物的处理，都存在着安全问题； 重点：核反应堆的安全防护和核废物的安全储存； 三重密封安全措施防

10、护：燃料元件保壳、一回路压力壳、密封安全壳； 废物处理：废液固化、利用地质构造地下储存,a,38,（3）核能的经济性问题,核燃料消耗极少，但技术要求高，从经济性分析，核电站更适合用作承担电网的基本负荷，而不适用作为尖峰负荷。 （4）进一步扩大核能的用途问题 A、直接利用核能供热：低温供热氢能,a,39,5 燃料电池的开发和利用,燃料电池： 定义：把化学反应的化学能直接转化为电能的装置，与火力发电相比，关键的区别在于燃料电池的能量转变过程是直接方式。,a,40,燃料电池（Fuel Cell）与电池（Battery）的区别,相同点：将化学能转化成电能的装置； 区别：燃料电池是能量转换装置；电池是能

11、量储藏装置；,a,41,严格地讲：,燃料电池是电化学能量发生器，是以化学反应发电； 原电池是电化学能量生产装置，可一次性将化学能转变成电能； 充电电池是电化学能量的储存装置，可将化学反应能与电能可逆转换。,a,42,燃料电池的构造示意,a,43,燃料电池的特性,燃料的电池的优点： （1）高效率 （2）可靠性 （3）良好的环境效益 （4）良好的操作性能 （5）灵活性 （6）发展潜力,a,44,燃料电池的发展,1839年格罗夫使用两个铂电极电解硫酸时注意到，析出的气体（氢和氧）具有电化学活性，并在两极产生约1V的电势差; 20世纪50年代，用于阿波罗登月计划； 氢空气燃料电池； 70年代中期，磷酸

12、盐燃料电池； 80年代熔融碳酸盐燃料电池；90年代固体氧化物电池； 质子膜燃料电池。,a,45,目前，燃料电池必须解决的问题：,提高电池寿命、降低昂贵的膜及排热、排水等辅助系统的价格,a,46,燃料电池的类型、研究现状及应用,分类： 直接燃料电池：电池反应物被排放掉； 再生燃料电池：将产物再生为反应物； 非直接燃料电池：两类 一种是对有机燃料的加工，使其转变成氢； 一种是生物化学燃料电池，生化物质在酶的作用下产生氢。,a,47,按工作温度分：,工作温度： 低温 中温 高温 超高温 25100 100500 5001000 1000 根据电解质的性质分： 碱性燃料电池（AFC） 磷酸燃料电池（PAFC） 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） 固体氧化物燃料电池（SOFC） 质子交换膜燃料电池（PEMFC）,a,48,燃料电池分类,a,49,主要燃料电池及其特性,a,50,电极反应,在无CO、CO2时，阳极氧化反应为,阴极上氧的还原反应为,电池反应为,a,51,固体氧化物燃料电池的优缺点,材料成本