十八章能源与可持续发展.ppt

1、一、能源利用与社会发展,凡能够提供能量的资源。,能源是人类社会发展进步的物质基础。能源、信息、材 料一起构成了现代文明的三大支柱。每一种新能源的开发利 用和能源利用方式的变革都极大地促进下生产力的发展，并 引发社会变革，使人类文明前进一大步。,【能源定义】,距今约四五十万年前。,一、能源利用与社会发展,【利用简史】,18世纪蒸汽机发明后广泛应用。,一、能源利用与社会发展,【利用简史】,19世纪发电机发明后开始普及。,一、能源利用与社会发展,【利用简史】,20世纪打开原子核结构后的产物。,一、能源利用与社会发展,【利用简史】,【一次能源】从自然界可以直接获取的能源。,例：所有化石燃料、太阳能、风

2、能、水能、核能、 地热能、潮汐能等。,例：电能、煤气等。,【二次能源】从自然界不能直接获取，需要消耗 一次能源才能获得的能源。,【可再生能源】从自然界可以持续获取的能源。,【不可再生能源】从自然界不能持续获取的能源。,例：太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能。,例：所有化石燃料、核燃料。,按能源的来源分,按一次能源的持续性分,一、能源利用与社会发展,【能源类型】,【常规能源】已经大规模生产和使用的能源。,例：水能、煤炭、石油、天然气,【新 能 源】没有大规模生产和使用的能源。,例：太阳能、风能、地热能、氢能,【清 洁 能 源】对环境污染很小的能源,例：太阳能、水能、风能、核能、地热能,【非清洁能

3、源】对环境污染很大的能源,例：所有化石燃料,按能源的使用规模分,按能源的使用后果分,一、能源利用与社会发展,【能源类型】,例、日常生活中常用的能源有哪些?,例、下列能源中，属于可再生能源的是（ ） A.煤炭 B.石油 C.风能 D.核能,例、人类社会的进化发展过程，就是一部开发、利 用能源的历史。四五十万年前， 揭开了 人类利用能源的序幕；18世纪 的发明， 引发了世界性的工业革命；19世纪 的大量 使用，将人类社会推进到现代文明时代；20世 纪初 的发现和利用，为人类的明天描绘 了灿烂的蓝图。,例、下列能源中，属于常规能源的是（ ） A.天然气B.核能 C.太阳能 D.氢能,例、下图所示为2

4、005年各种能源在世界能源产量的 份额比例，由此可知（ ） A.天然气是当前世界的主要能源 B.煤炭在世界能源产量中略高与25 C.核能发电站位居能源产量第3位 D.图中能源都是不可再生能源,【解决途径】,开发新能源。,提高能源的利用率。,常规能源储量有限，开 发不合理，浪费严重。,人类社会发展对能源的 需求日益增加。,【现状成因】,我国能源供需紧张，制约社会发展。,优先开发利用核能、太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢能这六种新能源。,一、能源利用与社会发展,【能源现状】,二、核能,1919年，英国卢瑟福用粒子轰击氮时发现质子。,1932年，查德威克发现中子。,1934年，意大利物理学家费米用中

5、子轰击原子核，发现原子 核分裂产生能量很强。因此获38年诺贝尔物理奖。,1905年，著名物理学家爱因斯坦发表了划时代的论文论运 动物体的电动力学，提出了狭义相对论和著名的 核动力公式=mc，为核能利用奠定了理论基础。,【发现历程】,【重核裂变】,1939年，费米进一步提出链式反应的概念。,核能释放方式,二、核能,【开发应用】,即一个重核可裂变为两个中等质量的核， 从而获得原子能。,当两个或两个以上的较轻原子核，在极高 的温度和极大的压力下非常靠近时，它们聚合在一 起而形成一个较重的新原子核，同时释放出更为巨 大的能量。因为核聚变必须在极高的温度约1亿才 会发生，所以也叫热核反应。,如何利用好核

6、反应中产生的巨大能量呢？,二、核能,【开发应用】,核能释放方式,【轻核聚变】,【思考】,【核武器研究】,1939年9月1日，第二次世界大战正式打响。,1933年，爱因斯坦移居美国。,1938年，费米逃往美国。,德国尚有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、 劳厄、哈恩、盖革等核物理专家。,1939年，爱因斯坦等科学家努力说服美国总统罗斯福抢 在德国之前抓紧研制原子弹。,1940年，美国政府正式大量拨款，启动“曼哈顿工程”。,1943年1月1945年7月，奥本海默主持原子弹研制。,二、核能,【应用方向】,1945年7月16日第一颗原子弹试爆成功。,二、核能,【核武器研究】,【应用方向】,1945年8月6

7、日，铀弹小男孩投到广岛；,“小男孩”原子弹爆炸地点在 广岛市中心偏西北处，爆炸威 力相当于.8万吨炸药， 顷刻间产生了30万度的高温， 正处于爆炸中心的外科医院所 有的人和设施转瞬就化为灰烬，距爆心半径一千米范围内的花 岗岩都融化了，时速高达五六 十千米的强烈冲击波将距爆心 半径三千米范围内的所有建筑 物，几乎全部摧毁！,二、核能,【核武器研究】,【应用方向】,8月9日，钚弹胖子投在长崎。,在爆心附近，没有留下任何人 或物的痕迹，只是在地面上隐 约残留着如同人体外形的阴影， 广岛全城遍地焦土死尸枕籍相 连。市中心约12平方千米方圆 几乎被夷为平地，全市76,328 幢建筑物中，44.8万幢全部

8、被 毁，22117幢半毁，房屋损失达 70，日本官方统计当场死亡 和失踪人数达78,150人，伤51, 408人。加上后来因辐射、烧伤 而死亡的人数总计246,726人。,二、核能,【核武器研究】,【应用方向】,核军备竞赛 盟国冷战开始,1945年8月，斯大林下令抓紧研制原子弹。,1949年8月，苏联成功地进行了核实验。,1952年10月3日，英国研制成功原子弹。,1960年2月13日，法国研制成功核弹。,1964年10月16日，中国试爆成功原子弹。,如何有效地控制核能，安全和平利用核能呢？,1952年11月1日，美国试爆第一颗氢弹。,1953年8月，苏联研制氢弹成功。,1967年6月17日，

9、中国试爆成功氢弹。,原子弹核裂变， 氢弹核聚变,二、核能,【核武器研究】,【应用方向】,【思考】,1954年，苏联建成第一座小型原子能电站。,【核电站建设】,1942年费米在芝加哥研制核反应堆。,1956年，英国建成第一座小型原子能电站。,1957年，美国建成第一座小型原子能电站。,二、核能,【应用方向】,结构和工作原理,二、核能,【应用方向】,【核电站建设】,第一回路：先 用泵把水压入 核反应堆，在 那里获得核裂 变释放的核能， 水被加热，内 能增加，然后 进入热交换器， 在那里把热量 传递给第二回 路中的水，再 被泵压回反应 堆重新被加热。,第二回路：在热 交换器内，水被 加热成高温高压

10、蒸汽后，进入汽 轮发电机先把内 能转化成机械能， 再获得电能。做 功后的蒸汽内能 都减少了，它将 进入冷凝器冷却 成水，再由泵压 回热交换器重新 加热成高压蒸汽。,1991年,中国建成第一座自主研制的核电站。,秦山核电站,田湾核电站,三门核电站,大亚湾核电站,二、核能,【应用方向】,【核电站建设】,受控核聚变现状与发展,中国、日本、韩国、俄罗斯、美国和 欧盟6大ITER成员国2005年6月28日在 莫斯科敲定法国的卡达拉舍为反应堆 建设地，这一为期30年共计投资将超 过100亿欧元的国际超大型科学合作 项目很快就将正式启动。,“ITER”组织 拉丁文“道路”之意,该计划旨在建立世界上第一个受

11、控热核聚变实验反应堆，规模可与未 来实用聚变反应堆相仿，用以解决建 设核聚变电站的关键技术问题。,二、核能,【应用方向】,【核电站建设】,对比火力发电站,消耗的“燃料”少,结构相似，燃料不同,对环境污染小,长远看，成本低,核能的优点与缺点,二、核能,【辨析】,【优点】,【应用方向】,核废料,核废料具有放射性污染，因而建设使用核电站时必 须采用可靠的防护措施，防止放射性物质泄漏，避 免造成放射性污染，以保证核电站的安全运行。,二、核能,【缺点】,【应用方向】,核意外,1986年切尔诺贝利核 能电厂，因为运转人 员违法进行极危险的 实验，导致爆炸。造 成乌克兰、白俄罗斯、 苏俄地区，至少有九 百万

12、人受到辐射线影 响，至今尚有数百万 人生活于污染区内。 白俄罗斯婴儿出生率 下降50%。苏俄地区儿 童淋巴癌上升28.5%。,二、核能,【缺点】,【应用方向】,三、太阳能,【结构特点】,太阳内部的温度高达1千万摄氏度以上，在那里 就进行着大规模的核聚变反应。太阳辐射出的光和 热正是由聚变反应释放的核能转化而来的。,三、太阳能,【产生本质】,三、太阳能,【能源之母】,太阳能十分巨大，供应时间长。,太阳能分布广阔，获取方便。,太阳能安全清洁，取之不尽，用之不竭。,利用太阳能不征收任何“税”，经济划算。,三、太阳能,【利用优势】,【开发难度】,光热转换,A、如何提高太阳能直接转化内能的效率？,太阳能

13、热水器,太阳灶,三、太阳能,【利用途径】,【思考】,B、能进一步开发利用这一内能吗？,【结构组件】,聚光装置 集热装置 蓄热装置 汽轮发电装置,光热转换,三、太阳能,【利用途径】,【工作原理】,太阳能,光热转换,三、太阳能,【利用途径】,思考：太阳能 能否直接转化 为电能呢？,光电转换,太阳能电池及原理,1887年，赫兹（M.Hertz）首次发现的光照能使 半导体材料的不同部位之间产生电压。这种现象后 来被称为 “光伏效应”。,光电转换实现了太阳能直接向电能的转化， 再通过蓄电池以化学能的方式储存。,三、太阳能,【利用途径】,【总结】,1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池

14、，现在广泛应用于微波通讯基站、电台、野外活动、高速公路、也可为无电山区、空间站提供电力。,光电转换,三、太阳能,【利用途径】,光化转换,光合作用是绿色植物利用叶绿素在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。,光化转换实现了太阳能直接向化学能的转化。,三、太阳能,【利用途径】,【总结】,四、其他新能源,植物及其加工产品贮存的能量。,【生物质能】,理想的可再生能源,可再生性,低污染性,广泛的分布性,传统方法是直接燃烧,合理有效转换是发酵制沼气,四、其他新能源,【生物质能】,【总结】,【利用】,生物质能的优越性。,潮汐发电是利用每天涨潮 压退潮造成的水位差，涨 潮时将海水

15、储存起来，退 潮后再将海水放出，带动 发电机发电。,四、其他新能源,【潮汐能】,五、能量的转化,根据能量转化的顺序讲述能量转化的故事。,在一定条件下,各种形式能都可以相互转化,“消耗能量”“利用能量”“获得能量” 的实质是：能量相互转化或转移的过程。,能不能不消耗能量就能持续利用能量呢？ 能量的相互转化或转移是否遵循一定规律？,【活动】,【总结】,【思考】,不消耗能量而不断利用能量做功的机器。,永动机的想法起源于印度。,五、能量的转化,【永动机】,【研究历史】,泰斯尼尔斯,亨内考,达芬奇,所有永动机方案都无一例外地以失败告终。,1775年，法国科学院拒绝审理永动机。,【结果】,能量既不会凭空产生，也不会凭空消失， 它只能从一种形式转化为