新能源技术ppt

第五节新能源技术第三章当代高新技术的发展一、能源概述•能源是指能够直接或经过转换而获取某种能量的自然资源。•能源的分类•来自于地球本身，如核能、地热能等；•来自于球外天体，如宇宙射线及太阳能，以及由太阳引起的水能、风能、波浪能、海洋温差能、生物质能、光合作用等；•来自于地球和其他星体的相互作用，如潮汐能。能源的分类•常规能源：如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等；•新能源：如核能、太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等。•可再生能源：即不会随它本身的转化或人类的利用而越来越少，如水能、风能、潮汐能、太阳能、生物质能等；•非再生能源：它随人类的利用而越来越少，如石油、煤、天然气、核燃料等。•能源危机——能源资源短缺•煤储量6800亿吨，年消耗35亿吨，可使用200年•石油储量3000亿吨，年消耗40亿吨，可使用70年•能源消费的费用迅速增加——能源资源的勘探、开采越来越难，投入资金多、建设周期长、科技含量高人类所面临的能源问题人类所面临的能源问题•能源对环境的污染•研究和开发储量丰富、无污染的新能源势在必行二、核能的开发及利用•核能又称原子能或原子核能。它是原子核结构发生变化时发出的能量。核能是一种高度密集的能量，目前地球上还没有任何一种能源可以与之相比。•使原子核内蕴藏的巨大能量释放出来方法有两种•核裂变：重元素的原子核发生分裂反应释放裂变能•核聚变：轻元素的原子核发生聚合反应释放聚变能核反应核裂变能•如果1kg铀全部裂变，它放出的原子能相当于2500吨优质煤完全燃烧时所放出的化学能•将原子核裂变释放的核能转换成热能，再转变为电能的系统和设施，称为核电站。•反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行核反应堆及核电站•链式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质)带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量可以使水变成水蒸气，推动气轮机发电。•核反应堆的结构：核燃料＋慢化剂＋热载体＋控制设施＋防护装置。安全壳热蒸汽汽轮机发电机冷蒸汽冷水热水核电站是经济的能源•虽然核电站的投资高于燃煤电厂，但是，由于核燃料成本显著地低于燃煤成本，使得目前核电站的总发电成本低于烧煤电厂。•核电站在一些国家已经成为主要的能量来源之一。•截止2005年9月底，全世界正在运行的核电机组443座，分布在31个国家或地区，年发电量占世界总量的16%；反应堆拥有量排名前三位的美国、法国、日本的反应堆总和占全世界的49.4%，装机容量占56.9%。我国核电站发展情况•1991年12月我国第一座自行设计制造的30万千瓦秦山压水堆核电站并网发电•目前已有6座核电站共11台机组906.8万千瓦先后运行•2020年我国核电装机容量将达到4000万千瓦，占全国电力装机容量的4%。秦山核电站大亚湾核电站秦山三期核电站一号气轮机组核聚变能•一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时能释放出17.6Mev的能量，平均每个核子放出能量是裂变的几倍，是化学燃料的几百万倍•作为聚变燃料的氘的储量在地球上是异常丰富的，能为人类提供1025Kw小时的能量，按目前世界能量的消耗率估计可用1010年以上•聚变反应的产物是4He，无放射性，清洁能源。•一座核聚变反应堆，可连续工作3000年之久，可谓“人造太阳”17.6+n+HeHH+432MeV实现受控核聚变作为工业应用需要四个条件•超高温：把氘和氘等轻元素加热到1—2亿℃，克服粒子相互间的库仑斥力•高密度：使中子的密度达到每立方厘米50万亿个•约束时间长：对等离子体加以约束，使它能维持1秒以上的时间，以保证充分地发生核反应•约束时间长：对等离子体加以约束，即使它能维持1秒以上的时间•保持干净：从原料到容器须高度纯洁，容器在装入核燃料前就必须达到大气压的十亿分之一的高度真空。•大约有20多个国家建造了200余座核聚变实验装置，设计了各种受控热核反应堆发电装置国际热核聚变实验堆ITER•美国、日本、俄罗斯、欧州共同体决定共同出资兴建ITER(InternationalThermonuclearExperimentalReactor)——“人造太阳”计划•ITER（道路）：用受控核聚变发电，走和平利用核能的道路，为人类寻找可替代的洁净能源。•在计划提出近20年，选址耗时18年后，全球最大、代表世界未来能源科技最高水平的核聚变反应装置——ITER的建设地点终于滑落法国南部的卡达拉什（Cadarache）国际热核聚变实验堆ITER•为期30年、投资超过100亿欧元的国际超大型科学合作项目，其意义不亚于国际空间站计划和人类基因组计划•该计划已耗资120亿美元，涉及领域包括超导研究、高真空、环境科学、生命科学、等离子计量和控制、信息通信、纳米材料等多个学科。•2010年前后建成，如果实现,21世纪中叶有可能建成商业聚变堆并开始实际使用聚变能磁约束聚变装置——ITERITER的环形真空室我国新一代“人造太阳”实验装置•2006年9月，耗时8年、耗资2亿元人民币的我国新一代“人造太阳”实验装置——位于合肥的全超导非圆截面核聚变实验装置(EAST)实现了跨国远程控制的等离子体放电•美国通用原子能公司(GeneralAtomicsUSA)专家通过专用数据网，轻点鼠标即可轻松启动并运行地球另一端的中国核聚变实验装置•EAST的建成，使我国迈入磁约束核聚变领域先进国家行列。•中国的人造太阳.wmv积极开发、合理利用核能源•切尔诺贝利核电站爆炸及影响三、太阳能——未来最理想的能源•太阳是一个炽热的气态球体，没有固体的星体或核心。由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应，所以不断地释放出巨大的能量，并以辐射和对流的方式由核心向表面传递热量，其氢的储量足够维持100亿年•太阳每小时辐射到地球的能量约为18万兆瓦，相当于燃烧90兆吨优质煤的热量；太阳能是取之不尽，用之不竭的且无污染的能源。太阳能的利用•太阳能利用涉及多项技术问题•具有共性的技术是太阳能采集、太阳能转换、太阳能贮存和太阳能传输，将这些技术与其它相关技术结合在一起，便能进行太阳能的实际利用——光热利用、光电利用和光化学利用。光热转换利用太阳能•利用太阳辐射能加热集热器，把吸收的热能转换为机械能或电能。•德国青年自制太阳能汽车环游世界•太阳能烘干机可以烘干粮食、烟叶、干果、农副产品及木材等；•主动和被动的太阳房是利用太阳能采暖，是空调的一种简单、经济、有实效的项目；•可利用太阳能蒸馏器进行海水淡化……太阳能热发电•集中型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场地中心附近的高塔顶端的接受器上，将太阳的能量聚集在一起，加热来驱动汽轮机发电光电转换利用太阳能•通过半导体材料直接将太阳辐射能转变为电能(直流电)。•太阳能电池的种类主要有硅、硫化镉、砷化镓等电池。•太阳能电池技术较成熟，主要用于航天、无人灯塔、无线电中继站、无人气象站、浮标和电围栏等作为电源。薄如纸片的太阳电池•澳大利亚节能环保船长翅膀•太阳方舟：世界上最酷最大的太阳能建筑太阳能新产品•太阳能照像机：日本研制成功世界上第一架太阳能照像机，重最仅475克，机内装有高效太阳能电池板和蓄电池，蓄足电力可连续使用4年。美国一家公司也生产出了一种新型的135照像机，其动力由太阳能电池板供应，只要有光线就能提供能源。•太阳能汽车：日本东京电机大学设计出一种轻型太阳能轿车，其车顶上安装了两组蓄电池，利用太阳光充电后交替使用。一组蓄电池充电后可行驶110公里，夏季日照最长季节可达150公里，最适宜于日照时间长的地区使用。不用燃油，不污染环境。太阳能新产品•太阳能电话机：在法国的图尔市，新建了世界上第一批太阳能电话机。设有这种电话机的电话亭的顶端装设了太阳能电池，电话机完全依靠太阳能作无线通讯的能源。这种电话机话音清晰无障碍。它将在法国各公路沿线普遍设立。•英国一家无线电公司，也研制成功了类似的电话机。四、地热能的开发利用•地球本身是一座巨大的天然储热库。地壳、地幔、地核不同层次蕴藏着不同量的热能。从地面向下，在15Km以内，深度每增加100m，温度平均升高3℃左右。在100Km深处，温度高达1400℃。•全世界地热资源的总量大约为14.5×1025焦，是全部煤炭资源的储量的1.7亿倍。接世界年耗10亿t标准煤计算，可满足人类几十万年能源之用。地热能的利用•2O0-400℃直接发电及综合利用；•150-200℃双循环发电、制冷、工业干燥、工业热加工；•10O-15O℃双循环发电，供暖、制冷、工业干燥、脱水加工、回收盐类、罐头食品；•50-100℃供暖，温室、家庭用热水、工业干燥；•20-50℃沐浴，水产养殖、饲养牲畜、土壤加温、脱水加工地热发电•地热发电是利用地热能的代表性技术和重要方向之一。•地热发电是通过热能、机械能的中间转换产生电能，但地热发电所需的蒸汽能量是直接来源于地热能，不需要燃料、锅炉、运输设备等，因此，地热发电是一种比煤、石油、天然气、核能等发电便宜得多的能源利用方式。•俄堪察加半岛地热发电站成本低、清洁环保地热发电•全世界地热发电站约有300座，总装机容量接近1×104Mw，分布在20多个国家，其中美国占40%。•我国用于发电的地热资源主要集中在西藏、云南的横断山脉一线，全国地热发电装机容量88%集中在西藏，第一座地热电站羊八井电站已稳定运行了近30年。五、氢能的开发利用•氢能也叫氢燃料，是新型的“二次能源”，在超低温和高压下可成为液态•重量轻；热值高；“爆发力”强；来源广品质最纯洁；能量形式多；储运方便•用氢能取代碳氢化合物能源，将是一个重要发展趋势•真正做到大量而又廉价地获取氢能还存在着一定的技术问题五、氢能的开发利用•太阳热分解水制氢法、太阳能电解水制氢法、太阳能光电化学电池分解水制氢法、模拟植物光合作用分解水制氢法、太阳光络合催化分解水制氢法、微生物发酵制氢法、光合微生物制氢法等高技术制氢方法•绝大部分仍处于理论研究和实验室阶段，距离大规模工业实用化，还有一个相当大的距离•液态氢从1960年首次作为太空火箭的动力燃料，发展到今天已成为各种航天器的基本燃料•意大利设计在日内瓦发布Vadhò液氢动力概念车六、生物质能的利用•生物质能，即蕴藏在生物质中的能量,是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量•自然界各种植物、人畜排泄物等废物转化成的能源，如薪柴、沼气、生物柴油、燃料乙醇、林业加工废弃物、农作物秸秆、城市有机垃圾、工农业有机废水和其他野生植物等生物质能的特点•可再生性，生物质能由于通过植物的光合作用可以再生，可保证能源的永续利用；•低污染性，生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SO2等较少，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；•广泛分布性，缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；•总量十分丰富，仅次于煤炭、石油和天然气。利用现代技术将生物质转化为能量的方法•生物转换技术，将生物质通过微生物发酵方法转换为液体或气体燃料的技术，如酒精、沼气的生产技术；•化学转换技术，这是生物质通过化学方法转换为燃料物质的技术，主要包括有机溶剂提取法、气化法、热分解法。生物柴油•以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料，通过酯交换工艺制成、可代替柴油的再生性燃油•大戟科、萝摩科、菊科、桃金娘科以及豆科植物，从它们的茎、叶伤口处有乳白色或黄褐色液体流出来，其中含有与石油成分相似的碳氢化合物•一英亩三角大戟可生产相当于50吨石油的燃料一公顷象草平均每年可收获12t生物石油三角大戟七、能源的合理使用•风能的利用•工厂热能造福居民生活七、能源的合理使用•英国充分利用可再生能源七、能源的合理使用七、能源的合理使用•节能减排新方法再生能源进万家课后作业•查阅资料，试评价核能利用新技术的前景。•查阅资料，综述保持能源可持续发展的措施。•参考网站：中国新能源网