新能源技术

第七节新能源技术一、能源的概述能源能的形式：——凡是能够提供某种形式能量的物质，或是物质的运动，统称为能源。机械能、声能、光能、电能、磁能、化学能、生物能…世界能源结构的演变柴草时期（从火的发现——18世纪中叶）煤炭时期（18世纪中叶——20世纪中叶）石油时期（20世纪中叶至今）能源问题世界能源消耗仍以化石燃料为主，而化石燃料储量有限。（见教材表3-3）而随着世界人口的不断增加，能源紧缺的时期将会提前来。能源分类一次能源二次能源第三类能源第二类能源新能源常规能源可再生能源非可再生能源按照能源转换和传递方式分类按照能源的性质分类按照利用能源的技术状况分类按照能源的形成和来源分类第一类能源二、能源的分类按照能源转换和传递方式分类一次能源如:煤、石油、天然气、水能、风能、生物能、沼气、太阳能、核能、潮汐能、地热能……二次能源如:汽油、煤气、焦炭、蒸汽、电能、氢能、酒精、热水……按照能源的性质分类非可再生能源：如:煤、石油、天然气、核能…可再生能源：如：太阳能、生物能、水能、风能、地热能、潮汐能、波浪能…按照利用能源的技术状况分类常规能源可再生能源——水能、生物能非可再生能源——煤炭、石油、天然气新能源可再生能源——太阳能、风能、地热能、潮汐能、波浪能非可再生能源——核能按照能源的形成和来源分类第一类能源：来自地球以外天体的能量太阳能、风能、水能、波浪能、煤、石油、天然气、生物能第二类能源：来自地球本身的能量核能、地热、温泉第三类能源：来自天体间的引力能潮汐能三、新能源核能太阳能地热能风能海洋能生物能氢能1、核能原子核结构发生变化时释放出的能量——统称为核能，也称为原子能。[视频]瓶子里的巨人n+U→Sr+Xe+2n+能量10235929338935410中子铀锶氙中子1千克铀核发生裂变时，放出的能量相当于燃烧2700吨标准煤。核电站中使用的主要是铀核裂变。⑴核能产生的原理重核裂变轻核聚变两个较轻原子核，聚合成一个较重的原子核nHeHH01241312+能量氘氚氦中子原子核聚变时，放出的能量比核裂变时还要大。但氢弹中的核聚变目前人们还无法控制。科学家们正在研究可控制的核聚变，以造福人类。聚变的概念和原理核反应方程：nHeHH01241312氘氚氦中子⑵链式反应浓缩铀慢中子铀块的体积必须足够大(临界体积)产生链式反应的条件：铀与原子能原子弹爆炸世界第一颗氢弹——麦克“麦克”爆炸成功我国第一颗氢弹爆炸生成的蘑菇云⑶核反应堆核反应堆是可控的链式反应装置，它能使核能平稳释放。核反应堆主要由核燃料、减速剂、控制调节系统、冷却系统和防护层组成。[视频]核能与核技术核燃料：天然铀或浓缩铀制成的铀棒减速剂：使快中子变成慢中子，通常用石墨、重水或普通水控制棒：调节中子的数量，从而控制反应速度，通常用镉棒冷却剂：保证反应堆在一定温度下运行，通常用水、液态金属钠、空气等流体⑷核电站1954年，前苏联建成世界上第一座核电站；现在世界上有30多个国家的400多座核电站在运行，占世界总电力的20%左右；中国核电建设已有20年的历史，截至目前中国共有核电站8座，共有15台机组，其中已建成运行的9台，正在建造的两台，已报送国务院并得到批准近期将开工的4台。[视频]崛起的新能源－－核电压水堆核电站工作原理大亚湾核电站全景图秦山核电站全景电站反应堆换料电站反应堆控制棒秦山核电站主控制室一般来说，如果防范措施得当，核电站是很安全的。历史上曾发生过两次核电站核泄露事故：一次是1979年3月18日，美国三里岛核电站堆芯熔毁；另一次是1986年4月26日，前苏联切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸。核电站的安全性核能利用的前景核电站最先使用的是铀-235，以后扩展到铀-238、钍-232，它们在地壳中蕴藏量巨大，如果全部利用可供人类用上几千年。海水中含有大量的氘，因此科学家正在研究解决从海水中提取氘作为核动力，使海水中的全部核能释放出来，足够人类用上百亿年。所以说核能是一种理想的新能源。核聚变能源开发2、太阳能地球上可以直接接受并利用的太阳辐射能。[视频]太阳能介绍太阳能特点太阳能取之不尽，用之不竭；太阳能在转换过程中不会产生危及环境的污染；太阳能资源遍及全球，可以分散地、区域性地开采。我国约有2/3的地区可以较好利用太阳能资源；太阳能能流密度低、其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。直接利用太阳辐射能的方式光—热转换光—电转换光—化学转换光—热转换太阳能发电太阳能高温炉冶炼高温材料太阳能节能建筑太阳能海水谈化太阳池太阳能发电太阳能高温炉冶炼太阳炉的焦点利用新型太阳炉的高温熔化15mm的钢板利用新型太阳炉熔化钨板太阳能节能建筑太阳能海水谈化光—电转换太阳能电池太阳能光伏电站深圳园博园太阳能光伏并网电站3、地热能是来自地球深处的可再生热能。它来源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。在有些地方，热能随自然涌出的热蒸汽和水而到达地面，这种热能的储量相当大。据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW·h。地热发电西藏的羊八井地热电站的供电量已占拉萨市电网供电量的40％以上，而且利用热发电的排放水还建立了50000M2的农业温室，使之成为拉萨市的主要蔬菜生产基地。羊八井地热电站3、风能全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。四大优点是：蕴量巨大；可以再生；分布广泛；没有污染。三大弱点是：密度低；不稳定；地区差异大。[视频]风能·未来独立运行方式并网运行方式[视频]风力发电5、海洋能海洋能(oceanenergy)是指依附在海水中的可再生能源，包括：潮汐能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能和海流能等，更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。海洋能理论上可再生的总量为766亿千瓦。海洋能开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。盐差发电原理图温差发电原理图加拿大安娜波利斯潮汐电站海流能发电示意图6、生物能以生物质为载体的能量。生物界一切有生命的可以生长的有机物质，包括动植物和微生物。所有生物质都有一定的能量，而作为能源利用的主要是农林业的副产品及其加工残余物，也包括人畜分粪便和有机废弃物。生物质能为人类提供了基本燃料。林业废弃物下角料农业废弃物能源作物7、氢能氢是宇宙中最丰富的元素之一，但是在地球上单质氢的含量微乎其微。氢能属于二次能源，只能由其他能源进行转化而得到。其主要优点有：燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。氢的来源化石燃料制氢生物制氢电解水制氢氢的利用宇航推进超亚音速飞机燃料电池车船动力