世界上新能源材料发展状况

能源及新能源材料刘胜明博士西华大学材料科学与工程学院一能源的概述什么是能源？•能源是指一切能量集中的含能体(如煤炭石油)和能量过程(如风和潮汐)，能到达地球表面的，都叫做地球上的能源。•能源是社会经济建设和提高人民生活水平的重要物质基础之一。能源的分类一级能源第一类能源（来自地球以外）太阳辐射能煤，石油，油页岩，天然气，草木燃料，沼气和其它由于光和作用而固定下来的太阳能。宇宙射线，流星和其它星际物质带进地球大气的能量第二类能源（来自地球内部）地球热能地震，火山活动地下热水和地热蒸气（包括温泉和沸泉）热岩层原子能铀，钍，硼，氘第三类能源（来自地球和其它天体的相互作用）潮汐能二级能源电能，氢能，煤油，汽油，柴油，酒精，甲醇，丙烷，苯胺，肼，氨，硝化棉和硝化甘油，黑色火药等能源按被利用的程度分：•常规能源，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等；•新能源，如太阳能、氢能、地热能、潮汐能、生物质能等，另外还有核能。按能否再生分•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。按对环境的污染分•清洁能源，即对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等；•非清洁能源，即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。能源发展经历的几个阶段时间时期从火的发现到18世纪产业革命柴草时期18世纪中叶煤炭时期——蒸汽机20世纪初石油时期化石能源的枯竭新能源时期二传统的能源煤、石油和天然气等是世界上最重要的三种化石燃料。为什么我们把煤、石油、天然气称为化石燃料呢？“化石”二字意味着什么？煤、石油、天然气能被称为化石燃料是因为它们的形成经历了一个漫长的过程，这个过程经历了上亿年。化石能源是指上古时期遗留下来的动植物的遗骸在地层下经过上万年的演变形成的能源。如煤(植物化石转化),石油(动物体转化),天然气等。化石能源是一种碳氢化合物或其衍生物。它由古代生物的化石沉积而来，是一次能源。化石燃料不完全燃烧后，都会散发出有毒的气体，却是人类必不可少的燃料。化石能源所包含的天然资源有煤炭、石油和天然气。输入简单的文字输入简单的文字输入简单的文字输入简单的文字这里输入简单的文字概述文字总是高度抽象的，人们需要默读、需要转换成自己的语言、需要上下联想、需要寻找其中的逻辑关系；但人们看电影就轻松许多，只需要跟着故事的发展顺理成章地享受其情节、体味其寓意就行了。PPT就是要把这些文字变得像电影一样生动。这里输入简单的文字概述让你的PPT一把抓住观众眼球。电影有片头、游戏有片头、网站有片头，PPT演示也需要片头。演示开始时，观众往往会需要一个适应期，也许还在想着刚才没有处理完的工作，也许还在跟邻座侃侃而谈，也许还在抱怨着观看演示的辛苦，这时候，你需要立即把观众的视线聚焦到你的演示中来，精美和创意的片头能立即给观众带来震撼，让观众目不转睛。这里输入简单的文字概述传统上，我们把PPT归结为办公处理之类的工具，认为只要简单排版就可以满足需求。随着整个社会审美标准的提升，这一观点正被越来越多的人抛弃。PPT，特别是对外PPT，正成为单位形象识别系统的重要组成部分，代表着一个单位的脸面；设计，正成为PPT的核心技能之一，也是PPT水准高低的基本标准。这里输入简单的文字概述以往我们只是用颜色的深浅、形状的大小以及字体的不同来突出某些重要内容，这有一个很大的弊端，就是要强调的内容会一直处于强调地位，当我们讲述别的内容时，它会分散观众的视线；强调动画，通过对象的放大、缩小、闪烁、变色等动作实现强调效果，并能够让演示者自如控制，强调过后自动回复到初始状态。与那些戛然而止的PPT相比，加一个简单的片尾动画将收到意想不到的效果：一是作为礼貌，提醒大家演示结束，并给人一定的缓冲时间，准备接下来的活动；二是与片头动画相呼应，做到有始有终，避免给人虎头蛇尾的印象。煤碳（GT）石油（GT）天然气（TM3）世界总计1043.86世界总计137.3世界总计14.11前苏联241.01沙特25.71前苏联5.62美国240.562伊拉克13.42伊朗2.13中国114.53科威特13.33卡塔尔0.714澳大利亚90.944阿联酋12.74阿联酋0.535德国60.075伊朗12.25沙特0.536印度69.596委内瑞拉9.36美国0.467南非55.337前苏联7.87委内瑞拉0.388波兰42.18墨西哥7.38阿尔及利亚0.369美国3.89尼日利亚0.3410中国3.310伊拉克0.3111中国0.171994年世界化石燃料探明可采储量中东战乱中东的巨大石油蕴藏量令该地区成为世界焦点，各主要石油消耗国家均希望可以影响以至控制该地区，于是经常有冲突和战争。最近一次大规模的战事，相信发生在2003年3月，英美联军攻打伊拉克，给予军队的其中一些指令，是尽快控制油田及产油设施，并使破坏减至最低程度。另一次战争是1990年1月的海湾（波斯湾）战争以美国为首的联合部队攻击伊拉克，驱赶伊军离开科威特。我国的能源结构以煤为主天然气2%水电6%石油17%煤75%煤水电天然气石油这里输入简单的文字概述这里输入简单字概述这里输入简单简单的文字概述这里输入简单的文字概述简单的文字概述这里输入简单的文字概述此处添加详细文本描述，建议与标题相关并符合整体语言风格，语言描述尽量简洁生动。文字大小字体可自行编辑修改。请在此编辑文字内容,编辑论文主要内容，论文答辩内容编辑此处添加详细文本描述，建议与标题相关并符合整体语言风格，语言描述尽量简洁生动。文字大小字体可自行编辑修改。请在此编辑文字内容,编辑论文主要内容，论文答辩内容编辑此处添加详细文本描述，建议与标题相关并符合整体语言风格，语言描述尽量简洁生动。文字大小字体可自行编辑修改。请在此编辑文字内容,编辑论文主要内容，论文答辩内容编辑这里输入简单的文字概述点击添加标题点击添加标题添加标题点击此处添加文字说明点击此处添加文字说明添加标题点击此处添加文字说明点击此处添加文字说明添加标题点击此处添加文字说明点击此处添加文字说明添加标题点击此处添加文字说明点击此处添加文字说明•能源是人类社会生存和发展的重要物质基础,是现代文明的三大支柱之一。•目前，世界能源消耗还是以煤、石油、天然气之类的矿物能源为主，不但严重破坏生态环境，而且矿物能源不可再生，能源枯竭已成为共识。煤炭开采海上石油开采平台严重的生态破坏18•生态环境严重破坏：1952年12月，伦敦烟雾；酸雨；河流干涸；•巨大的能源危机：已开采800亿吨石油，按现在的开采速度，地球上已探明的1770亿吨石油储量仅够开采50年;已探明的173万亿立方米天然气仅够开采63年；已探明的9827亿吨煤炭还可用300年到400年;已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨，全球441座核电站每年消耗6万多吨浓缩铀，仅够使用100年左右。世界各国水能开发也已近饱和，风能、太阳能尚无法满足人类庞大的需求。•我国作为发展中大国，能源消耗巨大，能源利用率不高，能源结构也不合理。2009年，中国风力发电量达到了25.8亿瓦，超过了德国的25.77亿瓦，仅次于美国35亿瓦；2020年，中国将投入足以实现年发电量150亿瓦的风力涡轮机，成为世界最大的风能生产国。尽管在新能源领域有了大规模的增长，但风力发电量只占据中国电力消耗总量的1%。•为缓解和解决能源危机，科学家提出资源与能源最充分利用技术和环境最小负担技术。•新能源与新能源材料是两大技术的重要组成部分。•新能源的发展必须靠利用新的原理来发展新的能源系统，同时还必须靠新材料的开发与利用才能使新系统得以实现，并提高其利用效率，降低成本。•发展新能源材料是解决能源危机的根本途径。三新能源新能源太阳能风能海洋能氢能生物质能地热核能人类需要新能源太阳能•地球每年接受太阳的总能量为1.8×1018kWh，相当于全球能耗的1.2万倍，无污染，是永久性能源。•但是，太阳辐射到地球的能量密度太低，只有1kW/cm2，还受气候影响。•太阳能主要利用形式：1）热能直接利用：如利用镜面或反射槽将太阳光聚焦在收集器上，由中间介质吸热产生蒸汽，推动气轮机组发电；2）光伏效应：太阳能电池。太阳能的利用真空管集热太阳能热水器；“温室效应”太阳能电池太阳能汽车风能•太阳能在地面上约2％转变为风能，全球风力用于发电功率可达11.3万亿kW，很有发展前景。•风能与风速密切相关，但风车材料是关键。－个2.5MW的风车，转子叶片直径要80ｍ，包括传动箱的总重达30t；风车高近百米，用材几百吨。风车叶片耍有足够的强度和抗疲劳性能，目前主要采用玻璃钢或碳纤维增强塑料，正向增强木材发展。海洋能•潮汐的发生是地球受月球和太阳引力的影响而引起的涨潮时海水向岸边冲去，落潮时又退回海中，每天有规律地往复运动。受海岸、港湾地形的影响，海面的高度在高潮和低潮时有很大差别。可以用来推动机械装置，又可以用来发电。世界最大的潮汐电站•朗斯潮汐电站位于法国大西洋滨海圣马洛市附近，装机容量240兆瓦，年发电量5.44亿千瓦时，是当今世界最大潮汐电站。•工程于1961年1月开工，1966年8月第一台机组发电，1967年12月竣工。LaRanceTidalPowerStation中国最大的潮汐电站•江厦潮汐电站是中国目前利用潮汐能发电的最大试验电站。该站位于浙江省温岭县乐清湾北端的江厦港上。电站设计装机容量3900千瓦，年发电量约1000万千瓦时。1986年建成发电。江厦潮汐电站地热能•据计算，地球陆地以下五公里内，150℃以上岩石和地下水总含热量相当于9950万亿吨标准煤。按世界年耗100亿吨标准煤计算，可满足人类几万年能源之需要.•如果把地球上贮存的全部煤炭燃烧时所放出的热量作为标准来计算、那么，石油的贮存量约为煤炭的3％，目前可利用的核燃料的贮存量约为煤炭的15％，而地热能的总贮存量则为煤炭的1.7亿倍。•地球物质中放射性元素衰变产生的热量是地热的主要来源。•目前能为人类开发利用的．主要是地热蒸汽和地热水两大类资源。•目前地热资源勘探的深度可达地表以下5000m，其中2000m以下为经济型地热资源，2000-5000m为亚经济型地热资源。•从直接利用地热的规模来说，•最常用的是地热水淋浴，占总利用量的1/3以上，其次是地热水养殖和种植约占20%，地热采暖约占13%，地热能工业利用约占2%。•利用地热能，占地很少，无废渣、粉尘污染，用后的弃（尾）水既可综合利用，又可回注到地下储层，达到增加压力、保护储层、保护地热资源的双重目的。氢能•氢是理想能源，热值高、无污染。•存在的问题：1）氢的来源，只能通过电解水，太阳能分解水，生物制氢，以及化工、冶金等流程制氢，这就需要消耗能源；2）在存储、运输及应用过程中易爆，使材料产生氢脆、氢腐蚀，以及氢渗漏等。•利用方式：1）直接燃烧；2）储氢：将材料与氢结合成为氢化物，需要时加热放氢，放完后还可继续充氢。氢能的利用美国加州州长施瓦辛格为新“悍马”加氢气氢能的利用宝马H2R液氢动力实验赛车生物能•如人畜粪便、秸秆、杂草和不能食用的果蔬，等等废弃物，经过细菌发酵可以产生沼气(甲烷占55％～70％左右，二氧化碳占25％～40％左右，此外还有少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等)，用沼气做燃料和照明，燃烧后生成二氧化碳和水，不污染空气，不危害人类健康，并可以大大减少垃圾的数量。核能•铀在自然界中有三种放射性同位素：U235、U238、U234，在衰变过程中放出热量。•在军事上铀主要用来制造核武器和核动力燃料。•用作核电站反应堆的燃料，发电成本低。•铀裂变时产生的同位素及其射线，在工农业生产和科学技术领域中有广泛的用途。例如，工业无损检测；农业培育良种，防止病虫害；医学上灭菌消毒，临床诊断及治疗等等。•核聚变装置对材料要求十分苛刻，如耐中子辐射、耐高温和抗氢脆等四新能源材料42•新能源材料是指能实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术所需的关键材料，主要包括：•储氢合金为代表的储氢材料