1、第四章第四章 能源科學技術能源科學技術 主要內容主要內容第1節 概述第2節 太陽能及其利用第3節 原子核能及其利用第4節 水力發電和風能的利用第5節 氫能第6節 地熱能及其利用第7節 新發電方式第8節 生物質能及其利用第9節 節能第第1 1節節 概述概述一、能源的概念一、能源的概念 n能源是指可以提供某種方式能量的資源。能源是指可以提供某種方式能量的資源。它包括提供某種方式能量的物質資源和提它包括提供某種方式能量的物質資源和提供某種能量的物質運動方式。供某種能量的物質運動方式。n燃料、風力、水力、太陽能等能源燃料、風力、水力、太陽能等能源 二、能源的開展二、能源的開展n能源的開展：n火和自然動

2、力；n化石燃料；n電能的運用；n新興能源的開發。n能源研討開展趨勢：n改良耗能技術，提高能源效率；n開發新興能源清潔，可再生；n分散研討到綜合研討。三、能源的分類三、能源的分類 n世界上能源種類很多，分類方法也不少。可以按不同的目的和開發利用要求，進展多種方式的分類。 n1. 按能源的生成方式，可以分為一次能源和二次能源。n2. 按能源的構成和再生性，可以分為可再生能源和非再生能源。n3. 按能源的來源，可以分為來自地球外部天體的能源，來自地球內部的能源及來自地球和其它天體相互作用而產生的能量。n4. 按能源的儲存情況，可分為含能體能源和過程性能源。n5. 按能源的利用情況，可以分為常規能源和

3、新能源。 四、能源與環境四、能源與環境 n運用最多的能源是化石燃料n“溫室效應：二氧化碳、甲烷等氣體n“煤煙型污染：硫的氧化物和顆粒粉塵n節約能源的必要性：技術緣由新能源技術不成熟,不能廣泛運用；可以減輕污染n改動能源構造，開展清潔可再生能源。五、能源科學技術五、能源科學技術 n能源科學技術是研討各種能源的開發、消能源科學技術是研討各種能源的開發、消費、轉換、傳輸、分配、儲存、節能以及費、轉換、傳輸、分配、儲存、節能以及綜合利用等方面的實際和技術。綜合利用等方面的實際和技術。 第第2 2節節 太陽能及其利用太陽能及其利用 n地球上除地熱能、核能外其它能源都來源于太陽能；n優點：普遍、無害、長久

4、、宏大；n缺陷：不穩定、不集中、不易保管。一、太陽和太陽能一、太陽和太陽能二、太陽能的光熱轉換二、太陽能的光熱轉換 n太陽能的光熱轉換是將太陽的輻射能直接轉換為熱能，實現這個目的器件叫集熱器。 太陽能房屋集熱器太陽能房屋集熱器三、太陽能的光電轉換三、太陽能的光電轉換 n太陽能的光電轉換是把太陽的輻射能轉化成電太陽能的光電轉換是把太陽的輻射能轉化成電能的過程，通常叫做能的過程，通常叫做“光生伏打效應。光生伏打效應。 四、太陽能的光化學轉換四、太陽能的光化學轉換 n太陽能的光化學轉換是將太陽的輻射能轉化太陽能的光化學轉換是將太陽的輻射能轉化為化學能，實現這個目的主要有兩種方法：為化學能，實現這個目

5、的主要有兩種方法：植物的光協作用和分解水制氫。植物的光協作用和分解水制氫。 第第3 3節節 原子核能及其利用原子核能及其利用 n來自原子核內部的能量，我們就叫原子核能來自原子核內部的能量，我們就叫原子核能俗稱核能。核能是原子核構造發生變化時放俗稱核能。核能是原子核構造發生變化時放出的能量。出的能量。n普通指重原子核發生裂變和輕原子核發生聚變普通指重原子核發生裂變和輕原子核發生聚變時所放出的宏大能量。時所放出的宏大能量。 一、重核的裂變一、重核的裂變 1. 1. 重核裂變重核裂變2. 2. 鏈式反響鏈式反響3. 3. 臨界質量臨界質量(1) 原子彈1945年7月16日第一顆原子彈試爆勝利1964

6、年10月16日我國原子彈試爆勝利一、重核的裂變一、重核的裂變 4. 4. 重核裂變的運用重核裂變的運用4. 4. 重核裂變的運用重核裂變的運用(2) 核電站核電站n 主要組成部分:堆芯;中子反射層;冷卻系統;控制系統;維護層。n 1979年美國三里島事故、1986前蘇聯切爾諾貝利事故一、重核的裂變一、重核的裂變 1991年，我國第一座核電站年，我國第一座核電站秦山核電站發電實驗勝利秦山核電站發電實驗勝利氘氘-氚聚變氚聚變 氫原子最容易實現的聚氫原子最容易實現的聚變反響是其同位素氘與氚的聚變。變反響是其同位素氘與氚的聚變。氘和氚聚變后，氘和氚聚變后，2個原子核結合成個原子核結合成1個氦原子核，并

7、放出個氦原子核，并放出1個中子和個中子和17.6兆電子伏特能量。兆電子伏特能量。每1升海水中含30毫克氘，30毫克氘聚變產生的能量相當于300升汽油。二、輕核的聚變二、輕核的聚變 n 兩個或兩個以上的較輕原子核,在超高溫等特定條件下聚合成一個較重的原子核并釋放出宏大的能量.又叫熱核反響。各國從原子彈爆炸到氫彈實驗所用時間各國從原子彈爆炸到氫彈實驗所用時間 法國：法國：8年；美國：年；美國：7年；蘇聯：年；蘇聯：10年；中年；中國：國：2年年8個月個月 1964年年10月月16日中國爆炸了第一顆原子彈；日中國爆炸了第一顆原子彈；1967年年6月月17日，在我國西部地域勝利地爆日，在我國西部地域勝

8、利地爆炸了第一顆氫彈。炸了第一顆氫彈。 磁約束安裝磁約束安裝-托卡馬克安裝托卡馬克安裝(Tokamak)(Tokamak)托卡馬克安裝托卡馬克安裝 托卡馬克是托卡馬克是“磁線圈圓環室的俄磁線圈圓環室的俄文縮寫，又稱環流器。這是一個由封鎖磁場組成文縮寫，又稱環流器。這是一個由封鎖磁場組成的的“容器，像一個中空的面包圈，可用來約束容器，像一個中空的面包圈，可用來約束電離子的等離子體。經過磁力線的作用，氫的同電離子的等離子體。經過磁力線的作用，氫的同位素等離子體被約束在這個位素等離子體被約束在這個“容器中運轉，發容器中運轉，發生高密度的碰撞，也就是聚變反響。生高密度的碰撞，也就是聚變反響。第第4 4

9、節節 水力發電和風能的利用水力發電和風能的利用 16.6%2.1%5.1%76.2%19901990年我國化石燃料和水電能源耗費構成表示圖年我國化石燃料和水電能源耗費構成表示圖 無論是煤炭、石油還是天然氣，作為不可再生的天然的化石能源，其資源總量是有限的。據測算，以目前的開采速率，這三種天然一次能源的供應，石油還能維持約40年，天然氣(常規)約65年，煤炭250300年。一、水力發電一、水力發電原理：上游水的重力勢能轉原理：上游水的重力勢能轉化為水流的動能，水流經過化為水流的動能，水流經過水輪機時將動能傳送給水輪水輪機時將動能傳送給水輪機，水輪機帶動發電機轉動機，水輪機帶動發電機轉動將動能轉化

10、為電能。將動能轉化為電能。二、水力發電二、水力發電水力發電的特點水力發電的特點 可再生性可再生性 可調理性可調理性 干凈性干凈性 綜合利用綜合利用 對經濟開展的帶動作用對經濟開展的帶動作用 工程投資大、建立周期長工程投資大、建立周期長 對生態的作用目前還存在爭對生態的作用目前還存在爭議議三三峽峽水水庫庫n風能是地球外表大量空氣運動產生的動能。是風能是地球外表大量空氣運動產生的動能。是一種可再生能源。一種可再生能源。二、風能的利用二、風能的利用各式各樣的風車各式各樣的風車 n 風車是將不規那么變化的空氣流動所具有的風能變為有規那么運動的機械旋轉的動能的安裝。風力發電的原理風力發電的原理 n 最簡

11、單的風力發電機可由葉輪和發電機兩部分構成。n 空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉換成機械能, 從而推進葉輪旋轉。n 假設將葉輪的轉軸與發電機的轉軸相連，就會帶動發電機發出電來。n 現代風機添加了齒輪箱、偏航系統、液壓系統、剎車系統和控制系統等。長島縣海上30萬千瓦風電場建立工程第第5 5節節 氫能氫能 n點火溫度低，可發電或動力燃料點火溫度低，可發電或動力燃料n一、氫的特點：輕、多、高、清潔能源；一、氫的特點：輕、多、高、清潔能源；n二、氫的制備：硫化氫制氫、太陽能制氫；二、氫的制備：硫化氫制氫、太陽能制氫；n三、氫的儲存：液氫、吸氫合金；三、氫的儲存：液氫、吸氫合金；n四、氫能的利用四、氫

12、能的利用 ：宇航器、化石燃料替代品：宇航器、化石燃料替代品。化石燃料與水蒸氣反響化石燃料部分氧化生物質氣化氫能氫能的的產生產生水水氫能氫能的的利用利用核能光、電分解用于燃料電池釋放電能熄滅放熱硫化氫制氫第第5 5節節 氫能氫能 第第6 6節節 地熱能及其利用地熱能及其利用 一、地熱能：地球內部所蘊藏的熱能。地下蒸汽一、地熱能：地球內部所蘊藏的熱能。地下蒸汽( (干蒸汽干蒸汽, ,濕蒸汽濕蒸汽) )；熱水層；熱巖層；熱水層；熱巖層二、地熱的利用：發電、供暖、養殖、工業補水等二、地熱的利用：發電、供暖、養殖、工業補水等 第第7 7節節 新發電方式新發電方式 n熱能直接轉換成熱能直接轉換成電能，原理

13、是用電能，原理是用高溫導電流體高高溫導電流體高速經過磁場切割速經過磁場切割磁力線。磁力線。n一、磁流體發電一、磁流體發電第第7 7節節 新發電方式新發電方式 二、燃料電池化學能直接轉變成電能二、燃料電池化學能直接轉變成電能 第第8 8節節 生物質能及其利用生物質能及其利用 一、植物的光協作用二、能源植物 生物質能的利用方式生物質能的利用方式1、直接熄滅、直接熄滅2、生物化學轉換、生物化學轉換3、熱化學轉換、熱化學轉換1 1、直接熄滅、直接熄滅注釋:用纖維素C6H10O5n代表植物枝葉的主要成分C6H10O5)n +6n O26n CO2 +5n H2O點燃點燃缺陷:1生物質熄滅過程的生物質能的凈轉化效率在2040之間。2產生環境污染。2、生物化學轉換、生物化學轉換沼氣：利用植物的秸桿、枝葉、雜草等制取沼氣生物質轉化為液體燃料：用含糖類、淀粉C6H10O5n較多的農作物如玉米、高粱為原料，制取乙醇。C6H10O5)n + nH2OnC6H12O6催化劑催化劑C6H12O62C2H5OH+2CO2催化劑催化劑2 2、生物化學轉換、生物化學轉換乙醇汽油的優點乙醇汽油的優點 乙醇汽油是用90%的普通汽油與10%的燃料乙醇調和而成。首先，乙醇汽油添加汽油中的含氧量，使熄滅更充分，有效地降低了尾氣中有害物質的排放；第二，有效提高汽油的標號，使發動機運轉更平穩；第三，可有效消除火花