第一章能源與新能源第一節能源概述一、能源的分類能源是指能夠直接或經過轉換而獲取某種能量的自然資源。能源的分類來自于地球本身，如核能、地熱能等；來自于球外天體，如宇宙射線及太陽能，以及由太陽引起的水能、風能、波浪能、海洋溫差能、生物質能、光合作用等；來自于地球和其他星體的相互作用，如潮汐能。能源的分類常規能源：如煤炭、石油、天然氣、薪柴燃料、水能等；新能源：如核能、太陽能、地熱能、潮汐能、生物質能等。可再生能源：即不會隨它本身的轉化或人類的利用而越來越少，如水能、風能、潮汐能、太陽能、生物質能等；非再生能源：它隨人類的利用而越來越少，如石油、煤、天然氣、核燃料等。（指自然界中以原有形式存在的、未經加工、轉換的能源）（指由一次能源經過加工轉換以后得到的能源）化石燃料（原煤、原油、天然氣）、核能、生物質能、水能、風能、太陽能、地熱能、潮汐能等。主要是熱能、機械能和電能，也包括蒸汽、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、酒精、沼氣、氫氣和焦炭等。能源一次能源二次能源一次能源再生能源（太陽能、水能、風能、生物質能、潮汐能等）非再生能源（原煤、原油、天然氣、油頁巖、核能等）2001年世界能源消耗化石燃料的儲量有限化石燃料的環境污染開發和利用清潔、高效的新能源能源消耗以化石燃料為主體二、世界能源消費預測科學家對全球化石燃料何時會被耗盡作了估算，其預測結果是：煤---227年石油---40年天然氣---61年第二節能源危機能源危機：

是指因為能源供應短缺或是價格上漲而影響經濟。這通常涉及到石油、電力或其他自然資源的短缺。歷史上的能源危機1973年能源危機-原因∶石油輸出的主要力量為阿拉伯國家，他們因不滿西方國家支持以色列而采取石油禁運。1979年能源危機-原因∶伊朗革命爆發。1990年石油價格暴漲-原因∶波斯灣戰爭。加州電力危機-原因∶電力管制政策失敗，加上供給小于需求。英國石油抗議活動-原因∶英國油稅已高居不下，而原油價格卻又上揚。能源對環境的影響能源對環境的污染1.地球表面溫度增加

2.海平面上升3.全球氣候轉變

4.傷害人體抵抗能力5.動物大遷移

6.受高濃度臭氧影響地區擴大第三節新能源你所知道的能源有哪些？思考水能

核能核能又稱原子能或原子核能。它是原子核結構發生變化時發出的能量。核能是一種高度密集的能量，目前地球上還沒有任何一種能源可以與之相比。使原子核內蘊藏的巨大能量釋放出來方法有兩種核裂變：重元素的原子核發生分裂反應釋放裂變能核聚變：輕元素的原子核發生聚合反應釋放聚變能核反應核裂變能如果1kg鈾全部裂變，它放出的原子能相當于2500噸優質煤完全燃燒時所放出的化學能將原子核裂變釋放的核能轉換成熱能，再轉變為電能的系統和設施，稱為核電站。反應堆是核電站的關鍵設備，鏈式裂變反應就在其中進行核反應堆及核電站鏈式反應產生大量熱能。用循環水(或其他物質)帶走熱量才能避免反應堆因過熱燒毀。導出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動氣輪機發電。核反應堆的結構：核燃料＋慢化劑＋熱載體＋控制設施＋防護裝置。安全殼熱蒸汽汽輪機發電機冷蒸汽冷水熱水核電站是經濟的能源雖然核電站的投資高于燃煤電廠，但是，由于核燃料成本顯著地低于燃煤成本，使得目前核電站的總發電成本低于燒煤電廠。核電站在一些國家已經成為主要的能量來源之一。截止2005年9月底，全世界正在運行的核電機組443座，分布在31個國家或地區，年發電量占世界總量的16%；反應堆擁有量排名前三位的美國、法國、日本的反應堆總和占全世界的49.4%，裝機容量占56.9%。核電站我國核電站發展情況1991年12月我國第一座自行設計制造的30萬千瓦秦山壓水堆核電站并網發電目前已有6座核電站共11臺機組906.8萬千瓦先后運行2020年我國核電裝機容量將達到4000萬千瓦，占全國電力裝機容量的4%。

秦山核電站大亞灣核電站秦山三期核電站一號氣輪機組核聚變能一個氘核和一個氚核結合成一個氦核時能釋放出17.6Mev的能量，平均每個核子放出能量是裂變的幾倍，是化學燃料的幾百萬倍作為聚變燃料的氘的儲量在地球上是異常豐富的，能為人類提供1025Kw小時的能量，按目前世界能量的消耗率估計可用1010年以上聚變反應的產物是4He，無放射性，清潔能源。一座核聚變反應堆，可連續工作3000年之久，可謂“人造太陽”

實現受控核聚變作為工業應用

需要四個條件

超高溫：把氘等輕元素加熱到1—2億℃，克服粒子相互間的庫侖斥力高密度：使中子的密度達到每立方厘米50萬億個約束時間長：對等離子體加以約束，使它能維持1秒以上的時間，以保證充分地發生核反應保持干凈：從原料到容器須高度純潔，容器在裝入核燃料前就必須達到大氣壓的十億分之一的高度真空。大約有20多個國家建造了200余座核聚變實驗裝置，設計了各種受控熱核反應堆發電裝置

國際熱核聚變實驗堆ITER

美國、日本、俄羅斯、歐州共同體決定共同出資興建——“人造太陽”計劃ITER（道路）：用受控核聚變發電，走和平利用核能的道路，為人類尋找可替代的潔凈能源。在計劃提出近20年，選址耗時18年后，全球最大、代表世界未來能源科技最高水平的核聚變反應裝置——ITER的建設地點終于滑落法國南部的卡達拉什（Cadarache）

國際熱核聚變實驗堆ITER為期30年、投資超過100億歐元的國際超大型科學合作項目，其意義不亞于國際空間站計劃和人類基因組計劃

該計劃已耗資120億美元，涉及領域包括超導研究、高真空、環境科學、生命科學、等離子計量和控制、信息通信、納米材料等多個學科。2010年前后建成，如果實現,21世紀中葉有可能建成商業聚變堆并開始實際使用聚變能磁約束聚變裝置——ITERITER的環形真空室我國新一代“人造太陽”實驗裝置

2006年9月，耗時8年、耗資2億元人民幣的我國新一代“人造太陽”實驗裝置——位于合肥的全超導非圓截面核聚變實驗裝置(EAST)實現了跨國遠程控制的等離子體放電美國通用原子能公司(GeneralAtomicsUSA)專家通過專用數據網，輕點鼠標即可輕松啟動并運行地球另一端的中國核聚變實驗裝置EAST的建成，使我國邁入磁約束核聚變領域先進國家行列。地熱能地球本身是一座巨大的天然儲熱庫。地殼、地幔、地核不同層次蘊藏著不同量的熱能。從地面向下，在15Km以內，深度每增加100m，溫度平均升高3℃左右。在100Km深處，溫度高達1400℃。全世界地熱資源的總量大約為14.5×1025焦，是全部煤炭資源的儲量的1.7億倍。接世界年耗10億t標準煤計算，可滿足人類幾十萬年能源之用。地熱能

地熱能的利用2O0-400℃直接發電及綜合利用；150-200℃雙循環發電、制冷、工業干燥、工業熱加工；10O-15O℃雙循環發電，供暖、制冷、工業干燥、脫水加工、回收鹽類、罐頭食品；50-100℃供暖，溫室、家庭用熱水、工業干燥；20-50℃沐浴，水產養殖、飼養牲畜、土壤加溫、脫水加工地熱發電地熱發電是利用地熱能的代表性技術和重要方向之一。地熱發電是通過熱能、機械能的中間轉換產生電能，但地熱發電所需的蒸汽能量是直接來源于地熱能，不需要燃料、鍋爐、運輸設備等，因此，地熱發電是一種比煤、石油、天然氣、核能等發電便宜得多的能源利用方式。地熱發電站成本低、清潔環保

地熱發電全世界地熱發電站約有300座，總裝機容量接近1×104Mw，分布在20多個國家，其中美國占40%。我國用于發電的地熱資源主要集中在西藏、云南的橫斷山脈一線，全國地熱發電裝機容量88%集中在西藏，第一座地熱電站羊八井電站已穩定運行了近30年。

風能

風是地球上的一種自然現象，它是由太陽輻射熱引起的。

到達地球的太陽能中約2％轉化為風能。全球的風能約為2.74X109MW，其中可利用的風能為2X107MW，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。

太陽照射到地球表面，各處受熱不同，產生溫差，引起大氣的對流運動-----風。風能資源豐富

我國季風強盛，風力資源的總儲量為每年16億kw

，可開發的約為1.6億kw。內蒙古、青海、黑龍江、甘肅等省風能儲量居我國前列。

優點：風能高效清潔，發展潛力巨大。對沿海島嶼、邊遠山區、草原牧場，遠離電網的農村、邊疆，是解決生產和生活能源的一種可靠途徑。

風能

氫能氫能也叫氫燃料，是新型的“二次能源”，在超低溫和高壓下可成為液態重量輕；熱值高；“爆發力”強；來源廣品質最純潔；能量形式多；儲運方便用氫能取代碳氫化合物能源，將是一個重要發展趨勢真正做到大量而又廉價地獲取氫能還存在著一定的技術問題

氫能的特點：1、是自然界存在最普遍的元素2、發熱值高3、氫燃燒性能好，點燃快4、氫本身無毒5、氫能利用形式6、理想的清潔能源之一……氫能的開發利用太陽熱分解水制氫法、太陽能電解水制氫法、太陽能光電化學電池分解水制氫法、模擬植物光合作用分解水制氫法、太陽光絡合催化分解水制氫法、微生物發酵制氫法、光合微生物制氫法等高技術制氫方法絕大部分仍處于理論研究和實驗室階段，距離大規模工業實用化，還有一個相當大的距離液態氫從1960年首次作為太空火箭的動力燃料，發展到今天已成為各種航天器的基本燃料氫能的利用途徑1）、燃燒放熱2）、用于燃料電池，釋放電能3）、利用氫的熱核反應釋放的核能生物質能生物質能，即蘊藏在生物質中的能量,是指直接或間接地通過綠色植物的光合作用，把太陽能轉化為化學能后固定和貯藏在生物體內的能量自然界各種植物、人畜排泄物等廢物轉化成的能源，如薪柴、沼氣、生物柴油、燃料乙醇、林業加工廢棄物、農作物秸稈、城市有機垃圾、工農業有機廢水和其他野生植物等生物質能的特點

可再生性，生物質能由于通過植物的光合作用可以再生，可保證能源的永續利用；低污染性，生物質的硫含量、氮含量低、燃燒過程中生成的SO2等較少，由于它在生長時需要的二氧化碳相當于它排放的二氧化碳的量，因而對大氣的二氧化碳凈排放量近似于零，可有效地減輕溫室效應；廣泛分布性，缺乏煤炭的地域，可充分利用生物質能；總量十分豐富，僅次于煤炭、石油和天然氣。

生物質轉化為能量的方法

生物轉換技術，將生物質通過微生物發酵方法轉換為液體或氣體燃料的技術，如酒精、沼氣的生產技術；化學轉換技術，這是生物質通過化學方法轉換為燃料物質的技術，主要包括有機溶劑提取法、氣化法、熱分解法。生物質能的利用方式1、直接燃燒2、生物化學轉換3、熱化學轉換1、直接燃燒缺點:

生物質燃燒過程的生物質能的凈轉化效率在20－40％之間。2、生物化學轉換a、利用植物的秸桿、枝葉、雜草等制取沼氣b、用含糖類、淀粉較多的農作物（如玉米、高粱）為原料，制取乙醇。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，乙醇汽油增加汽油中的含氧量，使燃燒更充分，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，使發動機運行更平穩；第三，可有效消除火花塞、氣門、活塞頂部及排氣管、消聲器部位的積炭，可以延長主要部件的使用壽命。

3、熱化學轉換復雜的化學反應生物質可燃性氣體生物柴油

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動物油脂、餐飲垃圾油等為原料，通過酯交換工藝制成、可代替柴油的再生性燃油大戟科、蘿摩科、菊科、桃金娘科以及豆科植物，從它們的莖、葉傷口處有乳白色或黃褐色液體流出來，其中含有與石油成分相似的碳氫化合物一英畝三角大戟可生產相當于50噸石油的燃料

一公頃象草平均每年可收獲12t生物石油

三角大戟海洋能海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。

海洋能具有如下特點：

1.海洋能在海洋總水體中的蘊藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小。這就是說，要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。

2.海洋能具有可再生性。海洋能來源于太陽輻射能與天體間的萬有引力，只要太陽、月球等天體與地球共存，這種能源就會再生，就會取之不盡，用之不竭。

3.海洋能有較穩定與不穩定能源之分。較穩定的為溫度差能、鹽度差能和海流能。不穩定但有規律的有潮汐能與潮流能。既不穩定又無規律的是波浪能。

4.海洋能屬于清潔能源，其本身對環境污染影響很小。

潮汐能

潮汐是一種世界性的海平面周期性變化的現象，由于受月亮和太陽這兩個萬有引力源的作用，海平面每晝夜有兩次漲落。潮汐作為一種自然現象，為人類的航海、捕撈和曬鹽提供了方便，更值得指出的是，它還可以轉變成電能，給人帶來光明和動力。潮汐發電是一項潛力巨大的事業，經過多年來的實踐，在工作原理和總體構造上基本成型，可以進入大規模開發利用階段。潮汐發電的前景是廣闊的。第一座具有商業實用價值的潮汐電站是1967年建成的法國郎斯電站。該電站位于法國圣馬洛灣郎斯河口。郎斯河口最大潮差13．4米，平均潮差8米。一道750米長的大壩橫跨郎斯河。壩上是通行車輛的公路橋，壩下設置船閘、泄水閘和發電機房。郎斯潮汐電站機房中安裝有24臺雙向渦輪發電機，漲潮、落潮都能發電。總裝機容量24萬千瓦，年發電量5億多度，輸入國家電網。我國從20世紀80年代開始，在沿海各地區陸續興建了一批中小型潮汐發電站并投入運行發電。其中最大的潮汐電站是1980年5月建成的浙江省溫嶺縣江夏潮汐試電站，它也是世界已建成的較大雙向潮汐電站之一。它坐落在浙江南部樂清灣北端的江廈港。江廈港為封閉式海港，現在已經在港口筑起一道15.5米的粘土心墻堆石壩，形成一座港灣水庫，總庫容490萬立方米，發電有效庫容270萬立方米。這里的最大潮差8.39米，平均潮差5.08米；電站功率3200千瓦；1989年發電量6.2億瓦/小時潮汐發電波浪能

波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能，是一種在風的作用下產生的，并以位能和動能的形式由短周期波儲存的機械能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。

波浪發電是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能還可以用于抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。

海水溫差能

海水溫差能是指表層海水和深層海水之間水溫差的熱能，是海洋能的一種重要形式。低緯度的海面水溫較高，與深層冷水存在溫度差，而儲存著溫差熱能，其能量與溫差的大小和水量成正比。

溫差能的主要利用方式為發電，首次提出利用海水溫差發電設想的是法國物理學家阿松瓦爾，1926年，阿松瓦爾的學生克勞德試驗成功海水溫差發電。1930年，克勞德在古巴海濱建造了世界上第一座海水溫差發電站，獲得了10kW的功率。溫差能利用的最大困難是溫差大小，能量密度低，其效率僅有3%左右，而且換熱面積大，建設費用高，目前各國仍在積極探索中。

到達海面的太陽輻射能60%被深為1米的表層海水所吸收，而海面下10米深的海水只吸收了太陽能的18%。因此，不同深度水溫迥異，且隨深度增加海水吸收太陽輻射減弱。因此，在熱帶和亞熱帶海區表層海水與深層海水之間的溫度差可達20℃-25℃。1930年，古巴建成了世界上第一座海水溫差電站。之后，美國、日本等國也相繼建成了海水溫差電站。太陽能

一般指太陽能、風能、生物質能、地熱能、海洋能等可再生能源，以及氫能、核能等。你知道嗎？哪些能源是通常所說的新能源？是潔凈能源，不污染環境取之不盡、用之不竭，是最廉價的能源

交流與討論太陽能的優點有哪些：據專家估計，輻射到地球表面的太陽能相當于全世界目前發電總量的八萬倍。我國有三分之二的國土面積每年的日照時間在2200小時以上，如果將這些太陽能全都用于發電，約等于上萬個三峽工程發電量的總和。太陽能是地球上最基本的能源

無論是生物質能、風能，還是水力、溫差和潮汐能，歸根結底都是太陽能的轉化形式。礦物燃料蘊藏的能量，也是來自遠古時期生物體所吸收利用的太陽能。你知道嗎

2008年北京奧運會將是一場綠色奧運運動員村及相關場館90％的洗浴用熱水要依靠太陽能系統，體育場館周圍的路燈及其80％－90％的能源要由太陽能系統提供。太陽能紅綠燈太陽能景觀燈太陽能照明燈首次實現太陽能－熱泵中央熱水系統方案，以太陽能為主要熱源，輔以少量的電能驅動雙熱源熱泵，保證了陰雨天氣及冬季太陽能資源不足時熱水供應，做到全年、全天候供應熱水。北京月壇奧運會游泳館2000年悉尼奧運會充分利用太陽能太陽能的利用方式光能熱能光能電能光能化學能光能生物質能反射式太陽灶太陽能的利用:光能-熱能太陽能住宅太陽能的利用:光能-熱能太陽能塑料菜棚太陽能的利用:光能-熱能太陽能熱水器太陽能的利用:光能-熱能美國無人駕駛太陽能飛機利用太陽能的電動車太陽能的利用:光能-電能太陽能汽車太陽能的利用:光能-電能阿姆斯特丹附近的“太陽能村”（位于阿姆斯福特市）是一個近年建成的以建筑節能為中心的、裝機容量名列世界前茅的太陽能發電居住區，也是當今荷蘭住宅建設的示范項目。荷蘭的新建住宅太陽能的利用:光能-電能太陽能的利用:光能-化學能白天陽光下：Na2SO4·10H2O=Na2SO4+10H2O夜里氣溫下降：Na2SO4+10H2O=Na2SO4·10H2O自制暖袋放熱吸熱太陽能的利用:光能-化學能（氫能等）H2OH2、O2太陽能和催化劑光能-電能-化學能我們還可以：太陽能的利用:光能-生物質能6H2O+6CO2C6H12O6(葡萄糖)+6O2nC6H12O6(C6H10O5)n+nH2O

(光能

化學能)(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6C6H12O6(s)+

6O2(g)6H2O(l)+6CO2(g)△H=-2804kJ·mol-1(化學能熱能)光葉綠素催化劑(表示每摩爾葡萄糖完全氧化放出2804kJ熱量)化石燃料（原煤、原油、天然氣）、核能等主要是熱能、機械能和電能，也包括蒸汽、煤氣、汽油、柴油、重油、液化石油氣、酒精、沼氣、氫氣和焦炭等小結(一)能源一次能源二次能源太陽能