第7章 物理学与能源技术.ppt

第七章 物理学与能源技术; 能源是产生各种能量的资源，是人类生存和发展不可缺少的物质基础。它的开发和利用状况是衡量一个时代、一个国家经济发展和科学技术水平的重要标志，关系到人们生活水平的高低。;能源：指产生各种能量的物质资源。 ;人类社会经历了三个能源时期： ;由于可被人类利用的能源多种多样，因此有以下六种不同的分类方法：;按地球上的能量来源分;按被利用的程度分;按获得的方法分;按能否再生分;按能源本身的性质分;按对环境的污染分;二、能源消费与危机; 1973年和2001年世界能源终端总消费量的构成 ; 世界能源储量最多是太阳能，在再生能源中占99.44％，而水能、风能、地热能、生物能等不到1％。在非再生能源中，利用海水中的氘资源产生的人造太阳能（聚变核能）几乎占100％，煤炭、石油、天然气、裂变核燃料加起来也不足千万分之一。所以，人类使用的能源归根到底要依靠太阳能，太阳能是人类永恒发展的能源保证。; 世界能源储量分布是不平衡的。石油储量最多地区是中东占56.8%；天然气和煤炭储量最多是欧洲，各占54.6%和45%。亚洲大洋洲除煤炭稍多（占18%）以外，石油、天然气都只有5%多一点。据预测，全世界石油储量只够开采30～40年，天然气约60年。?; ;能源危机 ;能源危机是人类发展的历史必然!;三. 能源利用与创新;（一）可再生能源;太阳中的主要的热核反应是：;;光-热转换，主要是太阳辐射通过各种集热部件转变成热能后直接利用。集热器以空气或液体为传热介质。减少集热器的热损失可以采用抽真空或其他透光隔热材料。;光-电转换，主要是利用太阳能电池转换。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。;太阳能电池按结晶状态可分为：结晶系膜式和非结晶系膜式两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。;美国科学家最近研制出一种双面太阳能电池，其每平方米的发电量可达272瓦。这种双面太阳能电池使用了单晶硅材料，正反两面都采用了用以捕捉光线的“ＰＮ结”结构，因此两面都能把太阳能转换为电能。这种双面太阳能电池正面的光电转换效率为21.3％，背面则为从各个角度反射过来的太阳反射光，其光电转换效率为19.8％。假定只有三分之一的太阳光能够通过反射照到太阳能电池上，那么双面太阳能电池整体的光电转换效率可达27％。;光-化转换，主要是利用光照射半导体和电解液界面，发生化学反应，在电解液内形成电流，并使水电离直接产生氢的电池，即光化学电池。;住宅太阳能发电系统;2 千瓦美国加洲太阳发电;太阳能、潮汐和核电站图;2. 地热能;几千米;中国最著名的地热电站，是西藏的羊八井地热电站，装机容量2.5万千瓦。;地热发电系统;西藏年那曲地热电站;3. 风能;风力发电独立系统示意图;香港沙洲自动气象站风力发电机;风力发电图;我国的风力资源十分丰富，仅次于俄罗斯和美国，居世界第三位。据有关气象资料表明，我国大部分省、市、自治区，都有雄厚的风力资源，尤其是西南边疆。沿海地带和东北、西北、华北地区，终年多风，有的地方一年内1／3的时间是大风天。有人粗略估计，我国风能总储量为16亿千瓦，其中可以利用的占10％。;4. 水力资源;为什么许多国家都优先发展水电呢？这是因为，在常规能源中，水力是理想的能源，它有6大优点：;水力发电技术是利用水体不同部位的势能之差，它跟落差和流量的乘积成正比。;;三峡工程二期大坝全景;三峡电站将安装26台，单机容量59万千瓦的水轮发电机组，总装机容量1300万千瓦，平均每年发电650亿度。它相当于目前国内最大的葛洲坝水电站装机容量的4.8倍。比拉丁美洲巴西与巴拉圭合建的依泰普水电站装机容量多40多万千瓦，将成为世界最大的水电站。;我国同世界上水能利用比较充分的国家相比，差距还很大。这些国家水力资源开发程度都在80％以上，而我国已利用的还不到可利用资源的6％，近年来开发利用速度较快的小水电站也只是可利用资源的10％左右。目前，水能在我国能源生产的构成中还只有4％，水能开发程度不过3％。;5. 潮汐资源;由于潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，因此就使得潮汐发电出现了不同的型式，如单库单向型，只能在落潮时发电；单库双向型，在涨、落潮时都能发电；双库双向型，可以连续发电，但经济上不合算，未见实际应用。世界上第一座具有经济价值，而且也是目前世界上最大的潮汐发电站，是1966年在法国西部沿海建造的朗斯洛潮汐电站，它使潮汐电站进入了实用阶段，其装机容量为24万千瓦，年均发电量为5.44亿度。;法国朗斯潮汐电站外景;法国朗斯潮汐电站示意图;（二）不可再生资源;煤的元素组成 煤是由有机物质和无机物质混合组成的。煤中有机物质主要由碳（C）、氢（H）氧（O）、氮（N）四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物