探究提高能源利用率的方法.docx

新能源 探究提高能源利用率的方法 班级 xx 学号 1xx8 姓名 XX xx前言 能源有很多种定义，但归根到底，能源就是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。 能源是社会存在与发展永远不可或缺的必须品，是国民经济运行的物质基础。它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。能源科技的每一次突破，都带来了生产力的巨大飞跃和进步。 三次能源危机的历史教训告诉我们，能源关乎着一个国家的经济，政治命脉。而现如今，作为基础能源的化石能源，是不可再生的能源，随着人类的不断开采，化石能源的枯竭是不可避免的，大部分化石能源本世纪将被开采殆尽。从另一方面看，由于化石能源的使用过程中会新增大量温室气体CO2，同时可能产能一些有污染的烟气，威胁全球生态。因而，我们亟需这个问题的解决方案。一种方案是开发更清洁的可再生能源，从目前的情况来看，这是今后能源科技的主要发展方向。而另一种方案，那就是提高能源的有效利用率。自从开尔文提出了热力学第二定律，宣判了第二类永动机的死刑之后，这一种方案就变得没有那么受重视。 为了解决能源低效这个问题，上个世纪出现了一种叫做“绝热发动机”的热机模型，就是用耐热性好、导热系数小、膨胀系数低的高级陶瓷合成材料制造气缸盖、气缸体和活塞等受热部件。但结果却令人失望，他并没有像预测的那样提升发动机的效率。原因在于热机做功的原理是燃料产热等价于微观粒子的无序运动。这个热运动，平均在三维空间上每个方向的能量各占1/3，而热机做有用功的也就三维方向中的一个方向维度。其他二维方向上的能量只好作为废热浪费掉！ 而“绝热发动机” 只是减少了热传导的消耗，并没有实质性的改变热能的利用方式，还是以做功的形式把最多1/3的热能转化为其他能量。这意味着古典热力学机理模型(可以理解为热机)出现了问题，只要是热做功，在热机的前提下，它的效率就被这1/3的瓶颈给禁锢了。这个问题，不论对新能源还是旧能源都是一个严重影响其利用效率的因素。 1.提高能源利用率的必要性 1.1.旧能源的现状 对于不可再生能源，在许多领域都有涉及，在此，我就不笼统的来看待这种 能源利用的情况了，就拿一个汽车的能源利用率的具体情况来分析。 在发达国家，能源总量的40%左右消耗在交通运输业上，而各种汽车消耗的能量又占全部交通工具能耗总量的73%。在我国，汽车保有量迅速增加，许多城市甚至实行了单双号限行政策来缓解城市的交通压力。汽车能源消耗、尾气污染也大幅度上升。 一辆汽车以80公里每小时的速度行驶时，每10公里耗油约为1L。根据汽油的燃烧值进行简单的计算得知，这时消耗的功率约为70kW。这70kW是个什么概念呢？他可以点亮100W的照明灯700个。假设一个家庭有10个照明灯，那这些能量就是70户人家的日常用电功率。 如此高的能量，那它在汽车上的利用率如何呢？ 平均说来，在这70kW中，1kW由于汽油的蒸发而消失，当然不是真的消失，这1kW的碳氢化合物只是分散到大气中，其化学能无法利用，而且还成了化学污染源，剩下的69kW进入发动机，大约有17kW用于做功，而其余的52kW包括了排气管排出的废弃热和散热器的热量散失，两者约各占一半。这是最大的一笔能量损耗。废气的主要成分是二氧化碳和水以及一些有毒物质，这对环境造成了严重的破坏。损耗了这么多的能量，只剩下17kW用于做功，但真正用于汽车驱动的能量更少：约5kW用于发动机的水箱循环和空调，约3kW消耗于传动装置，最后只有9kW到达驱动轮，而这9kW就是汽车克服空气阻力和滚动摩擦用于驱动的能量。这一账算下来，一辆车的总效率只有大约13%。可见，对于旧能源而言，即使有33.3%的利用率上限，但还是连一半的利用率都没有达到，可见提高其利用率是多么的重要，更不用谈改变其热利用方式了。 1.2.可再生能源的现状 也许有人会有疑问，对于可再生能源，既然是可以循环再生的，还有必要提高它的能源利用率吗？答案是肯定的，所谓的可再生能源指的是在自然界可以循环再生的能源，重点在于再生。那就仍存在许多问题，例如再生时间，再生成本，再生能源的提取时间，提取成本等等。拿中国现在的可再生能源发展的问题和障碍和全球的可持续能源发展障碍结合来看，主要的共同问题有以下几点： (1).高成本 (2).市场发展缓慢 (3).并网难 (4).技术难点多 (5).相关政策少 (6).各地区相关技术发展不均衡等 诸多的问题限制着可再生能源的发展速度，使得现今的社会，还是一个以化石燃料为主的能源结构。因此，在我看来，如今解决能源资源紧张的问题的根本方法，并不是寻找新能源来代替旧能源，而是改变传统热机的热利用方式。寻找新能源只是一条避开改变传统热机的热利用方式这个高成本，高技术方法的另一条蹊径。但不能回避的是，新能源也面临着利用率的问题，如果还是用传统的