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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,制作：万永红,第七节 新能源技术,1/14/2025,一、能源的概述,能源,能的,形式,：,凡是能够提供某种形式能量的物质，或是物质的运动，统称为能源。,机械能、声能、光能、电能、磁能、化学能、生物能,1/14/2025,世界能源结构的演变,柴草时期（从火的发现,18,世纪中叶）,煤炭时期（,18,世纪中叶,20,世纪中叶）,石油时期（,20,世纪中叶至今）,1/14/2025,能源问题,世界能源消耗仍以化石燃料为主，而化石燃料储量有限。（见教材表3-3）,而随着世界人口的不断增加，能源紧缺的时期将会提前来。,1/14/2025,能源分类,一次能源,二次能源,第三类能源,第二类能源,新能源,常规能源,可再生能源,非可再生能源,按照能源转换和传递方式,分类,按照能源的性质,分类,按照利用能源的技术状况,分类,按照能源的形成和来源,分类,第一类能源,二、能源的分类,1/14/2025,按照能源转换和传递方式分类,一次能源,如:煤、石油、天然气、水能、风能、生物能、沼气、太阳能、核能、潮汐能、地热能,二次能源,如:汽油、煤气、焦炭、蒸汽、电能、氢能、酒精、热水,1/14/2025,按照能源的性质分类,非可再生能源：,如:煤、石油、天然气、核能,可再生能源：,如：太阳能、生物能、水能、风能、地热能、潮汐能、波浪能,1/14/2025,按照利用能源的技术状况分类,常规能源,可再生能源,水能、生物能,非可再生能源,煤炭、石油、天然气,新能源,可再生能源,太阳能、风能、地热能、潮汐能、波浪能,非可再生能源,核能,1/14/2025,按照能源的形成和来源分类,第一类能源：,来自地球以外天体的能量,太阳能,、,风能,、,水能,、波浪能、,煤,、,石油、天然气、生物能,第二类能源：,来自地球本身的能量,核能,、,地热,、温泉,第三类能源：,来自天体间的引力能,潮汐能,1/14/2025,三、新能源,核能,太阳能,地热能,风能,海洋能,生物能,氢能,1/14/2025,1、核能,原子核结构发生变化时释放出的能量统称为核能，也称为原子能。,视频瓶子里的巨人,1/14/2025,n+U Sr+Xe+2 n+能量,10,23592,9338,9354,10,中子,铀,锶,氙,中子,1千克铀核发生裂变时，放出的能量相当于燃烧2700吨标准煤。,核电站,中使用的主要是铀核裂变。,核能产生的原理,重核裂变,1/14/2025,轻核聚变,两个较轻原子核，聚合成一个较重的原子核,+能量,氘,氚,氦,中子,原子核聚变时，放出的能量 比核裂变时还要大。但氢弹中的核聚变目前人们还无法控制。科学家们正在研究可控制的核聚变，以造福人类。,1/14/2025,聚变的概念和原理,核反应方程：,氘 氚 氦 中子,1/14/2025,链式反应,浓缩铀,慢中子,铀块的体积必须足够大(临界体积),产生链式反应的条件：,铀与原子能,原子弹爆炸,1/14/2025,世界第一颗氢弹麦克,1/14/2025,“麦克”爆炸成功,1/14/2025,我国第一颗氢弹爆炸生成的蘑菇云,1/14/2025,核反应堆,核反应堆是可控的链式反应装置，它能使核能平稳释放。核反应堆主要由核燃料、减速剂、控制调节系统、冷却系统和防护层组成。,视频核能与核技术,1/14/2025,核燃料,：天然铀或浓缩铀制成的铀棒,减速剂,：,使快中子变成慢中子，通常用石墨、重水或普通水,控制棒：,调节中子的数量，从而控制反应速度，通常用镉棒,冷却剂：,保证反应堆在一定温度下运行，通常用水、液态金属钠、空气等流体,1/14/2025,核电站,1954年，前苏联建成世界上第一座核电站；,现在世界上有30多个国家的400多座核电站在运行，占世界总电力的20%左右；,中国核电建设已有,20,年的历史，截至目前中国共有核电站,8,座，共有,15,台机组，其中已建成运行的,9,台，正在建造的两台，已报送国务院并得到批准近期将开工的,4,台。,视频崛起的新能源核电,1/14/2025,压水堆核电站工作原理,1/14/2025,大亚湾核电站全景图,1/14/2025,秦山核电站全景,1/14/2025,电站反应堆换料,1/14/2025,电站反应堆控制棒,1/14/2025,秦山核电站主控制室,1/14/2025,一般来说，如果防范措施得当，核电站是很安全的。历史上曾发生过两次核电站核泄露事故：,一次是1979年3月18日，美国三里岛核电站堆芯熔毁；,另一次是1986年4月26日，前苏联切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸。,核电站的安全性,1/14/2025,核能利用的前景,核电站最先使用的是铀-235，以后扩展到铀-238、钍-232，它们在地壳中蕴藏量巨大，如果全部利用可供人类用上几千年。,海水中含有大量的氘，因此科学家正在研究解决从海水中提取氘作为核动力，使海水中的全部核能释放出来，足够人类用上百亿年。,所以说核能是一种理想的新能源。,核聚变能源开发,1/14/2025,2、太阳能,地球上可以直接接受并利用的太阳辐射能。,视频 太阳能介绍,1/14/2025,太阳能特点,太阳能取之不尽，用之不竭；,太阳能在转换过程中不会产生危及环境的污染；,太阳能资源遍及全球，可以分散地、区域性地开采。我国约有2/3的地区可以较好利用太阳能资源；,太阳能能流密度低、其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。,1/14/2025,直接利用太阳辐射能的方式,光热转换,光电转换,光化学转换,1/14/2025,光热转换,太阳能发电,太阳能高温炉冶炼高温材料,太阳能节能建筑,太阳能海水谈化,太阳池,1/14/2025,太阳能发电,1/14/2025,太阳能高温炉冶炼,太阳炉的焦点,利用新型太阳炉的高温熔化15mm的钢板,利用新型太阳炉熔化钨板,1/14/2025,太阳能节能建筑,1/14/2025,太阳能海水谈化,1/14/2025,光电转换,太阳能电池,1/14/2025,1/14/2025,太阳能光伏电站,深圳园博园太阳能光伏并网电站,1/14/2025,3、地热能,是来自地球深处的可再生热能。它来源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。在有些地方，热能随自然涌出的热蒸汽和水而到达地面，这种热能的储量相当大。据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PWh。,1/14/2025,地热发电,1/14/2025,西藏的羊八井地热电站的供电量已占拉萨市电网供电量的40以上，而且利用热发电的排放水还建立了50000M,2,的农业温室，使之成为拉萨市的主要蔬菜生产基地。,羊八井地热电站,1/14/2025,3、风能,全球的风能约为2.7410,9,MW，其中可利用的风能为210,7,MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。,四大优点是：蕴量巨大；可以再生；分布广泛；没有污染。,三大弱点是：密度低；不稳定；地区差异大。,视频风能未来,1/14/2025,独立运行方式,并网运行方式,视频风力发电,1/14/2025,5、海洋能,海洋能(ocean energy)是指依附在海水中的可再生能源，包括：潮汐能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能和海流能等，更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。,海洋能理论上可再生的总量为766亿千瓦。,海洋能开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。,1/14/2025,1/14/2025,盐差发电原理图,温差发电原理图,1/14/2025,加拿大安娜波利斯潮汐电站,海流能发电示意图,1/14/2025,6、生物能,以生物质为载体的能量。生物界一切有生命的可以生长的有机物质，包括动植物和微生物。所有生物质都有一定的能量，而作为能源利用的主要是农林业的副产品及其加工残余物，也包括人畜分粪便和有机废弃物。生物质能为人类提供了基本燃料。,林业废弃物,下角料,农业废弃物,能源作物,1/14/2025,7、氢能,氢是宇宙中最丰富的元素之一，但是在地球上单质氢的含量微乎其微。氢能属于二次能源，只能由其他能源进行转化而得到。,其主要优点有：燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。,1/14/2025,氢的来源,化石燃料制氢,生物制氢,电解水制氢,1/14/2025,氢的利用,宇航推进,超亚音速飞机,燃料电池,车船动力,1/14/2025,