能源的合理利用及新能源.

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1、第十四章能源的合理利用及新能源简介 能能 源源 能源能源是指能够直接或经过转换而获是指能够直接或经过转换而获 取某种能量的自然资源。取某种能量的自然资源。自然资源：煤、石油、天然气、太阳自然资源：煤、石油、天然气、太阳 能、风能、水能、地热能、核能等。能、风能、水能、地热能、核能等。 传统能量转换方式传统能量转换方式n传统能量转换方式存在两大弊端：传统能量转换方式存在两大弊端：n间接转换间接转换，中间环节多，转换效率低。，中间环节多，转换效率低。n燃烧化石燃料燃烧化石燃料（煤、石油、天然气等），既（煤、石油、天然气等），既加速了有限的化石燃料的日益枯竭，又对环加速了有限的化石燃料的日益枯竭，又

2、对环境造成了严重的污染。境造成了严重的污染。n能源问题出路能源问题出路：n现有能源的高效洁净利用技术现有能源的高效洁净利用技术n能量直接转换技术能量直接转换技术n新能源与可再生能源新能源与可再生能源14 - 1 能源分类能源分类n自然界中的能源根据它们的初始来源，当前可概括为四大类n与太阳有关的能源与太阳有关的能源n与地球内部的热能有关的能源与地球内部的热能有关的能源n与原子核反应有关的能源与原子核反应有关的能源n与地球一月球一太阳相互联系有与地球一月球一太阳相互联系有关的能源关的能源n以上四大类能源都是自然界中现成以上四大类能源都是自然界中现成存在的、未经加工或转换的能源，存在的、未经加工或

3、转换的能源，也称作也称作一次能源一次能源或或初级能源初级能源n其它如电力、氢气、沼气、煤气、其它如电力、氢气、沼气、煤气、汽油、激光、酒精等由一次能源直汽油、激光、酒精等由一次能源直接或间接转化而来的能源称作接或间接转化而来的能源称作二次二次能源能源14 - 1 能源分类能源分类14- 1 能源分类能源分类14 - 1 能源分类能源分类14 - 1 能源分类能源分类14 - 1 能源分类能源分类n能源与环境问题的妥善解决是人类社会可持续发展的前提n目前主要从两个方面入手n合理利用现有能源n积极开发和利用各种可再生能源n以上二者并举，完成能源结构从常规能源向可再生能源的过渡和转换，最终解决能源问

4、题并消除环境污染产生的根源14 - 2 能源的合理利用能源的合理利用n依靠科技进步，通过开发新型高效用能设备、开发能源转化新技术等来改造传统能源工业是实现现有能源合理利用的主要途径。n能源的总体规划和管理，即从总能系统的概念出发，根据能源的特性和品位高低，从环境和社会的高度安排好各种能量的配合关系和转换利用，从而实现一个机组、一个企业以至一个地区的能源的合理利用。广义地说，能量转换应包含三项内容:能量的转换能量转换能量的转换能量传输能量的转换能量储存能量的转换能量的转换能源能源形态转换过程转换机械或系统石油、煤炭、天然气等矿物燃料氢和酒精等二次能源化学能 热能化学能 热能 机械能化学能 热能

5、机械能 电能化学能 电能 热能化学能 电能炉子、燃烧器各种热力发动机热机、发电机，磁流体发电，EGD发电（压电效应）热力发电，热电子发电燃料电池n洁净煤技术n煤炭的燃前净化和加工n清洁型煤技术（型煤） n水煤浆技术（70%煤粉+30%水煤水混合物） n煤炭的高效清洁燃烧n燃烧后的净化n煤炭的转化14 - 2 能源的合理利用能源的合理利用n能量的梯级利用和工业余能利用n按照能量品位的高低做到 “分配得当、各得其所、温度对口、梯级利用” ，是用能过程应遵循的原则，也是节能的有效途径n燃气蒸汽联合循环和热电联供n工业余能的利用n动力利用n热利用14 - 2 能源的合理利用能源的合理利用水泥余热发电水

6、泥余热发电n传统的发电技术是利用线圈相对磁场转动来发电。一、磁流体发电一、磁流体发电n磁流体发电是将带电的流体（离子气体或液体）以极高的速度喷射到磁场中去，利用磁场对带电的流体产生的作用发电。n目前，中国、美国、欧盟、印度以及澳大利亚等国都积极致力于这方面的研究。14 3 能量直接转换能量直接转换n发电效率高n普通火力发电 20%40%n磁流体发电 60n环境污染少n火力发电 二氧化硫空气污染n磁流体发电 硫酸钾回收利用14 3 能量直接转换能量直接转换n磁流体发电原理霍尔效应14 3 能量直接转换能量直接转换n磁流体发电装置14 3 能量直接转换能量直接转换n磁流体发电机14 3 能量直接转

7、换能量直接转换NS发电通道等离子体燃烧室二、燃料电池二、燃料电池n燃料电池被认为是21世纪首选的洁净高效发电技术，被列为继火电、水电和核电之后的第四种电力。n美国将其列为27项涉及国家安全技术之一n日本认为其是21世纪能源环境领域的核心n加拿大计划将其发展成国家的支柱产业。14 3 能量直接转换能量直接转换n燃料电池示意图14 3 能量直接转换能量直接转换n燃料电池优点n能量转换效率高；n低污染、无噪音；n对燃料的适应性强；n重量轻，体积小，起动和关闭迅速；n用途广： 固定电源； 汽车、潜艇电源； 一家一户供电取暖； 分布式电站。14 3 能量直接转换能量直接转换n燃料电池类型（按电解质材料分

8、）n碱溶液型n磷酸型n熔融碳酸盐型n固体氧化物型n质子交换膜型燃料电池。14 3 能量直接转换能量直接转换三、温差发电三、温差发电 n温差发电 新型的发电技术14 3 能量直接转换能量直接转换 原理 Seebeck 效应 21()VTTT n温差发电机原理14 3 能量直接转换能量直接转换 n温差发电机结构示意图14 3 能量直接转换能量直接转换14 4 新能源新能源n新能源n太阳能n生物质能n风能n地热能n海洋能n核聚变能 14 4 新能源新能源太阳能太阳能一、太阳能一、太阳能n太阳能太阳能是来源于太阳内部氢变氦的核聚是来源于太阳内部氢变氦的核聚 变反应的能量。变反应的能量。n广义广义 除核

9、能、地热能和潮汐能以外，地球除核能、地热能和潮汐能以外，地球 上大部分能源都直接或间接地来自太上大部分能源都直接或间接地来自太 阳能。阳能。n狭义狭义 直接利用的太阳辐射能。直接利用的太阳辐射能。 14 4 新能源新能源太阳能太阳能n地球每年从太阳获得的能量约为地球每年从太阳获得的能量约为17万亿万亿千瓦千瓦，相当于目前世界每年能源供应量，相当于目前世界每年能源供应量总量的几万倍。总量的几万倍。n我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为为50 1018kJ ，全国各地太阳年辐射总，全国各地太阳年辐射总量达量达 335837kJcm2 a，中值为，中值为586kJc

10、m2 a。14 4 新能源新能源太阳能太阳能n太阳能太阳能利用利用n光热利用光热利用，太阳辐射能，太阳辐射能热能，其系统热能，其系统由光热转换和热能利用两部分组成。前由光热转换和热能利用两部分组成。前者包括各种形式的者包括各种形式的太阳能集热器太阳能集热器，后者，后者是根据不同事用要求而设计的各种是根据不同事用要求而设计的各种用热用热装置。装置。14 4 新能源新能源太阳能太阳能n太阳能光热太阳能光热利用利用n太阳能热水系统、太阳能建筑、太阳能太阳能热水系统、太阳能建筑、太阳能游泳池、太阳能蒸馏、太阳能制冷空调、游泳池、太阳能蒸馏、太阳能制冷空调、太阳能干燥、太阳能热发电、太阳能海太阳能干燥、

11、太阳能热发电、太阳能海水淡化、太阳能冶炼炉、太阳灶、太阳水淡化、太阳能冶炼炉、太阳灶、太阳能热能热发电等。发电等。14 4 可再生能源可再生能源太阳能太阳能n太阳能太阳能利用利用n光电利用，太阳辐射能光电利用，太阳辐射能电能，通过光电能，通过光伏效应将太阳能直接转变为电能而加以伏效应将太阳能直接转变为电能而加以利用。利用。太阳能电池太阳能电池是太阳能光电转换的是太阳能光电转换的最核心的器件。最核心的器件。14 4 新能源新能源太阳能太阳能n太阳能电池太阳能电池n硅系列太阳电池（包括单晶硅、多晶硅和非硅系列太阳电池（包括单晶硅、多晶硅和非晶硅）、多元化合物太阳电池（如硫化镉太晶硅）、多元化合物太