新能源技术绪论课件

现代能源发电,P.2/38,人类认识的几种能量形式,机械能 热 能 电 能 辐射能 化学能 核 能,P.3/38,电的应用,哪些地方需要电呢?,电能很容易转化为我们需要的各种能量，为我们服务。,电能的应用：电能转化为其他形式的能,P.4/38,我们生活中处处都要用到电，那我们用的电是怎么来的呢？,电的来源,发电环节各种电机,P.5/38,参考书,新能源与分布式发电技术，朱永强主编，北京：北京大学出版社，2010 核能及新能源发电技术，张晓东等编著，中国电力出版社，2008 能源科学导论，黄素逸 编著，中国电力出版社，1999,P.6/38,1.1 能源的概念,1 基本概念 能量形式: 机械能(风能、水能等)、电磁能、热能、 化学能、原子能、光能。 能源: 所谓能源，是指能够直接或经过转换而获取 某种能量的自然资源。 或 比较集中的含能体或能量过程,P.7/38,按地球上的能量来源分,来自于地球本身，如核能、地热能等； 来自于地球外天体，如宇宙射线及太阳能，以及由太阳引起的水能、风能、波浪能、海洋温差能、生物质能、光合作用等； 来自于地球和其他星体的相互作用，如潮汐能。,2 能源的分类,P.8/38,按获得的方法分,一次（天然）能源，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然气、风能、水能等； 二次（人工）能源，即由一次能源直接或间接转换而来的能源，如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等，它们使用方便，是高品质的能源。,大部分一次能源都转换成容易输送、分配和使用的二次能源,以适应人类的需要。,二次能源经过输送和分配,在各种设备中使用,即终端能源。,终端能源最后会变成有效能。,P.9/38,按能源能否再生分,可再生能源，即不会随其本身的转化或人类的利用而越来越少的能源，如水能、风能、潮汐能、太阳能等； 非再生能源，它随人类的利用而越来越少，如石油、煤、天然气、核燃料等。,P.10/38,按被利用的程度分,常规能源，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等； 新能源，如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，另外还有核能。,P.11/38,按能源本身的性质分,含能体能源（燃料能源），如石油、煤、天然气、地热、氢等，它们可以直接储存； 过程性能源（非燃料能源），如风能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆发、雷电、电磁能和一般热能等，它们无法直接储存。,P.12/38,按对环境的污染情况分,清洁能源，即对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等； 非清洁能源，即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。,P.13/38,能源多种多样，各有优缺点，为了正确选择和使用能源，必须对各种能源进行正确的评价。,3 能源的评价,储量 能量密度 储能的可能性与供能的连续性 能源的地理分布 开发费用和利用能源的设备费用 运输费用与损耗、能源的可再生性 能源的品位、对环境的影响,P.14/38,1.2 能源利用与开发,P.15/38,1.煤炭,埋在地壳中亿万年以上的植物,由于地壳变动等原因会经受一定的压力和温度作用而形成含碳量很高的可燃物质,这种物质就称为煤炭，又称原煤。 中国是世界上最早利用煤的国家。开采煤炭已有几千年的历史。希腊和古罗马也是用煤较早的国家，古罗马大约在2000年前已开始用煤加热。,P.16/38,山海经中称煤为石涅，魏、晋时称煤为石墨或石炭。明代李时珍的本草纲目首次使用煤这一名称。 先秦时期的地理著作山海经有3处记载： 山海经的西山经中，“西南三百里，曰女床之山，其阳多赤铜，其阴多石涅 ” 中山经，“岷山之首，曰女几之山，其上多石涅”，“又东一百五十里，曰风雨之山，其上多白金，其下多石涅”。,P.17/38,燃料的化学能转化为电能,中国未来很长一段时期仍将以燃煤发电为主。,火力发电,现在煤炭主要用于电力生产和在钢铁工业中炼焦,某些国家蒸汽机车的用煤比例也很大。,P.18/38,1994年,根据成煤条件,地球上的煤炭资源主要分布在北半球,集中在北美、中国、俄罗斯等地区,南半球仅在南非、澳大利亚和博茨瓦纳等地区有较大储量。,中国煤炭资源分布十分广泛,遍及全国各省,并且各地质时代的煤炭都有。中国煤炭资源总储量很大，居世界第一位。,P.19/38,2.石油,石油是一种天然的黄色、褐色或黑色的流动或半流动的黏稠的可燃液体烃类混合物，直接开采出来的未经加工的石油称为原油。 石油是如何形成的呢? 目前一个理论是:石油是由沉积岩中的有机物质转变而成的。 石油同煤相比有很多优点:首先,石油释放的热量比煤大得多;其次，石油使用方便,易燃且不留灰烬,是理想的清洁燃料。,P.20/38,人类很早就发现了石油，汉书、梦溪笔谈有描述。 直到19世纪，石油工业才逐渐兴起。1854年，美国宾夕法尼亚州打出了世界上第一口油井，是现代石油工业的开端。 1886年德国人本茨和戴姆勒研制出第一辆以汽油为燃料、由内燃机驱动的汽车，进入大规模使用石油的汽车时代。 1965年，在世界能源消费结构中，石油首次超过煤炭占居首位，成为第三代主体能源。到1979年，石油所占的比重达到54%，相当于煤炭的三倍。,P.21/38,世界石油储量分布图,P.22/38,1994年,从已探明的石油储量来看,世界石油总储量为1043亿吨。 目前世界有七大储油区,第一大储油区是中东地区,下来依次为拉丁美洲地区、俄罗斯地区、非洲地区、北美洲地区、西欧地区和东南亚地区。这七大油区占世界石油总储量的95%。 中国的石油储量占世界石油总储量的2.4%,人均占有量仅为世界人均占有量的11%。,P.23/38,1973年和2002年世界石油产量的地区分布图,P.24/38,3.天然气,天然气是地下岩层中以碳氢化合物为主要成分的气体混合物的总称。 天然气是一种重要能源,燃烧时有很高的发热值,对环境的污染也较小,而且还是一种重要的化工原料。 近10年来,液化天然气技术有了很大发展,液化后的天然气体积仅为原来体积的1600,因此可以用冷藏油轮运输,运到使用地点后再将天然气气化。另外,天然气液化后,可为汽车提供既方便污染又小的天然气燃料。,P.25/38,1994年,中国的天然气储量占世界天然气总储量的1.2,但人均占有量仅为世界人均占有量的4。,P.26/38,4.水能,很早以前,人类就开始利用水下落所产生的能量了最初,人们以机械的形式利用这种能量。 在19世纪末期,人们学会了将水能转换为电能。,P.27/38,水能资源最显著的特点是可再生、无污染。开发水能对江河的综合治理和综合利用具有积极作用。 因此世界各国都把开发水能放在能源发展战略的优先地位。,P.28/38,5.核能,一个原子核吸收一个中子而发生裂变后,除了能释放出巨大能量外,还伴随产生两到三个中子,即由中子引起裂变,裂变后又产生更多的中子。在一定的条件下,这种反应可以连续不断地进行下去,称为链式反应。 裂变后会释放出巨大的能量,这种能量就称为核能。 经过科学家的努力,目前已实现了人为控制链式反应,即使得裂变可以进行,也可以停止,从而形成了反应堆。,P.29/38,大亚湾核电站,核能转化为电能,P.30/38,6.太阳能,P.31/38,P.32/38,太阳是一颗巨大的恒星,它不停地通过核聚变反应向宇宙释放大量的能量。 可以说地球上的一切能源都来自太阳,各种形式的能量都直接或者间接地来自于太阳能。 目前,人们利用太阳能的方式很多,主要利用太阳能加热、取暖、发电等。,P.33/38,风是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面,由于地球表面各处受热不同,因此会产生温差,进而引起大气的对流运动,这样就形成了风。 风能是干净的能源,早在古代人们就利用风能作为动力,用风带动简易的传动装置来磨米、灌溉和排涝。在古埃及、古希腊的历史上也都有使用风车的记载。,7.风能,P.34/38,P.35/38,风能转化为电能,电的来源,风力发电,P.36/38,8.生物质能,P.37/38,9.海洋能,太阳到达地球的能量大部分落在海洋上空和海水中,其中一部分转化为各种形式的海洋能。,P.38/38,10.地热能,P.39/38,羊八井地热发电站,地热能转化为电能,P.40/38,11.氢能,以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气最主要的方法。在我国的能源结构中,在今后相当长的一段时间内,煤炭还将是主要能源。如何提高煤的利用效率及减少对环境的污染是需要不断研究的课题,将煤炭转化为氢是解决这些问题的途径之一。,P.41/38,人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。 (1)火的发现和利用； (2)畜力、风力、水力等自然动力的利用； (3)化石燃料的开发和热的利用； (4)电的发现及开发利用； (5)原子核能的发现及开发利用。,1.3 人类利用能源的历史和未来,P.42/38,能源更迭与社会发展,人类社会已经历了三个能源时期： 薪柴时期； 煤炭时期； 石油时期。,P.43/38,薪柴时期,主要以薪柴等生物质燃料为主要能源的 时代，生产和生活水平极低，社会发展 缓慢。,P.44/38,煤炭时期,18世纪，以煤炭取代薪柴作为主要能源，蒸汽机成为生产的主要动力，工业迅速发展，劳动生产力增长很快。 19世纪，电力成为工矿企业的主要动力，成为生产和生活照明的主要来源。但这时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要燃料。,P.45/38,石油时期,石油资源的发展，开始了能源利用的新时期。近30年来，世界上许多国家依靠石油和天然气，创造了人类历史上空前的物资文明。 进入21世纪，核能将成为世界能源的主角，清洁能源的时代也将随之到来。,P.46/38,能源是发展社会生产和提高人民生活 水平的重要物质基础，是推动国民经 济发展的强大动力。 人们的日常生活处处离不开能源，不仅衣、食、住、行，而且文化娱乐、医疗卫生等都与能源密切相关。,P.47/38,1973年,西方世界爆发的石油危机(也叫能源危机)震撼了全世界,它宣告了石油时代的结束,预示着一场新的能源变革将要来临。 变革的主要特征是:正在趋于枯竭的、非再生的、在消费过程中产生污染和公害的化石能源将逐步被可再生的、储量丰富的、无污染和无公害的各种可再生的新能源所代替。 这个过渡期的能源变革将会经历相当艰难的历程,并且需要很长的时间,人们必须为此付出很大的代价,做出巨大的努力。,能源的未来,P.48/38,能源技术概述,非再生能源: 石油、天然气、煤炭和裂变核燃料约占能源总消费量的90%左右 再生能源: 水力、植物燃料等只占10%左右,目前人类使用的能源储量和分布,1.4 世界能源利用的现状及面临的问题,1、能源结构,P.49/38,再生能源分布: 太阳能占99.44%, 水能、风能、地热能、生物能等不到1%,目前,世界各国能源结构的特点一般取决于该国资源、经济和科技发展等因素。 发达国家石油在消费结构中所占比重均在35%以上。 煤炭资源、天然气资源丰富的国家,在能源消费中往往以煤为主,煤炭消费比重较大。 化石能源缺乏的国家根据自身特点发展核电及水电。,能源技术概述,P.50/38,能源技术概述,世界非再生能源储量分布: 中东地区: 石油储量最多, 占56.8%； 欧洲: 天然气和煤炭储量最多, 各占54.6%和45% 亚洲、大洋洲: 煤炭各占18% 石油、天然气只有5%,P.51/38,2、能量效率,根据能量贬值原理，不是每一种能量都可以连续地、完全地转换为任何一种其他形式的能量。 能源系统的总效率由开采效率(能源储量的采收率)、中间环节效率(包括加工转换效率和储运效率)及终端利用效率(即终端用户得到的有用能与过程开始时输入的能量之比)三部分组成。 其中,中间环节效率与终端利用效率的乘积,通常称为能源效率。,P.52/38,火电站的能量转换效率是多少？,Overall efficiency: 88% ×46% × 98% = 40%,P.53/38,Energy efficiency of some c