新的能源革命课程

采用热泵蒸发方法处理污水、淡化海 水，处理一吨水耗电仅二三十度，还能生产 纯水
该理念的实现和普及将使环境中新增热量排放、能源物质消耗成倍减少，实现数倍至数十倍的能效比，引起现在绝大多 数高耗能设备发生彻底的变化，改变目前能源供给日趋紧张的状况。与我们生活息息相关的洗衣机、厨具、暖气、热水器等 都将发生重大的变革。
课程研究方向
这里我们不研究能源的获取，着重从已有能源的利 用方式、利用效率等方面进行探讨，提出一个新的观点， 呼吁重视调整、改变、改进长期形成的能源利用方式，
实现各种能源的高效率利用、循环利用，让“能量 动起来、热机冷下来”！
课程核心内容
改变能源应用方式 发展能源应用理论 创新能源应用实践
课程研究目的
二、发展能源应用理论
原理演示案例
液态空气可以产生动力演示实验
二氧化碳可以产生动力演示实验
二、发展能源应用理论
改造前后对比
以汽车为例
改造前
改造后
汽车是带着能源物质，吸入不需要付费的环境空气，燃烧 后释放的热量让燃烧反应后的混合气体猛烈升温、膨胀具有势 能，势能在发动机气缸内推动活塞转换为动能，带动车辆运动， 做功后尚有余热的废气被排放到环境中
新的能源革命课程
让能量动起来 ,让热机冷下来
Let the energy flow ,Let the engine cool
2019年
目 录CONTENTS
1
产业现状
2
课程研究方案
3
新能源革命的实施
01
产业现状
当今社会能源危机迫在眉睫
究其根本，世界能源危机是人为造成的 能源短缺。
人类必须估计到，非再生矿物能源资源枯竭可能带 来的危机，从而将注意力转移到新的能源结构上，尽早 探索、研究开发利用新能源资源。否则，就可能因为向 大自然索取过多而造成严重的后果，近年来的温室效应， 臭氧层空洞，还有冰山消融，酸雨覆盖面积的增大等等， 都足证能源危机的迫切威胁。
新的蒸汽发电循环可以减少冷凝散热大幅 度提高热电转化效率
改进郎肯循环结构说明：1、凝汽器；2、高压水泵； 3、高压锅炉；4、气体放大器；5、汽轮机；6、发电机； 7、乏汽总管路；8、待凝结乏汽入口；9、待降压乏汽入 口；10、冷凝水管路；11、吸热升温乏汽出口；12、待 吸入蒸汽入口；13、驱动高压高温蒸汽入口；14、再生 混合工作蒸汽出口。
二、发展能源应用理论
卡诺循环
高温热源
T1 A
T2
低温热源
卡诺循环热机效率
ηc = 1 - T2
T1
由上式可见，卡诺循环的效率只与两个热源的热力学温度有关，如果 高温热源的温度T1愈高，低温热源的温度T2愈低，则卡诺循环的效率 愈高。因为不能获得T1→∞的高温热源或T2=0K（-273℃）的低温热源， 所以，卡诺循环的效率必定小于1。
在以上三种方式中，最有效的最便于操作的根本出路就是：
提高能源的利用效率
人类急需一场能源革命改变现状
今天能源危机、环境危机已经迫在眉睫， 人类亟需一场能源革命。
02
课程研 究方案
新能源革命可能性
以我们现在的技术和知识，已经完全可以实现能量高效利用，减少热量的增量， 同时也通过能量利用效率的提高来满足人类未来的发展， 这是唯一的出路。
Tk
T0
低温热源
逆卡诺循环制冷系数
εk
=
T0 Tk T0
由上式可见，逆卡诺循环的制冷系数与工质的性质无关，只取决于冷端（即 被冷却物体）的温度 T0 和热端（即被加热物质）的温度 Tk；降低 Tk，提高 T0 ，均可提高制冷系数
我们很容易得出以下三个结论： 1、温差越小，越容易获得高效 2、被冷却物体（热源）温度越高，相对越容易高效 3、该公式没有温度范围限制
采用热泵技术可实现消耗一份能量，带动其他介质中已有热量的再利用，在得到同样多的热能时，新消耗的高品位 能源、石化燃料会大大减少，可实现大幅度节能减排
一、改变能源应用方式
热泵应用原理
热泵技术有很多种，空调、制冷系统采用的是一种压缩式热泵系统，空调可以高效率地将室内外的热 量来回搬运，夏天，把房间里的热量搬到室外；冬天把室外的热量搬到室内，能效比普遍在3倍以上，换句 话说，比直接消耗能源物质获得热量的方法，节约能源三分之二以上！
目前的解决方案及存在的问题
1、寻找新能源
以前认为引起温室效应、各种环保问题及能源危机 的主要原因是化石燃料的燃烧，采用新的替代能源（如 天然气、电能、核能等）将很大程度上解决以上问题。
●然而在天然气代替燃煤之后，虽然二氧化硫浓度大 幅下降，但是依然会产生大量的氮氧化物，成为现在雾 霾元凶之一；
●在我国火力发电的大背景下，电能不能完全算是清 洁能源；
动力的原理
动力机械还有一个更科学的名字，那就是“膨胀机”。 人们使用火的本来目的是让工作介质获取热量，从常温 升温到高温，内能增加、压力升高、具备膨胀势能。热 机是把热量转换为机械能的装置，热量不仅仅是高温的 介质具有，只要没有达到绝对零度的物质都有热量，热 机是“热量机”，本意不是“热的机”
瓦特看到壶盖子被水蒸气推的跳动而发明了蒸汽机， 重要的地方本来不是水蒸气，是水汽化，体积膨胀， 压力增高！加热仅仅是手段，膨胀才是目的。如果 瓦特那个时代有干冰、有液氮，他如果给壶里面加 干冰、加液氮，他还关心烧火吗？不用烧火，壶盖 子就跳动了！他又会发明什么呢？
一、改变能源应用方式
热泵技术概述
人们熟知的能量守恒定律，让许多人忽略了一种叫“热泵”技术的热能搬运 “杠杆” 人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备，对比水泵，我们更容易理解什么是热泵
水泵主要是将水从低位抽到高位的装置
“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低位 热能，经过电能做功，提供可被人们所用的高位热能的装置
希望通过多学科技术交叉应用创新，在同样满足人类目前生产、生活热量、动力需求的情况下，大幅度减少能源的直接消耗， 通过模式改变、效率提高，让已有的、少量的可再生能源、清洁能源资源能逐步满足全社会的用能需求，从而用新的方式找到解决 能源危机、环境污染、地球温室效应等一系列问题的出路，来一场
新的能源革命
一、改变能源应用方式
我们很容易得出以下三个结论： 1、高温热源越高效率越高 2、低温热源越低效率越高，越容易高效 3、没有温度段落限制 由于技术条件的限制，我们的前辈是无法降低低温热源温度的，今天 的技术已经非常成熟，完全有可能实现。
二、发展能源应用理论
卡诺循环改进
改进卡诺循环用于汽车，可以让现有的汽车不烧油、不用电， 利用液态空气将环境热转换为动力使用，排放空气
一、改变能源应用方式
冷源经济构想图 冷源经济构想图
二、发展能源应用理论
改进热电基本理论
目前中国电力能源的约70%靠火电提供，但是火力发 电的工作原理还是基于一百多年前诞生的郎肯循环，几 乎没有发展改进！现代的汽车虽然外观、构造、舒适度、 信息化装置已经千变万化，但是用人们获得动力的主要 理论卡诺循环理论设计的内燃机的工作原理、能源供应 模式则几乎没有变化。
汽车是带着超低温的工作介质，通过换热器，吸收不需要 付费的常温空气的热量，沸腾、汽化、气化，升温膨胀具有了 势能，高压常温气体推动发动机运转，带动车辆运动，膨胀释 放内能后大幅度降温的空气则被重新排放到空气中
一、改变能源应用方式
热泵技术应用现状
遗憾的是，虽然能效比高，节能效果明显，但这些 应用场合的设计温度太低，以输出温热水为主，主 要用于空调、制冷、采暖、生活洗浴等
没有更高的工业利用价值，未能大范围涉及 工业领域的高耗能环节，难以产生更好的节 能减排社会效益
一、改变能源应用方式
逆卡诺循环
高温热源
A
1、传统的能源应用方式
能量获取现状
类千百年来养成了一个思维惯性：只要需要热量， 就习惯用传统的煤、气、油、电等能源转换成热能
能量利用现状
作为我们最主要电力能源供应的火电厂，不考 虑余热的利用，采用大型冷却塔一散了之
能量在生成、流动过程中可以输出机械能，然后最终才都转化为热能。我们发电扔掉余热，我们采暖忽略掉可 能输出高品位机械能、电能的机会。没有进行优先高品位利用、全过程利用、高效率利用。
一、改变能源应用方式
高温热泵成功案例
经过我们的实践研究，热泵输出可以很容易突破100℃，完全可以介入大多数工业领域的高耗能环节，实现能源消耗关键环节 的大比例节能。
将热泵技术在能源综合利用的场合充分利用，实现将空气中的、污水里的、土壤里的、回收其他热源得到的热量搬到生产、 生活设备中循环利用；实现企业内冷热作业面的热能调度，让能量在时间、空间流动起来，实现跨地区、跨季节、跨行业应用，系 统新增的能量消耗仅是原有能耗的几分之一，必然会大大提高能源的利用效率，减少能源消耗和对环境的污染，改变目前能源供给 日趋紧张的状况。
全球气候变暖问题探讨
2、传统的认知方式
由于人们焚烧化石燃料，如石油，煤炭等，或砍 伐森林并将其焚烧时会产生大量的二氧化碳，即温室 气体，这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高 度透过性，而对地球发射出来的长波辐射具有高度吸 收性，能强烈吸收地面辐射中的红外线，导致地球温 度上升，即温室效应。
全球气候变暖问题探讨
二、发展能源应用理论
近三百多年的动力机械发展史，让人们习惯 于用“高温”来获得动能输出，不论是内燃 机、外燃机、火箭发动机等等，无一例外。 包括现在的核动力装置，也是设法依靠核反 应产生的热量，让工作介质达到高温、膨胀 来输出动力
动力获取现状
内燃机
外燃机
火箭发动机
核动力装置
二、发展能源应用理论
塑料就可以成为 制造发动机的主要原 材料，重量、成本会 发生极大变化
一、改变能源应用方式
热泵烧开水的炉灶演示实验
一、改变能源应用方式
理念应用前景
用能量搬运移动、高能效比的方式大幅度提高能源利用效率
锅炉能从现在努力追求100%的效 率，变成起步就是200%～300%的效率或 更高，节能50%以上
家家户户的厨具节能60%以上，发热量 就会成倍减少，厨房、车间就会变得凉爽
我们有必要从基本的郎肯循环和卡诺循环入手，
探讨一下如何结合这两大理论诞生后100多年来人们取得 的技术进步，对这两条基本理论进行再认识和发展。
二、发展能源应用理论
朗肯循环
“郎肯循环”诞生的年代研究热力学的技术条件、流体力学理 论、材料和控制理论和现在差距很大，难免存在一些缺陷和不足，必 然存在历史局限性。
让热机冷下来其他应用前景
我国在飞机发动 机耐高温材料、方面 的短板就不复存在， 可以来一次“弯道超 车”
原来不符合排放 标准的旧车，把火花 塞换为喷气塞，马上 变成“零”排放，超 欧N标准
没有了红外、紫外特征， 战略导弹防御体系、红外导弹 预警系统就变成了“睁眼瞎”， 有着重大的战略意义
火箭增加液态空 气“辅料”，全部喷 射常温气流，成本、 环境污染均会大幅下 降
●核能由于技术的限制暂时还无法得到普及的使用；
目前的解决方案及存在的问题
2、使用清洁能源
使用可再生的清洁能源（如太阳能、风能等）确 实是目前最好的节能方式，但是单纯利用清洁能源受 技术的限制目前并无法普及。
全球气候变暖问题探讨
1、什么是全球气候变暖
全球气候变暖是一种和自然有关的现象，是由于温 室效应不断积累，导致地气系统吸收与发射的能量不平 衡，能量不断在地气系统累积，从而导致温度上升，造 成全球气候变暖。
改进后新的循环，首先应利用非机械动力的方式实现对完成做 功后的乏蒸汽进行再利用，其次充分设法直接回收再利用未能直接利 用的乏汽凝结释放的冷凝热，让未能通过汽轮机一次转化为功的热量 有机会参与下一次做功循环，经过多次转化做功，在理论上实现蒸汽 动力循环整体热效率的大幅度提高。
二、发展能源应用理论
朗肯循环改进
3、我们认为的根本原因
地球短期内发热量的增加
我们认为减少碳排放并不是出路，无论使用什么能源，净能量的增加和释放是一定的，按照空气的容量等我们可 以轻松的计算出来可以让温度上升多少度，或者说让地球升温多少度。
全球气候变暖问题探讨
4、解决方案探讨
1
提高能源的利用效率
化
改进卡诺循环结构说明： Q0、高温热量输入；Q1、高温全热；Q2、高低温混 合热能；Q3、中温全热；Q4、中低温做功后余热；Q5、 再利用低温热量；Q6、低温散热； T1、高温热源；T2、中温热源；T3、低温热源； W1、中低温输出有效功； M0、高温驱动热泵； M2、中低温热机；
二、发展能源应用理论