第二章能量的转换和储存
物理学中的能量转换与储存技术
物理学中的能量转换与储存技术能量转换与储存技术是当今物理学领域的热点方向之一。
能量转换是指将一种能量形式转换为另一种能量形式的过程。
而能量储存则是将能量储存下来，以备将来需要时使用。
在科技不断发展的今天，能源供给已成为一个举足轻重的问题。
传统能源的短缺和环境问题，以及气候变化等全球性问题的不断加剧，促使我们在能源转化和储存方面进行更加深入的研究。
一、能量转换技术1.1 光电转换光电转换是指将光能转换为电能的技术。
当前，光电转换技术已经广泛应用于太阳能电池、太阳能热发电、光催化等领域。
尤其是太阳能电池，已经成为了当前最为主流的绿色能源之一。
在太阳能电池方面，随着新型材料和器件的不断涌现，太阳能电池的效率和稳定性得到了极大提高。
例如，钙钛矿太阳能电池具有高的光电转换效率、易制备、低成本等优势，成为当前的研究热点之一。
另外，在光催化方面，利用光能催化分解水来制备氢气已成为研究热点之一。
这不仅能高效利用可再生能源，同时还可以解决氢气产生过程中的环境问题。
1.2 热电转换热电转换是指将热能转换为电能的技术。
热电材料是实现热电转换的关键因素。
目前，热电材料的研究重点主要是利用稀有元素的化合物和复合材料来提高材料的性能。
热电转换技术具有广泛的应用前景，例如在汽车尾气净化，火力发电，可再生能源利用等领域均有广泛应用。
1.3 机械电能转换机械电能转换是指将机械能转化为电能的过程。
悬挂式风力发电机是一种常见的机械电能转换设备。
在风能利用方面，悬挂式风力发电机具有体积小、重量轻、效率高等优点。
除此之外，机械电能转换还有其他的应用，例如车轮发电、水轮发电等等。
二、能量储存技术2.1 化学储能化学储能技术是指利用化学反应来储存能量的技术。
目前，锂离子电池和钠离子电池已成为主流化学储能技术。
锂离子电池具有体积小，容量大，储存能量密度高，使用寿命长等优点，已经广泛应用于移动电源、电动汽车、智能家居等领域。
钠离子电池是目前被广泛研究的一种替代锂离子电池的储能技术。
生命历程中的能量转换和转移
生命历程中的能量转换和转移在生命的历程中，能量的转换和转移是一个不断进行的过程。
能量对于生命的维持和发展具有至关重要的意义，是生命的一种本质属性。
由于生命过程是一个巨大而复杂的系统，因此能量的转换和转移也存在着不同的方式和形式。
一、能量的来源和转换生命过程中的能量主要来源于食物。
食物中的有机物质经过消化、吸收和代谢后，被转化成为能够被细胞利用的能量，形成了细胞的内能。
比如，葡萄糖通过细胞呼吸途径被氧化，释放出大量的能量，以三磷酸腺苷（ATP）的形式存在于细胞内，为细胞提供持续不断的能量供给，以维持正常的代谢功能。
在人体内，碳水化合物、脂肪和蛋白质是主要的能量来源。
碳水化合物主要是由糖类组成，糖类是体内最重要的能源和组织结构单元。
脂肪是生命过程中最高效的储能物质，它含有丰富的化学键，可提供大量的能量，是人体贮存能量最主要的途径。
蛋白质不仅是组成细胞结构的重要物质，也是能够被氧化分解产生能量的物质。
不同的营养成分在体内通过代谢途径进一步转化为能量，供给不同的生命过程，如生长、细胞分裂、运动和免疫等。
二、能量的转移和分配人体的内能不会存在大量的积累，需要时刻地供给细胞和组织结构，以维持身体正常的功能。
能量的转移和分配是由心血管系统和呼吸系统进行调节的。
心血管系统负责将血液从心脏输送到全身各处，供给组织和器官，呼吸系统则是将氧气从空气中吸入体内，送达不同的细胞，供给呼吸作用之需。
能量的转移和分配应当是一个有序和平衡的过程。
过多的能量转移会使身体负荷过大，导致过度肥胖、糖尿病等疾病的发生。
同时，能量分配的不均衡也可能导致身体的某些器官获得不足的供应，造成功能减退或疾病的发作。
因此，我们应该通过科学的饮食和运动方式，确保身体得到合适的营养和能量供应，保持身体的健康状态。
三、能量的转换与机体保护人体内部的自我调节机制能够确保能量的合理转换和分配。
为了避免过多的内能积累影响细胞和器官的正常运转，机体会将多余的能量转化为储存能量或热能。
能量转换和储存
化学能转换为热能
燃料燃烧是获取热能的最主要方式。 能在空气中燃烧的物质称为可燃物，但不能 把所有的可燃物都称作燃料（如米和沙糖之 类的食品）。 所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放 出大量热能的气体、液体或固体物质，是能 在经济上值得利用其发热量的物质的总称。 燃料通常按形态分为固体燃料、液体燃料和 气体燃料。
固体燃料
液体燃料
气体燃料
化学能转换为热能
燃烧反应是一个氧化反应。 燃料中的可燃元素碳、氢、硫和空气中的氧激剧化 合时发出显著的光和热。 通过燃料燃烧将化学能转换为热能的装臵称为燃烧 设备。其中锅炉就是典型的燃烧设备，它是通过化 石燃料的燃烧将燃料的化学能转换为高温烟气的热 能，并用热能加热水使之变为蒸汽。
化学能 化学能 化学能 热能 热能 热能 机械能 机械能
转换机械或系统
炉子、燃烧器 各种热力发动机 电能 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
氢和酒精 等二次能 源
化学能 化学能
电能 电能
热能
能量转换过程及转换设备或系统
能源 能源形态转换过程
机械能 机械能
油的燃烧
油的燃烧方法有内燃和外燃两种方式。 所谓内燃，是在发动机气缸内部极为有限的 空间进行高压燃烧，是一种瞬间的燃烧过程。 所谓外燃，就是不在机器内部燃烧，而在燃 烧室内燃烧，并直接利用燃烧发出的热量， 如锅炉、窑炉内进行的燃烧。 油燃烧的全过程包含着传热过程、物质扩散 过程和化学反应过程。
不同燃料的燃烧特点
煤的燃烧 油的燃烧 气体燃料的燃烧
煤的燃烧
煤的燃烧基本上有两种形式：第一种是煤粉悬浮在 空间燃烧，称为室燃或粉状燃烧；第二种就是煤块 在炉排上燃烧，称为层燃或层状燃烧。
热工基础__第二章能量转换的基本概念和基本定律.
(3) 、温度 • 物体冷热程度的标志；系统热平衡的物理特征量。 • 热力学第零定律： 当物体C同时与物体A和B接触而达到热平衡时,物体A 和B也一定热平衡。 这一事实说明物质具备某种宏观性质。若两个热力 系分别与第三个热力系热平衡，那么这两个热力彼此 处于热平衡。这一宏观物理性质称为温度。 • 温标： 热力学第零定律是温标的理论依据。 a、热力学温标: 水的三相点为 273.16 K,单位“开尔 文” 是水有三相点温度的1／273。16 T 单位 K， T = 273.15 + t b、摄氏温标 水的三相点为0.01 ℃，水的标准沸点为100 ℃。 t 单位 ℃ t = T - 273.15 ＊（有关温度热力学温标在第二定之后有严格证明）
dX 0
dX X
1
2
2
X1
• 强度量状态参数： 与系统内所含工质数量无关的状态参数。 • 广延量状态参数： 与系统内所含工质数量有关的状态参数。
3、基本状态参数 (1)、比体积
V v m
密度
单位 m3/kg
m V
v 1
(2)、压力（压强）
F p A
• 压力的国际制单位： 1 MPa = 103 kPa = 106 Pa
•以后在p－v图及T－s图中凡是用 实线画出的过程都表示可逆过程。
有用功Wu、无用功Wr和耗散功Wl
闭口系膨胀过程中用推动大所所消耗的功称为无用功Wr. 过程中由于耗散效应所消耗的功称为耗散功Wl ，则有用功Wu为 Wu＝ W－Wr－Wl Wr＝p0(V2 － V1) ＝ p0 ΔV (1－11) (1－12)
第二节
热力学第一定律
一 热力学第一定律的实质
热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现象中的应用。
第二次课能量的转换和储存资料
能量贬值原理
一个封闭系统中的任何自发 性变化，都必然朝着能量贬值 （熵增）的方向发展，而最后 的平衡状态，则对应于熵的最 大可能值。
热能与其它形式能量之间的转换也必然遵循能量守恒和转换定 律——热力学第一定律。热力学第一定律指出：热能作为一种 能量，可以与其它形式的能量相互转换，在转换过程中能量总 量保持不变。 能量不仅有量的多少，还有质的高低。热力学第一定律只说
能量转换的主要燃料
能量转换的主要燃料
燃料通常是指能够通过燃烧过程而将化
学能转换为热能的物质。 所有化石燃料及由化石燃料加工而成的 其它含能体； 所有生物燃料以及由生物燃料加工而成 的含能体。
它包括所有的化石燃料(如煤、石油、天然气、油页岩等)， 及由化石燃料加工而成的其它含能体(如煤气、焦炭、汽油、 煤油、柴油、重油、液化石油气、丙烷、甲醇、乙醇等)； 生物燃料(如新柴)以及由生物燃料加工而成的含能体(如沼 气)。
能量的基本性质
能量的基本性质
运
动无 有
序 序
有 序 能 无 序 能
不 完全、 有条 件
研究能量属性及其转换规律的科学是热力学。从热 力学的角度看，能量是物质运动的量度，运动是物 质存在的形式，因此一切物质都有能量。只要物质 运动状态一定，物质拥有的能量就一定. 尽管物质的运动多种多样，但就其形态而沦只有有 序(有规则)运动和无序(无规则)运动两类。人们常将 量度有序运动的能量称为有序能，量度无序运动的 能量称为无序能。显然，一切宏观整体运动的能量 和大量电子定向运动的电能都是有序能；而物质内 部分子杂乱无章的热运动则是无序能。大量事实证 明，有序能可以完全地、无条件地转换为无序能； 相反的转换却是有条件的、不完全的。
细胞的能量转换
细胞的能量转换细胞是生物体的基本单位，通过细胞内各种代谢反应来维持生命活动。
其中，能量的转换是细胞生命活动的基础。
本文将从细胞内能量储存、能量转换的方式以及相关代谢过程等方面来探讨细胞的能量转换。
一、细胞内能量储存细胞内的能量主要以ATP（腺苷三磷酸）的形式储存。
ATP是一种高能化合物，它由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团组成。
而ATP的磷酸键具有高能，通过磷酸键的断裂，可以释放出储存的能量，为细胞进行各种生命活动提供动力。
细胞内ATP的合成是经过一系列复杂的能量转换来完成的。
最主要的合成途径是细胞呼吸作用。
在有氧条件下，细胞通过氧化葡萄糖产生大量的ATP。
而在无氧条件下，细胞则通过乳酸发酵产生少量的ATP。
此外，细胞还通过光合作用合成ATP，但这一过程主要发生在植物细胞中。
二、能量转换的方式细胞内能量转换的方式多种多样，常见的有细胞呼吸作用和光合作用。
1. 细胞呼吸作用细胞呼吸作用是生物体将有机物质分解为CO2和H2O的过程，同时产生能量。
它分为三个主要阶段：糖酵解、Krebs循环和氧化磷酸化。
首先，糖酵解将葡萄糖分解为两个分子的丙酮酸，同时产生少量的ATP和NADH。
之后，丙酮酸进入Krebs循环，在多次反应过程中，产生大量的NADH和FADH2，并生成CO2。
最后，NADH和FADH2通过氧化磷酸化的过程，将其储存的电子传递给电子传递链，最终产生较大量的ATP。
2. 光合作用光合作用是植物细胞或某些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质的过程，同时释放出氧气。
光合作用可以分为两个主要阶段：光反应和暗反应。
在光反应阶段，光能被光合色素吸收，并转化为化学能。
通过光合色素分子间的电子传递，产生能量丰富的ATP和NADPH，并释放出氧气。
而在暗反应阶段，通过ATP和NADPH的提供，植物细胞将CO2转化为有机物质，并再生ADP和NADP+。
三、相关代谢过程除了细胞呼吸作用和光合作用，细胞内还存在其他相关代谢过程，进一步实现能量的转换。
能量的转换与储存方式
能量的转换与储存方式随着人类社会的发展，能源的需求越来越大，同时环境保护问题也越来越受到人们的关注。
如何高效地转换和储存能量成为了当下研究的热点。
本文将讲述能量的转换和储存方式。
一、能量的转换能量的转换，即是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量。
在生产和生活中，我们经常需要进行能量的转换，如化学能转换为热能、电能转换为机械能等。
以下几种能量的转换方式值得关注：1.光能转化日光是一种广泛存在且不会耗尽的资源，而太阳光可以被转换为电能或热能。
太阳能电池片是将光能直接转化为电能的一种常见方式。
而太阳能热发电则是利用太阳辐射产生热能使水蒸气推动涡轮发电的方式。
这些技术的应用有望实现清洁能源的长期稳定供应。
2.化学能转化化学能是指物质因化学反应而释放的能量，如燃料的燃烧。
将化学能转换为其他形式的能量也是我们经常需要进行的操作。
例如热能锅炉燃烧燃料生成热能，然后将这些热能用于驱动发电机生成电能。
另一种方式是利用电化学反应将化学能转换为电能，如蓄电池和燃料电池等。
3.机械能转化在行业生产和日常生活中，机械辅助设备的广泛应用促进了机械能的转换。
例如汽车引擎将燃油的化学能转换为机械能，同时驱动车轮的旋转，从而达到运动的目的。
车轮的转动则将机械能转化为动能。
二、能量的储存在能量转换的基础上，储存能量也是十分关键的。
储存能量有助于缓解能源供应短缺和需求不稳定性的问题。
以下列出常见的能量储存方式：1.电池储存电池储存是将化学能转化为电能并储存在电池之中。
现代电池具有高能量密度和长时间使用寿命等特点，在高速、高质量、节能的当前生产方式下，广泛应用于各行各业中。
2.超级电容储存超级电容储存是利用电场和电荷之间的相互作用储存能量，也是一种较为常见的储存方式。
超级电容器具有高速、高效、长周期等优势，通常用于电力质量改善和短时应急供电。
3.物理储存物理储存包括压缩空气储能和储热装置，如储热罐和蓄热板等。
压缩空气储能利用空气压缩并储存，释放时再通过逆向过程将能量释放出来。
能源概论复习资料有答案
《能源概论》复习题第一章能量与能源1、什么是能量？能量是物质运动的度量。
也是产生某种效果（变化）的能力。
2、能量的形式有哪些？机械能、热能、电能、辐射能、化学能、核能。
3、什么是热能？构成物质的微观分子运动的动能和势能总和。
4、什么是发热量？单位重量或体积燃料在完全燃烧，且燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量。
5、什么是低位发热量？单位燃料完全燃烧后，燃烧产物的温度冷却到参加燃烧反应物质的原始温度（20℃）,而燃烧产物中的水蒸气也冷却成20 ℃的水蒸汽时所放出的热量。
6、什么是高位发热量？单位燃料完全燃烧后，燃烧产物的温度冷却到参加燃烧反应物质的原始温度（20℃）,而燃烧产物中的水蒸气冷凝成为0 ℃的水时所放出的热量。
7、能量的性质有哪些？状态性、可加性、传递性、转换性、做功性、贬值性。
8、能量的转换包括的内容是？能量在空间上转移，就是能量的传输；能量在时间上转移，就是能量的储存。
9、能量传递的条件是什么？势差10、能量传递的形式是什么？能量的传递包括转移与转换两种形式11、能量传递的方法是什么？—由温差引起的能量交换，能量传递的微观形式；—由非温差引起的能量交换，能量传递的宏观形式。
12、能量传递的方式是什么？其具体方式为：传热—热传导、热对流和热辐射三种基本方式；做功（机械功）—容积功、转动轴功和流动功（推动功）三种基本方式。
13、能量传递的实质是什么？能量利用的实质。
14、什么是能源？是指能够直接或经过转换而获取某种能量的自然资源。
15、常规能源包括有哪些？煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能。
16、新能源包括有哪些？太阳能、地热能、潮汐能、生物质能、核能。
17、能源的评价包括哪些？储量、能量密度、储能的可能性、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18、什么是能量密度？是指在一定的质量、空间或面积内，从某种能源中所能到的能量。
生物能量储存形式及其转换过程
生物能量储存形式及其转换过程生命活动需要大量的能量来维持，而这些能量主要来自于食物。
生物体需要将食物中的化学能转化为生物能，再将其储存下来。
不同生物体的能量储存形式和转换过程也有所不同。
1.生物能的储存形式生物能的主要储存形式有三种：ATP、糖和脂肪。
ATP(腺苷三磷酸)是一种高能化合物，是细胞内主要的能量分子。
当食物中的化学能被转换为生物能时，它也被储存到ATP中。
ATP的储存能力很小，但其释放能量的速度非常快，因此它是人体能量补充的主要方式。
ATP的合成需要能量输入，常见的合成方式有糖原和脂肪酸分解途径。
糖是一种含有较高能量的分子，它是人体主要的燃料之一。
人体储存糖的方式多种多样，其中最主要的是肝内和肌肉内的糖原。
糖原的形式与淀粉类似，但其结构较为复杂，能够更容易地分解为糖分子以供身体使用。
脂肪是一种能量含量非常高的分子，可以提供长时间的稳定能量。
脂肪的主要储存形式有三种：葡萄糖，三酸甘油酯和胆固醇酯。
其中，三酸甘油酯是最重要的存储形式，在脂肪细胞中形成“脂肪滴”，提供动物长时间的能量支持。
2.生物能的转换过程生物能的转换过程有两个基本规则：一是能量可以从一种形式转换为另一种形式，但不可消失；二是越高级的生物体，所需的养分越丰富，产生的废物也越多。
一个完整的生物能转换过程通常包括三个步骤：消化、吸收和新陈代谢。
消化是指细胞将食物中的大分子物质分解成小分子物质的过程。
消化过程中涉及到多种酶的作用，例如唾液酶、胃酸和胰腺酶等。
这些酶将食物中的蛋白质、碳水化合物和脂肪分解成小分子营养物质。
吸收是指小分子营养物质通过肠道黏膜被吸收到血液中的过程。
小肠是吸收营养物质的主要器官，其中对于多种营养物质的吸收具有专门的细胞组织。
例如，葡萄糖通过肠道上皮细胞的胰岛素介导进行吸收；氨基酸通过多种载体进行吸收。
新陈代谢是指营养物质和氧气在细胞内进行反应，最终产生能量和废物的过程。
新陈代谢过程包括两种类型反应：分解代谢和合成代谢。
电化学能量储存与转换
1990年Sony首次大规模推出锂离子电池
1991年M. Gratzel提出染料敏化太阳能电池
早期的电化学能量转换装置
1836年，英国的丹尼尔对 “伏特电堆”进行了改良。 不是最早的盐水溶液，而 用稀硫酸作电解液，解决 了电池极化问题，制造出 能保持平稳电流的锌─铜 电池，又称“丹尼尔电 池”。丹尼尔电池最早用 于电报机。
电 导 率
温度
产生最大值的 原因何在？
溶质浓度
熔盐电解质
高温熔盐： 无机盐熔体，氧化物熔体
氧化物体系的熔点较高，如La2O3-CuO （10:90 摩尔比） 1050℃
盐类混合物其次，NaCl-KCl（等摩尔） 663 ℃
不含金属的盐类和有机盐类熔点较低, CO(NH2)2-NH4NO3（59:41）45.5 ℃, AlCl3-MEICl（33:67）-75 ℃， MEI：1-甲基-3-乙基咪唑
酸性燃料电池
熔融碳酸盐燃料电池
固体氧化物燃料电池
质子交换膜燃料电池的原理与技术
三合一催化电极的构造与功能
40％Pt/C催化剂 研究趋势：从减小铂的颗粒度并提高分散均匀性，到采 用外层为铂的核壳结构或低铂合金，再到非铂催化剂。
贵金属Pt的高成本是燃料电池大规模应用的主 要障碍，以过渡金属M制备M-N4/PPy系催化剂是 一种新的有效尝试。Bashyam在《Nature》上报 到了一种燃料电池低成本CoPPy/C新型催化剂， 此类催化剂不仅有很高氧还原催化活性，而且 有良好的稳定性。 制备方法： 在碳上化学聚合吡咯得到PPy/C复合载体； 浸渍六水合硝酸钴，再用硼氢化钠还原，使
大部分参比电极在小电流密度的情况下属于理 想非极化电极。在金属铂电极上的析氢和脱氢 反应也只有很小的极化电压。
《工程热力学》第二章 热力学第一定律
6
2-2 热力学能和总能
能量是物质运动的度量，运动有各种不同的 形态，相应的就有各种不同的能量。
系统储存的能量称为储存能，它有内部储存 能与外部储存能之分。系统的内部储存能即为热 力学能
Q U W
Q 0 W ? 0 U 0 即U1 U2
强调：功是通过边界传递的能量。
30
h1 a 2
h1 b 2
2
dh
1
h2 h1
dh 0
21
三、焓的意义：
焓是物质进出开口系统时带入或带出的热力学 能与推动功之和，是随物质一起转移的能量。
焓是一种宏观存在的状态参数，不仅在开口系 统中出现，而且在分析闭口系统时，它同样存 在。
焓是随着质量交换而交换的一种“转移能”， 只有在质量跨越边界的前提下，焓的物理意义 及其能量属性才能体现出来。
第二章 热力学第一定律
1
本章基本要求
深刻理解热能、储存能、功的概念，深刻理解内 能、焓的物理意义；
理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的 联系与区别；
本章重点
熟练应用热力学第一定律解决具体问题
2
2-1 热力学第一定律的实质
19世纪30-40年代，迈耶，焦耳等发现并确 定了能量转换与守恒定律。恩格斯将这列为19世纪 三大发现之一（细胞学说、达尔文进化论）。
在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的 总量始终不变。
不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不 可能制造成功的。
4
5
进入系统的能量－离开系统的能量 = 系 统储存能量的变化
在工程热力学的范围内，主要考虑热能与机 械能之间的相互转换与守恒，因此热力学第一定 律可表述为：热可以变为功，功也可以变为热， 在相互转变时能的总量是不变的。
太阳能制氢的能量转换、储存及利用系统
目录分析
该部分详细介绍了太阳能制氢的技术原理，包括光电化学制氢、光热化学制 氢和光生物制氢等主要技术。还深入探讨了各种技术的优缺点、应用领域和发展 趋势。
目录分析
该部分主要介绍了太阳能制氢过程中所需的能量转换技术，包括热能转换、 电能转换和化学能转换等。这些技术将太阳能转化为氢能，为氢能的产生提供了 必要的能源基础。
阅读感受
阅读感受
《太阳能制氢的能量转换、储存及利用系统》是一本关于新能源技术的书籍， 作者通过深入浅出的方式，将复杂的科学原理与实际应用相结合，使读者能够更 好地理解太阳能制氢技术的奥秘。
阅读感受
这本书的主要内容是关于太阳能制氢的整个流程，包括太阳能的收集、转化、 储存和利用。书中详细介绍了太阳能制氢的原理、工艺流程、设备以及相关的技 术发展。作者也讨论了太阳能制氢技术的经济性、环境影响以及未来的发展趋势。
本书介绍了太阳能制氢的储存和利用系统。储存系统包括氢气压缩储存、液态氢气储存、固态氢 气储存等，而利用系统则包括燃料电池、氢气发动机、氢气液化等。本书详细介绍了这些系统的 基本原理、设备选型和应用领域等方面的内容。
内容摘要
本书讨论了太阳能制氢技术的未来发展趋势和应用前景。随着太阳能制氢技术的不断发展，其应 用领域也越来越多，包括能源供应、能源储存、能源转换等方面。随着环保意识的不断提高，太 阳能制氢技术也将越来越受到重视。本书详细介绍了这些应用领域的基本原理和发展趋势等方面 的内容。 《太阳能制氢的能量转换、储存及利用系统》是一本关于太阳能制氢技术的书籍，具有很高的参 考价值和使用价值。该书籍不仅详细介绍了太阳能制氢技术的基本原理和应用领域，还详细介绍 了太阳能制氢技术的未来发展趋势和应用前景。
目录分析
该部分主要介绍了氢能的储存技术，包括压缩氢气储存、液态氢气储存和固 态氢气储存等。还讨论了各种储存技术的优缺点、应用领域和发展趋势。
能量转化与能源转储的原理
能量转化与能源转储的原理能量是我们生活中不可缺少的物质，任何活动都需要能量的支持。
能量转化和能源转储是能源学中非常重要的两个概念，是我们理解能源转化规律和高效能源利用的必备基础。
本文将深入探讨能量转化与能源转储的原理，以期为读者带来更深层次的理解和认识。
一、能量转化的原理能量转化指的是将一种形式的能量转变为另一种形式的能量的过程。
常见的能量转化包括热能转化为动能、光能转化为电能、化学能转化为电能等。
这些能量转化过程背后的原理和机制有所不同，但它们都可以归纳为一条基本定律：能量守恒定律。
能量守恒定律是指在任何封闭系统内，能量的总量不会发生改变，只会在不同形式之间相互转化。
例如，在一个小球滑下斜面的过程中，其带有的势能将会逐渐转化为动能，最终将小球推至斜面底部，转化成为另一种能量形式。
实际上，这个过程中，一部分势能被转换为了热能和声能，因此信息永远不会从一个能量形式消失。
这说明，虽然能量可以在不同形式之间进行转化，但总量将始终保持不变。
二、能源转储的原理能源转储是通过将能量转化为一种可以保存和利用的形式，以达到高效能源利用的目的。
比如将太阳能转化为电能、热能转化为机械能都属于能源转储的范畴。
在这个过程中，关键的一步是将能量从一种形式转化为另一种可以方便储存和利用的形式，例如将太阳能转化为电能需要用到太阳能电池，而将热能转化为机械能则需要使用内燃机等设备。
不同的能量储存和利用形式需要不同的技术方案，例如在现代科技中，化学电池和超级电容器成为了电能储存的两类重要设备。
化学电池可以将化学能转化为电能并储存起来，成为重要的电源设备，而超级电容器则可以更快地储存和释放电能，为高调性电力设备提供可靠的电源。
能量转化和能源转储是两个重要的概念，它们互相联系、共同作用，保持和改进生态系统中物质和能量的转运和循环。
能量转化让我们的日常生活变得更加丰富多彩，能源转储则为能源利用和管理贡献了许多科学技术。
我们应该不断探索高效能源转化和更加便捷的能源转储技术，以更好地实现能源利用的可持续发展目标。
能量转换与储存技术
能量转换与储存技术一、能量转化技术能源转化技术主要指的是将一种形式的能量转换为另一种更方便、更易存储和更容易利用的能量形式。
在能源转化技术中，最常见的是热能、电能和化学能的转化。
1.1 热能转换技术热能转换技术主要包括热力学循环和热化学反应两种技术。
其中热力学循环技术可分为热力学循环发电和热力学循环制冷两种。
热力学循环发电技术是指将热能转化为机械能，再由机械能转化为电能的技术。
例如，常见的火力发电、核电发电、风力发电、水力发电等都属于热力学循环发电技术。
而热力学循环制冷技术则是指利用一定的热力学循环过程，将低温热能转化为高温热能，从而实现制冷。
例如，汽车空调、家用冰箱以及高级冷却设备都是应用了热力学循环制冷技术。
而在热化学反应技术中，通过燃烧、燃气发动机或者高温化学反应等手段，将热能转化为机械能或者电能。
例如，燃料电池的工作原理就是引入空气和燃料，然后在催化剂的作用下，将燃料转化为电能。
1.2 电能转化技术电能转化技术是指将一种形式的电能转换为另一种形式的电能的技术。
例如，直流电能转换为交流电能，或者变压器将高电压的电能转化为低电压的电能。
在电能转换技术中，最常用的是电力电子技术。
该技术利用电子器件，对电能进行调节控制，从而实现电能的转换。
1.3 化学能转化技术化学能转化技术是指利用化学反应过程，将化学能转化为机械能或者电能。
例如，电池就是一种将化学能转化为电能的装置。
在化学能转化技术中，最常见的是燃料电池技术和化学电池技术。
燃料电池就是利用燃料和氧气进行反应以产生电能的一种装置。
而化学电池则是指利用在不同电极上的化学反应，将化学能转化为电能。
二、能量储存技术能量储存技术主要是指将能量储存在介质中，以备后续使用。
目前，主要的能量储存技术包括电能储存技术、化学能储存技术和物理能储存技术。
2.1 电能储存技术电能储存技术主要是指将电能储存在电池或者超级电容器中，以备后续使用。
其中，电池技术是最常见的一种电能储存技术。
能量的储存与转化
能量的储存与转化能量是自然界中最为基本的物理量之一，包括机械能、电能、化学能等。
人类的生产和生活、自然界的运行均依赖于能量的储存与转化。
那么，何谓能量的储存与转化？我们应该如何理解和利用它们？一、能量的储存能量的储存形式多种多样。
在自然界中，太阳是最主要的能量来源，它释放出来的能量被植物、微生物等生物吸收进行生长、代谢等作用，从而形成了生物体内的化学能。
化石燃料也是能量的一个储存形式，它们是在地球各种物质废弃物沉积、压缩、高温等多个过程形成的，存储了许多亿年的太阳能，包括煤炭、石油、天然气等。
更进一步，我们的身体也是储存能量的一个重要载体，人体内的脂肪、糖类等均可作为能量的储存体。
二、能量的转化能量的转化与储存息息相关，作为一种物理量，能量的形式和状态不断地在转化和变化。
在人类的生产和生活中，能源转化的方式主要包括机械能转换为电能、化学能转化为电能等。
电能是一种比较重要的能量形式，它通过变配电变压器等工具进行转化、分配和储存。
太阳能发电是当前较为流行的一种方式，它通过太阳能电池板等工具将太阳的光线转化为电能，实现能源的可再生利用。
化学能也是我们生活中经常使用到的一种能量形式，例如锂电池，它将锂和一定的电解液放在电解液内，电解液中的离子通过电池内部的电解质和多种材料转化为电能。
三、如何利用储存与转化能量我们需要学会储存和利用能量，以满足日常生活和工作的需要。
对于家庭用电而言，我们可以通过使用高效的家电、合理设置用电时间等一系列措施来减少用电量，从而减少家庭的能源消耗。
此外，我们还可以大力推广太阳能发电技术、风能发电技术等可再生能源。
在工业生产中，我们可采用现代技术，初步达到"能多用少，用多促进"的目标。
总之，能量的储存与转化对我们的日常生活和生产有着不可或缺的作用。
了解储存和转化能量的基本原理，学会利用和减少能源消耗，更好地保护和利用自然资源也是我们每个人的责任。
能源科学导论第二章能量的转换与储存
❖ 历史上最著名的第一类永动机 是法国人亨内考在十三世纪提 出的“魔轮”，魔轮通过安放 在转轮上一系列可动的悬臂实 现永动，向下行方向的悬臂在 重力作用下会向下落下，远离 转轮中心，使得下行方向力矩 加大，而上行方向的悬臂在重 力作用下靠近转轮中心，力矩 减小，力矩的不平衡驱动魔轮 的转动。十五世纪，著名学者 达芬奇也曾经设计了一个相同 原理的类似装置，1667年曾有 人将达芬奇的设计付诸实践， 制造了一部直径5米的庞大机 械，但是这些装置经过试验均 以失败告终。
❖
❖ 除了利用力矩变化的魔轮，还有利用浮力、水力等 原理的永动机问世，但是经过试验，这些永动机方 案要么被证明是失败的，要么被证明是骗局，无一 成功。
❖ 1775年法国巴黎科学院通过决议，宣布永不接受永 动机。
❖
1842年荷兰科学家迈尔提出能量守恒和转化定律； 1843年英国科学家焦耳提出热力学第一定律，他们 从理论上证明了能够凭空制造能量的第一类永动机 是不能实现的。热力学第一定律的表述方式之一就 是：第一类永动机不可能实现。
❖ 热力学第一定律揭示在能量转换和传递过程 中能量在数量上必定守恒。
❖ 热力学第二定律指出在能量转换和传递过程 中，能量在品质上必定贬值。
❖ 是两条互相独立的基本定律，一切实际过程 必须同时遵循这两条基本定律。
❖ 提高能量的有效利用，其实质就是在于防止 和减少能量贬值发生。
3 能量转换的效率
❖ 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。
❖ 历史上首个成型的第二类永动机装置是1881年美国 人约翰·嘎姆吉为美国海军设计的零发动机，这一装 置利用海水的热量将液氨汽化，推动机械运转。但 是这一装置无法持续运转，因为汽化后的液氨在没 有低温热源存在的条件下无法重新液化，因而不能 完成循环。
第二章细胞能量的来源与转变
第二章细胞能量的来源与转变第一节细胞中的能源物质1细胞中的ATPATP是三磷酸腺苷的英文缩写，它是活细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物。
事实上，从细菌、真菌一直到高等动植物，所有的生物生命活动中的直接能源物质都是ATP。
ATP能作为直接能源物质与其结构密切相关。
ATP的结构ATP的机构简式A-P~P~P，其中的A表示腺苷，P表示磷酸基，~表示高能磷酸键。
ATP中大量的化学能就储存在高能磷酸键中。
ATP与ADP的相互转化ATP分子中远离腺苷A的那个高能磷酸键，在一定条件下很容易断裂，同时储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，A TP就转化为ADP；在另一种酶的作用下，ADP接受能量，同时与一个磷酸结合，从而转化成ATP。
ATP在细胞中的含量虽然很少，但是通过ATP与ADP之间的相互转化，使细胞内的ATP总是处于动态平衡之中，从而保证了细胞能量的持续供应。
ATP含量稳定、移动迅速、功能高效，因为成为细胞内能量释放、转移和利用的中心物质。
细胞中ATP的合成所需要的能量主要来自于糖类、脂质等有机物的氧化分解；此外在在植物细胞的叶绿体内也能合成A TP，其能量来自光能的转化，2糖类糖类是由C、H、O三种元素组成的，生命活动需要的能量70%以上来自于糖的氧化分解，糖类是细胞生命活动的主要能源物质。
3脂质脂质主要由C、H、O三种化学元素组成，有的脂质还含有N、P等元素。
其中脂肪中C、H 的含量相对较高，含有较多的能量，是细胞中重要的储存能量的物质。
在细胞中，ATP是生命活动的直接能源物质，糖类是主要的能源物质，脂肪是重要的储存能量的物质，其它有机物如蛋白质也能为生命提供能量，这些物质中的能量最终都来自太阳能。
第二节酶在代谢中的作用1影响酶活性的因素生物代谢过程离不开酶的催化作用，生物体内酶的活性同样受到各种因素的影响。
2酶的专一性和高效性酶可以加快化学反应的速度，具有高效性。
一种酶只能催化或一类底物的反应，说明酶还具有专一性的特点。
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煤的燃烧技术
目前煤的燃烧方式主要是煤粉燃烧和流 化床燃烧。我国大型锅炉和工业窑炉大 多采用煤粉燃烧。
为了提高煤炭燃烧的效率和减少污染， 发展了许多先进的燃烧技术，如煤粉燃 烧稳定技术，包括各种新型的燃烧器， 煤粉低氮氧化物燃烧技术，高浓度煤粉 燃烧技术，流化床燃烧技术等。
油的燃烧
油的燃烧方法有内燃和外燃两种方式。 所谓内燃，是在发动机气缸内部极为有限的空
核发电，磁流体发电 核能炼钢 热力发电，热电子发电 光电池
电能 电能
光（激光） 热能 热能
聚变
核聚变发电
概述
在能源利用中最重要的能量转换过程是 将燃料的化学能通过燃烧转换为热能， 热能再通过热机转换成机械能。
机械能可以直接利用，也可以转换成电 能。
将燃料的化学能转变为热能是在燃烧设 备中实现的。
使燃料能充分地与空气接触； （3）必须及时而妥善地排走燃烧产物； （4）必须提供燃烧所必须的足够空间（燃烧室）和时
间。
不同燃料的燃烧特点
煤的燃烧 油的燃烧 气体燃料的燃烧
煤的燃烧
煤的燃烧基本上有两种形式：第一种是 煤粉悬浮在空间燃烧，称为室燃或粉状 燃烧；第二种就是煤块在炉排上燃烧， 称为层燃或层状燃烧。
固体燃料 液体燃料
气体燃料
化学能转换为热能
燃烧反应是中 的氧激剧化合时发出显著的光和热。
通过燃料燃烧将化学能转换为热能的装 置称为燃烧设备。其中锅炉就是典型的 燃烧设备，它是通过化石燃料的燃烧将 燃料的化学能转换为高温烟气的热能， 并用热能加热水使之变为蒸汽。
间进行高压燃烧，是一种瞬间的燃烧过程。 所谓外燃，就是不在机器内部燃烧，而在燃烧
室内燃烧，并直接利用燃烧发出的热量，如锅 炉、窑炉内进行的燃烧。 油燃烧的全过程包含着传热过程、物质扩散过 程和化学反应过程。
油的燃烧技术
油是最常用的液体燃料。 油的燃烧实际上包含了油加热蒸发、油
蒸气和助燃空气的混合以及着火燃烧三 个过程。 为了实现油的高效低污染燃烧，应从以 下来两方面着手： （1） 提高燃油的雾化质量； （2） 实现良好的配风 。
能量转换过程及转换设备或系统
能源 能源形态转换过程
水力、风 机械能 力、潮汐、 机械能 海流、波 浪
机械能 机械能
电能
太阳能
光能 热能 光能 热能 机械能 电能 光能 热能 电能 光能 电能 光能 化学能 光能 生物能 电磁波 电能
转换机械或系统
水车、风车。水轮机—— 发电机，波力发电、风力 发电、潮汐发电、海流发电
有关燃烧的知识
燃料燃烧的必要条件 燃烧所需的空气量 燃烧产生的烟气量
燃料燃烧的必要条件
必须要有能燃烧的可燃物（燃料）； 必须要有使可燃物着火的能量（热源），即使
可燃物的温度达到着火温度以上； 必须供给足够的氧气和空气。 为了维持燃烧，还必须保证：
（1）必须把温度水平维持在燃料着火温度以上； （2）必须把适当的空气量以正确的方法供应给燃料，
主要的燃烧设备有锅炉和各种工业炉窑。
概述
将热能转换为机械能是目前获得机械能的最主要的方 式。
转换过程通常是在热机中完成。 应用最广的热机是内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等。 内燃机主要为各种车辆、工程机械提供动力。 蒸汽轮机主要用于发电厂中，也可作为大型船舶的动
力，或拖动大型水泵、压缩机、风机。 燃气轮机除了用于发电外，还是飞机的主要动力源，
热水器，采暖、制冷、光化 学反应，太阳灶 太阳热发动机 太阳热发电 热力发电，热电子发电 光电池、光化学电池 光化学反应（水分解）光合成
能量转换过程及转换设备或系统
能源
核能
能源形态转换过程
核分裂 核分裂 核分裂 核分裂 核聚变
热能 机械能 热能 热能 电能 电磁能 电能 热能 机械能
电能 电能
转换机械或系统
第二章 能量的转换
本章主要内容
主要的能量转换过程 能量的储存
第一节 主要的能量转换过程
概述 化学能转换为热能 热能转换为机械能 机械能转换为电能
能量的转换
能量转换是能量最重要的属性，也是能量利用 中的最重要的环节。
通常所说的能量转换是指能量形态上的转换。 能量转换包括：能量在空间上的转移，即能量
能量转换过程及转换设备或系统
能源 能源形态转换过程
石油、煤 炭、天然 气等矿物 燃料
化学能 热能 化学能 热能 机械能 化学能 热能 机械能 电能
氢和酒精 等二次能 源
化学能 电能 化学能 电能
热能
转换机械或系统
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
化学能转换为热能
天然的固体燃料有煤炭和木材；人工的固体燃 料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭应用最为 普遍，是我国最基本的能源。
天然的液体燃料有石油（原油）；人工的液体 燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。
天然的气体燃料有天然气，人工的气体燃料则 有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石油气 等。
气体燃料的燃烧
气体燃料的燃烧可以分为容器内燃烧和 燃烧器燃烧，它们和油的两种燃烧方式 相近。
气体燃料的燃烧过程包括三个阶段，即 混合、着火和正常燃烧。
气体燃料的燃烧技术
气体燃料燃烧的效率主要取决于气体燃料燃烧 器。对气体燃烧器的基本要求是： 不完全燃烧损失小，燃烧效率高； 燃烧速率高，燃烧强烈，燃烧热负荷高； 着火容易，火焰稳定性好，既不回火，又不脱 火； 燃烧产物有害物质少，对大气污染小； 操作方便，调节灵活，寿命长，能充分利用炉 膛空间。
的传输；能量在时间上的转移，即能量的储存。 能量转换过程必须遵守能量转换和守恒定律，
即： 输入能量-输出能量=储存能量的变化
能量的转换
在国民经济和日常生活中用得最多、最 普遍的能量形式是热能、机械能和电能。
它们可以由其它形态的能量转换而来， 它们之间也可以互相转换。
任何能量转换过程都需要一定的转换条 件，并在一定的设备或系统中完成。
也可用作船舶的动力。
化学能转换为热能
燃料燃烧是获取热能的最主要方式。
能在空气中燃烧的物质称为可燃物，但不能把 所有的可燃物都称作燃料（如米和沙糖之类的 食品）。
所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放出 大量热能的气体、液体或固体物质，是能在经 济上值得利用其发热量的物质的总称。
燃料通常按形态分为固体燃料、液体燃料和气 体燃料。