工程热力学15-能源的合理利用及新能源简介

一次能源按能否再生分类
➢可再生能
源
不会随它本身的转化或人类的 利用而越来越少，如水能、风 能、潮汐能、太阳能等
➢非再生能源 随人类的利用而越来越少，如
石油、煤、天然气、核燃料等
按能源的开发利用情况
➢常规能源 技术上比较成熟、已被广泛利用的
能源；如水能、煤、石油等
➢新能源 尚未大规模科学利用的、正在积极
资料来源： The Carbon Dioxide information Analysis Center. Oak Ridge National Laboratory. 1995
大气环境的三大问题
地球变暖、温室效应和酸雨沉降问题构 成全球性的大气环境问题，明显地危及 全人类的生存和繁衍，引起了国际社会 的高度关注，使当今的世界环境问题具 有明显的时代特征
国际社会普遍认为，贫困和过度消费导致 人类无节制地开发和破坏自然资源，这是造 成环境恶化的罪魁祸首
全球环境状况
全球环境恶化主要表现在大气和江海污染加 剧、大面积土地退化、森林面积急剧减少、 淡水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩大、 生物多样性受到威胁等多方面 同时温室气体的过量排放导致全球气候变暖， 使自然灾害发生的频率和强度大幅增加
天空正在塌陷
1999年发现的 臭氧空洞是有史 以来观测到的最 大一次，达到 2600万km2的面 积
全球气候变暖
海平面上升与陆地淹没 气候带的移动 飓风的加剧 植被的迁徙与物种灭绝 洋流的变化与厄尔尼诺现象 雨型的改变
CO2浓度/106
CO2浓度
温度偏差/ºC
平均温度偏差
年份
地球表面温度的历史变迁
合理利用现有能源、同时积极开发和利用新能 源是解决当前能源问题的根本途径
本章简要介绍提高能源利用率的途径和各种 新能源的开发、利用技术，以拓宽学生在能 源科学方面的知识
1、能源分类
自然界中的能源根据它们的初始来源，当前 可概括为三大类
与太阳有关的能源 与地球内部的热能有关的的能源 与原子核反应有关的能源 地球-月球-太阳相互联系有关的能源
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
在我国，现有能源的合理利用重点包括
洁净煤技术
能量的梯级利用和工业余能利用
能量转换新技术
源自文库
1. 洁净煤技术
洁净煤技术包括煤炭开发和利用的全过程，包括：
第十五章
能量直接转换 及可再生能源
15-1 能源分类
能量与能源
物质和能量是构成客观世界的基础 科学史观认为
世界是由物质构成的，没有物质，世界便虚无 飘渺 运动是物质存在的方式，是物质固有的属性， 能量则是物质运动的度量
能量与能源
宇宙间一切运动着的物体，都具有能量， 人类的一切活动都与能量及其使用紧密相 关 所谓能量，也就是“产生某种效果（变化） 的能力”。反过来说，产生某种效果（变 化），必然伴随能量的消耗和转换
电能
能量直接转换 —— 磁流体发电
传统的发电技术是利用线圈相对磁场转动 来发电 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 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
人类所认识的六种能量形式
机械能 热能 电能 辐射能 化学能 核能
机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相 关的能量，前者称为动能，后者称为势能
构成物质的微观分子运动的动能和势能总和 称为热能
电能是和电子流动与积累有关的一种能量
辐射能是物体以电磁波形式发射的能量
物质或物系在化学反应过程中以热能形式释 放的内能称为化学能
动力利用 热利用
能量的梯级利用
燃料
品位
电 高温
中温 低温
环境
驱动热泵 驱动制冷
采暖 生活热水
排放
水泥余热发电
15-3 能量直接转换
能量直接转换
常规火力发电
化学能
多个转换环节，每个 环节都有能量损耗
摒弃中间转换环节， 提高燃料利用率
热能 机械能
电能
能量直接转换
化学能
磁流体发电 燃料电池
热能 机械能
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 目前主要从两个方面入手
合理利用现有能源 积极开发和利用各种可再生能源
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，最终解决能源问题并消除环境 污染产生的根源
15-2 能源的科学合理高效利用
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
煤炭的燃前净化和加工
清洁型煤技术（型煤） 水煤浆技术（70%煤粉+30%水→煤水混合物）
煤炭的高效清洁燃烧 燃烧后的净化 煤炭的转化
2. 能量的梯级利用和工业余能利用
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
燃气－蒸汽联合循环和热电联供 工业余能的利用
核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能
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
自然资源包括煤、石油、天然气、太阳能、 风能、水能、地热能、核能等
为了便于运输和使用，上述资源经加工可 得到一些更符合使用要求的能量来源，如 煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等
能源是人类社会可持续发展的物质基础
研究和开发的能源。如太阳能等
2、能源与环境
化石燃料是世界能源结构的主体。它的 开发和利用，创造和维系人类文明，也 带来两大问题： 非再生能源的储量日益减少，供需矛
盾日趋尖锐 化石燃料的大量利用，已对人类赖以
生存的自然界构成严重威胁
全球环境状况
联合国最新公布的研究结果显示，在过去 30年中，虽然国际社会在环保领域取得了一 定成绩，但全球整体环境状况持续恶化
来自太阳
直接太阳辐射能 太阳辐射能转化 （煤炭、石油、天然气、生物燃料、 风能、水能、海洋能等）
来自地球本身
原子核能和地热能
来自地球与其他天体相互作用 潮汐能
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，也称作一次能源 或初级能源
其它如电力、氢气、沼气、煤气、汽油、 激光、酒精等由一次能源直接或间接转化 而来的能源称作二次能源