人类认识的几种能量形式

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按地球上的能量来源分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。

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。

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。

第2章新型储能材料一、世界能源概况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。

《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”。

2.石油资源状况3.石油资源状况能源消费当今世界的能源消费仍以石油为主。

以1994年为例，世界能源的总消费量以石油换算为97亿8000万吨标准油，其中石油占39.3%、煤炭占28.8%、天然气占21.6%。

这样化石燃料的消费量占了总量的87.9%，此外，核能占7.3%、水力、地热等其他形式能源占3%。

1.世界性能源问题2.能源危机3.能源危机4.能源危机天空正在塌陷臭氧层变薄对健康的危害臭氧层被破坏的后果据科学研究，臭氧减少10%，紫外线可能增加20%，皮肤癌患者可能增加30%，此外还会产生下列几种现象:(1)白内障罹患率增加；(2)免疫系统受到抑制；(3)谷物的收成减少，品质降低，植物和浮游生物减少，破坏自然界的生物链；(4)塑料、橡胶制品加速老化；(5)紫外线直射会引起对流层臭氧的增加，致使产生光化学烟雾，造成空气污染。

全球正在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；雨型的改变；地球变暖的原因到底是什么？太阳射向地球的光约1/3被云层、冰粒和空气分子反射回去；约25％穿过大气层时暂时被大气吸收起到增温作用，但以后又返回到太空；其余的大约37％则被地球表面吸收。

这些被吸收的太阳辐射能大部分在晚间又重新发射到天空。

如果这部分热量遇到了阻碍，不能全部被反射出去，地球表面的温度就会升高。

由于人类大量使用化石燃料，其排放出的CO2等温室气体对辐射的选择性和吸收特性是地球变暖的主要原因。

何谓酸雨简单地说，酸雨就是酸性的雨。

被大气中存在的酸性气体污染,pH小于5.65的雨叫酸雨。

pH小于5.65的雪叫酸雪。

在高空或高山(如峨眉山)上弥漫的雾,pH小于5.65时叫酸雾。

酸雨的形成现代工业、农业和交通排放更大量，种类更多的污染物(包括酸碱性物质),且与尘埃一起升到高空，与天上的水蒸气相遇，就会形成硫酸或硝酸液滴，使雨水酸化。

这时，落到地面的雨水就成了酸雨。

高硫煤和石油燃烧产生的SO2和NO x是造成酸雨的主要祸首。

酸雨的危害导致森林成片死亡，因为酸雨会损坏植物叶面和根部使湖泊酸化，湖中鱼虾绝迹。

破坏农田的土壤成分，使农作物减产甚至死亡。

造成地下水酸化，引起对人体的危害。

腐蚀建筑物和工业设备，造成重大的经济损失。

对露天文物起腐蚀作用，加速文物资源的破坏甚至毁灭。

（1）太阳能太阳能是人类最主要的可再生能源。

太阳每年输出的能量约为 3.75*1026W，到达地球的能量大约是总能量的22亿分之一，其中辐射到地球陆地上的能量大约为8.5×1016W。

这个数量远大于人类目前消耗的能量的总和，相当于1.7×1018 t标准煤。

（2）氢能氢是未来最理想的二次能源。

氢以化合物的形式储存于地球上最广泛的物质－－水中。

如果把海水中的氢全部提取出来，总热量是地球现有化石燃料的9000倍。

（3）核能核能是原子核结构发生变化时放出的能量。

核能释放包括核裂变和核聚变。

核裂变所用原料铀1g就可释放相当于30t煤的能量，而核聚变所用的氘仅用560t就可以为全世界提供一年消耗的能量。

海洋中氘的储量可供人类使用几十亿年，同样是“取之不尽，用之不竭”的清洁能源。

（4）生物质能生物质能目前占世界能源中消耗量的14%。

估计地球每年植物光合作用固定的碳达到2*1012t，含能量3×1021 J。

地球上的植物每年生产的能量是目前人类消耗矿物能的20倍。

生物质能的利用晾晒在墙上的干牛粪➢物理转化➢化学转化➢生物转化1．森林能源及其废弃物2．农作物及其副产物3．禽畜粪便4．生活垃圾5. (水生植物)6. (油料植物)由于我国地广人多，常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求，而且由于国际上各种有关环境问题的公约，限制CO2等温室气体排放，这就要求改变以煤炭为主要能源的传统格局。

因此，立足于农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，开发新型装备既是农村发展的迫切需要，又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。

生物质能的开发和利用，也就是生物质能的转化技术，将生物质能转化为人们所需要的热能或进一步转化为清洁二次能源，如电能。

（5）化学能源化学能源实际是直接把化学能转变为低压直流电能的装置，也叫电池。

化学能源已经成为国民经济中不可缺少的重要的组成部分，同时化学能源还将承担其它新能源的贮存功能。

（6）风能风能是大气流动的动能，是来源于太阳能的可再生能源。

估计全球风能储量为1014MW，如有千万分人之一被人类利用，就有106MW的可利用风能，这是全球目前的电能总需求量，也是水利资源可利用量的10倍。

（7）地热能地热能是来自地球深处的可再生热能。

全世界地热资源总量大约1.45×1026J，相当于全球煤热能的1.7亿倍，是分布广、洁净、热流密度大、使用方便的新能源。

（8）海洋能海洋能是依附在海水中的可再生能源，包括潮汐能、潮流、海流、波浪、海水温差和海水盐差能。

估计全世界海洋能的理论可再生量为7.6×1013W，相当于目前人类对电能的总需求量。

潮汐是一种海平面周期性变化的現象，由于受月亮和太阳这两个万有引力源的作用，海平面每昼夜有两次涨落。

并基于此动力用于发电。

（9）可燃冰可燃冰是天然气的水合物。

它在海底分布范围占海洋总面积的10%，相当于4000万平方公里，它的储量够人类使用1000年。

1.5 新能源技术■新能源的分布广、储量大和清洁环保，将为人类提供发展的动力。

■实现新能源的利用需要新技术支撑，新能源技术是人类开发新能源的基础和保障。

（1）太阳能利用技术太阳能利用技术主要包括：太阳能－热能转换技术即通过转换装置将太阳辐射能转换为热能加以利用，例如太阳能热发电、太阳能采暖技术、太阳能制冷与空调技术、太阳能热水系统、太阳能干燥系统、太阳灶和太阳房等；太阳能－光电转换技术，即太阳能电池，包括应用广泛的半导体太阳能电池和光化学电池的制备技术；太阳能－化学能转化技术，例如光化学作用、光合作用和光电转换等。

（2）氢能利用技术氢能利用技术包括制氢技术、氢提纯技术和氢储存与输运技术。

制氢技术范围很广：化石燃料制氢技术、电解水制氢、固体聚合物电解质电解制氢、高温水蒸汽电解制氢、生物制氢技术、生物质制氢、热化学分解水制氢及甲醇重整、H2S分解制氢等。

氢的储存是氢能利用的重要保障，主要技术包括液化储氢、压缩氢气储存、金属氢化物储氢、配位氢化物储氢、物理吸附储氢、有机物储氢和玻璃微球储氢等。

氢的应用技术主要包括：燃料电池、燃气轮机（－蒸汽轮机）发电、MH/Ni电池、内燃机和火箭发动机等。

（3）核电技术核电技术主要有核裂变和核聚变。

自20世纪50年代第一座核电站诞生以来，全球核裂变发电迅速发展，核电技术不断完善，各种类型的反应堆相继出现，如压水堆、沸水堆、重水堆、石墨堆、气冷堆及快中子堆等，其中，以轻水（H2O）作为慢化剂和载热剂的轻水反应堆（包括压水堆和沸水堆）应用最多，技术相对完善。

人类实现核聚变并进行控制其难度非常大，采用等离子体最有希望实现核聚变反应。

将等离子体加热到点火温度，采用一定的装置和方法来控制反应物的密度和维持此密度的时间，目前人们使用得最多的是应用磁约束和惯性约束。

（4）化学电能技术化学电能技术即电池制备技术，目前以下几种电池研究活跃并具有发展前景：金属氢化物－镍电池、锂离子二次电池、燃料电池（包括碱性燃料电池，简称AFC；质子交换膜燃料电池，简称PEMFC；磷酸燃料电池，简称PAFC；熔融碳酸盐燃料电池，简称MCFC；固体氧化物燃料电池，简称SOFC）和铝电池。

（5）生物质能应用技术生物质能的开发利用在许多国家得到高度重视，生物质能有可能成为未来可持续能源系统的主要成员，扩大其利用是减排CO2的最重要的途径。

生物质能的开发技术有生物质气化技术、生物质固化技术、生物质热解技术、生物质液化技术和沼气技术等。

（6）风能、海洋能与地热能应用技术风能应用技术主要为风力发电，如海上风力发电、小型风机系统和涡轮风力发电等。

✓以人类为主的纪元✓人口仍在增长，能源的需求将更大✓人类目前的生活方式是不久前才形成的，非可持续的✓化石燃料好像安非他明。

✓你不可能一直都赢✓我们可以站在巨大能源成就的浪尖，做好准备，迎接下一次的大跨越。