第一章 能量有效利用基本知识资料

第一节 基本概念
一、能源Fra Baidu bibliotek能
能源 能源是产生或提供能的物质资源 能 能是物质运动的体现，是做功的能力
二、能量
能量以能量来表示能的多少，并可用数学式来定 量表示与其他物理量的关系。 如机械运动的动能；重力势能；热能；光量子运 动的量子能(一个光量子的能量)；物质能即质量 可转变的能量。
按能量守恒与转换定律，各种不同形式的能量可 以相互转换，但总量不变，这是能的数量规律。 进行练习以巩固所学内容
三、能质
能级是能量中可转变为功的能量所占的比例，即能的
做功能力Ex与能量E之比，以Exλ表示：
E
它是在量上描述能质的物理量。如机械能、电能的 λ=1；热能的能级等于以环境温度T0为冷源的可逆卡 诺循环的热效率 ，即
Wmax Q
1 T0 T
K
四、能的利用过程
四、能的利用过程
能量传递速率等于动力被阻力除。如用电能，其能量 传递速率是电流强度I，动力是电压U，要克服的阻力是电 阻R，因此，用电过程中，这三个参数之间的关系就是大家 熟知的欧姆定律，其表达式为：
四、能的利用过程
又如用热能过程，三个参数的表现形式分别为：速 率为热流量Q，动力为温差 ，阻力为热阻R，其表 达式为：
Q t R
四、能的利用过程
Q P R
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五、能的性质
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五、能的性质
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五、能的性质
三、能质
由能转变为功的能力来表示能的品质，按能可 转变为功的能力大小，把能质分为三类： • 高质能，能量可全部转变为功，即具有无限转 换能力的能，如机械能、电能； • 低质能，只有部分能量转变为功，即具有有限 转换能力的能，如热能、化学能； • 无质能，不可转变为功的能，即无转换能力的 能，如环境状态的热能、压力能等。
广义力包括各种机械力（力、压力、弹力等）、 热力、化学力、电、磁力；相应的广义位移是机械位 移、容积变化量、摩尔变化量、电、磁变化量。它们 的乘积形成了机械功、气体容积功、化学功、电功、 磁功。广义力实际上是能量作功的动力，它所作的有 效功应是广义力与环境状态下相应广义力之差，即前 面已提到的势差所作的功。
二、能量有效利用潜力分析
能源节约既要着眼于提高用能设备的效果，也要考 虑整个用能系统的最优化。为了提高能源的有效利 用，从技术方面讲可以从以下五个方面入手：
（1）提高能量传递和转换设备的效率，减少转 换的次数和传递的距离。
（2）在热力学原则的指导下，从能量的数量和 质量两方面分析，计算能量的需求和评价能源使用 方案，按能量的品质合理使用能源，尽可能防止高 品质能量降级使用。
二、能量有效利用潜力分析
二、能量有效利用潜力分析
（三）、 从合理利用能源来看有效用能潜力 合 理用能是要做到“能尽其用”。既要注意能量上的 节约，还要注意能质的合理利用，要按质用能，多 级利用，充分发挥能的潜力。
例如：
因此能源有效利用的实质是：在热力学原则的 指导下提高能量传递和转换效率；整体上使所有需 要消费能源的地方做到最经济、最合理地利用能源， 充分发挥能源的利用效果。
（三） 传递性 能量可以从一个地方传到另一个 地方，但能量的传递是有条件的，且有方向性。能 量传递必须有势差或能量密度差，且总是由高势差 流向低势差。反方向传递则要消耗其他能质作补偿， 而不能自动地进行。势差在能量传递过程中，因克 服传递中的阻力而逐渐下降，当势差消失或等于零 时，传递过程就终止。
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五、能的性质
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五、能的性质
第二节 用能过程潜力分析
一、能尽其用的可能性与限度
有效用能潜力就是节能的可能性。有效用能潜 力表示有能可节。如何判断和估计有效用能潜力是 节能工作的前提，而且是一项复杂的工作。一般来 讲，有效用能潜力可分为理论有效用能潜力与实际 有效用能潜力。用能过程中，除了实际有效利用能 量与不可避免的损失外，一切可避免的损失与可回 收的能量理论上讲都是有效用能潜力，这就是理论 有效用能潜力。但其往往受技术、经济、环境等各 方面条件的限制而难以实现节能。实际有效用能潜 力就是可能实现的节能，如先进水平的能耗与现实 情况相比较的差距。
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五、能的性质
（四） 转换性与守恒性 物质运动的转换性决定 了能量的转换性。能量可由一种形态转变成另一种 形态，且可相互转换，如燃烧可使燃料产生的化学 能变为热能，热能在热机中可转变为机械能，机械 能在发电机中转变为电能，电能通过电灯、电炉、 电动机等设备又可转变为光能、热能和机械能。但 各种能在相互转换中，其转换效率与转换的难易程 度是不同的，如机械能可自动、全部地转变为热能， 而热能则不能自动、全部地转变为机械能。
二、能量有效利用潜力分析
有效用能潜力在哪里，如何去寻找有效用能潜力？ 这是节能工作者最关心、也是首先要研究的问题， 必须解决。下面从原则上指出一些寻找有效用能潜 力的途径。 （一）、从用能作功的概念来看有效用能潜力
功的广义定义是广义力F与广义位移dX的乘积。
可 表示为：
（1-10）
二、能量有效利用潜力分析
一、能尽其用的可能性与限度
如以100℃的地热井水作热源，以环境温度（设为 20℃）作冷源，进行卡诺循环对外作功，其循环热 效率：
该循环中损失78.6%的热量都属于不可避免的损失。 损失虽然很大，但已无有效用能潜力，即已达到有 效用能潜力的最大限度。因此，如不了解有效用能 潜力的最大限度，就会以为效率很低，有效用能潜 力一定很大，而在这上面去搞节能，造成徒劳。
能量有效利用
第一章 能量有效利用基本知识
云南师范大学能源与环境学院 兰青
内容简要
本章介绍了能量有效利用的有关基本 概念，包括能量、能质、能的利用过程、 能的性质，阐述了有效用能的效益、原则 与方法，并从理论上分析了有效用能途径； 介绍了能源与能量有效利用的评价指标， 并采用简单补偿年限法、标准补偿年限内 的计算费用法、动态补偿年限法、寿命周 期净现值收益法、年度净收益法、净收益投资比值法等方法从技术经济角度对有效 用能进行了经济评价；最后概述了节能技 术改造项目的技术经济评价。