新能源技术ppt

核聚变能
• 一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时能释放出 17.6Mev的能量，平均每个核子放出能量是裂变的 几倍，是化学燃料的几百万倍
2 H+3 H4 He + n + 17.6 MeV
• 作为聚变燃料的氘的储量在地球上是异常丰富的， 能为人类提供1025Kw小时的能量，按目前世界能量 的消耗率估计可用1010年以上
光热转换利用太阳能
• 利用太阳辐射能加热集热器，把吸收的热 能转换为机械能或电能。
• 德国青年自制太阳能汽车环游世界 • 太阳能烘干机可以烘干粮食、烟叶、干果、
农副产品及木材等； • 主动和被动的太阳房是利用太阳能采暖，
是空调的一种简单、经济、有实效的项目； • 可利用太阳能蒸馏器进行海水淡化……
• 2010年前后建成，如果实现, 21世 纪中叶有可能建成商业聚变堆并开 始实际使用聚变能
我国新一代“人造太阳” 实验装置
• 2006年9月，耗时8年、耗资2亿元人民币的我国 新一代“人造太阳” 实验装置——位于合肥的 全超导非圆截面核聚变实验装置(EAST)实现了跨 国远程控制的等离子体放电
• 美国通用原子能公司(General Atomics USA)专 家通过专用数据网，轻点鼠标即可轻松启动并运 行地球另一端的中国核聚变实验装置
生物柴油
• 以油料作物、野生油料植物和工程微 藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐 饮垃圾油等为原料，通过酯交换工艺
• 绝大部分仍处于理论研究和实验室阶段，距离大 规模工业实用化，还有一个相当大的距离
• 液态氢从1960年首次作为太空火箭的动力燃料， 发展到今天已成为各种航天器的基本燃料
• 意大利设计在日内瓦发布Vadhò液氢动力概念车
六、生物质能的利用
• 生物质能，即蕴藏在生物质中 的能量,是指直接或间接地通过 绿色植物的光合作用，把太阳 能转化为化学能后固定和贮藏 在生物体内的能量
• 核聚变：轻元素的原子核发生聚合反应释放聚 变能
核反应
核裂变能
• 如果1kg铀全部裂变，它放出 的原子能相当于2500吨优质煤 完全燃烧时所放出的化学能
• 将原子核裂变释放的核能转换 成热能，再转变为电能的系统 和设施，称为核电站。
• 反应堆是核电站的关键设备， 链式裂变反应就在其中进行
核反应堆及核电站
• 英国一家无线电公司，也研制 成功了类似的电话机。
四、地热能的开发利用
• 地球本身是一座巨大的天然储热库。地 壳、地幔、地核不同层次蕴藏着不同量 的热能。从地面向下，在15Km以内，深 度每增加100m，温度平均升高3℃左右。 在100Km深处，温度高达1400℃。
• 全世界地热资源的总量大约为14.5×1025 焦，是全部煤炭资源的储量的1.7亿倍。 接世界年耗10亿t标准煤计算，可满足人 类几十万年能源之用。
• 自然界各种植物、人畜排泄物 等废物转化成的能源，如薪柴、 沼气、生物柴油、燃料乙醇、 林业加工废弃物、农作物秸秆、 城市有机垃圾、工农业有机废 水和其他野生植物等
生物质能的特点
• 可再生性，生物质能由于通过植物的光合作 用可以再生，可保证能源的永续利用；
• 低污染性，生物质的硫含量、氮含量低、燃 烧过程中生成的SO2等较少，由于它在生长时 需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的 量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于 零，可有效地减轻温室效应；
• 重量轻；热值高；“爆发力”强；来 源广品质最纯洁；能量形式多；储运 方便
• 用氢能取代碳氢化合物能源，将是一 个重要发展趋势
• 真正做到大量而又廉价地获取氢能还 存在着一定的技术问题
五、氢能的开发利用
• 太阳热分解水制氢法、太阳能电解水制氢法、太 阳能光电化学电池分解水制氢法、模拟植物光合 作用分解水制氢法、太阳光络合催化分解水制氢 法、微生物发酵制氢法、光合微生物制氢法等高 技术制氢方法
1秒以上的时间，以保证充分地发生核反应 • 约束时间长：对等离子体加以约束，即使它能维
持1秒以上的时间 • 保持干净：从原料到容器须高度纯洁，容器在装
入核燃料前就必须达到大气压的十亿分之一的高 度真空。 • 大约有20多个国家建造了200余座核聚变实验装 置，设计了各种受控热核反应堆发电装置
国际热核聚变实验堆ITER
人类所面临的能源问题
• 能源危机——能源资源短缺 • 煤储量6800亿吨，年消耗35亿吨，可使用
200年 • 石油储量3000亿吨，年消耗40亿吨，可使
用70年 • 能源消费的费用迅速增加——能源资源的
勘探、开采越来越难，投入资金多、建设 周期长、科技含量高
人类所面临的能源问题
• 能源对环境的污染
• 研究和开发储量丰富、无污染的新能 源势在必行
二、核能的开发及利用
• 核能又称原子能或原子核能。它是原子核结构 发生变化时发出的能量。核能是一种高度密集 的能量，目前地球上还没有任何一种能源可以 与之相比。
• 使原子核内蕴藏的巨大能量释放出来方法有两 种
• 核裂变：重元素的原子核发生分裂反应释放裂 变能
地热发电
• 全世界地热发电站约有300座，总装机容量接近 1×104Mw，分布在20多个国家，其中美国占40%。
• 我国用于发电的地热资源主要集中在西藏、云南 的横断山脉一线，全国地热发电装机容量88%集中 在西藏，第一座地热电站羊八井电站已稳定运行 了近30年。
五、氢能的开发利用
• 氢能也叫氢燃料，是新型的“二次能 源”，在超低温和高压下可成为液态
太阳能热发电
• 集中型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平 面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些 定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场地 中心附近的高塔顶端的接受器上，将太阳的能量 聚集在一起，加热来驱动汽轮机发电
光电转换利用太阳能
• 通过半导体材料直接将太阳辐射能转变为电能 (直流电)。
地热能的利用
• 2O0-400℃直接发电及综合利用； • 150-200℃双循环发电、制冷、工业干燥、工业
热加工； • 10O-15O℃双循环发电，供暖、制冷、工业干燥、
脱水加工、回收盐类、罐头食品； • 50-100℃供暖，温室、家庭用热水、工业干燥； • 20-50℃沐浴，水产养殖、饲养牲畜、土壤加温、
• 聚变反应的产物是4He，无放射性，清洁能源。 • 一座核聚变反应堆，可连续工作3000年之久，可谓
“人造太阳”
实现受控核聚变作为工业应用需要四个条件
• 超高温：把氘和氘等轻元素加热到1—2亿℃，克 服粒子相互间的库仑斥力
• 高密度：使中子的密度达到每立方厘米50万亿个 • 约束时间长：对等离子体加以约束，使它能维持
国际热核聚变实验堆ITER
磁约束聚变装置——ITER ITER的环形真空室
• 为期30年、投资超过100亿欧元的 国际超大型科学合作项目，其意义 不亚于国际空间站计划和人类基因 组计划
• 该计划已耗资120亿美元，涉及领 域包括超导研究、高真空、环境科 学、生命科学、等离子计量和控制、 信息通信、纳米材料等多个学科。
• 太阳能电池的种类主要有硅、硫化镉、砷化镓 等电池。
• 太阳能电池技术较成熟，主要用于航天、无人 灯塔、无线电中继站、无人气象站、浮标和电 围栏等作为电源。
薄如纸片的太阳电池
•澳大利亚节能环保船长翅膀 •太阳方舟：世界上最酷最大的太阳能建筑
太阳能新产品
• 太阳能照像机：日本研制成功世界上第一架太阳能照像机， 重最仅475克，机内装有高效太阳能电池板和蓄电池，蓄足 电力可连续使用4年。美国一家公司也生产出了一种新型的 135照像机，其动力由太阳能电池板供应，只要有光线就能 提供能源。
脱水加工
地热发电
• 地热发电是利用地热能的代表性 技术和重要方向之一。
• 地热发电是通过热能、机械能的 中间转换产生电能，但地热发电 所需的蒸汽能量是直接来源于地 热能，不需要燃料、锅炉、运输 设备等，因此，地热发电是一种 比煤、石油、天然气、核能等发 电便宜得多的能源利用方式。
• 俄堪察加半岛地热发电站成本低、 清洁环保
• 美国、日本、俄罗斯、欧州共同体决定共同出资 兴建 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)——“人造太阳”计划
• ITER（道路）：用受控核聚变发电，走和平利用 核能的道路，为人类寻找可替代的洁净能源。
• 在计划提出近20年，选址耗时18年后，全球最大、 代表世界未来能源科技最高水平的核聚变反应装 置——ITER的建设地点终于滑落法国南部的卡达 拉什（Cadarache）
能源的分类
• 常规能源：如煤炭、石油、天然气、薪柴 燃料、水能等；
• 新能源：如核能、太阳能、地热能、潮汐 能、生物质能等。
• 可再生能源：即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、生物质能等；
• 非再生能源：它随人类的利用而越来越少， 如石油、煤、天然气、核燃料等。
• 太阳每小时辐射到地球的能量约为 18万兆瓦，相当于燃烧90兆吨优质 煤的热量；太阳能是取之不尽，用 之不竭的且无污染的能源。
太阳能的利用
• 太阳能利用涉及多项技术问题 • 具有共性的技术是太阳能采集、太阳能
转换、太阳能贮存和太阳能传输，将这 些技术与其它相关技术结合在一起，便 能进行太阳能的实际利用——光热利用、 光电利用和光化学利用。
• 广泛分布性，缺乏煤炭的地域，可充分利用 生物质能；
• 总量十分丰富，仅次于煤炭、石油和天然气。
利用现代技术将生物质转化为能量的方法
• 生物转换技术，将 生物质通过微生物 发酵方法转换为液 体或气体燃料的技 术，如酒精、沼气 的生产技术；
• 化学转换技术，这 是生物质通过化学 方法转换为燃料物 质的技术，主要包 括有机溶剂提取法、 气化法、热分解法。
第三章 当代高新技术的发展
第五节 新能源技术
一、能源概述
• 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。
ຫໍສະໝຸດ Baidu• 能源的分类
• 来自于地球本身，如核能、地热能等； • 来自于球外天体，如宇宙射线及太阳能，以
及由太阳引起的水能、风能、波浪能、海洋 温差能、生物质能、光合作用等； • 来自于地球和其他星体的相互作用，如潮汐 能。
• EAST的建成，使我国迈入磁约束核聚变领域先进 国家行列。
• 中国的人造太阳.wmv
积极开发、合理利用核能源
•切尔诺贝利核电站爆炸及影响
三、太阳能——未来最理想的能源
• 太阳是一个炽热的气态球体，没有 固体的星体或核心。由于太阳内部 持续进行着氢聚合成氦的核聚变反 应，所以不断地释放出巨大的能量， 并以辐射和对流的方式由核心向表 面传递热量，其氢的储量足够维持 100亿年
• 链式反应产生大量热
安全壳
能。用循环水(或其他
物质)带走热量才能避
热蒸汽 汽轮机
免反应堆因过热烧毁。 导出的热量可以使水 变成水蒸气，推动气
冷蒸汽 发电机
轮机发电。
• 核反应堆的结构：核
冷水 燃料＋慢化剂＋热载
热水
体＋控制设施＋防护
装置。
核电站是经济的能源
• 虽然核电站的投资高于 • 核电站在一些国家已经成
量占56.9%。
我国核电站发展情况
• 1991年12月我国第一座自行设计制造的30万千瓦 秦山压水堆核电站并网发电
• 目前已有6座核电站共11台机组906.8万千瓦先后 运行
• 2020年我国核电装机容量将达到4000万千瓦，占 全国电力装机容量的4%。
秦山核电站
秦山三期核电站一号气轮机组
大亚湾核电站
燃煤电厂，但是，由于 核燃料成本显著地低于 燃煤成本，使得目前核
•
为主要的能量来源之一。 截止2005年9月底，全世
电站的总发电成本低于 界正在运行的核电机组
烧煤电厂。
443座，分布在31个国家
或地区，年发电量占世界
总量的16%；反应堆拥有
量排名前三位的美国、法
国、日本的反应堆总和占
全世界的49.4%，装机容
• 太阳能汽车：日本东京电机大学设计出一种轻型太阳能轿 车，其车顶上安装了两组蓄电池，利用太阳光充电后交替 使用。一组蓄电池充电后可行驶110公里，夏季日照最长季 节可达150公里，最适宜于日照时间长的地区使用。不用燃 油，不污染环境。
太阳能新产品
• 太阳能电话机：在法国的图尔 市，新建了世界上第一批太阳 能电话机。设有这种电话机的 电话亭的顶端装设了太阳能电 池，电话机完全依靠太阳能作 无线通讯的能源。这种电话机 话音清晰无障碍。它将在法国 各公路沿线普遍设立。