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,主讲人魏昭荣,现代科学技术概论,GeneralityofModernScienceandTechnology,一、概述,1.什么是能源能源是产生各种能量的资源，是人类生存和发展不可缺少的物质基础，它的开发和利用状况是衡量一个时代、一个国家经济发展和科学技术水平的重要标志，直接关系到人们生活水平的高低。,2.能源的分类,按生成方式分为天然能源和人工能源。天然能源即一次能源再生和非再生能源。再生能源有太阳能、风能、水能、海洋能生物质能等。非再生能源有石油、天然气、原煤、核燃料等。人工能源又称二次能源，指经过消耗一次能源加工转化诞生的能源。如电能、热能、煤气、柴油、氢能、焦炭、沼气等。按原始来源分为地内能源和地外能源以及相互作用能源。按对能源的认识过程分为常规能源和新能源。,3.世界能源消耗特点、分布及现状,特点主要来自一次不可再生能源如煤炭、石油、天然气；能源消耗水平差异大占世界1/4的工业化国家消耗了世界能源的3/4;世界能源消耗仍在增长。分布世界能源储量分布是不平衡的。石油中东占56.8；天然气和煤炭储量最多是欧洲，各占54.6和45。亚洲大洋洲除煤炭稍多（占18）以外，石油、天然气都只有5多一点。,,现状到2040年，首先石油将出现枯竭；到2060年，核能及天然气也将终结。地球的能源已经无法提供地球人口的能源需求。而随着世界人口的不断增加，能源紧缺的时期将会提前来。因此，21世纪新能源的开发与利用，已不再是一个将来的话题，而是关系人类子孙后代命运，刻不容缓的一件大事。,4.我国能源消耗特点、分布及现状,消耗特点中国是一个能源消耗大国，其能源消费总量居世界第二，仅次于美国。年均增长3.6。其中，煤炭占66.3，石油占23.5，天然气占2.6，水电、核电占7.6。分布煤炭85％分布于中西部；石油、天然气资源集中在东北、华北（包括山东）和西北，合占全国探明储量的86％；水能资源的分布主要在西部和中南部，在全国技术可开发资源量（3.7亿千瓦）中合计占到93.2％，其中西南占67.8％。现状近20年来，我国能源发展很快，我国煤炭储量世界第三、开采量世界第一，在能源结构中一直以煤炭为主。中国原油产量世界第5位，天然气产量世界第20位，水力发电世界第4位，核电第18位。发电总量世界第2位。,我国电源结构分布不合理,2006年底，我国的装机容量中，火电占77.82，水电占到20.67。而核电和风电仅占到1.1和0.3.2006年底我国的发电量构成中,火电占到81.9，而核电等新能源发电则占不到2.5.,5.发展新能源的必要性,人均储量少，先天不足，但能耗效率却低。我国成为能源消耗大国，进口依赖度提高。能源成为我国经济命脉所在，威胁国家稳定安全现有化石能源对环境影响大。结论发展新能源大势所趋,,讨论我国能源现状及发展新能源必要性。,二、新能源,,1、太阳能,（一）太阳能热利用技术（二）太阳能电池（光电转换）,（一）太阳能热利用技术太阳能暖房,太阳能暖房,太阳能集热器,太阳能热水系统,（二）太阳能电池,太阳能电池种类,国外市场推动太阳能高速增长,全球太阳能电池产量、需求量,我国太阳能电池现状,成绩近两年来国内太阳能电池产业发展极快；组件生产量上台阶；硅原材料多为进口；累计装机70MW；制造技术发展较快；政策促进产业发展。问题硅原材料问题（进口）；市场问题（两端在外）；技术进步问题（主流技术设备进口）；政策问题（可再生能源法，电价补贴）,太阳能电池产业链,,高纯硅原材料,硅片,太阳电池,太阳电池组件,我国太阳能电池产业初具规模,,讨论对发展我国太阳能的看法。,2、核能,核能核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解为核子时放出的能量，都叫原子核的结合能核能。简单来说，核反应中放出的能量称为核能。优点环境污染小，燃料运输量小，单位质量释放的能量大。核能的利用核能供热利用核能冶炼钢铁核电利用核能转化为电能利用核能作动力,核电站原理,核电站是实现核裂变能转变为电能的装置。它与火电站最主要的不同是蒸汽供应系统。核电站利用核能产生蒸汽的系统称为“核蒸汽供应系统”，这个系统通过核燃料的核裂变能加热外回路的水来产生蒸汽。从原理上讲，核电站实现了核能－热能－电能的能量转换。从设备方面讲，核电站的反应堆和蒸汽发生器起到了相当于火电站的化石燃料和锅炉的作用。反应堆是核电站的心脏，它是使原子核裂变的链式反应能够有控制地持续进行的装置，是利用核能的一种最重要的大型设备。反应堆中有控制棒，它是操纵反应堆，保证其安全的重要部件，它是由能强烈吸收中子的材料制成的。,核电站发展历程四代核电,,早期原型堆ShippingportMagnox,,,,,第一代,第二代,第三代,第四代,商用堆LWR-PWR、BWRCANDU,先进轻水堆ABWRSystem80AP600EPR,经济性好更安全核废物少防核扩散,GenI,GenII,GenIII,GenIV,,,,,,,,,,,1950,1960,1970,1980,1990,2000,2010,2020,2030,压水堆核电站基本工作原理,反应堆内部结构图,核电站的优劣势,我国已建、在建及拟建核电站,目前，我国核电装机容量681.4万千瓦，占总装机容量的1.36,核聚变能人造太阳,由中科院等离子体物理研究所自行设计、研制的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克EAST原名HT-7U核聚变实验装置，日前已成功进行了首次工程调试。“EAST实验装置”旨在探索可以得到无穷尽清洁能源的途径，相当于人类为自己制造了一个小太阳,“人造太阳”,,利用磁场约束实现核聚变。利用等离子体带电的性质，用强磁场将其约束在一定的区域内，并保持一段时间。此类装置中以“环流磁真空室”即托卡马克最有成效，在技术上有望突破。它的中央是一个半径2～3米的不锈钢环形真空室。,惯性约束核聚变,制成直径几毫米的“靶丸”，利用强激光从许多方向上对其同时照射，靶丸具有惯性，再加上激光的光压力，使内层氘和氚混合物的密度急速增加，直径急剧缩小，温度可达数千万度，高温高压最终可使聚变反应发生。,3.风能,风能空气流动所形成的动能即为风能。风能是太阳能的一种转化形式。风能的利用主要是风力发电。风电的优越性风力发电是一种干净的自然能源，没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95以上，已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于油电与核电。,风力发电机,返回,我国风电,中国是风资源丰富的国家，特别是新疆、内蒙古与沿海地区。我国风力发电在八十年代开始发展，初期大多是独立运行户用百瓦级风电机组，安装在边远，孤立无电地区供农牧民使用。近年来，大型并网风力发电机组引入我国，多台风电机组安装在风资源丰富地区组成风电场，接入地区电网供电，现在，我国并网风电机组装机总容量约为100MW。,风电系统,我国风电设备制造处在起步阶段,2004年底，国产化机组在国内风电市场的占有率仅有17.8。国内风电制造水平较低，主流为600KW等级，兆瓦级风机处在研制阶段，而国外主流为兆瓦级以上机型。,4.地热能,地球内部放射性元素不断进行热核反应，放出大量的热，温度可达6000℃，高温的热量通过厚厚的地层，时时刻刻向太空释放，这种“大地热”，称为热能，地热能约为全球煤热能的1.7亿倍。,西藏羊八井地热电站,,,5.氢能,氢能源优点燃烧热值高；清洁无污染；资源丰富。氢能源缺点制取成本高，需要大量的电能安全贮运问题。,新型燃料电池和高能电池,6.生物质能,农村地区适合发展沼气能源沼气获得简单易行沼气能源清洁无污染,7.海洋能,潮汐能是一种利用水位变化所产生的位能及水流所产生的动能（潮流能）而获得的一有效能源。波浪能因波浪上下波动浮力，波压力或波浪所引起的水中压力变化而产生的能源。海洋温差能即利用深部海水与表面海水的温度差产生有用的能源。盐梯度能即利用两处含盐份高与含盐份低的海流，因混合产生渗透压作为动力，而可用以产生能源。洋流能利用高速度的洋流或潮流带动结合水车、推进器、及降落伞状物的水中电厂而将其转换为有用的能源。,浙江温岭江厦潮汐发电站，是世界第三大潮汐发电站。,8.未来新能源,可燃冰一种与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似。可燃冰在低温高压下呈稳定状态，冰体融化所释放的可燃气体相当于原固体化合物体积的100倍。据科学家测算可燃冰的蕴藏量比地球上的煤、石油和天然气的总和还多。,,煤成气煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。从泥炭到褐煤，每吨煤可生产68立方米气；从泥炭到肥煤，每吨煤可产生130立方米气；从泥炭到无烟煤，每吨煤可产生400立方米气。科学家估计，地球上煤成气可达2000万亿立方米。,,讨论对发展新能源的看法。,,谢谢大家,
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