新能源迅速崛起课件

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1、 人类生活在一个能源世界里。 人类的衣、食、住、行，哪一项也 离不开能源，可以说，没有能源就 没有人类的一切。 面对能源供应紧张和生态环境破坏等情况，充分利用现 有的传统能源、研究节能新技术、积极开发新能源，以及研 究能源与环境的关系等，已成为世界各国面临的亟待解决的 课题。 1 有限的能源储量已无法满足人类日益增长的需求 。随着经济的发展和能源消耗量的大幅度增长，能源供 应不足的矛盾将会日益突出。 2 更使人们感到不安的是，人类所消耗的碳载体 矿物燃料，每年向大气排放的二氧化碳达210亿吨， 并呈上升趋势，而且还伴随有其他有毒物质，给人类 的生存环境带来了巨大的灾难。 据预测，我国2010年

2、石油需求量约2.5亿吨 ，而我国石油工业在进入90年代以后，老油区 稳产难度增大，新油区上产不到位，且石油资 源形势严峻，出现了可采储量入不敷出、增产 幅度不大的形势。我国已由石油输出国转变为 进口国，到2010年，我国的石油缺口将近1亿 吨。随着国民经济的持续快速稳定发展，我国 能源需求与供应的紧张矛盾将长期存在，同时 我国能源储量的人均占有量也远低于世界上人 均占有量。因此，我国应从保障21世纪经济可 持续发展的战略角度出发，全面规划能源政策 。 能源种类 大自然赋予人类的能源多种多样。按照各种能源 的开发利用情况和它们在人类社会经济生活中的地位 ，人们把能源分为常规能源和新能源两大类。

3、通常，将技术上比较成熟和使用比较普遍的能源 称为常规能源，如石油、天然气、煤炭、水力能等； 而新近才利用的或正在开发研究的能源称为新能 源，如太阳能、核能、风能、沼气、氢能、海洋能、 地热能、电磁能等。 常规能源和新能源是相对而言的。一些新能源将随 着科学技术的发展而逐渐变成常规能源，如美、法等 一些核电应用普遍的国家，目前已将通常作为新能源 的核能定为常规能源。 新能源的迅速崛起 为了迎接能源的挑战，人们应用现代高新技术对新 能源进行开发利用已取得重要成果，有的还获得了突破 ，使新能源的研究开发进入了一个新阶段。 1. 核能研究和利用获得重大进展 2太阳能开发不断深化 3海洋能开发前景诱人

4、4地热能的利用进一步扩展 5燃料电池异军突起 6风能的开发利用有了新进展 7. 生物能源的利用 8氢能利用取得重大成果 新能源的迅速崛起 目前，世界上几十个国家已建成和正在建设 的核电站约500座，核电可满足世界电力需求的 20左右。核能开发利用已成为世界各国21世纪 能源战略的发展重点。 快中子增殖反应堆作为第二代核电站的主要 堆型，现在已成为各国建造电站优先选用的先进 核反应堆。我国也在研究开发先进的“快堆”技术 ，计划于2000年前后建成2万千瓦功率的实验“快 堆”，为21世纪核能利用和发展打下基础。 1.核能研究和利用获得重大进展 新能源的迅速崛起 更令人鼓舞的是，人们渴望实现的可控核

5、聚变已显 露出希望的曙光。1993年12月10日，普林斯顿大学等 离子体物理实验室继1991年欧洲联合核聚变实验室首 次可控核聚变试验之后再次成功地进行了试验，试验产 生了相当于5.6兆瓦的聚变能量，人类实现解决能源问 题的理想又向前迈出了一大步。 到21世纪中叶，人类所用的电除了来自“火电站” 、“水电站”，耳熟能详的将是“聚变能电站”-受控聚 变反应堆核电站。这是原中国核工业总公司科技局副总 工程师冯运昌和核工业西南物理研究院石秉仁研究员等 专家，对21世纪人类新能源的一个大胆预测。 1.核能研究和利用获得重大进展 新能源的迅速崛起 (1)火力发电使用的石油和天然气经长 期消耗，会越来越少

6、。 据估计，已经探明的石油和天然气储量 可能在今后的几十年内耗尽。水力、太阳 能、风能等能源，由于受气候及自然环境 的影响，只能解决部分地区的需求，而且 开发起来也受到技术和环境的制约。 1.核能研究和利用获得重大进展 新能源的迅速崛起 (2)目前，最有希望的新能源是核能 从理论上讲，核能有两种：裂变核 能和聚变核能。可开发的核裂变燃料 资源可使用上千年，核聚变资源可使 用几亿年。 1.核能研究和利用获得重大进展 新能源的迅速崛起 (3)聚变能电站以氢的两种同位素氘和氚作为燃料 氘（dao)是天然同位素，在海水中含量极为丰富，其潜在 储能可供人类使用几亿年，可谓取之不尽用之不竭。氚(chuan

7、) 在自然界中不存在，需从裂变反应堆中生产，但这种方法成本昂 贵。如果利用氚聚变反应中产生的快中子与锂的反应，就可以“ 就地”再生氚，所以实际消耗的燃料是锂。锂在自然界中的储量 相当丰富。我国目前锂的探明储量居世界第一位，可供聚变使用 上万年。 除了燃料丰富这个优点外，石秉仁研究员说，聚变能还有几 个特点。燃料价格低廉。聚变核电站是一次性投资，燃料费用约 占1%左右。与裂变核电站相比，聚变核电站的燃料几乎是不花什 么钱的；不污染环境，运行安全可靠。聚变和裂变相比，其放射 性是微乎其微的，它还消化裂变的污染源，几乎没有废料；可直 接转化成电能等。专家说它是人类最理想的能源。 1.核能研究和利用获

8、得重大进展 新能源的迅速崛起 月球可助人类克服能源危机-来自月球的“原料” 众所周知，用核反应堆获得电力的方法常常 产生大量放射性废料，废料的处理是个大问题， 而且铀的储量远不是无止境的。目前正加速发展 的利用重氢和超重氢反应的热核反应堆也遇到某 些困难。在这种反应堆中形成了非常强大的中子 辐射，这意味着使用这些材料的反应堆也存在放 射性问题。 另一途径是：可以建立使用“氦-3”同位素的 热核反应堆。在这种反应堆中没有中子辐射，也 意味着没有放射性污染，不会给环境造成危害。 1.核能研究和利用获得重大进展 新能源的迅速崛起 月球可助人类克服能源危机-来自月球的“原料” 但地球上“氦-3”同位素

9、的储量不大，无法大 量生产能源。自动飞行器和登上月球的美国宇航 员获取的资料表明，月球上具有足够的“氦-3”。 这种地球上稀有的元素在月球表面的尘埃中多达 百万吨以上。据库尔恰托夫研究所首席专家尤里 .斯米尔诺夫介绍，月球上的“氦-3”储量足够人 类使用1000年。值得指出的是，科学家对从月球 上获取“氦-3”解决地球能源问题的方案进行了经 济上的论证，用这种方法获取的每度电的成本完 全可以与现行方法竞争。 1.核能研究和利用获得重大进展 新能源的迅速崛起 月球可助人类克服能源危机-来自月球的“原料” 现在，俄罗斯的三大公司在核研究领域卓 有成效的库尔恰托夫研究所、研制太空设备的 拉沃奇金科学

10、生产联合公司和太空研究所正与 美国威斯康星大学的转专家协作，对这一独特 主张进行全面论证。 在利用月球上的“氦-3”获取热核能源方案 中，目前尚未发现技术上不可克服的难题。科 学家计划发射太空飞行器，用其携带的设备收 集月球表面的尘埃，从中分离出“氦-3”，使其 变成液态后带回地球。 1.核能研究和利用获得重大进展 新能源的迅速崛起 月球可助人类克服能源危机-来自月球的“原料” 除了利用月球“原料”之外，不排除 今后出现其它更有效的解决未来能源问 题的办法。但是，现在就应对地球利用 月球上“氦-3”方案进行研究。实践表明 ，要探索到一种新的能源方案需要50年 左右。能源危机迫在眉睫，拖延探索和

11、 推广新的有效能源方案将给今后几代地 球村民带来麻烦。 1.核能研究和利用获得重大进展 新能源的迅速崛起 热聚变和冷聚变 虽然大多数物理学家认为不可能实现的冷聚变并没 有获得多少研究经费，但是仍然有一小批满怀激情的科 学家相信，冷聚变将会成为一种取之不尽的廉价能源。 曾经在麻省理工学院和哈佛大学深造的新罕布什尔 州康科德科学家叶夫根尼马洛夫是主张进行冷聚变研 究的人士之一。他在谈到创造能源的问题时说：“我认 为世界上没有免费的午餐。但是，我对新型能源的诞生 充满了信心。在这些新型能源中，我有百分之百把握的 就是冷聚变，我认为从事这一研究的数百位科学家与我 持同样的看法。” 1.核能研究和利用获

12、得重大进展 新能源的迅速崛起 热聚变和冷聚变 虽然犹他大学的物理学家庞斯博士和弗莱希 曼博士在10年前宣布的冷聚变研究成果未能得到 世人的认可，但是位于厄巴纳尚佩恩的伊利诺 伊大学的核物理学家、电学和计算机工程学教授 乔治米利说，他正在利用一种他认为比庞斯博 士和弗莱希曼博士使用的手段“还要奇异”的冷聚 变方法制造出可以测量到的能量。他采用的“低 能量核反应”方法是将钯、镍、钛和从氢气中提 取的质子混合到一起。 1.核能研究和利用获得重大进展 新能源的迅速崛起 热聚变和冷聚变 米利博士说，他计划组建一家公司，以便为 他的研究提供资金并开发可以在市场销售的派生 产品。为米利博士筹措资金的芝加哥生

13、物物理学 家刘易斯拉森说，他检查了米利博士的研究成 果，并决定为之筹集风险资金，他的目标是在3 年内使该公司的股票首次公开上市发行。拉森说 ，米利博士“确实是个天才”。 米利博士说，他并不期望公众会对他的研究 工作给予多大的支持尽管他确实已经从美国能 源部下设的核能研究计划得到了研究经费。 1.核能研究和利用获得重大进展 新能源的迅速崛起 来自天空的电力科学家开发利用太空太阳能 主张开发太空太阳能者认为，同卫星 通讯一样，将太阳能同太空技术结合的概 念使人们可以考虑把太阳能直接传送到地 球的某些地区，如发展中国家或孤立的岛 屿。这种理论是美丽的，实现或实施这一 理论的结果可能导致一场革命。然而

14、实施 要面临一些困难，在15年内，这种设想在 商业上不会是可行的。 2.太阳能开发不断深化 新能源的迅速崛起 来自天空的电力科学家开发利用太空太阳能 太阳能卫星的概念是美国科学家彼得.格拉 泽于1968年提出的，美国能源部和航天局在70年 代展开了深入研究。随后，由于各种原因，这一 工作停顿下来，其中包括在当时冷战仍然盛行的 时期，从这一具有军事意义的计划中获取能源的 价格过于昂贵。现在，由于人们对温室效应和气 候变暖的忧虑，全世界对能源需求的增长和在太 阳能及太空领域技术的进展，形势发生了很大的 变化，美国航天局近年来已投入大量资金，在许 多企业的配合下，从重新开始研究这一课题。 2.太阳能

15、开发不断深化 新能源的迅速崛起 来自天空的电力科学家开发利用太空太阳能 目前，一颗太阳能卫星可以提供数兆瓦的电能。这 种卫星最先进的设计得到了“太阳能塔”的美名，其构造 是一根长柱，四周装有太阳能浓缩器。人们目前正在努 力设计一种不需太空运载的原型，也就是说，可通过市 场现有的火箭发射，可独自进入轨道。 接收太阳能后的下一步是向地球传送。此项试验正 在地球上进行，因为这一技术也适用于把能源从地球的 一地传送到另一地。收集的太阳能可通过磁控管变成微 波射线，经根据传送能源特点该进的天线，直接传送到 地球表面。 2.太阳能开发不断深化 新能源的迅速崛起 来自天空的电力科学家开发利用太空太阳能 在法

16、国国家航天研究中心的援助下，目前正在印度洋岛屿留 尼汪岛上进行最尖端的试验，试图将10千瓦电能传送到距离仅 700米但非常难以进入的村庄中。另外，美国航天局正在研究如 何把来自太空的电力并入墨西哥韦拉克鲁斯市目前的电力供应网 。 广泛使用太阳能的关键，在于提高太阳能的转换效率和降低 成本。美国波音公司已研制出高性能的串联型太阳能电池，其光 电转换效率高达30左右。澳大利亚利用激光技术制成的太阳能 电池，在不聚焦时光电转换效率达24.2，其成本降低到与柴油 发电相当。美国研制成的新型太阳能接收器，其热能转换率达90 。美国还在莫哈韦沙漠建造世界上设备最先进的太阳能电站， 其发电能力达10兆千瓦。 2.太阳能开发不断深化 新能源的迅速崛起 来自天空的电力科学家开发利用太空太阳能 科学研究表明，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。为了利用这些无污染的能源，科学家设计的 发电卫星长6公里，宽3公里，可发电5千兆瓦， 发电量相当于5个地面核电站。空间发电站