能源报告

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1、本科生课程报告考核试卷本科生课程报告考核试卷科科 目：目： 能 源 与 可 持 续 发 展 教教 师：师： 唐 胜 利 （ 教 授 ） 小小 组组 编编 号：号： 第 二 组 小小 组组 成成 员：员：曹鹏 刘春杰 谭忠祥覃小倩 陈钰宇 上课时间：上课时间： 2013 年 3 月 至 2013 年 6 月 报报 告告 成成 绩：绩： 阅卷评语：阅卷评语： 阅卷教师阅卷教师 （签名）（签名） 2013 年 3 月 20 日各种形式能源的特点及其优缺点摘要：由于世界各国在 20 世纪之前主要持续使用传统的化石能源，从而引发了如今的各种环境污染，臭氧层空洞，温室效应等各种问题，严重影响了人类的正常生

2、 活。如果不采取措施，可能人类将会面临着不可估量的灾难。因此，环境问题引起 了世界的关注，而能源则是解决所有问题的关键。而随着科技的日益发展，利用高 科技发现和利用新能源已经呈现了一幅生机勃勃的景象。因此各种新能源如雨后春 笋般涌现在我们生活的各个方面。以下我们针对传统能源和新能源的各种形式做一 个较具体的介绍，主要介绍各种能源形式的特点及其优缺点。而当今世界主要的新 能源形式有氢能、风能、核能、太阳能、生物能、潮汐能，无可厚非，虽然新能源 的诞生给我们带来了极大的希望，但是仍然存在新能源的开采存储等问题，相关技 术还只是在试验期，并不成熟。因此，传统的化石能源仍然占据着不可替代的位置。 如石

3、油和煤这两大传统化石燃料。我们都知道像伊朗，叙利亚等国家的石油相当丰 富，而石油经济则是他们国家的主要经济之一，而且很多国家都对这些国家虎视眈 眈。由此可见，传统的化石燃料在目前来看仍然是主要能源之一。 关键字关键字; ; 化石能源 新能源 试验期 石油1 新能源1.1 氢能1.1.1 氢能及其特点氢是一种能源载体，人们可以大规模利用储藏在氢中的能量。大约 250 年前人们就 发现了氢，约 150 年前氢获得工业应用。在使用天然气之前人们就用所谓的城市瓦 斯来取暖做饭或道路照明；那种瓦斯氢高达 60%。我国在推广天然气之前，广泛使 用的由煤制取的城市煤气中氢含量高达 50% 以上。但是人们对氢

4、作为能源的认识并 不深刻。随着石化能源的资源枯竭和所带来的危害日益严重，人们开始更加关注氢 能。为什么氢能将是人类未来的能源，因为氢具备如下一些其它能源所没有的特点：（1）氢的资源丰富。在地球上的氢主要以化合物如水的形式存在，水是地球的主要 资源。地球表面的 70% 以上被水覆盖 ，水就是地球上无处不在的氢矿。 氢具有可再生性。氢由化学反应产生电能或热并生成水，而水又可由电解再转化为 氢和氧如此循环永无止尽。1.1.2 氢能的优缺点对比：（1）氢能是最环保的能源之一。利用低温燃料电池，通过电化学反应将氢转化为电 能和水，过程中不排放 CO2 和 NOx，没有任何污染，使用氢燃料内燃机也是显著减

5、 少污染的有效方法。 （2）氢气具有可储存性。氢可以像天然气一样很容易地被大规模储存，是氢能和电 能热能最大的不同。在电力过剩的地方和时段可以用氢的形式将电能或热能储存起 来 ，这也使氢在可再生能源的应用中可以起到其它能源载体所起不到的作用。氢由于具有以上特点可以同时满足资源环境和可持续发展的要求，是其它能源所不能比拟的所以备受重视。 能源是我国可持续发展的基础，没有能源就谈不上发展。能源问题是任何一届政府 都不能忽视的大问题。由于石油供求的巨大缺口，我国今后将逐步调整以煤为主的 能源供应战略，同时要着重改善能源利用对环境的影响，提高能源利用效率，建立 能源供应和安全保障体系。为了达到这一目标

6、就不能不研究氢能不能不利用氢能。 但是我国在氢能研发过程中处于初始阶段 ，和国外发达国家相 比，我国氢能研发 投入还非常有限 。但我国在氢能研发方面取得了不少进步 ，尤其在储氢材料和技 术等方面处于领先位置。这几年国家和科研部门也越来越关注氢能行业的发展 ，目 前氢能的发展主要遇到以下几个问题： （1）氢能的成本过高。燃料电池的成本一直居高不下，加氢站等基础设施的建设需 要很大投入，储氢成本也异常昂贵，每辆燃料电池车的成本高达 8 万美元，高昂的 成本限制了氢能技术的广泛应用和氢能的规模化生产。 （2）氢能要求很高的安全性和有效性 。氢气的爆炸性很强，在氢气的制备储存运 输过程中都可能面临泄露

7、和爆炸的危险，而目前的技术条件还无法完全保证氢能在 不同状况下的安全。 在目前化石燃料尚未枯竭的情况下，传统的石油煤炭等工业仍然强势运行。不可能 立即退居次席，仍会进行大规模的投入这同样影响了氢能技术的研发投入和发展。1.2 风能1.2.1 风能及其特点风能具有可再生性和无污染性的优点,所以风能是目前最有开发利用前景和技术最成 熟的一种新能源和可再生能源之一。随着风能开发和利用的发展,风能技术也取得显 著进步,这也意味着风力发电将在我国国民经济和新能源发展中占有重要地位。风力 发电的基本特点 (1)风能的随机性大 风能是太阳能的变异,风速随大气的温度、气压等因素的不同有着较大的变化,是随 机和

8、不可控的,这样作用在风机叶片上的风能也是随机和不可控的,进而发电机的输 入机械功率也存在一定的不可 控性。 (2)风轮机转动惯量大 由于风轮直径大,巨大的风轮转子叶片使得风轮机具有较大的转动惯量。 (3)风能密度低 由于空气的密度低,要获得比较大的功率,风轮的直径要做得很大,风轮装置庞大。 (4)风轮机与发电机之间的柔性连接 风轮机转子的转速一般不会很高,与发电机转动的速度相差比较大,它们之间不可能 直接连接,必须通过一定变比升速齿轮箱进行传动,这样发电机和风轮机之间的刚性 度大大降低,也就是说发电机 和风轮机之间是柔性连接的。 (5)风力发电机的选用 目前国内的风力发电系统采用异步发电机直接

9、并网的方式,风速的变化将引起风力发 电机注入电网有功和无功功率的变化,从而引起附近电网母线电压的波动,为了克服 这一缺点且随着电力电子技术的发展,风电系统可以采用交流励磁发电机,使风力发 电系统具有较好的动态和静态特性。风力发电的优势风力发电具有其它能源不可取代的优势和竞争力。我国可用于风力发电的总潜力高达 2.5 亿 kW,这是一种用之不 竭的动力。1.2.2 风能的优缺点比较：风力发电的优越性可归纳为以下几点: (1)建造风力发电场的费用低廉,比水电站、火力发电厂或核电站的建造费用低得多; (2)不需火力发电所需的煤、油等燃料或核电站所需的核材料即可产生电力,除常规 保养外,没有其他任何消

10、耗; (3)风力是一种洁净的自然能源,没有其它发电方式所伴生的环境污染问题。 (4)风力发电和其他发电方式相比,它的建设周期一般很短(1 台风机的安装时间不超 过 3 个月) ,一个 50 万 kW 级风力发电场建设期不到 1 年,而且安装 1 台投产 1 台,装 机规模灵活,可根据资金多少来确定,为筹集资金带来便利。 (5)风力发电运行简单,可完全做到无人值守。 (6)风力发电实际占地少,机组与监控、变电等建筑仅占风力发电场约 7%的土地,其 余场地仍可供其他产业使用。对地形要求低,在山丘、海边、河堤、荒漠等地均可建 设。此外,在发电方式上还有多样化的特点,既可联网运行、独立运行,也可和柴油

11、发 电机互补系统运行,这对于解决边远无电地区的用电问题提供了现实可能性。 风电的缺点： （1）不可控性和间隙性。因此,为了改善风电对电网的影响和扩大风能的应用,将风 能与其他能源组成互补系统是一种解决的技术途径。目前,除在技术上已较成熟的风 电/光伏发电互补系统、风电/柴油发电互补系统外,近年来又提出了风电/水电互补 系统和风电/燃气轮机发电互补系统等。互补系统不仅可以并网应用,也可以组成分 布式电源系统,独立运行,有较好的应用前景。1.3 核能1.3.1 核能及其特点我们都知道核能具有能流密度很大和反应速度极快的特点，正因为如此，核能提供 的能量是我们难以估计的，而很多国家也都建立了核电站，

12、核能作为一种高技术要 求的新能源弥补了高科技能源的空白，世界科技技术日新月异，相信核能的地位将 显得愈发重要。质子、中子依靠强大的核力紧密结合在一起，一旦使原子核分裂或 聚合，就能释放出巨大的能量，这就是核能。核能分为裂变和聚变两种情况。 （1）裂变 核物理中把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应称为裂变。裂变能是重金 属元素的原子核通过裂变而释放的巨大能量，目前已经实现商业化。因为裂变需要 的钢等重金属元素在地球上含量稀少，而且常现裂变反应堆会产生长寿命放射性较 强的核废料，这些因素限制了裂变能的发展。 （2）聚变 另一种核能形式是目前尚未实现商业化的核聚变能。核聚变是两个较轻的原子核聚

13、 合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是 氢的同位素氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了 50 亿年，氘在地球的海水 中藏量非常丰富。因此，聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。这就是为 什么世界各国，尤其是发达国家不遗余力，竞相研究、开发聚变能的原因所在 核能的特点：（1） 首先能流密度大。从下面核能与化学能的比较我们可以很清楚的看到核能和 传统化石燃料之间的差距。 裂变 1 千克铀-235 放出热量 19600 000 000 千卡燃烧 1 千克标准煤放出热量 7000 千卡燃烧 1 升重油放出热量 9900 千卡燃烧 1 立方米天然气放出热量 9

14、800 千卡 从上面的数据可以很明显的看到同一质量下,核能比化学能大几百万倍。而且 我们可以看到，1 千克铀-235 放出热量相当于燃烧约 2700 吨标准煤。 （2） 核能反应速率快，从原子弹的爆炸我们就可以领教核能的反应度。我们都知 道原子弹爆炸会产生蘑菇云，那是为什么呢？就是因为核能在瞬间产生的巨 大能量，急剧压缩其周围的空气形成压差，导致强烈气流流动形成的1.3.2 核能的优缺点比较核能的优点：（1）能量密集，功率高，为其它能源所不及。这一特点决定了它的运输量小，可 以减缓交通运输压力。 （2）在能量储存方面，核能比太阳能、风能等其它新能源容易储存。核燃料的储 存占地不大，在核船舶或核

15、潜艇中，通常两年才换料一次。相反，烧重油或烧煤设 备需庞大的储存罐或占地很大。 (3) 核能比较清洁，不会产生二氧化碳。世界上大量有机燃料燃烧后排出的二氧化 硫、二氧化碳、氧化亚氮等气体，不仅直接危害人体健康和农作物生长，还导致酸 雨和大气层的“温室效应” ，破坏生态平衡。比较起来，核电站就没有这些危害。在 全球限制温室气体的大环境下，发展核能几乎被认为兼顾发展经济和减少温室气体 排放的唯一途径。从而有效地削减主要污染物排放量，改善当地的环境空气质量， 为人民群众创造良好的生产生活环境。 (4)核电比火电“经济” 。电厂每度电的成本是由建造折旧费、燃料费和运行费这三 部分组成。主要是建造折旧费和燃料费，核电厂由于特别考究安全和质量，建造费 高于火电厂，一般要高出 3050，但燃料费则比火电厂低得多。据测算，火电 厂的燃料费约占发电成本的 4060，而核电厂的燃料费则只占 2030。经 验证明，核电厂的发电成本要比火电厂低 1550。 核能的缺点： （1）核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不 大，但因具有 放射线，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。 （2）核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境裏，故 核能电厂的热 污染较严重。 （3）核能电厂投资成本太大，电