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1、环境与能源工程学院 孙晗E-Mail: 能源危机与应对（能源危机与应对（1 1）课程简介（1）n课时：32n考核方式：考查满分100分n期末时完成一篇与节能环保有关的论文n平时搜集资料，用Powerpoint做报告课程简介 (2)n参考书：（1）21世纪可持续能源丛书，化学工业出版社，2005（2）新能源与可再生能源概况，苏亚欣 毛玉如 赵敬 德编著，化学工业出版社，2006年3月第1版（3）可再生能源利用与建筑节能，王荣光 沈天行 主 编，机械工业出版社，2004年1月第1版课程简介 （3）n开课的背景、目的和目标n能源和环境问题是21世纪的热门话题n随着我国经济社会的不断发展，化石能源的消
2、耗量不断增大，但化石能源 是不可再生能源，面临枯竭，会出现越来越严峻的能源紧张状况。n1993年起，我国成为石油净进口国。1996年石油净进口量为1393.4万吨 ， 不断增加石油进口将是大势所趋。但大量从国外进口石油，有可能引起国 际石油市场振荡和油价攀升，油源和运输通道也易受到别国的控制。n化石能源的大量使用造成环境污染和全球温度变暖。n开发和利用清洁、可再生的新能源是必由之路。n建立节能环保的观念。第1章 能源第一章 能源目录n能源的定义n能源的分类n能源资源的利用及其开发n人类利用能源的历史和未来n能源利用的现状及面临的问题第一章 能源n能源的定义从物理学的观点看，能量可以简单地定义为
3、做功的本领。广义而言，任何物质都可以转化为 能量，但是转化的数量及难易程度是不同的。 比较集中而又较易转化的含能物质称为能源。返回第一章 能源n能源的分类（一）：按能源蕴藏方式的不同分（1）太阳能-能源之母 直接应用间接应用：生物质能、风能、海洋能、流水能等（2）地球自身蕴藏的能量 地热能和原子能 （3）地球和其他天体引力相互作用而形成的潮汐能第一章 能源n能源的分类（二）一次能源与二次能源一次能源：在自然界中天然存在的，可直接取得而又不改变其基本形态的能源，称为一次能源，如煤炭、石油、天然气、风能、地热等。二次能源：由一次能源经过加工转换成另一种形态的能源产品叫做二次能源，如：电力、煤气、蒸
4、汽及各种石油制品等。大部分的一次能源都转化成容易输送、分配和使用的二次能源，以适应消费者的需要。第一章 能源n能源的分类（三）可再生能源与非再生能源 可再生能源：在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源，称之为可再生能源。如：太阳能、水能、风能和生物质能等。它 们都可以循环再生，不会因长期使用而减少。非再生能源：经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，称之为非再生能源。如：煤炭、石油、天然气、核燃料等。它们随着大规模地开采利用，其储量越来越少、总有枯竭之时 第一章 能源n能源的分类（四）常规能源与新能源 常规能源：在相当长的历史时期和一定的科学水平下，已经被人类长期广泛利用的能源，不但为
5、人们所熟悉，而且也是当前主要能源 和应用范围很广的能源，称之为常规能源，如煤炭、石油、天然气 、水力、电力等。新能源：有些能源近一二十年来才被人们所重视，新近才开发利用，而且在目前使用的能源中所占的比例很小，但很有发展前途的能 源，叫新能源，或称替代能源，如：太阳能、地热能、潮汐能等。第一章 能源n能源的分类（五） 燃料能源与非燃料能源燃料能源：矿物燃料（煤炭、石油、天然气），生物燃料（柴薪、沼气、有机废物等），化工燃料（甲醇、酒 精、丙烷及可燃原料铝、镁等），核燃料（铀、钍、氘 等）共四类。 非燃料能源：有的具有机械能，如水能，风能等。有的 含有热能，如地热能、海洋能等。有的含有光能，如太
6、阳能、激光等。第一章 能源n能源的分类（六） 清洁能源和非清洁能源清洁能源：把无污染或污染小的能源称为清洁能源，如 太阳能、水能、氢能等； 非清洁能源：对环境污染较大的能源。如：煤炭 返回第一章 能源n能源资源的利用及其开发常规能源的开发和利用（一）煤炭煤炭是埋在地壳中亿万年以上的树木和植物，由于地壳变动等原因，经受一定的压力和温度而形成的含碳量很 高的可燃物质，又称作原煤。由于各种煤的形成年代不同，碳化程度深浅不同，可将其分类为无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤等几种类型。烟煤 又可分为贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、漆煤、弱黏煤、不 黏煤、长焰煤等。第一章 能源n能源资源的利用及其开发常规能源的开发和利用（
7、二）石油石油是由沉积岩中的有机物质变成的。因为在已经发现的油田中，99%以上都分布在沉积岩区。石油是一种粘稠的液体，颜色深。直接开采出来的未经加工的石油称 为“原油”。石油同煤相比有许多优点，单位质量的石油释放的热量为煤的二三倍。石油使用方便，它易燃又不留灰烬，是 理想的清洁燃料。第一章 能源n能源资源的利用及其开发常规能源的开发和利用（三）天然气天然气是地下岩层中以碳氢化合物为主要成分的气体混合物的总称。天然气的生成过程同石油类似，但比石油 更容易生成。天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等 烃类组成，其中甲烷占80%-90%。第一章 能源n能源资源的利用及其开发常规能源的开发和利用（四）水能
8、许多世纪以前，人类就开始利用水的下落所产生的能量。最初，人 们以机械的形式利用这种能量。19世纪末期，人们学会将水能转换为电能。水能资源最显著的特点是可再生、无污染。开发水能对江河的综合治理和综合利用具有积极作用，对促进国民经济发展，改善能源消 费结构，缓解由于消耗煤炭、石油资源所带来的环境污染有重要意 义，因此世界各国都把开发水能放在能源发展战略的优先地位。第一章 能源n能源资源的利用及其开发常规能源的开发和利用（五）核能从1932年发现中子到1939年发现裂变，结果经历了7年之久才把巨大的裂变能从铀核中解放出来。作为核燃料的原子核在中子轰击下发 生分裂，一个原子核吸收一个中子而裂变后，除了
9、能释放出巨大的 能量外，还伴随产生两至三个中子。即由中子引起裂变，裂变后又 产生更多的中子。在一定的条件下，这种反应可以连续不断地进行 下去，称为链式反应。经过科学家的努力，实现了人为控制链式反 应，使裂变可以进行，可以停止，形成了反应堆。第一章 能源n能源资源的利用及其开发新能源和可再生能源的开发和利用（一）太阳能地球上各种形式的能量都直接或间接地来自于太阳。太阳这颗巨大的恒星，不停的通过核聚变向宇宙释放大量的能量， 能到达地球的能量为太阳辐射总量的20亿分之一，经大气层的反射 和吸收，能到达陆地的约为1.7*1013kW, 是地球上每年发电功率的几万倍。人们利用太阳能，主要利用太阳能加热、
10、取暖、发电。太阳能产品：太阳能热水器，太阳灶，太阳能硅电池。太阳能的发展方向：利用太阳能发电第一章 能源n能源资源的利用及其开发新能源和可再生能源的开发和利用（二）风能风是地球上的一种自然现象，它是受太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的 对流运动形成风。风能就是空气流动所产生的动能。风能是清洁能源，合理利用风能，既可减少环境污染，又可减轻越来越大的能源紧缺的压力。第一章 能源n能源资源的利用及其开发 新能源和可再生能源的开发和利用 （三）生物质能 生物质是指光合作用而产生的各种有机体。光合作用利用空气中的二氧化碳和土壤中的水，将吸收的太阳能转 化
11、为碳水化合物和氧气。生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物中的一种能量形式，一 种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用 ，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是储存的太阳能，更 是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料 。 沼气是由厌氧微生物分解转化有机物而生成的一种可燃性气体。沼 气的主要成分是甲烷和二氧化碳，此外还有少量的氢气、一氧化碳 及硫化氢等，总的可燃成分含量一般在60%70%。第一章 能源n能源资源的利用及其开发新能源和可再生能源的开发和利用（四）海洋能 海洋能是指潮汐能、波浪能、海流能、温差能、盐差能以及新近发现的海底甲烷冰等。潮汐能是地球
12、旋转所产生的能量通过太阳和月亮的引力作用而传递给海洋的，并由长周期波储存的能量，潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比；海流的能量与流速平 方和流通量成正比；波浪能是一种在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的的机械能，波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比；河口水域的海水盐度差能是化学能，入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差，若隔以半透膜，淡水向海水一侧渗透可产生渗透压力，其能量与压力差和渗透流量成正 比。因此各种能量涉及的物理过程开发技术及开发利用程度等方面存在很大的差异 。海洋能的利用方式主要是发电。第一章 能源n能源资源的利用及其开发新能源和可再生能源的开发和利用（五）地热
13、能我们居住的地球，很久很久以前是从太阳派生出来的一个行星，最初也是一个高热的球体，大概像太阳一样，是由放射性元素进行不 断的热核反应，大约经过四五十亿年以后，表面逐渐冷却，并形成 了地壳。但是地球的内部仍是热的。地热能是来自地球深处的可再 生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地下水的 深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带 至表层。地热资源分类：蒸汽型、热水型、地压型、干热型和岩浆型。 第一章 能源n能源资源的利用及其开发二次能源的利用及开发电力电能是由一次能源转化来的。除了干电池、蓄电池，我们通常使用的电都是从发电厂发出来的电。发电厂分为火力发电厂、水力发电
14、厂、核能发电厂三种类型。 第一章 能源n能源资源的利用及其开发二次能源的开发及利用氢能n氢是清洁的二次能源。氢的燃烧热值很高是汽油的3倍，氢燃烧时无烟无尘，只生成水。自然存在的氢气很少，多以化合物形式存在。n传统的制氢方法是电解水法第一章 能源n氢能应用的重要途径：燃料电池能发电。利用燃料电池 驱动的汽车受到了很多国家的欢迎。n氢能应用的其他途径：航天器燃料、氢能飞机、氢能汽 车、氢能发电、氢介质储能与输送，以及氢能空调、氢 能冰箱等。随着科学技术的进步和氢能系统技术的全面 进展，氢能的应用范围必将不断扩大，氢能将深入到人 类活动的各个方面，直至走进千家万户。返回第一章 能源n人类利用能源的历
15、史和未来 火的使用 燧人氏发明了人工取火 燧皇陵，又叫燧人氏陵，位于商丘古城西 南两公里处。古书记载，燧人氏“钻燧取 火，以化腥臊”，从而开创了人类走向文 明的新纪元。后人为纪念燧人氏的功德， 便在他经常活动的地方筑起一座高大的墓莹，即燧皇陵。 第一章 能源n人类利用能源的历史和未来煤炭的黄金时代 在长达两个世纪的第一次工业革命时期，煤炭一直是能源之王。以煤为燃料的蒸汽机的发明是工业革命开始的标志。1782年瓦特 发明了蒸汽机，3年后蒸汽机用于纺织行业，从此，工业革命席卷了整个欧洲，改变了世界。 以煤炭为能源，蒸汽机为动力的第一次工业革命使得英国到处都可闻到蒸汽的气息。工厂遍地开花，一座座的厂
16、房烟囱拔地而起。 中世纪的古典优雅的田园生活突然间被浓烟包围起来，生活迅速的 喧闹嘈杂起来。社会分化越来越明显，历史进入一个崭新的时代。 可以说这个时代是以煤炭为动力开创出来的。第一章 能源n人类利用能源的历史和未来石油的天地 1859年美国人在宾夕法尼亚州打出西方第一口石油井， 被作为现代石油业的起点载入史册。世界石油的开采量 在1860年只有6.7万吨，到1918年猛增到5000万吨。石 油的大规模开发利用的重大意义，首先在于它为内燃机 的发展提供了条件。1886年德国的戴姆勒制成了第一台 使用液体石油的内燃机，从此石油开采和内燃机互为需 求，形成了世界能源革命的第二个高潮。 第一章 能源n人类利用能源的历史和未来能源的未来表1.1 非可再生能源占全球能耗比例及可用年限能源种类 占全球能耗的比例/% 可使用的时间 /年 化石能源煤257422040石油32 天然气1760 核能（裂变）4260总和78第一章 能源讨论：1 如果没有石油了，汽车以什么为燃料？2 如果煤、石油、天然气都用光了，我们用什么 来供热，发电？
