能源及化工節(jié)能技術課件-1-2.能源形式：太陽能風能水能

生物質能地熱能潮汐能核能（煤、氣、油）礦物質能源、電能、氫能等1.2能源與發(fā)展

從日常生活中必需的電、煤、氣、自來水等的供應，到交通運輸、通信等現(xiàn)代社會的一切活動都離不開它。能源為人類的生產(chǎn)和生活提供各種能力和動力的物質資源，是國民經(jīng)濟的重要物質基礎。

能源的開發(fā)和有效利用程度以及人均消費量是生產(chǎn)技術和生活水平的重要標志。能源、材料、信息是人類發(fā)展的三大支柱產(chǎn)業(yè)。能源科學技術的每一次重大突破，都引起生產(chǎn)技術的革命，化學(工)在能源的研究和利用過程中扮演重要角色。

1.人類文明發(fā)展與能源遠古時期人類開始用火來取暖、烹調、照明，還將這種利用能量的技術應用到玻璃加工或制作裝飾品、陶藝等方而，從而開創(chuàng)了人類文明。人類發(fā)明了蒸汽機和內燃機，所使用的燃料也是從草木轉變成為煤炭、石油和天然氣等。這些發(fā)明使機械能的利用多樣化，同時也使電能的生產(chǎn)成為可能。能源的使用領域得以進一步擴大，從交通運輸?shù)酵ㄐ诺阮I域，賜予了人類一切文明活動的動力，推動了人類文明的進步。2.人類文明與能源利用瓦特(JamesWatt1736~1819年)發(fā)明蒸汽機(1769年專利)蒸汽機作為動力的紡織機械誕生于18世紀，但蒸汽機作為船舶和機車的動力而普及直至19世紀。19世紀中葉雷諾(EtienneLenoirl822—1900年)發(fā)明了燃氣發(fā)動機19世紀中葉又發(fā)明了內燃機，從而開發(fā)出了汽車在1903年由汽車工人萊特兄弟制造的發(fā)動機動力飛機試飛成功20世紀初，通過火力發(fā)電和水力發(fā)電生產(chǎn)的大量電能，再通過輸配電網(wǎng)絡，使各種各樣的用電產(chǎn)業(yè)獲得驚人的進步和發(fā)展

在20世紀50年代到70年代間，從煤炭文明到石油文明的能源革命

20世紀90年代，開始使用使用液化天然氣和液化石油氣作為汽車用燃料

能源消耗量與發(fā)達水平有關聯(lián)1.3能源相關政策1.能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃2.可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃1.4節(jié)能概念

節(jié)能就是應用技術上可行、經(jīng)濟上合理、環(huán)境和社會可以接受的方法來有效地利用能源。所以，節(jié)能并不簡單地意味著少用能源，其實質是充分有效地發(fā)揮能源的作用，使同樣數(shù)量的能源，可以提供更多的有效能，從而生產(chǎn)出更多、更好的產(chǎn)品，創(chuàng)造出更多的產(chǎn)值和利潤。1.5節(jié)能意義常規(guī)能源逐漸枯竭以煤為主的能源消費結構帶來嚴重的環(huán)境問題較高的石油對外依存度影響我國的能源戰(zhàn)略安全1.節(jié)能的意義降低成本合理利用資源，可減緩能源耗竭速度降低污染物排放，利于環(huán)境保護降低溫室氣體排放

化學工業(yè)有一個重要的特點，就是煤、石油、天然氣等既是化學工業(yè)的能源、又是化學工業(yè)的原料，該兩項加起來占產(chǎn)品成本25~40％，在氮肥行業(yè)達70~80％。因此廣義的化學工業(yè)是工業(yè)部門中的第一用能大戶。這一特點使得節(jié)能工作在化學工業(yè)中有著極為重要的意義。2.化工行業(yè)節(jié)能的必要性與意義3.節(jié)能的途徑結構節(jié)能：管理節(jié)能：技術節(jié)能：1.6節(jié)能形勢與政策1.“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案2.工業(yè)節(jié)能“十三五”規(guī)劃第二章能源形勢及能源利用現(xiàn)狀2.1能源生產(chǎn)與利用形勢2.2能源分類2.3傳統(tǒng)能源利用技術進展2.4可再生能源的開發(fā)2.5蓄能和換能技術★可再生能源開發(fā)利用情況2.1能源生產(chǎn)與利用形勢1.全球能源危機

有關資料顯示：目前在世界初級能源的產(chǎn)量和消費中，居第一位的是石油，其次是煤炭、天然氣。

有關資料還顯示：石油、煤炭、天然氣等常規(guī)化石能源的儲量日益減少，在可預見的不長時間內將被消耗殆盡，全球面臨著嚴重的能源危機。如果新的替代能源沒有屆時被發(fā)現(xiàn)，人類的生存面臨嚴重挑戰(zhàn)！常規(guī)能源逐漸枯竭2.能源競爭能源是國民經(jīng)濟的命脈，是影響各國領導人戰(zhàn)略決策的重要因素，是許多國家制定全球戰(zhàn)略的首要問題。近20年來，世界上發(fā)生的許多危機、沖突都是圍繞爭奪能源引發(fā)的（如兩伊戰(zhàn)爭，前蘇聯(lián)出兵阿富汗，海灣戰(zhàn)爭，科索沃戰(zhàn)爭，美國推翻塔利班，伊拉克戰(zhàn)爭等）。美國、俄羅斯、日本、歐盟、中國等許多國家針對中東、里海等石油資源展開了激烈的較量和錯綜復雜的斗爭。3.中國面臨“貧血”的威脅我國煤炭儲量居世界第3位，人均為世界平均水平的50%；我國石油儲量居世界第6位，人均為世界平均水平的17%；人均石油產(chǎn)量與消費量占世界平均水平的21%~22%；我國天然氣儲量居世界第16位，人均為世界平均水平的10%。目前我國人年均能源消耗是1000公斤標準煤，美國是11000公斤，英、德、法等國家為5000~6000公斤；2030年以后，我國人年均能源消耗是2000~3000公斤標準煤，人口達15億以上。標準煤標準煤亦稱煤當量，具有統(tǒng)一熱值標準的能源計量單位。我國規(guī)定每千克標準煤的熱值為7000千卡。將不同品種、不同含量的能源按各自不同的熱值換算成每千克熱值為7000千卡的標準煤。能源的種類很多，所含的熱量也各不相同，為了便于相互對比和在總量上進行研究，我國把每公斤含熱7000千卡（29307千焦）的定為標準煤也稱標煤。另外，我國還經(jīng)常將各種能源折合成標準煤的噸數(shù)來表示，如1噸秸稈的能量相當于0.5噸標準煤，1立方米沼氣的能量相當于0.7公斤標準煤。能源折標準煤系數(shù)=某種能源實際熱值（千卡/千克）/7000（千卡/千克）在各種能源折算標準煤之前，首先測算各種能源的實際平均熱值，再折算標準煤。平均熱值也稱平均發(fā)熱量，是指不同種類或品種的能源實測發(fā)熱量的加權平均值。計算公式為：平均熱值（千卡/千克）=Σ[某種能源實測低位發(fā)熱量（千卡/千克）×該能源數(shù)量（噸）]/Σ能源數(shù)量（噸）2011年，中國超過美國成為第一大石油進口國和消費國，當年，官方公布的數(shù)據(jù)顯示中國原油對外依存度達55.2%，也首次超越美國的53.5%。當前，中國石油消費超過了GDP增速，預計到2020年，石油消費總量將達到6億噸左右。到2030年，中國石油消耗量的80%需要依靠進口。石油消費對外依存度突破60%危不危險？危險，也不危險。國際上一般將石油對外依存度達到50%看做是條“安全警戒線”，但是，由于各國的國情各異，發(fā)展階段和自身需求不同使得該國際標準并非一定是一條不可逾越的紅線。比如，印度石油對外依存度近70%，但其石油凈進口量大約是8700萬噸，專家普遍認為該國石油進口量并不高，石油安全風險還不大。此外，韓國、日本的石油對外依存度接近100%，能源運行依然較平穩(wěn)。以“50%作為安全警戒線”的標準是否科學仍有爭議，有學者認為由于諸多原因無法進口到自身需要的石油量是很不安全的。解決我國及世界能源危機的途徑：一是節(jié)約使用能源；二是加強新能源技術的研究、開發(fā)和利用，不斷擴大利用新能源的比重。4.世界能源分布與中國能源現(xiàn)狀Fossil-fuelresources:ProvedworldoilreservesFossil-fuelresources:Provedworld

naturalgas

reservesFossil-fuelresources:Provedworldcoal

reserves1949年新中國成立時，全國一次能源的生產(chǎn)總量僅為2374萬t標準煤，居世界第10位。2004年中國一次能源生產(chǎn)量達到18.45億噸標準煤，全年能源消費總量19.7億噸標準煤，是世界上第二大能源消費國和能源生產(chǎn)國。煤炭：2004年煤炭產(chǎn)量達到19.56億噸（第一），同比增長17.3%，其中用于發(fā)電9.8億噸左右；從1996年開始，我國由原油出口國變成原油進口國；2000年我國進口石油占消耗量的20%；美日等發(fā)達國家都建立了戰(zhàn)略石油儲備制度，可提供3~6個月的石油供應；我國沒有戰(zhàn)略石油儲備。2009年以來，我國已成為世界能源生產(chǎn)和消費最大的國家。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，我國2012年能源消費總量為36.2億tce，其中煤炭占67.4％，石油19.0％，天然氣5.3％。水能、核能、風能等非化石能源約占8％。另據(jù)BP統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2012年我國除水能以外的可再生能源(如風能、太陽能、生物質能等)消費總量只占1.7％。近年來，雖然可再生能源得到了較快的發(fā)展，但我國的能源消費結構幾乎沒有改變。以煤為主的能源消費結構帶來嚴重的環(huán)境問題資料1資料2資料3解決我國及世界能源危機的途徑：一是節(jié)約使用能源；二是加強新能源技術的研究、開發(fā)和利用，不斷擴大利用新能源的比重。5.中國能源存在的問題（1）人均能耗低（2）人均能源資源不足（3）能源效率低（4）以煤為主的能源結構亟待調整

1）大量燃煤嚴重污染環(huán)境

2）大量用煤導致能源效率低下

3）交通運輸壓力巨大

4）能源供應安全問題提到議事日程上來（5）能源資源分布不均勻；（6）農(nóng)村商品能源短缺。6.我國能源工業(yè)面臨的問題環(huán)境污染嚴重；能源建設周期長，耗能多；能源價格未能反映其經(jīng)濟成本和能源資源的稀缺性；能源工業(yè)裝備落后。7.解決我國能源問題的措施努力改善能源結構；提高能源利用率；加速實施潔凈煤技術；合理利用石油和天然氣；加快電力發(fā)展速度；積極開發(fā)利用新能源；建立合理的農(nóng)村能源結構，扭轉農(nóng)村嚴重缺能局面；改善城市民用能源結構，提高居民生活質量；重視能源的環(huán)境保護。中國能源可持續(xù)發(fā)展的對策三個手段：加強政府的宏觀決策和行政管理運用市場機制的調節(jié)作用利用經(jīng)濟增長的機遇2.1能量與能源能量——宇宙間一切運動著的物體，都有能量的存在和轉化，人類一切活動都與能量及其使用緊密相關。所謂能量，也就是“產(chǎn)生某種效果（變化）的能力”。反過來說，產(chǎn)生某種效果（變化）必然要伴隨能量的消耗和轉換。

人類所認識的六種能量形式

機械能熱能電能輻射能化學能核能機械能包括固體和流體的動能、勢能、彈性能及表面張力能等。動能和勢能統(tǒng)稱為宏觀機械能——人類認識最早的能量。熱能構成物體的微觀分子運動的動能表現(xiàn)為熱能。它的宏觀表現(xiàn)是溫度的高低，反映了分子運動的強度。地球上最大的熱能資源應為地熱能。電能它和電子流動與積累有關，通常由電池中的化學能轉化而來，或通過發(fā)電機由機械能轉換得到。反之，電能也可以通過電動機轉化為機械能——電做功。在自然界中，還有雷電等電能。

輻射能即物體以電磁波形式發(fā)射的能量。如太陽能，太陽是最大的輻射源?；瘜W能它是物質結構能的一種，即原子核外進行化學變化時放出的能量。按化學熱力學定義，物質或物系在化學反應過程中以熱能形式釋放的內能，稱為化學能。利用最普遍的化學能是燃燒碳和氫。

核能它是蘊藏在原子核內部的物質結構能。釋放巨大核能的核反應有兩種：核裂變反應23592U+10n→14456Ba+8936Kr+310n

23592U+10n→14054Xe+9438Sr+210n

ΔH=8.2×1010J/g相當于煤的250萬倍。原子彈工作原理：讓裂變能量不斷積累，最后在瞬間釀成重大的爆炸。核聚變反應

21H+31H

→42HeΔH=5.8×1011J/g相當煤的1000萬倍。優(yōu)點：A、聚變產(chǎn)物是穩(wěn)定的氦核，無放射性污染，沒有難處理的廢料；B、氘資源豐富，海水中氘：氫＝1.5×10－14。核聚變發(fā)電困難：A、聚變反應需要非常高溫度（109℃如何“點火”？氫彈用一個小的原子彈作引爆裝置，產(chǎn)生瞬間高溫?？紤]化學激光）B、如何約束：用什么材料制造反應器？考慮耐火陶瓷。探索21H+63Li

→

242He（溫度低些的聚變反應，處于實驗室初探階段）2.2能源分類能源是指人類用來獲取能量的自然資源2.2.1.按來源不同可把能源分為三類

（1）來自地球以外天體的能量（包括直接的太陽輻射能外，還包括間接來自太陽能能源，如化石能源、生物能、水能、風能、海洋能等）；（2）地球的本身蘊藏的能量資源（如地熱能等）（3）地球與其他天體相互作用而產(chǎn)生的能量（如潮汐能等）2.2.2按形成條件不同，可把能源分為兩類（1）一次能源，指天然存在的、可直接利用的（如原煤、原油、天然氣、水力、太陽能等）（2）二次能源，在一次能源基礎上加工而成的（如電力、汽油、煤氣、沼氣、氫氣等）2.2.3按能否反復利用，把能源(一次)分為兩類（1）再生能源（如太陽能、風能、水力等）；（2）非再生能源（煤炭、石油、天然氣等）。2.2.4

按開發(fā)使用的程度，可把能源分為兩類

常規(guī)能源，指已被廣泛利用的能源；新能源，指未被廣泛利用、正在研究開發(fā)、有待推廣的能源。（辯證地看）2.2.5按能源本身的性質分含能體能源（燃料能源），如石油、煤、天然氣、地熱、氫等，它們可以直接儲存；過程性能源（非燃料能源），它們無法直接儲存，如風能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆發(fā)、雷電、電磁能和一般熱能等。2.2.6按對環(huán)境的污染分清潔能源，即對環(huán)境無污染或污染很小的能源，如太陽能、水能、海洋能等；非清潔能源，即對環(huán)境污染較大的能源，如煤、石油等。2.3能量轉換過程及轉換設備或系統(tǒng)能量的轉換

廣義地說，能量轉換應包含三項內容：能量的形態(tài)轉換，即通常所謂的能量轉換；能量的空間轉換，即能量的傳輸；能量的時間轉換，即能量的儲存。2.3.1熱能的產(chǎn)生

燃料燃燒核能轉換太陽能轉換地熱電能轉換燃燒設備2.3.2機械能的獲取

2.3.3電能的生產(chǎn)中文名稱：磁流體發(fā)電magnetohydrodynamicpowergeneration其他名稱：等離子體發(fā)電定義：將極高溫度并高度電離的氣體高速流經(jīng)強磁場直接發(fā)電。應用學科：電力（一級學科）；可再生能源（二級學科）電化學電池燃料電池

燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉換成電能的裝置。用于電動自行車的金屬儲氫裝置2.4傳統(tǒng)能源技術進展

傳統(tǒng)能源主要是化石燃料，按埋藏的能量的數(shù)量的順序分有煤炭類、石油、油頁巖、天然氣和油砂。2.4.1煤的轉化潔凈煤技術：有兩條途徑，即一是先進燃燒和污染處理，二是氣化和液化煤，將煤轉化為含一氧化碳和氫的“合成氣”：（1）煤炭液化——對固體煤炭經(jīng)過化學加工，使它轉化為烴類；或把煤氣合成為烴類（或醇類），轉為液態(tài)。（2）煤炭氣化——以煤炭作為原料，控制氧化程度，使煤炭轉化成為一氧化碳、氫和甲烷等可燃性氣體。

火力發(fā)電生產(chǎn)流程示意圖2.4.2石油的精煉

石油經(jīng)過精制后可得到汽油、煤油、柴油和重油。目的1：是從復雜的原油中提取粘度較小的能充分燃燒的烴類。其中辛烷最好，因此汽油常根據(jù)辛烷值來標號。目的2：就是把不好的分子轉變?yōu)楹玫姆肿?。如長鏈烷烴容易引起汽缸爆震。精煉方法一般是先根據(jù)不同沸點把不同成分分離開，然后除硫再向高辛烷轉變。2.4.3天然氣液化

天然氣是埋藏在地層深處的一種富含碳氫化合物的可燃氣體。主要成分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷和其他重質氣態(tài)烴類。天然氣是理想的氣體燃料，但難以長途運輸和妥善貯存。為解決這些問題，把氣態(tài)天然氣變成液態(tài)天然氣。但液態(tài)天然氣的制造成本高，而且不能直接用作燃料，還得使它蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)，增加能耗。為了更經(jīng)濟合理，利用天然氣作原料合成甲醇。甲醇性能穩(wěn)定，象石油一樣能直接當作燃料，使用時不污染環(huán)境，便于運輸和貯存?？扇急?天然氣水合物天然氣水合物（NaturalGasHydrate，簡稱GasHydrate）即可燃冰，是分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結晶物質。因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”（Combustibleice）或者“固體瓦斯”和“氣冰”。其實是一個固態(tài)塊狀物。天然氣水合物在自然界廣泛分布在大陸永久凍土、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內陸湖的深水環(huán)境。2013年6月至9月，在廣東沿海珠江口盆地東部海域首次鉆獲高純度天然氣水合物樣品，并通過鉆探獲得可觀的控制儲量。2014年2月1日，南海天然氣水合物富集規(guī)律與開采基礎研究通過驗收，建立起中國南海“可燃冰”基礎研究系統(tǒng)理論。2017年5月，中國首次海域天然氣水合物（可燃冰）試采成功。中文名天然氣水合物；外文名NaturalGasHydrate；

別

名可燃冰、甲烷水合物、籠形包合物；主要成分甲烷；分子式CH4·xH2O；性

質清潔能源頁巖氣頁巖氣是指賦存于以富有機質頁巖為主的儲集巖系中的非常規(guī)天然氣，是連續(xù)生成的生物化學成因氣、熱成因氣或二者的混合，可以游離態(tài)存在于天然裂縫和孔隙中，以吸附態(tài)存在于干酪根、黏土顆粒表面，還有極少量以溶解狀態(tài)儲存于干酪根和瀝青質中，游離氣比例一般在20%～85%。2.4.4能源系統(tǒng)

能源系統(tǒng)指把全社會的能源利用看成一個系統(tǒng)，加以控制和平衡。包括熱電聯(lián)合系統(tǒng)，集中供熱系統(tǒng)，綜合用熱系統(tǒng)，低溫余熱利用系統(tǒng)，總能系統(tǒng)等。如在市中心建立一些集中供熱的工廠，像電廠供電、水廠供水那樣，就可節(jié)省大量燃煤。如這些供熱工廠與電廠聯(lián)合組成熱電廠，既生產(chǎn)電力又生產(chǎn)熱水或蒸氣，燃料利用率會更高。再進一步，可把城市垃圾加工成燃料，支持熱電廠。熱能發(fā)電2.5可再生能源的開發(fā)

2015年，我國商品化可再生能源利用量為4.36億噸標準煤，占一次能源消費總量的10.1%；如將太陽能熱利用等非商品化可再生能源考慮在內，全部可再生能源年利用量達到5.0億噸標準煤；計入核電的貢獻，全部非化石能源利用量占到一次能源消費總量12%，比2010年提高2.6個百分點。為實現(xiàn)2020、2030年非化石能源占一次能源消費比重分別達到15%、20%的能源發(fā)展戰(zhàn)略目標，進一步促進可再生能源開發(fā)利用，加快對化石能源的替代進程，改善可再生能源經(jīng)濟性。《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》發(fā)展目標2.5.1太陽能

太陽能的轉換和利用方式有光——熱轉換、光——電轉換和光——化學轉換等。光——熱轉換：接收或聚集太陽能使之轉換為熱能，然后用于生產(chǎn)和生活的一些方面，是太陽能光熱利用的基本方式。光——電轉換；利用光生伏打效應原理制成的太陽能電池，可將太陽的光能直接轉換成為電能，稱為光一電轉換，即太陽能光電利用。光——化學轉換；光-化學轉換目前尚處于研究開發(fā)階段。太陽能加熱器光-電轉換光-電轉換主要是利用太陽能電池轉換。太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。以光電效應工作薄膜式太陽能電池為主流。平面單晶硅高效電池結構圖按結晶狀態(tài)分類：結晶系膜式：單結晶形和多結晶形。非結晶系膜式按材料可分類：硅薄膜形化合物半導體薄膜形有機薄膜形等。太陽能電池目前太陽能電池效率可達到20％

太陽能電池原理摻入磷原子后，形成P型半導體磷原子硼原子空穴電子太陽能發(fā)電家用系統(tǒng)2.5.2地熱能

按目前鉆井技術可鉆到地下10公里的深度，估計地熱能資源總量相當于世界年能源消費量的400多萬倍。地熱能約為全球煤熱能的1.7億倍。地熱資源有兩種：一種是地下蒸汽或地熱水（溫泉），這種電能已占總發(fā)電量的0.3％。另一種是地下干熱巖體的熱能。1904年，意大利人在拉德瑞羅地熱田建立世界上第一座地熱發(fā)電站，功率為550千瓦，開地熱能利用之先河。其后，意大利的地熱發(fā)電發(fā)展到50多萬千瓦。到80年代末，全世界運行的地熱電站，其發(fā)電功率每年已超過500萬千瓦，1995年達到680萬千瓦，年增16％。中國最著名的地熱電站，是西藏的羊八井地熱電站，裝機容量2.5萬千瓦。地熱發(fā)電系統(tǒng)2.5.3生物質能

全世界每年通過光合作用固化的太陽能，陸地為1.917×1021J；海洋為9.21×1020J。相當于全世界年耗能量的10倍。一個360萬平方公里的陸地表面，假定太陽能轉化率為1％，從理論上講，生產(chǎn)的生物質就足以解決全世界的能源需求了。森林能源的直接效益（生產(chǎn)木材）和間接效益的價值之比為1:9。薪炭林

薪炭林一般二三年就可砍伐木質燃料不含硫，燃燒的剩余物是理想的肥料。開發(fā)森林能源有利于森林更新，提高營林水平，促進木材采運的現(xiàn)代化。發(fā)展森林能源，成本低，依靠現(xiàn)有的人力物力就可辦到，不需要很高的技術；木材工業(yè)可以利用自身剩余物達到能源自給或部分自給，有利于降低生產(chǎn)成本。石油植物

系指那些可以直接生產(chǎn)工業(yè)用“燃料油”，或經(jīng)發(fā)酵加工可生產(chǎn)“燃料油”的植物的總稱。例如，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的大量可直接生產(chǎn)燃料油的植物，主要分布在大戟科，如綠玉樹、三角戟、續(xù)隨子等。這些石油植物能生產(chǎn)低分子量碳氫化合物，加工后可合成汽油或柴油的代用品。巴西的苦配巴樹，樹液只要稍作加工，便可當作柴油使用，巴西香膠樹化學成分與石油相似。澳大利亞有一種名叫輻射膠的桉樹，含油率高達4．2％，一噸桉樹可獲取優(yōu)質燃料5桶之多。*燃料乙醇

巴西從1975年開始實施“酒精替代計劃”，制定了一系列的經(jīng)濟資助和免稅政策，現(xiàn)在已使溫室氣體排放減少了20％。日本從1983年開始實施燃料乙醇的開發(fā)計劃，重點開發(fā)使用農(nóng)、林廢物等未利用資源來直接發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的技術。美國從1992年開始鼓勵使用乙醇作新配方汽油的添加劑，歐盟則于1993年要求汽油燃料中摻混5％的乙醇，并建議提高歐洲的燃料乙醇生產(chǎn)量。2.5.4水力能

水力發(fā)電技術是利用水體不同部位的勢能之差，它跟落差和流量的乘積成正比。目前水力發(fā)電的發(fā)電量占世界能源的7％，據(jù)專家估計，在21世紀將會有較大的發(fā)展。法國、意大利水能資源開發(fā)程度超過90％，美國、加拿大、日本、挪威、瑞士、瑞典、英國等，也達到了40％－60％。而我國已利用的還不到可利用資源的6％。（1）水電優(yōu)點a.水力是可以再生的能源。b.水電用的是不花錢的燃料，大中型水電站一般3－5年就可收回全部投資。c．水電沒有污染，是一種干凈的能源。d．有防洪灌溉、航運、養(yǎng)殖和旅游等綜合效益。e．施工工期也并不長，屬于短期近利工程。f．操作、管理不到火電的三分之一人員。（2）我國的水能

我國的水能居世界第一位。理論蘊藏量為6.8億千瓦，其中可開發(fā)的年發(fā)電量為1.9萬億度，相當于大電廠每年消耗7億噸標準煤。我國三峽水電站將安裝26臺單機容量為70萬千瓦的水輪發(fā)電機組，總裝機容量1820萬千瓦，年均發(fā)電量847億度。將成為世界最大的水電站。這個工程從1997年實現(xiàn)大江截流，2003年首批機組發(fā)電，2009年工程全部竣工后，巨大的電能將為國家增加年工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值2000億元，全國平均每人可獲得近200元的產(chǎn)值，這些電能每年可節(jié)約煤炭4000萬噸，2.5.5海洋能

全世界海洋能的理論可再生量超過760億千瓦。其中，海水溫差能約400億千瓦，鹽度差能約300億千瓦，潮汐能大于30億千瓦，波浪能約30億千瓦?，F(xiàn)代海洋能源開發(fā)主要就是指利用海洋能發(fā)電。利用海洋能發(fā)電的方式很多，其中包括波力發(fā)電、潮汐發(fā)電、潮流發(fā)電、海水溫差發(fā)電和海水含鹽濃度差發(fā)電等。潮汐發(fā)電潮汐發(fā)電型式：①單庫單向型，只能在落潮時發(fā)電。②單庫雙向型：在漲、落潮時都能發(fā)電。③雙庫雙向型：可連續(xù)發(fā)電，但未見實際應用。世界上最早的潮汐發(fā)電站建在法國（1961），1966年法國朗斯潮汐電站，裝有24臺104千瓦貫流式水輪發(fā)電機，年均發(fā)電量為5.44億度。1980年建成的江廈潮汐電站是我國第一座雙向潮汐電站，其總機容量為3200千瓦。法國朗斯潮汐電站示意圖

有2%的太陽能變成了風能。全世界一年所耗的能量不及風力1年內提供的1/100。目前，盡管風能所能提供的電量還不足全球總發(fā)電量的0.l％，但它將會很快成為人類可靠的動力來源之一。美國能源研究與發(fā)展局宣稱，到21世紀初，風力發(fā)電將達200億度，占全國總發(fā)電量的10％左右。2.5.6風能

發(fā)展風力發(fā)電，儲能是關鍵，因為風是間歇性的。簡單的辦法是用蓄電池。另一種辦法是抽水法。目前，最新型的風輪機每轉可發(fā)電300－750千瓦，其體積只有普通火力發(fā)電千分之一。2.5.7氫能是指氫在發(fā)生化學變化和電化學變化過程中產(chǎn)生的能量；氫作為能源的優(yōu)點是儲量豐富、熱值高和清潔無污染；氫的利用：(1)直接用作燃料（如發(fā)射火箭等）；(2)用作燃料電池（如用于航天飛機）；(3)用作能源轉換介質（能源中間載體）。氫能優(yōu)點作為能源，氫有以下特點：(1)所有元素中,氫重量最輕當溫度降至-252.7℃時,可變成液體;若將壓力增大到數(shù)百個大氣壓,則液氫就可變?yōu)榻饘贇洹?2)所有氣體中,氫氣的導熱性最好比多數(shù)氣體的導熱系數(shù)高出10倍,因此在能源工業(yè)氫是極好的傳熱載體。(3)氫是自然界存在最普遍的元素水中制得，永無枯竭之虞；據(jù)估計它構成了宇宙質量的75％,除空氣中含有單質氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質。據(jù)推算，如把海水中的氫全部提取出來，它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有石化燃料放出的熱量還大9000倍。(4)氫本身無毒,燃燒后產(chǎn)物沒有污染產(chǎn)物水無污染，屬“清潔能源”；由于燃燒產(chǎn)物是水蒸氣，不會產(chǎn)生諸如CO、CO2、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環(huán)境有害的污染物質，從而也就不會造成酸雨和溫室效應。所以，氫是世界上最清潔的能源之一。燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，循環(huán)使用。(5)熱值高；氫能的燃燒熱值遠高于一次能源除核燃料外，氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,達142.351kJ/kg,是汽油發(fā)熱值的3倍。(6)氫的燃燒性能好點燃速度快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍?，F(xiàn)有汽車、飛機、艦船及其他運載工具，只需簡單改裝即可使用氫燃料。氫能要解決的問題(1)廉價的制氫技術。理想的氫能源循環(huán)體系：水在太陽能光分解催化劑的作用下分解成氫和氧；氫氣作為燃料電池發(fā)電?，F(xiàn)行太陽能制氫技術包括：太陽能分解水制氫；太陽能電解水制氫；太陽能光化學分解水制氫；太陽能太陽能光電分解水制氫；模擬植物光合作用分解水；光合微生物制氫。

氫能－氫的制取

隨著化石燃料耗量的不斷增加,其儲量在日益減少,終有一天會枯竭。這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料并儲量豐富的新的含能體能源。氫能正是一種較為理想的新的含能體能源。電廠用制氫設備工業(yè)氫氣凈化設備(2)安全、方便的貯氫技術。（密度小，不利于貯存）單位體積LaNi5貯氫量達88Kg/m3，高于液氫70.6Kg/m3(3)由于氫易氣化、著火、爆炸，因此如何妥善解決氫能的貯存和運輸問題也就成為開發(fā)氫能的另一個關鍵。氫的其它應用氫不但是一種優(yōu)質燃料，還是石油化工、化肥和冶金工業(yè)中的重要原料和物料。如:合成氨工業(yè)要用氫;用氫制成燃料電池可直接發(fā)電。采用燃料電池和氫氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,其能量轉換效率遠高于現(xiàn)有的火電廠。氫燃燒電池400～500℃150～500atm*2.5.8核能技術

由單個質子和中子組成原子核時，會出現(xiàn)質量虧損：

Δｍ=[Zmp+(A-Z)mn]-m式中為mp質子質量，mn為中子質量。由愛因斯坦的理論得，與質量虧損相對應的能量改變?yōu)椋害=Δｍｃ2

稱之為結合能。

核能技術就是利用原子的核變化釋放出能量的技術。

對于中等質量的原子核，核子的平均結合能最大。核裂變——重核分裂成輕核的反應。核聚變——輕核聚合成重核的反應。兩種核反應裂變1938年德國的哈恩和奧地利女物理學家梅特納發(fā)現(xiàn)鈾分裂并產(chǎn)生的能量，比相同質量的化學反應放出的能量大幾百萬倍以上！約里奧伊麗夫約里奧·居里夫婦及其同事哈爾班等人又發(fā)現(xiàn)鈾核裂變還放出兩、三個中子來。費米提出鏈式反應費米在1934年時，其實就已經(jīng)用實驗完成了原子的裂變，可惜他沒能認識到。哈恩等發(fā)現(xiàn)裂變后，費米就提出原子裂變自持鏈式反應的概念。

1942年12月2日，第一座核反應堆首次實現(xiàn)自持的鏈式反應，宣告人類社會進入了"原子能時代"。

第一顆原子彈于1945年7月在新墨西哥沙漠中引爆第一顆用于戰(zhàn)爭的原子彈，是1945年8月6日投在廣島的原子彈。原子彈的威力比化學炸彈大一百萬到一億倍。第一顆氫彈于1952年在美國在太平洋馬紹爾群島首次爆炸試驗成功，是投到廣島原子彈威力的750倍。

1954年蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站。原子彈原理

核燃料存在一個臨界體積。當體積大于此臨界體積時，核反應將得到放大，否則鏈式反應將終止。臨界體積對應的質量稱為臨界質量。例如鈾的臨界質量為30磅，钚的臨界質量為5磅。

玻爾研究指出，只有提煉出鈾的同位素U235

，而且要達到一定的數(shù)量，才能發(fā)生鏈式反應。原子彈可控核反應一座百萬千瓦級的壓水堆核電站，一年僅需補充30噸核燃料，其中僅消耗1噸左右，同樣規(guī)模的熱電廠，要燃原煤250萬噸可控核反應堆堆芯示意圖

核電站和原子彈是核裂變能的兩大應用，兩者機制上的差異主要在于鏈式反應速度是否受到控制。核反應堆按中子能量可分為：熱中子堆和快中子堆。熱中子堆：中子能量在0.1eV左右。根據(jù)慢化劑和冷卻劑和燃料不同，熱中子堆可分為輕水堆（又分壓水堆和沸水堆）、重水堆和石墨水冷堆。快中子堆

中子能量在2ｅV左右。堆內，每個鈾235核裂變所產(chǎn)生的快中子，可以使12至16個鈾238變成钚239。盡管它一邊在消耗核燃料钚239，但一邊又在產(chǎn)生核燃料钚239，生產(chǎn)的比消耗的還要多，具有核燃料的增殖作用，快中子增殖堆幾乎可以百分之百地利用鈾資源，所以各國都在積極開發(fā)，現(xiàn)在全世界已有幾十座中小型快堆在運行。

控制棒是由硼和鎘等易于吸收中子的材料制成的。如果把控制棒拔出一點，反應堆就開始運轉，如果想增加反應堆釋放的能量，只需將控制棒再抽出一點，要停止鏈式反應的進行，將控制棒完全插入核反應中心吸收掉大部分中子即可。世界核電

截至2000年底，全世界正在運行的核動力堆共有438座，總裝機容量為351兆千瓦，占所提供的電力的16%。法國核電占總電力的74.6%，比利時56.8%，瑞典39%，日本33.8%，德國30.6%，英國22%，美國20%，中國為1.2%。法國布熱核電站美國帕洛佛第核電站中國大亞灣核電站中國秦山核電站中國的核電建設起步比較晚。21世紀初已有秦山、大亞灣三套核電機組在運行，總裝機容量21萬千瓦，只占全國發(fā)電總量的l%左右。前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故1986年4月26日前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生的事故，位于蘇聯(lián)大城市基輔以北130公里烏克蘭大森林地帶東部的切爾諾貝利核電站，第四號機組發(fā)生了事故，反應堆猛烈爆炸，大火被撲滅后，撤離了核電站毗鄰地區(qū)及電站周圍30公里地帶的居民。核事故之后前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故發(fā)生后，為制止該電站第4機組廢墟中殘留的核燃料擴散，有關單位用厚厚的混凝土堆造了一個有復雜通風系統(tǒng)的多層大型建筑物，把第4機組的全部設施埋在其中，這個建筑物成了“石屋”。在距核電站半徑30公里以內地區(qū)的動植物基因發(fā)生了巨大變化，30公里以外地區(qū)變化很小。如納羅季奇區(qū)有大約半數(shù)兒童甲狀腺異常或淋巴腺肥大。成人癌癥患者成倍增加。先天性畸形家畜急劇增加。動植物體積竟變得比平常大3倍以上，以致出現(xiàn)“鼠大如豬。”福島第一核電廠事故是2011年3月11日日本宮城縣東方外海發(fā)生矩震級規(guī)模9.0級大地震后所引起的一次核子事故，福島第一核電廠因此次地震造成有爐芯熔毀危險的事故。同時此事件也是人類史上第一次在沿海地區(qū)發(fā)生核電廠意外的事件，其相關的核污染對于整個太平洋及沿岸國家城市的影響仍待觀察統(tǒng)計。核聚變

核聚變是兩個輕原子核(如氫)聚合成一個較重的核，從而釋放出巨大的能量。

聚變是核裂變平均每個核子放出能量的四倍。海水中氫與氘的原子數(shù)之比約為1:0.00015一克氘經(jīng)聚變放出大約105千瓦時的能量1升海水中的氘核聚變放出的能量相當于燃燒300升汽油所放出的能量。地球上所有海水中的氘可供人類使用數(shù)百億年。氫彈

氫彈是不可控的熱核反應。1967年6月17日，中國第一顆氫彈爆炸成功方案：高效炸藥+裂變原料+氘化鋰。選氘氚反應，因為d+T反應截面比d+d反應大兩個數(shù)量級T的制備人類的希望——受控熱核反應

受控核聚變必須具備以下3個條件：(1)足夠高的點火溫度，需要幾千萬攝氏度甚至幾億攝氏度的高溫；(2)反應裝置中的氣體密度要很低，相當于常溫常壓下氣體密度的幾萬分之一；(3)充分約束，能量的約束時間要超過1秒鐘。等離子體的溫度、密度和熱能約束時間三者乘積稱為“聚變三重積”，當它達到1022時，聚變反應輸出的功率等于為驅動聚變反應而輸入的功率，必須超過這一基本值，聚變反應才能自持進行。

慣性約束慣性約束：激光慣性約束是在直徑為0.4mm的小球內充以30-100大氣壓的氘氚混合氣體，用強激光（1012-10