1、冶金能源與環(huán)保,任課教師：宋巍 2013年3月,1,學(xué)習(xí)交流PPT,第二章 常規(guī)和新能源的開(kāi)發(fā)和利用,分為兩部分： 常規(guī)能源資源及評(píng)價(jià) 新能源的開(kāi)發(fā)和利用,2,學(xué)習(xí)交流PPT,第1節(jié) 常規(guī)能源資源及評(píng)價(jià),能源資源雖然種類(lèi)多，數(shù)量大，但各有其特點(diǎn)和問(wèn)題 原子核聚變能源：初步成熟，逐漸應(yīng)用 太陽(yáng)能、風(fēng)能：間歇性、不穩(wěn)定性，大規(guī)模利用還不經(jīng)濟(jì)，技術(shù)初步成熟 煤炭、石油、天然氣、水力：成熟能源，廣泛應(yīng)用，但有其利弊，如污染和衰竭,3,學(xué)習(xí)交流PPT,常規(guī)能源是發(fā)展能源工業(yè)的基本條件， 在一定時(shí)期內(nèi)，各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展還要靠煤 炭、石油、天然氣和水力等常規(guī)資源。 新能源的大規(guī)模使用還受到許多因素的 影響。,4

2、,學(xué)習(xí)交流PPT,對(duì)能源資源數(shù)量表示的術(shù)語(yǔ)：,資源量： 定義：是不受當(dāng)前開(kāi)采技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件限制的數(shù)量； 例如：2000m以?xún)?nèi)的煤層； 儲(chǔ)量： 定義：與開(kāi)采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件密切相關(guān)的數(shù)量； 例如：1500m以?xún)?nèi)，0.6m厚以上的煤層。,5,學(xué)習(xí)交流PPT,能源儲(chǔ)量：,對(duì)能源儲(chǔ)量進(jìn)行地質(zhì)和勘探工作，根據(jù)工作的不同程度分別確定為不同類(lèi)別和不同級(jí)別的能源儲(chǔ)量，一般將能源儲(chǔ)量區(qū)分為： 地質(zhì)儲(chǔ)量： 定義：是根據(jù)已掌握的資料，按能源儲(chǔ)藏的形式與分布規(guī)律進(jìn)行地質(zhì)推算而得出的儲(chǔ)量； 探明儲(chǔ)量： 定義：指已經(jīng)做過(guò)不同程度的勘探工作，并提出相應(yīng)的地質(zhì)勘探階段報(bào)告所計(jì)算獲得的儲(chǔ)量,6,學(xué)習(xí)交流PPT,7,學(xué)習(xí)交流PPT,

3、可采儲(chǔ)量：在探明儲(chǔ)量中，按當(dāng)前技術(shù) 經(jīng)濟(jì)條件可以開(kāi)采的儲(chǔ)量，又叫可供使 用量。,8,學(xué)習(xí)交流PPT,1 煤炭資源,世界煤炭資源是最豐富的常規(guī)能源資源，是發(fā)展能源工業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。 世界煤炭資源 我國(guó)煤炭資源,9,學(xué)習(xí)交流PPT,世界煤炭可采儲(chǔ)量的60%集中在美國(guó)(25%)、前蘇聯(lián)(23%)和中國(guó)(12%)，此外，澳大利亞、印度、德國(guó)和南非4 個(gè)國(guó)家共占29%。,10,學(xué)習(xí)交流PPT,主要分布在華北、西北地區(qū)，以山西、陜西、內(nèi)蒙古等省區(qū)的儲(chǔ)量最為豐富。,煤炭資源的特點(diǎn)是：蘊(yùn)藏量大，但勘探程度低；煤種齊全，但肥瘦不均，優(yōu)質(zhì)煉焦用煤和無(wú)煙煤儲(chǔ)量不多；分布廣泛，但儲(chǔ)量懸殊，東少西多，北豐南貧；資源賦

4、存東深西淺，露采煤炭不多；煤層中共伴生礦產(chǎn)多 。,11,學(xué)習(xí)交流PPT,煤炭生產(chǎn)和利用中的問(wèn)題,環(huán)境保護(hù)問(wèn)題：露天開(kāi)采破壞土地、廢氣廢水污染 煤炭運(yùn)輸問(wèn)題：我國(guó)鐵路煤炭運(yùn)輸動(dòng)力與供需增長(zhǎng)的脫節(jié)問(wèn)題將持續(xù) 煤炭利用的技術(shù)問(wèn)題：流態(tài)化床燃燒、煤油混燒、水煤漿、煤炭氣化、液化技術(shù),12,學(xué)習(xí)交流PPT,潔凈煤技術(shù)：,（1）選煤 （2）型煤 （3）水煤漿 （4）先進(jìn)的燃燒器 （5）流化床燃燒 （6）煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 （7）煤炭氣化 （8）煤炭液化,13,學(xué)習(xí)交流PPT,14,學(xué)習(xí)交流PPT,15,學(xué)習(xí)交流PPT,16,學(xué)習(xí)交流PPT,制備流程：,17,學(xué)習(xí)交流PPT,18,學(xué)習(xí)交流PPT,2 石油資

5、源,對(duì)石油資源的儲(chǔ)量，通常用地質(zhì)儲(chǔ)量和可采儲(chǔ)量來(lái)表示； 地質(zhì)儲(chǔ)量：地下已發(fā)現(xiàn)的石油總量； 可采儲(chǔ)量：在地質(zhì)儲(chǔ)量中，用現(xiàn)代技術(shù)可采 采收率：可采儲(chǔ)量對(duì)地質(zhì)儲(chǔ)量比值的百分?jǐn)?shù)，一般為30，保證良好儲(chǔ)采比，防止儲(chǔ)采比失調(diào)； 世界石油資源和我國(guó)的石油資源,19,學(xué)習(xí)交流PPT,20,學(xué)習(xí)交流PPT,3 天然氣資源,世界天然氣資源概況： 可采儲(chǔ)量約為73萬(wàn)億立方米，俄羅斯、伊朗最多，其次是美、阿爾及利亞、沙特、加拿大 我國(guó)列12位。,21,學(xué)習(xí)交流PPT,22,學(xué)習(xí)交流PPT,23,學(xué)習(xí)交流PPT,4 水力資源,我國(guó)水力資源理論蘊(yùn)藏量達(dá)6.8億千瓦，居世界首位； 可開(kāi)發(fā)的水力資源裝機(jī)容量為3.7億千瓦，年

6、發(fā)電量1.9億千瓦時(shí)，是我國(guó)能源的巨大寶庫(kù)，是不斷再生的能源；,24,學(xué)習(xí)交流PPT,25,學(xué)習(xí)交流PPT,第二節(jié) 世界能源利用狀況及發(fā)展趨勢(shì),能源的開(kāi)發(fā)利用，同社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以及人們生活水平的提高都有著極為密切的關(guān)系； 能源科學(xué)技術(shù)的每個(gè)重大突破，都會(huì)引起人類(lèi)社會(huì)技術(shù)的一次革命，把社會(huì)生產(chǎn)力推到一個(gè)新的水平；,26,學(xué)習(xí)交流PPT,1 世界能源的利用狀況,1柴草 2煤炭 3石油 4天然氣 5核裂變能 6太陽(yáng)能、 核聚變能 及其它新 能源,27,學(xué)習(xí)交流PPT,2 世界能源的發(fā)展趨勢(shì),能源危機(jī) 其它能源的開(kāi)發(fā)和利用 （1）原子能的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用 （2）水力發(fā)電 （3）一些新

7、型能源 （4）擴(kuò)大煤的利用范圍：將煤轉(zhuǎn)換成氣體和液體燃料，是替代石油和天然氣供應(yīng)不足的有效途徑。,28,學(xué)習(xí)交流PPT,我國(guó)能源利用情況,1 我國(guó)能源構(gòu)成與消費(fèi)結(jié)構(gòu) 我國(guó)能源構(gòu)成與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正好相反，石油和天然氣的比重小，以煤為主。 2 我國(guó)能源利用情況 （1）單位國(guó)民生產(chǎn)總值能耗逐年下降； （2）主要能耗產(chǎn)品單位能耗下降； （3）節(jié)能能力增加，節(jié)約建設(shè)資金； （4）資源綜合利用率提高；,29,學(xué)習(xí)交流PPT,第2節(jié) 新能源的開(kāi)發(fā)利用,新能源：一個(gè)相對(duì)的概念，任何一種能源，從它被人們發(fā)現(xiàn)到廣泛利用，都有一個(gè)歷史過(guò)程；例如：石油、天然氣、核能； 常規(guī)能源資源將逐漸枯竭； 新能源：太陽(yáng)能、地?zé)崮?/p>

8、、原子核能、海洋能； 在本世紀(jì)，新能源在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中將占重要地位。,30,學(xué)習(xí)交流PPT,1 太陽(yáng)能,31,學(xué)習(xí)交流PPT,2 我國(guó)的太陽(yáng)能資源,詳細(xì)分布： 一類(lèi)地區(qū)：日照2800-3300h，輻射量670-840萬(wàn)kJ，寧甘新青藏 二類(lèi)地區(qū)：30003200h，580-670萬(wàn)kJ，冀晉內(nèi)寧甘 三類(lèi)地區(qū)：22003000h，500580萬(wàn)kJ，魯豫吉遼粵 四類(lèi)地區(qū)：14002200h，420500萬(wàn)kJ，湘鄂桂贛浙 五類(lèi)地區(qū)：10001400h，330420萬(wàn)kJ，川黔 國(guó)土廣闊、太陽(yáng)能資源豐富，一、二、三類(lèi)面積大，有利用條件。,32,學(xué)習(xí)交流PPT,3 太陽(yáng)能資源的利用,直接利用，有

9、三種方式： （1）太陽(yáng)能熱能，光熱轉(zhuǎn)換 （2）太陽(yáng)能電能，光電轉(zhuǎn)換 （3）太陽(yáng)能化學(xué)能，光化學(xué)轉(zhuǎn)換,33,學(xué)習(xí)交流PPT,光熱轉(zhuǎn)換：,基本原理： 使太陽(yáng)光聚集起來(lái)，用它加熱物體而獲得熱量； 裝置： 平板型集熱器：太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能蒸餾器、箱式太陽(yáng)灶等； 拋物面型反射采光器：傘式太陽(yáng)灶、高溫太陽(yáng)爐，可獲得較高溫度。,34,學(xué)習(xí)交流PPT,太陽(yáng)能大規(guī)模利用，是用于發(fā)電：,光熱電轉(zhuǎn)換方式： 原理：利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，它是由太陽(yáng)能集熱器將吸收的熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。 缺點(diǎn)：夜間、陰天得不到太陽(yáng)輻射，需要儲(chǔ)能，投資費(fèi)用高。,光電轉(zhuǎn)換方式： 原理：利用光電效應(yīng)原理，吸收太陽(yáng)光的可見(jiàn)光

10、部分，將光能直接轉(zhuǎn)換成電能。 例如：太陽(yáng)能電池（硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)1320），較為切實(shí)可行的方式。,35,學(xué)習(xí)交流PPT,4 原子能資源的利用,最現(xiàn)實(shí)的替代燃料能源的高品位能源，先進(jìn)、清潔和經(jīng)濟(jì)。 核能工業(yè)的發(fā)展有以下幾個(gè)問(wèn)題： （1）核燃料的生產(chǎn)供應(yīng)問(wèn)題,36,學(xué)習(xí)交流PPT,（2）核能的安全與防護(hù)問(wèn)題,每一個(gè)體系，從采礦廢物的處理，都存在著安全問(wèn)題； 重點(diǎn)：核反應(yīng)堆的安全防護(hù)和核廢物的安全儲(chǔ)存； 三重密封安全措施防護(hù)：燃料元件保殼、一回路壓力殼、密封安全殼； 廢物處理：廢液固化、利用地質(zhì)構(gòu)造地下儲(chǔ)存,37,學(xué)習(xí)交流PPT,（3）核能的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題,核燃料消耗極少，但技術(shù)要求高，從經(jīng)濟(jì)性分析，

11、核電站更適合用作承擔(dān)電網(wǎng)的基本負(fù)荷，而不適用作為尖峰負(fù)荷。 （4）進(jìn)一步擴(kuò)大核能的用途問(wèn)題 A、直接利用核能供熱：低溫供熱氫能,38,學(xué)習(xí)交流PPT,5 燃料電池的開(kāi)發(fā)和利用,燃料電池： 定義：把化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，與火力發(fā)電相比，關(guān)鍵的區(qū)別在于燃料電池的能量轉(zhuǎn)變過(guò)程是直接方式。,39,學(xué)習(xí)交流PPT,燃料電池（Fuel Cell）與電池（Battery）的區(qū)別,相同點(diǎn)：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置； 區(qū)別：燃料電池是能量轉(zhuǎn)換裝置；電池是能量?jī)?chǔ)藏裝置；,40,學(xué)習(xí)交流PPT,嚴(yán)格地講：,燃料電池是電化學(xué)能量發(fā)生器，是以化學(xué)反應(yīng)發(fā)電； 原電池是電化學(xué)能量生產(chǎn)裝置，可一次性將化學(xué)能轉(zhuǎn)

12、變成電能； 充電電池是電化學(xué)能量的儲(chǔ)存裝置，可將化學(xué)反應(yīng)能與電能可逆轉(zhuǎn)換。,41,學(xué)習(xí)交流PPT,燃料電池的構(gòu)造示意,42,學(xué)習(xí)交流PPT,燃料電池的特性,燃料的電池的優(yōu)點(diǎn)： （1）高效率 （2）可靠性 （3）良好的環(huán)境效益 （4）良好的操作性能 （5）靈活性 （6）發(fā)展?jié)摿?43,學(xué)習(xí)交流PPT,燃料電池的發(fā)展,1839年格羅夫使用兩個(gè)鉑電極電解硫酸時(shí)注意到，析出的氣體（氫和氧）具有電化學(xué)活性，并在兩極產(chǎn)生約1V的電勢(shì)差; 20世紀(jì)50年代，用于阿波羅登月計(jì)劃； 氫空氣燃料電池； 70年代中期，磷酸鹽燃料電池； 80年代熔融碳酸鹽燃料電池；90年代固體氧化物電池； 質(zhì)子膜燃料電池。,44,學(xué)

13、習(xí)交流PPT,目前，燃料電池必須解決的問(wèn)題：,提高電池壽命、降低昂貴的膜及排熱、排水等輔助系統(tǒng)的價(jià)格,45,學(xué)習(xí)交流PPT,燃料電池的類(lèi)型、研究現(xiàn)狀及應(yīng)用,分類(lèi)： 直接燃料電池：電池反應(yīng)物被排放掉； 再生燃料電池：將產(chǎn)物再生為反應(yīng)物； 非直接燃料電池：兩類(lèi) 一種是對(duì)有機(jī)燃料的加工，使其轉(zhuǎn)變成氫； 一種是生物化學(xué)燃料電池，生化物質(zhì)在酶的作用下產(chǎn)生氫。,46,學(xué)習(xí)交流PPT,按工作溫度分：,工作溫度： 低溫 中溫 高溫 超高溫 25100 100500 5001000 1000 根據(jù)電解質(zhì)的性質(zhì)分： 堿性燃料電池（AFC） 磷酸燃料電池（PAFC） 熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC） 固體氧化物燃料電池（SOFC） 質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）,47,學(xué)習(xí)交流PPT,燃料電池分類(lèi),48,學(xué)習(xí)交流PPT,主要燃料電池及其特性,49,學(xué)習(xí)交流PPT,電極反應(yīng),在無(wú)CO、CO2時(shí)，陽(yáng)極氧化反應(yīng)為,陰極上氧的還原反應(yīng)為,電池反應(yīng)為,50,學(xué)習(xí)交流PPT,固體氧化物燃料電池的優(yōu)缺點(diǎn),材料成本低 比較容易推