第章能源概述(1)new

1、聯(lián)系電話聯(lián)系電話：63600305（程）（程） 63603048（葉）（葉）Email: 辦公室：力學(xué)辦公室：力學(xué)1樓樓515 能源概況及基本原理有關(guān)熱能利用與動(dòng)力機(jī)械在能量轉(zhuǎn)換與利用的規(guī)律、系統(tǒng)、形式、性能、環(huán)境等方面的共同性技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容。 典型動(dòng)力機(jī)械及系統(tǒng)內(nèi)燃動(dòng)力蒸汽輪機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)火箭及噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱力發(fā)電 熱發(fā)生及傳遞裝置鍋爐及換熱器 熱利用新能源利用制冷與空調(diào) 系統(tǒng)輔助裝置泵與風(fēng)機(jī)？ 考察 每人一個(gè)學(xué)術(shù)報(bào)告 報(bào)告 回答問題 提問參考書籍：參考書籍：1.李漢炎，吳勝春，劉嘉智，陳瀅編，李漢炎，吳勝春，劉嘉智，陳瀅編，熱工設(shè)備熱工設(shè)備，2.王中錚編著，王中錚編著，熱能與動(dòng)力機(jī)械基礎(chǔ)熱能與動(dòng)力

2、機(jī)械基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年年3.魏保太主編，魏保太主編，能源工程能源工程，華中理工，華中理工大學(xué)出版社，大學(xué)出版社，19854.李業(yè)發(fā)、楊廷柱編著，李業(yè)發(fā)、楊廷柱編著，能源工程導(dǎo)能源工程導(dǎo)論論，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，19995.王革華主編，王革華主編，新能源概論新能源概論，2006年年8月月6.湯學(xué)忠主編，湯學(xué)忠主編，熱能轉(zhuǎn)換與利用（第熱能轉(zhuǎn)換與利用（第二版）二版），化學(xué)工業(yè)出版社，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 學(xué)術(shù)期刊：學(xué)術(shù)期刊：1.工程熱物理學(xué)報(bào)工程熱物理學(xué)報(bào)2.太陽(yáng)能學(xué)報(bào)太陽(yáng)能學(xué)報(bào)3.熱能動(dòng)力工程熱能動(dòng)力工程4.制冷學(xué)報(bào)制冷學(xué)報(bào)5.中國(guó)電機(jī)

3、工程學(xué)報(bào)中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)6.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)7.內(nèi)燃機(jī)工程內(nèi)燃機(jī)工程8.航空動(dòng)力學(xué)航空動(dòng)力學(xué)9.推進(jìn)技術(shù)推進(jìn)技術(shù)10.汽輪機(jī)技術(shù)汽輪機(jī)技術(shù)11.工業(yè)鍋爐工業(yè)鍋爐12.燃燒科學(xué)與技術(shù)燃燒科學(xué)與技術(shù)13.Energy14.Applied Energy15.Applied Thermal Engineering16.Solar Engineering ：通常以做功的形式出現(xiàn)，可方便有效地轉(zhuǎn)化為其它形式的能。如動(dòng)能、勢(shì)能、彈性能、表面張力能等：一種基本的能量形式，與微觀粒子運(yùn)動(dòng)相關(guān)的能量，在宏觀上以溫度的高低來表示，其它能量可完全轉(zhuǎn)化為熱能：與電子的流動(dòng)與積累有關(guān)的能量，以靜電場(chǎng)能和感應(yīng)電場(chǎng)能的形

4、式存在，以電流的形式傳遞?？煞奖阌行У剞D(zhuǎn)化為其它形式的能：是一種僅以貯存能的形式存在的能量，當(dāng)不同物質(zhì)的原子和(或)分子相結(jié)合時(shí)釋放出來。例如，燃料燃燒就是物質(zhì)間發(fā)生放熱的化學(xué)反應(yīng)，使化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能。：核能(原子能)又是一種僅以貯存能形式存在的能量形式。它是蘊(yùn)藏在原子核內(nèi)部的能量，又稱核內(nèi)能，在粒子相互作用或原子核中的粒子相互作用，即發(fā)決原子核反應(yīng)時(shí)釋放出來。原子核反應(yīng)通常有放射性衰變、核裂變和核聚變?nèi)N類型，其中核裂變和核聚變反應(yīng)可釋放大量能量。有廣闊的應(yīng)用前景。：以電磁波的形式發(fā)射的能量(電磁能)，熱輻射是一種由原子振動(dòng)所產(chǎn)生的電磁能 能量的單位： 能量單位與功的單位一致：焦耳、千瓦時(shí)等

5、 煤當(dāng)量（標(biāo)準(zhǔn)煤）：1kg標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量為29.3MJ (kgce)（7000kcal） 注：我國(guó)、日本、前蘇聯(lián)、西歐大陸國(guó)家以及聯(lián)合國(guó)：7000kcal；英國(guó)、美國(guó)（據(jù)用作能源的煤的加權(quán)平均熱值確）：26.4MJ 油當(dāng)量（標(biāo)準(zhǔn)油）：1kg標(biāo)準(zhǔn)油的發(fā)熱量為41.8MJ (kgoe)，10000kcal（我國(guó)和OECD） 也可用噸標(biāo)煤（tce）以及噸標(biāo)油（toe）表示Mbdoe： millions of barrels per day oil equivalent 日產(chǎn)石油百萬(wàn)桶當(dāng)量日產(chǎn)石油百萬(wàn)桶當(dāng)量 什么是能源？所謂能源就是能夠直接或經(jīng)過轉(zhuǎn)換所謂能源就是能夠直接或經(jīng)過轉(zhuǎn)換而獲取某種能量的自然資

6、源。而獲取某種能量的自然資源。 能源分類之一：來源第一類：來自于太陽(yáng)能，除太陽(yáng)輻射第一類：來自于太陽(yáng)能，除太陽(yáng)輻射外，還包括：煤炭、石油、天然氣、外，還包括：煤炭、石油、天然氣、生物質(zhì)能、水能、海洋能生物質(zhì)能、水能、海洋能第二類：來自于地球本身，如地?zé)崮艿诙悾簛碜杂诘厍虮旧恚绲責(zé)崮芤约扳?、釷等核燃料以及鈾、釷等核燃料第三類：月亮和太陽(yáng)等天體對(duì)地球吸第三類：月亮和太陽(yáng)等天體對(duì)地球吸引力所產(chǎn)生的能量引力所產(chǎn)生的能量 能源分類之二：成因一次能源：凡自然界現(xiàn)已存在的、一次能源：凡自然界現(xiàn)已存在的、并可直接取得而不改變其基本形并可直接取得而不改變其基本形態(tài)的能源，如煤炭、石油、大然態(tài)的能源，如煤炭、

7、石油、大然氣、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋?、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋L(fēng)能、太陽(yáng)能等。風(fēng)能、太陽(yáng)能等。二次能源：由一次能源加工或轉(zhuǎn)二次能源：由一次能源加工或轉(zhuǎn)換而成的另一種形態(tài)的能源產(chǎn)品，換而成的另一種形態(tài)的能源產(chǎn)品，如電力、蒸氣、焦炭、煤氣、氫如電力、蒸氣、焦炭、煤氣、氫氣、各種石油制品等。氣、各種石油制品等?？稍偕茉矗嚎刹粩嘣偕⒂幸?guī)律得到補(bǔ)充的能源。如水能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等。非再生能源：短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源。煤炭、石油、天然氣等。非再生能源日益減少，非再生能源日益減少，終會(huì)枯竭！終會(huì)枯竭！ 能源分類之三：使用情況常規(guī)能源：煤炭、石油、天然氣、水能等。常規(guī)能源：煤炭、石油、天然氣、水

8、能等。新能源：太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、風(fēng)能、新能源：太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、核聚變能等。海洋能、核聚變能等。 能源的分類 各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù) 十一五能源發(fā)展指指 標(biāo)標(biāo)單單 位位20052005年年20102010年年年均增長(zhǎng)率年均增長(zhǎng)率（% %）一次能源生產(chǎn)總量一次能源生產(chǎn)總量?jī)|噸標(biāo)準(zhǔn)煤21.629.76.6其中：煤炭?jī)|噸23.532.46.6 原油億噸1.822.1 天然氣億立方米49394814 非化石能源億噸標(biāo)準(zhǔn)煤1.62.811.8一次能源消費(fèi)總量一次能源消費(fèi)總量?jī)|噸標(biāo)準(zhǔn)煤23.632.56.6其中：煤炭?jī)|噸23.231.26.1 石油億噸3.34.35.4 天

9、然氣億立方米467.61075.818.1全社會(huì)用電量全社會(huì)用電量?jī)|千瓦時(shí)2494041934.511.0全口徑發(fā)電量全口徑發(fā)電量?jī)|千瓦時(shí)250034207211.0其中：水電億千瓦3970722212.7 火電億千瓦204733331910.2 核電萬(wàn)千瓦5317396.8 風(fēng)電萬(wàn)千瓦446電力裝機(jī)規(guī)模電力裝機(jī)規(guī)模億千瓦5.29.713.3其中：水電億千瓦1.22.212.9 火電億千瓦3.97.112.7 核電萬(wàn)千瓦68510829.6 風(fēng)電萬(wàn)千瓦126310089.8表表1 1 “十一五十一五”能源發(fā)展主要成就表能源發(fā)展主要成就表 20052010年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消費(fèi)量 20052

10、010年一次能源生產(chǎn)、消費(fèi)總量情況 能量轉(zhuǎn)換過程ChemicalElectricalMechanicalThermalWindHydroHeat EnginesFrictionCombustionFusionFissionMotorsGeneratorsMHDThermionicsResistanceHeat PumpsPhotovoltaicsFuel CellsElectrolysisReactionBatteriesGas DischargeDiffusionPeltierThermophoresis 熱能是人類使用最廣泛的一種能量形式，約有85-90%的能量是轉(zhuǎn)化為熱能以后在加以利用的

11、。 在一次能源中，熱能資源也占了大部分。 最主要的常規(guī)能源：化石燃料 新能源：太陽(yáng)能、核能、地?zé)崮?、海洋熱?石油石油 天然氣天然氣 煤煤 燃料化學(xué)能 煤炭、石油、天然氣是使用量最大、最主要的常規(guī)能源，約占總能耗的90% 不可再生 煤炭?jī)?chǔ)量大，但開采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存不方便，燃燒時(shí)污染大化石燃料利用過程中的重要課題燃料改質(zhì) 煤的氣化與液化，包括新的氣化方法及地下氣化 水煤漿（CWM）的制備、運(yùn)輸儲(chǔ)存及燃燒研究 煤油混合燃料（COM） 油的摻水乳化 油砂、油頁(yè)巖中油的利用 煤層氣的利用等燃料燃燒研究 固體燃料的沸騰燃燒、旋風(fēng)燃燒 液體燃料的物化燃燒、分層燃燒 新型燃燒裝置的開發(fā)等石油石油天然氣天然氣煤

12、煤 利用核反應(yīng)釋放熱能 種類 核裂變（技術(shù)成熟） 1kgU235核裂變釋放熱能69.51010kJ，如果利用10%的話，相當(dāng)于2400t標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量 1kW造價(jià)2000美元，火電的1.52倍，但是發(fā)電成本為火電的5090%（1995年數(shù)據(jù)） 不可再生能源 核聚變 原料是重氫（氘），1t水含140g重水，1桶水中重水所儲(chǔ)藏的能量相當(dāng)于400桶石油 難點(diǎn)：反應(yīng)溫度幾千萬(wàn)度，反應(yīng)區(qū)溫度40106K，低溫核聚變以及高溫情況下熱能回收技術(shù)還遠(yuǎn)沒有成熟裂變裂變聚變聚變低溫室氣體排放放射性廢料低溫室氣體排放廢料少商業(yè)可行性不明 天然氣水合物存在于海底或陸地凍土帶內(nèi)，是由天然氣與水在高壓低溫條件下結(jié)晶形成的

13、固態(tài)籠狀化合物。純凈的天然氣水合物呈白色，形似冰雪，可以像固體酒精一樣直接被點(diǎn)燃，因此，又被形象地稱為“可燃冰”。1立方米天然氣水合物可以釋放出164立方米的天然氣。1立方米可燃冰可轉(zhuǎn)化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水。科學(xué)家估計(jì)，海底可燃冰分布的范圍約4000萬(wàn)平方公里，占海洋總面積的10%，海底可燃冰的儲(chǔ)量夠人類使用1000年。困難：溫室氣體，比二氧化碳大20倍陸緣海邊開采困難，一旦井噴，可能引起海嘯、海底滑坡、海水毒化等災(zāi)難 特點(diǎn)特指賦存于頁(yè)巖中的非常規(guī)氣。頁(yè)巖亦屬致密巖石，故也可歸入致密氣層氣儲(chǔ)集空間以裂縫為主，并以吸附氣和水溶氣形式賦存，為低(負(fù))壓、低飽和度(30%左右)，

14、因而為低產(chǎn)儲(chǔ)量美國(guó)： 283萬(wàn)億立方米中國(guó)：1530萬(wàn)億立方米僅美國(guó)開采成功 特點(diǎn) 油砂是指富含天然瀝青的沉積砂。因此也成為“瀝青砂”。 瀝青：1012% 沙和粘土：8085% 水：35% 儲(chǔ)量 石油儲(chǔ)量的66% 加拿大阿爾伯特：85% 問題？Source: Anderson, 1997能源問題能源問題每人每年用量每人每年用量 （t t 石油當(dāng)量）石油當(dāng)量）能源問題能源問題主要地區(qū)能源結(jié)構(gòu)主要地區(qū)能源結(jié)構(gòu)2002能源問題能源問題我國(guó)能源結(jié)構(gòu)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)能源問題能源問題世界人口增長(zhǎng)世界人口增長(zhǎng)能源問題能源問題世界人口分布世界人口分布, 1800, 180020502050Source: Biro

15、l and Argiri, 1999 我國(guó)的單位能耗與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大，平均高出40%左右 節(jié)能潛力巨大Source: Hubbert, M. King. 1971. The Energy Resources of the Earth. In Energy and Power (1971), W.H. Freeman, San Francisco (originally published as the September 1971 issue of Scientific American). 大氣中H2O 和 CO2的存在使得地球表面的平均溫度保持在0以上（適度的溫室氣體是一件好事），在這個(gè)意義上說，水是一種決定性的溫室氣體。 由于化石燃料的使用，其它工業(yè)行為以及森林的砍伐，大氣中的二氧化碳快速增加 其它溫室氣體 (CH4, N2O, CFC, HFC, PFC, SF6)與可影響地球輻射平衡的其它氣體 (CO, NO2, SO2, O3)的含量也增加. 大多數(shù)氣體在自然過程中也會(huì)排放，但是工業(yè)活動(dòng)可加速它們的排放速度. 地球表面溫度的升高可影響海平面、氣候、生態(tài)系統(tǒng)以及與之相關(guān)的如：疾