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：力學辦公室：力學1樓樓515 能源概況及基本原理有關熱能利用與動力機械在能量轉換與利用的規(guī)律、系統(tǒng)、形式、性能、環(huán)境等方面的共同性技術基礎內容。 典型動力機械及系統(tǒng)內燃動力蒸汽輪機燃氣輪機火箭及噴氣發(fā)動機熱力發(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 系統(tǒng)輔助裝置泵與風機？ 考察 每人一個學術報告 報告 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，熱工設備熱工設備，2.王中錚編著，王中錚編著，熱能與動力機械基礎熱能與動力

2、機械基礎，機械工業(yè)出版社，機械工業(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，華中理工大學出版社，大學出版社，19854.李業(yè)發(fā)、楊廷柱編著，李業(yè)發(fā)、楊廷柱編著，能源工程導能源工程導論論，中國科學技術大學出版社，中國科學技術大學出版社，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.湯學忠主編，湯學忠主編，熱能轉換與利用（第熱能轉換與利用（第二版）二版），化學工業(yè)出版社，化學工業(yè)出版社，2002 學術期刊：學術期刊：1.工程熱物理學報工程熱物理學報2.太陽能學報太陽能學報3.熱能動力工程熱能動力工程4.制冷學報制冷學報5.中國電機

3、工程學報中國電機工程學報6.內燃機學報內燃機學報7.內燃機工程內燃機工程8.航空動力學航空動力學9.推進技術推進技術10.汽輪機技術汽輪機技術11.工業(yè)鍋爐工業(yè)鍋爐12.燃燒科學與技術燃燒科學與技術13.Energy14.Applied Energy15.Applied Thermal Engineering16.Solar Engineering ：通常以做功的形式出現(xiàn)，可方便有效地轉化為其它形式的能。如動能、勢能、彈性能、表面張力能等：一種基本的能量形式，與微觀粒子運動相關的能量，在宏觀上以溫度的高低來表示，其它能量可完全轉化為熱能：與電子的流動與積累有關的能量，以靜電場能和感應電場能的形

4、式存在，以電流的形式傳遞。可方便有效地轉化為其它形式的能：是一種僅以貯存能的形式存在的能量，當不同物質的原子和(或)分子相結合時釋放出來。例如，燃料燃燒就是物質間發(fā)生放熱的化學反應，使化學能轉換成熱能。：核能(原子能)又是一種僅以貯存能形式存在的能量形式。它是蘊藏在原子核內部的能量，又稱核內能，在粒子相互作用或原子核中的粒子相互作用，即發(fā)決原子核反應時釋放出來。原子核反應通常有放射性衰變、核裂變和核聚變三種類型，其中核裂變和核聚變反應可釋放大量能量。有廣闊的應用前景。：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、千瓦時等

5、 煤當量（標準煤）：1kg標準煤的發(fā)熱量為29.3MJ (kgce)（7000kcal） 注：我國、日本、前蘇聯(lián)、西歐大陸國家以及聯(lián)合國：7000kcal；英國、美國（據(jù)用作能源的煤的加權平均熱值確）：26.4MJ 油當量（標準油）：1kg標準油的發(fā)熱量為41.8MJ (kgoe)，10000kcal（我國和OECD） 也可用噸標煤（tce）以及噸標油（toe）表示Mbdoe： millions of barrels per day oil equivalent 日產(chǎn)石油百萬桶當量日產(chǎn)石油百萬桶當量 什么是能源？所謂能源就是能夠直接或經(jīng)過轉換所謂能源就是能夠直接或經(jīng)過轉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：來自于太陽能，除太陽輻射第一類：來自于太陽能，除太陽輻射外，還包括：煤炭、石油、天然氣、外，還包括：煤炭、石油、天然氣、生物質能、水能、海洋能生物質能、水能、海洋能第二類：來自于地球本身，如地熱能第二類：來自于地球本身，如地熱能以及鈾、釷等核燃料以及鈾、釷等核燃料第三類：月亮和太陽等天體對地球吸第三類：月亮和太陽等天體對地球吸引力所產(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、生物質能、地熱能、氣、水能、生物質能、地熱能、風能、太陽能等。風能、太陽能等。二次能源：由一次能源加工或轉二次能源：由一次能源加工或轉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)律得到補充的能源。如水能、生物質能、風能、太陽能等。非再生能源：短期內無法恢復的能源。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，終會枯竭！終會枯竭！ 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：太陽能、地熱能、生物質能、風能、新能源：太陽能、地熱能、生物質能、風能、海洋能、核聚變能等。海洋能、核聚變能等。 能源的分類 各種能源折標準煤參考系數(shù) 十一五能源發(fā)展指指 標標單單 位位20052005年年20102010年年年均增長率年均增長率（% %）一次能源生產(chǎn)總量一次能源生產(chǎn)總量億噸標準煤21.629.76.6其中：煤炭億噸23.532.46.6 原油億噸1.822.1 天然氣億立方米49394814 非化石能源億噸標準煤1.62.811.8一次能源消費總量一次能源消費總量億噸標準煤23.632.56.6其中：煤炭億噸23.231.26.1 石油億噸3.34.35.4 天

9、然氣億立方米467.61075.818.1全社會用電量全社會用電量億千瓦時2494041934.511.0全口徑發(fā)電量全口徑發(fā)電量億千瓦時250034207211.0其中：水電億千瓦3970722212.7 火電億千瓦204733331910.2 核電萬千瓦5317396.8 風電萬千瓦446電力裝機規(guī)模電力裝機規(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 核電萬千瓦68510829.6 風電萬千瓦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年單位國內生產(chǎn)總值能源消費量 20052

10、010年一次能源生產(chǎn)、消費總量情況 能量轉換過程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：太陽能、核能、地熱能、海洋熱能 石油石油 天然氣天然氣 煤煤 燃料化學能 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 煤炭儲量大，但開采、運輸、儲存不方便，燃燒時污染大化石燃料利用過程中的重要課題燃料改質 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、運輸儲存及燃燒研究 煤油混合燃料（COM） 油的摻水乳化 油砂、油頁巖中油的利用 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 利用核反應釋放熱能 種類 核裂變（技術成熟） 1kgU235核裂變釋放熱能69.51010kJ，如果利用10%的話，相當于2400t標準煤的發(fā)熱量 1kW造價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桶水中重水所儲藏的能量相當于400桶石油 難點：反應溫度幾千萬度，反應區(qū)溫度40106K，低溫核聚變以及高溫情況下熱能回收技術還遠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，是由天然氣與水在高壓低溫條件下結晶形成的

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立方米可燃冰可轉化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水?？茖W家估計，海底可燃冰分布的范圍約4000萬平方公里，占海洋總面積的10%，海底可燃冰的儲量夠人類使用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、海水毒化等災難 特點特指賦存于頁巖中的非常規(guī)氣。頁巖亦屬致密巖石，故也可歸入致密氣層氣儲集空間以裂縫為主，并以吸附氣和水溶氣形式賦存，為低(負)壓、低飽和度(30%左右)，

14、因而為低產(chǎn)儲量美國： 283萬億立方米中國：1530萬億立方米僅美國開采成功 特點 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% 儲量 石油儲量的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 石油當量）石油當量）能源問題能源問題主要地區(qū)能源結構主要地區(qū)能源結構2002能源問題能源問題我國能源結構我國能源結構能源問題能源問題世界人口增長世界人口增長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 我國的單位能耗與發(fā)達國家相比差距較大，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排放，但是工業(yè)活動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)以及與之相關的如：疾