新型清洁能源介绍

第二节能源与环境的关系环境保护与清洁生产Page2世界能源的主要来源00.050.10.150.20.250.30.350.4石油天然气煤水力核能其他Page3全球能源资源危机一百年来，全球能源消耗基本趋于稳定态势，平均每年呈3％指数增加。伴随着化石燃料消耗的增加，大气中CO2的含量相应增加，地球不断变暖，生态环境恶化，自然灾害及其造成的损失逐年增加将愈来愈快地消耗掉常规化石能源储量。有数据表明，世界化石燃料耗尽时间从现在开始只有几十年的时间Page4石油40年天然气61年煤碳227年化石能源是不可再生能源，科学家估计使用年限Page5能源危机Page6能源的潜在危机和生态环境的恶化迫使世界各国积极开发可再生新型清洁能源。讨论同学们知道哪些新能源呢？Page7风能生物质能太阳能氢能Page8波浪能地热能Page9新疆风车田发电葛洲坝水电站藏北利用太阳能的设备浙江秦山核电站Page10在新能源中，太阳能，生物质能，氢能和风能，海洋能，地热能等都是可以再生能源。其中太阳能是最诱人的Page11新型清洁能源介绍1.太阳能太阳——巨大的“核能火炉”直径1,392,000公里（地球直径的109倍）表面温度5780开中心温度约1500万开日冕层温度5×106开Page12太阳能的简介：太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程中产生的能量。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.83×1026J）的22亿分之一，但太阳每秒钟照射到地球上的能量已相当于9.15×1010百万吨TNT爆炸当量的能量，也就是说500万吨煤。Page13因此可以讲，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，比原子弹爆炸的威力更大。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射开去。太阳这个巨大的“核能火炉”已经稳定的燃烧了50亿年。目前，它正处于壮年，要再过50亿年它才会燃尽自己的核燃料。那时，它可膨胀成为一个巨大的红色星体……太阳向宇宙空间辐射出巨大的光热能量Page14太阳能既是一次能源，又是可再生能源。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。所以广义的太阳能所包括的范围非常大。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化的直接转换。Page15远古时期陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体埋在底下的海底，腐烂了。沧海桑田，经过几百万年的沉积、化学变化、地层的运动，在高压下渐渐变成了煤、油和天然气。Page16人类利用太阳能已有3000多年的历史。传说阿基米德曾经利用聚光镜反射阳光，烧毁了来犯的敌舰。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。太阳能的利用Page17近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀作功而抽水的机器。Page18目前利用太阳能的主要方法1）太阳能直接转换成热能通过反射、吸收或其他方式收集太阳辐射能，使之转化为热能并加以利用Page19光能→热能太阳炉太阳灶热水器大棚Page202）太阳能转换为电能（光－电转换）原理：根据光电效应，利用太阳能直接转化为电能应用：为无电场所提供电池，包括移动电源和备用电源Page21光能→电能Page22美国军用太阳能发电帐篷Page23Page24Page253）太阳能直接转换成化学能（光－化学能转化）运用：选择芒硝晶体(十水合硫酸钠晶体)白天吸收热量溶解,晚上放出热量结晶.Page26原理:光能→热能→化学能Page27宇宙飞船中太阳能利用2LiOH(s)+CO2(g)→Li2CO3(s)+H2O(l)吸收罐人体呼出Li2O+CO2(g)太阳能供热H2(g)+O2(g)太阳能供电供人呼吸CH4(g)+H2O(g)NiH2O(l)热解太阳能供热2H2(g)+C(s)活性炭吸附异味H2O(l)供人饮用Page284）光－生物质能转换原理：通过地球上众多植物的光合作用，将太阳辐射转化为生物质能化学方程式：6H2O+6CO2C6H12O6+6O2光叶绿素植物的光合作用。效率低（千分之几）。Page29小麦谷子水稻Page30太阳能的优点与局限太阳能的优点：普遍性：太阳光照在大地，无论陆地和海洋，无论高山和岛屿，都到处均有，可以直接开发和利用，无需采掘和运输。洁净性：开发利用太阳能不会给环境造成污染，是最清洁的能源之一。Page31数量大：每年到达地球表面上的太阳能大约相当于130万亿吨标准煤，是世界上现今可以开发的最大能源。长久性：根据目前太阳能产生的能量速率计算，太阳的生命可以延续几十亿年。对于地球上的人类来说，太阳的能量是用之不竭的。Page32太阳能的局限：不稳定：随季节、时间的变化，受到天气状况的影响。强度弱：能流密度小，实际投射到地球表面的太阳辐射功率，晴天时也仅为500—1000瓦/米。要有较大的接受面积和收集转换设备。不连续：每个地方只有在白昼才能接收到太阳辐射能。Page33Page34太阳能资源分布：世界太阳能资源最丰富地区：美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大。我国：西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属世界太阳能资源丰富地区之一Page35我国各地区的太阳能资源及分布类型地区年日照时数年辐射总量kcal/cm2·年1西藏西部、新疆东南部、青海西部、甘肃西部2800－3300160－2002西藏东南部、新疆南部、青海东部、宁夏南部、甘肃中部、内蒙古、山西北部、河北西北部3000－3200140－1603新疆北部、甘肃东南部、山西南部、陕西北部、河北东南部、山东、河南、吉林、辽宁、云南、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部2200－3000120－1404湖南、广西、江西、浙江、湖北、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江1400－2200100－1205四川、贵州1000－140080－100Page362008年的奥运会，北京成为我国在太阳能应用方面的最大展示窗口，“新奥运”充分体现“环保奥运、节能奥运”的新概念，奥运会场馆周围80％至90％的路灯将利用太阳能光伏发电技术；采用全玻璃真空太阳能集热技术，供应奥运会90％的洗浴热水。在整个奥运会期间，我们看到太阳能路灯、太阳能电话，太阳能手机、太阳能无冲洗卫生间等等以一系列太阳能技术的应用。Page37北京航空航天大学体育馆—举重国家体育场五棵松棒球场奥体中心体育场Page38什么是沼气沼气是各种有机物质在一定的温度、水分、酸碱度和隔绝空气的条件下，经过嫌气性细菌的发酵作用，产生的一种可燃气体。在含腐烂有机质较多的沼泽、池塘、污水沟和粪坑里，经常可以看到有气泡冒出。把这种冒出的气泡收集起来，可以用火点燃。因为这种可燃气体最初是在池沼中发现的，所以称它为沼气。2.沼气Page39沼气的成分沼气是一种混合气体。它的主要成分是甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）和少量的硫化氢（H2S）、氢（H2）、一氧化碳（CO）、氮（N2）等气体。其中甲烷约占50-70%、二氧化碳约占30-40%，其他成分含量极少。Page40沼气的性质沼气的主要成分是甲烷，甲烷是一种简单的碳氢化合物。它的化学性质极为稳定，不溶于水，比空气轻一半，是一种无色、无味、无臭、无毒的可燃性气体。沼气未燃烧时略有蒜味或臭鸡蛋气味，是因为沼气中含有少量硫化氢气体的缘故。甲烷的分子式是CH4，是由一个碳原子和四个氢原子构成的化合物，不含氮、磷、钾等元素，所以在燃烧时不会把发酵原料中的肥分烧掉。Page41当甲烷完全燃烧时，呈蓝白色火焰，燃烧温度可达1400℃，能够产生大量的热。每立方米甲烷气体，完全燃烧时，发热量为8717大卡。每立方米人工沼气的发热量为5000大卡左右。相当于1公斤优质煤或0.7公斤汽油的发热量。沼气是一种优良的气体燃料，不仅能用来烧菜、煮饭、点灯，还可以用作动力燃料，开动内燃机。一立方米的人工沼气，能供3-4口之家三餐饭菜的燃料，能使一盏60支光的沼气灯照明6小时，能使一马力的内燃机工作2小时，能发电1.25度。Page42沼气发酵基本原理什么是沼气发酵沼气发酵又称为厌氧消化、厌氧发酵和甲烷发酵，是指有机物质（如人畜粪便、秸秆、杂草等）在一定的水分、温度和厌氧的条件下，被种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合气体（沼气）的复杂的生物化学过程。Page43沼气发酵过程目前公认的沼气发酵过程复杂有机物（多糖、脂类、蛋白质等）可溶性物质（糖类、脂酸、氨基酸等）H2+CO2CH3COOH③⑤④①①①②②CH4H2O丙酸、丁酸等长链脂肪酸CH4CO2Page44利用植物的秸杆、枝叶、杂草等制取沼气Page45Page46Page47沼气环保的原因：一、沼气是比较干净的再生能源，燃烧后的产物主要是二氧化碳和水二、垃圾、粪便等有机废物和作物秸秆是产生沼气的原料，投入沼气池后，既有利于环境卫生，又减少疾病传播。三、生产沼气的废物是很好的肥料，可肥田，又可减少化肥和农药的使用量，降低了土壤污染，保护环境Page483.地热能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近表层。这种热能的储量相当大。据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW·h。Page49Page50地球内部推测温度分布曲线Page51据估计，全世界地热资源总量相当于4948万亿吨标准煤，我国已查明的地热资源相当于2000多亿吨标准煤。地热能的储量比目前人们所利用的总量多很多倍。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。但其分布相对来说比较分散，而且集中分布在构造板块边缘一带，这些区域也是火山和地震多发区，开发难度大。Page52地热能一般分为5类：过热蒸汽、热水和蒸汽的混合物、热的干岩石、压力热水和热岩浆。过热蒸汽最易用来发电并被大多数现有地热电站所利用。Page53人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。利用Page54地热资源温度分级温度分级温度t界限℃主要用途高温t≥150发电、烘干中温90≤t＜150工业利用、烘干、发电、制冷热水60≤t＜90采暖、工艺流程温热水40≤t＜60医疗、洗浴、温室温水25≤t＜40农业灌溉、养殖、土壤加工Page55地热能直接利用于烹饪、沐浴及暖房，已有悠久的历史。至今，天然温泉与人工开采的地下热水仍被人类广泛使用。据联合国统计，世界地热水的直接利用远远超过地热发电。中国的地热水直接利用居世界首位，其次是日本。地热水的直接用途非常广泛，主要有采暖空调、工业烘干、农业温室、水产养殖、旅温泉疗养保健等。1）直接利用Page56地热务农Page57地热养殖Page58利用地热能来进行发电其好处很多：建造电站的投资少，通常低于水电站；发电成本比火电、核电及水电都低；发电设备的利用时间较长；地热能比较干净，不会污染环境；发电用过的蒸汽和热水，还可以再加以利用，如取暖、洗浴、医疗、化工生产等。2）发电Page59世界上18个国家有地热发电，总装机容量5827.55MW，装机容量在100MW以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印尼。我国的地热资源也很丰富，但开发利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省区。Page60Page61中国地热资源成因类型成因类型热储温度代表性地热田现（近）代火山型高温台湾大屯，云南腾冲热海岩浆型高温西藏羊八井