第一章+新能源技术绪论

UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/91新能源技术TechnologyofNewEnergy米万良北京科技大学UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/92目录一、新能源绪论2学时二、太阳能4学时三、氢能与燃料电池6学时四、风能2学时五、地热能2学时六、海洋能2学时七、生物质能6学时八、其他能源2学时考试2学时2020/7/93参考书21世纪可持续能源丛书；化学工业出版社，北京，2005年第一章绪论《能源与可持续发展》王革华编第二章太阳能《太阳能利用技术》罗运俊编第三章风能《风能开发利用》张希良编第四章生物质能《生物质能资源清洁转化利用技术》姚向君编第五章海洋能《海洋能资源开发利用》褚同金编第六章地热能《地热资源及其开发利用和保护》刘时彬编第七章氢能《氢能-21世纪的绿色能源》毛宗强编《能源概论》黄素逸高伟编UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/94第一章新能源绪论1.能量2.能源3.新能源4.循环经济与新能源技术5.国家战略与新能源技术6.新能源技术工程师的位置UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/951.1能量的定义1.2能量的主要形式1.3能量的属性1.4能量的单位1.5能量的转换与利用1.能量UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/96能量是物质运动的度量。能量是人类社会进步的动力。世界是由物质构成的，一切物质都处于运动状态，所以一切物质都具有能量。1.1能量的定义生命在于运动生命就是能量的最高表现UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/971.2能量的主要形式机械能：物质分子热运动动能与位能之和，又分低位和高位热能（一般以400C为界）；电能化学能核能辐射能:与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量，动能与势能；热能：与电荷的运动和积蓄有关的能量；：通过化学反应释放的能量；：通过核反应释放的能量；：物体以电磁波的形式发射的能量。UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/98机械能如果质量为m的物体的运动速度为v则该物体的动能Ek可以用下式计算：重力势能Ep可以用下式计算：2k21mvEmgHEpUniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/99热能构成物质的微观分子运动的动能和势能总和称为热能。这种能量的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运动的激烈程度。通常热能Eq可表述成如下的形式：STEdqdS-熵变化UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/910电能电能是和电子流动与积累有关的一种能量，通常由电池中的化学能转换而来，或是通过发电机由机械能转换得到；反之，电能也可以通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。UIEeU-电动势I-电流UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/911化学能化学能是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量。按化学热力学定义，物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的内能称为化学能。H2+O2=H2O△HUniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/912核能核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。轻质量的原子核（氘、氚等）和重质量的原子核（铀等）核子之间的结合力比中等质量原子核的结合力小，这两类原子核在一定的条件下可以通过核聚变和核裂变转变为在自然界更稳定的中等质量原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结合能就是核能。△E=mc2UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/913辐射能辐射能是物体以电磁波形式发射的能量。物体的辐射能Er可由下式计算：40r100TcEε-物体发射率С0-黑体辐射系数T-物体绝对温度UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/9141.3能量的属性●量的属性----热力学第一定律自然界遵循的2大定律各种能量在第一定律面前人人平等，并具有可加和性。没有品质高低之分。光有第一定律显然是不够的！！物质守恒与转换定律能量守恒与转换定律UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/915●质的属性----热力学第二定律电能＞机械能＞高温热能＞常温热能低温热能（冷量）＞常温热能能量是有品质高低之分的。第二定律指出：任何事物的变化都伴随着能量质的变化，能量的品质只能从高走向低，而不可能自发的从低走向高，最多是保持品质不变。因此，任何过程都是一个能量贬值的过程!!UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/916能量的属性状态性可加性传递性转换性做功性贬值性UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/917能量的转换能量在空间上的转移，即能量的传输。能量在时间上的转移，即能量的储存。UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/918能量的转换UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/919能量传递过程的特点能量传递是有条件的，即在有能量密度差的条件下，能量总是从能量密度大的物质或能量集中的地方，向能量密度小的物质或地方传递；总是从集中到分散并逐步达到平衡。UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/920能量传递过程的特点能量传递遵循一定的规律，即能量传递的速率正比于传递的动力而反比于传递的阻力。UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/921能量传递过程的特点能量的传递包括转移与转换两种形式。转移是某种形态的能量从一地转移到另一地，从一物转移到另一物；转换则是能量由一种形态变为另一形态。UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/922能量传递过程的特点能量传递的途径主要有两条：由物质交换和质量输运而携带的能量称为携带能；在体系边界面上的能量交换称为交换能。UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/923能量传递过程的特点在体系边界面上的能量交换通常以两种方法进行：传热——由温差引起的能量交换，这是能量传递的微观形式；做功——由非温差引起的能量交换，这是能量传递的宏观形式。UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/924能量传递过程的特点通过能量交换而实现的能量传递，即传热和做功，其具体方式为：传热的三种基本方式是热传导、热对流和热辐射；做功（这里指机械功）的三种基本方式是容积功、转动轴功和流动功（推动功）。UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/925能量传递过程的特点能量传递的结果主要体现在两方面，即能量使用过程中所起的作用以及能量传递的最终去向。能量传递的最终去向通常只有两条：或转移到产品，或散失于环境，包括直接损失和用于过程后再进入环境这两种情况。UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/926能量传递过程的特点能量传递的实质实际上就是能量利用的实质。如果把产品的使用也包括在内，能量的最终去向只能是唯一的，即最终进入环境。UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/9271.4能量的单位●能量单位焦J；卡cal；kWh（度）●功率的单位kJ/h；kcal/h；kW；马力(匹)HP●热值的单位kcal/kg；kcal/Nm3UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/9281.5能量的转换与利用能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。能量典型的转换装置=热机人体其实就是一部高端的热机:所需热量≈2000kcal/人·天功耗≈100W/人（基本代谢率），150W（上课）蓄能量≈8kWh/人（可生存七天）UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/929五种不同强度活动的能量消耗类型例子每小时消耗的能量（卡）久坐阅读、用餐、看电影、打字、玩扑克牌、书80~100轻度体力活动烹饪、散步、站著动手的工作、洗餐具110~160中度体力活动铺床、擦地板、中等速度步行、大扫除、轻松园艺170~240重度体力活动繁重洗刷工作、快速步行、保龄球、高尔夫球250-350剧烈活动游泳、打球、跳舞、跑步350以上消耗7700卡，即可减少1公斤，加油啦！UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/930氢、酒精等二次能源燃料电池电能机械能辐射能热能风能、水能、海洋能机械机械能直接利用发电机煤、石油、天然气热能热机直接利用核能核反应太阳能光合作用生物质能燃烧食物利用集热器光电池燃烧1.5能量的转换与利用UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/9312.能源2.1能源的定义2.2能源的分类2.3能源对人类社会发展的重要意义2.4我国能源利用的现状及主要问题2.5能源的可持续发展UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/932一、什么是能源问题：我们每天要吃饭、喝水，用什么来煮饭、烧水呢？回答：煤，煤气，柴草、天然气……UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/933问题：那么要开动汽车、火车、飞机等交通工具需要消耗什么呢？回答：汽油或者柴油、煤油等UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/934问题：煤，煤气，柴草、天然气、汽油、煤油或者柴油等它们在起什么作用？答案：它们在以上工作的作用就是提供能量.UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/935问题：你知道还有什么可以提供能量吗？回答：江河里的水流、流动的空气、电、太阳光.UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/936能源是指像煤、天然气、汽油、水流、风、电、太阳光等能够直接或间接提供能量的物质资源。可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任何形式的载能体资源。2.1能源的定义UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/9372.2能源分类1）按开发利用的情况：常规能源：煤、石油、天然气、水能、核能等。新能源：太阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能、核聚变燃料等。2）按开发的步骤：一次能源:煤、石油、天然气、风能、水能、二次能源:电力、煤气、汽油、沼气、氢气太阳能、地热能、海洋能等。甲醇、酒精等。一次能源是自然界直接提供的能源。二次能源由自然界提供的能源转化而来的能源。UniversityofScienceandTechnologyBeijing2020/7/9383）按能否再生：可再生能源：水能、太阳能、风能、海洋