PDF《INTRODUCTION》

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1 概述1.

1 能源及其分类 1.2 新能源及其在能源供应中的作用 1.3 新能源技术的发展 思考题 参考文献 INTRODUCTION 新能源概论 1.1 能源及其分类 1.1.1 能量与能源 从物理学的观点看,能量可以简单地定义为作功的能力.广义而言,任何 物质都可以转化为能量,但是转化的数量、转化的难易程度是不同的.比较集 中而又较易转化的含能物质称为能源.由於科学技术的进步,人类对物质性质 的认识及掌握能量转化方法也在深化,因此并没有一个很确切的能源的定义. 但对於工程技术人员而言,在一定的工业发展阶段,能源的定义还是明确的. 还有另一类型的能源即物质在宏观运动过程中所转化的能量,即所谓能量过 程,例如水的势能落差运动产生的水能及空气运动所产生的风能等等.因此, 能源的定义可描述为:比较集中的含能体,或可以直接或经转换提供人类所需 的光、热、动力等任何形式能量的载能体资源. 能量的单位与功的单位一致.常用的单位是尔格、焦耳、千瓦小时等(单 位换算见表1-1).能源的单位也就是能量的单位.在实际工作中,能源还可 用煤当量(标准煤)和油当量(标准油)来衡量,1千克标准煤的发热量为 29.3kJ,1千克标准油的发热量为41.8kJ.千克标准煤用符号kgce表示,千克标准 油用符号kgoe表示.也可以用吨标煤(tce)或吨标油(toe)及更大的单位计量 能源. 表1-1 能量单位的换算 单位 千焦 (kJ) 千瓦?时(kW?h) 千卡 (kcal) 马力?时(hp?h) 公斤力?公尺 (kgf?m) 英热单位 (B.t.u.) 英尺? 磅力 (ft?lbf) kJ

1 2.77778 *10-4 2.38846 *10-1 3.776726 *10-4 1.01927 *102 9.47817 *10-1 7.37562 *102 kW?h

3600 1 859.846 1.359621 3.67098 *105 3412.14 2.65522 *106 Chapter?

1 概述单位 千焦 (kJ) 千瓦?时(kW?h) 千卡 (kcal) 马力?时(hp?h) 公斤力?公尺 (kgf?m) 英热单位 (B.t.u.) 英尺? 磅力 (ft?lbf) kcal 4.1868 1.163 *10-3

1 1.58124 *10-3 426.936 3.96832 3088.03 hp?h 2.647796 *103 735.499 *10-3 632.415

1 270000 2509.63

1952913 kgf?m 9.80665 *10-3 2.724069 *10-6 2.34228 *10-3 3.703704 *10-6

1 9.29487 *10 7.23301 B.t.u. 1.05506 2.93071 *10-4 2.51996 *10-1 3.98466 *10-4 1.075862 *102

1 778.169 ft?lbf 1.35582 3.76616 *10-7 3.23832 *10-4 5.12056 *10-7 1.38255 *10-1 1.28507 *10-3

1 1.1.2 能源的分类 对能源有不同的分类方法.以能量根本蕴藏方式的不同,可将能源分为以 下三类: 第一类能源是来自地球以外的太阳能.人类现在使用的能量主要来自太阳 能,故太阳有「能源之母」的叫法.现在,除了直接利用太阳的辐射能之外, 还大量间接地使用太阳能源.例如目前使用最多的煤、石油、天然气等化石 资源,就是千百万年前绿色植物在阳光照射下经光合作用形成有机质而长成的 根茎及食用它们的动物遗骸,在漫长的地质变迁中所形成的.此外,如生物质 能、流水能、风能、海洋能、雷电等,也都是由太阳能经过某些方式转换而形 成的. 第二类能源是地球自身蕴藏的能量.这里主要指地热能资源以及原子能燃 料,还包括地震、火山喷发和温泉等自然呈现出的能量.浪,地球以地下 热水和地热蒸汽形式储存的能量,是煤储能的1.7亿倍.地热能是地球内放射性 元素衰变辐射的粒子或射线所携带的能量.此外,地球上的核裂变燃料(铀、 钍)和核聚变燃料(氘、氚)是原子能的储存体.即使将来每年耗能比现在多 1000倍,这些核燃料也足够人类用100亿年. 新能源概论 第三类能源是地球和其他天体引力相互作用而形成的.这主要指地球和太 阳、月球等天体间有规律运动而形成的潮汐能.地球是太阳系的九大行星之 一,月球是地球的卫星.由於太阳系其他八颗行星或距地球较远,或质量相对 较小,结果只有太阳和月亮对地球有较大的引力作用,导致地球上出现潮汐现 象.海水每日潮起潮落各两次,这是引力对海水做功的结果.潮汐能蕴藏著极 大的机械能,潮差常达十几公尺,非常壮观,是雄厚的发电原动力. 能源还可按相对比较的方法来分类,如表1-2所示. 表1-2 能源的分类 可再生能源 不可再生能源 一次能源 常规能源商品能源 传统能源 (非商品 能源) 水力(大型) 核能(增殖堆) 地热 生物质能(薪材秸秆、粪便等) 太阳能(自然乾燥等) 水力(水车等) 风力(风车、风帆等) 畜力 化石燃料(煤、油、天然气 等) 核能 非常规能源新能源 生物质能(燃料作物制沼气、酒精等) 太阳能(收集器、光电池等) 水力(小水电) 风力(风力机等) 海洋能 地热 二次能源 电力、煤炭、沼气、汽油、柴油、煤油、重油等油制品、蒸汽、热水、压缩空 气、氢能等 注:人力计入劳动力,不计入能源. (1)一次能源与二次能源.在自然界中天然存在的,可直接取得而又不改变其基 本形态的能源,称之为一次能源,如煤炭、石油、天然气、风能、地热等. 为了满足生产和生活的需要,有些能源通常需要经过加工以后再加以使用. 由一次能源经过加工转换成另一种形态的能源产品叫做二次能源,如电力、 煤气、蒸汽及各种石油制品等.大部分一次能源都转换成容易输送、分配和 使用的二次能源,以适应消费者的需要.二次能源经过输送和分配,在各种 Chapter?

1 概述设备中使用,即终端能源.终端能源最后变成有效能. (2)可再生能源与不可再生能源.在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充 的能源,称为可再生能源,如太阳能和由太阳能转换而成的水力、风能、生 物质能等.它们都可以循环再生,不会因长期使用而减少.经过亿万年形 成的、短期内无法恢复的能源,称之为不可再生能源,像煤炭、石油、天然 气、核燃料等.它们随著大规模地开采利用,其储量将越来越少,总有枯竭 之时. (3)常规能源与新能源.在相当长的历史时期和一定的科学技术水准下,已经被 人类长期广泛利用的能源,不但为人们所熟悉,而且也是当前主要能源和应 用围很广的能源,称之为常规能源,如煤炭、石油、天然气、水力、电力 等.一些虽属古老的能源,但只有采用先进方法才能加以利用,或采用新近 开发的科学技术才能开发利用的能源;

有些能源近

一、二十年来才被人们所 重视,新近才开发利用,而且在目前使用的能源中所占的比例很小,但很有 发展前途的能源,称为新能源,或称替代能源,如太阳能、地热能、潮汐能 等.常规能源与新能源是相对而言的,现在的常规能源过去也曾是新能源, 今天的新能源将来又成为常规能源. (4)从能源性质来看,能源又可分为燃料能源和非燃料能源.属於燃料能源的 有矿物燃料(煤炭、石油、天然气)、生物燃料(薪材、沼气、有机废物 等)、化工燃料(甲醇、酒精、丙烷以及可燃原料铝、镁等)、核燃料 (铀、钍、氘等)等四类.非燃料能源多数具有机械能,如水能、风能等;

有的含有热能,如地热能、海洋热能等;

有的含有光能,如太阳能、镭射 等. 从使用能源时对环境污染的大小,又把无污染或污染小的能源称为清洁能 源,如太阳能、水能、氢能等;

对环境污染较大的能源称为非清洁能源,如煤 炭、油页岩等.石油的污染比煤炭小些,但也产生氧化氮、氧化硫等有害物 质,所以,清洁与非清洁能源的划分也是相对而言,不是绝对的. 新能源概论 1.1.3 能源的开发利用 (1)煤炭 煤炭是埋在地壳中亿万年以上的树木和植物,由於地壳变动等原因,经 受一定的压力和温度作用而形成的含碳量很高的可燃物质,又称作原煤.由 於各种煤的形成年代不同,碳化程度深浅不同,可将其分类为无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤等几种类型,并以其挥发物含量和焦结性为主要依.烟煤 又可以分为贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、漆煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤等. 煤炭既是重要的燃料,也是珍贵的化工原料.20世纪以来,煤炭主要用 於电力生产和在钢铁工业中供炼焦,某些国家蒸汽机车用煤比例也很大.电 力工业多用劣质煤(灰分大於30%);

蒸汽机车用煤则要求质量较高:灰分低 於25%,挥发........