新型清洁能源介绍ppt课件.ppt

,第二节 能源与环境的关系,环境保护与清洁生产,Page 2,世界能源的主要来源,Page 3,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,Page 4,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,Page 5,能源危机,Page 6,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？,Page 7,风能,生物质能,太阳能,氢能,Page 8,波浪能,地热能,Page 9,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,Page 10,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,Page 11,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 5106开,Page 12,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3.831026J）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。,Page 13,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,Page 14,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。,Page 15,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。,Page 16,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,Page 17,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。,Page 18,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,Page 19,光能热能,太阳炉,太阳灶,热水器,大棚,Page 20,2）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,Page 21,光能电能,Page 22,美国军用太阳能发电帐篷,Page 23,Page 24,Page 25,3）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.,Page 26,原理:光能热能化学能,Page 27,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),Ni,H2O(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,Page 28,4）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,植物的光合作用。效率低（千分之几）。,Page 29,小麦,谷子,水稻,Page 30,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。,Page 31,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。,Page 32,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5001000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。,Page 33,Page 34,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,Page 35,我国各地区的太阳能资源及分布,Page 36,2008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。,Page 37,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,Page 38,什么是沼气,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,Page 39,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。,Page 40,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。,Page 41,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。,Page 42,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。,Page 43,沼气发酵过程,目前公认的沼气发酵过程,Page 44,利用植物的秸杆、枝叶、杂草等制取沼气,Page 45,Page 46,Page 47,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,Page 48,3.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100PWh。,Page 49,Page 50,地球内部推测温度分布曲线,Page 51,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。,Page 52,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。,Page 53,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,Page 54,地热资源温度分级,Page 55,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,Page 56,地热务农,Page 57,地热养殖,Page 58,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,Page 59,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。,Page 60,Page 61,中国地热资源成因类型,Page 62,作为一种新的清洁能源，地热正成为越来越多国家的选择。其中，地源热泵因为其节能减排优势，已先行在北美、欧洲和中国广泛利用，目前，世界地源热泵应用的前5个国家是美国、中国、瑞典、挪威和德国。上海世博会的标志性和永久性保留建筑物世博轴，采用的就是中国目前最大规模应用地源热泵和江水源热泵技术的中央空调。也正是基于此类技术创新，世博轴整体设计还获得了亚洲国际地产投资与开发博览会的“最佳城市综合体奖”。,Page 63,地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统、地表水地源热泵系统。,地埋管地源热泵（地下耦合系统）系统包括一个土壤岩石耦合地热交换器，它或是水平地安装在地沟中，或是以u-形管状垂直安装在竖井之中。不同的管沟或竖井中的热交换器成并联连接，再通过热泵机组进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。地埋管地源热泵系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统，它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。,地埋管地源热泵系统示意图,Page 64,地下水地源热泵系统（水源热泵系统）分为两种，一种通常被称为开式系统，另一种则为闭式系统。开式地下水地源热泵系统是将地下水直接供应到每台热泵机组，之后将井水回灌地下。开式系统在适当的地下水条件和建筑物参数下，是一个有吸引力的选择方式。闭式系统是将地下水抽取上来，通过中间换热系统进行能量交换之后再回灌含水层中，地下水与热泵机组不直接交换。,地下水地源热泵系统 示意图,Page 65,上海世博轴,上海世博轴“暗藏”地源热泵中国的地热技术和地源热泵利用虽然全球领先，但在国内的知名度和普及面远远不够。很多人还是通过上海世博会才获知或了解到地热和地源热泵的。上海世博会以广泛利用新能源、体现环保概念著称，其永久性保留的标志性建筑世博轴，空调系统采用的就是地热技术，这也是国内首次最大规模地应用地源热泵和江水源热泵技术的中央空调。,Page 66,世博轴的中央空调，从外表看，既没有外机，也没有室外锅炉房，更不像传统中央空调消耗大量的电能和天然气等不可再生能源。与普通空调相比，世博轴可谓最“深藏不露”：南北跨度1045米、东西宽度110米，近25万平方米的半开放式超大空间里看不到任何空调装置，整个中央空调系统的末端出风口与整个建筑融为一体，自然和谐，一切都在地下悄然运转。世博轴是江水源热泵和地源热泵第一次大规模的结合，在世博轴桩基及底板下铺设了700公里长的管道，使地源热泵和江水源热泵两大系统形成了贯穿轴线的“绿色空调”。每小时有1200吨黄浦江水通过热泵成为空调冷却水，处理后再排回江中，比传统中央空调节能30%以上，每天可省电1万度，可提高制冷效率7%。世博轴的地热技术充分体现了世博会低碳、节能的宗旨。,Page 67,氢能被提上人类未来能源的议程是大势所趋。众所周知，当今世界，为了解决能源短缺、环境污染日益严重和经济持续发展等问题，洁净的新能源和可再生能源的开发已是迫在眉睫。对我国来说，交通运输的能耗所占比重愈来愈大，与此同时，汽车尾气污染已经成为大气污染特别是城市大气污染的重要因素。,4.氢能（氢燃料）,Page 68,氢能作为一种洁净的可再生能源，同时又具有可储可输的特点，从长远上看，它的发展可能带来能源结构的重大改变，而在目前它是一种理想的低污染或零污染的车用能源，国际上公认在不远的将来氢燃料汽车将是解决城市大气污染的最重要途径之一。因此，氢能作为解决当前人类所面临困境的新能源而成为各国大力研究的对象便是情理之中的事了。,Page 69,氢能的三大优势,1）燃烧放出的热量多2）燃烧产物是水，不污染环境3）制备的原料是水。资源不受限制,Page 70,氢能的开发与利用,氢能的产生方式,以天然气，石油和煤为原料，在高温下与水蒸气反应电解水制氢气利用太阳能分解水制氢气利用蓝藻等低等植物和微生物在阳光作用下释放氢气,缺点：消耗大量的电能，成本高,最佳方式,Page 71,氢能的利用途径,1）燃烧放热2）用于燃料电池，释放电能3）利用氢的热核反应释放的核能,Page 72,H2O,H2、O2,用于燃料电池，化学能转化为电能,使用催化剂，利用太阳能分解水,电解，电能转化为化学能,燃烧，释放热能,Page 73,碳纳米管储氢材料,Page 74,Page 75,Page 76,据PhysOrg网2005年10月24日消息，一家名为Engineuity的以色列公司发明了一种能够在汽车内产生氢气的技术系统，而且只需要使用镁和铝等普通金属。这一技术将完全解决汽车在氢气制造、运输和储存方面的所有相关难点。,Page 77,5.潮汐能,Page 78,月亮的礼物潮汐能 定义：月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量，称为潮汐能。世界上潮汐能最大的地方是加拿大的芬地湾，那里的海潮最高时达到18米，相于6层楼房的高度。“声驱千骑疾，气卷万山来”的我国钱塘江潮，最大潮差达8.9米，可称为天下一绝。,Page 79,特点：潮水来去有规律，不受洪水或枯水的影响；以河口或海湾为天然水库，不会淹没大量土地；不污染环境；不消耗燃料等。但潮汐电站也有工程艰巨、造价高、海水对水下设备有腐蚀作用等缺点。但综合经济比较结果，潮汐发电成本低于火电。,主要分布：据初步估计，全世界潮汐能约有10亿多千瓦，每年可发电23万亿千瓦时。我国的潮汐能量也相当可观，蕴藏量为 1.1亿千瓦，可开发利用量约2100万千瓦，每年可发电580亿度。浙江、福建两省岸线曲折，潮差较大，那里的潮汐能占全国沿海的80%。浙江省的潮汐能蕴藏量尤其丰富，约有1000万千瓦，钱塘江口潮差达8.9米，是建设潮汐电站最理想的河口。,Page 80,应用现状：潮汐作为一种自然现象，不但为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便，更值得指出的是，它还可以转变成电能，是巨大的能源。,潮汐发电与普通水利发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。,Page 81,、,国际上：自1967年法国建成24万千瓦的朗斯潮汐电站后，许多沿海国家都提出了开发潮汐电站的各种方案。截止20世纪90年代初，世界上完成规划或设计论证以及建议的潮汐电站坝址已达139处。有专家预言，21世纪初世界上将有100万千瓦级的大型潮汐电站建成。,Page 82,国内：中国海洋科技工作者对潮汐发电研究、试验起步甚早。在 1958年全民大办电力之时，我国就曾出现过利用潮汐能办电站的高潮，沿海诸省市兴建了42个小型的潮汐电站。70年代初再度出现潮汐办电热潮，10年间又建成潮汐电站十几座，其中最大的两座是江厦潮汐试验电站和白沙口潮汐电站。到目前为止，仍在使用的潮汐电站共有 8座：浙江乐清湾的江厦潮汐试验电站、海山潮汐电站、沙山潮汐电站，山东乳山县的白沙口潮汐电站，浙江象山县岳浦潮汐电站，江苏太仓县浏河潮汐电站，广西饮州湾果子山潮汐电站，福建平潭县幸福洋潮汐电站等。,Page 83,法国郎斯电站,江厦潮汐试验电站,Page 84,6.风能,Page 85,风和风能,地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，空气在水平方向由高压向低压地区流动，即形成风。在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。,Page 86,风能的利用形式 风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主，以风能作动力，就是利用风来直接带动各种机械装置，如带动水泵提水等这种风力发动机的优点是：投资少、工效高、经济耐用。目前，世界上约有一白多万台风力提水机在运转。澳大利亚的许多牧场，都设有这种风力提水机。在很多风力资源丰富的国家，科学家们还利用风力发动机铡草、磨面和加工饲料等。利用风力发电，以丹麦应用最早，而且使用较普遍。丹麦岁只有500多万人口，却是世界风能发电大国和发电风轮生产大国，世界10大风轮生产厂家有5家在丹麦，世界60%以上的风轮制造厂都在使用丹麦的技术，是名副其实的“风车大国”。,Page 87,Page 88,风能的利用技术 大中型风电机组并网发电，已经成为世界风能利用的主要形式在许多风能资源丰富地区，风电已经接近与常规能源竞争的能力。,Page 89,优缺点,风能的坏处1)风速不稳定,产生的能量大小不稳定2)不是什么地方都可以利用风能,受地理位置限制严重3)风能的能量转换效率低4)技术不成熟,还不能普及5)风能是新型能源,响应的使用设备也不是很成熟6)国家目前没有明确政策要大力推广风能利用,风能的优点：投资少工效高经济耐用,Page 90,Page 91,世界风能资源估评,Page 92,我国风能资源情况：资源丰富区山东、辽东半岛、黄海之滨南澳岛以西的南海沿海、海南岛和南海诸岛内蒙古从阴山山脉以北到大兴安岭以北新疆达坂城、阿拉山口河西走廊松花江下游张家口北部等地区分布各地的高山山口和山顶。,Page 93,风能利用实例,左图是青岛奥帆赛主防波堤上一排的环保风能灯 主防波堤分为上下两层。下层的路灯也与众不同，其顶部竟有两片“叶子”，好似两只小翅膀在向外伸展。原来这是太阳能景观灯。奥帆中心共安装了168盏这样的太阳能景观灯，每盏可供55瓦的灯炮每天照明8小时。在海风吹拂下，舞动的风车成了一道诗意的风景,94,感谢您的关注,