能源基本知识.ppt
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1、2 2、我国能源利用现状、我国能源利用现状、我国当前能源消费结构、我国当前能源消费结构绪 论20052005年中国能源消费结构年中国能源消费结构 2005(万吨标准煤)(万吨标准煤)总量总量煤煤石油石油天然气天然气核电、水电核电、水电22331968.9%21.0%2.9%7.2%根据有关部门分析得出的结果,我国能源消耗总量大致是根据有关部门分析得出的结果,我国能源消耗总量大致是2020年年2229亿吨,亿吨,2050年年3347亿吨。即中国在未来亿吨。即中国在未来50年内能源需求年内能源需求总量将会增长到现在的总量将会增长到现在的3倍。倍。绪 论2.2.能源利用效率低能源利用效率低能源开发利
2、用设备和技术落后,能源利用效率低,浪费严重能源开发利用设备和技术落后,能源利用效率低,浪费严重l 我国能源终端利用效率仅为我国能源终端利用效率仅为33,比发达国家低约,比发达国家低约1020个百分点个百分点l 单位产品的能耗平均比发达国家高约单位产品的能耗平均比发达国家高约40%l 单位国民经济产值的能耗是日本的单位国民经济产值的能耗是日本的6倍,美国的倍,美国的3倍,韩国的倍,韩国的4.5倍倍3.3.能源品种以煤为主,污染严重能源品种以煤为主,污染严重典型的能源消费型污染典型的能源消费型污染煤炭消费型污染煤炭消费型污染绪 论4 4、解决能源问题的途径、解决能源问题的途径(1 1)节流)节流节
3、约能源法节约能源法(2 2)开源)开源 保证常规能源供给,保证常规能源供给,加大新能源、可再生能源的开发加大新能源、可再生能源的开发绪 论第一章第一章 能源与能量能源与能量1.1 1.1 能量能量1.2 1.2 能源的分类和评价能源的分类和评价1.3 1.3 能源与人类文明能源与人类文明1.4 1.4 能源资源生产和消费能源资源生产和消费 所谓能量,广义地说,就是所谓能量,广义地说,就是“产生某种效果(变化)的能力产生某种效果(变化)的能力”。反过来说,产生某种效果(变化)的过程必然伴随着能量的消耗或反过来说,产生某种效果(变化)的过程必然伴随着能量的消耗或转化。转化。一、能量的定义一、能量的
4、定义第一章 能源与能量 科学史观还认为,物质是某种既定的东西,既不能被创造也科学史观还认为,物质是某种既定的东西,既不能被创造也不能被消灭,因此作为物质属性的能量也一样不能创造和消灭。不能被消灭,因此作为物质属性的能量也一样不能创造和消灭。能量和物质质量之间的关系是爱因斯坦于能量和物质质量之间的关系是爱因斯坦于1922年揭示的,即:年揭示的,即:E=m c2 能量的单位能量的单位国际单位制中:国际单位制中:J J(焦耳)(焦耳)单位时间能量的释放:单位时间能量的释放:W KW MWW KW MW 工程:卡、标准煤、标准油工程:卡、标准煤、标准油第一章 能源与能量 到目前为止,人类所认识的能量有
5、到目前为止,人类所认识的能量有 机械能机械能 热能热能 电能电能 辐射能辐射能 化学能化学能 核能核能三、能量的形式三、能量的形式第一章 能源与能量1.1.机械能机械能 机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量,前者称机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量,前者称之为动能,后者称之为势能。它们都是人类最早认识的能量形式。之为动能,后者称之为势能。它们都是人类最早认识的能量形式。动能:是指系统(或物体)由于作机械运动而具有的作功能力动能:是指系统(或物体)由于作机械运动而具有的作功能力 221mvEk第一章 能源与能量势能:与物体的状态有关势能:与物体的状态有关重力势能:受重力作用
6、的物体因其位置高度不同而具有重力势能:受重力作用的物体因其位置高度不同而具有mgHEp第一章 能源与能量弹性势能:物体由于弹性变形而具有的作功本领弹性势能:物体由于弹性变形而具有的作功本领表面能:表面能:即不同类物质或同类物质不同相的分界面上,即不同类物质或同类物质不同相的分界面上,由于表面张力的存在而具有的作功能力由于表面张力的存在而具有的作功能力221kxE 第一章 能源与能量2.2.热能热能热能:热能:是能量的一种基本形式,所有其它形式的能量都可以完全转是能量的一种基本形式,所有其它形式的能量都可以完全转换为热能,而且绝大多数的一次能源都是首先经过热能形式而被利换为热能,而且绝大多数的一
7、次能源都是首先经过热能形式而被利用的,因此热能在能量利用中有重要意义。用的,因此热能在能量利用中有重要意义。热能构成:热能构成:物质的微观分子运动的动能和势能总和称之为热能。这物质的微观分子运动的动能和势能总和称之为热能。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。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。第一章 能源与能量3.3.电能电能 电能:电能:和电子流动与积累有关的一种能量,通常是由电池中和电子流动与积累有关的一种能量,通常是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
8、以通过电动机转换为机械能,从而显示出电做功的本领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。UIEe第一章 能源与能量4.4.辐射能辐射能辐射能:辐射能:是物体以电磁波形式发射的能量。物体会因各种原因发是物体以电磁波形式发射的能量。物体会因各种原因发出辐射能。出辐射能。其中从能量利用的角度而言,因热的原因而发出的辐射能其中从能量利用的角度而言,因热的原因而发出的辐射能(又称热辐射能)是最有意义的,例如地球表面所接受的太阳能就(又称热辐射能)是最有意义的,例如地球表面所接受的太阳能就是最重要的热辐射能。是最重要的热辐射能。40100TcE第一章 能源与能量5.5.化学能化学能化学能:化
9、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成为化学能。燃料燃烧时的化学能常用燃料的式释放的内能成为化学能。燃料燃烧时的化学能常用燃料的发热量发热量表示。表示。第一章 能源与能量6.6.核能核能 核能:核能:是蕴藏在原子核内部的物质结构能。轻质量的原子核是蕴藏在原子核内部的物质结构能。轻质量的原子核(氘、等)和重质量的原子核(铀等)其核子之间的结合力比中等(氘、等)和重质量的原子核(铀等)其核子之间的结合力
10、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。出巨大的结合能。第一章 能源与能量四、能量的性质四、能量的性质1 1、状态性、状态性2 2、可加性、可加性3 3、传递性、传递性),(TpfE 第一章 能源与能量4 4、转换性、转换性 核心任务研究如何提高能量的转换效率核心任务研究如何提高能量的转换效率5 5、做功性、做功性 根据做功能力分高品质能、低品质能、废能根据做功能力分高品质能、低品质
11、能、废能6 6、贬值性、贬值性 质的贬值质的贬值第一章 能源与能量五、能量的转换五、能量的转换1 1、能量形态上的转换:、能量形态上的转换:如燃料的化学能通过燃烧如燃料的化学能通过燃烧转换成热能,热能通过热机再转换成机械能等转换成热能,热能通过热机再转换成机械能等 2 2、能量在空间上的转移:、能量在空间上的转移:即能量的传输即能量的传输3 3、能量在时间上的转移:、能量在时间上的转移:即能量的储存即能量的储存 第一章 能源与能量3、能量的传递方式、能量的传递方式 能量传递的途径基本有两条:能量传递的途径基本有两条:由物质交换和质量迁移而携由物质交换和质量迁移而携带的能量称为带的能量称为携带能
12、携带能,在体系边界面上的能量交换称为,在体系边界面上的能量交换称为交换能交换能。体系边界面上的能量交换,通常主要以两种方法进行:体系边界面上的能量交换,通常主要以两种方法进行:传热传热有温差引起的能量交换,这是能量传递的微观形;有温差引起的能量交换,这是能量传递的微观形;作功作功由非温差引起的能量交换,这是能量传递的宏观形式。由非温差引起的能量交换,这是能量传递的宏观形式。第一章 能源与能量 通过能量交换而实现的能量传递,即传热和作功,其具体方通过能量交换而实现的能量传递,即传热和作功,其具体方式为:式为:传热的三种基本方式是传热的三种基本方式是热传导、热对流和热辐射;热传导、热对流和热辐射;
13、123第一章 能源与能量 作功(这里指机械功)的三种基本方式是容积功、作功(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)。转动轴功和流动功(推动功)。第一章 能源与能量第二节能源的分类和评价第二节能源的分类和评价一、能源的分类一、能源的分类 1 1、按地球上的能量来源分:、按地球上的能量来源分:地球本身蕴藏的能源地球本身蕴藏的能源:核能、地热能;:核能、地热能;来自地球外天体的能源来自地球外天体的能源:宇宙射线、太阳能以及由太阳能引起:宇宙射线、太阳能以及由太阳能引起的水能、风能、波浪能、海洋温差能;的水能、风能、波浪能、海洋温差能;地球与其它天体相互作用的能源地球与其它天
14、体相互作用的能源:潮汐能。:潮汐能。2 2、按被利用的程度分:、按被利用的程度分:常规能源常规能源:开发利用时间长、技术成熟、能大量生产并广泛使用,:开发利用时间长、技术成熟、能大量生产并广泛使用,如煤炭、石油、天然气、水能等;如煤炭、石油、天然气、水能等;新能源新能源:开发利用较少或正在研究开发之中,太阳能、地热能、:开发利用较少或正在研究开发之中,太阳能、地热能、潮汐能、生物质能,核能。潮汐能、生物质能,核能。第一章 能源与能量3 3、按获得的方法分、按获得的方法分 一次能源一次能源,即可供直接利用的能源,如煤、石油、天然气、风能、,即可供直接利用的能源,如煤、石油、天然气、风能、水能水能
15、 二次能源二次能源,即由一次能源直接或间接转换而来的能源,如电、蒸,即由一次能源直接或间接转换而来的能源,如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等汽、焦炭、煤气、氢等4 4、按能否再生分、按能否再生分 可再生能源可再生能源,即不会随它本身的转化或人类的利用而日益减少,即不会随它本身的转化或人类的利用而日益减少,如水能、风能、潮汐能、太阳能等;如水能、风能、潮汐能、太阳能等;非再生能源非再生能源,它随人类的利用而越来越少,如石油、煤、天然气、,它随人类的利用而越来越少,如石油、煤、天然气、核燃料等。核燃料等。第一章 能源与能量5 5、按能源本身性质分、按能源本身性质分 含能体能源含能体能源,如石油、煤、天然
16、气、地热、氢等,它们可以直接,如石油、煤、天然气、地热、氢等,它们可以直接储存;储存;过程性能源过程性能源,它们无法直接储存,如水能、风能、潮汐能、电能,它们无法直接储存,如水能、风能、潮汐能、电能等。等。6 6、按对环境的污染情况分、按对环境的污染情况分 清洁能源清洁能源,即对环境无污染或污染很小的能源,如太阳能、水,即对环境无污染或污染很小的能源,如太阳能、水能、海洋能等能、海洋能等 非清洁能源非清洁能源,即对环境污染较大的能源,如煤、石油等。,即对环境污染较大的能源,如煤、石油等。第一章 能源与能量二、能源的评价二、能源的评价 储量储量 储能的可能性储能的可能性 与供能的连续性与供能的连
17、续性 能量密度能量密度 汽油:汽油:4.44.410104 4(kJ/kg)(kJ/kg)氘(核聚变):氘(核聚变):3.53.510101111(kJ/kg)(kJ/kg)开发费用和利用能源的设备费用开发费用和利用能源的设备费用 运输费用与损耗运输费用与损耗 能源的品位能源的品位 对环境的影响对环境的影响 第一章 能源与能量储量储量人均占有量人均占有量主要分布主要分布地区地区能源消费构成能源消费构成62年年99年年煤煤15万亿吨,居万亿吨,居世界第三世界第三人均可采储量人均可采储量98.94t,占世界人均占世界人均数量的数量的53%东北华北东北华北西北西南西北西南89.267.1石油石油可采
18、储量可采储量38亿亿吨,居世界第吨,居世界第11位位人均储量人均储量10吨居世吨居世界第界第41位位东北华北东北华北西北西北6.623.4天然天然气气10288亿立方米,亿立方米,居世界第居世界第14位位人均占有量为世界人均占有量为世界的的10%西北西南西北西南(新青川(新青川渝陕甘)渝陕甘)0.92.8水能水能世界第一世界第一低于平均世界水平低于平均世界水平西南、中西南、中南、西北南、西北3.26.7第四节第四节 能源资源生产与消费能源资源生产与消费第一章 能源与能量 1.1.煤炭煤炭 煤炭是地球上蕴藏量最丰富,分布地域最广的化石燃料。据世煤炭是地球上蕴藏量最丰富,分布地域最广的化石燃料。据
19、世界能源委员会的评估,世界煤炭可采资源量达界能源委员会的评估,世界煤炭可采资源量达4 4848410 10 4 4亿亿t t标准标准煤,占世界化石燃料可采资源量的煤,占世界化石燃料可采资源量的66668 8。第一章 能源与能量 2.2.石油石油 全世界石油可采储量为全世界石油可采储量为3113311310108 8吨,到吨,到19971997年累计探明的可年累计探明的可采储量为采储量为2800280010108 8吨,截止吨,截止19971997年,已探明剩余储量则为年,已探明剩余储量则为1396.61396.610108 8吨,这样算下来还有吨,这样算下来还有31331310108 8吨石油
20、有待去探察。吨石油有待去探察。如果加上相当数量的非常规石油(油页岩、油沙等),估计石如果加上相当数量的非常规石油(油页岩、油沙等),估计石油资源可持续开发油资源可持续开发7070余年。余年。第一章 能源与能量 3.3.天然气天然气 天然气是另一种最重要的能源,估计全球天然气的的资源量为天然气是另一种最重要的能源,估计全球天然气的的资源量为32832810101212m m3 3,截止于,截止于19971997年,已探明的储量为年,已探明的储量为143.9143.910101212m m3 3,可,可持续开发持续开发100100余年。余年。天然气储量俄罗斯占有量最多,其次为中东地区,美国也是天然
21、天然气储量俄罗斯占有量最多,其次为中东地区,美国也是天然气大国,中国也在其中。气大国,中国也在其中。第一章 能源与能量 4.4.核能核能 3131个国家开采成本在每千克个国家开采成本在每千克8080美元以下的铀储量为美元以下的铀储量为141141万吨,万吨,8013080130美元的铀储量为美元的铀储量为6767万吨,合计为万吨,合计为208208万吨;万吨;年产量年产量3.183.18万吨,还可开采万吨,还可开采6565年。年。第一章 能源与能量 5.5.水能水能 世界各国共计:理论水能蕴藏量世界各国共计:理论水能蕴藏量3535万亿万亿KWKWh h,可开采水能,可开采水能14.614.6万
22、亿万亿KWKWh h。第一章 能源与能量20052005年中国能源消费结构年中国能源消费结构 2005(万吨标准煤)(万吨标准煤)总量总量煤煤石油石油天然气天然气核电、水电核电、水电22331968.9%21.0%2.9%7.2%第五节第五节 能源与环境能源与环境第一章 能源与能量一、大气污染的基本知识一、大气污染的基本知识大气污染的定义大气污染的定义 在在干洁空气干洁空气中,微量气体的组成是微不足道的。但是在一定范中,微量气体的组成是微不足道的。但是在一定范围的大气中,出现了原来没有的微量物质,其数量和持续时间,都围的大气中,出现了原来没有的微量物质,其数量和持续时间,都有可能对人、动物、植
23、物及物品、材料产生不利影响和危害。当大有可能对人、动物、植物及物品、材料产生不利影响和危害。当大气中污染物质的浓度达到有害程度,以至破坏生态系统和人类正常气中污染物质的浓度达到有害程度,以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件,对人或物造成危害的现象叫做生存和发展的条件,对人或物造成危害的现象叫做大气污染。大气污染。第一章 能源与能量 造成大气污染的原因,既有自然因素又有人为因素,尤其是造成大气污染的原因,既有自然因素又有人为因素,尤其是人人为因素为因素,如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。随着人类经济,如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。随着人类经济活动和生产的迅速发展,在大量消耗能源
24、的同时,同时也将大量的活动和生产的迅速发展,在大量消耗能源的同时,同时也将大量的废气、烟尘物质排入大气,严重影响了大气环境的质量,特别是在废气、烟尘物质排入大气,严重影响了大气环境的质量,特别是在人口稠密的城市和工业区域。人口稠密的城市和工业区域。二、大气污染的原因二、大气污染的原因第一章 能源与能量三、大气污染的类型三、大气污染的类型1.按污染物形式:按污染物形式:(1)一次污染物:一次污染物:直接从多种排放源进入大气中的各种气体、蒸直接从多种排放源进入大气中的各种气体、蒸气和颗粒物。气和颗粒物。二氧化硫二氧化硫(SO2)、一氧化碳、一氧化碳(CO)、烟尘、二氧化碳、烟尘、二氧化碳(CO2)
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