2能量的转换和储存1次课件.ppt

1、n 能量的基本性质能量的基本性质n 能量转换的主要燃料能量转换的主要燃料n 热能的产生热能的产生n 机械能的获取机械能的获取n 电能的生产电能的生产n 能量的储存能量的储存无无序序能能有有序序能能不不完完全全、有有条条件件完完全全、无无条条件件无无序序能能有有序序能能无无序序有有序序运运动动n “”的多少的多少 “”的高低的高低 n 自然界一切物体都具有能量，能量有自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中能量的总一个物体，在转化和传递中能量的总量恒定不

2、变。量恒定不变。 一个封闭系统中的任何一个封闭系统中的任何自发自发性变化性变化，都必然朝着能量贬值，都必然朝着能量贬值（熵增）的方向发展，而最后（熵增）的方向发展，而最后的平衡状态，则对应于熵的最的平衡状态，则对应于熵的最大可能值。能量有品位。大可能值。能量有品位。n 克劳修斯说法：克劳修斯说法：“。”n 开尔文说法：开尔文说法：“n 第二类永动机：第二类永动机：把能够从单一热源取热，使之完全变把能够从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化的机器。并不违反热力学第一为功而不引起其它变化的机器。并不违反热力学第一定律。热效率定律。热效率而且可以利用大气、海洋和地而且可以利用大气、海洋和地壳

3、作热源。壳作热源。n 以海洋为热源，共有以海洋为热源，共有的海水，海水的温度的海水，海水的温度下降下降，可放出，可放出的热量，约的热量，约合合标准煤，相当于目前全世界每年能耗的标准煤，相当于目前全世界每年能耗的。n 首个成型第二类永动机装置：首个成型第二类永动机装置：1881年美国人年美国人约约翰翰嘎姆吉嘎姆吉为美国海军设计的为美国海军设计的零发动机零发动机，利用海水，利用海水的热量将液氨汽化，推动机械运转。无法持续运的热量将液氨汽化，推动机械运转。无法持续运转，因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条转，因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。件下无法重新液化

4、，因而不能完成循环。n第三类永动机：做功要以消耗单一热源的能量为代价，理论上不违反热力学第一定律；而若要不违反热力学第二定律，即满足熵增加原理(S0)，则必须使绝对温度T0，或者说存在负绝对温度。这就是第三类永动机的工作环境，也是第二类永动机与第三类永动机的区别所在n1951年珀塞尔和庞德在实验中成功地证实了负绝对温度的存在。但负绝对温度存在所必须的苛刻条件注定了第三类永动机在实际中根本无法实现。 ：通过燃烧过程而将化学能转换为：通过燃烧过程而将化学能转换为热能的物质。热能的物质。n 所有所有化石燃料化石燃料及由化石燃料加工而成的及由化石燃料加工而成的其它含能体；其它含能体；n 所有所有生物燃

5、料生物燃料以及由生物燃料加工而成以及由生物燃料加工而成的含能体。的含能体。能源能源能源形态转换过程能源形态转换过程转换机械或系统转换机械或系统石油、煤石油、煤炭、天然炭、天然气等矿物气等矿物燃料燃料氢和酒精氢和酒精等二次能等二次能源源化学能化学能 热能热能化学能化学能 热能热能 机械能机械能化学能化学能 热能热能 机械能机械能 电能电能化学能化学能 电能电能 热能热能化学能化学能 电能电能炉子、燃烧器炉子、燃烧器各种热力发动机各种热力发动机热机、发电机，磁流体热机、发电机，磁流体发电，发电，EGDEGD发电（压电发电（压电效应）效应）热力发电，热电子发电热力发电，热电子发电燃料电池燃料电池能源

6、能源能源形态转换过程能源形态转换过程转换机械或系统转换机械或系统水力、风水力、风力、潮汐、力、潮汐、海流、波海流、波浪浪 太阳能太阳能机械能机械能 机械能机械能机械能机械能 机械能机械能 电能电能光能光能 热能热能光能光能 热能热能 机械能机械能 电能电能光能光能 热能热能 电能电能光能光能 电能电能光能光能 化学能化学能光能光能 生物能生物能电磁波电磁波 电能电能水车、风车。水轮机水车、风车。水轮机发电机，波力发电、风力发电机，波力发电、风力发电、潮汐发电、海流发电发电、潮汐发电、海流发电热水器，采暖、制冷、光化热水器，采暖、制冷、光化学反应，太阳灶学反应，太阳灶太阳热发动机太阳热发动机太阳

7、热发电太阳热发电热力发电，热电子发电热力发电，热电子发电光电池、光化学电池光电池、光化学电池光化学反应（水分解）光合光化学反应（水分解）光合成成能源能源能源形态转换过程能源形态转换过程转换机械或系统转换机械或系统核能核能核分裂核分裂 热能热能 机械能机械能 电能电能核分裂核分裂 热能热能核分裂核分裂 热能热能 电能电能核分裂核分裂 电磁能电磁能 电能电能核聚变核聚变 热能热能 机械能机械能 电能电能电能电能 光（激光）光（激光） 热能热能电能电能 热能热能 聚变聚变 核发电，磁流体发电核发电，磁流体发电核能炼钢核能炼钢热力发电，热电子发电热力发电，热电子发电光电池光电池核聚变发电核聚变发电n

8、燃料燃烧燃料燃烧n 核能转换核能转换n 太阳能转换太阳能转换n 地热地热n 电能转换电能转换n 燃料燃烧的必要条件燃料燃烧的必要条件n 燃烧所需的空气量燃烧所需的空气量n 燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量燃燃烧烧器器燃燃烧烧容容器器内内燃燃烧烧气气体体燃燃料料的的燃燃烧烧外外燃燃内内燃燃油油的的燃燃烧烧层层燃燃（层层状状燃燃烧烧）室室燃燃（粉粉状状燃燃烧烧）煤煤的的燃燃烧烧燃燃烧烧方方式式n锅炉锅炉n工业炉窑工业炉窑化学能化学能 热能热能 机机械械能能化化学学能能风风能能水水能能电电能能热热能能n 热机效率：卡诺效率热机效率：卡诺效率n 内燃机：内燃机： 往复运动热机往复运动热机n 燃气轮机：

9、燃气轮机： 外燃式热机外燃式热机n 蒸汽轮机蒸汽轮机 将蒸汽热能转换将蒸汽热能转换为机械功的热机为机械功的热机燃烧室燃烧室发电机发电机燃燃料料空气空气废气废气异异步步电电动动机机同同步步电电动动机机交交流流电电动动机机复复励励式式并并励励式式串串励励式式直直流流电电动动机机励磁绕组与电枢绕组并联、串联或多个励磁绕组与电枢绕组并联、串联或多个 电能电能热能热能核能核能辐射能辐射能化学能化学能差差磁流体发电、热电偶温磁流体发电、热电偶温核电池核电池太阳能电池太阳能电池燃料电池、蓄电池燃料电池、蓄电池磁流体发电技术（等离子体发电技术）：燃料（石油、天然气、燃煤、核能等）直接加热成易于电离的气体-在2

10、000的高温下电离成导电的离子流-在磁场中高速流动时，切割磁力线，产生感应电动势。由热能直接转换成电流，由于无需经过机械转换环节，所以称之为“直接发电”。 n 电动机电动机n 发电机发电机n 磁流体发电磁流体发电n 热电偶温差发电热电偶温差发电n 热电子发电：利用热电子发电：利用高温电极高温电极发出的电子发出的电子把热能直接变成电能的发电技术把热能直接变成电能的发电技术磁流体发电技术n 电池电池n 燃料电池燃料电池 燃料电池是一种将燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电极反应直接转换成电能的装置。电能的装置。用于电动自行车的金属储氢装置n 光伏光伏 效应效应有

11、单晶硅、多晶硅及非晶硅太阳光电池有单晶硅、多晶硅及非晶硅太阳光电池 电洞 单晶硅单晶硅太阳能光伏发电太阳能光伏发电小型核电池：同位素的衰变产生电能小型核电池：同位素的衰变产生电能n在机械能、热能、化学能、在机械能、热能、化学能、辐射能、电能、核能等六种辐射能、电能、核能等六种主要类型的能量中，除主要类型的能量中，除辐射辐射能能外，都能储存在一些普通外，都能储存在一些普通种类的能量形式中。种类的能量形式中。n储能密度储能密度n储存过程的能量损耗储存过程的能量损耗n储存装置的经济性储存装置的经济性n储能和取能的速率储能和取能的速率n寿命（重复使用的次数）寿命（重复使用的次数）n对环境的影响对环境的

12、影响n机械能储存机械能储存n电能储存电能储存n热能储存热能储存p形式：形式：n机械能能以机械能能以动能或势能动能或势能的形式储存的形式储存n以以动能动能储存：旋转飞轮储存：旋转飞轮n以以势能势能储存：弹簧、扭力杆、储存：弹簧、扭力杆、 重力装置、重力装置、压缩空气储能压缩空气储能、 抽水储能抽水储能p压缩空气压缩空气：工业中常用的气源，除了吹：工业中常用的气源，除了吹灰、清砂外，还是风动工具和气动控制灰、清砂外，还是风动工具和气动控制系统的动力源。系统的动力源。u类型类型纯抽水蓄能电站：上游无水源，水循环纯抽水蓄能电站：上游无水源，水循环使用使用混合式抽水蓄能电站：混合式抽水蓄能电站： 上游有

13、天然径流，上游有天然径流， 两种发电方式两种发电方式：世界上第一座抽水蓄能电站于世界上第一座抽水蓄能电站于1882年诞生在年诞生在瑞士的苏黎世瑞士的苏黎世，至今已有一百二十五年的历，至今已有一百二十五年的历史。史。从上世纪从上世纪80年代到年代到2005年，我国已在年，我国已在个省、个省、区、市建成抽水蓄能电站装机容量约为区、市建成抽水蓄能电站装机容量约为，为世界第为世界第5位。在建的抽水蓄能电位。在建的抽水蓄能电站装机约站装机约11400MW，到时抽水蓄能电站的总，到时抽水蓄能电站的总装机可到装机可到17500MW左右。左右。广州从化抽水蓄能电站：大亚湾核电站的配套，山上、山下垂直高差达53

14、0多米，两座水库的蓄水量达2500万立方米，上、下水库和发电厂之间有直径达9米的巨大水管地下厂房地下厂房电站，装机容量电站，装机容量当今世当今世界上装机规模最大的抽水蓄能电站，一期全部竣界上装机规模最大的抽水蓄能电站，一期全部竣工仅工仅58个月。个月。电站，装机容量电站，装机容量单级可逆单级可逆式水泵水轮机组单机容量式水泵水轮机组单机容量设计水头设计水头以上，为世界先进水平。天荒坪平均达以上，为世界先进水平。天荒坪平均达最最高达高达抽水蓄能电站，最大扬程达抽水蓄能电站，最大扬程达，进，进入了世界上已投运的单级混流式抽水蓄能机组中入了世界上已投运的单级混流式抽水蓄能机组中扬程最高；扬程最高；十三

15、陵电站，装机容量十三陵电站，装机容量1992年建成的年建成的潘家口电站，装机容量潘家口电站，装机容量山西西龙池抽水蓄能电站：山西西龙池抽水蓄能电站：额定水头额定水头624m，上水库，上水库1492.5m，下水库正常，下水库正常蓄水位蓄水位838m江苏江苏浙江浙江安徽安徽湖北湖北西藏西藏泰安电站，装机容量泰安电站，装机容量桐柏电站，装机容量桐柏电站，装机容量宜兴电站，装机容量宜兴电站，装机容量张河湾电站，装机容量张河湾电站，装机容量琅琊山电站，装机容量琅琊山电站，装机容量n以以的形式储存的形式储存n以以的形式储存的形式储存 于蓄电池中于蓄电池中n以以的形式储存在的形式储存在 静电场和感应电场中静

16、电场和感应电场中u利用电化学原理利用电化学原理电电能能放放电电：化化学学能能化化学学能能充充电电：电电能能放放热热的的化化学学反反应应可可逆逆吸吸热热反反应应银银镉镉镍镍锌锌镍镍铁铁镍镍镉镉碱碱性性蓄蓄电电池池其其它它用用固固定定型型牵牵引引车车辆辆用用起起动动用用铅铅酸酸蓄蓄电电池池蓄电池由正极、负极、电解液、隔膜和容器等5部分组成。锂离子蓄电池 铅酸蓄电池 电能可用电能可用的形式储存在电容器中。的形式储存在电容器中。在在中广泛用作储能装置。中广泛用作储能装置。在在中用于提高电力系统或负荷的中用于提高电力系统或负荷的功率因素。功率因素。储能电容器广泛应用于储能电容器广泛应用于、等方面。等方面

17、。储存在由电流通过电磁铁等大型感应器储存在由电流通过电磁铁等大型感应器而建立的而建立的磁场磁场中。中。利用感应电场储存电能不常用，因为它利用感应电场储存电能不常用，因为它需要一个电流流经绕组去需要一个电流流经绕组去保持感应磁场保持感应磁场。p定义：把一个时期内暂时不需要的多余定义：把一个时期内暂时不需要的多余热量通过某种方式收集并储存起来，等热量通过某种方式收集并储存起来，等到需要时再提取使用。到需要时再提取使用。，以，以小时或更短的时间小时或更短的时间为周期，为周期，随时调整热能供需之间的不平衡；随时调整热能供需之间的不平衡；，以，以天或周天或周为储热周期，维持为储热周期，维持一天（或一周）

18、的热能供需平衡；一天（或一周）的热能供需平衡；，以，以季节或年季节或年为储存周期，调为储存周期，调节季节（或年）的热量供需关系。节季节（或年）的热量供需关系。n显热储存显热储存n潜热储存潜热储存n化学能储存化学能储存n地下含水层储热地下含水层储热 利用蓄热材料发生相变而储热利用蓄热材料发生相变而储热n固体液体相变蓄热固体液体相变蓄热n液体汽体相变蓄热（蒸汽蓄热器）液体汽体相变蓄热（蒸汽蓄热器）n解决采暖和空调解决采暖和空调季节性负荷问题季节性负荷问题的重要的重要途径之一，途径之一，地源热泵系统地源热泵系统。n利用地下岩层的空隙、裂隙、溶洞等利用地下岩层的空隙、裂隙、溶洞等储储水构造以及地下水水构造以及地下水，用管井回灌的方法，用管井回灌的方法，冬季把冬季把和夏季把和夏季把储存在含储存在含水层中，在冷、热不是同时需要的场所水层中，在冷、热不是同时需要的场所实现供冷、供热。实现供冷、供热。n含水层储热含水层储热n 含水层储冷含水层储冷n要求：必须具备灌得进、存得住、保温要求：必须具备灌得进、存得住、保温好、抽得出等条件。好、抽得出等条件。n广泛用于广泛用于、等工等工业部门，也用于影剧院和宾馆等建筑物业部门，也用于影剧院和宾馆等建筑物的夏季降温空调、冷却和洗涤用水，冬的夏季降温空调、冷却和洗涤用水，冬季采暖及锅炉房供水等。季采暖及锅炉房供水等。