新能源概论-新能源及其材料课件.ppt

1、新能源概论新能源概论新能源及其材料新能源及其材料o新能源概论新能源概论o新能源及其材料新能源及其材料新能源概论新能源概论目录目录一、能源的概念及分类一、能源的概念及分类二、新能源和可再生能源二、新能源和可再生能源三、氢能经济及燃料电池技术三、氢能经济及燃料电池技术四、氢能技术研发在重庆大学四、氢能技术研发在重庆大学五、几点感想五、几点感想o 能源是指一切能量比较集中的含能体和提供能量的物质运动形式 1.1 能源的概念能源的概念石油石油煤煤天然气天然气电电按能源的形成方式划分 一次能源直接来自自然界的未经加工转换的能源，如柴草、煤炭、原油、天然气、核燃料、水力、风力、太阳能、地热能、海洋能等。二

2、次能源把一次能源直接或间接转化来的能源称二次能源，如蒸汽、焦炭、洗煤、煤气、电力、汽、煤、柴、油、氢能等。1.2 能源的分类能源的分类按能源的使用性质划分 含能体能源 指能够提供能量的物质能源，其特点是可以保存且可储存运输，如煤炭、石油等。 过程性能源 指能够提供能量的物质运动形式，它不能保存、难于储存运输，如太阳能，电能等。 1.2 能源的分类能源的分类1.2 能源的分类能源的分类按能源可否再生划分 不可再生能源 指随人类的使用而减少的能源，如煤炭、原油、天然气等化石能源可再生能源 不随着人类使用而逐渐减少的能源 ，如水能、风能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能等非化石能源按现阶段使用的成熟

3、程度划分 常规能源 指人类已长期使用，巳在技术上也比较成熟的能源。新能源 指虽已开发并少量使用，不过技术上还未成熟而没有被普遍使用，但却具有潜在应用价值的能源。1.2 能源的分类能源的分类 随着技术和经济的发展以及人口的增长，人们对能源的需求越来越大，能源问题也越来越突出。 环境污染 化石燃料的使用带来了严重的环境污染, 导致了温室效应的产生和酸雨的形成。2005年2月16日，旨在减排室温气体的京都协议书已经正式生效。能源危机 石油、天然气和煤炭这三种人类使用的主要能源可开采年限，分别只有40 年、50 年和240 年。目前我国已经有超过31%的石油需要进口，而到2010年，这一数字将会增长到

4、45-55%。 1.3 能源问题能源问题正在开采的油井2、我国的能源结构、我国的能源结构 1、我国和世界的能源消耗、我国和世界的能源消耗20%的能源消耗生产了约的能源消耗生产了约5%的的GPD1.3 能源问题能源问题新能源技术新能源技术新能源和可再生能源新能源和可再生能源太阳能太阳能小水电小水电生物质能生物质能地热能地热能海洋能海洋能天然气水合物天然气水合物2 新能源的几种形式新能源的几种形式风能风能氢氢能能2.1 太阳能太阳能 按目前太阳的质量消耗速率计，可维持61010年。所以可以说它是“取之不尽，用之不竭”的能源。 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是人类可利用的最丰富的能源。

5、太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.051018千瓦时（3.781024J），相当于1.3106亿吨标准煤。1) 总量最大总量最大取之不尽，用之不竭（应对能源危机）2) 分布最广分布最广遍布世界各地（应对传统能源的区域差异和贸易壁垒）3) 最清洁最清洁利用过程中不会产生任何污染，也不会产生废弃物（应对环境恶化）4) 能源品位低能源品位低需要一定的面积保证（通常认为在不考虑地球大气吸收的情况下，功率是1.39KW/m2 ）5) 不稳定因素多不稳定因素多多数利用方式受天气状况影响2.1.1 太阳能特点太阳能特点2.1.2全球太阳能资源分布情况全球太阳能资源分布情况 我国太阳能分布：我国太阳能分布：

6、太阳能的高值中心和低太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬值中心都处在北纬22-35这一带，青这一带，青藏高原是高值中心，四藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部地阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低区外，基本上是南部低于北部。于北部。2.1.3 我国太阳能资源分布特点我国太阳能资源分布特点光光热热转化转化2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光光电电转化转化光光化化学转化学转化2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光热转化光热转化光热转化：光热转化：就是把太阳

7、辐射能通就是把太阳辐射能通过各种集热装置（集热器）转变过各种集热装置（集热器）转变成热能。主要包括热水器、干燥成热能。主要包括热水器、干燥器、采暖和制冷、太阳房、太阳器、采暖和制冷、太阳房、太阳灶和高温炉、海水淡化装置、水灶和高温炉、海水淡化装置、水泵、热力发电装置及太阳能医疗泵、热力发电装置及太阳能医疗器具；器具；北京2008奥运会的示范工程，中国太阳能第一楼平板太阳能热水器平板太阳能热水器产水量大，利于清洁，热效率高，是与建筑物相结合的首选产品。但不抗冻，环境温度0时则不能工作，广泛运用于非结冰地区，国外90%以上的用户使用本产品（通过改造的平板热水器可抗严寒）。真空管太阳能热水器真空管太

8、阳能热水器高硼硅玻璃真空管具有一定的抗冻能力，可在15的环境中照常工作。管内走水，易炸裂，时间长了会有水垢积存，影响热效率， 热管太阳能热水器热管太阳能热水器 在普通真空太阳集热管中加上传热导管即可，因为增加了传热介质，热效率有一定损耗。优点是管内无水，永不结垢，适用严寒地区使用。2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光热转化光热转化太阳能热水器与其它热水器使用效益比较表太阳能热水器与其它热水器使用效益比较表 热水器装置类别热水器装置类别太阳能热水器太阳能热水器燃气热水器燃气热水器电热水器电热水器装置投资（元）装置投资（元）30001000(含钢瓶含钢瓶)600装置寿命（年）装置寿命（年

9、）1565每年燃料动力费每年燃料动力费（元）（元）081067515年需总费用（元）年需总费用（元）300015150119252.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光热转化光热转化2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光电转化光电转化光电转化：光电转化：就是通过太阳就是通过太阳能电池（光电池、光伏电能电池（光电池、光伏电池）将太阳辐射能直接转池）将太阳辐射能直接转变成电能。各种规格类型变成电能。各种规格类型的太阳电池板和供电系统的太阳电池板和供电系统均属这一类。均属这一类。2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光电转化光电转化工作原理：工作原理：光伏发电是根据光生伏打效应，

10、将太阳光直接转化为电能。2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光电转化光电转化光伏材料光伏材料特点特点结晶硅材料保持着目前最高的光电转化效率（实验室24.4%，商业12%16% ），纳米晶硅薄膜光伏电池发展较快，光吸收系数较低，当样品厚度小于100m时，几乎不能吸收hvEg的全部光子。非晶硅材料目前较高的多晶硅电池转换效率为19%(德国费莱堡太阳能研究所)，实为硅氢合金材料，其光学禁带宽度为1.12-1.7eV。到目前为止该类光伏电池的光电转化效率还比较低，存在光致退化效应。铜铟硒光伏材料最高转换效率已经达到18.8%(NREL)，三元化合物半导体，禁带宽度覆盖了最主要的太阳光谱部分。碲

11、化鎘材料目前实验室电池的效率达到16%，大面积商业模件的效率为10%，为多晶材料，晶粒间界增强了光生少数载流子的收集。有机半导体光伏材料光电转化效率已经达到3%，主要有酞菁锌(ZnPc)、甲基卟啉(TTP)、聚苯胺(Pam)等。通过适当的化学掺杂可提高电子迁移率，禁带宽度为几个电子伏特。可能在非常低的温度下，以低廉的价格进行大面积的光伏电池制备。染料敏化纳米晶TiO2材料光电转化效率达到了7%，建立在快速的再生型光电转换过程之上，对于低电阻的电子传输过程来说，对电极上常常会覆盖一层Pt催化剂。 在光伏发电中，半导体材料起着关键的作用，目前主要的光伏材料有：在光伏发电中，半导体材料起着关键的作用

12、，目前主要的光伏材料有： 太阳能发电站太阳能发电站2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光电转化光电转化2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光电转化光电转化太阳能汽车太阳能汽车2.1.4 太阳能的利用方式太阳能的利用方式光电转化光电转化n日本通产省(MITI)第二次新能源分委会宣布了光伏、风能和太阳热利用计划，2010年光伏发电装机容量达到5GW n欧盟可再生能源白皮书及相伴随的“起飞运动”是驱动欧洲光伏发展的里程碑，总目标是2010年光伏发电装机容量达到3GW n美国能源部制定了从2000年1月1日开始的新5年国家光伏计划和20202030年的长期规划，按照预计的发展速度，20

13、10年美国光伏发电装机容量达到4.7GW n澳大利亚计划于2010年使光伏发电的装机容量达到0.75GW2.1.4太阳能的利用方式太阳能的利用方式光化学转化光化学转化光化学转化：光化学转化：就是用光和物质就是用光和物质相互作用引起化学变化的过程。相互作用引起化学变化的过程。这种转换技术包括半导体电极这种转换技术包括半导体电极产生电而电解水产生氢、利用产生电而电解水产生氢、利用氢氧化钙或金属氢化物热分解氢氧化钙或金属氢化物热分解储能等。储能等。 2.2 生物质能生物质能 生物质能是指绿色植物通过光合生物质能是指绿色植物通过光合用将太阳能转化为化学能而储存在生物用将太阳能转化为化学能而储存在生物质

14、内部的能量。据估计地球上每年植物质内部的能量。据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达光合作用固定的碳达2x1011t，含能量，含能量达达3x1021J，因此，因此每年通过光合作用贮每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相，相当于当于全世界每年耗能量的全世界每年耗能量的10倍倍。 2.2.1 生物质能的特点生物质能的特点优点：优点：燃烧容易，污染少，灰分较低。燃烧容易，污染少，灰分较低。缺点：缺点：热值及热效率低，体积大而不易运输，热值及热效率低，体积大而不易运输，直接燃烧生物质的热效率仅为直接燃烧生物质的热效率仅为10一一30。2.2.2 生物质能种类

15、生物质能种类生物质能通常包括以下几个方面：生物质能通常包括以下几个方面：1）木材及森林工业废弃物；）木材及森林工业废弃物；2）农业废弃物；）农业废弃物；3）水生植物；）水生植物；4）油料植物；）油料植物；5）城市和工业有机废弃物；）城市和工业有机废弃物；6）动物粪便。）动物粪便。2.2.3 生物质能的利用生物质能的利用直接燃烧直接燃烧 农牧民学习使用节柴灶 生物质的直接燃烧在今后相生物质的直接燃烧在今后相当长的时期内仍将是我国农村生当长的时期内仍将是我国农村生物质能利用的主要方式。推广热物质能利用的主要方式。推广热效率可达效率可达20%30%的节柴灶这的节柴灶这种技术已被国家列为农村能源建种技

16、术已被国家列为农村能源建设的重点任务之一。设的重点任务之一。 物化转化主要包括干馏技术、生物质气化物化转化主要包括干馏技术、生物质气化技术及热裂解技术等。可以把生物质转变成热技术及热裂解技术等。可以把生物质转变成热值较高的可燃气、固定碳、木焦油及木醋液等值较高的可燃气、固定碳、木焦油及木醋液等物质。可燃气含甲烷、乙烷、氢气、一氧化碳、物质。可燃气含甲烷、乙烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等，可做生活燃气或工业用气。二氧化碳等，可做生活燃气或工业用气。2.2.3 生物质能的利用生物质能的利用物化转化物化转化秸杆发电2.2.3 生物质能的利用生物质能的利用生化转化生化转化 生化转化主要包括厌氧消化技术

17、和生化转化主要包括厌氧消化技术和酶技术。厌氧消化是利用厌氧微生物的酶技术。厌氧消化是利用厌氧微生物的生长代谢过程将生物质转化为生长代谢过程将生物质转化为CH4 等可等可燃气体，同时得到厌氧发酵液、渣等厌燃气体，同时得到厌氧发酵液、渣等厌氧发酵残留物，用作农田肥料，效果很氧发酵残留物，用作农田肥料，效果很好。好。 酶技术是利用微生物体内的酶分解酶技术是利用微生物体内的酶分解生物质，生产液体燃料，如乙醇、甲醇生物质，生产液体燃料，如乙醇、甲醇等。等。2.2.4 生物质能的发展前景生物质能的发展前景表 1 2003年我国生物质能开发利用量 从资源和技术（包括技术的经济性）两方面看，利用生物质能发电和

18、生产生从资源和技术（包括技术的经济性）两方面看，利用生物质能发电和生产生物燃油在我国有广阔的发展前景，将为满足我国的电力需求、石油需求起到重要物燃油在我国有广阔的发展前景，将为满足我国的电力需求、石油需求起到重要作用，而且具有良好的经济、环境和社会效益。作用，而且具有良好的经济、环境和社会效益。 2.3 风能风能 风能是太阳辐射造成地球风能是太阳辐射造成地球各部分受热不均，引起空气运各部分受热不均，引起空气运动而产生的能量。动而产生的能量。太阳能在地太阳能在地面上约面上约2转变为风能转变为风能，全球，全球风力用于发电功率可达风力用于发电功率可达11.3万亿万亿kW。2.3.1 风能的特点风能的

19、特点风能的优点：风能的优点：1) 蕴藏量大、分布广泛蕴藏量大、分布广泛2) 无污染、可再生无污染、可再生3) 适应性强、发展潜力大适应性强、发展潜力大风能的限制性：风能的限制性： 能量密度低，只有水力的能量密度低，只有水力的l8l6 不稳定性，气流瞬息万变不稳定性，气流瞬息万变 地区差异大地区差异大 资源丰富区有山东、辽资源丰富区有山东、辽东半岛、黄海之滨，南澳岛东半岛、黄海之滨，南澳岛以西的南海沿海、海南岛和以西的南海沿海、海南岛和南海诸岛，内蒙古从阴山山南海诸岛，内蒙古从阴山山脉以北到大兴安岭以北，新脉以北到大兴安岭以北，新疆达坂城、阿拉山口，河西疆达坂城、阿拉山口，河西走走 廊，松花江下

20、游，张家口廊，松花江下游，张家口北部等地，以及分布各地的北部等地，以及分布各地的高山山口和山顶。高山山口和山顶。2.3.2 我国风能的分布我国风能的分布利用风力可以发电、提水、助航、制冷、致热等。利用风力可以发电、提水、助航、制冷、致热等。2.3.3 风能的利用风能的利用不同能源发电成本2.3.3 风能的利用风能的利用2.3.3 风能的利用风能的利用国家国家累计装机累计装机2002-2003增长增长速度速度(%)3年平均增长年平均增长速度速度(%)2001年底年底2002年底年底2003年底年底德国德国8734119681461222.133.8美国美国42454674636136.134.6

21、西班牙西班牙35505043642027.331.3丹麦丹麦2456288030766.89.5印度印度14561702212524.920.3意大利意大利70080692214.429.5英国英国52557075933.121.3荷兰荷兰52372793829.025.6中国中国40647357120.717.5日本日本35748676156.675.1世界前世界前10名名22957293293654524.629.2世界总计世界总计24927320374030125.629.2世界风电市场前世界风电市场前10名国家的风电发展增速统计名国家的风电发展增速统计 经过多年的努力，截至经过多年的努

22、力，截至2002年底，我国风力发电的装机年底，我国风力发电的装机容量已经达到了容量已经达到了46.85万千瓦（不包括台湾地区）。万千瓦（不包括台湾地区）。2.3.4 我国风能的发展现状我国风能的发展现状我国大型风电机组历年总装机容量图2.4 小水电小水电 所谓小水电，通常是指电所谓小水电，通常是指电站总容量在站总容量在5 万万kW以下的小型以下的小型水电站及与其相配套的小电网水电站及与其相配套的小电网的统称。小水电的开发方式，的统称。小水电的开发方式，按照集中水头的办法，可分为按照集中水头的办法，可分为引水式、堤坝式和混合式三类。引水式、堤坝式和混合式三类。 2.4.1 小水电的特点小水电的特

23、点 工程简单、建设工期短，一工程简单、建设工期短，一次基建投资小，水库的淹没损失、次基建投资小，水库的淹没损失、移民、环境和生态等方面的综合移民、环境和生态等方面的综合影响甚小。而且小水电接近用户，影响甚小。而且小水电接近用户，输变电设备简单、线路输电损耗输变电设备简单、线路输电损耗小，水电发电的效率为同等规模小，水电发电的效率为同等规模的热电站的两倍以上。的热电站的两倍以上。2.4.2 小水电资源分布小水电资源分布按有利情况估计按有利情况估计(MW)地区地区 1990年年 2000年年 2005年年 2010年年 2020年年北美洲北美洲 4302 6829 8604 9849 12906拉

24、丁美洲拉丁美洲 1113 2125 2937 3839 6557西欧西欧 7231 11478 14462 16555 21692东欧及独联体东欧及独联体 2296 3645 4592 5257 6889中东及北非洲中东及北非洲 45 86 119 156 266次撒哈拉非洲次撒哈拉非洲 181 345 477 624 1065太平洋太平洋 102 162 204 234 306中国中国 3890 7428 10264 13415 22915亚洲亚洲 343 655 905 1183 2021合计合计 19503 32753 42564 51112 74616注：包括小于注：包括小于 10MW

25、的水电站的水电站2.4.3 小水电资源发展预测小水电资源发展预测2.4.4 小水电发展前景小水电发展前景 我国蕴藏着极其丰富的水力资源，全国水力资源理论蕴藏时我国蕴藏着极其丰富的水力资源，全国水力资源理论蕴藏时为为6.8亿千瓦，年电能亿千瓦，年电能 5.9万亿度，占目前世界电力需求量万亿度，占目前世界电力需求量15万亿万亿度的度的1/3，可开发资源的装机容量为，可开发资源的装机容量为3.78亿千瓦，年电能亿千瓦，年电能1.92万万亿度，适于建造小水电站的河流很多。随着小水电在我国的迅速发亿度，适于建造小水电站的河流很多。随着小水电在我国的迅速发展，必将成为农村和边远山区发电的主力。展，必将成为

26、农村和边远山区发电的主力。2.5 地热能地热能 地热能是指在当地热能是指在当前技术经济和地质环前技术经济和地质环境条件下，地壳内能境条件下，地壳内能够科学、合理地开发够科学、合理地开发出来的岩石中的热能出来的岩石中的热能量和地热流体中的热量和地热流体中的热能量能量。2.5.1 地热能的分类地热能的分类 地热能按赋存形式可分为水热型（又分为干地热能按赋存形式可分为水热型（又分为干蒸汽型、湿蒸汽型和热水型）、地压型、干热岩蒸汽型、湿蒸汽型和热水型）、地压型、干热岩型和岩浆型四大类；型和岩浆型四大类； 按温度高低可分为高温型（按温度高低可分为高温型（150）、中温）、中温型（型（90149）和低温型

27、（）和低温型（ 89）。）。阿里地区地热田阿里地区地热田冰岛地热冰岛地热2.5.2 地热能的分布地热能的分布 就全球来说，地热资源的分布是不平衡的。明显的地就全球来说，地热资源的分布是不平衡的。明显的地温梯度每公里深度大于温梯度每公里深度大于30的地热异常区，主要分布在板的地热异常区，主要分布在板块生长、开裂块生长、开裂-大洋扩张脊和板块碰撞，衰亡大洋扩张脊和板块碰撞，衰亡-消减带部位。消减带部位。环球性的地热带主要有下列环球性的地热带主要有下列4个：个： 1）环太平洋地热带）环太平洋地热带2）地中海一喜马拉雅地热带）地中海一喜马拉雅地热带3）大西洋中脊地热带）大西洋中脊地热带4）红海一亚丁湾

28、一东非裂谷地热带）红海一亚丁湾一东非裂谷地热带 从直接利用地热的规模来说，最常用的是地从直接利用地热的规模来说，最常用的是地热水淋浴，占总利热水淋浴，占总利用量的用量的1/3以上，其次是以上，其次是地热水养殖和种植约占地热水养殖和种植约占20%，地热，地热采暖约采暖约占占13%，地热能，地热能工业利用约占工业利用约占2%。据美国地热资源委员会（。据美国地热资源委员会（GRC） 1990年的调查，世界上年的调查，世界上18个国家有地热发电，总装机容量个国家有地热发电，总装机容量5827.55兆瓦，装机容量在兆瓦，装机容量在100兆瓦以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意兆瓦以上的国家有美国、菲律宾

29、、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印尼。大利、新西兰、日本和印尼。2.5.3 地热能的开发地热能的开发西藏羊八井地热电站西藏羊八井地热电站 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、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。西藏、河北等省区。2.5.4 我国地热能的开发我国地热能的开发2.6 海洋能海洋能 海洋能是指海水在运动海洋能是指海水在运动过程中产生的能为人类利用过程中产生的能为人类利用的能量，的能量，理论能量总量约为理论能量总量约为766 亿千瓦亿千瓦，是名副其实的，是名副其实的“蓝色煤海蓝色煤海”。2.6.1 海洋能的分类海洋能的分

30、类按其成因可分为：按其成因可分为：潮汐能、波浪能、海流能、潮汐能、波浪能、海流能、温差能、盐差能等。温差能、盐差能等。按其储存形式可分为：按其储存形式可分为：机械能（潮汐能、波浪能和机械能（潮汐能、波浪能和海流能）、热能（海水温差海流能）、热能（海水温差能）和化学能（海水盐差能）能）和化学能（海水盐差能）浙江温岭江厦潮汐发电站，是世界第三大潮汐发电站。法国朗斯电站2.6.2 海洋能的利用海洋能的利用 海洋能最主要的利用方式就是发电。全球仅可利用的潮汐能就达海洋能最主要的利用方式就是发电。全球仅可利用的潮汐能就达30 亿千瓦，亿千瓦，年发电量约为年发电量约为26万亿度，这比目前世界上全部的水力发

31、电量大一倍。万亿度，这比目前世界上全部的水力发电量大一倍。全世界潮全世界潮汐电站的总装机容量为汐电站的总装机容量为265兆瓦，中国为兆瓦，中国为5.64兆瓦，兆瓦，2.7 天然气水合物天然气水合物 水合物立方笼型结构图 天然气水合物天然气水合物(Natural Gas Hydrates)是在一定条件下由气体或是在一定条件下由气体或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质(可燃冰可燃冰)，它，它是一种非化学计量笼形物，为超分子结构，具有很强的吸附是一种非化学计量笼形物，为超分子结构，具有很强的吸附(浓缩浓缩)气体气体能力，单位体积的水合

32、物可含能力，单位体积的水合物可含164倍同单位的气体，分子量小，成分不倍同单位的气体，分子量小，成分不稳定，除稳定，除以甲烷气体为主外，还含有乙、丙、丁烷多种气体以甲烷气体为主外，还含有乙、丙、丁烷多种气体。2.7.1 天然气水合物资源分布天然气水合物资源分布 分布在陆地上气水合物最大地质储量为分布在陆地上气水合物最大地质储量为531011吨，吨，其其主要存在于永久冻土带主要存在于永久冻土带。分布于海洋中的水合物最大地。分布于海洋中的水合物最大地质储量为质储量为1611014吨，其主要分布在大陆架斜坡带、吨，其主要分布在大陆架斜坡带、洋中脊、海沟和海岭等。洋中脊、海沟和海岭等。天然气水合物资源

33、分布图天然气水合物勘探2.7.1 天然气水合物资源分布天然气水合物资源分布可燃矿物可燃矿物 可产储量可产储量(10亿吨计亿吨计) 最大地质储量最大地质储量(10亿吨计亿吨计)煤和褐煤煤和褐煤 9000 15800 常规天然气藏常规天然气藏 280 330 常规石油藏常规石油藏415 1180 石油石油 - 39500 陆上水合物藏陆上水合物藏 53 530 海洋水合物藏海洋水合物藏 11300 161000 漂浮气能漂浮气能 500 - 地球可燃矿产资源 天然气水合物中的有机碳占全球有机碳的天然气水合物中的有机碳占全球有机碳的53.3，而煤、石油和天然气三者总和才占到而煤、石油和天然气三者总和

34、才占到26.6。2.7.2 天然气水合物勘探与开采天然气水合物勘探与开采 有人提出通过向水合物层压入含有促进分解的化学试剂的热流体，促进水有人提出通过向水合物层压入含有促进分解的化学试剂的热流体，促进水合物分解，并且在收集天然气的同时将合物分解，并且在收集天然气的同时将CO2气体压入水合物层，生成气体压入水合物层，生成CO2水合水合物，既能维持地层的稳定，又减少了大气中的温室气体，但该方法的可行性还物，既能维持地层的稳定，又减少了大气中的温室气体，但该方法的可行性还有待进一步考证。有待进一步考证。 天然气水合物至今还没有完美的开天然气水合物至今还没有完美的开采方案。采方案。热解法热解法和和降压

35、法降压法可利用高温或可利用高温或核辐射效应使天然气水合物由固态分解核辐射效应使天然气水合物由固态分解出出CH4，但如何布设管道并高效收集是，但如何布设管道并高效收集是急于解决的问题。急于解决的问题。置换法置换法是将是将CO2液化，液化， 注入注入1500m以下的洋面以生成以下的洋面以生成CO2水合水合物，从而将物，从而将CH4置换出来。置换出来。 但但CH4的温的温室效应比室效应比CO2要强要强21倍，因此全球温室倍，因此全球温室效应将迅速加剧。效应将迅速加剧。资源丰富的南海资源丰富的南海 一项针对南海北部的一项针对南海北部的勘测显示，那里的天然气勘测显示，那里的天然气水合物水合物可燃冰储量达

36、可燃冰储量达到我国陆上石油总量的一到我国陆上石油总量的一半左右，这些可燃冰有望半左右，这些可燃冰有望在在2015年进行试开采。年进行试开采。2.7.2天然气水合物勘探与开采天然气水合物勘探与开采新能源及其新材料新能源及其新材料 能源分类能源分类能源分类能源分类一次能源一次能源二次能源二次能源(经转换经转换或提炼或提炼）可再生能源可再生能源非再生能源非再生能源风能，水能，太风能，水能，太阳能，地热，海阳能，地热，海洋能，生物能洋能，生物能化石燃料（煤，化石燃料（煤，石油，天然气）石油，天然气）铀铀电能，氢能，汽电能，氢能，汽油，柴油等油，柴油等(1) 人类社会对能源的需求不断增加。人类社会对能源

37、的需求不断增加。 能源是与人类社会的生存与发展休戚相关的。能源是与人类社会的生存与发展休戚相关的。 人类社会的发展伴随着人类社会的发展伴随着能源消耗能源消耗的增加。的增加。能源应用现状能源应用现状表表1 世界一次能源消费的增长率世界一次能源消费的增长率(2)能源结构发生变化。能源结构发生变化。表表2 世界一次商品能源构世界一次商品能源构成成(3) 能源应用形态有所改变。能源应用形态有所改变。 小型的小型的可移动电源可移动电源的需求量增长很快，的需求量增长很快，这主要是信息技术发展的结果；特别是近年这主要是信息技术发展的结果；特别是近年来笔记本电脑、手提电话等移动通信、摄像来笔记本电脑、手提电话

38、等移动通信、摄像机、声像设备以及一些军用电子设备的发展，机、声像设备以及一些军用电子设备的发展，对电池的能量密度要求更高，并要求能够反对电池的能量密度要求更高，并要求能够反复使用。因此促进了高容量二次电池的发展。复使用。因此促进了高容量二次电池的发展。(4) 矿物能源面临枯竭。矿物能源面临枯竭。（1992世界能源大会）世界能源大会）石油石油/年年 天然气天然气/年年煤煤/年年铀铀/年年世界世界495726260中国中国236110230(5) 矿物燃烧造成环境污染。矿物燃烧造成环境污染。（SO2、CO、CO2、NO） （植被、土壤；气候；（植被、土壤；气候；健康）健康）图图2 世界世界CO2排

39、放量随时间的变排放量随时间的变化化(6) 新能源的开发不断取得进展新能源的开发不断取得进展 太阳能、生物能、核能、风能、地太阳能、生物能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源和二次能源中的氢能。热、海洋能等一次能源和二次能源中的氢能。 新能源的开发一方面靠利用新的原理来发展新新能源的开发一方面靠利用新的原理来发展新的能源系统，另一方面靠的能源系统，另一方面靠材料的开发与应用材料的开发与应用，使新系统，使新系统得以实现，并提高效率，降低成本。得以实现，并提高效率，降低成本。(7) 新材料的几个作用：新材料的几个作用：新材料把原来习用已久的能源变为新能源。新材料把原来习用已久的能源变为新能源。 如：

40、半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能；燃料电池能如：半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能；燃料电池能使氢与氧反应而直接产生电能，代替过去利用氢气燃料获得使氢与氧反应而直接产生电能，代替过去利用氢气燃料获得高温。高温。一些新材料可提高储能和能力转化效果一些新材料可提高储能和能力转化效果 如：镍电池、锂离子电池等都是靠电极材料的储能效果和能量如：镍电池、锂离子电池等都是靠电极材料的储能效果和能量转化功能而发展起来的新型二次电池。转化功能而发展起来的新型二次电池。 新材料决定着核反应堆的性能与安全性。新材料决定着核反应堆的性能与安全性。 材料的组成、结构、制作、加工工艺决定着材料的组成、结构、制

41、作、加工工艺决定着投资与运行成本。投资与运行成本。 如：如：太阳电池材料决定着光电转换效率；太阳电池材料决定着光电转换效率； 燃料电池的电极材料决定着电池的质量和燃料电池的电极材料决定着电池的质量和 寿命；寿命； 材料的制备工艺又决定着能源的成本。材料的制备工艺又决定着能源的成本。(8) 能源材料的概念及分类能源材料的概念及分类 广义上，凡能源工业及能源利用技术所需广义上，凡能源工业及能源利用技术所需的材料都可称为能源材料。的材料都可称为能源材料。新能源材料如增殖堆用核材料、太阳能电池材料新能源材料如增殖堆用核材料、太阳能电池材料节能材料如非晶态金属磁性，超导材料。节能材料如非晶态金属磁性，超

42、导材料。储能材料如贮氢（吸氢）材料，储能材料如贮氢（吸氢）材料，高比能电池材料高比能电池材料 我国石油产品需求预测我国石油产品需求预测 20102010年，万吨年，万吨20202020年，万吨年，万吨汽、煤、柴油汽、煤、柴油17750-1890017750-1890021700-2880021700-28800润滑油润滑油 520-560 520-560 560-770 560-770燃料油燃料油 2900 2900 2700 2700化工用油化工用油 4700-5600 4700-5600 7200-8700 7200-8700其它其它 5400-5500 5400-5500 6600-67

43、00 6600-6700石油产品合计石油产品合计31300-3350031300-3350038800-4770038800-47700国内石油需求国内石油需求3.3-3.53.3-3.5亿吨亿吨4.1-5.04.1-5.0亿吨亿吨其它：其它：LPGLPG、沥青、石油焦、溶剂油、硫磺等、沥青、石油焦、溶剂油、硫磺等20042004年我国汽柴油消耗分别达年我国汽柴油消耗分别达47064706万吨和万吨和1029210292万吨万吨( (合计合计1.51.5亿吨亿吨) ) 无穷大无穷大约约45年年约约15 约约61年年约约30约约230年年约约81约约71年年约约500 0505010010015

44、0150200200250250300300太阳能太阳能石油石油天然气天然气煤煤铀铀世界世界中国中国二氧化碳是化石能源的最终排放形态二氧化碳是化石能源的最终排放形态表表3 3 全球各国全球各国CO2CO2排放量比较排行排放量比较排行汽车油耗占汽柴油诮费的比例汽车油耗占汽柴油诮费的比例(2002)(2002) 耗 油 量 ，耗 油 量 ，万吨万吨占消费量，占消费量，% %汽油车汽油车2825282575.575.5柴油车柴油车1888188824.224.2交通运输用油约占石油消耗的交通运输用油约占石油消耗的40%2020年原油需求控制在原油需求控制在4.5亿吨，至少进口亿吨，至少进口2.5亿吨

45、，对外依存度亿吨，对外依存度65% 汽车保有量应控制在汽车保有量应控制在1亿辆亿辆(现有现有2400万辆万辆)20042004年，产量年，产量500500万辆，到万辆，到20102010年预计年预计汽车年产量达到汽车年产量达到800800到到10001000万辆万辆 在北京、上海等大城市，在北京、上海等大城市，空气污染的空气污染的60%60%来自汽车来自汽车排放排放二氧化碳的全球排放量二氧化碳的全球排放量中，中国居中，中国居第二第二2010550 ppm 从左图大气从左图大气CO2浓浓度随年代的变化及其在度随年代的变化及其在全球的分布图可以看出全球的分布图可以看出： 很明显，近很明显，近20年

46、来年来，CO2的浓度上升迅速的浓度上升迅速非常迅速，非常迅速，2010年将接年将接近近550ppm。 而且，主要分布在而且，主要分布在美国和中国美国和中国所在的所在的北半北半球球高纬度高纬度60-80度处度处。CO2大量排放带来的最直接危害就是产生温室效应！大量排放带来的最直接危害就是产生温室效应！ “温室效应温室效应”使地球变暖带来的严重后果使地球变暖带来的严重后果A、根据、根据IPCC的预测，的预测，2050年地球的平均气温将增加年地球的平均气温将增加2.51 B、专家认为：近、专家认为：近100 年来，全球年平均气温上升了年来，全球年平均气温上升了0.6。预计到。预计到2100年，全球年

47、平均气温将比年，全球年平均气温将比1990年上升年上升1.53.5C、美国皮尤全球气候变化研究中心发表的一份报告估计，到、美国皮尤全球气候变化研究中心发表的一份报告估计，到2100年年全球气温将升高全球气温将升高1.3-4.6摄氏度，并导致海平面升高摄氏度，并导致海平面升高17-99 厘米。厘米。D、全球森林面积迅速下降，现有森林已无法吸收各国所排放的二氧、全球森林面积迅速下降，现有森林已无法吸收各国所排放的二氧化碳，已使大气层中二氧化碳含量迅速增加，整个气候状况已经化碳，已使大气层中二氧化碳含量迅速增加，整个气候状况已经进入恶性循环状态。进入恶性循环状态。E、气候变暖有可能导致极地冰帽迅速融

48、化，进而使海平面上升，引、气候变暖有可能导致极地冰帽迅速融化，进而使海平面上升，引发大规模洪水。在地球历史上发生于发大规模洪水。在地球历史上发生于15万年前的冰川期则只是因万年前的冰川期则只是因为在为在2万年内地球气温升高万年内地球气温升高5所造成的。所造成的。F.温室效应还会造成极端降水（暴雨、暴雪）、飓风、山崩及泥石温室效应还会造成极端降水（暴雨、暴雪）、飓风、山崩及泥石 流等流等“非常事件非常事件”将频繁出现。专家们注意到，在过去几年里，将频繁出现。专家们注意到，在过去几年里，衡衡 量气候变化的量气候变化的“非常事件指数非常事件指数”（Extrenme Event lndex）不断攀）不

49、断攀 高，由于气候变化而引起的自然灾害随时可能出现。高，由于气候变化而引起的自然灾害随时可能出现。G. 温室效应造成厄尔尼诺现象频繁发生，气候异常、危害严重温室效应造成厄尔尼诺现象频繁发生，气候异常、危害严重 应对气候变化的国际行动应对气候变化的国际行动 为应对全球气候变化，国际社会制定了为应对全球气候变化，国际社会制定了联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约和和京都议定京都议定书书。许多国家和非政府组织相应建立了碳基金，并以此为平台开展减排和碳汇项目。许多国家和非政府组织相应建立了碳基金，并以此为平台开展减排和碳汇项目。以实际行动参与应对气候变化以实际行动参与应对气候变化 联合国气候变

50、化框架公约联合国气候变化框架公约美国和欧洲各国在美国和欧洲各国在1974-1975年和年和1979-1982年爆发了两次特能源危机年爆发了两次特能源危机 不依赖石油的电动汽车自然再次成为研不依赖石油的电动汽车自然再次成为研究的热点究的热点几种二次电池的性能比较几种二次电池的性能比较：技术参数镍镉电池镍氢电池锂离子电池工作电压(V)1.21.23.6质 量 比 能 量(wh/kg)40-5080100-160体 积 比 能 量(wh/L)150200270-300寿命(次)5005001000自放电率(%/月)25-30206-8充电速率(C)1C1C1Cv高比能量高比能量 (180-200Wh