1、动力工程系动力工程系宋长华宋长华2002005.95.92能源概念与利用、新能源现状能源概念与利用、新能源现状太阳能发电技术（光伏发电和热发电）太阳能发电技术（光伏发电和热发电）风力发电技术风力发电技术生物质能发电技术生物质能发电技术地热发电技术地热发电技术潮汐能发电技术潮汐能发电技术燃料电池发电技术燃料电池发电技术核能发电简介核能发电简介3n参考资料：参考资料：1）新能源发电技术新能源发电技术，王长贵主编，中国电力出版，王长贵主编，中国电力出版社，社，2003年年10月。月。2）新能源材料新能源材料，陈军主编，化学工业出版社，陈军主编，化学工业出版社，2003。3）让世界更洁净让世界更洁净-
2、新能源新能源，胡成春主编，北京科，胡成春主编，北京科技文献出版社，技文献出版社，1998年年9月月4）中国能源发展报告中国能源发展报告，中国计划出版社，中国计划出版社，2000。n考核要求：结业考试占考核要求：结业考试占60%，平时考核占，平时考核占40%。主讲主讲 宋长华宋长华51-1 能源含义、分类及历史演变能源含义、分类及历史演变1-2 中国能源现状、问题与对策中国能源现状、问题与对策1-3 中国新能源与可再生能源现状与前景中国新能源与可再生能源现状与前景1-4 能量转换过程及转换设备或系统能量转换过程及转换设备或系统6一、能源的重要性一、能源的重要性 在工业、农业、交通、国防、日常生活
3、中具有在工业、农业、交通、国防、日常生活中具有重要作用。重要作用。n当代社会最广泛使用的能源是当代社会最广泛使用的能源是煤炭、石油、天然气和水力煤炭、石油、天然气和水力，特别是石油和天然气的消耗量增长迅速，已占全世界能源特别是石油和天然气的消耗量增长迅速，已占全世界能源消费总量的消费总量的6060左右。但是，石油和天然气的储量是有限左右。但是，石油和天然气的储量是有限的，许多专家预言，石油和天然气资源将在的，许多专家预言，石油和天然气资源将在4040年、最多年、最多50605060年内被耗尽，年内被耗尽，而煤炭资源虽然远比石油和天然气资而煤炭资源虽然远比石油和天然气资源丰富，但是直接应用煤炭严
4、重污染环境，因此亟需研究源丰富，但是直接应用煤炭严重污染环境，因此亟需研究把煤炭转化成为气体或液体燃料的技术。把煤炭转化成为气体或液体燃料的技术。n将日前的以化石能源为基础的将日前的以化石能源为基础的常规能源系统，常规能源系统，逐步过渡到逐步过渡到持久的、多样化的、可以再生的持久的、多样化的、可以再生的新能源系统。新能源系统。以避免能源以避免能源危机的出现。危机的出现。71、能源：、能源：能够为人类提供某种形式能量（机械能、热能、电能、能够为人类提供某种形式能量（机械能、热能、电能、化学能等）的自然资源及其转化物。或者说是能量的来源称化学能等）的自然资源及其转化物。或者说是能量的来源称为能源。
5、如太阳能、风能、化石燃料、水力等。为能源。如太阳能、风能、化石燃料、水力等。2、能源的、能源的分类分类：（1）按能源的生成方式分：）按能源的生成方式分：一次能源一次能源和和二次能源二次能源（2）按能源在当代社会中的地位分：）按能源在当代社会中的地位分：常规能源常规能源和和新能源新能源。（3）按能否再生分（对一次能源）：）按能否再生分（对一次能源）：可再生可再生和和非再生能源。非再生能源。（4）按其来源分（对一次能源）按其来源分（对一次能源）：n 来自地球以外天体的能源：来自地球以外天体的能源：太阳能、风能、水能、生物质能太阳能、风能、水能、生物质能n 来自地球内部的能源：来自地球内部的能源：地
6、热能地热能n 地球一其它天体的作用产生的能源地球一其它天体的作用产生的能源：潮汐能：潮汐能8n柴草时期柴草时期n煤炭时期煤炭时期n石油时期石油时期n常规能源向新能源的过渡常规能源向新能源的过渡20世纪能源消费构成世纪能源消费构成91011一、中国能源现状一、中国能源现状n19491949年新中国成立时，全国一次能源的生产总量仅为年新中国成立时，全国一次能源的生产总量仅为23742374万万t t标准煤，标准煤，居世界第居世界第1010位。位。n20042004年中国一次能源生产量达到年中国一次能源生产量达到18.4518.45亿吨标准煤，全年能源消费总量亿吨标准煤，全年能源消费总量19.719
7、.7亿吨标准煤，亿吨标准煤，是世界上第二大能源消费国和能源生产国。是世界上第二大能源消费国和能源生产国。n煤炭：煤炭：20042004年年煤炭煤炭产量达到产量达到19.5619.56亿吨（亿吨（第一第一），同比增长），同比增长17.3%17.3%，其中用于发电，其中用于发电9.89.8亿吨左右；亿吨左右；n原油：原油：生产生产原油原油1.751.75亿吨（亿吨（第五第五）；）；n电力：电力：20042004年底止我国年底止我国发电发电装机容量达到装机容量达到4.44.4亿千瓦，居世亿千瓦，居世界界第二第二，新投产机组，新投产机组50505050万千瓦，发电量万千瓦，发电量2.192.19亿千瓦
8、时。亿千瓦时。预计今年发电装机将超过预计今年发电装机将超过5 5亿千瓦，新投产机组亿千瓦，新投产机组65006500万千瓦万千瓦以上。以上。2004年年GDP增长增长9.5%，电力增长了，电力增长了15.3%n从从1978年到年到2004年中国以年中国以年均增长年均增长4.8%的能源的能源消费支撑了消费支撑了年均年均9.4%的经济发展速度的经济发展速度，1990年至年至2004年中国年中国每万元每万元GDP能耗下降了能耗下降了45%。12（1）人均能耗低）人均能耗低（2）人均能源资源不足）人均能源资源不足（3）能源效率低）能源效率低（4）以煤为主的能源结构亟待调整）以煤为主的能源结构亟待调整
9、1）大量燃煤严重污染环境）大量燃煤严重污染环境 2）大量用煤导致能源效率低下）大量用煤导致能源效率低下 3）交通运输压力巨大）交通运输压力巨大 4）能源供应安全问题提到议事日程上来）能源供应安全问题提到议事日程上来13能源中长期发展规划：能源中长期发展规划：结合结合“十一五十一五”规划的编制我们已经规划的编制我们已经拟定了能源中长期发展规划，这个发展规划可以概括为拟定了能源中长期发展规划，这个发展规划可以概括为4848个字，即：个字，即：“节能优先，效率为本；煤为基础，多元发展；节能优先，效率为本；煤为基础，多元发展；立足国内，开拓海外；统筹城乡，合理布局；依靠科技，立足国内，开拓海外；统筹城
10、乡，合理布局；依靠科技，创新体制；保护环境，保障安全创新体制；保护环境，保障安全”。在能源中长期规划中在能源中长期规划中强调了要调整能源结构，强调了要调整能源结构，加快发展核电、可再生能源和大加快发展核电、可再生能源和大力发展水电。力发展水电。中国全国人大常委会已通过了中国全国人大常委会已通过了可再生能源可再生能源法法，为我国可再生能源发展提供法律保证。，为我国可再生能源发展提供法律保证。（1 1）坚持实行能源节约战略方针，（）坚持实行能源节约战略方针，（2 2）大力优化能源结构，大力优化能源结构，（3 3）煤为基础，积极发展洁净煤技术，（）煤为基础，积极发展洁净煤技术，（4 4）大力开发利大
11、力开发利用新能源与可再生能源用新能源与可再生能源，（，（5 5）采取措施保证能源供应安）采取措施保证能源供应安全。全。14一、新能源与可再生能源含义和分类一、新能源与可再生能源含义和分类n新能源与可再生能源含义：新能源与可再生能源含义：在中国是指除常规化石能在中国是指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的源和大中型水力发电、核裂变发电之外的生物质能、太阳生物质能、太阳能、风能、小水电、地热能以及海洋能能、风能、小水电、地热能以及海洋能等一次能源。等一次能源。（1）生物质能：）生物质能：生物质能生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿宏
12、将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。绿宏将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材及森林废弃物、农业废质均属于生物质能，通常包括木材及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物以及弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物以及动物粪便等。动物粪便等。15 太阳能的转换和利用方式有光太阳能的转换和利用方式有光热转换、光热转换、光电转电转换和光换和光化学转换等。化学转换等。n 光光热转换：热转换：接收或聚集太阳能使之转换为热能，然后接
13、收或聚集太阳能使之转换为热能，然后用于生产和生活的一些方面，是光一热转换即太阳能光热用于生产和生活的一些方面，是光一热转换即太阳能光热利用的基本方式。利用的基本方式。n 光光电转换；电转换；利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池，利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池，可将太阳的光能直接转换成为电能，称为光一电转换，即可将太阳的光能直接转换成为电能，称为光一电转换，即太阳能光电利用太阳能光电利用。n 光光化学转换；化学转换；光一化学转换目前尚处于研究开发阶段，光一化学转换目前尚处于研究开发阶段，这种转换技术包括半导体电极产生电面电解水产生包、利这种转换技术包括半导体电极产生电面电解水产生包、利用氢
14、氧化钙或金属氢化物热分解储能等内容。用氢氧化钙或金属氢化物热分解储能等内容。16n风能是指太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起各地风能是指太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起各地温差和气压不同，导致空气运动而产生的能量。温差和气压不同，导致空气运动而产生的能量。n利用风力机可将风能转换成电能、机械能和热能等。风能利用风力机可将风能转换成电能、机械能和热能等。风能利用的主要形式有利用的主要形式有风力发电风力发电、风力提水、风力致热以及风、风力提水、风力致热以及风帆助航等。帆助航等。（4 4）小水电）小水电n按照中国国家计委规定，水电站总容量在按照中国国家计委规定，水电站总容量在5 5万万kw
15、kw以下以下的为的为小型水电站；小型水电站；5 5万万2525万万kwkw的为中型水电站；的为中型水电站；2525万万kwkw以上以上的为大型水电站。的为大型水电站。17n地热资源：地热资源：是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。的热能量及其伴生的有用组分。n地热资源，按赋存形式可分为地热资源，按赋存形式可分为水热型水热型(又分为干蒸汽型、湿蒸又分为干蒸汽型、湿蒸汽型和热水型汽型和热水型)、地压型地压型、干热岩型干热岩
16、型和和岩浆型岩浆型4 4大类；大类；n按温度高低可分为按温度高低可分为高温型高温型(150)(150)、中温型中温型(90149)(90149)和和低低温型温型(89)(89)。地热能的利用方式主要有。地热能的利用方式主要有地热发电地热发电和地热直接和地热直接利用两大类。利用两大类。（6 6）海洋能）海洋能n海洋能：海洋能：是指蕴藏在海洋中的可再生能源，它包括是指蕴藏在海洋中的可再生能源，它包括潮汐能潮汐能、波浪能、悔流能、潮流能、海水温差能和海水盐差能等不同波浪能、悔流能、潮流能、海水温差能和海水盐差能等不同的能源形态。的能源形态。n海洋能按储存的能量形式，可分为海洋能按储存的能量形式，可分
17、为机械能、热能和化学能机械能、热能和化学能。18（1）新能源与可再生能源是人类社会未来能源的基）新能源与可再生能源是人类社会未来能源的基石，是目前大量燃用的化石能源的替代能源。石，是目前大量燃用的化石能源的替代能源。（2）新能源与可再生能源清洁干净、污染物排放很）新能源与可再生能源清洁干净、污染物排放很少，是与人类赖以生存的地球的生态环境相协调少，是与人类赖以生存的地球的生态环境相协调的清洁能源。的清洁能源。（3）新能源与可再生能源是不发达国家）新能源与可再生能源是不发达国家20多亿无电、多亿无电、缺能人口和缺能人口和18特殊用途解决供电、用能问题的现特殊用途解决供电、用能问题的现实能源。实能
18、源。1920n在在1995年颁布的年颁布的电力法电力法“总则总则”和明确提出，和明确提出，国家鼓励和国家鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源来发电支持利用可再生能源和清洁能源来发电。n1995年，国家计委、国家科委、国家经贸委又根据上述法律年，国家计委、国家科委、国家经贸委又根据上述法律及方针、战略制定印发了及方针、战略制定印发了新能源和可再生能源发展纲要新能源和可再生能源发展纲要(19962010)，通过计划组织安排落实。，通过计划组织安排落实。n1992年国务院批准的年国务院批准的中国环境发展十大对策中国环境发展十大对策中明确提出，中明确提出，要要“因地制宜地开发利用和推广大阳能、风能、地热
19、能、生因地制宜地开发利用和推广大阳能、风能、地热能、生物质能等新能源物质能等新能源”。n1994年国务院批准发布的年国务院批准发布的中国中国21世纪议程世纪议程中国中国21世纪世纪人口、环境与发展白皮人口、环境与发展白皮中强调，中强调，“可再生能源是未来能源可再生能源是未来能源结构的基础结构的基础”、要、要“把开发可再生能源放到国家能源发展战把开发可再生能源放到国家能源发展战略的优先地位略的优先地位”，“广泛开展节能和积极开发新能源和可再广泛开展节能和积极开发新能源和可再生能源生能源”。n中国于中国于1997年颁布了年颁布了节约能源法节约能源法，从，从1978年到年到2004年中年中国以年均增
20、长国以年均增长4.8%的能源消费支撑了年均的能源消费支撑了年均9.4%的经济发展速的经济发展速度，度，1990年至年至2004年中国每万元年中国每万元GDP能耗下降了能耗下降了45%，中国，中国政府制定了政府制定了节能中长期发展规划节能中长期发展规划 n中国全国人大常委会已通过了中国全国人大常委会已通过了可再生能源法可再生能源法，为我国可，为我国可再生能源发展提供法律保证。再生能源发展提供法律保证。21（1 1）中国拥有丰富的新能源与可再生能源资源可供开发利用。）中国拥有丰富的新能源与可再生能源资源可供开发利用。（2 2）中国对新能源与可再生能源的需求量巨大，市场广阔。）中国对新能源与可再生能
21、源的需求量巨大，市场广阔。（3 3）中国新能源与可再生能源的发展适逢良好的市场机遇。）中国新能源与可再生能源的发展适逢良好的市场机遇。（4 4）市场巨大推动力将促进中国新能源与可再生能源的发展。）市场巨大推动力将促进中国新能源与可再生能源的发展。（5 5）已取得的成绩和国家对发展的高度重视。）已取得的成绩和国家对发展的高度重视。n综上所述，可以预言，在综上所述，可以预言，在21世纪，中国的新能源世纪，中国的新能源与可再生能源将会有更大、更快的发展为中国与可再生能源将会有更大、更快的发展为中国的现代化建设做出更大的贡献。的现代化建设做出更大的贡献。22（1）风能：）风能：n小型风力机市场化；加速
22、中大型风力机设计、小型风力机市场化；加速中大型风力机设计、制造国产化进程；制造国产化进程；n发展风力发电控制和管理系统；发展风力发电控制和管理系统；n加强和完善风电场的规划选点和勘察设计工作，加强和完善风电场的规划选点和勘察设计工作，建设若干个大型风电场。建设若干个大型风电场。n2000年和年和2010年全国风力发电装机容量分别达年全国风力发电装机容量分别达到到30万万40万万kW和和100万万110万万kw。23n太阳能建筑、太阳热水器要形成规模化生太阳能建筑、太阳热水器要形成规模化生产；降低太阳能电池成本，提高光电转换产；降低太阳能电池成本，提高光电转换效率；效率；n大力推广应用小功率光伏
23、电源系统；建立大力推广应用小功率光伏电源系统；建立分散型和集中型联网光伏示范电站。分散型和集中型联网光伏示范电站。n到到2010年，太阳能利用总量达到年，太阳能利用总量达到467万万t标标准煤。准煤。24n薪炭林面积薪炭林面积2000年和年和2010年分别达到年分别达到540万公顷万公顷和和1340万公顷；实现居民节煤灶具的商品化生产万公顷；实现居民节煤灶具的商品化生产和销售，年节柴量达和销售，年节柴量达1亿亿t以上；以上；n发展生物质高品位利用能力，开展综合利用，提发展生物质高品位利用能力，开展综合利用，提高效益，使全国沼气用户高效益，使全国沼气用户(包括集中供气户包括集中供气户)2000年
24、和年和2010年分别达到年分别达到755万户和万户和1235万户，沼气万户，沼气供应量分别达到供应量分别达到226亿亿m和和40亿亿m3：n生物质发电装机容量生物质发电装机容量2000年和年和2010年分别超过年分别超过5万万kw和和30万万kw。n争取在争取在“十五十五”期间秸秆气化示范工程达到期间秸秆气化示范工程达到5000个示范村规模。个示范村规模。25n积极开发高温热储地区的地热资源，进一步积极开发高温热储地区的地热资源，进一步扩大地热直接利用和发电规模，扩大地热直接利用和发电规模，n2000年和年和2010年利用总量分别达到年利用总量分别达到88万万t标标准煤和准煤和151万万t标准
25、煤。标准煤。（5 5）小水电）小水电n2010年装机容量达到年装机容量达到2788万万Kw，发电量达，发电量达到到1170亿亿kWh。（6）海洋能：）海洋能：261 1、什么叫新能源？我国有哪些新能源？、什么叫新能源？我国有哪些新能源？2 2、什么叫可再生能源？、什么叫可再生能源？3 3、中国能源主要存在哪些问题？、中国能源主要存在哪些问题？4 4、什么叫一次能源和二次能源？各有哪些？、什么叫一次能源和二次能源？各有哪些？5 5、什么叫标准煤？、什么叫标准煤？标准煤：发热量为标准煤：发热量为29270KJ/Kg29270KJ/Kg的煤。的煤。27282930313233343536373839
26、404142434445474849505152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，EGD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53能源能源能源形态转换过程能源形态
27、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热发电太阳热发电热力发电，热
28、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）光合成光化学反应（水分解）光合成54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56 燃料燃烧燃料燃烧 核能转
29、换核能转换 太阳能转换太阳能转换 地热地热 电能转换电能转换57 燃料燃烧的必要条件燃料燃烧的必要条件 燃烧所需的空气量燃烧所需的空气量 燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量58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59锅炉锅炉工业炉窑工业炉窑化学能化学能 热能热能61 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62热机效率热机效率内燃机内燃机 往复运动热机往复运动热机燃气轮机燃气轮机 外燃式热机外燃式热机蒸汽轮机蒸汽轮机 将蒸汽热能转
30、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63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65电电能能热热能能核核能能辐辐射射能能化化学学能能差差磁磁流流体体发发电电、热热电电偶偶温温核核电电池池太太阳阳能能电电池池燃燃料料电电池池、蓄蓄电电池池66电动机电动机发电机发电机67磁流体发电磁流体发电热电偶温差发电热电偶温差发电热电子发电热电子发电68电池电池燃料电池燃料电池 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
