1、2022-11-191第一节 地 热 能2022-11-192地热能综述n我们人类居住的这个星球，很像是一个巨大的“热水瓶”，外凉内热，而且是越往里温度越高。人们把蕴藏于地球内部的热能称为“地热能”。地球通过火山爆发和温泉外溢等途径，将其内部蕴藏的热能源源不断地输送到地面上来。2022-11-193地热能综述n现代人们常说的温泉，就是人类的祖先在很久以前就开始利用的一种地热能。不过，人类对地热能的大规模开发利用，可以说现在才刚刚起步。因此地热能是一种开发潜力很大的新型能源。2022-11-194地热循环地热循环2022-11-195地球内部推测温度分布曲线2022-11-196地热资源的类型。
2、它是反映以水为主体的对流水热系统。这种地热能分布较广，约占已探明的热资源的10%；其温度范围也很广，从接近于室温到高达290。2022-11-197地热资源的类型。是指以蒸汽为主体的对流水热系统，以生产温度较高的过热蒸汽为主，其中夹杂有少量的不凝结气体和少量的水(有的不含水)。这类地热能比较容易开发利用，但储量不多，仅占已探明的地热资源总量的0.5%左右。2022-11-198地热资源的类型。是指在高压下由深部地层提取含有可溶性甲烷(沼气)的高盐分热水。它的温度约为150260；其储量较大，约占已探明的地热资源的20%。地压型地热能的开发利用目前尚处于研究探索阶段。2022-11-199地热资
3、源的类型。是反映地层深处广泛存在的不含水分（或含有少量蒸汽）的岩石。它的温度约为150650；其储量更大，约占已探明的地热资源总量的30%。2022-11-1910地热资源的类型。是埋藏部位最深的一种完全熔化的热熔岩(即岩浆)，其温度高达6501 200。熔岩储存的热能比其他几种都多，约占已探明的地热资源总量的40%。不过在开采这种地热能时，需要在火山地区打几千米深的钻孔，所冒的风险很大，因此这种地热能目前尚未得到实际开发利用。2022-11-1911地热能的利用n目前世界上大约有120多个国家和地区，已经发现和开采的地热泉及地热井多达 7 500多处。对于地热能的开发利用，目前主要是在采暖、
4、发电、育种、温室栽培和洗浴等方面。n 地热能的利用可分为和两大类。地热发电直接利用2022-11-1912地热能的利用n在上，地热能可用于加热、干燥、制冷、脱水加工、提取化学元素、海水淡化等方面。n在上，地热能可用于温室育苗、栽培作物、养殖禽畜和鱼类等。例如，地处高纬度的冰岛不仅以地热温室种植蔬菜、水果、花卉和香蕉，近年来又栽培了咖啡、橡胶等热带经济作物。农业生产2022-11-1913地热能的利用n在方面，人们早就用地热矿泉水医治皮肤病和关节炎等，不少国家还设有专供沐浴医疗用的温泉。2022-11-1914地热发电系统n地热发电系统主要有四种：利用地热蒸汽推动汽轮机运转，产生电能。本系统技术
5、成熟、运行安全可靠，是地热发电的主要形式。西藏羊八井地热电站采用的便是这种形式。发电系统2022-11-1915地热蒸汽发电系统地热蒸汽发电系统2022-11-1916地热发电系统也称有机工质朗肯循环系统。它以低沸点有机物为工质，使工质在流动系统中从地热流体中获得热量，并产生有机质蒸汽，进而推动汽轮机旋转，带动发电机发电。2022-11-1917双循环发电系统双循环发电系统2022-11-1918地热发电系统本系统将地热井口的全部流体，包括所有的蒸汽、热水、不凝气体及化学物质等，不经处理直接送进全流动力机械中膨胀做功，其后排放或收集到凝汽器中。这种形式可以充分利用地热流体的全部能量，但技术上有
6、一定的难度，尚在攻关。2022-11-1919全流发电系统全流发电系统2022-11-1920地热发电系统利用地下干热岩体发电的设想，是美国人莫顿和史密斯于1970年提出的。1972年，他们在新墨西哥州北部打了两口约4000米的深斜井，从一口井中将冷水注入到干热岩体，从另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽，功率达2300千瓦。进行干热岩发电研究的还有日本、英国、法国、德国和俄罗斯，但迄今尚无大规模应用。2022-11-1921干热岩2022-11-1922地热发电的好处利用地热能来进行发电其好处很多：n建造电站的投资少，通常低于水电站；n发电成本比火电、核电及水电都低；n发电设备的利用时间较长；n
7、地热能比较干净，不会污染环境；n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。2022-11-1923地热能的直接利用n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。n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。2022-11-1924地热供暖地热供暖2022-11-1925地热务农地热务农2022-11-1926地热养殖地热养殖2022-11-1927我国的地热资源n据估
8、计，全世界地热资源总量相当于 4 948万亿吨标准煤，据不完全统计，我国已查明地热资源相当于2 000万亿吨标准煤。西藏、云南、四川、广东、福建等地的温泉多达1 503处，占全国温泉总数的61.3。在全国121个水温高于80 的温泉中，云南，西藏占62，广东、福建占18.2，其他省区不足15。2022-11-1928我国地热资源n根据其形成的地质作用和赋存条件，可以划分为三种类型：（1）火山或岩浆型地热资源；（2）盆地型中低温地热资源；（3）断裂带型中低温地热资源。2022-11-1929地热能的未来n在21世纪，一个个地热电站将屹立在世界各地。地热带出的硫化氢被浓缩、提炼成为制造硫酸和其他化
9、工产品的原料。地热水经过利用后，又成为清洁的水源供人们生产和生活使用，开拓了一条新水源。2022-11-1930地热能的未来n未来随着科学技术的发展和进步，一座座活火山将成为一个个热电厂；一块块地震频发区，反而成为一个个地热开采的中心；地热资源是地球奉献给人类的又一个能量宝库，有其不可估量的前途。2022-11-1931第二节 海 洋 能2022-11-1932可再生的海洋能源n海洋是一个巨大的能源宝库，仅大洋中的波浪、潮汐、海流等动能和海洋温度差、盐度差能等的存储量高达天文数字。这些海洋能源都是取之不尽、用之不竭的可再生能源。2022-11-1933可再生的海洋能源n海洋能源通常指海洋中所蕴
10、藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能。n更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他均源于太阳辐射。2022-11-1934海洋能的特点n海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。n它具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。2022-11-1935海洋能的特点n海洋能有较稳定与不
11、稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。既不稳定又无规律的是波浪能。n海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。2022-11-1936潮 汐 能2022-11-1937潮汐能n因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。潮汐能是以位能形态出现的海洋能，是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。2022-11-1938潮汐中的巨大能量n海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中，汹涌而来的海水具有很大的动能，而随着海
12、水水位的升高，就把海水的巨大动能转换为势能，在落潮的过程中，海水奔腾而去，水位逐渐降低，势能又转换为动能。2022-11-1939潮差n潮起潮落所形成的水位差，即相邻高潮潮位与低潮潮位的高度差，称为潮位差或潮差。通常，海洋中的潮差不大，一般只有几十厘米至1m左右。而在喇叭状海岸或河口的地区，其潮差就比较大。2022-11-1940潮汐发电n潮汐能利用的主要方式是发电，潮汐发电与水力发电的原理相似。通过贮水库，在涨潮时将海水贮存在贮水库内，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。2022-11-1941潮汐发电n具体地说，潮汐发电就是在
13、海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。2022-11-19422022-11-1943潮汐发电的主要优点n潮汐电站的水库都是利用河口或海湾来建造的，不占用耕地，也不像河川水电站或火电站那样要淹没或占用大量的良田；n它既不像河川水电站那样受洪水和枯水季节的影响，也不像火电站那样污染环境，是一种既不受气候条件影响而又非常“干净”的发电站；n潮汐电站的堤坝较低，建造容易。其投资也相对较少。2022-11-1944世界主要潮汐电站国 家国 家站 名站 名潮差潮差/m m容量容量
14、/MWMW投运时间投运时间法国法国朗斯朗斯8.58.524024019661966加拿大加拿大安纳波利斯安纳波利斯7.17.119.119.119841984前苏联前苏联基斯拉雅基斯拉雅3.93.90.40.419681968中国中国江厦江厦5.15.13.23.219801980中国中国白沙口白沙口2.42.40.640.6419781978中国中国幸福洋幸福洋4.54.51.281.2819891989中国中国岳浦岳浦3.63.60.150.1519711971中国中国海山海山4.94.90.150.1519751975中国中国沙山沙山5.15.10.040.0419611961中国中国例
15、河例河2.12.10.150.1519761976中国中国果子山果子山2.52.50.040.04197719772022-11-1945法国朗斯潮汐电站法国朗斯潮汐电站2022-11-1946江厦潮汐发电站2022-11-1947波 浪 能2022-11-1948波浪能n波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。2022-11-1949波浪能n全世界波浪能的理论估算值为109 kW量级。利用中国沿海海洋观测台站资料估算得到，中国沿海理论波浪年平均功率约为1.3107 kW。但由于不少海洋台
16、站的观测地点处于内湾或风浪较小位置，故实际的沿海波浪功率要大于此值。其中浙江、福建、广东和台湾沿海为波浪能丰富的地区。2022-11-1950波浪能利用n波浪发电是波浪能利用的主要方式，此外，波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。波浪能利用装置的种类繁多，有关波能装置的发明专利超过千项，获得专利证书的也达数百件。波浪能利用被称为“发明家的乐园”。2022-11-1951波浪能利用的几个基本原理 n利用物体在波浪作用下的振荡和摇摆运动；利用波浪压力的变化；利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。n早期海洋波浪能发电付诸实用的是气动式波力装置。道理很简单，就是利用波浪上下起伏的力量，
17、通过压缩空气，推动汲筒中的活塞往复运动而做功。2022-11-1952波浪发电站示意图波浪发电站示意图 波浪能供电的灯光浮标波浪能供电的灯光浮标 2022-11-1953温 差 能2022-11-1954温差能n温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能。n海洋的表面把太阳的辐射能的大部分转化成为热水并储存在海洋的上层。另一方面，接近冰点的海水大面积地在不到 1 000 m的深度从极地缓慢地流向赤道。这样，就在许多热带或亚热带海域终年形成20以上的垂直海水温差。利用这一温差可以实现热力循环并发电。2022-11-1955温差发电n温差发电的基本原理就是借助一种工作介质，使表层海水中的热
18、能向深层冷水中转移，从而做功发电。2022-11-1956盐 差 能2022-11-1957盐差能n盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能。主要存在于河海交接处。同时，淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。2022-11-1958盐差能的利用n盐差能的利用主要是发电。其基本方式是将不同盐浓度的海水之间的化学电位差能转换成水的势能，再利用水轮机发电，具体主要有渗透压式、蒸汽压式和机协化学式等，其中渗透压式方案最受重视。2022-11-1959海 流 能2022-11-1960海流能n海流能是指海水流动的动能，主要是
19、指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。n海流能的能量与流速的平方和流量成正比。2022-11-1961海流能的利用n海流能的利用方式主要是发电，其原理和风力发电相似，几乎任何一个风力发电装置都可以改造成为海流发电装置。但由于海水的密度约为空气的1 000倍，且装置必须放于水下。故海流发电存在一系列的关键技术问题，包括安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等。2022-11-1962我国的海洋能开发n我国海洋能开发已有近40年的历史，迄今已建成潮汐电站8座。n我国的海洋发电技术已有较好的基础和丰富的经验，小型潮汐发电技术基本成熟，已具备开发中型潮汐电站
20、的技术条件。2022-11-1963第三节 氢 能2022-11-1964氢能简介n氢蕴藏于浩瀚的海洋之中。海洋的总体积约为13.7亿km3，若把其中的氢提炼出来，约有1.4109亿吨，所产生的热量是地球上矿物燃料的9 000倍。2022-11-1965氢能的优点：每千克氢燃烧后能放出142.35kJ的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。：燃烧的产物是水，对环境无任何污染。：氢气可以由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源。：贮氢燃料电池既可用于汽车、飞机、宇宙飞船，又可用于其他场合供能。2022-11-1966氢能实用化所需要解决的技术难题n大量地且低成本地制造氢的技术开发
21、；n安全地储藏、运送氢的技术开发；n高效率地转换氢能的技术开发；n将氢能用于社会各行各业的技术开发。2022-11-1967氢的制取n氢能是一种二次能源，在人类生存的地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少。因此必须将含氢物质分解后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水（H2O），其次就是各种矿物燃料（煤、石油、天然气）及各种生物质等。因此要开发利用这种理想的清洁能源，必须首先开发氢源，即研究开发各种制氢的方法。2022-11-1968从含烃的化石燃料中制氢n这是过去以及现在采用最多的方法。它是以煤、石油或天然气等化石燃料作原料来制取氢气。用蒸汽作催化剂以煤作原料来制取氢气的基本反应过程为
22、：n用天然气作原料、蒸汽作催化剂的制氢化学反应为：COH3OHCH80022422HCOOHC2022-11-1969电解水制氢n这种方法是基于如下的氢氧可逆反应：n分解水所需要的能量Q是由外加电能提供的。为了提高制氢效率，电解通常在高压下进行，采用的压力多为3.05.0 MPa。QOHO21H2222022-11-1970热化学制氢n这种方法是通过外加高温使水起化学分解反应来获取氢气。到目前为止虽有多种热化学制氢方法，但总效率都不高，仅为2050。2022-11-1971太阳能制氢n随着新能源的崛起，以水为原料、利用核能和太阳能来大规模制氢已成为世界各国共同努力的目标。其中太阳能制氢最具吸引
23、力，也最有现实意义。2022-11-1972太阳能制氢n太阳热分解水制氢n太阳能电解水制氢n太阳能光化学分解水制氢n太阳能光电化学分解水制氢n模拟植物光合作用分解水制氢n光合微生物制氢2022-11-1973氢的贮存n氢在一般条件下是以气态形式存在的，这就为贮存和运输带来很大的困难。氢的贮存有三种方法：高压气态贮存；低温液氢贮存；金属氢化物贮存。2022-11-1974氢能利用n氢能所具有的清洁、效率高、重量轻和储存及输送性能好、应用形式多等诸多优点，赢得了人们的青睐。n利用氢能的途径和方法很多，如航天器燃料、氢能飞机、氢能汽车、氢能发电、氢介质储能与输送以及氢能空调、氢能冰箱等，有的已经实现
24、，有的正在开发，有的尚在探索中。随着科学技术的进步和氢能系统技术的全面进展，氢能应用范围必将不断扩大，氢能将深入到人类活动的各个方面，直至走进千家万户。2022-11-1975氢燃料电池n无污染，只有水排放。用它装成的电动车，称为“零排放车”、“绿车”；n无噪声，无传动部件，特别适于潜艇中使用；n起动快，8秒钟即可达全负荷；n可以模块式组装，即可任意堆积成大功率电站；2022-11-1976氢燃料电池n热效率高，它是目前各类发电设备中效率最高的一种；n体积小，重量轻；n成本低，将来有可能降至每千瓦150300美元。2022-11-1977氢燃料电池n燃料电池用途广泛，可与太阳能电站、风力电站等建成贮能站，也可建成夜间电能调峰电站，可望比抽水贮电站占地少，投资低。从环境保护的角度出发，更是一种值得推广的新能源。
