13第十三讲++新能源技术

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1、公共选修课现代物理概论第十三讲新能源技术能源是人类社会存在与发展的物质基础，能源技术的每次进步都带动了人类社会的发展。由于煤炭、石油和天然气等化石燃料资源不可再生，以及生态环境保护的需要，新能源的开发显得越来越重要。能源可简单地理解为含有能量的资源。广义而言，任何物质都可转化为能量，但是转化的数量、转化的难易程度是不相同的。因此，将比较集中又较易转化的含能量物质称为能源。能源对人类的重要性是不言而喻的，现代社会的生产及生活都离不开能源。没有能源的大量消费，就不会有现代工业所必须的动力，所有的工业机器、汽车、飞机、坦克等都将变成一堆废铁；没有能源，人们将无法煮饭烧菜、取暖及照明。第一节

2、能源的分类在地球上，能源的成因主要有三个方面：（1）地球本身蕴藏的能量。如，海洋和陆地内储存的核能、地球的热能等。（2）来自地球以外天体的能量。如宇宙射线、太阳能等。（3）地球与天体相互作用产生的能量，如潮汐能。由于能源形式多种多样，因此可按不同的方式对能源进行分类。能源按是否经过加工可分为：一次能源（在自然界中天然存在的，不需要改变其基本形态而可直接利用的能源，如：水能、风能、核能、海洋能、生物能。）和二次能源（由一次能源经过加工转换成的另一种形态的高品质能源，使之易于输送、方便使用，如：沼气、蒸汽、火电、水电、核电、太阳能发电、潮汐发电、波浪发电等）。能源按能否再生可分为：可再生

3、能源（在自然界中可以不断再生并有规律的得到补充的能源。如太阳能、地热、水能、风能、生物能、海洋能、潮汐能等）和非再生能源（经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，如煤炭、石油、天然气、核燃料等）。能源按技术的成熟程度可分为：常规能源（如煤炭、石油、天然气、水力及电力等）和新能源（如太阳能、地热能、核能、风力、波浪能、潮汐能、生物质能和海洋温差能等）。煤炭被人们誉为黑色的金子、工业的食粮。煤炭在燃烧时放出的热量很高，是木炭的1.5倍，柴薪的2—4倍。如，标准煤燃烧热量值是7000卡/公斤。煤炭是由有机物质和无机物质混合组成的。有机物质的元素主要有碳、氢、氧、氮等，无机物质主要是硫、磷、

4、氟、氯和砷等元素。碳、氢、氧是煤炭有机物质的主体，占95％以上；煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低。石油又称原油，是从地下深处开采的可燃粘稠液体，主要是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。天然气是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中。天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。第二节能源危机由于石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源枯竭，同时新的能源生产供应体系又未能建立，因而在交通运输、工商业、居民生活、

5、金融业等方面，将造成一系列与能源相关的问题，又称能源危机。能源危机是指因为能源供应短缺或是价格上涨而影响经济。能源危机通常会造成经济衰退。从消费者的观点，汽车或其它交通工具所使用的石油产品价格的上涨降低了消费者的信心和增加了他们的开销。世界能源危机是人为造成的能源短缺。石油资源将会在一代人的时间内枯竭。它的蕴藏量不是无限的，容易开采和利用的储量已经不多，剩余储量的开发难度越来越大，到一定限度就会失去继续开采的价值。在世界能源消费以石油为主导的条件下，如果能源消费结构不改变，就会发生能源危机。煤炭资源虽比石油多，但也不是取之不尽的。代替石油的其他能源资源，除了煤炭之外，能够大规模利用的

6、还很少。太阳能虽然用之不竭，但代价太高，并且在一代人的时间里不可能迅速发展和广泛使用。其他新能源也如是。因此，人类必须估计到，非再生矿物能源资源枯竭可能带来的危机，从而将注意力转移到新的能源结构上，尽早探索、研究开发利用新能源。否则，就可能因为向大自然索取过多而造成严重的后果，以至使人类自身的生存受到威胁。能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。自工业革命以来，能源安全问题就开始出现。人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到一系列无法避免的能源安全挑战，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题威胁着人类的生存与发展。今天的世

7、界人口已经突破60亿，比19世纪末期增加了2倍多，而据统计能源消费却增加了16倍多。无论多少人谈论“节约”和“利用太阳能”或“打更多的油井或气井”或者“发现更多更大的煤田”，能源的供应却始终跟不上人类对能源的需求。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一、两个世纪。如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，工业生产将大幅度萎缩，或甚至因为抢占剩余的石油资源而引发战争。1973-1974第一次石油危机产生于第四次中东