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1、第三节第三节 新能源的开发新能源的开发学学习习目目标标：1.知道什么是知道什么是传统传统能源，什么是能源危机能源，什么是能源危机2知道有哪些新能源和新能源开知道有哪些新能源和新能源开发发的意的意义义3知知道道太太阳阳能能、风风能能、生生物物质质能能、地地热热能能、氢氢能的能的优优点和点和应应用用 第第三三节节核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练课前自主学案课前自主学案学习目标学习目标课前自主学案课前自主学案一、能源的分一、能源的分类类常常规规能源有能源有_、_、_等，而新能等，而新能源主要包括核能、太阳能、源主要包括核能、太阳能、风风能、生物能、生物质质能、
2、地能、地热热能、能、氢氢能等能等煤煤石油石油天然气天然气二、新能源二、新能源1太阳能太阳能利利用用太太阳阳能能主主要要有有三三种种方方式式：(1)光光热热转转换换是是指把太阳的光能指把太阳的光能转换为转换为_能的能的过过程；程；(2)光光电电转转换换是是指指把把太太阳阳辐辐射射的的能能量量直直接接转转换换为为_能的能的过过程；程；(3)光化学光化学转换转换是指将太阳能是指将太阳能转换为转换为_能能的的过过程程内内电电化学化学2风风能能：风风是是流流动动的的空空气气，所所以以风风具具有有能能量量风风能的利用主要有两种方式能的利用主要有两种方式(1)将将风风能能直直接接转转变变为为_能能，如如风风
3、车车带带动动水水泵泵抽水；抽水；(2)将将风风能能转转化化为为_能，如能，如风风力力发电发电机机3生物生物质质能：是由生物体能：是由生物体产产生的能量，是以生的能量，是以_能的形式存在于生物体中的太阳能，来源于植物能的形式存在于生物体中的太阳能，来源于植物的的_作用作用机械机械电电化学化学光合光合4地地热热能能：地地热热能能是是由由地地球球内内部部释释放放出出来来的的能能量地量地热热水的利用分直接利用和地水的利用分直接利用和地热发电热发电5氢氢能：利用能：利用氢氢气燃气燃烧烧放出的能量放出的能量氢氢能的利能的利用有两个关用有两个关键键：一是廉价的制：一是廉价的制氢氢方法方法(利用聚焦利用聚焦_
4、能能获获得高温来分解水，从而得到得高温来分解水，从而得到氢氢)；二是；二是氢氢的的储储存，目前公存，目前公认认最有前途的方法是最有前途的方法是“_”太阳太阳金属金属储氢储氢核心要点突破核心要点突破一、能源和能源危机一、能源和能源危机1能源的分能源的分类类一次能源一次能源二次能源二次能源常常规规能能源源燃料能源燃料能源煤、石油、天然煤、石油、天然气、植物秸气、植物秸秆秆煤气、焦炭、汽煤气、焦炭、汽油、柴油油、柴油液化石油气、酒液化石油气、酒精精非燃料能非燃料能源源水能水能电电力、蒸汽、力、蒸汽、热热水、余水、余热热新新能能源源燃料能源燃料能源核燃料核燃料沼气、沼气、氢氢气气非燃料能非燃料能源源太
5、阳能、太阳能、风风能、能、地地热热能、潮汐能能、潮汐能激光激光2.能源危机能源危机地球上可供使用的地球上可供使用的传统传统能源是有限的，是不可再能源是有限的，是不可再生的煤和石油是地球在几十生的煤和石油是地球在几十亿亿年中年中积攒积攒下来的下来的不可再生能源，它不可再生能源，它们们是有限的按是有限的按20世世纪纪末的消末的消费费量估算，已量估算，已经经探明的可供开采的石油和天然气，探明的可供开采的石油和天然气，也也许许只能只能维维持几十年，即使是持几十年，即使是储储量最多的煤炭，量最多的煤炭，也不也不过维过维持开采持开采200多年自从煤炭和石油成多年自从煤炭和石油成为为人人类类社会的主要能源以
6、后，人社会的主要能源以后，人类类便开始大量消耗自便开始大量消耗自然界用几十然界用几十亿亿年年积积累起来的累起来的(财财富富)资资源随着生源随着生产产的的发发展和生活水平的提高，迅速增展和生活水平的提高，迅速增长长的能量消的能量消耗与日益耗竭的能源之耗与日益耗竭的能源之间间矛盾加矛盾加剧剧，如果没有新，如果没有新的能源供的能源供应应，世界将面，世界将面临临能源短缺的危机能源短缺的危机二、新能源的开二、新能源的开发发1新能源新能源人人类类正正在在开开发发和和利利用用的的新新能能源源是是核核能能、太太阳阳能能、风风能、生物能、生物质质能、地能、地热热能和能和氢氢能能2太阳能太阳能(1)太阳能的太阳能
7、的优优点点利用太阳能利用太阳能获获得得电电力，需通力，需通过过太阳能太阳能电电池池进进行光行光电转换电转换来来实现实现它同以往其他它同以往其他电电源源发电发电原理完全原理完全不同，具有以下不同，具有以下优优点：点：无枯竭危无枯竭危险险；绝对绝对干干净净(无公害无公害)；不受不受资资源分布地域的限制；源分布地域的限制；可在可在用用电处电处就近就近发电发电；能源能源质质量高；量高；获获取能源花取能源花费费的的时间时间短，因此在能源开短，因此在能源开发发中占相当大的分量中占相当大的分量(2)太阳能也存在着明太阳能也存在着明显显的缺点的缺点分分散散性性到到达达地地球球表表面面的的太太阳阳辐辐射射能能虽
8、虽然然总总量量很大，但是能流密度比很大，但是能流密度比较较低低间间断断性性由由于于昼昼夜夜、季季节节、地地理理纬纬度度和和地地形形等等自自然然条条件件的的限限制制，以以及及天天气气等等随随机机因因素素的的影影响响，地地球球上上接接收收到到的的太太阳阳辐辐射射是是不不连连续续的的、不不稳稳定定的的这对这对太阳能的大太阳能的大规规模利用提出了挑模利用提出了挑战战怎怎样样高效高效利用太阳能仍是科学研究的利用太阳能仍是科学研究的课题课题(3)太阳能的利用方式太阳能的利用方式人人类类利用太阳能的方式可分利用太阳能的方式可分为为以下几种以下几种光光热转换热转换是太阳是太阳辐辐射能的聚集的射能的聚集的过过程
9、程优优点点：技技术术最最为为成成熟熟，成成本本最最为为低低廉廉，应应用用最最为为广广泛泛装置：平板集装置：平板集热热器和聚光式集器和聚光式集热热器器应应用用：太太阳阳能能热热水水器器、太太阳阳能能温温室室、太太阳阳能能干干燥燥器器等都是平板集等都是平板集热热器，也叫非聚光式集器，也叫非聚光式集热热器器反射式太阳灶、高温太阳炉是聚光式集反射式太阳灶、高温太阳炉是聚光式集热热器器光光电电转转换换是是把把太太阳阳辐辐射射的的能能量量直直接接转转换换为为电电能能的的过过程程优优点：技点：技术术已已经经成熟，成熟，应应用用较较广广装置：太阳能装置：太阳能电电池池应应用：太阳能用：太阳能电电池使用池使用简
10、简便，易于便，易于维护维护，适用于，适用于电电子子仪仪表、高山气象站、表、高山气象站、输输油油输输气管道的气管道的维护维护等等许许多方面，尤其可以分散地用在高山、沙漠、海多方面，尤其可以分散地用在高山、沙漠、海岛岛等地，等地，这样这样可以避免可以避免铺设输电线铺设输电线路路.90%的人造的人造卫卫星和宇宙星和宇宙飞飞船都采用太阳能船都采用太阳能电电池供池供电电光光化化学学转转换换是是将将太太阳阳能能转转换换成成化化学学能能的的过过程程主主要要途途径径是是绿绿色色植植物物吸吸收收太太阳阳辐辐射射的的能能量量，以以二二氧氧化化碳碳和和水水为为原原料料，生生产产出出有有机机物物质质并并放放出出氧氧这
11、这个个过过程程就就是是光光合合作作用用这这个个过过程程生生成成的的碳碳水水化化合合物物(糖糖类类)，在在生生物物体体内内供供给给生生命命活活动动所所需需的的能能量量光光合合作作用用把把不不能能被被生生物物利利用用的的太太阳阳能能转转化化为为可以被生物利用的化学能可以被生物利用的化学能3风风能能(1)风风能能：风风是是由由于于空空气气的的流流动动而而形形成成的的，风风具具有有能能量量，是是一一种种天天然然能能源源风风能能蕴蕴藏藏量量丰丰富富，可可以以再再生生，永永不不枯枯竭竭，没没有有污污染染，随随处处都都可可以以开开发发利利用用(2)优优点和不足点和不足在重在重视环视环境保境保护护的的时时代，
12、使用代，使用风风能能这这种种“绿绿色色”能能源源，对对改改善善地地球球生生态态环环境境、减减少少空空气气污污染染有有着着非非常常积积极的价极的价值值风风能能突突出出的的弱弱点点是是密密度度低低、不不稳稳定定、地地区区差差异异大大(3)应应用用将将风风能直接能直接转变为转变为机械能机械能风风力力发电发电是将是将风风能能转转化化为为机械能，最机械能，最终转终转化化为为电电能能4生物生物质质能能(1)生生物物质质能能：由由生生物物体体产产生生的的能能量量就就是是生生物物质质能能生生物物质质能能是是以以化化学学能能的的形形式式储储存存在在生生物物体体中中的的太阳能，来源于植物的光合作用太阳能，来源于植
13、物的光合作用(2)应应用：生物用：生物质质能主要来源于柴薪、人畜能主要来源于柴薪、人畜粪粪便、便、城市垃圾和水生植物等除柴薪可以直接燃城市垃圾和水生植物等除柴薪可以直接燃烧烧外，外，利用生物利用生物质质能的技能的技术还术还有沼气生有沼气生产产、酒精制取、酒精制取、人造石油的制造、生物人造石油的制造、生物质质能能发电发电等等5地地热热能能(1)地地热热能能：地地热热能能是是由由地地球球内内部部释释放放出出来来的的内内能能一一般般认认为为地地热热来来源源于于地地球球深深处处熔熔融融的的岩岩浆浆和和放放射性物射性物质质的衰的衰变变(2)应应用：可以通用：可以通过过地下蒸汽、地地下蒸汽、地热热水水(温
14、泉温泉)、地、地下干下干热热岩体来得到地岩体来得到地热热能地能地热热能可直接用于采能可直接用于采暖、水暖、水产产养殖、温室养殖，以及医养殖、温室养殖，以及医疗疗等方面天等方面天然温泉与人工开采的地下然温泉与人工开采的地下热热水，已水，已经经广泛使用广泛使用据据联联合国合国统计统计，世界地，世界地热热水的直接利用水的直接利用远远远远超超过过地地热发电热发电，中国的地，中国的地热热水直接利用居世界首位水直接利用居世界首位6氢氢能能(1)氢氢能能：无无论论核核能能还还是是太太阳阳能能，都都不不便便于于储储存存和和携携带带目前迫切需要一种能替代石油、目前迫切需要一种能替代石油、储储量丰富量丰富、不、不
15、污污染染环环境的燃料境的燃料这这种理想的燃料就是种理想的燃料就是氢氢(2)氢氢能的开能的开发发和利用和利用两个两个难题难题作作为为潜潜在在的的能能源源，氢氢能能的的开开发发利利用用需需要要解解决决两两个个难难题题一一个个难难题题是是氢氢的的制制备备，需需要要一一种种价价廉廉易易行行的方法；二是的方法；二是氢氢的的储储存和运存和运输输要比要比较较方便方便氢氢的制的制备备方式方式一一是是用用电电解解水水的的办办法法可可以以得得到到氢氢，但但是是所所消消耗耗的的能量会大于能量会大于氢氢燃燃烧烧放出的能量，放出的能量，显显然不合算然不合算二二是是可可以以利利用用聚聚焦焦太太阳阳能能获获得得高高温温来来
16、分分解解水水，从从而得到而得到氢氢，这这是廉价制是廉价制氢氢的最有希望的方法的最有希望的方法储储存存氢氢的三种方式的三种方式一一是是气气态态储储氢氢，将将氢氢气气储储存存在在钢钢瓶瓶中中；二二是是液液态态储储氢氢，将将液液氢氢储储存存在在大大罐罐内内；三三是是“金金属属储储氢氢”，就就是是使使氢氢与与一一些些合合金金发发生生化化学学反反应应，生生成成金金属属氢氢化化物物，这这一一反反应应是是可可逆逆的的，在在一一定定温温度度、压压力力下下，金金属属氢氢化化物物将将重重新新分分解解出出氢氢供供使使用用，这这是是目目前前公公认认最有前途的一种方法最有前途的一种方法(3)应应用用氢氢氧燃料氧燃料电电
17、池，池，实验实验用的用的氢氢燃料汽燃料汽车车都是都是氢氢的的直接直接应应用将来我用将来我们们若能若能获获取大量的廉价取大量的廉价氢氢，氢氢燃料可以取代燃料可以取代现现在使用的所有能源在使用的所有能源课堂互动讲练课堂互动讲练太阳能的利用太阳能的利用 太太阳阳直直接接射射到到地地面面上上的的辐辐射射功功率率，在在与与光光垂垂直直的的平平面面上上，每每平平方方米米的的功功率率约约为为1400 W若若面面积积为为2 m2，且且与与阳阳光光垂垂直直的的某某热热水水器器内内有有10 kg的的水水，且且水水的的初初温温为为20，热热效效率率为为80%，需需多多长时间长时间才能使水沸才能使水沸腾腾已知已知c水
18、水4.2103 J/(kg)?例例例例1 1【答案答案】1500 s【方法方法总结总结】转转化率是太阳能和化率是太阳能和热热能能联联系的系的关关键键风风能的利用能的利用 某某地地区区的的平平均均风风速速是是6 m/s，已已知知空空气气密密度度为为1.3 kg/m3，此此地地有有一一风风车车，其其叶叶片片转转动动而而形形成成一一个个半半径径为为20 m的的圆圆面面，假假如如这这个个风风车车能能将将此此圆圆内内10%的的气气流流动动能能转转化化为为电电能能，求求这这个个风风车车发发电电的功率的功率例例例例2 2【答案答案】1.76104 W【方法方法总结总结】风风力力发电发电是将机械能是将机械能转
19、转化化为电为电能，能，风风能属可再生能源，正确解能属可再生能源，正确解题题要求能建立清晰的要求能建立清晰的物理物理图图景和物理模型景和物理模型氢氢能的利用能的利用 以以氢氢气气为为燃燃料料的的汽汽车车发发动动机机在在燃燃烧烧过过程程中中，只只会会排排出出水水蒸蒸气气而而无无二二氧氧化化碳碳等等其其他他废废气气排排出出，因而不会因而不会产产生温室效生温室效应应，具有，具有环环保意保意义义某汽某汽车车重重6 t，阻力，阻力为车为车重的重的0.05倍，最大倍，最大输输出功出功率率为为60 kW.若此若此车车以最大速度匀速行以最大速度匀速行驶驶300 km，发动发动机的效率机的效率为为50%，则则需要多少需要多少氢氢气做燃料？气做燃料？(g10 m/s2，若已知每摩，若已知每摩尔尔氢氢气燃气燃烧烧后生成水蒸后生成水蒸气并放出气并放出285.8 kJ的的热热量量)例例例例3 3【答案】【答案】12.6 kg知能优化训练知能优化训练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进进入入课课件目件目录录按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放谢谢谢谢使用使用