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1、可再生能源发电技术可再生能源发电技术第一讲第一讲 综述综述李进平李进平 （水电学院水电系副教授）（水电学院水电系副教授）QQ:QQ:7715772577157725，Mobile:13971650254Mobile:13971650254Email:Email:20152015年年7 7月月要 点能源相关概念能源利用历史能源品质可再生能源发展的必要性我国能源利用现状自然资源（自然资源（ResourcesResources）u在一定时期和地点，在一定条件下在一定时期和地点，在一定条件下具有开发价值具有开发价值、能够、能够满足满足或提高人类或提高人类当前和未来当前和未来生存和生活状况生存和生活状况
2、的的自然因素和条件自然因素和条件，称，称为为自然资源自然资源，有时简称，有时简称资源资源u包括气候资源、水资源、矿物资源、生物资源、能源，等等包括气候资源、水资源、矿物资源、生物资源、能源，等等能源（能源（EnergyEnergy）u能源能源就是能够向人类就是能够向人类提供某种形式能量（光、热、动力等）提供某种形式能量（光、热、动力等）的的自然资源自然资源，包括所有的燃料、流水、阳光、地热、风等，包括所有的燃料、流水、阳光、地热、风等u通过适当转换通过适当转换手段可使其为人类生产和生活提供所需的能量手段可使其为人类生产和生活提供所需的能量u例如煤和石油等化石能源燃烧时提供例如煤和石油等化石能源
3、燃烧时提供热能热能，流水和风力可以，流水和风力可以提供提供机械能机械能，太阳的辐射可转化为，太阳的辐射可转化为热能或电能热能或电能u能源是人类活动的物质基础能源是人类活动的物质基础 1 1 能源相关概念能源相关概念能源种类很多，通常按其形态特征或转换与应用的层次分类 (1)(1)一次能源和二次能源一次能源和二次能源（按（按形成条件形成条件）u以天然形态存在于在自然界中，可直接取得而不需改变其基本形态的能源，称为一次能源。u是自然界中现成存在的天然能源天然能源。如煤炭、石油、天然气、水能，太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、核能等。u有些能源通常需要经过加工进行直接或间接的转换才能使用。由一
4、次能源经加工转换而获得的另一种形态的能源，称为二次能源。u如电力、煤气、沼气、酒精、汽油、柴油、焦炭，以及蒸汽、氢能等。电能电能是最重要的二次能源。各种各样的能源各种各样的能源一次能源的来源一次能源的来源自然界中一次能源的初始来源，大致有三种情况：来自地球以外天体（主要是太阳）的能量来自地球以外天体（主要是太阳）的能量能以光和热的形式直接利用的太阳能，以化石或生物体等物质形式存储的能量，以风、水流、波浪等形式体现的能量 来自地球内部的能源来自地球内部的能源主要是核能（原子能）和地热能 地球与其他天体相互作用产生的能量地球与其他天体相互作用产生的能量月亮、太阳引力变化形成的海洋潮汐能(2)常规能
5、源与新能源常规能源与新能源（按发展应用状况）u常规能源（conventionalenergy）：在当前的技术水平和利用条件下，已广泛应用了较长时间的能源u主要指煤炭、石油、天然气、水能、核（裂变）能煤炭、石油、天然气、水能、核（裂变）能u特点：使用较普遍，技术较成熟。u新能源（newenergy）：由于技术、经济或能源品质等因素而未能大规模使用的能源u如太阳能、风能、海洋能、地热、生物质、氢能、核（聚变）太阳能、风能、海洋能、地热、生物质、氢能、核（聚变）能能等u特点：已开始或即将被人们推广利用，但还没有被大规模使用，有的甚至还处于研发或试用阶段u常规能源和新能源的分类是相对的，不同历史时期会
6、变分类是相对的，不同历史时期会变化化，这取决于应用历史和使用规模。u例如在1950年代，核(裂变)能属于新能源，现在已经成为常规能源。u有些能源虽然应用的历史很长，但正经历着利用方式的变革，而那些较有发展前途的新型应用方式尚不成熟或规模还小，也被归为新能源，例如太阳能、风能太阳能、风能。u在中国，新能源指除常规化石能源和大中型水力发电、常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电核裂变发电之外的一次能源。(3)非再生能源和可再生能源非再生能源和可再生能源（按循环恢复能力）u非再生能源非再生能源，也叫，也叫不可再生能源不可再生能源，用完后不可重新生成（至，用完后不可重新生成（至少在短期内无法恢复），
7、总有枯竭的一天少在短期内无法恢复），总有枯竭的一天u如如化石燃料化石燃料和和核燃料核燃料均为非再生能源。按照现有的探明储量均为非再生能源。按照现有的探明储量和开采程度，地球上的化石燃料和开采程度，地球上的化石燃料最多还可使用几百年最多还可使用几百年u可再生能源可再生能源，可以循环使用，能够有规律地不断得到补充，可以循环使用，能够有规律地不断得到补充，没有使用期限，也不会因长期使用而减少。没有使用期限，也不会因长期使用而减少。u如如太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和生物质能太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和生物质能，均为，均为可再生能源。可再生能源。(4)含能体能源和过程性能源含能体能源和过
8、程性能源(按能源存在和转移形式)u含能体能源含能体能源是指包含着能量的物质或实体是指包含着能量的物质或实体u例如化石燃料、核燃料、生物质、地热水和地热蒸汽，等例如化石燃料、核燃料、生物质、地热水和地热蒸汽，等等等u特点：特点：可以直接储存和运输可以直接储存和运输u过程性能源过程性能源是指随着物质运动而产生、并且仅以运动过程是指随着物质运动而产生、并且仅以运动过程的形式存在的能源的形式存在的能源u如风、水、海潮、波浪、地热等如风、水、海潮、波浪、地热等u特点：无法直接储存和运输特点：无法直接储存和运输(5)清洁能源和非清洁能源清洁能源和非清洁能源(按环境污染程度)u清洁能源清洁能源是指对环境没有
9、污染或是指对环境没有污染或污染较小的能源，有时也污染较小的能源，有时也叫绿色能源叫绿色能源。u如如太阳能，风能，海洋能，垃圾发电，沼气太阳能，风能，海洋能，垃圾发电，沼气等。等。u非清洁能源非清洁能源是指可能对环境造成较大污染的能源，例如煤是指可能对环境造成较大污染的能源，例如煤炭等化石燃料。炭等化石燃料。u清洁与非清洁能源的划分也是清洁与非清洁能源的划分也是相对的相对的。可再生能源可再生能源u中华人民共和国可再生能源法2006年1月1日起施行（2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过，2009年修订）u目的是促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保
10、障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展。u国家将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域，建议将可再生能源知识和技术纳入普通教育、职业教育普通教育、职业教育课程。u中国可再生能源学会（原中国太阳能学会，1979年9月6日在西安市成立）u可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。2 2 能源利用的历史能源利用的历史人类认识和征服自然依靠能源，分5个发展阶段。(1)(1)天然能源的原始利用（又称薪柴时代）天然能源的原始利用（又称薪柴时代）u几十万年以前人类学会了几十万年以前人类学会了用火用火，在漫长的岁月里，一直，在漫长的岁月里，一直以以柴草柴草(firew
11、ood)(firewood)为生活能量的主要来源，燃火用于为生活能量的主要来源，燃火用于烧饭烧饭、取暖取暖和和照明照明。后来逐渐学会将后来逐渐学会将畜力畜力、风力风力、水力水力等自然动等自然动力用于生产和交通运输力用于生产和交通运输u这种初级形式的能源利用直到这种初级形式的能源利用直到1919世纪中期都没有太大突世纪中期都没有太大突破。在破。在18601860年年的世界能源消费结构中，薪柴和农作物秸秆的世界能源消费结构中，薪柴和农作物秸秆仍占仍占能源消费总量的能源消费总量的73.8%73.8%。(2)(2)煤炭（煤炭时代）煤炭（煤炭时代）u20002000多年多年以前人类就知道煤炭可以作为以前
12、人类就知道煤炭可以作为燃料燃料。u1414世纪的中国、世纪的中国、1717世纪的英国采煤业都已相当发达，但煤世纪的英国采煤业都已相当发达，但煤炭长期未能在世界能源消费结构中占据主导地位。炭长期未能在世界能源消费结构中占据主导地位。u1818世纪世纪7070年代年代，英国的瓦特发明以煤炭作燃料的，英国的瓦特发明以煤炭作燃料的蒸汽机蒸汽机。蒸汽机的广泛应用使煤炭迅速成为蒸汽机的广泛应用使煤炭迅速成为第二代主体能源第二代主体能源。u煤炭在世界一次能源消费结构中所占的比重，从煤炭在世界一次能源消费结构中所占的比重，从18601860年的年的2525，上升到，上升到19201920年的年的6262。(3
13、)(3)石油（石油时代）石油（石油时代）u人类很早就发现了石油，直到人类很早就发现了石油，直到1919世纪，石油工业才逐世纪，石油工业才逐渐兴起。渐兴起。18591859年，美国宾夕法尼亚州打出了年，美国宾夕法尼亚州打出了世界上第世界上第一口油井一口油井，是现代石油工业的开端。，是现代石油工业的开端。u18861886年德国人年德国人本茨和戴姆勒本茨和戴姆勒研制出研制出以汽油为燃料以汽油为燃料、由、由内燃机驱动的汽车（德国奔驰），进入大规模使用石内燃机驱动的汽车（德国奔驰），进入大规模使用石油的油的汽车时代汽车时代。（。（19051905年，美国福特）年，美国福特）u石油和天然气逐渐取代煤炭石
14、油和天然气逐渐取代煤炭，在世，在世界能源消费构成中占据主要地位。界能源消费构成中占据主要地位。u19651965年，在世界能源消费结构中，年，在世界能源消费结构中，石油首次超过煤炭石油首次超过煤炭占居首位，成为占居首位，成为第三代主体能源。到第三代主体能源。到19791979年，石油年，石油所占的比重达到所占的比重达到54%54%，相当于煤炭的，相当于煤炭的三倍。三倍。(4)(4)电力电力u18811881年，美国建成世界上年，美国建成世界上第一个发电站第一个发电站，同时还研制出，同时还研制出电灯等实用的用电设备（爱迪生）电灯等实用的用电设备（爱迪生）u以后，电力的应用领域越来越广，发展规模也
15、越来越大，以后，电力的应用领域越来越广，发展规模也越来越大，人类社会逐步进入人类社会逐步进入电气化时代电气化时代u石油、煤炭、天然气等化石燃石油、煤炭、天然气等化石燃料被转换成更加料被转换成更加便于输送和利用便于输送和利用的电能的电能，进一步推动工业革命，进一步推动工业革命，带来了巨大的技术进步带来了巨大的技术进步u电能使用起来方便清洁、易于电能使用起来方便清洁、易于输送、易转化成其它型式的能量，输送、易转化成其它型式的能量，成为现代生产不可或缺的动力，成为现代生产不可或缺的动力，与现代生活也密不可分。与现代生活也密不可分。(5)(5)核能和可再生能源核能和可再生能源u19421942年年美国
16、美国建立世界上建立世界上第一座核反应堆（费米）第一座核反应堆（费米）u19541954年年前苏联前苏联建成世界建成世界第一座发电的反应堆第一座发电的反应堆（库尔恰托夫（库尔恰托夫支持修建的奥布灵斯克核电站）支持修建的奥布灵斯克核电站）并正式启用。并正式启用。u19561956年年美国美国的的核电站核电站投入运行投入运行u核能利用迅速发展起来，在世界能源结构中占据重要位置。核能利用迅速发展起来，在世界能源结构中占据重要位置。到到2020世纪世纪9090年代年代，核能发电核能发电所提供的电力占全世界发电总量所提供的电力占全世界发电总量的的17%17%左右左右u进入进入2121世纪以来，太阳能、风能
17、、世纪以来，太阳能、风能、海洋能、生物质能等海洋能、生物质能等可再生新能源可再生新能源发展很快发展很快，并且逐渐走向成熟和规，并且逐渐走向成熟和规模化，所占的比重也有望大幅度提模化，所占的比重也有望大幅度提高，为人类解决高，为人类解决能源和环保问题能源和环保问题开开辟了新的天地辟了新的天地各种能源均有优点，也各有不足。各种能源均有优点，也各有不足。如何进行评价和比较？如何进行评价和比较？(1)(1)能流密度能流密度即在单位空间或单位面积内，能够从某种能源获得的功率即在单位空间或单位面积内，能够从某种能源获得的功率化石燃料与核燃料的能流密度大，各种可再生能源的能流密化石燃料与核燃料的能流密度大，
18、各种可再生能源的能流密度一般都比较小度一般都比较小能量密度太小，则不利于开发利用，因为经济性太差能量密度太小，则不利于开发利用，因为经济性太差3 3 能源的品质能源的品质标准煤标准煤各种燃料的热值是不同的，在统计能源的生产和消费，特别在各种燃料的热值是不同的，在统计能源的生产和消费，特别在计算能耗指标时，常定义计算能耗指标时，常定义一种假想的标准燃料一种假想的标准燃料，即标准煤。，即标准煤。标标准准煤煤的的热热值值为为 2.92.910104 4 kJ/kgkJ/kg。各各种种燃燃料料均均可可按按平平均均发发热热量折算成标准煤。量折算成标准煤。(2)(2)开发费用和设备造价开发费用和设备造价u
19、化石能源与核燃料化石能源与核燃料，探、采、加工、运输，需投入大量人力、，探、采、加工、运输，需投入大量人力、物力，发电设备单位容量的初期投资较小。物力，发电设备单位容量的初期投资较小。u可再生能源可再生能源，开发费用主要是开发能源的一次性投资，设备，开发费用主要是开发能源的一次性投资，设备造价比较高，而运营费用很低。造价比较高，而运营费用很低。(3)3)存储的可能性与供能的连续性存储的可能性与供能的连续性u化石燃料化石燃料都比较容易存储，也便于连续供应。都比较容易存储，也便于连续供应。u太阳能、风能太阳能、风能等可再生能源则不易保存。能量供应也可能有等可再生能源则不易保存。能量供应也可能有波动
20、性和间断性波动性和间断性。(4)(4)运输费用与损耗运输费用与损耗u运输过程本身也要投资并消耗能源，远距离运输的成本和损运输过程本身也要投资并消耗能源，远距离运输的成本和损耗会影响能源的使用。耗会影响能源的使用。u太阳能、风能、地热能难以运输。化石燃料可以运输，但要太阳能、风能、地热能难以运输。化石燃料可以运输，但要考虑考虑运输的成本和耗能运输的成本和耗能。(5)(5)对环境的影响对环境的影响u化石燃料燃烧过程中会排放化石燃料燃烧过程中会排放COCO2 2等温室气体，甚至还有一些有等温室气体，甚至还有一些有毒的或腐蚀性物质，对环境影响较大。毒的或腐蚀性物质，对环境影响较大。u核燃料有放射性污染
21、及废料处理的问题。核燃料有放射性污染及废料处理的问题。u可再生能源大多对环境的影响较小，基本都是清洁能源可再生能源大多对环境的影响较小，基本都是清洁能源。(6)(6)蕴藏量蕴藏量u化石燃料等非再生能源，蕴藏量是有限的，总有用完的时候。化石燃料等非再生能源，蕴藏量是有限的，总有用完的时候。u太阳能、风能等可再生能源，可以循环使用，不断的得到补太阳能、风能等可再生能源，可以循环使用，不断的得到补充，即使每年更新的数量有限，长期来看，也是充，即使每年更新的数量有限，长期来看，也是无穷无尽的无穷无尽的。(7)(7)能源品位能源品位u能源品味反映的是能源利用的方便程度。能源品味反映的是能源利用的方便程度
22、。u一般来说，一般来说，二次能源二次能源要比一次能源要比一次能源品味高品味高。u能直接变成机械能和电能的能源能直接变成机械能和电能的能源（如水力和风能），要比那（如水力和风能），要比那些必须先经过热利用环节的能源（如化石燃料）的些必须先经过热利用环节的能源（如化石燃料）的品位高品位高。4 4 发展可再生能源的必要性发展可再生能源的必要性u现代能源现状现代能源现状u现代能现代能源三大支源三大支柱：煤炭、柱：煤炭、石油和天石油和天然气然气u石油和天然气石油和天然气的形成和开采的形成和开采u“生于水际砂生于水际砂石，与泉水相杂，石，与泉水相杂，惘惘而出惘惘而出”北宋北宋沈括沈括梦溪笔谈梦溪笔谈根据B
23、P世界能源统计，全球化石燃料可用情况如下：40.6年164年65.1年1636亿吨179.8万亿方 9091亿吨储量储采比能源形势：化石燃料面临枯竭危险BP世界能源统计2006石油天然气煤碳化石燃料储量比储采比石 油2.320.1/40.6年天然气0.9%49.3/65.1年煤 炭11.6%114.5/164年我国的形势严峻：人均能源拥有量仅为世界平均值的一半，化石燃料的储采比低于世界平均值；但工业能耗又高于工业发达国家，主要能源消耗已经名列世界前茅（煤炭第一，石油煤炭第一，石油第二第二）。2006中国能源发展报告 世界人均的能量消耗则不断上升，在过去一世纪中总能耗增长到25.8倍！1kg标准
24、煤的发热值=29308kJ 年份 总人口 人均能耗 (亿）t 标准煤/(人.年)1900 15.71 0.493 1950 25.01 1.026 2000 60.50 3.300探明的化石燃料藏量有限，而工业与生活所需数值不断增长，这是世界能源所面临的主要问题。国际上出现三次石油危机u化石能源的消费带来严重的环境问题化石能源的消费带来严重的环境问题当前，威胁人类生存的十大环境问题是：（1）全球气候变暖；（2）臭氧层的耗损与破坏；（3）生物多样性减少；（4）酸雨蔓延；（5）森林锐减；（6）土地荒漠化；（7）大气污染；（8）水污染；（9）海洋污染；（10）危险性废物越境转移化石能源利用的环境影响
25、化石能源利用的环境影响 酸雨酸雨u煤和石油的燃烧排放出二氧化硫或氮氧化物烟气与天上的水蒸气相遇，就会形成硫酸和硝酸小滴，使雨水酸化，这时落到地面的雨水就成了酸雨。u酸雨的危害有：1)腐蚀建筑物和工业设备；2)破坏露天的文物古迹；3)损坏植物叶面，导致森林死亡；4)使湖泊中鱼虾死亡；5)破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡；6)饮用酸化造成的地下水，对人体有害。（1）北美死湖事件，美国受酸雨影响的水域达3.6万平方公里，加拿大受酸雨影响的水域5.2万平方公里，大量湖泊酸化，甚至成为死湖。湖中无鱼，湖滨树木枯萎。（2）西德森林枯死病事件，有80多万公顷森林被毁。每年有数万儿童感染特殊的喉炎症。100
26、20017501800185019001950 19900煤CO2石油CO2天然气CO2CO2(billion tons/year)Rapid Global Warming It is an important issue to reduce fossil fuel consumption化石燃料排放的CO217501800185019001950 19900280340300320CO2(ppm)in Air360工业革命 大气 CO2Temperature variation（）by thermometerfrom tree rings，coral，Average temp.in 1961
27、1990过去过去10001000年北半环平均气温变化年北半环平均气温变化工业革命 100012001400160018002000Source；IPCC#3 ReportYear0.00.5-0.5-1.0 温室效应（花房效应）温室效应（花房效应）加拿大冰山区域不断缩小 K.Suzuki34气温上升、冰川熔化、海平面上升，太平洋岛国图瓦卢举国迁移Arctic 1979-2003 大气污染大气污染（1）英国伦敦毒雾事件，1952，1956,1957,1962年连续发生12次，死亡近4万人，直到1965年后才消失；（2）美国洛杉矶毒烟事件，1943，1952,1955年多次反生光化学烟雾事件，使人
28、出现眼睛痛、头痛、呼吸困难等症状，直到70年代后期才消失；（3）2013年以来，全国中东部发生严重的雾霾和污染天气如果人类都按照美国人的方式生活60亿人口需要4.3个地球!能能源源开开采采、运运输输和和加加工工过过程程中中存存在在不不良良影影响响，如如煤煤炭炭开开采采会会有有人人员员伤伤亡亡和和土地塌陷土地塌陷。核核能能的的利利用用存存在在核核安安全全和和核核废废料料问问题题。（如如前前苏苏联联切切尔尔诺诺贝贝利利1986.4.261986.4.26和和日本福岛日本福岛2011.32011.3）世界范围内的核能利用，将产生世界范围内的核能利用，将产生成千上万吨的核废料成千上万吨的核废料。如果不
29、能妥善处理，。如果不能妥善处理，放射性的危害或风险将持续几百年放射性的危害或风险将持续几百年。其它影响其它影响可持续发展可持续发展社会社会社会社会环境环境环境环境经济经济经济经济联合国联合国世界环境与发展委员会世界环境与发展委员会提提出了出了可持续发展可持续发展概念。概念。就是就是“满满足当代人的需求，又不损害子孙足当代人的需求，又不损害子孙后代满足其需求能力的发展后代满足其需求能力的发展”。可持续的解决方案可持续的解决方案u更加广泛地使用可再生能源开源u进一步提高能源效率节能u减少排放资料来源:中国光伏发展报告2007能源结构预测The 21st century will be electr
30、icand intelligent03691215195020002050电能GDPEnergyIndex(1=1950)未来的智能电力（智能电网）u可控可控u精确精确u灵活灵活u干净干净u快速快速u安全安全电力是高品位的终端能源水能水能风能地热地热潮汐和波浪潮汐和波浪太阳能太阳能化石化石化石化石核能核能生物质能电力农业农业文明文明工工业业文明文明信息化信息化低碳化低碳化（1）能源生产和消费（增长率大，世界第一）5 5 我国能源利用现状我国能源利用现状20052005年能源消年能源消费结费结构构石油天然气煤炭水电核电世界36.8%23.7%27.2%6.2%6.1%中国22.3%2.5%69.
31、0%69.0%5.4%0.8%u我我国国能能源源需需求求估估计计2020年年2229亿亿吨吨标标准准煤煤，2050年年3347亿亿吨吨标标准准煤煤。未未来来50年年内内能能源源需需求求总总量量将会增长到现在的将会增长到现在的3倍倍u煤炭生产和消费占世界比重的煤炭生产和消费占世界比重的1/31/3强，世界第一强，世界第一 u石油生产低于消费，对外依存度高，接近石油生产低于消费，对外依存度高，接近50%u环境约束与能源需求的矛盾日益加大环境约束与能源需求的矛盾日益加大（2）能源利用效率低能源开发利用设备和技术落后，能源利用效率低，浪费严重u我国能源终端利用效率仅为33，比发达国家低约1020%u单
32、位产品的能耗平均比发达国家高约40%u能源消费强度（单位GDP耗能）高，是美国的4倍，日英德法等国的8倍（我国人口占20.43%，GDP占4.03%）u人均能源消费低，是美国的1/8，日本的1/4（3）能源品种以煤为主，污染严重u典型的能源消费型污染煤炭消费型污染u城市空气污染、酸雨、温室气体排放（4）可再生能源发展面临的几个问题u经济效益：成本高，效率低，需要依靠科技创新和科技进步，发展科技u持续可靠性：克服能源间歇性、不连续性的影响u局限性：最佳容量研究，分布式发电与联网输电u环境及生态：调整结构，合理替代；节约优先，环境友好u管理体制和机制：加快科技生产力的转化，健全相关法律法规，有序有
33、利健康发展u风力发电势头正劲，科技进步和成熟，成本快速下降u光伏发电超常规发展，与风电一起年增长率高达30%u生物质发电等其它可再生能源步履蹒跚可再生能源的发展可再生能源的发展u可再生能源是多种能源的统称，本课程将逐一对目前正大力发展和探索的发电技术进行介绍，内容如下：u水力发电技术u风力发电技术u太阳能利用及发电技术u生物质能利用及发电技术u地热能利用及发电技术u海洋能多种发电技术u氢能与燃料电池发电技术6 6 本课程的内容本课程的内容u常见的能量形式有机械能、热能、电能、化学能、原子能等u机械能机械能：包括与位置相关的势能和与运动相关的动能，以这种能量形式出现的是水能、风能、波浪能等u热能
34、热能：与分子热运动有关的能量，也是人类常利用的能量形式，化石能源的利用都是先将燃料的化学能转换为热能，以这种能量型式出现的有太阳辐射热能、地热能等u电能电能（电磁场能）：电荷流动和积累相关的一种能量，是高品质的二次能源，是当前利用的最主要的能源型式，可以由各种能量转换而来。u化学能化学能：存在于物质各组分之间连接键内的一种能量，是在发生每种化学反应时形成和释放的，以这种型式存在的有很多一次能源：煤炭、石油、天然气、生物质等u原子能原子能：原子核质量发生变化时释放的能量，分衰变、裂变和聚变，目前核能的利用主要是裂变6 6 能源的形式与转换能源的形式与转换u燃料燃烧是获取热能的最主要方式。u所谓燃
35、料，就是能在空气中容易燃烧并释放出大量热能的气体、液体或固体物质，是能在经济上值得利用其发热量的物质的总称。u燃料按形态分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。u天然的固体燃料有煤炭和木材；人工的固体燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭应用最为普遍，是我国最基本的能源。u天然的液体燃料有石油（原油）；人工的液体燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。u天然的气体燃料有天然气，人工的气体燃料则有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石油气等。化学能转换为热能液体燃料固体燃料气体燃料燃烧燃烧设备锅炉锅炉工业炉窑工业炉窑化学能化学能热能热能u热能转换为机械能通常需要一种介质，成为热能转换为机械能通常需要一种介质，成为工质
36、工质，推动旋，推动旋转机械从而转换为旋转机械能转机械从而转换为旋转机械能u以水及其蒸汽作为工质，以水及其蒸汽作为工质，蒸汽轮机蒸汽轮机u直接以燃烧后的高温混合气体作为工质的，直接以燃烧后的高温混合气体作为工质的，燃气轮机、内燃气轮机、内燃机燃机等等热能转换为机械能蒸汽轮机压缩室燃烧室涡轮机燃气汽轮机应用广泛应用广泛内燃机u电能电能能够方便地以能够方便地以高转换效率高转换效率转换成其它形式的能量，因转换成其它形式的能量，因此电能是非常有用的一种能量形式。此电能是非常有用的一种能量形式。电能可以通过多种途径生产，最主要的途径是通过电能可以通过多种途径生产，最主要的途径是通过发电机发电机将将机械能直
37、接转换成电能机械能直接转换成电能。将机械能转换成电能的发电机都是同步发电机。可以输出交流电或直流电。根据动力机械的特点，同步发电机有立式和卧式两种。由汽轮机和内燃机驱动的发电机多为卧式。u另外，可在燃料电池和蓄电池中由另外，可在燃料电池和蓄电池中由化学能直接转换成电能化学能直接转换成电能；在太阳能电池中由在太阳能电池中由辐射能直接转换成电能辐射能直接转换成电能。u磁流体发电、热电偶温差发电可将磁流体发电、热电偶温差发电可将热能直接转变成电能热能直接转变成电能。机械能转换为电能发电机u发电厂是实现电能转换的场所，将其它型式的一次能源转换为电能。u传统发电厂按其所用一次能源的不同，可分为水力发电厂
38、、火力发电厂和核能发电厂。u随着新能源技术的不断发展，风能发电厂、生物质能发电厂、太阳能发电厂、海洋能发电厂等多种发电形式和技术。发电厂发电厂u 水电站是将水能转变成电能的工厂，其能量转换的基本过程是：水能机械能电能。u 按利用能源的种类，水电站可分为：u（1）将河川中水能转换成电能的常规水电站，也是通常所说的水电站，按集中落差的方法它又有三种基本形式，即堤坝式、引水式和混合式；u（2）调节电力系统峰谷负荷的抽水蓄能式水电站；u（3）利用海洋能中的水流的机械能进行发电的水电站，即潮汐电站、波浪能电站、海流能电站。60水力发电厂水力发电厂u 火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气或其他燃料
39、的化学能生产电能的工厂。u 我国电源构成是以火电为主，至2004年底，全国总装机容量为44070万kW，火电装机容量为 32490万kW,占我国发电装机总容量的 73.7%。u 火电厂按使用燃料的不同可分为燃煤、燃油和燃气等几类电厂。我国的煤炭资源比较丰富，燃煤火电厂是我国目前电能生产的主要方式。62火力发电厂火力发电厂u核电厂是利用核裂变能转化为热能，再按火电厂的发电方式，将热能转换为电能，它的原子核反应堆相当于锅炉。核反应堆中，除装有核燃料外，还以重水或高压水作为慢化剂和冷却剂，所以，反应堆又可分为重水堆、压水堆等。u核反应堆内，铀-235在中子撞击下，使原子核发生裂变，产生的巨大能量主要
40、以热能形式被高压水带至蒸汽发生器，在此产生蒸汽，送至汽轮发电机组。u 1kg铀-235所发出的电力约等于2700t标准煤所发出的电力。64核能发电厂核能发电厂u 风能就是指流动的空气所具有的能量，是由太阳能转化而来的。u 风能是一种干净的自然能源、可再生能源，同时风能的储量十分丰富。u 据估算，全球大气中总的风能量约为1017kW，其中可被开发利用的风能约为21010kW，比世界上可利用的水能大10倍。u 因此，风能的开发利用具有非常广阔的前景。66风力发电厂风力发电厂u将吸收的太阳辐射热能转换成电能的发电技术称太阳能热发电技术，它包括两大类型：u 一是利用太阳热能直接发电（光伏发电技术）；u
41、 二是太阳热能间接发电，就是利用光热电转换，即通常所说的太阳能热发电。68太阳能发电厂太阳能发电厂u 生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。u 生物质能是由太阳能转化而来，是可再生能源。u 生物质能发电厂的种类较多，规模大小受生物质能资源的制约，主要有：垃圾焚烧发电厂、沼气发电厂、木煤气发电厂、薪柴发电厂、蔗渣发电厂等。70生物质能发电厂生物质能发电厂u地球本身就是一个巨大的热库，其内部蕴藏的热能即“地热能”，是取之不尽的可再生能源。u在未来一段时期内能够经济、合理地利用的地热能称为地热资源，目前人类只是开发利用了其中的极少一部分。u地热资源可分为五种类型：
42、u（1）蒸汽型地热资源。u（2）热水型地热资源。u（3）地压型地热资源。u（4）干热岩型地热资源。u（5）岩浆型地热资源。72地热发电厂地热发电厂u 我国的一次能源结构决定了我国发电必然以煤电为主的基本格局，这是长期难以改变的。u 由于火电给环境带来很大压力，必须加大水电开发力度，使火电、水电、核电都得到不同程度的发展，并通过开发新能源和可再生能源，在满足电力需求和经济发展的同时，尽可能减少石油、煤炭等不可再生能源的使用。747 7 思考题思考题1、能源是什么？常规能源有哪些？试说明其应如何利用？2、新能源和可再生能源有哪些？试说明应如何利用?3、我国能源结构是怎样的？存在哪些问题？如何实现能源的可持续发展?4、电能有哪些优点？传统发电厂可以分为哪几类?5、了解国际国内可再生能源发展的最新进展，搜集相关资料。