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- 2016-09-14
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這是一個關于新能源的開發(fā)和利用簡析課件PPT模板，主要是開發(fā)利用新能源的意義，我國新能源研究開發(fā)活動的現(xiàn)狀以及其他新能源的出現(xiàn)和利用和開拓等�？扇急膶W名是天然氣水合物(Gas Hydrates ),這是天然氣和水在特定的條件下所形成的一種透明的冰狀結晶體,又稱“氣冰”、“固體瓦斯”。是一種清潔高效、使用方便的新能源。越來越多的科學家相信未來潔凈能源的最大一部分也許就藏在海底或高緯度永凍區(qū)�？扇急臉嫵桑禾烊粴馑衔锱c天然氣成分相似，且更為純凈，簡單地說，它是天然氣被包進水分子中，在海底低溫和很高壓力下形成的一種冰狀的固態(tài)晶體。其結構是若干個水分子通過氫鍵構成多面體籠子，籠子中包含有客體的天然氣分子，還可以是CO2、N2、H2S等小分子氣體，它們被統(tǒng)稱為氣水化合物。其化學成分不穩(wěn)定，可用M·nH2O表示
從化學結構來看，天然氣水合物是這樣構成的：由水分子搭成像籠子一樣的多面體格架，以甲烷為主的氣體分子被包含在籠子格架中。不同的溫壓條件，具有不同的多面體格架。更多內容，歡迎點擊下載新能源的開發(fā)和利用簡析課件PPT模板哦。新能源的開發(fā)和利用簡析課件PPT模板是由紅軟PPT免費下載網推薦的一款科學課件PPT類型的PowerPoint.
能源安全與新能源開發(fā)利用
開發(fā)新能源
從資源角度考慮，我國常規(guī)能源相對不足，人均占有量僅為世界平均水平的一半。能源供需矛盾突出。
我國能源以石油和煤炭為主，天然氣的產量近年來有很大增長，可這些主要能源也造成了環(huán)境污染，而且不可再生。
尋找新能源迫在眉睫
新能源：可燃冰
新能源：可燃冰
可燃冰的學名是天然氣水合物(Gas Hydrates )，這是天然氣和水在特定的條件下所形成的一種透明的冰狀結晶體，又稱“氣冰”、“固體瓦斯”。是一種清潔高效、使用方便的新能源。
越來越多的科學家相信未來潔凈能源的最大一部分也許就藏在海底或高緯度永凍區(qū)
可燃冰的構成
天然氣水合物與天然氣成分相似，且更為純凈，簡單地說，它是天然氣被包進水分子中，在海底低溫和很高壓力下形成的一種冰狀的固態(tài)晶體。
其結構是若干個水分子通過氫鍵構成多面體籠子，籠子中包含有客體的天然氣分子，還可以是CO2、N2、H2S等小分子氣體，它們被統(tǒng)稱為氣水化合物。其化學成分不穩(wěn)定，可用M·nH2O表示
從化學結構來看，天然氣水合物是這樣構成的：由水分子搭成像籠子一樣的多面體格架，以甲烷為主的氣體分子被包含在籠子格架中。不同的溫壓條件，具有不同的多面體格架。
可燃冰的性能
能量密度高，燃燒值高。1m3相當于164m3的天然氣。
清潔無污染（幾乎不產生任何燃燒廢棄物，[SO2]比燃燒油或煤低2個數(shù)量級）
使用方便。壓力降低就足以使天然氣水合物晶體分解并釋放出大量甲烷氣體。
注意：甲烷的溫室效應比CO221倍，是一種對環(huán)境破壞作用最大的溫室氣體
危險性高
可燃冰的形成條件
被稱為水合甲烷的物質大量沉積
低于20oC的溫度
較大的壓力
可燃冰的開發(fā)利用
1810年，英國，達威在實驗室發(fā)現(xiàn)“天然冰”.雖然是塊香餑餑，但開發(fā)利用仍然很困難：
勘探定位技術，開采技術
提制可燃氣的技術
運輸?shù)膯栴}
低成本開發(fā)
其它：
未燃燒的天然氣水合物直接排入大氣產生的強烈溫室效應
未燃燒的天然氣水合物對海底已有油氣管道造成危險
對魚的生長的威脅
對航行的威脅
天可燃冰如何保持高壓、低溫狀態(tài)等
新能源：氫—理想能源
2000年1月，美國通用汽車推出了使用新能源的汽車——氫能概念車，在悉尼奧運會的馬拉松比賽中，通用汽車公司的“氫動1號”作為開道車，出盡了風頭。
氫是萬物之主，大約100億年前，大量的氫核遍布太空。
直到現(xiàn)在，太陽總體積80%仍是氫；木星氫占82%；地球上地殼內100個原子中有17個氫原子，其數(shù)目僅次于氧而居第二位。
新能源：氫的優(yōu)點
資源豐富。H主要以化合態(tài)存在于水中，地球上水資源豐富， H2燃燒的產物是水，二者無限循環(huán)
氫作為燃料的獨一無二的優(yōu)點是，它的燃燒產物是水，不會污染環(huán)境，燃料循環(huán)與生物圈相吻合。
按重量計算，氫的能量是同量汽油能量的2.5倍左右。如果把噴氣機上的燃料換成同等效能的氫，就會大大節(jié)省重量，這也使氫成為一種航空燃料具有的明顯優(yōu)點。
新能源：氫的優(yōu)點
氫的燃燒值很高，即燃燒時產生的熱量很高，在空氣中燃燒，溫度可達1000oC。在氧氣中燃燒，可達2800oC高溫。它產生的熱量比汽油高得多。1gH2燃燒時放熱130KJ，是汽油的3~4倍
使用方便，現(xiàn)有內燃機，稍加改裝就可用氫作燃料，也可通過燃料電池將氫能轉變?yōu)殡娔堋?span style="display:none">atV紅軟基地
氫的運輸和銷售費用要比輸電的便宜，在許多情況下，把現(xiàn)有的天然氣管線改造一下，就能用來運輸氫。運送氫的費用只為遠距離輸電的八分之一。氫還可能比電更宜于儲存。
新能源：氫的存儲
常溫常壓下，H2的密度小，能量/體積比小，所以必須解決貯存問題
儲氣罐
高壓鋼瓶
液化H2：需要很厚的絕熱保護層。
貯氧合金技術：金屬與H2充分反應，回執(zhí)后釋放H2。
碳納米材料：新型貯氧材料。（1999年我國研制，與克隆羊同時被評為我國十大科技新聞）
氫的儲存方法
新能源：氫的制作
實驗室制氫：Na，Ca與H2O反應制H2等
工業(yè)制氫：天然氣、石油裂解可制H2，水煤氣可用煤炭制H2，但消耗化石燃料制H2從能源角度講毫無意義。
用H2O制氫：
電解H2O
熱化學分解
利用太陽能分解水
生物制H2：模擬光合作用
理想的氫能源示意圖
新能源：氫的利用
直接燃燒
氫能電池
新能源：二甲醚
二甲醚(Dimethyl ether)，簡稱DME，化學分子式 為CH3OCH3，是一種含氧燃料，它無毒性，常溫常壓下為氣態(tài)，常溫時可在五個大氣壓下液化，具有與液化石油氣相似的物性。
二甲醚無C-C鏈，其十六烷值大于55，具有優(yōu)良的壓縮性，非常適合于壓燃式發(fā)動機，用作為柴油機的代用燃料。而常規(guī)發(fā)動機代用燃料液化石油氣、天然氣、甲醇，它們的十六烷值都小于10，一般只適合于點燃式發(fā)動機。
新能源：二甲醚制備
二甲醚燃料的制取原理可以煤、天然氣、生物有機物等為原料產生合成氣一氧化碳、二氧化碳和氫氣，然后常規(guī)法先制得甲醇，進一步脫水制成二甲醚。
新能源：二甲醚使用
用于生活：DME在排放與燃燒方面都優(yōu)于LPG，只要有價格優(yōu)勢，DME大量替代LPG是比較容易的。因為LPG的原有設施完全可以用于DME。
用于燃氣輪機的燃料：建立以DME為燃料的電廠
替代柴油：這是一個重要領域。因為以超清潔燃料取代柴油是個世界性課題，對中國尤其有挑戰(zhàn)性與迫切性。因為柴油是我國油品中用量最大，也是目前缺口最大的燃料（目前的柴油機難以滿足環(huán)保要求）。
作為高附加值化工產品的中間原料：如CH3OOH(醋酸)
新能源：太陽能（能源之源）
地球上最根本的能源是太陽能。煤、石油中的化學能是由太陽能轉化而成的，風能、生物能、海洋能等其實也都來自太陽能。
太陽每年輻射到地球表面的能量為50×1018kJ，相當于目前全世界能量消費的1.3萬倍，真可謂取之不盡用之不竭，因此利用太陽能的前景非常誘人。陽光普照大地，單位面積上所受到輻射熱并不大，如何把分散的熱量聚集在一起成為有用的能量是問題的關鍵。太陽能的利用方式是光電轉化或光化學轉化 。
新能源：太陽能利用
聚集陽光
太陽能的熱利用是通過集熱器進行光熱轉化的，集熱器也就是太陽能熱水器。它的板芯由涂了吸熱材料的銅片制成的，封裝在玻璃鋼外殼中。銅片只是導熱體，進行光熱轉化的是吸熱涂層，這是特殊的有機高分子化合物。封裝材料也很有講究，既要有高透光率，又要有良好的絕熱性。
隨涂層、材料、封裝技術和熱水器的結構設計等不同，終端使用溫度較低的在100℃以下，可供生活熱水、取暖等；
中等溫度在100～300℃之間，可供烹調、工業(yè)用熱等；
高溫的可達300℃以上，可以供發(fā)電站使用。
新能源：太陽能利用 ——光電轉換
太陽能也可通過光電池直接變成電能，這就是太陽能電池、光伏打電池。它們具有安全可靠、無噪聲、無污染、不需燃料、無需架設輸電網、規(guī)�？纱罂尚〉葍�(yōu)點，但需要占用較大的面積，因此比較適合陽光充足的邊遠地區(qū)的農牧民或邊防部隊使用。
光電池應用范圍很廣，大的可用于微波中繼站、衛(wèi)星地面站、農村電話系統(tǒng)，小的可用于太陽能手表、太陽能計算器、太陽能充電器等，這些產品已有廣大市場。
新能源：太陽能利用 ——光化學轉換:儲存陽光
熔鹽儲能法
太陽能光解H2O制H2
綠色植物光合作用
新能源：海洋能
在地球與太陽、月亮等互相作用下海水不停地運動，站在海灘上，可以看到滾滾海浪，在其中蘊藏著潮汐能、波浪能、海流能、溫差能等，這些能量總稱海洋能。
主要特點：
可再生性
清潔能源
能量多變，不穩(wěn)定性
能量巨大，頒布分散不均
海洋能——潮汐能
潮汐能是以位能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能。海水漲落的潮汐現(xiàn)象是由地球和天體運動以及它們之間的相互作用而引起的。
在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。由于地球的旋轉，這種水位的上升以周期為12h25min和振幅小于1m的深海波浪形式由東向西傳播。太陽引力的作用與此相似，但是作用力小些，其周期為12h。
當太陽、月球和地球在一條直線上時，就產生大潮；當它們成直角時，就產生小潮。除了半日周期潮和月周期潮的變化外，地球和月球的旋轉運動還產生許多其他的周期性循環(huán)，其周期可以從幾天到數(shù)年。同時地表的海水又受到地球運動離心力的作用，月球引力和離心力的合力正是引起海水漲落的引潮力。
海洋能——波浪能
波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面 的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源。
波浪能是由風把能量傳遞給海洋而產生的，它實質上是吸收了風能而形成的。能量傳遞速率和風速有關，也和風與水相互作用的距離（即風區(qū)）有關。水團相對于海平面發(fā)生位移時，使波浪具有勢能，而水質點的運動，則使波浪具有動能。貯存的能量通過摩擦和湍動而消散，其消散速度的大小取決于波浪特征和水深。
深水海區(qū)大浪的能量消散速度很慢，從而導致了波浪系統(tǒng)的復雜性，使它常常伴有局地風和幾天前在遠處產生的風暴的影響。 波浪可以用波高、波長（相鄰的兩個波峰間的距離）和波周期 （相鄰的兩個波峰間的時間）等特征來描述。
海洋能——溫差能
溫差能是指海洋表層海水和深層海水之間水溫之差的熱能。海洋是地球上一個巨大的太陽能集熱和蓄熱器。由太陽投射到地球表面的太陽能大部分被海水吸收，使海洋表層水溫升高。赤道附近太陽直射多，其海域的表層溫度可達25～28℃，波斯灣和紅海由于被炎熱的陸地包圍，其海面水溫可達35℃。而在海洋深處50O～1000m處海水溫度卻只有3～6℃。這個垂直的溫差就是一個可供利用的巨大能源。在大部分熱帶和亞熱帶海區(qū)，表層水溫和1000m深處的水溫相差20℃以上，這是熱能轉換所需的最小溫差。據估計，如果利用這一溫差發(fā)電，其功率可達2TW。
海洋能——鹽差能
鹽差能是以化學能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。
地球上的水分為兩大類：淡水和咸水。全世界水的總儲量為1.4X109km3，其中97.2％為分布在大洋和淺海中的咸水。在陸地水中，2.15％為位于兩極的冰蓋和高山的冰川中的儲水，余下的0.65％才是可供人類直接利用的淡水。海洋的咸水中含有各種礦物和大量的食鹽，1km3的海水里即含有3600萬t食鹽
海洋能——海流能
海流能是另一種以動能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能。所謂海流主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動以及由于潮汐導致的有規(guī)律的海水流動。其中一種是海水環(huán)流，是指大量的海水從一個海域長距離地流向另一個海域。
引起因素兩種：首先海面上常年吹著方向不變的風，如赤道南側常年吹著不變的東南風，而其北側則是不變的東北風。風吹動海水，使水表面運動起來，而水的動性又將這種運動傳到海水深處。隨著深度增加，海水流動速度降低；有時流動方向也會隨著深度增加而逐漸改變，甚至出現(xiàn)下層海水流動方向與表層海水流動方向相反的情況。在太平洋和大西洋的南北兩半部以及印度洋的南半部，占主導地位的風系造成了一個廣闊的，也是按反時鐘方向旋轉的海水環(huán)流。在低緯度和中緯度海域，風是形成海流的主要動力。其次不同海域的海水其溫度和含鹽度常常不同，它們會影響海水的密度。海水溫度越高，含鹽量越低，海水密度就越小。這種兩個鄰近海域海水密度不同也會造成海水環(huán)流。海水流動會產生巨大能量。
核能（原子能）
原子核是帶正電的質子和中子的緊密結合體，其直徑不及原子直徑的萬分之一，但其質量卻占原子質量的絕大部分。
為體么帶正電的質子少可以緊密的結合在原子核中？由于核力的存在。當兩個核子間距離為310-13cm以內時核子間有很強的吸引力（遠大于靜電排斥力），但一旦超過這一距離，核力則驟減為0。
核子結合能
當核子因彼此間強核力的吸引作用而緊密結合成穩(wěn)定的原子核時，會釋放巨大的能量，這種能量叫核子結合能。
結合能的大小
原子能釋放途徑
原子能釋放途徑主要有兩個
輕核聚變成為一個較重核
重核裂變成兩個質量中等的核
在輕核區(qū)，如將平均結合能小的核聚變成平均結合能大的核，將釋放巨大的能量。例如，2個2H核，聚變成1個 或1個2H核和3H核聚變成1個 核，并釋放出一個 ，都會釋放巨大能量。這是核聚變反應和氫彈研制的理論依據。
在重核區(qū)，重核的平均結合能比中等核小，當它分裂為兩個中等核時，平均結合能升高，所以重核裂變時釋放巨大能量，這是制造核能反應堆與原子彈的理論根據。
原子能釋放途徑特點
兩種方法的共同之處是平均結合能低的核轉變成平均結合能高的核，在轉變過程中，出現(xiàn)“質量虧損”，虧損的質量轉換成增加的結合能釋放出來
物質與能量是同一事物的兩個不同方面，物質可以消失，但同時會產生一定的能量，能量可以消失但同時會產生一定的物質。即使很少量的物質也能產生極大的能量。所以物質和能量合在一起，既不能創(chuàng)造，也不能被消滅
核裂變能及利用
1938年德國化學家哈恩與他的助手用中子轟擊鈾原子核后，得到兩個大小相仿的較小的核，并把這種現(xiàn)象稱為裂變，釋放出的能量稱為裂變能。
同一年法國居里夫婦通過實驗發(fā)現(xiàn)一個中子引起一個鈾核裂變的同時，釋放2~3個中子，新產生的中子以同樣的方式轟擊其他鈾核使其裂變，一變二，二變四，四變八……。如不加控制，這種連鎖反應越來越激烈，在百萬分子一秒內就會把蘊藏在原子核內的巨大能量釋放出來。（雪崩式裂變）
核裂變能及利用
通常情況下，這種反應不能持續(xù)下去，因為238U會把大部分中子吃下去，235U才是鏈式反應的關鍵。所以要讓反應持續(xù)下去，
分離提純235U
使中子減速至 (用重水和石墨)
利用：
1.核彈：
2.核電：和平利用，另外產生的碎核可作標記原子，射線可用于醫(yī)學技術
可控核聚變
地球的能量大部分間接或直接來自于太陽，太陽的能量從何而來？
1938年，美國科學家貝茨最先回答了這個問題：太陽能來自核聚變，在極高的溫度下，由兩個H原子合成一個He原子的熱核聚變。
能否用太陽的方法生產能量？
1954年3月1日，美國在太平洋上的比基尼島上成功爆炸了第一顆氫彈，開始了人類研究熱核反應的新篇章。
可控核聚變
核裂變產生巨大能量，但遠不及核聚變，裂變堆的核燃燒蘊藏也極為有限，不僅產生巨大的輻射，傷害人體，而且貽害千年的廢料也很難處理。
核聚變的輻射則少得多，而且核聚變能幾乎是一種取之不盡的能源。其研究是當今世界科技界為解決人類未來能源問題而開展的主攻課題之一。
可控核聚變
熱核反應的原料是氫的同位素氘（以及氚）。氘的提煉比鈾容易，而且在地球上的含量也極其豐富，每噸海水含氧化氘140g，每桶海水所含氘的能量相當于300桶汽油。地球上的海水有1.371018t，按目前的耗能水平計算，氘所能產生的能量可供全人類用1萬億年。
另一方面，熱核反應的產物是氦，同核裂變相比，聚變產生的放射性小得多，基本不造成污染，所以說氘是較“干凈”的能源。
可控核聚變
核聚變過程非常復雜，有兩種可能
核聚變應用：
氫彈：1967年我國氫彈爆炸成功（氘，氚）
研究可控核聚變：將核聚變產生的巨大能量按人類意愿有控制地釋放出來，其目標是建成聚變能核電站。目前尚有大量技術問題需要解決，科學家正突破各項關鍵技術，以最終建成商用核聚變電站。據估計，可控熱核反應可望在2025年投入商用。
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