太阳能生物质能和氢能的利用课件(精).ppt

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1、环境污染现状环境污染现状你想到了什么？你想到了什么？再看看我们现有的资源吧！再看看我们现有的资源吧！石油石油 4040年年天然气天然气 5050年年煤煤 碳碳 240240年年太阳能太阳能生物质能生物质能氢能氢能太阳能就是太阳辐射能。在太阳里，每时太阳能就是太阳辐射能。在太阳里，每时每刻都进行着激裂的核裂变和核聚变反应，每刻都进行着激裂的核裂变和核聚变反应，从而产生大量的热。太阳表面的温度达从而产生大量的热。太阳表面的温度达60006000左右，内部温度高达数百万度。由左右，内部温度高达数百万度。由于太阳的温度很高，它不断地向宇宙空间于太阳的温度很高，它不断地向宇宙空间辐射能量，包括可见光，不

2、可见光和各种辐射能量，包括可见光，不可见光和各种微粒，总称为太阳辐射。微粒，总称为太阳辐射。地球上除核能以外的一切能源，无论是煤地球上除核能以外的一切能源，无论是煤炭、石油、天然气、水力或风力都来自太炭、石油、天然气、水力或风力都来自太阳，全球人类目前每年能源消费的总和只阳，全球人类目前每年能源消费的总和只相当于太阳在相当于太阳在4040分钟内照射到地球表面的分钟内照射到地球表面的能量。太阳能随处可得，不必远距离输送，能量。太阳能随处可得，不必远距离输送，而且是洁净的能源。而且是洁净的能源。地地球球上上的的能能流流图图可见能量来源于太阳可见能量来源于太阳可见能量来源于太阳可见能量来源于太阳。太

3、太阳阳能能的的利利用用方方式式光光热热光光电电光光化化学学能能光光生生物物质质能能光光热热例：太阳能热水系统例：太阳能热水系统 太阳灶太阳灶 太阳炉太阳炉太太太太阳阳阳阳炉炉炉炉太太太太阳阳阳阳灶灶灶灶光光电电1.1.光光热热电电例：太阳能集热器例：太阳能集热器 太阳能集热器太阳能集热器(solar collector)(solar collector)在太阳能热系统中，接受在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光型和聚光液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光

4、型和聚光型集热器两种。另外还有一种真空集热器型集热器两种。另外还有一种真空集热器:一个好的太阳能一个好的太阳能集热器应该能用集热器应该能用20203030年。自从大约年。自从大约19801980年以来所制作的集年以来所制作的集热器更应维持热器更应维持40405050年且很少进行维修。年且很少进行维修。2.2.光光电电从太阳能获得电力，需通过大阳电池进行光电变换来实现。它从太阳能获得电力，需通过大阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：无枯竭无枯竭危险；危险；绝对干净（无公害）；绝对干净（无公害）；不受资源分布地域的

5、限制；不受资源分布地域的限制；可在用电处就近发电；可在用电处就近发电；能源质量高；能源质量高；使用者从感情上容使用者从感情上容易接受；易接受；获取能源花费的时间短。不足之处是：获取能源花费的时间短。不足之处是：照射的能照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；量分布密度小，即要占用巨大面积；获得的能源同四季、昼获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。夜及阴晴等气象条件有关。例：太阳能电池例：太阳能电池目前，太阳电地主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶目前，太阳电地主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达硅太阳电池变换效率最高，已达2020以上，但价格也最贵。非

6、以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到效率达到1010，每瓦发电设备价格降到，每瓦发电设备价格降到1 12 2美元时，便足以同美元时，便足以同现在的发电方式竞争。估计本世纪末便可达到这一水平。现在的发电方式竞争。估计本世纪末便可达到这一水平。光光化学能化学能6H2O+6CO2C6H12O6+6O2光光叶绿素叶绿素（C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6催化剂催化剂C6H12O6 +6

7、O26H20 +6CO2光光生物质能生物质能植物通过光合作用转化。植物通过光合作用转化。利利 弊弊：优点：优点：(1)(1)普遍：太阳光普照大地，无论普遍：太阳光普照大地，无论陆地陆地或或海洋海洋，无论，无论高山高山或或岛屿岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。勿须开采和运输。(2)(2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。一点是极其宝贵的。(3)(3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相

8、当巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于于130130万亿万亿t t标煤，其总量属现今世界上可以开发的标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。最大能源。(4)(4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。不竭的。缺点：缺点：(1)(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来

9、，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1 1平方米平方米面积上接收到的太阳能平均有面积上接收到的太阳能平均有1000W1000W左右；若按全年日夜平均，则左右；若按全年日夜平均，则只有只有200W200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1 15 5左右，左右，这样的能流密度是很低的。在利用太阳能时，想要得到一定的转换这样的能流密度是很低的。在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面

10、积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。(2)(2)不稳定性：由于受到不稳定性：由于受到昼夜昼夜、季节季节、地理纬度地理纬度和和海拔海拔高度等自然高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。大规模应用增加了难度。(3)(3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些

11、方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。性的制约。生物质生物质是指通过是指通过光合作用光合作用而形成的各种而形成的各种有机体有机体，包括，包括所有的动植物和所有的动植物和微生物微生物。而所谓生物质能（。而所谓生物质能（biomass biomass energy ene

12、rgy），就是太阳能以），就是太阳能以化学能化学能形式贮存在生物质中形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的的能量形式，即以生物质为载体的能量能量。它直接或间。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固固态态、液态液态和和气态气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是质能是太阳能太阳能的一种表现形式。目前，很多国家都

13、在的一种表现形式。目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。积极研究和开发利用生物质能。生物质能的特点生物质能的特点1)1)可再生性可再生性生物质属生物质属可再生资源可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与与风能风能、太阳能等同属可再生能源太阳能等同属可再生能源,资源丰富资源丰富,可保证能源的永续利用；可保证能源的永续利用；2)2)2)2)低污染性低污染性生物质的生物质的硫硫含量、含量、氮氮含量低、燃烧过程中生成的含量低、燃烧过程中生成的SOXSOX、NOXNOX较少；生物质作较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排

14、放的二氧化碳的量，为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的因而对大气的二氧化碳二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应温室效应；3)3)3)3)广泛分布性广泛分布性 缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；4)4)4)4)生物质燃料总量十分丰富。生物质燃料总量十分丰富。生物质能是世界第四大能源生物质能是世界第四大能源,仅次于仅次于煤炭煤炭、石油石油和和天然气天然气。根据生物学家。根据生物学家估算估算,地球陆地每年生产地球陆地每年生产1000100012501250亿吨生物质亿吨生物质;海洋

15、年生产海洋年生产500500亿吨生物亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世相当于目前世界总能耗的界总能耗的1010倍。我国可开发为能源的生物质资源到倍。我国可开发为能源的生物质资源到20102010年可达年可达3 3亿吨。亿吨。随着农林业的发展随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。生物质资源还将越来越多。生物质能的利用方式生物质能的利用方式1 1、直接燃烧、直接燃烧2 2、生物化学转换、生物化学转换3 3、热化学转换、热化学转换（C6H10O5)n+6n CO26n C

16、O2+5n H2O点燃用纤维素（用纤维素（C C6 6H H1010O O5 5）n n代表植物枝叶的主要代表植物枝叶的主要成分成分:直接用作燃料的有农直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等作物的秸秆、薪柴等直接当薪柴使用，效直接当薪柴使用，效率低，影响生态环境。率低，影响生态环境。a a a a、利用植物的秸杆、枝叶、杂草等制取沼气、利用植物的秸杆、枝叶、杂草等制取沼气、利用植物的秸杆、枝叶、杂草等制取沼气、利用植物的秸杆、枝叶、杂草等制取沼气b、用含糖类、淀粉（C6H10O5）n较多的农作物（如玉米、高粱）为原料，制取乙醇。（C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6催化剂催化剂C6H12

17、O62C2H5OH+2CO2点燃复杂的化学反应生物质可燃性气体脂肪燃料快艇脂肪燃料快艇生物质能的新利用，脂肪燃料快艇生物质能的新利用，脂肪燃料快艇 新西兰业余航海家和环境保护家皮特新西兰业余航海家和环境保护家皮特贝修恩宣布，他将驾驶以脂肪为动贝修恩宣布，他将驾驶以脂肪为动力的快艇力的快艇“地球竞赛地球竞赛”号，进行一次环球航行。据悉，贝休恩将于号，进行一次环球航行。据悉，贝休恩将于20082008年年3 3月月1 1日从西班牙的瓦伦西亚出发，开始全长约日从西班牙的瓦伦西亚出发，开始全长约4.54.5万公里的环球航行。贝休万公里的环球航行。贝休恩表示，他打算挑战英国船只恩表示，他打算挑战英国船只

18、“有线和无线冒险有线和无线冒险”号于号于19981998年创造的年创造的7575天天环球航行的世界纪录。环球航行的世界纪录。脂肪当燃料脂肪当燃料“地球竞赛地球竞赛”号被称为世界上最快的生态船，造价号被称为世界上最快的生态船，造价240240万美万美元，融合多项高科技。元，融合多项高科技。“地球竞赛地球竞赛”号长约号长约23.823.8米，形似一只展翅欲飞的米，形似一只展翅欲飞的天鹅。船身有三层外壳保护，内有两个功能先进的发动机，最高时速可达天鹅。船身有三层外壳保护，内有两个功能先进的发动机，最高时速可达每小时每小时4040节（约节（约7474公里），即使航行在巨浪中，速度也不会减慢。公里），即

19、使航行在巨浪中，速度也不会减慢。虽然动物脂肪种类丰富，但贝修恩计划只利用人类脂肪转化成的生物虽然动物脂肪种类丰富，但贝修恩计划只利用人类脂肪转化成的生物燃料作为燃料作为“地球竞赛号地球竞赛号”的动力来源，百分之百采用生物燃料完成一次环的动力来源，百分之百采用生物燃料完成一次环游世界的环保之旅。游世界的环保之旅。为了能募集到足够的脂肪生物燃料，贝修恩身先士卒，主动躺到了手为了能募集到足够的脂肪生物燃料，贝修恩身先士卒，主动躺到了手术台上。然而整形医生尽管做了很大努力，从他体内抽出的脂肪也只够制术台上。然而整形医生尽管做了很大努力，从他体内抽出的脂肪也只够制造造100100毫升的生物燃料。他的两名

20、助手抽出的毫升的生物燃料。他的两名助手抽出的1010升脂肪能够制成升脂肪能够制成7 7升生物燃升生物燃料，可供料，可供“地球竞赛地球竞赛”号航行号航行1515公里。公里。而皮特进行而皮特进行“绿色绿色”环游世界之旅，以打破英国环游世界之旅，以打破英国“有线和无线冒险者有线和无线冒险者”号于号于19981998年创造的年创造的7575天环游世界的纪录，总共需要天环游世界的纪录，总共需要7 7万升的生物燃料，也万升的生物燃料，也就是说，皮特需要胖子志愿者们捐赠出大约就是说，皮特需要胖子志愿者们捐赠出大约7 7万公斤的脂肪。万公斤的脂肪。氢能氢能 【hydrogen energyhydrogen e

21、nergy】通过氢气和氧气反应所产生通过氢气和氧气反应所产生的能量。氢能是氢的化学能，氢在地球上主要以化合态的形式出的能量。氢能是氢的化学能，氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的现，是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%75%。由于。由于氢气必须从水、化石燃料等含氢物质中制得，因此是氢气必须从水、化石燃料等含氢物质中制得，因此是二次能源二次能源。工业上生产氢的方式很多，常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、工业上生产氢的方式很多，常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等。重油及天然气水蒸气催化转化制氢等。氢是宇宙中分布

22、最广泛的物质，它构成了宇宙质量的氢是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%75%，因，因此氢能被称为人类的终极能源。水是氢的大此氢能被称为人类的终极能源。水是氢的大“仓库仓库”，如把海水中，如把海水中的氢全部提取出来，将是地球上所有化石燃料热量的的氢全部提取出来，将是地球上所有化石燃料热量的9000 9000 倍。氢倍。氢的燃烧效率非常高，只要在汽油中加入的燃烧效率非常高，只要在汽油中加入4%4%的氢气，就可使内燃机的氢气，就可使内燃机节油节油40%40%。目前，氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进。目前，氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。美国政府已明确

23、提出氢计划，宣布今后入系统实施阶段。美国政府已明确提出氢计划，宣布今后4 4年政府年政府将拨款将拨款1717亿美元支持氢能开发。美国计划到亿美元支持氢能开发。美国计划到20402040 年美国每天将减年美国每天将减少使用少使用11001100万桶石油，这个数字正是现在美国每天的石油进口量。万桶石油，这个数字正是现在美国每天的石油进口量。氢能主要优点：氢能主要优点：一一燃燃燃燃烧烧烧烧热热热热值值值值高高高高。二二二二 每每每每千千千千克克克克氢氢氢氢燃燃燃燃烧烧烧烧后后后后的的的的热热热热量量量量，约约约约为为为为油油油油的的的的3 3 3 3倍倍倍倍，酒酒酒酒精精精精的的的的3 3 3 3.

24、9 9 9 9倍倍倍倍，焦焦焦焦炭炭炭炭的的的的4 4 4 4.5 5 5 5倍倍倍倍。三三燃燃燃燃烧烧烧烧的的的的产产产产物物物物是是是是水水水水，是是是是世世世世界界界界上上上上最最最最干干干干净净净净的的的的能能能能源源源源。四四四四 资资资资源源源源丰丰丰丰富富富富，氢氢氢氢气气气气可可可可 以以以以由由由由水水水水制制制制取取取取，而而而而水水水水是是是是地地地地球球球球上上上上最最最最为为为为丰丰丰丰富富富富的的的的资资资资源源源源。氢气的贮存和运输问题碳纳米管储氢材料光能光能电能电能化学能化学能太阳能太阳能热能热能电能电能光能光能生物质能生物质能氢能氢能太阳能太阳能太阳能太阳能生

25、物质能生物质能生物质能生物质能和氢能的和氢能的和氢能的和氢能的利用利用利用利用太阳能太阳能太阳能太阳能含义：太阳内部连续不断的核聚变所释放的能量。含义：太阳内部连续不断的核聚变所释放的能量。含义：太阳内部连续不断的核聚变所释放的能量。含义：太阳内部连续不断的核聚变所释放的能量。生物质能生物质能生物质能生物质能氢能氢能氢能氢能利用太阳能需要解决的问题：太阳能采集利用太阳能需要解决的问题：太阳能采集利用太阳能需要解决的问题：太阳能采集利用太阳能需要解决的问题：太阳能采集 转换转换转换转换 贮存贮存贮存贮存 运输运输运输运输太阳能的利用方式：光太阳能的利用方式：光太阳能的利用方式：光太阳能的利用方式

26、：光-热热热热 光光光光-电电电电 光光光光-化学化学化学化学能能能能来源：来源于植物及其加工产品所贮存的能量来源：来源于植物及其加工产品所贮存的能量来源：来源于植物及其加工产品所贮存的能量来源：来源于植物及其加工产品所贮存的能量利用的实质：就是生物质发生化学变化释放利用的实质：就是生物质发生化学变化释放利用的实质：就是生物质发生化学变化释放利用的实质：就是生物质发生化学变化释放能量或生成新的能源物质能量或生成新的能源物质能量或生成新的能源物质能量或生成新的能源物质利用方式：直接燃烧利用方式：直接燃烧利用方式：直接燃烧利用方式：直接燃烧 生物化学转换生物化学转换生物化学转换生物化学转换 热化学

27、热化学热化学热化学转换转换转换转换优点：生产原料广优点：生产原料广优点：生产原料广优点：生产原料广 热值高热值高热值高热值高 易燃烧易燃烧易燃烧易燃烧 无污染无污染无污染无污染利用利用利用利用方式方式方式方式和氧化剂反应放出的热量和氧化剂反应放出的热量和氧化剂反应放出的热量和氧化剂反应放出的热量和氧化剂在催化剂作用下的电化学反和氧化剂在催化剂作用下的电化学反和氧化剂在催化剂作用下的电化学反和氧化剂在催化剂作用下的电化学反应直接获取电脑应直接获取电脑应直接获取电脑应直接获取电脑氢的热核反应释放出的核能氢的热核反应释放出的核能氢的热核反应释放出的核能氢的热核反应释放出的核能需克服的问题：降低生产能耗需克服的问题：降低生产能耗需克服的问题：降低生产能耗需克服的问题：降低生产能耗 氢气的储存氢气的储存氢气的储存氢气的储存与运输与运输与运输与运输