节能技术ppt课件.01能量与能源.ppt

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1、节能技术节能技术目目 录录第一篇第一篇 能量与能源能量与能源(10)第一章第一章 能量能量(4)第二章第二章 能源能源(6)第二篇第二篇 常规能源与新能源常规能源与新能源(10)第三章第三章 常规能源常规能源(6)第四章第四章 新能源新能源(4)第三篇第三篇 节能与节能技术节能与节能技术(16)第五章第五章 节能概述节能概述(4)第六章第六章 节能技术节能技术(12)2课程的地位课程的地位具有专业背景，且以人类自身发展为焦点的了解、具有专业背景，且以人类自身发展为焦点的了解、认识、分析和促进社会进步的工具和方法。认识、分析和促进社会进步的工具和方法。课程的作用课程的作用全球视野全球视野 个人与

2、社会个人与社会 环境环境 公民责任公民责任 历史定位历史定位课程的特点课程的特点事实事实 客观客观 专业专业 冷静的思考冷静的思考 新颖新颖 知识跨度知识跨度关于本课程关于本课程3务必要了解的几点务必要了解的几点行课方式行课方式讲授讲授*讲座讲座 视频视频 头脑风暴头脑风暴学习方法学习方法获取获取 甄别甄别 处理处理 提炼观点提炼观点 解决问题解决问题考核方式考核方式论文的真伪与水平论文的真伪与水平 交流的有效性交流的有效性 成效成效学习要求学习要求在教师的激励和帮助下，探索出一套自己与世界和社会在教师的激励和帮助下，探索出一套自己与世界和社会沟通的方法，并把它反映到口头或书面的报告中去。沟通

3、的方法，并把它反映到口头或书面的报告中去。4参考书目参考书目1 黄素逸黄素逸,高伟编著高伟编著 能源概论能源概论,高等教育出高等教育出版社版社,2004年年8月第月第1版版2 黄素逸编著黄素逸编著 能源与节能技术能源与节能技术,中国电力出版中国电力出版社社,2004年年8月第月第1版版3 李崇祥等编著李崇祥等编著 节能原理与技术节能原理与技术,西安交通大西安交通大学出版社学出版社,2004年年3月第月第1版版 5第一篇第一篇 能量与能源能量与能源 第一章第一章 能量能量目目 录录概述概述能量的形式能量的形式能量的基本性质能量的基本性质能量转换的基本原理能量转换的基本原理能量的传递能量的传递(传

4、输传输)能量的存储能量的存储8目目 录录概述概述能量的形式能量的形式能量的基本性质能量的基本性质能量转换的基本原理能量转换的基本原理能量的传递能量的传递(传输传输)能量的存储能量的存储9一、概述一、概述物质和能量是构成客观世界的基础物质和能量是构成客观世界的基础世界是由物质构成的世界是由物质构成的运动是物质存在的形式运动是物质存在的形式能量是物质运动的度量能量是物质运动的度量宇宙间一切运动着的物体都有能量的存在和宇宙间一切运动着的物体都有能量的存在和转化转化10能量的定义能量的定义能量：就是产生某种效果能量：就是产生某种效果(变化变化)的能力。的能力。产生某种效果产生某种效果(变化变化)的过程

5、必然伴随能量的消的过程必然伴随能量的消耗或转化。耗或转化。能量守恒定律：自然界一切物质都具有能量。能量守恒定律：自然界一切物质都具有能量。能量不可能被创造，也不可能被消灭，而只能能量不可能被创造，也不可能被消灭，而只能在一定条件下从一种形式转变为另一种形式，在一定条件下从一种形式转变为另一种形式，在转换中能量总量恒定不变。在转换中能量总量恒定不变。111922年年Einstein揭示了揭示了能量和物质质量之间的能量和物质质量之间的关系，即关系，即式中式中E-物质释放的能量，物质释放的能量，J；m-转变为能量的物质的质量，转变为能量的物质的质量，kg；c-光速，光速，。爱因斯坦爱因斯坦Alber

6、t Einstein 1879-195512Einstein爱因斯坦爱因斯坦(Albert 1879-1955,美籍德国犹太人美籍德国犹太人,理论物理学理论物理学家家,创立相对论创立相对论)他创立的狭义他创立的狭义和广义相对论使现代关于时间和广义相对论使现代关于时间和时间性质的想法发生突破性和时间性质的想法发生突破性进展并给原子能的利用提供了进展并给原子能的利用提供了理论基础。因其对光电效应的理论基础。因其对光电效应的解释获解释获1921年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。German-born American theoretical physicist whose special and genera

7、l theories of relativity revolutionized modern thought on the nature of space and time and formed a theoretical base for the exploitation of atomic energy.He won a 1921 Nobel Prize for his explanation of the photoelectric effect.13能量的单位能量的单位在国际单位制在国际单位制(SI,Systme International,法语法语)中，能量的单位，功及热量的单位通常

8、都用中，能量的单位，功及热量的单位通常都用焦耳焦耳(J)表示，也有表示，也有kJ、MJ等。等。单位时间内所做的功或吸收单位时间内所做的功或吸收(释放释放)的热量则称为的热量则称为功率，单位为瓦功率，单位为瓦(W)，也有，也有KW、MW等。等。在工程应用和一些有关能源的文献中，还有在工程应用和一些有关能源的文献中，还有卡、大卡、标准煤当量、标准油当量、百万卡、大卡、标准煤当量、标准油当量、百万吨煤当量和百万吨煤当量等。吨煤当量和百万吨煤当量等。14卡卡 calorie(calorie(卡路里卡路里)等于在等于在1 1个标准大气压下将个标准大气压下将1 1克水从克水从0 0加热到加热到100100

9、所需热量的所需热量的1/1001/100。15目目 录录概述概述能量的形式能量的形式能量的基本性质能量的基本性质能量转换的基本原理能量转换的基本原理能量的传递能量的传递(传输传输)能量的存储能量的存储16二、能量的形式二、能量的形式能量是一切物质运动、变化和相互作用的能量是一切物质运动、变化和相互作用的度量。度量。利用能量的结果必然和能量系统的始末状利用能量的结果必然和能量系统的始末状态相联系。态相联系。能量利用的优劣、利用效率的高低与具体能量利用的优劣、利用效率的高低与具体过程密切相关。过程密切相关。17人类所认识的能量形式人类所认识的能量形式机械能机械能热能热能电能电能辐射能辐射能化学能化

10、学能核能核能181.1.机械能机械能机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量。能量。前者也称为动能，后者称之为势能。前者也称为动能，后者称之为势能。动能是指系统由于机械运动而具有的做功能力。动能是指系统由于机械运动而具有的做功能力。质量为质量为m m的物体的运动速度为的物体的运动速度为v v，则该物体的动能，则该物体的动能E Ek k19势能与物体的状态有关。势能与物体的状态有关。(1)(1)受重力作用的物体因其位置高度不同而具有受重力作用的物体因其位置高度不同而具有重力势能重力势能；(2)(2)物体由于弹性变形而具有的做功本领即物体由于弹性变形

11、而具有的做功本领即弹性弹性势能势能(3)(3)表面能表面能：不同类物质或同类物质不同相的分：不同类物质或同类物质不同相的分界面上，由于表面张力的存在而具有的做功能力。界面上，由于表面张力的存在而具有的做功能力。20重力势能重力势能21弹性势能弹性势能22表面能表面能232.2.热能热能构成物质的微观分子运动的动能和势能总和构成物质的微观分子运动的动能和势能总和称之为热能。称之为热能。热能是能量的一种基本形式。热能是能量的一种基本形式。所有其它形式的能量都可以完全转换为热能。所有其它形式的能量都可以完全转换为热能。热能的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运热能的宏观表现是温度的高低，它反映了分子

12、运动的激烈程度。动的激烈程度。若系统的熵的变化为若系统的熵的变化为dSdS，则热能，则热能EqEq243.3.电能电能电能是和电子流动与积累有关的一种能量。电能是和电子流动与积累有关的一种能量。电能通常由电池中的机械能转换而来；电能通常由电池中的机械能转换而来；电能也有部分是从电池中的化学能转换而来；电能也有部分是从电池中的化学能转换而来；如果驱动电子流动的电动势为如果驱动电子流动的电动势为U U，电流为，电流为I I，则电，则电能能EeEe254.4.辐射能辐射能辐射能是物体以电磁波形式释放的能量。辐射能是物体以电磁波形式释放的能量。物体会因各种原因发出辐射能；物体会因各种原因发出辐射能；因

13、热的原因而发出的辐射能因热的原因而发出的辐射能(热辐射能热辐射能)最有实用最有实用意义；意义；地球表面接受的太阳能就是热辐射能；地球表面接受的太阳能就是热辐射能；物体的辐射能物体的辐射能ErEr265.5.化学能化学能化学能是原子核外进行化学变化时放出的能化学能是原子核外进行化学变化时放出的能量，是物质结构能的一种。量，是物质结构能的一种。化学热力学定义：物质或物系在化学反应过化学热力学定义：物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的内能成为化学能。程中以热能形式释放的内能成为化学能。普遍利用的化学能是燃烧碳和氢，这两种元普遍利用的化学能是燃烧碳和氢，这两种元素是煤、石油、天然气和薪柴等燃料中

14、最主素是煤、石油、天然气和薪柴等燃料中最主要的可燃元素。要的可燃元素。燃料燃烧时的化学能通常用燃料的发热值表燃料燃烧时的化学能通常用燃料的发热值表示。示。27发热值发热值(发热量或热值发热量或热值)是指单位重量是指单位重量(固体和液体燃料固体和液体燃料)或单位体积或单位体积(气气体燃料体燃料)在完全燃烧，且燃烧产物冷却到燃烧前在完全燃烧，且燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量，单位的温度时所放出的热量，单位kJ/kgkJ/kg或或kJ/m3kJ/m3。高位发热量是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的高位发热量是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气全部凝结成水时放出的热量；水蒸气全部凝结成水时放出

15、的热量；低位发热量是指燃料完全燃烧，而燃烧产物中的低位发热量是指燃料完全燃烧，而燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时放出的热量；水蒸气仍以气态存在时放出的热量；低位发热量在数值上等于高位发热量减去水的汽低位发热量在数值上等于高位发热量减去水的汽化潜能。化潜能。28固固体体燃燃料料木材木材13.813.8褐煤褐煤18.8218.82木炭木炭29.2729.27液液体体燃燃料料汽油汽油45.9945.99煤油煤油45.1545.15酒精酒精26.7626.76气气体体燃燃料料天然气天然气37.6337.63水煤气水煤气10.4510.45丁烷气丁烷气125.45125.45几种典型燃料低位发热量的概略

16、值几种典型燃料低位发热量的概略值296.6.核能核能核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。轻质量的原子核轻质量的原子核(氘、氚等氘、氚等)和重质量的原子核和重质量的原子核(铀等铀等)其核子之间的结合力比中等质量原子核的其核子之间的结合力比中等质量原子核的结合力小，这两类原子核在一定条件下可以通过结合力小，这两类原子核在一定条件下可以通过核聚变或核裂变转变为在自然界更稳定的中等质核聚变或核裂变转变为在自然界更稳定的中等质量的原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结量的原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结合能就是核能。合能就是核能。30目目 录录概述概述能量的形式

17、能量的形式能量的基本性质能量的基本性质能量转换的基本原理能量转换的基本原理能量的传递能量的传递(传输传输)能量的存储能量的存储31三、能量的性质三、能量的性质状态性状态性能量取决于物质所处的状态。能量取决于物质所处的状态。可加性可加性物质的量不同所具有的能量也不同。物质的量不同所具有的能量也不同。传递性传递性能量可以从一个地方传递到另一个地方，也可以能量可以从一个地方传递到另一个地方，也可以从一种物质传递到另一种物质。从一种物质传递到另一种物质。32转换性转换性各种形式的能可以互相转换，转换的方式、数量、各种形式的能可以互相转换，转换的方式、数量、难易程度迥异，转换效率不尽相同。难易程度迥异，

18、转换效率不尽相同。热力学及其任务热力学及其任务做功性做功性利用能量做功是利用能量的基本手段和主要目的。利用能量做功是利用能量的基本手段和主要目的。贬值性贬值性能的质量损失，贬值程度用参与能量交换的所有能的质量损失，贬值程度用参与能量交换的所有物体熵的变化来反映。物体熵的变化来反映。33目目 录录概述概述能量的形式能量的形式能量的基本性质能量的基本性质能量转换的基本原理能量转换的基本原理能量的传递能量的传递(传输传输)能量的存储能量的存储34四、能量的转换四、能量的转换能量的转换是能量最重要的属性，也是能量能量的转换是能量最重要的属性，也是能量利用中最重要的环节。利用中最重要的环节。通常所说的能

19、量的转换是指能量形态上的转换。通常所说的能量的转换是指能量形态上的转换。广义上，能量的转换还应包括能量在空间上的转广义上，能量的转换还应包括能量在空间上的转移移(能量的传输能量的传输)和能量在时间上的转移和能量在时间上的转移(能量的能量的存储存储)。任何能量的转换都必须遵守能量守恒定律。任何能量的转换都必须遵守能量守恒定律。输入能量输出能量储存能量的变化输入能量输出能量储存能量的变化任何能量转换过程都需要一定的转换条件，任何能量转换过程都需要一定的转换条件，并在一定的设备或系统中实现。并在一定的设备或系统中实现。35不同能源与热能的转换及利用情况不同能源与热能的转换及利用情况36目目 录录概述

20、概述能量的形式能量的形式能量的基本性质能量的基本性质能量转换的基本原理能量转换的基本原理能量的传递能量的传递(传输传输)能量的存储能量的存储37五、能量的传递五、能量的传递能量传递的条件能量传递的条件能量传递的规律能量传递的规律能量传递的形式能量传递的形式能量传递的路径能量传递的路径能量传递的方法能量传递的方法能量传递的方式能量传递的方式能量传递的结果能量传递的结果能量传递的实质能量传递的实质38能量传递的条件能量传递的条件能量的传递是有条件的，其传递的推动力是所谓能量的传递是有条件的，其传递的推动力是所谓“势差势差”。例如：传热要有温差、导电要有电位差、流动要例如：传热要有温差、导电要有电位

21、差、流动要有压差或势差、扩散要有浓度差、化学反应要有有压差或势差、扩散要有浓度差、化学反应要有化学势差等。化学势差等。39能量传递的规律能量传递的规律能量传递的速率正比于传递的动力而反比于能量传递的速率正比于传递的动力而反比于传递的阻力。传递的阻力。40能量传递的形式能量传递的形式能量的传递包括转移和转换两种形式。能量的传递包括转移和转换两种形式。转移是某种形态的能从一地到另一地，从一物到转移是某种形态的能从一地到另一地，从一物到另一物；另一物；转换是由一种形态变为另一种形态。转换是由一种形态变为另一种形态。两种能量传递的形式往往是同时或交替存在。两种能量传递的形式往往是同时或交替存在。41能

22、量传递的方法能量传递的方法在体系边界面上的能量交换，通常以传热和在体系边界面上的能量交换，通常以传热和做功两种方法进行。做功两种方法进行。传热：由温差引起的能量交换，微观形式。传热：由温差引起的能量交换，微观形式。做功：由非温差引起的能量交换，宏观形式。做功：由非温差引起的能量交换，宏观形式。42能量传递的方式能量传递的方式通过能量交换而实现的能量传递，即传热和通过能量交换而实现的能量传递，即传热和做功。做功。传热的基本方式：热传导、热对流和热辐射；传热的基本方式：热传导、热对流和热辐射；做功的基本方式：容积功、转动轴功和流动功做功的基本方式：容积功、转动轴功和流动功(推动功推动功)。43能量

23、传递的结果能量传递的结果能量传递的结果体现在两个方面，即能量使能量传递的结果体现在两个方面，即能量使用过程中所起的作用以及能量传递的最终去用过程中所起的作用以及能量传递的最终去向。向。能量传递的最终去向通常只有两条：或转移到产能量传递的最终去向通常只有两条：或转移到产品，或散失于环境，包括直接损失和用于过程后品，或散失于环境，包括直接损失和用于过程后再进入环境。再进入环境。44能量传递的实质能量传递的实质能量传递的实质就是能量利用的实质。能量传递的实质就是能量利用的实质。能量的利用是通过能量的传递，使能量由能源最能量的利用是通过能量的传递，使能量由能源最终进入环境。其结果是能量被利用了，能源被

24、消终进入环境。其结果是能量被利用了，能源被消耗了。耗了。人类利用的不是能量的数量而是能量的质量，即人类利用的不是能量的数量而是能量的质量，即能的质量急剧下降，直至进入环境，最终成为废能的质量急剧下降，直至进入环境，最终成为废能。能。45目目 录录概述概述能量的形式能量的形式能量的基本性质能量的基本性质能量转换的基本原理能量转换的基本原理能量的传递能量的传递(传输传输)能量的存储能量的存储46六、能量的储存六、能量的储存对大多数能量转换或利用系统而言，获得的对大多数能量转换或利用系统而言，获得的能量和需求的能量常常是不一致的，因此为能量和需求的能量常常是不一致的，因此为了使利用能量的过程能持续地

25、进行，就必须了使利用能量的过程能持续地进行，就必须有某种形式的能量储存措施或专门设置一些有某种形式的能量储存措施或专门设置一些储能设备。储能设备。47衡量储能材料及储能装置性能优劣的主要指衡量储能材料及储能装置性能优劣的主要指标有：储能密度；储存过程能量的损耗；储标有：储能密度；储存过程能量的损耗；储能和取能的速率；储存装置的经济性；寿命能和取能的速率；储存装置的经济性；寿命以及对环境的影响。以及对环境的影响。在实际应用中涉及到的储能问题主要是机械在实际应用中涉及到的储能问题主要是机械能、电能和热能。能、电能和热能。48机械能以动能或势能的形式储存。机械能以动能或势能的形式储存。动能通常可以储

26、存于旋转的飞轮中。动能通常可以储存于旋转的飞轮中。势能存储的装置有弹簧、扭力杆和重力装置、压势能存储的装置有弹簧、扭力杆和重力装置、压缩空气和抽水蓄能站等缩空气和抽水蓄能站等49电能的储存电能的储存常见的电能储存形式是常见的电能储存形式是蓄电池蓄电池。蓄电池是将电能转换为化学能，在使用时再蓄电池是将电能转换为化学能，在使用时再将化学能转换为电能。将化学能转换为电能。大规模电能的储存是抽水蓄能发电。大规模电能的储存是抽水蓄能发电。电能还可以储存于静电场和感应电场中。电能还可以储存于静电场和感应电场中。50蓄电池蓄电池电池可分为原电池和蓄电池。电池可分为原电池和蓄电池。蓄电池利用化学原理，充电储存

27、电能时，在其内蓄电池利用化学原理，充电储存电能时，在其内发生可逆吸热反应将电能转换为化学能；放电时，发生可逆吸热反应将电能转换为化学能；放电时，在蓄电池中的反应物在放热的化学反应中化合并在蓄电池中的反应物在放热的化学反应中化合并直接产生电能。直接产生电能。蓄电池由正极、负极、电解液、隔膜和容器等五蓄电池由正极、负极、电解液、隔膜和容器等五部分组成。部分组成。蓄电池分为铅酸蓄电池和碱性蓄电池两大类。蓄电池分为铅酸蓄电池和碱性蓄电池两大类。51蓄电池蓄电池铅酸蓄电池铅酸蓄电池碱性蓄电池碱性蓄电池52何昂，化学电源技术专家，何昂，化学电源技术专家，中国碱性蓄电池工业的开拓中国碱性蓄电池工业的开拓者。

28、建国后，在引进国外袋者。建国后，在引进国外袋式镉镍蓄电池的基础上，通式镉镍蓄电池的基础上，通过一系列工艺革新，先后自过一系列工艺革新，先后自力研究成力研究成 功铁镍、锌银和功铁镍、锌银和镉镍板式、箔式碱性蓄电池，镉镍板式、箔式碱性蓄电池，解决了我国碱性蓄电池三大解决了我国碱性蓄电池三大系列的多项关键技术。系列的多项关键技术。5354热能的储存热能的储存热能的储存就是把一个时期暂时不用的多余热能的储存就是把一个时期暂时不用的多余热量通过某种方式收集并储存起来，等到需热量通过某种方式收集并储存起来，等到需要时再提取使用。要时再提取使用。从储存的时间分为：随时储存、短期储存和从储存的时间分为：随时储

29、存、短期储存和长期储存三种情况。长期储存三种情况。按储存方法可分为：显热储存、潜热储存和按储存方法可分为：显热储存、潜热储存和化学储能三大类。化学储能三大类。55显热储存显热储存是通过蓄热材料温度升高来达到蓄热的目的。是通过蓄热材料温度升高来达到蓄热的目的。蓄热材料的比热容越大，密度越大，所蓄的蓄热材料的比热容越大，密度越大，所蓄的热量也越多。热量也越多。水是一种理想的蓄热材料，也有用岩石床作水是一种理想的蓄热材料，也有用岩石床作为蓄热材料。为蓄热材料。56潜热储存潜热储存是利用蓄热材料发生相变而储热。由于相变是利用蓄热材料发生相变而储热。由于相变的潜热比显热大得多，因此潜热储存有更高的潜热比

30、显热大得多，因此潜热储存有更高的储能密度。的储能密度。通常的潜热储存都是利用固体液体相变蓄通常的潜热储存都是利用固体液体相变蓄热。热。水也可作为潜热储存材料，而且应用广泛。水也可作为潜热储存材料，而且应用广泛。57化学能储存化学能储存化学能储存是利用某些物质在可逆反应中的化学能储存是利用某些物质在可逆反应中的吸热和放热过程来达到热能的储存和提取。吸热和放热过程来达到热能的储存和提取。化学储热是一种高能量密度的储存方法，但化学储热是一种高能量密度的储存方法，但尚难以实用化。尚难以实用化。工业上将水和碳在高温下反应制得水煤气，工业上将水和碳在高温下反应制得水煤气，其主要成分为其主要成分为COCO和和H2H2。58感谢同学们的热情参与！感谢同学们的热情参与！下次课再见！下次课再见！59