太阳能生物质能和氢能的利用Word格式文档下载.docx
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——可见能量来源于太阳。
太阳能的利用方式
光——热
例:
太阳能热水系统太阳灶太阳炉…
光——电
1.光——热——电
太阳能集热器
太阳能集热器(solarcollector)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型集热器两种。
另外还有一种真空集热器:
一个好的太阳能集热器应该能用20~30年。
自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40~50年且很少进行维修。
2.光——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。
它同以往其他电源发电原理完全不同,具有以下特点:
①无枯竭危险;
②绝对干净(无公害);
③不受资源分布地域的限制;
④可在用电处就近发电;
⑤能源质量高;
⑥使用者从感情上容易接受;
⑦获取能源花费的时间短。
不足之处是:
①照射的能量分布密度小,即要占用巨大面积;
②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。
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。
单晶硅太阳电池变换效率最高,已达20%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10%,每瓦发电设备价格降到1-2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。
光——化学能
光——生物质能
植物通过光合作用转化。
利弊:
优点:
(1)普遍:
太阳光普照大地,无论陆地或海洋,无论高山或岛屿,都处处皆有,可直接开发和利用,且勿须开采和运输。
(2)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,这一点是极其宝贵的。
(3)巨大:
每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t标煤,其总量属现今世界上可以开发的最大能源。
(4)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十亿年,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的。
缺点:
(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1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右;
若按全年日夜平均,则只有200W左右。
而在冬季大致只有一半,阴天一般只有1/5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)不稳定性:
由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔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。
(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。
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。
生物质能
生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。
而所谓生物质能(biomassenergy),就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。
它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,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,生物质能是太阳能的一种表现形式。
目前,很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。
生物质能的特点
(1)可再生性
生物质属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用;
(2)低污染性
生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SOX、NOX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放的二氧化碳的量,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零,可有效地减轻温室效应;
(3)广泛分布性
缺乏煤炭的地域,可充分利用生物质能;
(4)生物质燃料总量十分丰富。
生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。
根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000~1250亿吨生物质;
海洋年生产500亿吨生物质。
生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。
我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。
随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,生物质资源还将越来越多。
生物质能的利用方式
直接燃烧
直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等直接当薪柴使用,效率低,影响生态环境。
用纤维素(C6H10O5)n代表植物枝叶的主要成分:
生物化学转换
a、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。
热化学转换
脂肪燃料快艇
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力的快艇“地球竞赛”号,进行一次环球航行。
据悉,贝休恩将于2008年3月1日从西班牙的瓦伦西亚出发,开始全长约4.5万公里的环球航行。
贝休恩表示,他打算挑战英国船只“有线和无线冒险”号于1998年创造的75天环球航行的世界纪录。
脂肪当燃料“地球竞赛”号被称为世界上最快的生态船,造价240万美元,融合多项高科技。
“地球竞赛”号长约23.8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,最高时速可达每小时40节(约74公里),即使航行在巨浪中,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燃料作为“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100毫升的生物燃料。
他的两名助手抽出的10升脂肪能够制成7升生物燃料,可供“地球竞赛”号航行15公里。
而皮特进行“绿色”环游世界之旅,以打破英国“有线和无线冒险者”号于1998年创造的75天环游世界的纪录,总共需要7万升的生物燃料,也就是说,皮特需要胖子志愿者们捐赠出大约7万公斤的脂肪。
氢能
氢能【hydrogenenergy】
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现,是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%。
由于氢气必须从水、化石燃料等含氢物质中制得,因此是二次能源。
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。
氢是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%,因此氢能被称为人类的终极能源。
水是氢的大“仓库”,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9000倍。
氢的燃烧效率非常高,只要在汽油中加入4%的氢气,就可使内燃机节油40%。
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。
美国政府已明确提出氢计划,宣布今后4年政府将拨款17亿美元支持氢能开发。
美国计划到2040年美国每天将减少使用1100万桶石油,这个数字正是现在美国每天的石油进口量。
氢能主要优点:
1.燃烧热值高。
2.每千克氢燃烧后的热量,约为油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。
3.燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源。
4.资源丰富,氢气可以由水制取,而水是地球上最为丰富的资源
氢气的贮存和运输问题
碳纳米管储氢材料
总结
课堂练习
目前,世界所需的能量大多来自于、和,它们都是有远古生物掩埋在地下深处历经几百万年演变而形成的。
这一类化石燃料的利用带来了严重的环境污染问题。
(1)开发和利用清洁、高效的新能源已经成为人类共同关注的重大课题。
其中研究较多的新能源有、和。
(2)地球上最基本的能源是。
(3)植物的光合作用是利用能进行的。
(4)沼气是通过细菌的发酵作用形成的,属于。
(5)氢气燃烧:
化学方程式:
,其燃烧产物是,不会污染环境。
一、太阳能的利用
【了解一下】化石燃料(煤、石油、天然气)是不可再生能源。
科学家对全球化石燃料何时会被耗尽作了估计,其预测结果是——煤227年,石油40年,天然气61年。
【填一填1】为了解决全球的和带来的问题,世界各国都在致力于开发和利用、、等洁净高效新能源,而是最诱人的。
【交流与讨论1】
迄今为止,自然界中利用太阳能最重要也是最成功的途径是什么?
1、大自然利用太阳能最成功的途径:
。
(1)。
在太阳光作用下,植物体内的把、转化为,进而生成、。
(2)。
动物体内的、在酶的作用下,水解生成,氧化生成和,又释放出。
科学家估计,地球上每年通过光合作用储藏的太阳能相当于全球能源年耗量的10倍左右。
【设疑2】大自然通过光合作用利用太阳能是如此的成功和美妙。
那么,人类通过什么方式开发和利用太阳能?
你知道有哪些途径,已经取得哪些成就吗?
【阅读与思考1】
阅读教材中“拓宽视野”的内容,填空。
1.利用太阳能的一般方式:
(1)
(2)
①
②
(3)
(4)
2.太阳能利用中存在的问题
二.生物质能的利用
【填一填2】生物质能来源与所贮存的能量。
包括()、、、、等。
生物质能的利用主要有以下几种方式:
1.
2.
(1)
3.,使物质在一定条件下发生化学反应,产生热值较高的可燃性气体。
[指导阅读]“拓宽视野”中生活垃圾中生物质能的利用
三.氢能的开发与利用
1.氢能的三大优点:
(2)
(3)
2.氢能的产生方式:
(5)
3.氢能的利用途径:
(1)
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