陈建霖lecture-1 -能源分类ppt [相容模式]

．第一類：來自地球以外與太陽能有關的能源。●依來源分類：

第一類來自地球以外與太陽能有關的能源

．第二類：與地球內部的熱能有關的能源。

．第三類：與核反應有關的能源。

第四類與地球月球太陽相互關聯的能源．第四類：與地球－月球－太陽相互關聯的能源。一次能源：是直接利用的自然界的能源●依能源的生成方式分類：

．一次能源：是直接利用的自然界的能源二次能源：是將自然界提供的直接能源加工後所得到的能源。

得到的能源

．一次能源又可分為可再生能源與非再生能源：．可再生能源：是指不需要經過人工方法再生，

就能夠重覆取得的能源。

．非再生能源有兩重含意：

一重含意是指消耗後短期內不能再生的能源

．一重含意是指消耗後短期內不能再生的能源，

如煤、石油和天然氣等；

．另一重含意是除非用人工方法再生，否則消耗

後就不能再生的能源，如核能。

．二次能源是將自然界提供的直接能源加工以後所得二次能源是將自然界提供的直接能源加工以後所得到的能源。

能源分類表

能源類別一二三四

太陽能

風能

可再生能源水能

生物質能

海洋能地熱能－海洋能中的

潮汐能

一次能源

非再生能源煤炭

石油

天然氣

－核能－油頁岩

焦炭

煤氣

二次能源電力

蒸汽

沼氣

酒精－－－汽油

柴油

重油

液化氣

其他

能源的再分類

●常規能源與新能源：

●常規能源與新能源

已經被人類長期廣泛利用的能源，稱為常規能源，如煤、石油、天然氣、水力、電力等。新能源與常規能源是相對的。

●清潔能源與非清潔能源：

使用能源時對環境無污染或污染小的能源稱為清潔能源（或潔淨能源），如太陽能、風能、水能、氫能等。對環境污染較大的能源稱為非清潔能源，如煤碳、石油等。●商品能源與非商品能源：

可通過市場買賣而獲得的能源稱為商品能源，如煤炭、石油、電力等，反之為非商品能源，如農村中的薪柴、牲口糞便等。

●21世紀的最主要能源

地球上可供人類使用的化石燃料資源是極有限和不可再生的。根據聯合國能源署報告，按可開採儲量預計，煤炭資源可供人類用200年、天然氣資源可用50年、石油資源可用30年。科學家預計，21世紀的最主要能源將是核能、太陽能、風計世紀的最主要能源將是核能太陽能風能、地熱能、海洋能、氫能和可燃冰。

(這裡面那些是有限的，那些是無限的?)

1)核能：核能發電(特別是核聚變能發電)是人類最現實和有希望的能源方式。

核能是可裂變原子核(例如鈾235)在減速中子轟擊下產生鏈式反應釋放出來的

能量(熱反應堆發電站)。1kg鈾235裂變時放出的能量相當於2000噸汽油或

2800噸標準煤的能量。但是天然鈾中鈾235的含量僅佔0.7%，其餘99.3%為鈾238。而鈾238為非裂變元素，不能直接作為熱堆核燃料。因此，用熱中子反

應堆發電，地球上有的核燃料資源將不能供應很長時間。

快堆(增殖堆)可將一部分非裂變元素鈾238轉變為可裂變元素鈈239(Pu)。每

消耗一定數量的可裂變原子核，會產生更多的可裂變原子核，此過程稱為增殖，

這種反應堆稱為增殖反應堆。這種堆形中轟擊原子核的中子不經減速，是高能這種反應堆稱為增殖反應堆這種堆形中轟擊原子核的中子不經減速是高能

快中子，所以又稱為快中子(快堆)。快中子增殖堆是擴大核燃料資源的最重要

途徑。

未來的核能源將主要依靠核聚變獲得。聚變反應是較輕原子核(如氘)聚合成

較重原子核的反應。將氫的同位素氘和氚加熱到很高的溫度(1x10 K)，使它們

發生燃燒而聚合成較重的元素，可釋放出巨大的能量。核聚變燃料氘可直接從

海水中提取，1kg海水中大約含有0.03g氘。地球上約有海水1x10**21 kg，氘

含量達1x10**17 kg，可釋放出能量1x10**31 J。海水中的氘的熱核聚變能將

可供人類使用幾百億年而最終解決人類的用能問題

可供人類使用幾百億年，而最終解決人類的用能問題。

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2)地熱能：地殼層(約厚60 km)的溫度約為500℃，地核(2900~6371 km)中心溫度可達約5000℃，可見地球是一

個巨大的熱庫。10 km以內的地殼表層的熱量就有125 x 1026 J，相當全世界儲煤發熱量的2000倍。如果人類能源

全部用地下熱能，則4100萬年後地球溫度也只降低1℃。

全部用地下熱能則

地熱資源指蘊藏在地層岩石和地熱流中的熱能地熱

地熱資源指蘊藏在地層岩石和地熱流中的熱能，地熱能是由地球的熔融岩漿和放射性物質的衰變產生的，地下水的深處循環和來自極深處的岩漿沁入到地殼後，把熱量從地下深處帶至近表層。地熱能雖不是一種＂可再生的＂資源，但其儲量極其巨大，是人類可長期依靠的能源方式。地熱能的特點是品位低分散，要大規模應用較困難

地熱能的特點是品位低、分散，要大規模應用較困難。

3)太陽能：太陽是炙熱的氣體，直徑139 x 104km，是地球直徑的110倍。太陽表面溫度約6000℃，中心溫度為(800~4000) x 104℃，壓力約2 x 1011ata(1 ata = 98066.5Pa，下同)，在這樣的高溫氣壓210t(1t980665P下同在這樣的高溫氣壓條件下，太陽內部持續不斷地進行數種熱核聚變反應，最重要的是

氫聚合成氦的核聚變反應，產生數百萬度的高溫。熱核聚變反應產

生的熱量是太陽向宇宙空間幅射出巨大能量的源泉。這種聚變反應

還可以維持數千億年(宇宙從大爆炸逐漸擴展到今天的壽命不過200

)

億年。可見，太陽是一個真正取之不盡、用之不竭的大能源。

地球距離太陽十分遙遠，約1.5 x 10**8 km，是地球直徑的11800倍實際上地球從太陽獲得的能量只是太陽能極少的一部份倍，實際上地球從太陽獲得的能量只是太陽能極少的一部份。

即使是這樣，地球從太陽中獲得的能量也是地球上其他各種能量總

合的上萬倍。中午12點，太陽能的平面幅射熱流密度最大可達940 W/m2500 W/m2 ，量級與風能密度相當，經聚焦後的幅射熱流密度可達500

kW/m2。

太陽能的利用有兩種：①利用光－熱效應，產生熱水供熱和產生蒸汽發電，太陽能發電有塔式水、液體鈉双工質循環電站；②利用光電效應，用電池可以直接由光能轉換為電能。

電效應用電池可以直接由光能轉換為電能

在地面上利用太陽能要受大氣層衰減的影響，還要受陰晴天、日出日落、地理位置等影響，利用率很低。一種設想是在高空衛星上建太陽能電站，能量轉換效率要比地面高得多。在衛星電站上，太陽能通過光電池直接轉換為電能，用微波技術將電能轉換為微波，以集束形式把微波發射到地面接收站，接收站再將微波轉換為電能。由許多衛星組成衛星站網，就能為人類提供源源不斷的電力。這種設想要實用還要克服許多技術上的困難是比較遙遠的事

用還要克服許多技術上的困難，是比較遙遠的事。

地球上的能源，除了核能外，太陽能是各種能量(化石燃料能、生物質能、風能、水能、海洋能等)的來源，可見，太陽幅射能是人類最基本的能量來源。

4)海洋能：地球表面海洋面積約占71%。海洋能包

潮汐能海流能波浪能和溫差能海洋能是太潮汐能、海流能、波浪能和溫差能。海洋能是太

陽能、太陽和月亮引力能產生的。世界潮汐能總

量約10億千瓦儲量不大品位低分散供人億千瓦，儲量不大，品位低、分散，供人類應用是有限的。

5)氫能：氫是宇宙中普遍存在的元素，約占宇宙質

量的75%，主要以化合物的形態儲存在水中，高

效率制氫的基本途徑是利用太陽能，太陽能制得

的氫能將成為人類用之不竭的一種優質、乾淨燃

料。

6)可燃冰：是一種天然氣水合物，是水和天然氣在中高壓和低溫條

件下溫合時產生的晶體狀物質可燃冰在自然界分布非常廣泛海件下溫合時產生的晶體狀物質。可燃冰在自然界分布非常廣泛，海

底以下0~1500 m深的大陸或北極等地的永久凍土帶都有可能存在。

資料顯示，海底的天然氣水合物可滿足人類1000年的能源需要。7)風能：世界風能總量為2 x 1013W，大約是世界總能耗的3倍。如果風能的1%被利用，則可以減少世界3%的能源消耗；風能用於發電，可產生世界總電量的8%~9% 。

電可產生世界總電量的8%9%

風能是一種無污染的可再生能源，它取之不盡，用之不竭，分

布廣泛隨著人類對生態環境的要求和能源的需要風能的開發日布廣泛。隨著人類對生態環境的要求和能源的需要，風能的開發日益受到重視，風力發電將成為21世紀大規模開發的一種可再生清潔能源。

風能是一種最具活力的可再生能源，它實質上是太陽能的轉化形式，

因此可以認為是取之不盡的。風能的利用將可能改變人類長期依賴化

石燃料和核燃料的局面到2002年底世界總的風力發電設備有

石燃料和核燃料的局面。到年底，世界總的風力發電設備有61000台，總裝機容量為3200萬千瓦。風力發電技術在不斷成熟，

單機容量由500~750kW量級增大到1000~2000kW量級，目前已研制

成功單機5000kW的風力機。

據預測，2002~2007年的5年中，風力發電設備的總需求量為5100萬千瓦，年均增長11.2%。2002年底，世界風電總裝機為3200萬千瓦年均增長112%年底世界風電總裝機為

萬千瓦，歐洲占75%，美國占15%，其餘國占10%。到2007年底，

全世界風力發電總裝機將達到8300萬千瓦，其中5800萬千瓦將裝在

歐洲，占總裝機的70%。到2007年後，預計年增長率還將加速，到歐洲占總裝機的到年後預計年增長率還將加速到2012年，其年增加裝機容量可望達到2400萬千瓦，總的風力發電能力將達到1.77 x 10**8 kW，占世界總電力市場的2%。預計到2020年風力發電能力占世界總電力將可能達到12%。