1、第二十二章第二十二章能源与可持续发展能源与可持续发展12021/6/4第节第节 能源能源1 1 1 1人类利用能源的历程人类利用能源的历程人类利用能源的历程人类利用能源的历程2 2 2 221212121世纪的能源趋势世纪的能源趋势世纪的能源趋势世纪的能源趋势第二第二十二章十二章 能源与可持续发展能源与可持续发展22021/6/4一一、人类利用能源的历程、人类利用能源的历程1.1.火的使用火的使用-熟食、熟食、取暖取暖制陶瓷器皿制陶瓷器皿 冶炼金属、冶炼金属、制作工具制作工具 32021/6/42.2.化石能源的使用化石能源的使用-我们今天使用的煤、我们今天使用的煤、石油、天然气，是千百万年前
2、石油、天然气，是千百万年前埋在地下的动、植物经过漫长埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代形成的，所以称为的地质年代形成的，所以称为化石能源化石能源。像化石能源这样可。像化石能源这样可以直接从自然界获得的能源，以直接从自然界获得的能源，我们称为一次能源。风能、水我们称为一次能源。风能、水能、太阳能、地热能以及核能能、太阳能、地热能以及核能等均属于等均属于一次能源一次能源。蒸汽机的利用人类进入工业化社会42021/6/43.电能的利用电能的利用电能无法从自然界直接获取，必须通过消耗电能无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到，所以称电能这样的能源一次能源才能得到，所以称电能这样的能源为为
3、二次能源二次能源。但是因为电能方便运输和转化，。但是因为电能方便运输和转化，所在是现代化发展不可或缺的能源。所在是现代化发展不可或缺的能源。52021/6/4 二、二、21世纪的能源趋势世纪的能源趋势由于世界人口的急剧增加和经济的不断发展，能源的消耗持续增长。如果把全世界的能源消耗量折合成煤来计算，1950年为26亿吨，1987年为110多亿吨，2003年接近140亿吨，2007年达到160亿吨。已探测的数据表明，目前作为人类主要能源的化石能源储量并不丰富，而且化石能源开发利用后就不能再生，如果长期大规模开采，不久的将来会消耗殆尽，所以开发新能源、更好的利用已知能源，是全球范围内的重要课题。2
4、0世纪40年代，科学家发明了可以控制的核能释放装置，拉开了以核能为代表的新能源利用序幕。62021/6/4第第2 2节节 核能核能1 1 1 1核能核能核能核能2 2 2 2裂变裂变裂变裂变3.3.3.3.聚变聚变聚变聚变第二第二十二章十二章 能源与可持续发展能源与可持续发展72021/6/4我国用了短短4年时间完成了原子弹的研制工作，并于1964年10月16日成功地爆炸了第一颗原子弹.1967年6月17日又成功地爆炸了第一颗氢弹，完成了其他国家要十几年或几十年才完成的工作.82021/6/4我国第一颗原子弹我国第一颗氢弹原子弹和氢弹为什么会具有原子弹和氢弹为什么会具有这么大的威力呢？这么大的
5、威力呢？92021/6/41原子结构原子结构H2O分分子子以水分子为例：它由一个氧原子和两个氢原子以水分子为例：它由一个氧原子和两个氢原子组成。组成。一、核能一、核能102021/6/4H原子由原子核和核外电子组成。原子由原子核和核外电子组成。（1）氢原子由原子核和一个核外电子组成。）氢原子由原子核和一个核外电子组成。原子核有一个质子，质子带正电荷，核外电子原子核有一个质子，质子带正电荷，核外电子带负电荷。二者电荷量相同。带负电荷。二者电荷量相同。112021/6/4O（2）氧原子由原子核和八个核外电子组成。氧原子由原子核和八个核外电子组成。原子核有八个质子和八个中子，由于中子不带原子核有八个
6、质子和八个中子，由于中子不带电，所以正负电荷量仍然相同。电，所以正负电荷量仍然相同。122021/6/4原子是由原子核和核外电子组成。原子核原子核电子电子132021/6/4质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时，就有可能释放出惊人的能量，这就是相互结合时，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能核能。2核能核能质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起。质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起。要使它们分裂或结合都是极其困难的。要使它们分裂或结合都是极其困难的。获取核能方式有两种：即获取核能方式有两种：即裂变裂变和和聚变聚变142021/
7、6/4 1938年，科学家用中子轰击质量比较大的铀年，科学家用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生了裂变。原子核，使其发生了裂变。1 kg铀全部裂变，释放的能量超过铀全部裂变，释放的能量超过2 000 t煤煤完全燃烧时释放的能量。完全燃烧时释放的能量。用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出能量。能量。外界中子停止轰击，裂变也就停止了。怎样外界中子停止轰击，裂变也就停止了。怎样才能让裂变继续下去呢？才能让裂变继续下去呢？1发生裂变的条件发生裂变的条件二、裂变二、裂变152021/6/4那么，地球上的能源是否是无尽的呢？将火柴搭成左下图所示结构，点燃第
8、一根火柴将火柴搭成左下图所示结构，点燃第一根火柴后，会发生什么？后，会发生什么？2链式反应链式反应用中子轰击铀用中子轰击铀235原子核，铀核在分裂时，会释原子核，铀核在分裂时，会释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子会放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子会继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续裂变，继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。想想议议想想议议162021/6/4172021/6/4链式反应如果链式反应如果不加以不加以控制控制，大量原子核就在一，大量原子核就在一瞬间发生裂变
9、释放出极瞬间发生裂变。释放出极大的能量。大的能量。在人类实现可控核裂在人类实现可控核裂变大约三年后，即变大约三年后，即1945年，年，利用不加控制的核裂变制利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器造的毁灭性武器原子原子弹爆炸了。弹爆炸了。182021/6/4不可控核裂变不可控核裂变原子弹爆炸原子弹爆炸192021/6/4原子弹爆炸被原子弹被原子弹毁坏的建毁坏的建筑物筑物设疑：设疑：核能核能巨大，难巨大，难道只能用道只能用于战争吗于战争吗?如何才能如何才能有效地控有效地控制核能的制核能的释放？释放？原子弹爆炸核弹头核弹头202021/6/4核电站的核心设核电站的核心设备是核反应堆。核反备是核反应堆
10、核反应堆是原子核发生链应堆是原子核发生链式反应的场所。式反应的场所。1942年，人类利年，人类利用核反应堆第一次实用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂现了可控制的铀核裂变。变。目前，全世界已经建成了几百座核电站，核电目前，全世界已经建成了几百座核电站，核电发电量接近全球发电量的发电量接近全球发电量的1/5。3核电站利用核能发电核电站利用核能发电212021/6/4浙江嘉兴杭州湾 秦山核电站222021/6/4将质量较小的原子核结合起将质量较小的原子核结合起来，也会释放出巨大的核能。来，也会释放出巨大的核能。氘氘氚氚氦核氦核中子中子氘核与氚核在超高温下结合形成氦核和一个中氘核与氚核在超高温下结
11、合形成氦核和一个中子，能释放大量核能。这一过程就是聚变。子，能释放大量核能。这一过程就是聚变。三、聚变三、聚变能量能量聚变聚变232021/6/4 科学家们发现，某些质量较小的原子核结合成质量较大的原子核时，也能释放出核能，这种现象叫做核聚变，简称聚变.聚变是获得大量核能的另一重要途径.前面讲过，原子弹是利用重核裂变现象制成的.而另一种威力更大的核武器氢弹，则是利用轻核聚变现象制成的.242021/6/4氢弹氢弹根据根据核聚变的原理核聚变的原理制成。威力制成。威力比原子弹还大。比原子弹还大。252021/6/4不可控核聚变不可控核聚变氢弹的爆炸氢弹的爆炸262021/6/4 可惜人们现在还不能
12、像控制裂变那样控制聚变。科学家们预言，通过可控制的聚变来利用核能，有望彻底解决人类能源问题?这个问题由谁来解决呢？会是你吗？272021/6/4优点：优点：1.1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，属于清洁能源。到大气中，属于清洁能源。2.2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。3.3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。用途。4.4.运输与储存方便。一座运输与储存方便。一座10001000百万瓦的核能电厂一年百万
13、瓦的核能电厂一年只需只需3030吨的铀燃料。吨的铀燃料。5.5.燃料费用所占的比例较低，发电成本较其他发电方燃料费用所占的比例较低，发电成本较其他发电方法为稳定。法为稳定。282021/6/4缺点：缺点：1.1.核能电厂使用的核燃料及废料有放射性，核能电厂使用的核燃料及废料有放射性，必须慎重处理。必须慎重处理。2.2.核能发电厂热效率较低，故核能电厂的热核能发电厂热效率较低，故核能电厂的热污染较严重。污染较严重。3.3.核能电厂投资成本太大。核能电厂投资成本太大。4.4.核电厂较易引发政治歧见纷争。核电厂较易引发政治歧见纷争。5.5.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，核电厂的反应器内有大量的
14、放射性物质，如果因发生事故释放到环境中，会对生态及如果因发生事故释放到环境中，会对生态及民众造成伤害。民众造成伤害。292021/6/4第第3 3节节 太阳能太阳能1.1.太阳太阳巨大的巨大的“核能火炉核能火炉”2.2.太阳是人类能源的宝库太阳是人类能源的宝库太阳是人类能源的宝库太阳是人类能源的宝库3.3.太阳能的利用太阳能的利用太阳能的利用太阳能的利用第二第二十二章十二章 能源与可持续发展能源与可持续发展302021/6/4一一、太太阳阳巨大的巨大的“核能火炉核能火炉”【结构特点结构特点】太阳是一颗恒星，与太阳是一颗恒星，与地球相距地球相距1.5亿亿千米，千米，太阳的直径是地球直径太阳的直径
15、是地球直径的的109倍倍多。太阳每秒多。太阳每秒钟照射到地球上的能量钟照射到地球上的能量相当于相当于500万吨万吨煤。天煤。天文学家认为，迄今为止，文学家认为，迄今为止，太阳照耀地球已有太阳照耀地球已有50亿亿年，并且还会继续照耀年，并且还会继续照耀50亿亿年。年。312021/6/4 太阳内部的温度高达太阳内部的温度高达1 1千万摄氏度以上，在那千万摄氏度以上，在那里就里就进行着大规模的进行着大规模的核聚变核聚变反应。太阳辐射出的光反应。太阳辐射出的光和热和热正正是由聚变反应释放的核能转化而来的。是由聚变反应释放的核能转化而来的。产产生本生本质质一一、太太阳阳巨大的巨大的“核能火炉核能火炉”
16、322021/6/4 地球上的风能、水能、海洋温差地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能等能源都是来能、波浪能和生物质能等能源都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。说也是远古以来贮存下来的太阳能。地球上除了地球上除了核能、地热能核能、地热能和和潮汐能潮汐能其其余几乎都来自太阳。余几乎都来自太阳。【能源之母能源之母】二、二、太太阳是人类能源的宝库阳是人类能源的宝库332021/6/4远古时期陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将远古时期陆地和海洋中的植物，通过光
17、合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体太阳能转化为生物体的化学能。在它们死后，躯体埋在地下和海底，腐烂了。沧海桑田，经过几百万埋在地下和海底，腐烂了。沧海桑田，经过几百万年的沉积，化学变化，地壳的运动，在高压下渐渐年的沉积，化学变化，地壳的运动，在高压下渐渐变成了石油和煤。在石油形成过程中还放出天然气。变成了石油和煤。在石油形成过程中还放出天然气。煤、石油和天然气的形成煤、石油和天然气的形成石油、天然气的形成煤的形成342021/6/4光热转换光热转换太阳能热水器太阳能热水器太阳灶太阳灶三、三、太太阳能的利用阳能的利用352021/6/4热水热水冷水冷水水箱水箱集热器集热器太阳
18、光太阳光集热器的原理集热器的原理362021/6/4光电转换光电转换太阳能电池及原理太阳能电池及原理 1887 1887年，赫兹（年，赫兹（M.HertzM.Hertz）首次发现的光照能使）首次发现的光照能使半导体材料的不同部位之间产生电压。这种现象后半导体材料的不同部位之间产生电压。这种现象后来被称为来被称为 “光伏效应光伏效应”。三、太阳能三、太阳能【利用途径利用途径】372021/6/419541954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池，现在广泛应用于微波通讯基站、电台、野外活能电池，现在广泛应用于微波通讯基站、电台、野外活动、
19、高速公路、也可为无电山区、空间站提供电力。动、高速公路、也可为无电山区、空间站提供电力。光电转换光电转换三、太阳能三、太阳能【利用途径利用途径】382021/6/4第第4 4节节 能源与可持续能源与可持续发展发展第二第二十二章十二章 能源与可持续发展能源与可持续发展1.1.能量转移和能量转化的方向性能量转移和能量转化的方向性2.2.能源消耗对环境的影响能源消耗对环境的影响能源消耗对环境的影响能源消耗对环境的影响3.3.能源与可持续发展能源与可持续发展能源与可持续发展能源与可持续发展392021/6/4一一.能量转移和能量转化的方向性能量转移和能量转化的方向性汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮
20、胎、地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动地用来驱动汽车。能量的转移和转化能量的转移和转化是有方向性。不可是有方向性。不可逆的逆的。我们可利用。我们可利用的资源是有限的，的资源是有限的，所以要节约能源。所以要节约能源。402021/6/4二二.能源消耗对环境的影响能源消耗对环境的影响热岛效应热岛效应温室效应温室效应大气污染大气污染雾霾雾霾酸雨酸雨412021/6/4能能源源分分类类是否可再是否可再生分生分 产生方产生方式分式分 一次一次能源：能源：二次能源：二次能源：可再生能源：可再生能源：不可再生不可再生能源：能源：可以从自然界直接获得的能源可以从自然界直接获得的能源由一次能源经过加工转
21、换以后由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品得到的能源产品可以从自然源源不断地得到可以从自然源源不断地得到的能源的能源一旦消耗完就不能再生的能源一旦消耗完就不能再生的能源如如:煤、石油、天然气、核能煤、石油、天然气、核能三三.能源与可持续发展能源与可持续发展如如:煤、石油、天然气、核煤、石油、天然气、核能、能、风能、水能、太阳能、地热能风能、水能、太阳能、地热能如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭如：太阳能、水力、风力、生物质能、波浪如：太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能
22、海洋温差能能、潮汐能、海洋温差能化石能源：化石能源：生物质能：生物质能：如如:煤、石油、天然气煤、石油、天然气由生命物质提供的能量。由生命物质提供的能量。422021/6/4未来的理想能源必须具备以下几个特点：未来的理想能源必须具备以下几个特点：1、必须足够丰富，可以保证长期使用。、必须足够丰富，可以保证长期使用。2、必须足够便宜，保证多数人用得起。、必须足够便宜，保证多数人用得起。3、相关技术必须成熟，保证大规模使用。、相关技术必须成熟，保证大规模使用。4、必须足够安全、清洁、保证不会影响环、必须足够安全、清洁、保证不会影响环境。境。秉承可持续发展的思想，开发和探索秉承可持续发展的思想，开发和探索各种新能源是人类未来进一步发展所各种新能源是人类未来进一步发展所要解决的重要课题。要解决的重要课题。432021/6/4442021/6/4部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
