能源与动力工程概论.doc

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1、第一章绪论我国能源问题的重要性一能源安全!1进口依赖2011年我国进口石油2.6亿吨，重要是从中东和非 洲进口，其中从沙特、伊朗、伊拉克进口 19亿吨， 从安哥拉和苏丹进口 4000万吨。2 能源经济一能源价格2011年我国进口石油花费1.5万亿人民币。3 .能源技术与环境每年因煤矿事故丧生人数2000人以上；天然气管道有爆炸危险；水电站有塌坝危险；核安全问题。第一章绪论能源消费观1是否走美国的能源道路?低廉的石油价格，放任石油的消费。2 是否走欧洲和日本的能源道路？ 征收能源税。大力发展节能技术。有观点认为：低廉的石油价格往往意味着落后的 能源利用技术!3能源消费与幸福感是否开车就是先进的生

2、活方式，步行和骑自行车 就是落后的生活方式?第一章绪论第一节能源的基本概念第二节 能源与人类文明第三节能源资源第四节能量返回总目录第一节能源的基本概念能源的定义能源(energy resources)：能够直接或经过转换而提供能量的自然资源。自然资源(natural resources):尚未 开釆出来的资源。自然资源不属于能源。初始能源：核聚变、核裂变、放射性源 和天体间的引力。分为(1) 来自地球以外天体的能量一太阳能和宇宙射线能;(2) 地球本身蕴涵的能量;天体对地球的引力。能源的分类来自太阳等地外天体来自地球按来源分来自地球和其它星体的相互作用次矣邑源 二次能源按成因分燃料能源 非燃料

3、能源按性质分常规能源新能源淸洁能源按使用状况分非淸洁能源按污染分可再生能源 不可再生能源按可否再生分1按地球上能量的来源分来自于地球本身，如核能、地热能等；来自于地球外天体，如宇宙射线及太阳 能，以及由太阳引起的水能、风能、波 浪能、海洋温差能、生物质能、光合作 用等；来自于地球和其他星体的相互作用，如 潮汐能。2按使用状况(被利用的程度)分常规自总源(conventional source of energy),如煤炭、石油、天然气、薪 柴燃料、水能等；新能源，如太阳能(solar energy)、地 热能(geothermal energy) 谕汐能 (tidal energy) 生物质能

4、biomass energy)等，易外还有裱能。3按(成因)获得的方法分一次能源(primary energy),即可供直 接利用的能源，如煤、石油、天然气、 风能、水能等；二次能源(secondary energy),即由一次能源直接或间接转换而来的能源，如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等，它们使 用方便，是高品质的能源。4按能源能否再生分可再生能源，即不会随其本身的转化或 人类的利用而越来越少的能源，如水能、 风能、潮汐能、太阳能等；非再生能源，它随人类的利用而越来越少，如石油、煤、天然气、核燃料等。5按能源本身的性质分含能体能源（燃料能源），如石油、煤、 天然气、地热、氢等，它们可以直接储

5、存；过程性能源（非燃料能源），如风能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆发、雷电、电磁能和一般热能等，它们无法 直接储存。6按对环境的污染情况分清洁能源(clean energy),即对环境无 污染或污染很小的能源，如太阳能、水 能、海洋能等；非清洁能源(non clean energy),即对 环境污染较大的能源，如煤、石油等。能源的评价能源多种多样，各有优缺点，能源的现实 性、可用性和经济性可以从以下几个方面进 行评价。能量密度（能流密度）储量存明储量、可采储量、经济可釆储量储能的可能性与供能的连续性 开发费用和利用能源的设备费用运输费用与损耗能源的地理分布能源的可再生性能源的品位对环境的影响

6、能源的单位基本单住焦耳、千瓦时、卡、英热单位（Btu）当量单住一煤当量、油当量 单住产量能耗资源量、储量、地质储量、探朗储量、可采储量、储产比虑油（浚态炷温合物）、石油（原油+石油产嬴）第二节能源与人类文明能源更迭与社会发展人类利用能源的历史，也就是人类认识和 征服自然的历史。(1) 火的发现和利用；(2) 畜力、风力、水力等自然动力的利用;(3) 化石燃料的开发和热的利用；(4) 电的发现及开发利用；(5)原子核能的发现及开发利用o人类社会已经历了三个能源时期: 薪柴时期;煤炭时期;石油时期1薪柴时期主要以薪柴等生物质燃料为主要能源的 时代，生产和生活水平极低，社会发展 缓慢。2煤炭时期18

7、世纪，以煤炭取代薪柴作为主要能源,蒸汽机成为生产的主要动力，工业迅速 发展，劳动生产力增长很快。19世纪，电力成为工矿企业的主要动力,成为生产和生活照明的主要来源。但这 时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要 燃料。3石油时期石油资源的发展，开始了能源利用的新 时期。近30年来，世界上许多国家依靠石油和天然气，创造了人类历史上空前 的物资文明。进入21世纪，核能将成为世界能源的主 角，清洁能源的时代也将随之到来。能源与国民经济能源是发展社会生产和提高人民生活水平的重要物质基础，是推动国民经 经济的增长和经济发展水平的提高都需 要能源来支撑，因此，能源消费与经济 发展有着密不可分的关系。从世界能源

8、消费的增长趋势看，能源消费与世界经 济发展的趋势是一致的。济发展的强大动力。世界各国经济发展的实践证明，在经济正常发展的情况下，能源消耗总量和能源消耗增长速度与国民经济生产总值和国民经济生产总值增长率成正比例关系O世界经济和能源发展的历史显示，处于 工业化初期的国家，经济的增长主要依 靠能源密集型工业的发展，能源效率也 较低，因此能源弹性系数多大于1。能源弹性系数：反映单位国民经济产值 增长率的变化所引起的能源消费增长率 的变化情况。越小越好。能源消费系数：某一年或某一时期，实 现单位国民经济产值的平均能源消费量O 越小越好。能源与人民生活人们的日常生活处处离不开能源，不仅 衣、食、住、行，而

9、且文化娱乐、医疗 卫生等都与能源密切相关。生活质量指数：将平均寿命、文化指数 及婴儿死亡率三大类指标综合成一个1100分的指数。人均耗能量越多，生活指数就越高。能源与人民生活目前我国一次能源消费量已超过美国(2432Mtoe, 2010年)，居世界第一位，美 国第二位(2285Mtoe, 2010年)，俄罗斯第 三位(690Mtoe, 2010年)。但由于人口过 多，人均能耗水平仍很低，全面建设小康社会仍然是我国人民面临的重要任务。*H-第二P能源资源A世界化石燃料储量|VVI世界化石燃料探明可采储量煤碳/Gt石油/Gt天燃气/Th世界总计1043.86世界总计137.31沙特25.72伊拉克

10、13.43 科威特13.34 阿联酋12.75 伊朗12.26 委内瑞拉9.37 苏联7-88 墨西哥7.39 美国3.810 中国3.3世界总计14 11苏联241.01苏联5.62美国240.562伊朗2.13卡塔尔0.714澳大利亚90.944阿联酋0.535德国60.075沙特阿拉伯0.536印度69.596美国0.467南非55.337委内瑞拉0.388波兰42.18阿尔及利亚0369 尼日利亚 0.3410 伊拉克 0.31 1996年世界前七位国家的煤炭储量国家储量/Mt占世界比美国24055823.3中国11450011.1澳大利亚909408.8印度699476.8德国673

11、006.5南非553335.4波兰421001.1全世界合计103161010019732002非 OECD歐洲国家0.4%亚洲+ 其驚家拉丁美洲 仙 0.3%非洲3,1%18.7%4.8%前苏联22.9%亚洲其他国家拉丁美洲12.5%1.5%非洲5.9%OECD49.8%中国34.6%黑諺辔豊L0.1% 磁OECD37.1%|3 837百万吨|2 232百万疋1973年和2002年世界硬煤产量的地区分布图19732002经济合作与发展组织Organization for Economic Cooperation and Development简称经合组织(OECD),是由 30多个市场经济国

12、家组成的政府间国际经济组织，旨在共 同应对全球化带来的经济、社会和政府治理等方面的挑战, 并把握全球化带来的机遇。成立于1961年，目前成员国总 数34个，总部设在巴黎。澳大利亚、奥地利、比利时、加 拿大、捷克、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、匈牙利、 冰岛、爱尔兰、意大利、日本、韩国、卢森堡、墨西哥、 荷兰、新西兰、挪威、波兰、葡萄牙、斯洛伐克、西班牙、 瑞典、瑞士、土耳其、英国、美国、智利.爱沙尼亚、以 色列、斯洛文尼亚。2010年1月11H,智利正式签署加入经 济合作与发展组织的协定，使其成为该组织第31个成员国; 同时经济合作与发展组织2010年5月10日宣布，同意吸收爱 沙尼亚、以色列

13、和斯洛文尼亚三国为新成员，使其成员数 量增至34个。智利是第一个加入经合组织的南美洲地区国 家，以色列则是第一个加入经合组织的中东地区国家。19732002|2 860百芳闷非OECD丄- 欧翹家雳俄罗斯13.1%非洲10.6%0ECD28.4%中东28.5%9.5%|3 548百万阎亚洲 其他国家拉丁 4.9%美洲1973年和2002年世界石油产量的地区分布图亚洲其他国家I 1.0%中东2.1%非0ECD亠 爺案醴欧洲国家中国 刖亦联 2 R0/0.4%19.7% 乙弘拉丁美洲2.0% 非洲0.8%非0BCD中国苴笄家妇;欧鳖家皿乜他非洲5.2%|1 227十亿立方米|OECD71.4%傩罗

14、斯28.3%中东9.6%|2 618十亿立方米|OECD42.6%1973年和2002年世界天然气产量的地区分布图1100010000900080007000600050004000300020001975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001100001971 1973 OECD中东前苏联非OECD欧洲国家中国亚洲“EI拉丁美洲非洲1971年至2001年世界一次能源供应量的地区分布图能源消费当今世界的能源消费 仍以石油为主。6%6%，核能水电T974年叹前可再生能源和垃圾能源的终疑消费量根据一次能源供

15、应量佶算得出;I其他包括地热能、太阳能、凤能犯热能等1973年和2001年世界能源终端总消费量的构成能源消费有两种形式：一种是一次性直接消费，又称终端消费；另一种是加工转换消费，又称中间消费。终端消费是对中间消费而言，是指能源不用于中间加工转换,而是直接投入到各种加热、动力等设备，用于生产和非生产活动的 消费。主要包括：1作为燃料、动力使用的能源。是指将能源投入到各种加热、动力等设备，产生光、热、功所消费的能源。2作为原料使用的能源。是指在工业生产活动中，把能源作为原料投入使用，经过一系列化学反应，逐步转化为另一种新的非 能源产品，如化肥厂生产的合成氨、化工厂生产的合成橡胶等产品 所消耗的天然

16、气、煤炭、焦炭；生产染料、塑料、轻纺产品所消耗 的原料油等。3作为材料使用的能源。是指一些能源的使用，不构成产品的实体，只起辅助作用的消费。如洗涤用的汽油、柴油、煤油；各 种设备所使用的润滑油等。4.工艺用能。是指在生产过程中既不作为原料使用，也不作 为燃料、动力使用的工艺用能。如生产电石用电、电解用电等。19732001| 623百万吨标准油|其他行业*| 515百万吨标准油|1980年之前的工业；1973车匚业所占比畫部分含在其他行业申其他行业（农业、商业服务业、生活及其他未明确芷义的行业）包括中国1973年和2001年世界煤炭消费的行业构成| 2 142百万吨标准油| 3 008百万吨标

17、准油|半其他行业包括农业、商业服务业.生活及其他未明确定义的行业1973年和2001年世界石油消费的行业构成| 672百万吨标准油| 1 137百万吨标准油|水其他行业包括农业商业服务业.生活及其他未明确定5C的行业1973年和2001年世界天然气消费的行业构成EngK7sfn3p,mjlv斗OJlfnBnrzSCJefJce. A sfcQof3一专養皆示三吊2?h a9B8 The3CGIraw=oomparuBS- 一 nc Al 一Melshta rBSWfbdNaturBGasReserves4995Trillion cubic metersoJLo2345OOOOg560452P5

18、P4 7.6 6.5 5 5矿物燃料的开采寿命I已知储量潜在储量煤炭 30- 100 年 150250 年天然气15-19年25-40年石油16-18年30-40年我国能源概况1我国的能源构成水能资源世界第一，煤炭可采储量世界 第二；煤主要分布在北方地区； 油气主要分布在西部地区;水主要分布在西南地区。2我国能源的特点能源的开发利用在立足于国内的基础上逐步 开发利用国际能源；以煤炭为主;能源荫费构成以工业耗能为主,交通、氏用核商业耗能逐步护大;农村请洁能源需求越来越大;能源利用率低、节能潜力大；总结：总量丰富，人均占有量低，以煤炭为主, 分布在运富经济发达地区。3我国未来的能源问题三大问题：能

19、源弈源总量少，优质能源短缺；(2) 能源技术落后，利用效率低；(3) 环疣问题严重。三大矛盾：大量使用煤炭与环保、减排温宣气体的矛屑;(2)大量谄耗优质能源和油毛能源短缺的矛盾;(3)大量进口石油、夭然气和能源安全的矛盾。发展目标：节能减排；(2)开发利用可再生能源。内蒙的特殊地位:(1) 煤炭资源丰富;(2) 风能资源丰富;(3) 太阳能资源丰富;地势优势一中西部沙漠多，地势平坦开阔。第四卫能量能量的定义物质和能量一爱因斯坦质能方程。所谓能量，也就是“产生某种效果（变 化）的能力”。反过来说，产生某种效果（变化），必 然伴随能量的消耗和转换。人类所认识的六种能量形式机械能热能 I 电能 打辐

20、射能化学能 II核能1机械能Ill机械能是与物体宏观机械运动或空间状 态相关的能量，前者称为动能，后者称 为势能。弹性势能耳的计算式为:E-kx22表面能瓦可用下式计算:Es=力如果质量为加的物体的运动速度为则该 物体的动能Ek可以用下式计算：Ek=-mvk 2重力势能Ep可以用下式计算:Ep= mgH2热能构成物质的微观分子运动的动能和势能 总和称为热能。这种能量的宏观表现是 温度的高低，它反映了分子运动的激烈 程度。通常热能Eq可表述成如下的形式:砖卩dS3电能11IT1电能是和电子流动与积累有关的一种能 量，通常由电池中的化学能转换而来， 或是通过发电机由机械能转换得到；反 之，电能也可

21、以通过电动机转换为机械 能，从而显示出电做功的本领。E=UI4辐射能辐射能是物体以电磁波形式发射的能量。物体的辐射能可由下式计算：E 尸 we。5化学能化学能是物质结构能的一种，即原子核 外进行化学变化时放出的能量。按化学热力学定义，物质或物系在化学 反应过程中以热能形式释放的内能称为 化学能。6核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（宛、氟等）和重质量 的原子核（铀等）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 子核在一定的条件下可以通过核聚变和 核裂变转变为在自然界更稳定的中等质 量原子核，同时释放出巨大的结合能。 这种结合能就是核能。能量的性质状态性 可加性

22、传递性转换性做功性贬值性能量的转换能量在空间上的转移，即能量的传输。 能量在时间上的转移，即能量的储存。co-no- rmn- I宇宙线p感專反应反应推廿线胞热余热輸送、撫?电威波*太阳I热电效应热电子发电输的存、输送厂、邈二加回能量的转换能量传递过程的特点：(1) 能量传递是有条件的，即在有能量密度 差的条件下，能量总是从能量密度大的物 质或能量集中的地方，向能量密度小的物 质或地方传递；总是从集中到分散并逐步 达到平衡。(2) 能量传递遵循一定的规律，即能量传递的速率正比于传递的动力而反比于传递的 阻力。(3) 能量的传递包括转移与转换两种形式。 转移是某种形态的能量从一地转移到另一 地，

23、从一物转移到另一物；转换则是能量 由一种形态变为另一形态。能量传递的途径主要有两条：由物质交 换和质量输运而携带的能量称为携带能； 在体系边界面上的能量交换称为交换能。(4) 在体系边界面上的能量交换通常以两种 方法进行：传热由温差引起的能量交 换，这是能量传递的微观形式；做功 由非温差引起的能量交换，这是能量传递 的宏观形式。(5) 通过能量交换而实现的能量传递，即传 热和做功，其具体方式为：传热的三种基 本方式是热传导、热对流和热辐射；做功Fl(这里指机械功)的三种基本方式是容积 功、转动轴功和流动功(推动功)。(6) 能量传递的结果主要体现在两方面，即 能量使用过程中所起的作用以及能量传递 的最终去向。(7) 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 失和用于过程后再进入环境这两种情况。能量传递的实质实际上就是能量利用的 实质。如果把产品的使用也包括在内，能 量的最终去向只能是唯一的，即最终进入 环境。A能量的储存(1)堆煤场、邮箱、储气罐等、储水坝。(2)建筑物的墙体、地板等。(3) 飞轮。(4) 电池。燃料电池车空气申的If阳极隔膜汽车之家 A1JT0H0ME.C0M.cn夜晚白天燃料电池太阳能电池板太阳能电池板直流/直流电解椚电动机氢气X Xx/Z / X x XZ/XX39%