太阳能生物质能和氢能的利用.docx

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太阳能生物质能和氢能的利用

课题

太阳能生物质能和氢能的利用

教学目的

了解太阳能生物质能和氢能的利用

教学内容

我们现有的资源

石油40年天然气50年煤碳240年

开发新能源势在必行！

！

！

太阳能

太阳能就是太阳辐射能。

在太阳里，每时每刻都进行着激裂的核裂变和核聚变反应，从而产生大量的热。

太阳表面的温度达6000℃左右，内部温度高达数百万度。

由于太阳的温度很高，它不断地向宇宙空间辐射能量，包括可见光，不可见光和各种微粒，总称为太阳辐射。

地球上除核能以外的一切能源，无论是煤炭、石油、天然气、水力或风力都来自太阳，全球人类目前每年能源消费的总和只相当于太阳在40分钟内照射到地球表面的能量。

太阳能随处可得，不必远距离输送，而且是洁净的能源。

地球上的能流图

——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

例：

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。

例：

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：

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（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。

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（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。

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（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。

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（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。

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缺点：

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（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。

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（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

（1）

（2）

（3）

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）

（2）

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：

（1）

（2）

（3）

2．氢能的产生方式：

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

3．氢能的利用途径：

（1）