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热能与动力工程论文

江苏科技大学

题目：

热能与动力工程概论

--新能源发展及其应用

姓名：

学号：

专业：

院系：

2012年12月

摘要：

能源的开发和利用在很大程度上是热能的开发和利用。

涉及能源利用的各种热力装置和热工设备不但在动力工业中，而是几乎在所有的工业中都有，形式多样，五花八门。

而热能与动力工程也是研究热能及其利用的学科。

那么什么是热能与动力工程呢？

热能与动力工程是以工程热物理学科为主要理论基础，以内燃机和正在发展中的其它新型动力机械及系统为研究对象，运用工程力学、机械工程学、自动控制、计算机、环境科学、微电子技术等学科的知识和内容，研究如何把燃料的化学能和液体的动能安全、高效、低（或无）污染地转换成动力的基本规律和过程，研究转换过程中的系统和设备的自动控制技术。

关键词：

常规能源、新能源、节能、高效、降低污染、发展

引言：

本学期我们专业都选修了姚老师的热能与动力工程概论，姚老师给我们讲了好多关于本课程的知识，包括常规能源与新能源、制冷装置与空调系统、动力理论基础和内燃动力装置等，其中我最感兴趣的是常规能源与新能源以及新能源的的发展和应用等，所以我在本课程中主要讲述新能源的有关内容。

目前全世界常规能源的日渐短缺，人类环境保护意识的不断增强，节能、高效、降低或消除污染排放物、发展新能源及其它可再生能源成为本学科的重要任务，在能源、交通运输、汽车、船舶、电力、航空宇航工程、农业工程和环境科学等诸多领域获得越来越广泛的应用，在国民经济各部门发挥着越来越重要的作用。

一、能源需求现状

能源动力及环境是目前世界各国所面临的头等重大的社会问题，我国能源工业面临着经济增长、环境保护和社会发展的重大压力。

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭占商品能源消费的76％，已成为我国大气污染的主要来源。

已经探明的常规能源剩余储量（煤炭、石油、天然气等）及可开采年限十分有限，2000年的统计资料表明，我国化石能源剩余可储采比煤炭为92年，石油20.5年，仅为世界储采比的一半；天然气为63年，优质能源十分匮乏。

未来能源发展中，如何充分利用天然气、水电、核电等清洁能源，加快新能源与可再生能源开发，推广应用洁净煤技术，逐步降低用于终端消费煤炭的比重，实现能源、经济、环境的可持续发展将是"十五"以及中长期能源发展面临的重要选择。

特别地，我国核科技工业是国家的战略行业。

完善的核科技工业体系是确立一个国家核大国地位的基本条件。

它既是国家战略威慑力量和国防科技工业的重要组成部分，是国家政治、国防安全的重要保障和外交利益所在，同时又是国民经济的重要产业。

核军工、核能、核燃料和核应用技术产业，是我国核科技工业的主要组成部分。

与此相适应，如何培养适应上述21世纪社会需要的能源动力类以及核相关专业人才，是每个大学相关专业以及每位从事能源动力类专业教育的工作者需要解决的重要问题。

二、常规能源和新能源。

常规化石能源的使用是能源动力学科专业教学的主要内容之一，而常规化石能源的使用与环境问题密切相关。

目前，煤炭、石油、天然气等化石能源仍在整个能源构成中占据主导地位，而且估计在今后几十年地时间内这一局面还不会改变。

这些常规化石能源主要直接应用于火力发电，这会带来一系列严重的环境问题，比如硫氧化物、氮氧化物等的大气污染、固体废物、水污染和热污染等。

据最近的报载，当前我国每年火力发电的煤炭耗量超过8亿吨，电厂的烟尘排放量约

350万吨，占全国烟尘排放量的35％。

其中微细粒子（小于10微米）

排放量超过250万吨，是影响大城市大气质量和能见度的主要因数，并严重危害人体健康。

因此，对能源动力生产过程中的这些环境问题必须进行妥善处理和控制，实现其环境友好化，才能保证人类的生存和社会经济的可持续发展。

环境问题已经成为能源动力技术研究中的

重要组成部分，也必须在专业课程的教学中有相应的体现。

也正是基于这一原因，浙江大学已经将原来的热能与动力工程专业改名为能源与环境系统工程专业。

核能发电虽然没有上述火力发电那样的问题，但有其独特的问题，如辐射防护与保健、核废料的处置与处理等均与环境保护有关。

迫于环境方面对能源开发与利用的巨大压力，作为常规能源的水能由于具有清洁与可再生的特点，其开发与利用越来越得到重视，在我国能源发展战略占有十分重要的地位。

（一）能源的分类。

A、按能源的形成条件、可否再生、将其分为以下几种：

一次能源与二次能源。

一次能源：

自然界中存在的天然能源。

如化石燃料、核燃料、太阳能、水力、风能、地热、海洋能、生物质能等。

B、按能源可否再生分：

可再生能源与非再生能源。

可重复再生的一次能源称为可再生能源。

如太阳能、水力、风能、海洋能、生物质能等。

不能重复产生的自然能源称为非再生能源。

如化石燃料、核燃料、地热。

C、按能源利用历史状况与技术水平：

常规能源与新能源。

常规能源是指技术上已经成熟、已经大量生产并广泛利用的能源，如化石燃料、水力等。

新能源是指技术上正在开发、尚未大量生产和广泛利用的能源，如太阳能、风能、海洋能、生物质能等。

D、按对环境的污染程度：

清洁能源与非清洁能源。

清洁能源主要有太阳能、风能、海洋能等。

气体燃料中氢是一种清洁能源。

（二）新能源的种类与简介。

新能源的发展就目前来看主要有太阳能、地热能、潮汐能、风能、海洋能、生物质能、核聚变能等，它们在不同领域中得到了许多应用，同时发展了一些以它们为主要研究对象的新兴技术。

新能源技术是高科技技术的支柱，包括核能技术、太阳能技术、燃煤、磁流体发电技术、地热能技术、海洋能技术等。

其中核能技术与太阳能技术是新能源技术的主要标志，通过对核能、太阳能的开发利用，打破了以石油、煤炭为主体的传统能源观念，开创了能源新时代。

1、太阳能发展及其应用。

太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。

在新实际中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。

而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下，有着非常独特的作用。

中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。

目前，我国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。

我国比较成熟太阳能产品有两项：

太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统。

目前光伏发电居世界各国前列的是日本、德国和美国。

中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期。

太阳电池及组件产量逐年稳步增加。

经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。

在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，我国光伏发电产业迅猛发展。

到2007年年底，全国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦，从事太阳能电池生产的企业达到50余家，太阳能电池生产能力达到290万千瓦，太阳能电池年产量达到1188MW，超过日本和欧洲，并已初步建立起从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组成的完整产业链，特别是多晶硅材料生产取得了重大进展，突破了年产千吨大关，冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约，为我国光伏发电的规模化发展奠定了基础。

中国太阳能热水器产业的发展历程可以追溯到二十世纪七十年代后期。

经过多年的发展，中国太阳热水器产业已形成较为完整的产业化体系。

从原材料加工、热水器产品制造到营销服务、综合配套协调发展。

无论从产值还是保有量都已成为名副其实的太阳能热水器生产和应用大国。

2007年，中国太阳能热水器产量的增长速度约为30%，太阳能热水器市场销售额约为320亿元人民币，产值亿元人民币以上的企业有20多家。

太阳能热水器的出口额增长约为28%，6500万美元左右，产品出口欧洲、美洲、非洲、东南亚等50多个国家和地区。

目前从能源供应安全和清洁利用的角度出发，世界各国正把太阳能的商业化开发和利用作为重要的发展趋势。

欧盟、日本和美国把2030年以后能源供应安全的重点放在太阳能等可再生能源方面。

预计到2030年太阳能发电将占世界电力供应的10%以上，2050年达到20%以上。

大规模的开发和利用使太阳能在整个能源供应中将占有一席之地。

中国《可再生能源法》的颁布和实施，为太阳能利用产业的发展提供了政策的保障；京都议定书的签定，环保政策的出台和对国际的承诺，给太阳能利用产业带来机遇；西部大开发，为太阳能利用产业提供巨大的国内市场；中国能源战略的调整，使得政府加大对可再生能源发展的支持力度，所有这些都为中国太阳能利用产业的发展带来极大的机会。

2、地热能的发展及其应用。

地热能是来自地球深处的热能，它源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。

深部地下水的循环和来自深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近地表层。

在有些地方，热能随自然涌出的蒸汽和水而到达地面。

严格地说，地热能不是一种可再生的资源，而是像石油一样，是可开采的能源，最终的可回采量将依赖于所采用的技术。

如果将水重新注网到含水层中，使含水层不枯竭，可以提高地热的再生性。

我国地热能的开发利用始于70年代初，当时一方面由于世界性石油（能源危机的出现促使人们去寻找可替代的新能源；另一方面我国著名地质学家李四光教授提出要大力开发地热，将地球这个“庞大热库”中蕴藏着的能量充分利用起来。

1970年他在天津亲自主持召开地矿系统动员开发利用地热资源大会，由此在我国掀起一个地热普查、勘探和开发利用的热潮。

由于缺乏经验，许多不具备高温地热资源的的省区也都热衷于地热发电，于是在广东丰顺、湖南灰汤、江西宜春、辽宁熊岳及河北怀来等地先后利用67~92℃的地下热水建立一批装机容量仅为50~300kW的所谓“试验性”地热电站。

由于效率太低，不久纷纷下马，只有始建于1970年10月的我国第1座试验性地热电站（广东丰顺）及湖南灰汤电站目前仍在运行。

与此相反，西藏自治区由于化石能源短缺，而高温地热资源却相当丰富，因此从70年代初即开展了距拉萨公仅90km的羊八井地热田的勘探开发工作，并于1977年9月建成1号试验机组（1MW），正式投产发电。

后几经扩建，日前羊八井地热电站总装机容量为25.18MW,夏冬2季的发电量分别占拉萨电网的40%和60%。

可以看出，羊八井地热电站装机容量虽小，但在拉萨地区的电力供应上却起着很大作用。

　中低温地热资源的开发利用始于北京、天津，主要用于城市供暖、工农业用热及洗浴、旅游疗养等。

同时，华北广大农村及中小城镇都建立起一批地热温室，培植越冬蔬菜，其中京郊小汤山地区的地热温室专种从国外引进的“洋菜”，供使馆及各大宾馆使用，效益很好。

1992年尼克松访华归国前在长城饭店举行的答谢宴会上，用的就是小汤山地热温室里的“洋菜”，这在当时并不多见。

我国东南沿海诸省如福建、广东等则利用地热水进行水产养殖，鳗鱼出口日本，甲鱼供国内市场，取得了很好的经济效益。

北方如河北沧洲等地也有用地热水（掺含海水）冬季养殖对虾等。

地热直接利用的其它方面有印染、烘干、水稻育秧等，但规模较小。

作为新能源大家族中的一员，地热能与太阳能、风能、生物质能一样，除个别国家外，目前在整个能源结构中的地位微乎其微。

但新能源作为一种正在大力探索中的能源，若将太阳能、风能、潮汐能与地热能加以比较，则不难看出，地热目前仍是新能源大家族中最为现实的能源。

3、核能的发展及其应用。

核电站的开发与建设开始于上世纪50年代。

1954年，前苏联建成电功率为5000千瓦的实验性核电站；1957年，美国建成电功率为9万千瓦的希平港原型核电站。

这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。

国际上把上述实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。

上世纪60年代后期以来，在试验性和原型核电机组基础上，陆续建成电功率在30万千瓦以上的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组。

它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时,使核电的经济性也得以证明：

可与火电、水电相竞争。

上世纪70年代，因石油涨价引发的能源危机促进了核电的发展，目前世界上商业运行的400多座核电机组大部分是在这段时期建成的,称为第二代核电机组。

目前，在美国已向美国核监管委员会正式申请发给核电机组建造许可证的已有26台机组（12台AP1000，4台EPR，2台USAPWR，2台ABWR，6台ESBWR），都是第三代的。

其中有6台AP1000机组的电站业主已与西屋公司/绍尔联合体签订了总承包建造合同.

法国为芬兰建造的EPR机组和正在国内建造的EPR机组，也都是第三代的。

法国已声明，今后不再建第二代核电机组。

日本除了1台在同一厂址续建的相同型号第二代机组尚在建设外，其余在建的11台机组都是第三代的，且已有3台第三代ABWR核电机组建成发电。

所以，可以说，从核电发达国家的动向来看，第三代核电是当今国际上核电发展的主流。

核能利用是解决能源问题必由之路，它在能源中的比例将逐步加大，从而改善能源结构，并有希望在将来彻底解决人类对能源的需求。

然而，核能的开发利用是一个循序渐进的长期进程，按其科技难度和实现产业化的前景展望，大致可分为三个阶段：

第一阶段是热中子反应堆，第二阶段是快中子增殖堆，第三阶段是可控聚变堆。

这三阶段需要互相衔接，逐步进入实用，实现产业化。

我国核能利用已面临大好的发展机遇，国家《核电中长期发展规划（2005－2020年）》已明确了我国核电到2020年的发展目标：

到2020年我国将有4000万千瓦核电运行发电，1800万千瓦在建。

从现在发展势头看来，这个目标能够达到，而且很可能超额完成。

国家《中长期科技发展规划纲要》已将“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”列为重大专项。

据此，国家各有关部门正在具体组织实施，以期充分利用我国已积累的核能技术和经验并充分吸取国际先进技术和经验，在较短时间内既完成自主设计建造一定数量的第二代改进的核电机组，又批量自主设计建造第三代先进核电机组，并自主创新地创建中国品牌的大型先进压水堆核电机组和高温气冷堆核电机组。

我们要更安全、更经济地优质高速发展核能利用，以期这方面的成就到2020年成为我国是自主创新型国家的标志之一。

我国已建成的实验高温气冷堆和正在建设的实验快堆核电站和闭式核燃料循环（包括乏燃料后处理）系统等研究开发工作正推动着我国核能利用迈向更高的层次。

我国在热核聚变方面取得的研究成果和积极参与国际合作的走向也是令人鼓舞的。

结束语:

总之，我国新能源利用的发展前景将越来越广阔。

但这终究是一个长期的、巨大的系统工程，既要解决近期为国民经济服务的大量技术课题，又要为下一步和长远发展进行系统的预研、开展基础研究和应用研究，牵涉到的学科范围也十分广泛和相互交叉。

因此，必须远近结合，高瞻远瞩，全面考虑，统筹安排，认真落实，力争在较短时间内能与国际先进水平并驾齐驱，走在前沿。

我们相信，在邓小平理论和三个代表重要思想的指导下，在科学发展观的指引和国家的统一规划下，经过努力，我国新能源的开发利用必将结出丰硕成果。

参考文献：

[1]欧阳予.世界核电国家的发展战略历程与我国核电发展.中国核电，2008

[2]欧阳予.世界核电国家的发展战略历程与我国核电发展（续）.中国核电，2008

[3]雷光远.地热能发展趋势及其技术应用.2010

[4]何建坤.低碳技术是发展低碳经济的关键.2011