氢能源的开发与利用

氢能源的开发和利用

菜大兴

（中南大学化学化工学院湖南长沙410083）

摘要：随着化石燃料等不可再生资源的日益紧缺和环境污染日益加重，人们迫切需要寻找替代能源。氢能作为可持续、清洁的能源而被广泛研究，是未来人类的理想能源之一，对整个世界经济的可持续发展具有重要的战略意义。本文主要述评了氢能制备、氢能储运、氢能利用在国际和国内的最新研究动态，并对氢能未来开发利用前景进行了展望。

关键词：氢能源、氢能制备、储氢技术、氢能利用

0 引言

能源是现代社会人类生活、生产中必不可缺的东西。随着社会经济的发展，人们对能源的需求越来越高。然而在能源开发及利用的研究中，人们发现有的能源与一般传统的矿物能源不同，如太阳能、风能、潮汐熊等再生性能源。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高、清洁的绿色能源及能源载体，被认为是连接化石能源向可再生能源过渡的主要桥梁[1]。

作为能源，氢能具有无可比拟的潜在开发价值。氢是自然界最普遍存在的元素，它主要以化合物的形态储存于水中，而水是地球上最广泛的物质；除核燃料外，氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高；氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快；氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁。氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改装即可使用。所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，在能源工业中氢是极好的传热载体。所以，研究利用氢能已成为国内外学者研究的热点[2]。

1 氢能制备方法

1.1 矿物燃料制氢

在传统的制氢工业中，矿物燃料制氢是采用最多的方法，并已有成熟的技术及工业装置。

其方法主要有重油部分氧化重整制氢，天然气水蒸气重整制氢和煤气化制氢。用蒸汽和天然气作原料的制氢化学反应为：CH4+2H2O==CO2+4H2。用蒸汽和煤作原料来制取氢气的基本反应过程为：C+2H2O==CO2+2H2。虽然目前90％以上的制氢都是以天然气和煤为原料。但天然气和煤储量有限，且制氢过程会对环境造成污染，按照科学发展观的要求，显然在未来的制氢技术中该方法不是最佳的选择[3]。

1.2 电解水制氢

电解水制氢工业历史较长，这种方法是基于如下的氢氧可逆反应：2H2O==2H2＋O2

目前常用的电解槽一般采用压滤式复极结构，或箱式单级结构，每对电解槽压在1.8～2.0V 之间，制取1 m3H2的能耗在4.0～4.5kwh。箱式结构的优点是装置简单，易于维修，投资少，缺点是占地面积大，时空产率低；压滤式结构较为复杂，优点是紧凑、占地面积小、时空产率高，缺点是难维修、投资大。随着科学技术的发展，出现了固体聚合物电解质(S P E)电解槽。SPE槽材料易得，适合大批量生产，而且使用相同数量的阴阳极进行H2、O2的分离，其效率比常规碱式电解槽要高，另外，SPE槽液相流量是常规碱式电解槽的1／1 0，使用寿命约为300天。缺点是水电解的能耗仍然非常高。目前，我国水电解工业仍停留在压滤式复极结构电解楷或单极箱式电解槽的水平上，与国外工业和研究的水平差距还很大。

1.3甲烷催化热分解制氢

传统的甲烷裂解制造氢气过程都伴有大量的二氧化碳排放，但近年来，甲烷因热分解制氢能避免CO2的排放，而成为人们研究的热点。甲烷分解l mol 氢气需要37.8kJ的能量，排放CO20.05tool。该法主要优点在于制取高纯氢气的同时，制得更有经济价值、易于储存的固体碳，从而不向大气排放二氧化碳，减轻了温室效应。由于基本不产生CO2，被认为是连接化石燃料和可再生能源之间的过渡工艺。但生产成本不低，如果副产物碳能够具有广阔的市场前景，该法将会成为一种很有前途的制氢方法。

1.4 生物制氢

利用生物制氢技术，可节约不可再生能源，减少环境污染，可能成为未来能源制备技术的主要发展方向之一。生物制氢是利用微生物在常温、常压下以含氢元素物质(包括植物淀粉、纤维素、糖等有机物及水)为底物进行酶生化反应来制得氢气。迄今为止，已研究报道的产氢生物可分为两大类：光合生物(厌氧光合细菌、蓝细菌和绿藻)和非光合生物(严格厌氧细菌、兼性厌氧细菌和好氧细菌)[4]。

光合生物蓝细菌和绿藻可利用体内巧妙的光合结构转化太阳能为氢能，故其产氢研究远较非光合生物深入。二者均可光裂解水产生氢气，光裂解水产氢是理想的制氢途径，但蓝细

菌和绿藻在光合放氢的同时，伴随氧的释放，除产氢效率较低外，如何解决放氢酶遇氧失活是该技术应解决的关键问题。厌氧光合细菌与蓝细菌和绿藻相比，其厌氧光合放氢过程不产氧，故工艺简单。目前鉴于光合放氢过程的复杂性和精密性，研究内容仍主要集中在高活性产氢菌株的筛选或选育、优化和控制环境条件以提高产氢量，其研究水平和规模还基本处于实验室水平。

非光合生物可降解大分子有机物而产氢，使其在生物转化可再生能源物质(纤维素及其降解产物和淀粉等)生产氢能研究中显示出优越于光合生物的优势。该类微生物作为氢来源的研究始于20世纪60年代，至20世纪90年代未，我国科学家任南琪等研究开发了以厌氧活性污泥和有机质废水为原料的“有机废水发酵法生物制氢技术”，该技术突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术的局限，开创了利用非固定化菌种生产氢气的新途径，中试试验结果表明，生物制氢反应器最高持续产氢能力达到5.7m3／(m3·d)，生产成本约为目前采用的电解水法制氢成本的一半[4]。

2 储氢技术

2.1 高压气态储氢

根据气体状态方程，对于一定量的气体，当温度一定时，升高压力会减小气体所占的体积，从而提高氯气密度。高压钢瓶储氢就是基于这一原理的一种常用的氢气储存方法。高压气态储氢是一种应用广泛、简便易行、技术相对成熟的储氢方式，而且成本低，充放氢速度快，在常温下就可进行。但其缺点是需要厚重的耐压容器，并要消耗较大的氢气压缩功，存在氢气易泄漏和容器爆破等不安伞因素[3]。一个充气压力为15 MPa的标准高压钢瓶储氢质量仅约占1.0％；供太空用的钛瓶储氢质量分数也仅为5％。可见，高压钢瓶储氢的能量密度一般都比较低。我国浙江大学研制成功5m3固定式高压(42 MPa)储氢罐，服务于北京奥运会的氢燃料示范车加氢[5]。

2.2 低温液态储氢

低温液态储氢具有较高的体积能量密度。常温、常压下液氧的密度为气态氢的845倍，其体积能量密度比压缩储存要高好几倍，与同一体积的储氢容器相比，其储氢质量大幅度提高。液氢储存工艺特别适于储存空间有限的运载场合，如航天飞机用的火箭发动机、汽车发动机和洲际飞行运输工具等。若仅从质量和体积上考虑，液氢储存是一种极为理想的储氢方式。但是由于氢气液化要消耗很大的冷却能量，液化过程所需的能耗约是储存氢气热值的

50％，增加了储氢和用氧成本。另外，液氢储存容器必须使用超低温用的特殊容器，由于液氖储存的装料和绝热不完善，容易导致较高的蒸发损失，因而技术复杂、储氧成本高。高度绝热的储氢容器是目前研究的重点[1]。

2.3 固态储氢

固态材料储氢是通过化学反应或物理吸附将氢气储存于固态材料中，其能量密度高且安全性好，被认为是最有发展前景的一种氢气储存方式[6]。固态储氢材料包括可充氢化物(如金属氢化物一镍电池)、化学氢化物(如水解或热解储氢)、碳和其他高比表面积材料(主要以物理吸附为主)。下图给出了固态储氢材料的发展过程。可以看出，在中低温条件下，储氢材料是随着可逆储氢容量的增加和体系吸放氢动力学的改善而发展的[7]。

另外，储氢材料按氢的结合方式可分为化学键合储氢(如储氢合金、配位氢化物、氨基化合物、有机液体碳氢化合物等)和物理吸附储氢(碳纳米管、多孔碳基材料、金属有机框架材料、纳米储氢材料、多孔聚合物等)。

最近，丹麦研究人员[8-9]开发了一类新型金属氨络合物储氢材料，该类材料可用M(NH3)n X m表示(M 为Mg、Ca、Cr、Ni、Zn，X为Cl、SO4)。研究表明，该类材料如Mg(NH3)6Cl2可以以氨的形式存储质量分数9.1％的氢，Ca(NH3)6Cl2甚至可达到9.7％，而且整个过程完全可逆，结合使用氨分解催化剂，可使氢在620 K以下的温度完全释放，同时其副产物是N2，不会带来任何环境污染。金属氨络合物储氢材料是迄今为止报道的可逆存储氢量最大的材料。

3 氢能利用方法

氢能的利用方式主要有三种：①直接燃烧；②通过燃料电池转化为电能；③核聚变。其

中最安全高效的使用方式是通过燃料电池将氢能转化为电能。目前，氢能的开发正在引发一场深刻的能源革命，并将可能成为2 1世纪的主要能源。美、欧、日等发达国家都从国家可持续发展和安全战略的高度，制定了长期的氢能源发展战略[10]。

3.1 氢内燃机

氢内燃机的基本原理与汽油或者柴油内燃机原理一样。氢内燃机是传统汽油内燃机的带小量改动的版本。氢内燃直接燃烧氢，不使用其他燃料或产生水蒸气排出。氢内燃机不需要任何昂贵的特殊环境或者催化剂就能完成做功，这样就不会存在造价过高的问题。现在很多已经研发成功的氢内燃机都是混合动力的，也就是既可以使用液氢，也可以使用汽油等作为燃料。这样氢内燃机就成了一种很好的过渡产品。例如，在一次补充燃料后不能到达目的地，但能找到加氢站的情况下就使用氢作为燃料；或者先使用液氢，然后找到普通加油站加汽油。这样就不会出现加氢站还不普及的时候人们不敢放心使用氢动力汽车的情况。氢内燃机由于其点火能量小，易实现稀薄燃烧，故可在更宽广的工况内得到较好的燃油经济性[11]。

3.2 燃料电池

氢能的应用主要通过燃料电池来实现的。氢燃料电池发电的基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。氢燃料电池与普通电池的区别主要在于：干电池、蓄电池是一种储能装置，它把电能储存起来，需要时再释放出来；而氢燃料电池严格地说是一种发电装置，像发电厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。而使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60％一80％，而且污染少、噪声小，装置可大可小，非常灵活。从本质上看，氢燃料电池的工作方式不同于内燃机，氢燃料电池通过化学反应产生电能来推动汽车，而内燃机车则是通过燃烧产生热能来推动汽车。由于燃料电池汽车工作过程不涉及燃烧，因此无机械损耗及腐蚀，氢燃料电池所产生的电能可以直接被用在推动汽车的四轮上，从而省略了机械传动装置。现在，各发达国家的研究者都已强烈意识到氢燃料电池将结束内燃机时代这一必然趋势，已经开发研制成功氢燃料电池汽车的汽车厂商包括通用(GM)、福特、丰田(Toyota)、奔驰(Benz)、宝马、克莱斯勒等国际大公司[12]。

3.3 核聚变

核聚变，即氢原子核（氘和氚）结合成较重的原子核（氦）时放出巨大的能量。

热核反应[1]，或原子核的聚变反应，是当前很有前途的新能源。参与核反应的氢原子核，如氢（氕）、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应（参见核聚变）。

热核反应是氢弹爆炸的基础，可在瞬间产生大量热能，但目前尚无法加以利用。如能使热核反应在一定约束区域内，根据人们的意图有控制地产生与进行，即可实现受控热核反应。这正是目前在进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反应堆的基础。聚变反应堆一旦成功，则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。

目前，可行性较大的可控核聚变反应装置就是托卡马克装置。托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak 来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。我国也有两座核聚变实验装置[13]。

4 国内外氢能研究开发现状

氢能作为解决当前人类所面临困境的新能源而成为各国大力研究的对象，据美国能源部(DOE)新能源开发中心调查，过去5年，全世界工业化国家对氢能的开发投入年均递增20.5％。美国一直重视氢能。2003年，布什政府投资17亿美元，启动氢燃料开发计划，该计划提出了氢能工业化生产技术、氢能存储技术、氢能应用等重点开发项目。2004年2月，美国能源部公布了《氢能技术研究、开发与示范行动计划》，该计划详细阐述了发展氢经济的步骤和向氢经济过渡的时间表，该计划的出台是美国推动氢经济发展的又一重大举措，标志着美国发展氢经济已从政策评估、制定阶段进入到了系统化实施阶段。2004年5月，美国建立了第一座氢气站，加利福尼亚州的一个固定制氢发电装置“家庭能量站第三代”开始试用。2005年7月，世界上第一批生产氢能燃料电池汽车的公司之一戴姆勒一克莱斯勒(Daimler Chrysler)公司研制的“第五代新电池车”成功横跨美国，刷新了燃料电池车在公路上行驶的纪录，该车以氢气为动力，全程行驶距离5245 km，最高速度145 km／h。

对我国来说，能源建设战略是国民经济发展之重点战略，我国化石能源探明可采储量中，煤炭量为1145亿t、石油量为38亿t、天然气储量为1.37万亿m3，分别占世界储量的11.6％、2.6％、0.9％。我国人口多，人均资源不足，人均煤炭探明可采储量仅为世界平均值的1／2，石油仅为1／10左右，人均能源占有量明显落后；同时，我国近年来交通运输的能耗所占比重愈来愈大，与此同时，汽车尾气污染已经成为大气污染特别是城市大气污染最重要的因素，以此，寻找新的洁净能源对我国的可持续发展有着特别重要的意义。“九五”和“十五”期

间，科技部都把燃料电池汽车及相关技术研究开发列入国家科技计划，2002年1月，中国科学院启动科技创新战略行动计划重大项目——大功率质子交换膜燃料电池发动机及氢源技术，由中科院大连化学物理研究所主持的这个重大科研项目，主要以科技部国家高技术发展计划(“863”)“电动汽车重大专项”为背景，研究和开发具有自主知识产权的75 kW和150 kW燃料电池发动机及氢源成套技术，这项世界前沿的技术将有助于我国早日进入氢能时代。目前我国已成功研制出燃料电池轿车和客车，累计实验运行超过2 000 km，这标志着我国具备开发氢动力燃料电池发动机的能力，2008年奥运会和2010年世博会召开时，燃料电池轿车已经小批量示范性地行驶在街头[12]。

5 展望和总结

目前，氢能做为二次能源，其用途主要有以下几个方面：在精细有机合成工业中，氢气也是重要的合成原料之一；在合成氨工业中氢气是重要的原料之一；氢气还可以作为填充气在气象观测中应用；在分析测试中氢气可以做为标准气，在气相色谱中氢气可以作为载气。值得着重说明的是，近十几年发展起来的氢燃料电池可直接应用于航天航海和陆地交通运输，氢能作为未来最有前途的新能源地位已初见端倪。开发生物制氢技术关键在于如何选育到产氢性能优异、适合工程化处理的细菌，实现生物制氢技术的工业化[4]。

氢能是未来最有希望的清洁能源之一。氢能的发展和利用不失为我国缓解能源压力的一种好的方式。因此，我国很有必要制定目标明确的氢能技术路线图，并将开发氢能列入国家长期能源战略目标中来，以期能够早日走人“氢能时代”。

随着我国经济实力的增强，国际社会要求我国减排化石燃料有害废气的压力会愈来愈重。目前，我国城市化进程加快，不少大、中型城市的大气污染，正在由单纯的煤烟型污染向煤烟型与机动车排气污染混合型的方向变化，且有继续加剧的趋势。我国汽车单车污染物排放是国际同类先进机动车的几倍，甚至近10倍，对大气的污染贡献率超过50％。因此，集中优势力量发展清洁高效的氢能源也许是我国抢先进入氢经济，摆脱百年来科技和战略落后，走可持续健康发展的最佳切人点。氢能是未来人类最理想的能源，氢能研究的舞台是广阔的，研究开发氢能将大有作为。

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[13] https://www.wendangku.net/doc/0315108359.html,/view/22214.htm

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同时利用比较法使学生更清晰地了解各种新能源的特点。 如果课时较紧，可以选区本地区比较突出的新能源进行较为详细地介绍。 总之，应该以学生直观的感受为主设计本课，以知识的了解为主。 教学设计示例教学重点利用新能源的意义及主要的新能源特点教学手段录像：大亚湾核电站沼气池太阳能潮汐发电风车提水和发电等计算机课件：（）世界现有煤石油天然气使用时间表；（）石油煤天然气污染表；（）核电站与火电站用原料的比较；（）我国主要核电站的位置图；（）太阳能电站的图片；（）风车提水风力发电图片；（）沼气使用图片；（）生态农业示意图；（）其它新能源；教学过程（提问）学过的自然资源中不可再生的有什么？（生回答）（引导）我们讲过的矿产资源是不可再生的，如煤石油天然气等，现在地球上储存的煤油气还可以使用的多少年呢？见表格（投影片）（讲解）为什么我们特别在乎这几种矿产资源呢？因为使我们的机器能转使人类有光明和温暖，我们称这种可以提供能量的自然资源为能源。 从在人类发展过程中，它们是非常重要的能源，但是在使用过程中，它们也带来了许多问题（投影片）煤石油天然气的污染（承转）为了避免污染，同时为了在现有的能源发生危机之前，人们开始寻找更清洁可以再生的能源。 你知道有什么吗？（学生回答）（板书）第五节新能源的开发利用一寻找新能源的意义二主要的新能源（引导）这些新能源是怎样提供

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温差电池用途多 2002年8月，德国科学家发明了一种温差电池，可以直接将人体热能转换为电能。电池主要由一个可感应温差的硅芯片构成，当这种特殊的硅芯片感应到正面温度与背面温度有一定温差时，内部电子就会产生定向流动，从而产生微量的电流，给微型电子仪器提供长久的“动力”，免去充电或更换电池的麻烦。 这种温差电池很精巧，放在口袋里就可以工作。用它做电源，可以使助听器、袖珍电视机、袖珍收音机、微型发报机等进行正常的工作。利用体温带动的手表，只要1℃的温度变化，就可以使手表正常运转。 人体中的“核电站” 人的身体每天要散发大量的热能，据测算，一个50千克重的成年人，一昼夜维持体温所消耗的热量可以达到250万卡左右。这些热量若蓄积起来，可以将与其体重相同重量的水，从0℃加热到50℃。全世界60亿人每年耗费掉的热能加起来，相当于10座核电站的生产能力！ 科学家还发现，人体血液循环也能产生能量，而且可以

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我国发展氢能源的优劣势分析 一、氢能源简介： 氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。随着石化燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点： l、重量最轻的元素。标准状态下，密度为 0.8999g/l，－252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。 2、导热性最好的气体，比大多数气体的导热系数高出10倍。 3、自然界存在最普遍的元素。据估计它构成了宇宙质量的 75％，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形 态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。 4、除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。 5、燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。 6、无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁滁生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢 化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损。 7、利用形式多。既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池 ，或转换成固态氢用作结构材料。 8、可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。 9、可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小。 10、氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。 11、氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益 优于其他能源。 二、我国发展氢能源的必要性： 石油、煤炭、天然气燃烧产物是二氧化碳，是温室气体，造成地球温度逐年升高。专业机构的最新研究结果表明全球气候变暖已导致非洲乞力马扎罗山的山顶冰盖消融80％，如这一趋势得不到遏制，100年后山顶冰雪将完全消失。德国汉诺威大学的植物研究所科学家瓦尔特指出，尽管目前全球气温仅上升0.6℃，但对生态造成的影响已经明显危机到动物和植物的生存，现在，春天的来临及许多植林的生长期正在提前，较长时间后动物食物链可能发生混乱。同时，化石燃料中有杂质，特别是疏、氮、磷、砷等，燃烧产物酸性，造成大气污染和酸雨。酸雨不仅伤害农作物和蔬菜的叶片，而且能够降低农作物和蔬菜种子的发芽率，降低大豆蛋白质含量。阔叶林和针叶林的冠层在酸雨作用下，钙、镁等离子在冠层雨溶液中富集，造成叶子中营养离子的大量淋失，进而加速根部营养的吸收和迁移，重新吸收的营养离子也会从植物体大量析出；如此循环，就会造成营养亏缺，直接影响森林生长，威胁森林生态系统内的物质循环，而且这个过程随酸雨的强度增加而增加。酸雨还造成土壤中铝的大量释放和镁等有毒金属元素的沉降和积累，对树木形成毒害，同时，直接影响和危害土壤表层，干扰微生物正常生化活性，森林枯枝落叶的分解和物质再循环受到破坏；降低土壤的AO和A1层的PH值，使适中偏碱性菌类活动受到遏止,N元素的同化和固定减少，土壤肥力下降。同时，酸雨使湖泊酸化，将土壤中的活性铝冲洗到河流、湖泊中，毒害鱼类，改变整个水体生态系统，使水体中的生物种类和数量大大减少，而且还导致温室效应的加剧，刺激皮肤，引起哮喘等多种呼吸道疾病。我国的能源结构以煤为

能源问题及开发新能源的重要性

能源问题及开发新能源的重要性 一、开发利用新能源是人类面临的最大课题之一 二、世界和我国的能源形势 三、太阳能的开发与利用 1．太阳能热水器的发展情况 2．太阳能电池与光伏发电 四、风力发电的发展情况 五、生物质能源的开发 概念 C01：能源 原理 K01：传统能源 K02：新能源 K03：世界能源形势 K04：我国能源形势 K05：太阳能利用的主要途径 K06：太阳能热水器的发展情况 K07：太阳能光伏发电的优缺点 K08：太阳能电池的发展现状 K09：太阳能电池的应用 K10：光伏建筑一体化的优点 K11：风机发展方向 一、开发利用新能源是人类面临的最大课题之一 能源短缺和环境污染是人类长期面临的两大难题，开发以可再生能源为主的新能源、发展低碳经济是解决这两大难题的重要途径，也是发展新兴产业的突破口。 顾名思义，“能源”就是能量的源泉，粗略地说也可以是“动力”的源泉。 “新能源”是指太阳辐射能、风能、生物质能、水能、地热能、海洋能等可再生能源，也包括核能、氢能、海冰（天然气水合物）等人类新近开发的能源。一般的煤炭、石油、天然气等被认为是传统的能源。 广义而言，太阳能、风能、生物质能、水力能、海洋能是由太阳、地球、月亮等天体的

运动所产生的，是可不断再生的，因此被称为可再生能源（Renewable Energy）。电能、氢能等是用煤炭、石油、天然气等一次能源转化而来的，常被称为二次能源。 随着工农业的发展和人民生活水平的提高，能源的消耗不断增加。据估计，煤炭、石油、天然气等传统能源将在数十至数百年内被人类使用殆尽。因此，开发利用以可再生能源为主的新能源是人类面临的最大课题之一。 二、世界和我国的能源形势 （1）世界能源形势 ?煤炭、石油、天然气等矿物能源已接近耗尽 ?矿物能源的使用产生了大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物（NOX）等温室气体和废气废物，造成地球温度上升和严重的环境污染 ?全世界都重视新能源的开发和利用 由此可见，世界能源形势十分紧迫，开发和利用可再生能源是人类的必然选择。 （2）我国能源形势 我国能源消耗快速增长，主要体现在以下方面： ?我国的能源消耗总量很大 2008年，我国折合消耗标准煤28.5亿吨（2008年上海的能源消耗总量折合标准煤约1亿吨）。 ?煤的开采消耗量增加速度很快、数量很大 2000年：11亿吨；2005年：22.2亿吨；2007年：26亿吨；2008年：27亿吨。年增幅达到15%～20%。 ?石油消耗量不断增大 2007年，消耗大约4亿吨，其中40%以上依靠进口；2008年，消耗石油大约3.6亿吨，其中1.9亿吨依靠进口。 ?电力装机容量与电力消耗增加很快 2005年为5亿千瓦，近几年每年递增约1亿千瓦。2008年，我国电力消耗约22000亿千瓦时（KWh）。 面对日渐严峻的能源形势，政府提出了如下能源发展总体方针：坚持能源供应基本立足国内，形成以煤炭为主体，电力为中心，油气、核电、新能源全面发展的能源供应格局，石油、天然气要充分利用国内外两种资源、两个市场。 三、太阳能的开发与利用 太阳内部由于氢聚变而产生大量的能量，表面温度达到6000℃，从而产生了大量的光辐射。据估计每年地球上接收到的太阳辐射能相当于49000亿吨标准煤。

氢能源的开发与利用

氢能源的开发和利用 菜大兴 （中南大学化学化工学院湖南长沙410083） 摘要：随着化石燃料等不可再生资源的日益紧缺和环境污染日益加重，人们迫切需要寻找替代能源。氢能作为可持续、清洁的能源而被广泛研究，是未来人类的理想能源之一，对整个世界经济的可持续发展具有重要的战略意义。本文主要述评了氢能制备、氢能储运、氢能利用在国际和国内的最新研究动态，并对氢能未来开发利用前景进行了展望。 关键词：氢能源、氢能制备、储氢技术、氢能利用 0 引言 能源是现代社会人类生活、生产中必不可缺的东西。随着社会经济的发展，人们对能源的需求越来越高。然而在能源开发及利用的研究中，人们发现有的能源与一般传统的矿物能源不同，如太阳能、风能、潮汐熊等再生性能源。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高、清洁的绿色能源及能源载体，被认为是连接化石能源向可再生能源过渡的主要桥梁[1]。 作为能源，氢能具有无可比拟的潜在开发价值。氢是自然界最普遍存在的元素，它主要以化合物的形态储存于水中，而水是地球上最广泛的物质；除核燃料外，氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高；氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快；氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁。氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改装即可使用。所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，在能源工业中氢是极好的传热载体。所以，研究利用氢能已成为国内外学者研究的热点[2]。 1 氢能制备方法 1.1 矿物燃料制氢 在传统的制氢工业中，矿物燃料制氢是采用最多的方法，并已有成熟的技术及工业装置。

新能源的开发与利用现状

新能源的开发与利用现状 发表时间：2016-07-05T14:59:56.297Z 来源：《电力设备》2016年第7期作者：张健 [导读] 随着世界经济的发展，各国对能源的需求量也越来越大.在当前的世界能源结构中。 张健 （国网天津城东供电公司） 摘要：能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础，世界能源结构正由煤、石油为主要能源，现在逐渐向以天然气为主转变，同时太阳能、氢能、生物质能、核能、风能、地热能、海洋能等可再生能源也正得到广泛的利用，了解新能源的开发和利用现状与前景,对我国的能源开发与建设是很有意义的。 关键词：太阳能氢能生物质能核能风能地热能海洋能 随着世界经济的发展，各国对能源的需求量也越来越大.在当前的世界能源结构中，人类所利用的能源主要是石油、天然气、煤炭等化石能源.但是化石燃料的使用给人类带来了环境污染和能源短缺的现实压力，这使得全世界开始关注新能源，而且希望新能源能够克服化石燃料燃烧带来的污染和可能出现的能源枯竭问题。太阳能、风能、生物质能等作为新新能源，已经是当前国际能源开发利用领域中的新热点。 一、新能源 新能源是指以新技术为基础,系统开发和利用的能源，包括风电、太阳能、生物质能等新能源。新能源具有资源消耗低、清洁程度高、潜在市场大、带动能力强、综合效益好等优势。 1.1太阳能 太阳能一般指太阳光的辐射能量，它是一种巨大且对环境无污染的能源，地球每秒钟获得的太阳能量相当于燃烧500万吨优质煤发出的能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。利用太阳能可以建成温室大棚、太阳房等节能建筑；太阳集热器作为热源可代替传统锅炉；使用太阳能热水器和太阳灶等，可节约生活燃料；太阳能还可用来淡化水、致冷、发电；太阳能电池在人造地球卫星上已被成功使用，现在开始转向地面应用。利用光电池直接把太阳能转换为电能，是利用太阳能的最有前途方式。利用太阳能发电，可省去费用庞大的输电设备，随着太阳能电池转换效率的提高及太阳能电力成本的降低，其发电成本将大大低于目前各种发电成本，前景非常诱人。可以预见，太阳能将成为21世纪人类的一种主要能源。 1.2 核能 核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特?爱因斯坦的方程E=mc^2;，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能的释放主要有三种形式： A.核裂变能 谓核裂变能是通过一些重原子核（如铀-235、铀-238、钚-239等）的裂变释放出的能量 B.核聚变能 由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素—氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。 C.核衰变 核衰变是一种自然的慢得多的裂变形式，因其能量释放缓慢而难以加以利用。 核能作为清洁、高效的新能源，在近几十年间得到了快速的发展。但是，发生在日本的一场核电风暴，给人们的头上泼了一盆冷水。核电安全问题迅速成为人们最为关注的热点，全世界都在进行着一场轰轰烈烈的关于核能去留问题的大讨论。连传统的核电大国——法国也开始讨论核电要不要发展的问题。核电发展潜力巨大，中国已成为世界上核电在建规模最大的国家。 1.3 海洋能 海洋面积占地球总面积的70.８％，一望无际的汪洋大海不仅为人类提供航运、水产和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量。海洋新能源是指依附在海水中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。据估计，全球海洋能的蕴藏量大约是776亿kw。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。海洋能具有以下特点：1.海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。 2.海洋能具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。 1.4 风能 风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。风能最常见的利用形式为风力发电。风力发电有两种思路，水平轴风机和垂直轴风机。水平轴风机应用广泛，为风力发电的主流机型。 1.5 地热能 地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。 地热包括深部地热资源和浅层地热能,属于可再生洁净能源和资源,也称地质新能源。与煤炭、石油、天然气等传统不可再生能源相比,地热能具有清洁、环保、分布广泛、可再生、不受外界条件影响的优势。地热是一种清洁的可再生资源,广泛用于供暖、洗浴、养殖、种植和发电。到2005年,世界地热直接利用设备容量为2.8×1010W,总产量7.42×1013W?h;地热发电总装机容量8.9×109W,发电量5.68×1013W?h [17]冰岛是世界上地热利用率最高的国家，冰岛地热田全国有 800 多处，利用地热能，冰岛人发电、家庭取暖、温室种植和养鱼等，已被普遍开发。冰岛政府提供的数据显示，地热已保证了冰岛 55%的能源供应。 1.6 氢能 氢的原子序数为 1，常温常压下呈气态，在超低温、高压下又可成为液态。作为能源，氢能具备其它能源所没有的特点：

氢能源的开发与应用前景展望

学号： 学院化学化工学院 专业化学工程与工艺 年级 姓名 论文（设计）题目氢能源的开发与应用前景展望指导教师职称副教授 成绩 2010年6月4日

目录 摘要 (1) ABSTRACT (1) 1 氢能源简介 (1) 2 新制备方法的研究 (2) 2.1电解法制氢 (2) 2.1.1 固态聚合物电解 (2) 2.1.2 高温电解水蒸气制氢 (2) 2.2分解法制氢 (2) 2.2.1 硫化氢制氢 (2) 2.2.2 热化学循环分解水 (3) 2.2.3 生物分解水制氢 (3) 2.2.4 从海水中制氢 (3) 2.3其他新方法制氢 (4) 2.3.1 固体生物质制氢 (4) 2.3.2 硼氢化钠水解制氢 (4) 2.3.3 生物制氢 (4) 2.3.4 其他新方法 (4) 3 新应用领域的开发 (5) 3.1电力方面的应用 (5) 3.1.1 863燃料电池城市客车 (5) 3.1.2 氢气发电 (5) 3.1.3 氢燃料电池 (6) 3.2其他方面的应用 (6) 3.2.1 良好的载能体 (6) 3.2.2 家用氢能 (6) 3.2.3 污水综合治理利用 (6)

3.2.4 原子氢焰 (6) 4 新储氢材料的研制 (7) 4.1高压气态储存 (7) 4.2低温液氢储存 (7) 4.3金属氢化物储存 (7) 5 结束语 (8) 参考文献 (8)

氢能源的开发与应用前景展望 摘要：当前,氢能源的研究、开发和利用正受到越来越广泛的重视。到21世纪中叶，氢能有可能将取代石油，成为最广泛使用的燃料之一。随着人类社会能源开发的日益迫切，氢能源将成为一种人类所期待的清洁的二次能源。本文将详细介绍目前氢能源的一些新的制备方法、新的应用领域以及新的储氢材料。 关键词：氢能源；开发与应用前景；氢能源的制备方法；氢能源的应用领域；储氢材料的研制 Abstract:At present, the hydrogen energy research, development and utilization is being more and more extensive attention. To 21 centuries middle period, hydrogen could be replaced oil, become one of the most widely used of fuel. With the development of human society increasingly urgent energy, hydrogen will become a human to clean secondary energy. This will be detailed introduction of hydrogen at some new preparation methods, new applications and new hydrogen storage material. Key words: Hydrogen energy; The development and application prospect; The preparation methods of hydrogen energy; Hydrogen application fields; Hydrogen storage material 按现在的开采速度估计，世界上的煤、石油、天燃气等化石能源将在几十年内逐渐枯竭，并带来严重的环境污染问题，从而造成冰雪消融，冰川退缩，全球气候变暖。能源短缺和环境保护是21世纪经济发展和能源领域最重要的课题。氢气燃烧性能好，热值高，应用广泛，适合于一切需要燃气的地方。氢能源在二十一世纪很有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。它是一种极为优越的新能源。 1 氢能源简介 用氢能作燃料已有多年，氢焊、火箭发动机等大量应用氢燃料，但把氢能作为新能源则是指把氢作为像煤油、天然气那样的通用能源使用]1[。 从常规能源的角度看，氢能源是作为燃料或能量的载体与别的物质发生化学反应或物理作用过程中(不包括原子核的变化)所交换的能量。如果把氢的同位素氘、氚的聚变反应释放的能量也包括在内，氢能源的含义就更广了]2[。

(能源化工行业)新能源的开发和利用

（能源化工行业）新能源的 开发和利用

新能源的开发和利用 教学目的 1.使学生了解开发利用新能源的必要性和可行性以及几种新能源的性能。 2.通过对常规能源和新能源的分类和比较，提高学生分析问题的能力。 3.在学习新能源知识的基础上，培养同学初步建立要珍惜能源资源，努力开发新能源的思想，激励他们树立自觉学习科学技术的决心。 课型讲授新课。 教学方法讲述和问答相结合的方法。 教学重点和难点重点是新能源开发利用的必要性和可行性，难点是新能源的特点。 教学用具自制投影片（或画片）：①火电站和核电站壹日燃料运量的比较；②太阳灶；③荷兰风车；④风力发电装置；⑤沼气池。 教学提纲 第五节新能源的开发利用 壹、人类为什么要寻找新能源 1.能源及分类 2.人类为什么要开发新能源 二、主要新能源介绍 1.核能 2.太阳能 3.风能 4.生物能 教学过程 引入新课你知道我国建设和建成的俩个核电站在哪里吗？（浙江杭州湾附近的秦山核电站和广东大亚湾核电站）。 核能是人类新近利用的壹种新能源，我国正在积极研究核能。人类为什么要寻找和研究这些新能源呢？今天我们就来探讨新能源的开发利用。 第五节新能源的开发利用（板书） 壹、人类为什么要寻找新能源（板书） [提问]请问，能源在生产生活中的主要用途是什么？（提供热能和动力。） [提问]你知道我国目前广泛使用的能源有哪些吗？（煤、石油、天然气、木材、水能等。）[教师总结]像煤、石油、天然气等矿产燃料以及水能资源，是目前人类广泛应用的能源，在技术上也比较成熟，我们称之为常规能源。 [提问]除这些常规能源外，你能说出哪些目前人类正在积极研制或很有利用前途的其他能源？（核能、太阳能、潮汐、地热、生物能等。） [教师总结]像刚才同学所列举的这些刚开始利用或正在积极研究、有待推广的能源，我们称之为新能源。 所以，我们能够把能源分成俩类： 1.能源及分类（板书） ［提问]请判断“风能”是常规能源，仍是新能源？（新能源。在古代，人们就开始利用风能，如风帆船、风帆车辆、风力抽水机等。从这个意义上说，风能应是常规能源。但这样直接利用风力规模小，也不稳定。当下为了进壹步利用风力，正在研究用风力来发电，所以把风能也划为新能源。） ［提问]我们经常使用的煤、石油、天然气等常规矿产能源是可更新资源仍是不可更新资源？几十年或更长时间这些资源会出现什么现象？其后果怎样？（是不可更新资源。会开发用尽。

氢能源的开发和利用()

氢能源的开发和利用 摘要 随着化石燃料等不可再生资源的日益紧缺和环境污染日益加重，人们迫切需要寻找替代能源。氢能作为可持续、清洁的能源而被广泛研究，是未来人类的理想能源之一，对整个世界经济的可持续发展具有重要的战略意义。本文主要述评了氢能制备、氢能储运、氢能利用在国际和国内的最新研究动态，并对氢能未来开发前景进行了展望。 关键词：氢能源氢能制备储氢技术氢能利用

目录 前言 (3) 第一章氢能制备方法 (4) 1.1矿物燃料制氢 (4) 1.2电解水制氢 (4) 1.3甲烷催化热分解制氢 (4) 1.4生物制氢 (5) 第二章储氢技术 (6) 2.1高压气态储氢 (6) 2.2低温液态储氢 (6) 2.3固态储氢 (6) 第三章氢能利用方法 (7) 3.1氢内燃机 (7) 3.2燃料电池 (7) 3.3核聚变 (8) 第四章国内外氢能研究开发现状 (9) 第五章展望和总结 (11) 参考文献 (12) 致谢 (14)

前言 能源是现代社会人类生活、生产中必不可缺的东西。随着社会经济的发展，人们对能源的需求越来越高。然而在能源开发及利用的研究总，人们发现有的能源与一般的矿物能源不同，入太阳能、风能、潮汐能等再生性能源。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能力密度高、清洁的绿色能源及能源载体，被认为是连接化石能源向可再生能源过度的主要桥梁。 作为能源，氢能具有无可比拟的潜在开发价值。氢是自然界最普遍存在的元素，它主要以化合物的形态储存于水中，而水是地球上最广泛的物质；除核燃料外，氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高；氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快；氢本身无毒，于其他燃料相比氢燃烧时最清洁。氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用为结构材料。用氢代替煤和石油，不需要对现有的技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改装即可使用。所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，在能源工业中氢是极好的传热载体。所有，研究利用氢能已成为国内外学者研究的热点。

能源的开发与利用

能源的开发与利用 1.下列关于能源的说法正确的是（） A.煤、石油是当今人类利用的主要能源，它们是可再生能源 B.天然气是一种清洁的能源，人类可以无尽地开发利用 C.如果大量利用太阳能，可能使太阳能在短期内消耗殆尽 D.水能和风能可以从自然界里得到，是可再生能源 答案：D 2.下列核能的利用,是通过核聚变来实现的是( ) A、核电站 B、原子弹 C、太阳发光 D、核潜艇 答案：C 3. 下列太阳能的应用中是直接把太阳能转化为内能加以利用的是（） A、太阳能热电站 B、人造地球卫星的电源--光电板 C、太阳能电池 D、光盘 答案：A 4.关于如图所示的核动力航空母舰和直升飞机，小明、小聪、小英和小亮各提出了一条与物理知识有关的说法，其中正确的是（　） A．航空母舰利用的核能是在核反应堆中重核裂变释放的能量 B．核能与煤、石油都属于不可再生能源 C．当甲板上的飞机升空执行任务后，航空母舰在大海中的吃水深度将增加 D．航空母舰上的雷达是利用电磁波来发现敌方的军事目标的 答案：ABD

5. 市场上出售一种装有太阳能电扇的夏凉帽(如图)，在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意。该装置的能量转化情况是（） A、太阳能电能机械能 B、太阳能机械能电能 C、电能太阳能机械能 D、机械能太阳能电能 答案：A 6.如图甲、乙所示为各种能源的名称，填出其交叠区域的能源名称。 A可以包括哪些能源？B可以包括哪些能源？ 答案：A包括太阳能、水能、风能等； B包括太阳能。 7.（1）核电站是利用能来发电的，目前核电站利用的核反应是 （选填“裂变”或“聚变”）． （2）福岛核事故达到了七级，请你说出两点核辐射造成的危害： ① ；② ． 答案：（1）核裂变（2）①使人患癌的机率增大；②损害人体的器官；③影响儿童的生长、发育；④引起物种变异；⑤污染空气；⑥污染水；⑦污染土壤；⑧污染动植物、食物；⑨污染环境等等． 8.阅读短文，回答问题： 如图所示，在长沙湘江风光带等街道耸立着一排排崭新的路灯，与众不同的是，它头顶小风扇，肩扛太阳能电池板，风扇在风中不停地转动，

氢能源的应用及其发展

氢能源的应用及其发展 一、什么是氢能源 1.氢能源介绍 当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是所用的能源如石油、天然气、煤，石油气均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源、能源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。 氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油、天然气可以直接开采，今下几乎完全依靠化石燃料制取得到，如果能回收利用工程废氢，每年大约可以回收到大约1亿立方米。 2.氢能源的特点 作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点： -能量高。除核燃料外，氢的发热值是目前所有燃料中最高的，是汽油的3倍。氢的高能，使氢成为推进航天器的重要燃料之一； -氢本身无毒，燃烧产物是水，无污染，且能循环使用； -氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快； -利用形式多，可以气态、液态或固态金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。 -耗损少：可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小； -利用率高：氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高； -运输方便：氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。 因此，可以说氢能是最理想的、完美的能源。氢能作为一种高效、清洁、可持续的“无碳”能源已得到世界各国的普遍关注。发展氢经济是人类摆脱对化石能源的依赖、保

建筑节能与新能源的开发利用

建筑节能与新能源的开发利用 随着经济的快速发展，中国已经成为仅次于美国的世界第二大能源消费国，能源供应与消费之间的矛盾日益突出，环境质量日趋恶化，并已经成为制约我国经济和社会进一步发展的最大障碍。因此，国家已把节约能源、保护环境作为我国实现可持续发展的基本国策。 节约能源保护环境功在当代，利在千秋，国家采取了一系列行之有效的措施，尤其是建筑行业节能效果更为显著。我国的建筑节能经历了以下几个发展阶段：1996年前，居住性建筑执行1980～1981年的设计标准，能耗大，每平方米耗能约25公斤标煤，基本不属于节能建筑。1996年至2000年有部分执行节能30%的设计标准，能耗20公斤标煤；2000年后执行国家节能50%的设计标准，能耗指标12.9公斤标煤。2008年实施节能65％标准。 以下从三方面详述建筑节能与新能源的开发利用： 1，建筑外围护结构节能技术：建筑外围护结构节能内容主要有：外墙保温隔热技术、门窗节能技术、屋面节能技术和地面、楼板及楼梯间隔墙技术、建筑遮阳技术等等； 2，建筑供热制冷系统和建筑设备节能技术：建筑供热制冷系统和建筑设备节能内容主要有：热电冷联产技术、供热系统温控与热计量技术、空调蓄冷技术、空调系统变频控制技术、热回收技术； 3，可再生能源在建筑中应用技术。可再生能源在建筑中应用技术内容主要有：太阳能（包括光热、光电）利用技术、浅层地源热泵（包括土壤源、地下水源、海水源、淡水源、污水源）和太阳能源热泵技术在建筑上的应用。 一、建筑外围护结构节能技术及存在问题

（一）、外墙保温隔热技术基本情况 1、外墙保温隔热技术应用与发展 这方面的技术有：模塑聚苯乙烯泡沫塑料板（简称EPS）薄抹灰外墙外保温系统；机械固定发泡聚苯板钢丝网架板外墙外保温系统。还有国内独立研发的技术有：如胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统；发泡聚苯板现浇混凝土外墙外保温系统；这些技术系统代表了我国当今技术主潮流，应用广泛。 随着我国部分先进地区开始执行节能率达65%的第三步建筑节能标准，和公共建筑节能标准的实施，最近几年国内还研发了挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板（简称XPS）外保温技术、胶粉聚苯颗粒复合型外保温技术（EPS系列）以及聚氨酯（简称PU）高效外保温技术，现在，我公司的鹭港项目建筑设计全部执行节能65%标准，外墙保温为XPS和EPS两种 此外，针对现在保温材料以有机材料为主，其应用性能在建筑类型、建筑尺度上受限制的情况，还研发了以矿（岩）棉、玻璃棉、为代表的无机保温材料外保温系统，多应用于外装修如玻璃幕墙或铝塑板，铝单板内的保温层。 还有一些企业正在研究外墙外保温系统上贴瓷砖的技术，这些技术还有相当多的研究工作需要完成才能可靠的应用于工程。 与外墙内、外保温系统同时存在的还有，以加气混凝土墙体、保温夹心墙系统、现浇砌模墙体为代表的结构墙体保温隔热系统。 我国外墙保温隔热技术作为建筑节能事业的一个主要技术组成部分，正在朝着：性能高中低档搭配，材料多种、性能多样，能分别适合我国北方寒冷干燥气候和南方温暖潮湿的房屋工程特点方向发展。

新能源的开发和利用

新能源的开发和利用 教学目的 1.使学生了解开发利用新能源的必要性与可行性以及几种新能源的性能。 2.通过对常规能源与新能源的分类和比较，提高学生分析问题的能力。 3.在学习新能源知识的基础上，培养同学初步建立要珍惜能源资源，努力开发新能源的思想，激励他们树立自觉学习科学技术的决心。 课型讲授新课。 教学方法讲述与问答相结合的方法。 教学重点和难点重点是新能源开发利用的必要性与可行性，难点是新能源的特点。 教学用具自制投影片（或画片）：①火电站与核电站一日燃料运量的比较；②太阳灶；③荷兰风车；④风力发电装置；⑤沼气池。 教学提纲 第五节新能源的开发利用 一、人类为什么要寻找新能源 1.能源及分类 2.人类为什么要开发新能源 二、主要新能源介绍 1.核能

2.太阳能 3.风能 4.生物能 教学过程 引入新课你知道我国建设和建成的两个核电站在哪里吗？（浙江杭州湾附近的秦山核电站和广东大亚湾核电站）。 核能是人类新近利用的一种新能源，我国正在积极研究核能。人类为什么要寻找和研究这些新能源呢？今天我们就来探讨新能源的开发利用。 第五节新能源的开发利用（板书） 一、人类为什么要寻找新能源（板书） [提问] 请问，能源在生产生活中的主要用途是什么？（提供热能和动力。） [提问] 你知道我国目前广泛使用的能源有哪些吗？（煤、石油、天然气、木材、水能等。） [教师总结] 像煤、石油、天然气等矿产燃料以及水能资源，是目前人类广泛应用的能源，在技术上也比较成熟，我们称之为常规能源。 [提问] 除这些常规能源外，你能说出哪些目前人类正在积极研制或很有利用前途的其他能源？（核能、太阳能、潮汐、地热、生物能等。） [教师总结] 像刚才同学所列举的这些刚开始利用或正在积极研究、有待推广的能源，我们称之为新能源。 所以，我们可以把能源分成两类： 1.能源及分类（板书）

氢能源的开发与利用

氢能源的开发与利用 当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然气、煤，均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。 氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。随着石化燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点： l、重量最轻的元素。标准状态下，密度为0.8999g/l，－252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。 2、导热性最好的气体，比大多数气体的导热系数高出10倍。 3、自然界存在最普遍的元素。据估计它构成了宇宙质量的75％，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。 4、除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。 5、燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。 6、无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁滁生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损。 7、利用形式多。既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。 8、可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。 9、可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小。 10、氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。 11、氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。 时至今日，氢能的利用已有长足进步。自从1965年美国开始研制液氢发动机以来，相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。美国的航天飞机已成功使用液氢做燃料。我国长征2号、3号也使用液氢做燃料。利用液氢代替柴油，用于铁路机车或一般汽车的研制也十分活跃。氢汽车靠氢燃料、氢燃料电池运行也是沟通电力系统和氢能体系的重要手段。 目前，世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢。利用太阳能来分解水是一个主要研究方向，在光的作用下将水分解成氢气和氧气，关键在于找到一种合适的催化剂。如今世界上有50多个实验室在进行研究，至今尚未有重大突破，但它蕴育着广阔的前景。 发展氢能源，将为建立一个美好、无污染的新世界迈出重要一步。 在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。 氢是一种无色的气体。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最

全球氢能源现状分析

全球氢能源现状分析 1. 燃料电池市场现状 燃料电池是将氢气化学能直接转化为电能的装置,是氢能高效转化及利用的最佳方式，具有转换效率高、零污染、零排放等优点。 氢能燃料电池转换效率可达60%，是内燃机效率的3 倍左右，十分高效；加强速度方便快捷，一般3-5 分钟即可加满；能量密度高，热值是LNG 的两倍、汽油的三倍，车载续航里程可达500-1000 公里；储存方式多样，可以是压缩气态储氢、液化储氢、金属氢化物储氢、碳吸附储氢等方式，相对于车载燃油和锂电池更为便捷，且氢气极易消散，具有更高的安全性。 根据数据统计显示，从出货量数量统计来看，全球燃料电池出货量增长明显，2009 年全球14.4 千个，2012 年增至4.57万个，到2017 年全球燃料电池出货量达7.26 万个。从出货容量统计看，2009 年全球燃料电池出货容量为 86.5MW，2016 年增至516.5MW，2017 年燃料电池出货容量达669.7MW。 目前，全球燃料电池生产区域较为集中，主要集中在欧洲、北美、亚洲少数国家，根据数据统计显示，2017 年欧

洲燃料电池出货量为5.1 千个，北美燃料电池出货量为9.9 千个，亚洲出货量5.68 万个。按照容量统计，2017 年欧洲燃料电池出货量为39.1MW，北美燃料电池出货量为325.5MW，亚洲出货量303MW。 2. 燃料电池乘用车市场现状 目前燃料电池乘用车的市场主要以美国、日本和欧洲为主，具体包括美国、日本、挪威、荷兰、法国、德国、英国、瑞典、比利时、瑞士、奥地利、丹麦、意大利、韩国、爱尔兰和芬兰。 全球从2013 年开始有燃料电池乘用车的销量，2013 年—2017 年11 月份全球燃料电池的销量分别为33 辆、159 辆、711 辆、2312 辆和2966 辆。 3. 加氢站市场现状 据OFweek 统计，全球加氢站的60％由美国空气产品公司、法国液化空气公司和林德集团建设。空气产品公司是国际氢能委员会指导级别成员，将所开发的加氢站技术提供给欧洲、中国、日本和美国。液化空气集团参与建设及投资运营的加氢分布在欧洲、美国、日本和阿联酋等地，具有丰富的加注站设备数据及相关技术。 林德拥有成熟的加氢机技术，提供的产品按压缩技术的不同，可以分为低温抽气泵、离子压缩机和活塞式压缩机加氢机，共有8种型号。加氢效率最高的是采用离子压缩机的

能源的开发和利用

第十四章能源的开发和利用 第一节原子核的组成 (一)教学目的 1.常识性了解射线的应用，强射线对人体的危害及防护。 2.常识性了解原子核的组成。 3.进行物理学研究方法的启蒙教育。 (二)教具 录像机，监视器，原子弹和氢弹爆炸的录像剪辑。(若没有上述器材可用原子弹、氢弹爆炸的挂图代替) (三)教学过程 1.引入新课 教师：为了打破核垄断，抵制核讹诈，我国科技工作者自力更生、发奋图强，从1961年起自己进行核武器的研制，在党中央的亲切关怀下，全国一盘棋，用了短短4年时间就完成了研制工作，并于1964年10月16日成功地爆炸了第一颗原子弹。 播放录像：我国第一颗原子弹爆炸的实况。 教师：这是我国第一颗原子弹试爆的实况，其威力超过了第二次世界大战期间美国在日本广岛上空爆炸的原子弹。紧接着于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能做完的工作。 播放录像：我国第一颗氢弹试爆实况。 这是我国试爆第一颗氢弹的情况，与原子弹相比，氢弹所用的燃料更少，而威力则比原子弹大很多。 (若没有录像设备，就出示挂图，指着原子弹爆炸后形成的蘑菇云问学生：你们知道这是什么吗？然后教师再介绍上述情况) 原子弹和氢弹为什么会具有这么大的威力呢？因为它们都利用了核能。我们知道化学能是在原子发生变化时放出的能量，而核能是在原子核发生变化时放出的能量。为了了解核能，先要知道原子核的组成情况。

2.进行新课 板书课题：〈第二节原子核的组成〉 (1)电子的发现和放射性现象的发现 教师：我们已经学过，物质是由分子、原子构成的，原子已经是很小很小的微粒了，其直径只有10-10米，所以在十九世纪以前，人们一直认为原子是不可再分的中性粒子。1897年英国物理学家汤姆生在研究阴极射线时发现了电子，而电子比原子小得多，因而人们才认识到原子内部还有结构。 板书：〈电子的发现把人们带入了原子内部的世界〉 在同一时期人们还发现了天然放射现象，对放射性现象的进一步研究，人们认识到原子核内部还有结构，原子核由比它更小的粒子组成。可见人类对客观世界的认识是没有止尽的。我们先来学习放射性现象。 板书：〈放射性现象的发现把人们带入了原子核内部的世界〉 (2)放射性现象 ①什么是放射性现象？ 教师边写边说：像铀(U)、钋(Po)、镭(Rα)等元素能自发地放出一些人眼看不见的、能穿透黑纸使照相底片感光的射线，这种现象叫放射性现象。这些元素叫放射性元素。 ②射线究竟是什么？ 教师：在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质？比如：这些射线带不带电呢？为了了解它们的性质，还得通过实验。 教师：我们做什么样的实验，才能判断它们带不带电呢？(放射性现象中放出的射线若是带电的，射线在磁场中将像通电导体那样发生偏转，由偏转的方向和磁体的N、S极位置还可判断射线带的是什么电。) 教师：我们利用已经掌握的知识可以去探索还不知道的现象和规律，最基本的研究方法是通过实验。把放射性元素装在一个壁很厚的铅盒里(射线穿不透)，在盒壁上有一个小孔，放射线可由此孔射出，然后把它们放到两个很强的磁极之间，再用照相底片把射线的轨道记录下来。从照相底片上看到，放射线分成了三束，其中两束向相反方向偏转，说明这两束射线带异种电荷；中间一束偏转，说明它不带电，是中性的。 这三种射线有哪些性质呢？它们的实质是什么呢？