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新能源概论论文

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热心网友:能源概论能源的意义能源[Source of energy]是人类藉以克服困难,维持生存的原动力,譬如太阳给我们光热,风吹动风车可以发电,燃烧汽油可用以推动汽车,使用瓦斯可以烹调、取暖,凡此种种如太阳、风、汽油、瓦斯等都是能源。至於能源存在於自然界中,不需经过转换处理,直接可用的称为「初级能源」[Primary Energy],例如太阳能、水力等,但凡必须经过转换才可提供使用的能源,称之为「次级能源」[Secondary Energy],例如:汽油、电能等。【各类能源转换系统图】能源的种类众多,近年来,无论核分裂(fission)、核融合(fusion)和太阳能的研究发展,均呈现出一片蓬勃景象,但目前依赖最重,使用最多的还是化石性燃料[Fossil fuel],如煤、石油和天然气等,占有90%以上的今日能源供应市场由於这类燃料其蕴藏量有限且日益枯竭、分布不均,使用时又污染严重,鉴於目前已经投置的生产设备和应用技术,预计化石燃料尚可以维持在能源主流的地位直至本世纪之末,因此人类当务之急便是寻求更好用的燃料,并加紧改良现有能源的利用技术。由於人口增加,每人耗费的能源用量也不断升高,但自然界的能源蕴藏并非无穷,於传统能源逐渐枯竭之际,[目前的估计是煤大约可再维持100年左右,石油、天然气亦只有数十年的存量],对各种形式再生能源的开发研究正被各国重视,现今社会人类终於体悟到能源不容我们的任意挥霍,因此除了积极开发新能源、改善能源利用的效率外,也应研究如何在不降低生活水准、不减缓工业发进步及经济成长的前题下,努力节约能源。--------------------------------------------------------------------------------地球的能源一、 地球上可取用的能源: 1. 人类在地球上可取用的能源,绝大部分来自太阳能,如化石燃料(包括石油、煤、天然气)、水 力、风力、生质能。 2. 小部分来自於核能,这是源自於宇宙的演化过程,在地球形成时就已存在的放射性元素,例如铀。 3. 余下的小量来自於地热(地球内部的热量)和月球运动引致的潮汐作用。 二、 能源分类: 地球能源若依起源来分类,可区分成自有能源和外来能源(来自外太空)两种。自有能源主要包括地热和核燃料;外来能源主要包括月球能(月球对地球之万有引力作用而产生潮汐能)和太阳能等。若依使用结果来分类,可分为: 1. 再生能源(非耗竭能源):太阳能、水力、风力、生质能、潮汐、地热、海浪能、海洋热能转换、核融合能等能源,在短期内能自行补充,能反覆使用持续供应者 ,称之。 2. 非再生能源(耗竭能源):煤、石油、天然气、废热、铀等能源,用过即无的,必须另外设法开发转换采取,无法自行补充者,称之。 --------------------------------------------------------------------------------能源的开发与应用:一、 太阳: 1. 每年照射到地球表面的太阳能,估计为1.78×1017瓦-年,约为目前全世界每年所需能量的一万多倍。 2. 其中有30%之太阳能被反射回太空。 3. 约有50%为地球表面吸收后,再重新辐射出去,因此得以维持地球表面的温度。 4. 约20%的太阳能将地表的水蒸发成水蒸气,形成云、雨及空气的流动(水力和风力的由来),同时也造成海洋表面和底层的温差。 5. 只有很小的比例(约0.06%)用於进行植物生长所需的光合作用,太阳能被转化储存在植物体内碳氢化合物的化学能。 6. 太阳能可经由太阳电池直接转换为电能,或是利用反射镜,将太阳光焦聚直接转换为热能。直接取用的太阳能,没有造成任何污染,是非常乾净的能源。(但成本高,经济价值不高,仅适合在沙漠或偏远地带)。 【太阳能板】 二、 水力与风力发电: 本质上都是太阳能的间接利用,发电过程不会产生污染性废物,是相当理想的清洁能源。(在开发中国家,水力发电资源已趋饱和。且造成对生态环境的影响广受争议,风力发电之风车叶片会产生很大的噪音,使人不安,且对自然景观有负面的影响。) 【风力发电】 三、 潮汐与地热发电: 潮汐发电以及地热发电都是善於利用地区和地形的特性,以产生乾净能源。 【潮汐发电】 四、 生质能的应用: 植物本身、农作物的残渣、动物牲畜的排泄物等,可经化学处理合成为液体燃料,或经微生物的发酵作用产生沼气,可用於燃烧产生热能,这种能量称为生质能。 利用甘蔗或玉米可制成酒精,是当今最主要的生质能能源。而生质能的供应需要依赖大面积种植,因此制作成本甚高,不适合地狭人稠的国家。尽管如此,生质能仍是一个值得选择的替代化石燃料的能源。酒精燃烧固然会产生二氧化碳,但因大量植物的种植,经由光合作用,可回收大气中的二氧化碳而达到平衡。 五、 核能反应发电: 核能和一般火力发电一样,从特定的燃料中,发出大量的能,利用核反应产生巨大的核能,制造高温高压的蒸气或气体,导入输机,驱动发电组发电。 核能所用的燃料,乃是可分裂或融合的放射性物质,例如铀235、钸239、铀233等 核能在近年来由於日本和法国研究发展快滋生核反应炉,利用快速中子撞击铀-238,使转化成可分裂的钸-239,作为核反应的燃料。使先前含量高达99.3%的铀-238,可充分的利用。 核分裂:核能的产生首先是以中子撞击可分裂物[如铀235]使分裂,变成钡及氪等原子,并发出能量以及快速中子,这些中子又会去撞击旁的铀原子核使分裂进行下去,称为连锁反应[或链反应],为了有效控制反应速率,因此需要「缓和剂」[例如水、石磨、重水等]来吸收中子的能量,使之减速,以及「控制棒」[例如锆金属管中贮存石墨等可以吸收中子的物质]以使参与反应的中子数降低,直到反应以等速进行,反应时发出的能量是靠「冷却剂」来移走,常用的冷却剂有二氧化碳、水、氦、液态钠等,冷却剂流经「热交换器」把热量送出制造高温蒸气,送往汽机,产生动力。 核融合:目前人类只会应用融合时的巨大核能,当作杀伤武器[如氢弹],由於核子融合[聚变]往往需要摄氏1亿度的高温因此欲将核融合发电,投入的能量比发出的多,迄今能停於研究阶段,但是核融合的生成物很安全,燃料又便宜[例如1m3的水电解所得的天然重氢,采融合反应所发的核能,就超过200吨石油的能量],所以核融合发电仍是很有发展潜力。 核分裂式的反应器种类很多,例如: 1. 沸水反应器[BWR,Boiling Water Reactor],以水为冷却剂及缓和剂,让水在炉心沸腾,所生蒸气亦可直接通往汽涡轮发电机。 2. 压水反应器[PWR,Pressurized Water Reactor],以水为冷却剂及缓和剂,并加压不使水沸腾,极高温的水经热交换器把热量送出,以供制造蒸气,发往汽涡轮发电机发电。 3. 气冷反应器[GCR,Gas-Cooled Reactor],以气体为冷却剂,以石墨为缓和剂,产生能量亦经热交换器送出。 4. 重水反应器[HWR,Heavy-Water Reactor],以重水为缓和剂,又分「重水气冷式[HWGCR]」即气体冷却,「沸腾轻水式[HWLWR]」即重水缓和,一般水冷却及「加压重水式[PHWR]」即以重水为缓和剂及冷却剂并加压。 5. 高温反应器[HTR HTGR,High Temperature Reactor],采用稀有气体为冷却剂,核心采用陶瓷材料,通常采用石墨为缓和剂,其冷却剂出口温度甚高。 6. 钠冷却反应器[Sodium-Cooled Reactor],以液态钠为冷却剂。 7. 轻水反应器[LWR,Light-Wter Reactor]以天然纯水为冷却剂,分沸水式[SWR]及压水式[PWR]。 8. 快孳生反应器[FBR,Fast Breeder Reactor],能进行快速孳生[使铀包围钸经反应后,除发出能量,兼产生钸239,产生的可分裂放射性物多於所分裂的反应物],以液态钠或钠钾为冷却剂,反应生成物仍可再利用。 国内核能发电厂有三,其中金山、国圣附近的核能一厂、二厂所采用的反应器是沸水式,垦丁附近的三厂采用的是压水式。这三个核能电厂发电机组之装机容量,分别为核一厂636MW,核二厂两部各985MW,核三厂两部各951MW。 核能发电成本较火力为低,以核一厂为例每度约4角,燃煤[以深澳、南部火力为例]约每度1元,燃油[以协和、大林火力为例]约每度1.5元。 六、 石油和天然气: 人类应用的最多,依赖得最重的能源,就是石油[又称原油],由於石油和天然气往往相伴而生,又可互相转化或代用,是所有能源中最方便使用的燃料,它可视需要量的多寡而调节生产量,便於输送,也便於储藏,可直接燃烧用於发电或驱动引擎。因此通称之为「油气」,目前在估计石油之蕴藏及产量时,也往往将天然气,合并计算。(可惜地球的蕴藏量有限,人们开采使用石油的速率远远超过它形成的速率。) 石油和天然气不仅是优良的燃料,而且可供做化工生产之原料[如制造肥料等]。石油经沈淀、过滤、离心处理去除水份及固体,再送入蒸馏槽加温,可依次分馏出各种汽化气约200℃时,汽油已经完全分馏出,称为「分馏汽油」,然后再增高温度可分馏出灯油、轻油、机油、重油等,剩下沥青;轻油及重油在高温高压之下再予化学处理又可得汽油,称为「分解汽油」,总共自石油中可提炼日汽油量约30%。 汽油又是目前机械动力最主要的来源,交通工具[车、船、飞机等]大多以汽油为燃料,汽油含碳83~85%、氢14~15%,另含硫磺、抗燥剂等,在10℃遇火即燃,380℃时能自然,燃烧时空气与汽油之混合比为14.5:1,每燃烧1公斤汽油可发出热量约1万千卡。 天然气开发利用较晚,但蕴藏丰富,使用方便且污染较不严重,而且用途广泛,因此能源价值日益升高。天然气是自然界一切天然生成可燃性气体的统称,譬如火山、温泉、矿山、油田、煤田之气体以及地下腐败物质发酵生成之气体,主要成分可说是各类碳氢化合物[ 如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等]及硫化氢等。 天然气液化卸称为液化天然气[LNG],液化是为了缩小体积以利运送及贮存,一般而言,液化天然气主要成分是甲烷。若将丙烷、丁烷液化则称为液化石油气[LPG],俗称煤气,常用做城市住宅工商加热取暖之燃料。目前各国有大量采用天然气取代石油之趋势! 七、 煤: 能源危机主要的是因为石油蕴藏日益短少之故,而煤和石油同样是开发使用历史悠久的燃料,更因为煤具有存量丰富、用途广泛之优点,因此在发电及工业加热应用上,也常用来取代石油,煤及古代植物,埋在地下经长时间作用碳化而成,煤可分无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤等,发热量每磅约可发6300~14000英热单位,比重在1.25~1.7之间,比热在351℉以下约1.32B.T.U./磅℉。 直接利用系采用各种燃烧器[煤炉],转化利用是经液化或气化等手续,先把煤变成燃气或液化燃料[如乙炔、醇类、汽油等]再燃烧使用,加工处理是把煤研磨成煤粉,炼成焦煤,制成碳原料或制煤、油混合燃料,以供燃用。 煤燃烧所产生的污染比石油和天然气严重得多,不过近年来工业界已积极在研究如何将煤转化成便宜的、清洁的液体燃料,或转化为可燃气体,以提升煤的应用价值。 目前世界各留大多设法多用煤、天然气,核能及其他能源,以减轻对石油的依赖;我国在能源供应之长期规画中;亦预备将来提高煤、天然气、核能之供应,预定增加情形为煤11.6%,天然气5%,核能7.3%。 八、 化石燃料: 动植物死亡后,埋葬在地下,经过数百万年以上的地压、地热和细菌引致的化学变化后,累积形成煤、石油、天然气等化石燃料。目前全世界每年消耗的能量约有90%来自於化石能源,其余主要由核能和水力发电提供。 【化石能源形成过程】 http://ge.tcivs.tc.edu.tw/kinds/summary.html参考.

热心网友:未来广泛应用的新能源 ---生物质能与核能能源是人类藉以克服困难,维持生存的原动力,譬如太阳给我们光热,风吹动风车可以发电,燃烧汽油可用以推动汽车,使用瓦斯可以烹调、取暖,凡此种种如太阳、风、汽油、瓦斯等都是能源。近年来,无论核分裂、核融合和太阳能的研究发展,均呈现出一片蓬勃景象,但今日能源供应市场燃料其蕴藏量有限且日益枯竭、分布不均,使用时又污染严重,鉴於目前已经投置的生产设备和应用技术,预计主能源维持在能源主流的地位直至本世纪之末,因此人类当务之急便是寻求更好用的燃料,并加紧改良现有能源的利用技术。下面是未来应用较广泛的两种新能源。一、新能源之生物质能 生物质能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,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。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中,它是由太阳能转化 而来的。 1、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,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; 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十倍。 2、生物质能的分类依据来源的不同,可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等。林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源,包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等。农业生物质能资源是指农业作物;农业生产过程中的 废弃物,如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排 出的废水等,其中都富含有机物。 城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和 少量建筑业垃圾等固体废物构成。

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