新能源材料概论.pptx
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1、新能源及其新材料 目录目录能源现状能源现状新能源及其发展现状新能源及其发展现状能源分类能源分类一次能源二次能源(经转换经转换或提炼或提炼)可再生能源非再生能源风能,水能,太阳能,地热,海洋能,生物能化石燃料(煤,石油,天然气)铀电能,氢能,汽油,柴油等(1)人类社会对能源的需求不断增加。能源是与人类社会的生存与发展休戚相关的。人类社会的发展伴随着能源消耗的增加。能源应用现状表1世界一次能源消费的增长率(2)能源结构发生变化。表2世界一次商品能源构成(3)能源应用形态有所改变。小型的可移动电源的需求量增长很快,这主要是信息技术发展的结果;特别是近年来笔记本电脑、手提电话等移动通信、摄像机、声像设
2、备以及一些军用电子设备的发展,对电池的能量密度要求更高,并要求能够反复使用。因此促进了高容量二次电池的发展。(4)矿物能源面临枯竭。(19921992世界能源大会)世界能源大会)石油/年天然气/年煤/年铀/年世界495726260中国236110230(5)矿物燃烧造成环境污染。(SOSO2 2、COCO、COCO2 2、NONO)(植被、土壤;气候;健康)(植被、土壤;气候;健康)图2世界CO2排放量随时间的变化(6)新能源的开发不断取得进展太阳能、生物能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源和二次能源中的氢能。新能源的开发一方面靠利用新的原理来发展新的能源系统,另一方面靠材料的开发与应用,使
3、新系统得以实现,并提高效率,降低成本。(7)新材料的几个作用:新材料把原来习用已久的能源变为新能源。如:半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能;燃料电池能使如:半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能;燃料电池能使氢与氧反应而直接产生电能,代替过去利用氢气燃料获得高氢与氧反应而直接产生电能,代替过去利用氢气燃料获得高温。温。一些新材料可提高储能和能力转化效果如:镍电池、锂离子电池等都是靠电极材料的储能效果和能量转如:镍电池、锂离子电池等都是靠电极材料的储能效果和能量转化功能而发展起来的新型二次电池。化功能而发展起来的新型二次电池。新材料决定着核反应堆的性能与安全性。材料的组成、结构、制作、加工工
4、艺决定着投资与运行成本。如:太阳电池材料决定着光电转换效率;太阳电池材料决定着光电转换效率;燃料电池的电极材料决定着电池的质量和燃料电池的电极材料决定着电池的质量和寿命;寿命;材料的制备工艺又决定着能源的成本。材料的制备工艺又决定着能源的成本。(8)能源材料的概念及分类广义上,凡能源工业及能源利用技术所需的材料都可称为能源材料。新能源材料如增殖堆用核材料、太阳能电池材料节能材料如非晶态金属磁性,超导材料。储能材料如贮氢(吸氢)材料,高比能电池材料 能源现状与发展问题能源现状与发展问题1.1.1.1.可再生清洁能源如风能、太可再生清洁能源如风能、太可再生清洁能源如风能、太可再生清洁能源如风能、太
5、阳能等所占比例不到阳能等所占比例不到阳能等所占比例不到阳能等所占比例不到3%3%3%3%2.2.2.2.石油、煤和天然气占初级石油、煤和天然气占初级石油、煤和天然气占初级石油、煤和天然气占初级 能源消耗的能源消耗的能源消耗的能源消耗的85%85%85%85%左右左右左右左右3.3.3.3.其余主要是火电和水电其余主要是火电和水电其余主要是火电和水电其余主要是火电和水电据可靠资料报道,到据可靠资料报道,到据可靠资料报道,到据可靠资料报道,到2020202020202020年,年,年,年,我国能源的消费比例除了利用我国能源的消费比例除了利用我国能源的消费比例除了利用我国能源的消费比例除了利用石油、
6、煤和天然气以及水电外,石油、煤和天然气以及水电外,石油、煤和天然气以及水电外,石油、煤和天然气以及水电外,风能的消费比例要占到风能的消费比例要占到风能的消费比例要占到风能的消费比例要占到10%10%10%10%,核能的消费要占到核能的消费要占到核能的消费要占到核能的消费要占到3%3%3%3%。各种能源的消费比例图各种能源的消费比例图各种能源的消费比例图各种能源的消费比例图我国石油产品需求预测我国石油产品需求预测我国石油产品需求预测我国石油产品需求预测 2010201020102010年,万吨年,万吨年,万吨年,万吨2020202020202020年,万吨年,万吨年,万吨年,万吨汽、煤、柴油汽、
7、煤、柴油汽、煤、柴油汽、煤、柴油17750-1890017750-1890017750-1890017750-1890021700-2880021700-2880021700-2880021700-28800润滑油润滑油润滑油润滑油 520-560 520-560 520-560 520-560 560-770 560-770 560-770 560-770燃料油燃料油燃料油燃料油 2900 2900 2900 2900 2700 2700 2700 2700化工用油化工用油化工用油化工用油 4700-5600 4700-5600 4700-5600 4700-5600 7200-8700 7
8、200-8700 7200-8700 7200-8700其它其它其它其它 5400-5500 5400-5500 5400-5500 5400-5500 6600-6700 6600-6700 6600-6700 6600-6700石油产品合计石油产品合计石油产品合计石油产品合计31300-3350031300-3350031300-3350031300-3350038800-4770038800-4770038800-4770038800-47700国内石油需求国内石油需求国内石油需求国内石油需求3.3-3.53.3-3.53.3-3.53.3-3.5亿吨亿吨亿吨亿吨4.1-5.04.1-5
9、.04.1-5.04.1-5.0亿吨亿吨亿吨亿吨其它:其它:其它:其它:LPGLPGLPGLPG、沥青、石油焦、溶剂油、硫磺等、沥青、石油焦、溶剂油、硫磺等、沥青、石油焦、溶剂油、硫磺等、沥青、石油焦、溶剂油、硫磺等2004200420042004年我国汽柴油消耗分别达年我国汽柴油消耗分别达年我国汽柴油消耗分别达年我国汽柴油消耗分别达4706470647064706万吨和万吨和万吨和万吨和10292102921029210292万吨万吨万吨万吨(合计合计合计合计1.51.51.51.5亿吨亿吨亿吨亿吨)无穷大无穷大无穷大无穷大约约约约4545年年年年约约约约1515约约约约6161年年年年约约
10、约约3030约约约约230230年年年年约约约约8181约约约约7171年年年年约约约约5050我国各种能源探明储量(以储采比表示)与世界比较我国各种能源探明储量(以储采比表示)与世界比较我国各种能源探明储量(以储采比表示)与世界比较我国各种能源探明储量(以储采比表示)与世界比较 摘自摘自摘自摘自“光伏技术和产业发展战略国际研讨会:机遇与挑战光伏技术和产业发展战略国际研讨会:机遇与挑战光伏技术和产业发展战略国际研讨会:机遇与挑战光伏技术和产业发展战略国际研讨会:机遇与挑战”论文集论文集论文集论文集 20042004年年年年4 4月月月月8 8日,日,日,日,北京北京北京北京 P8P80 0 0
11、 050505050100100100100150150150150200200200200250250250250300300300300太阳能太阳能太阳能太阳能石油石油石油石油天然气天然气天然气天然气煤煤煤煤铀铀铀铀世界世界世界世界中国中国中国中国二氧化碳是化石能源的最终排放形态二氧化碳是化石能源的最终排放形态二氧化碳是化石能源的最终排放形态二氧化碳是化石能源的最终排放形态化石能源及其现状化石能源及其现状表表表表3 3 3 3 全球各国全球各国全球各国全球各国CO2CO2CO2CO2排放量比较排行排放量比较排行排放量比较排行排放量比较排行汽车油耗占汽柴油诮费的比例汽车油耗占汽柴油诮费的比例
12、(2002)(2002)耗耗 油油 量量,万吨万吨占占消消费费量量,%汽油车汽油车2825282575.575.5柴油车柴油车1888188824.224.2交通运输用油约占石油消耗的交通运输用油约占石油消耗的40%2020年原油需求控制在原油需求控制在4.5亿吨,至少进口亿吨,至少进口2.5亿吨,对外依存度亿吨,对外依存度65%汽车保有量应控制在汽车保有量应控制在1亿辆亿辆(现有现有2400万辆万辆)20042004年,产量年,产量500500万辆,到万辆,到20102010年预计年预计汽车年产量达到汽车年产量达到800800到到10001000万辆万辆 在北京、上海等大城市,在北京、上海等
13、大城市,空气污染的空气污染的60%60%来自汽车来自汽车排放排放二氧化碳的全球排放量二氧化碳的全球排放量中,中国居中,中国居第二第二 20102010550ppm550ppm 从从从从左左左左图图图图大大大大气气气气COCO2 2浓浓浓浓 度度度度 随随随随 年年年年 代代代代的的的的变变变变化化化化及及及及其其其其在在在在全全全全球球球球的的的的分分分分布布布布图图图图可可可可以以以以看出:看出:看出:看出:很很很很明明明明显显显显,近近近近2020年年年年 来来来来,COCO2 2的的的的浓浓浓浓度度度度上上上上升升升升迅迅迅迅速速速速非非非非常常常常迅迅迅迅速速速速,20102010年年
14、年年将接近将接近将接近将接近550ppm550ppm。而而而而且且且且,主主主主要要要要分分分分布布布布在在在在美美美美国国国国和和和和中中中中国国国国所所所所在在在在的的的的北北北北半半半半球球球球高纬度高纬度高纬度高纬度60-8060-80度处度处度处度处。COCO2 2大量排放带来的最直接危害就是产生温室效应!大量排放带来的最直接危害就是产生温室效应!大量排放带来的最直接危害就是产生温室效应!大量排放带来的最直接危害就是产生温室效应!“温室效应温室效应温室效应温室效应”使地球变暖带来的严重后果使地球变暖带来的严重后果使地球变暖带来的严重后果使地球变暖带来的严重后果A A、根据、根据、根据
15、、根据IPCCIPCC的预测,的预测,的预测,的预测,20502050年地球的平均气温将增加年地球的平均气温将增加年地球的平均气温将增加年地球的平均气温将增加2.512.51B B、专专专专家家家家认认认认为为为为:近近近近100100年年年年来来来来,全全全全球球球球年年年年平平平平均均均均气气气气温温温温上上上上升升升升了了了了0.60.6。预预预预计计计计到到到到21002100年,全球年平均气温将比年,全球年平均气温将比年,全球年平均气温将比年,全球年平均气温将比19901990年上升年上升年上升年上升1.51.53.53.5C C、美美美美国国国国皮皮皮皮尤尤尤尤全全全全球球球球气气
16、气气候候候候变变变变化化化化研研研研究究究究中中中中心心心心发发发发表表表表的的的的一一一一份份份份报报报报告告告告估估估估计计计计,到到到到21002100年年年年全球气温将升高全球气温将升高全球气温将升高全球气温将升高1.3-4.61.3-4.6摄氏度,并导致海平面升高摄氏度,并导致海平面升高摄氏度,并导致海平面升高摄氏度,并导致海平面升高17-9917-99厘米。厘米。厘米。厘米。D D、全全全全球球球球森森森森林林林林面面面面积积积积迅迅迅迅速速速速下下下下降降降降,现现现现有有有有森森森森林林林林已已已已无无无无法法法法吸吸吸吸收收收收各各各各国国国国所所所所排排排排放放放放的的的的
17、二二二二氧氧氧氧化化化化碳碳碳碳,已已已已使使使使大大大大气气气气层层层层中中中中二二二二氧氧氧氧化化化化碳碳碳碳含含含含量量量量迅迅迅迅速速速速增增增增加加加加,整整整整个个个个气气气气候候候候状状状状况况况况已已已已经经经经进入恶性循环状态。进入恶性循环状态。进入恶性循环状态。进入恶性循环状态。E E、气气气气候候候候变变变变暖暖暖暖有有有有可可可可能能能能导导导导致致致致极极极极地地地地冰冰冰冰帽帽帽帽迅迅迅迅速速速速融融融融化化化化,进进进进而而而而使使使使海海海海平平平平面面面面上上上上升升升升,引引引引发发发发大大大大规规规规模模模模洪洪洪洪水水水水。在在在在地地地地球球球球历历历
18、历史史史史上上上上发发发发生生生生于于于于1515万万万万年年年年前前前前的的的的冰冰冰冰川川川川期期期期则则则则只只只只是是是是因因因因为在为在为在为在2 2万年内地球气温升高万年内地球气温升高万年内地球气温升高万年内地球气温升高55所造成的。所造成的。所造成的。所造成的。F.F.温室效应还会造成极端降水(暴雨、暴雪)、飓风、山崩及泥石温室效应还会造成极端降水(暴雨、暴雪)、飓风、山崩及泥石温室效应还会造成极端降水(暴雨、暴雪)、飓风、山崩及泥石温室效应还会造成极端降水(暴雨、暴雪)、飓风、山崩及泥石 流等流等流等流等“非常事件非常事件非常事件非常事件”将频繁出现。专家们注意到,在过去几年里
19、,将频繁出现。专家们注意到,在过去几年里,将频繁出现。专家们注意到,在过去几年里,将频繁出现。专家们注意到,在过去几年里,衡衡衡衡量气候变化的量气候变化的量气候变化的量气候变化的“非常事件指数非常事件指数非常事件指数非常事件指数”(ExtrenmeEventlndexExtrenmeEventlndex)不断攀)不断攀)不断攀)不断攀高,由于气候变化而引起的自然灾害随时可能出现。高,由于气候变化而引起的自然灾害随时可能出现。高,由于气候变化而引起的自然灾害随时可能出现。高,由于气候变化而引起的自然灾害随时可能出现。G.G.温室效应造成厄尔尼诺现象频繁发生,气候异常、危害严重温室效应造成厄尔尼诺
20、现象频繁发生,气候异常、危害严重温室效应造成厄尔尼诺现象频繁发生,气候异常、危害严重温室效应造成厄尔尼诺现象频繁发生,气候异常、危害严重化石能源及其现状化石能源及其现状 应对气候变化的国际行动应对气候变化的国际行动应对气候变化的国际行动应对气候变化的国际行动 为应对全球气候变化,国际社会制定了为应对全球气候变化,国际社会制定了为应对全球气候变化,国际社会制定了为应对全球气候变化,国际社会制定了联合国气候变化框架联合国气候变化框架联合国气候变化框架联合国气候变化框架公约公约公约公约和和和和京都议定书京都议定书京都议定书京都议定书。许多国家和非政府组织相应建立了碳。许多国家和非政府组织相应建立了碳
21、。许多国家和非政府组织相应建立了碳。许多国家和非政府组织相应建立了碳基金,并以此为平台开展减排和碳汇项目。以实际行动参与应对基金,并以此为平台开展减排和碳汇项目。以实际行动参与应对基金,并以此为平台开展减排和碳汇项目。以实际行动参与应对基金,并以此为平台开展减排和碳汇项目。以实际行动参与应对气候变化气候变化气候变化气候变化 联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约新能源及其发展现状新能源及其发展现状美国和欧洲各国在美国和欧洲各国在1974-1975年和年和1979-1982年爆发了两次特能源危年爆发了两次特能源危机机 不依赖石油的电动汽车自然再次
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