1材料CONTENTS第15章材料和能源能源215.2課程標準

1、知識目標：了解煤炭、石油、天然氣等常規能源的應用情況。理解煤炭、石油、天然氣的成因了解風能、太陽能、地熱能、核能的應用情況。理解風能、太陽能發電的機理。2、能力目標：

具備批判性思維的初步能力。3、素質目標：

弘揚科學家精神，博學德清，鼎新致用。

第二節能源

一、常規能源能源就是能提供能量的自然資源。目前已被人類大規模開發利用并在生產和生活中起著重要作用的初級能源主要有煤炭、石油、天然氣、水能、核裂變能和植物燃料幾大類。它們又稱為常規能源或傳統能源，占去世界能源消費總量的99%以上。（一）煤

煤是古代植物遺體堆積在湖泊、海灣、淺海等地方，經過復雜的生物化學和物理化學作用轉化而成的一種具有可燃性能的沉積巖。

在整個地質年代中有三個大的成煤期。古生代石炭紀和二疊紀，成煤植物主要是孢子植物；中生代侏羅紀和白堊紀，成煤植物主要是裸子植物；新生代第三紀，成煤植物主要是被子植物。1、煤的形成煤是古代植物遺體堆積在湖泊、海灣、淺海等地方，經過變質作用形成的

（1）煤的干餾將煤粉放在隔絕空氣的煉焦爐中加熱，煤分解得到焦炭、煤焦油、焦爐氣、粗氨水和粗苯等。這些產物可用于生產化肥、塑料、合成橡膠、合成纖維、炸藥、染料、醫藥等。

（2）煤的氣化煤的氣化是把煤中的有機物轉化為可燃性氣體的過程。氣化過程在氣化爐中進行。這是一個吸熱反應，所需熱量一般由同時進行的碳的燃燒反應來提供。

C+H2O=CO+H2

煤氣分為低熱值氣(CO、H2為主)和中熱值氣(CO、H2、少量CH4)。高熱值氣(CH4為主)。

（3）煤的液化

煤的液化是把煤轉化成液體燃料的過程。

把煤與適當的溶劑混合后，在高溫高壓下使煤與氫氣作用生成液體燃料，這是把煤直接液化的一種方法。煤還可以進行間接液化，就是先把煤氣化成一氧化碳和氫氣，然后再經過催化合成，得到液體燃料。

2H2+CO→CH3OH

2、煤的利用

（二）石油

1.石油的形成大多數地質學家認為，石油是古代生物遺骸，堆積在湖里、海里，或是陸地上，經高溫、高壓的作用，由復雜的生物及化學作用轉化而成的。石油在地層中一點一滴地生成，并浮游于地層中。油點緩慢地沿著地層或斷層向上移動，直到受不透油的封閉地層阻擋而停留下來。當此封閉地層內的油點越聚越多，便形成了油田。

2.石油的利用

（1）石油的分餾把石油加熱后，不同的烴就按各自沸點的高低分別在不同溫度的塔盤里凝結成液體。如汽油、煤油、輕柴油等。

剩下的渣油，人們通過裂化和重整來增加產品的品種。石油分餾爐

（2）裂化

裂化就是在一定條件下，把分子量大、沸點高的烴斷裂為分子量小、沸點低的烴的過程。裂化有熱裂化和催化裂化。裂解是一種更深度的裂化。目前，石油裂解已成為生產乙烯的主要方法。

（3）重整直餾汽油含直鏈烷烴多，性能不能滿足要求，人們就采用“重整”的辦法來解決。重整是汽油在催化劑的作用下，生成芳香烴等化合物的過程。

（三）天然氣

1.天然氣的形成天然氣是儲存于地下多孔巖石或石油中的可燃氣體。它的成因與石油的成因相似。天然氣可分為油田氣、煤層氣、生物氣和水合物氣四種。

2.天然氣的利用

天然氣可當作燃料產生熱能，也是石油化學制品的原料。

天然氣的主要成分是甲烷，它不含一氧化碳，無色無味無毒、熱值高、燃燒穩定。壓縮天然氣是天然氣加壓并以氣態儲存在容器中，它與管道天然氣的成分相同，可作為車輛燃料利用。可燃冰燃氣灶

（四）電力發電機是將其他形式的能源轉換成電能的機械設備，通常由定子、轉子等部件構成，使轉子能在定子中旋轉，做切割磁力線的運動，從而產生感應電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產生了電流。1.火力發電火力發電是利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產生的熱能，通過發電動力裝置(包括電廠鍋爐、汽輪機和發電機及其輔助裝置)轉換成電能的一種發電方式。發電機和電動機模型火力發電示意圖2.水力發電

水力發電是利用江、河、水庫水位的落差來做功，推動水輪機轉動再帶動發電機產生電能。水力發電示意圖二、新能源

新能源主要是指目前尚未被人們大規模開發和廣泛利用的能源。

一般來說，包括太陽能、風能、地熱能、核聚變能、海洋能和氫能等。

1.經光—熱轉換獲得熱能

目前已推廣使用的有太陽灶、太陽能熱水器和太陽能干燥器。

太陽能是一種無污染、經濟、取之不盡的理想能源。但又存在密度低、不連續、不穩定等缺點，所以太陽能大規模利用的關鍵在于解決太陽能的聚集和儲存以及提高太陽能向其他能量形式的轉換效率問題。（一）太陽能太陽能熱水器

2.經光—電轉換獲得電能

目前研制成功的太陽能電池有100多種，主要是硅電池和砷化鎵電池等。太陽能電池的轉換效率已超過25％。太陽能電池是利用半導體材料的光電效應，將太陽能轉換成電能的裝置。已廣泛用于空間站、人造衛星等航天器、太陽能汽車、太陽能飛機、太陽能電子產品等。（二）風能

太陽能電池板風力發電機

（三）地熱能地熱能是指在地球內部蘊藏著的巨大的熱能，它主要來源于地球內部放射性元素衰變產生的熱量。主要有水熱型、地壓型、干熱巖型和巖漿型四大類。2017年，在中國青海共和盆地3705米深處鉆獲236℃的地溫異常區，每100m平均增溫6℃。中國已探明地熱儲量約合30億t標準煤，展現出良好的利用前景。干熱巖發電模式

（四）核能據計算，1公斤核裂變燃料放出的能量約與1萬噸標準煤完全燃燒所放出的能量相等，而且產生的放射性廢物很少。

核裂變反應的燃料鈾和钚等天然放射性重元素在地球上的儲量畢竟很少，也有耗盡的危險，所以人們又在積極探索利用核聚變能的方法。

人造太陽模型核電站模型

（五）氫能

氫能有三大優點：①效率高，氫燃燒所釋放的熱值約是同重汽油的27倍；②無污染，燃燒后的產物是水，對環境沒有污染；③來源廣，地球表面71%都為水所覆蓋，而有水就可以分解制氫，氫燃燒后又生成水。目前氫能汽車和飛機已經問世。

（六）海洋能

海洋能是指海洋中的可再生自然能源，主要包括溫差能、波浪能、潮汐能、海流能和鹽度差能等，其資源極其豐富。海洋能的技術應用在20世紀60年代末才起步，目前潮汐