探究提高能源利用率的方法

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1、探究提高能源利用率的方法班級12052311學(xué)號12051238姓名XX2015.06.02前言能源有很多種定義，但歸根到底，能源就是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質(zhì)資源。能源是社會存在與發(fā)展永遠(yuǎn)不可或缺的必須品，是國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)。它與材料、信息構(gòu)成現(xiàn)代社會的三大支柱。能源科技的每一次突破，都帶來了生產(chǎn)力的巨大飛躍和進(jìn)步。三次能源危機(jī)的歷史教訓(xùn)告訴我們，能源關(guān)乎著一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)，政治命脈。而現(xiàn)如今，作為基礎(chǔ)能源的化石能源,是不可再生的能源，隨著人類的不斷開采，化石能源的枯竭是不可避免的，大部分化石能源本世紀(jì)將被開采殆盡。從另一方面看，由于化石能

2、源的使用過程中會新增大量溫室氣體C02,同時(shí)可能產(chǎn)能一些有污染的煙氣，威脅全球生態(tài)。因而，我們亟需這個(gè)問題的解決方案。一種方案是開發(fā)更淸潔的可再生能源，從R前的情況來看，這是今后能源科技的主要發(fā)展方向。而另一種方案，那就是提高能源的有效利用率。自從開爾文提出了熱力學(xué)第二定律，宣判了第二類永動(dòng)機(jī)的死刑之后，這一種方案就變得沒有那么受重視。為了解決能源低效這個(gè)問題，上個(gè)世紀(jì)出現(xiàn)了一種叫做“絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)”的熱機(jī)模型，就是用耐熱性好、導(dǎo)熱系數(shù)小、膨脹系數(shù)低的高級陶瓷合成材料制造氣缸蓋、氣缸體和活塞等受熱部件。侶結(jié)果卻令人失望，他并沒有像預(yù)測的那樣提升發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。原因

3、在于熱機(jī)做功的原理是燃料產(chǎn)熱等價(jià)于微觀粒子的無序運(yùn)動(dòng)。這個(gè)熱運(yùn)動(dòng)，平均在三維空間上每個(gè)方向的能量各占1/3,而熱機(jī)做有用功的也就三維方向中的一個(gè)方向維度。其他二維方向上的能量只好作為廢熱浪費(fèi)掉!而“絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)”只是減少了熱傳導(dǎo)的消耗，并沒有實(shí)質(zhì)性的改變熱能的利用方式，還是以做功的形式把最多1/3的熱能轉(zhuǎn)化為其他能量。這意味著古典熱力學(xué)機(jī)理模型（可以理解為熱機(jī)〕出現(xiàn)了問題，只要是熱做功，在熱機(jī)的前提下，它的效率就被這1/3的瓶頸給禁錮了。這個(gè)問題，不論對新能源還是舊能源都是一個(gè)嚴(yán)重影響其利用效率的因素。1.提高能源利用率的必要性1.1.舊能源的現(xiàn)狀對于不可再生

4、能源，在許多領(lǐng)域都有涉及，在此，我就不籠統(tǒng)的來看待這種能源利用的情況了，就拿一個(gè)汽車的能源利用率的具體情況來分析。在發(fā)達(dá)國家，能源總量的40%左右消耗在交通運(yùn)輸業(yè)上，而各種汽車消耗的能量乂占全部交通工具能耗總量的73%。在我國，汽車保有量迅速增加，許多城市其至實(shí)行了單雙號限行政策來緩解城市的交通壓力。汽車能源消耗、尾氣污染也大幅度上升。一輛汽車以80公里每小時(shí)的速度行駛時(shí)，每10公里耗油約為1L。根據(jù)汽油的燃燒值進(jìn)行簡單的計(jì)算得知，這時(shí)消耗的功率約為70kW。這70kW是個(gè)什么概念呢？他可以點(diǎn)亮100W的照明燈700個(gè)。假設(shè)一個(gè)家庭有10個(gè)照明燈，那這些能量

5、就是70戶人家的口常用電功率。如此高的能量，那它在汽車上的利用率如何呢？平均說來，在這70kW中，lkW由于汽油的蒸發(fā)而消失，當(dāng)然不是真的消失，這lkW的碳?xì)浠衔镏皇欠稚⒌酱髿忮浠瘜W(xué)能無法利用，而且還成丫化學(xué)污染源，剩下的69kW進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，大約有17kW用于做功，而其余的52kW包括了排氣管排出的廢棄熱和散熱器的熱量散失，兩者約各占一半。這是最大的一筆能量損耗。廢氣的主要成分是二氧化碳和水以及一些有毒物質(zhì)，這對環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。損耗了這么多的能量，只剩下17kW用于做功，但真正用于汽車驅(qū)動(dòng)的能量更少：約5kW用于發(fā)動(dòng)機(jī)的水箱循環(huán)和空調(diào)，約3kW消

6、耗于傳動(dòng)裝置，最后只有9kW到達(dá)驅(qū)動(dòng)輪，而這9kW就是汽車克服空氣阻力和滾動(dòng)摩擦用于驅(qū)動(dòng)的能量。這一賬算下來，一輛車的總效率只有大約13%?？梢姡瑢τ谂f能源而言，即使有33.3%的利用率上限，但還是連一半的利用率都沒有達(dá)到，可見提高其利用率是多么的重要，更不用談改變其熱利用方式了。1.2.可再生能源的現(xiàn)狀也許有人會有疑問，對于可再生能源，既然是可以循環(huán)再生的，還有必要提高它的能源利用率嗎？答案是肯定的，所謂的可再生能源指的是在自然界可以循環(huán)再生的能源，重點(diǎn)在于生。那就仍存在許多問題，例如再?生時(shí)間，再生成本，再生能源的提取時(shí)間，提取成本等等。拿中國現(xiàn)在的可再

7、生能源發(fā)展的問題和障礙和全球的可持續(xù)能源發(fā)展障礙結(jié)合來看，主要的井同問題有以下兒點(diǎn)：(l〕.高成本市場發(fā)展緩慢(3〕.并網(wǎng)難〔4〕.技術(shù)難點(diǎn)多（5〕.相關(guān)政策少（6〕.各地區(qū)相關(guān)技術(shù)發(fā)展不均衡等諸多的問題限制著可再生能源的發(fā)展速度，使得現(xiàn)今的社會，還是一個(gè)以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)。因此，在我看來，如今解決能源資源緊張的問題的根本方法，并不是尋找新能源來代替舊能源，而是改變傳統(tǒng)熱機(jī)的熱利用方式。尋找新能源只是一條避開改變傳統(tǒng)熱機(jī)的熱利用方式這個(gè)高成本，高技術(shù)方法的另一條蹊徑。但不能回避的是，新能源也面臨著利用率的問題，如果還是用傳統(tǒng)的熱機(jī)做功。那將會和舊能源一

8、樣，資源浪費(fèi)還是一個(gè)大問題。這就像一個(gè)富家子弟，很喜