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5.2 能源的利用与开发
第2课时 其他能源的利用和开发
太阳能的利用会受到天气等因素的影响，存在明显的分散性、间断性等特征，这对人们大规模利用太阳能带来了挑战。因此，我们需要开发新技术以拓展能源来源，满足人类对能源持续增长的需求。
三、其他能源的利用和开发
视频：风电
1、风电：
（1）风能是宝贵的清洁能源。
（2）我国风能资源丰富，尤其在西北、西南、华北、华东等地区。
（3）我国在发展陆上风电的基础上，大力发展海上风电。海面平坦、
广阔，海上的风更大，可以利用更大容量的风力发电机进行发电。
（4）我国的风力发电开发已走在世界前列，风力发电装机容量居全
球第一。
2023年6月，全球首台16兆瓦风电机组安装在福建平潭外海海上风电场，成为当时世界上单机容量最大的海上风电机组。
这台风电机组的主机机舱由上
千个零部件组成，总质量达413t，
风机轮毂中心高度为152m，叶轮
直径达252m。它每转动一周可发
电34.2kW·h，平均每年可输出超
过6×107kW·h的清洁电能，能够
满足3.6万户三口之家一年的生活
用电，可节约标煤约2.2×104t，
减排二氧化碳约5.4×104t，实现
巨大的社会效益和经济效益。
图5.2-10 海上风力发电
2、氢能：
（1）氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的能源。
分解水可以产生氢气。以氢气为能源，使用过程中只产生水，不会排放任何污染物。
以氢气为原料的氢燃料电池可望能取代化石能源，作为交通运输工具的动力来源。
（2）氢燃料电池原理：
将氢气与氧气通入电池设备中，进行化学变化，将化学能转变成电能。
（3）氢能利用的主要困难：
在于氢气储存不易、制造氢燃料的成本较高。
3、煤炭净化：
我国煤炭储量大，方便运输，用煤炭燃烧发电成本低。
（1）煤炭的好处：
（3）我国的科研人员一直在发展煤炭燃烧技术，探索煤炭的清洁、
高效燃烧，减少污染，降低对环境的影响。
燃烧煤的过程中会产生硫化物、氮化物和二氧化碳等，导致环境污染。
（2）煤炭净化的原因：
目前，我国建造的现代化燃煤发电厂，实现了氮氧化物、二氧化硫和粉尘等常规污染物超低排放，达到了世界先进水平。
设计和制作风力发电机
目标：
依据现有条件制作简易风力发电机，探究简易风力发电机输出功率与风速的关系。
器材：
漆包线、磁铁(或小电动机)，小风扇，灵敏电流表，发光二极管，小灯泡，导线，大小变速齿轮组，铜片，热熔胶枪等。
过程：
1.明确问题。
风能取之不尽，用之不竭，人们很早就用风车来抽水、磨面。现在，沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地区利用风力发电。那么，如何利用简易的材料制作一台风力发电机？
2.设计风力发电机。
根据不同条件，设计风力发电机，将草图分别画在下框中。
3. 制作风力发电机。
依据设计方案制作部件，组装成风力发电机。
4. 让风叶转起来。
（1）将制作好的发电机输出端连接到灵敏电流表或发光二极管等进行测试。
（2）设法以不同方式转动风叶，观察灵敏电流表指针偏转情况或发光二极管的发光情况。
方式一：
使用的方式为：
能的形式的转换：
适合此方式发电的时机：
可否用此方式长时间发电：
小风扇叶轮带动小电动机发电。
小风扇叶轮被风吹动，带动小电动机的轴转动，小电动机输出电能。
风能 → 机械能 → 电能。
风力较大、风向比较稳定、周围没有明显障碍物时。
可以，但风力太小或不稳定时发电效果会变弱。
方式二：
使用的方式为：
能的形式的转换：
适合此方式发电的时机：
可否用此方式长时间发电：
风叶带动磁铁和线圈发电。
风叶带动磁铁转动，磁铁靠近线圈，使线圈中产生电流。
风能 → 机械能 → 电能
风叶较轻、磁铁较强、线圈与磁铁距离较近时。
可以，只要风叶能稳定转动，装置结构牢固就能持续测试。
（3）比较两种方式，你会选择哪一种方式使风叶转动起来，为什么？
我会选择第一种方式。因为它结构简单，现象明显，小电动机连接灵敏电流表或发光二极管后更容易观察到发电效果。
5. 探究风力发电机输出功率与风速的关系。
利用所组装的风力发电机探究其输出功率与风速的关系，研究的主要变量是什么？要控制不变的因素有哪些？请依据你所具有的条件设计实验方案，开展实验活动，将实验结果、实验结论记录于下框内。
主要变量：
风速。
控制不变的因素：
风叶大小、风叶数量、风叶安装角度、发电机装置、风到风叶的距离。
实验操作：
用不同档位的吹风机模拟不同风速，保持风力发电机位置不变，分别测量不同风速下，灵敏电流表示数，计算输出功率。
实验方案：
风速小：
电流小，发光二极管亮度微弱，输出功率小；
风速中等：
电流变大，发光二极管明显发光，输出功率增大；
风速大：
电流更大，发光二极管很亮，输出功率更大。
实验结果：
在风叶、发电机等其他条件不变时，风速越大，风力发电机的输出功率越大。
实验结论：
依据风力发电机组装实践和科学探究，描述发现的问题，提出改进设想，说明改进的科学原理。
问题讨论：
四、能源利用大讨论：
能源的过度开发或使用不当，会对环境带来污染与危害。例如，核电厂排放的热废水，会造成附近河流和海域的水温上升，影响当地生态环境。
水能、风能、太阳能、生物质能等可再生能源，在制造或建造发电设备的过程中，可能造成环境污染，电站设置地点的生态环境也会受到影响；目前使用的储电设备是锂离子电池，将来大量锂离子电池被淘汰时，也将造成一个不可忽视的环境问题。
让我们进一步探讨可再生能源和不可再生能源的限制与取舍。
1.可再生能源取代不可再生能源的可行性。
（1）为减少环境污染及能源消耗，现代社会常推广以可再生能源取代不可再生能源。请查询资料，若要以太阳能发电完全取代一座核电厂，将需要多大面积的太阳能电池板
参考数据：
一座百万千瓦级核电厂的年发电量 ，太阳能电池板的平均效率约左右，地表年均太阳辐射量约为 左右，考虑系统损耗、阴雨天、机器效率等，实际发电效率约为 左右，理论上太阳能电池板单位面积年发电量 ，实际上太阳能电池板单位面积年发电量 ，所需太阳能电池板面积 。
（2）如果开发如此规模的太阳能发电厂，可能会对环境造成怎样的
影响
1、有利影响：
⑴减少温室气体排放；
⑵无发电过程的放射性风险；
⑶不消耗水资源。
2、不利影响：
⑴土地占用，破坏原有生态；
⑵施工阶段的生态破坏；
⑶电池板生产与报废污染；
⑷对野生动物的影响；
⑶电池板生产与报废污染。
（3）可再生能源真的是零污染吗？为什么？
可再生能源并不是零污染。
原因：可再生能源（太阳能、风能、水能等）在发电运行阶段基本不排放污染物，但在生产、建设、报废回收等环节依然会产生污染。
⑴太阳能（光伏）：光伏板制造需要消耗大量电能、使用化学药剂，生产过程会产生废水、污染物；电池板寿命到期后，如果回收不当，板内重金属会污染土壤和水源。电站施工会破坏植被、扰动土地。
⑵风能：风机制造需要钢铁、树脂等材料，生产材料会产生碳排放与污染物；风机施工破坏地表；废弃风机叶片很难降解，处理不当会产生固体废弃物。风机还会影响鸟类。
⑶水能：修建大坝会淹没大片土地，破坏河流生态，改变水生生物栖息地，影响生物多样性；库区会产生淤泥、温室气体。
2、能源决策辩论。
我国积极开发风力发电、太阳能发电等，拟用可再生能源取代不可再生能源，但这些可再生能源也有局限与缺点，目前仍无法完全取代不可再生能源。查阅相关资料，就我国应该如何决策不同能源的使用比例，或往哪个方向发展，展开辩论。
全班分成若干组，每组提出一种主张，进行能源决策辩论。
我们组的主张是：
我国的能源须往缝缝里发电的方向发展。
我国的能源须往太阳能发电的方向发展。
。。。。。。
根据全班同学的讨论，总结同学们都认同的最佳能源使用建议。
3、节约能源，从我做起。
(1)请写出生活、学习中浪费电能的行为。
1、离开房间时不随手关灯，电灯长时间空开。
2、电脑、电视长时间待机，不拔电源插头，持续耗电。
3、空调温度设置不合理，夏天温度过低、冬天温度过高。
4、手机充满电后长时间不拔充电器，持续空耗电能。
5、教室里无人时，投影仪、风扇一直保持开启状态。
(2)请写出节约电能的具体行动方案。
1、离开房间、教室时随手关闭电灯、风扇、投影仪，人走断电。
2、电器长期不用时拔掉插头，减少待机耗电。
3、合理设置空调温度，夏季不低于 26℃，冬季不高于 20℃。
4、手机充满电及时拔掉充电器，避免长时间通电空耗电能。
5、优先使用自然光看书学习，白天不开不必要的照明灯。
在节约能源和提高能源利用效率的基础上，我们还需要开发新技术以拓展能源来源。人类活动需要各种能源，能源开发利用需兼顾经济发展与环境保护。无论是节能，还是可再生能源的利用，应以科技进步减少对环境的影响，实现能源的可持续发展。
1. 怎样提高我国的能源利用率
①推广节能家电、节能工业设备，替换高耗能老旧机器，降低生产与生活能耗。
2. 列举家庭节电省能的几种方法。
②改进工业生产工艺，回收利用生产过程中的余热，减少热量浪费。
③完善建筑节能设计，使用保温材料，减少空调、采暖的电能消耗。
①电视机、路由器等电器不用时拔掉插头，消除待机耗电。
②离开房间随手关灯，充分利用自然光，减少照明灯使用。
③空调合理设置温度，夏天不低于 26℃，减少空调能耗。
④洗衣机尽量积攒足量衣物再集中清洗，减少开机次数。
1、海洋能是一种新型的清洁能源，主要包括潮汐能、波浪能、海水温差能、盐差能、海流能。下列关于潮汐能的描述，正确的是( )
A. 潮汐能来源于太阳辐射
B. 不同地区的潮汐能是相同的
C. 潮汐能是一种没有污染、受洪水或枯水影响的可再生能源。
D. 潮汐是一种海平面不定期变化的现象
C
2、人类社会的发展离不开能源，能源革命促进了人类文明的进步。下列关于能源利用的说法中，正确的是 ( )
A. 人类大量使用太阳能会导致温室效应
B. 因为能量是守恒的，所以不存在能源危机
C. 煤、石油、天然气的化学能归根到底来自太阳能
D. 核能的使用会造成放射性污染，所以不应该开发核能
C
3、转变传统观念，推行低碳生活”的主题旨在倡导节约能源和利用清洁能源，减少温室气体二氧化碳的排放,下列措施符合该主题的有效措施是 ( )
①少用煤作燃料； ②减少使用私家车次数、多乘公交车或骑自行车； ③废旧电池回收再利用；
④开发新能源如太阳能；⑤焚烧废旧塑料可解决“白色污染”
A．①②④ B．①②③⑤ C．①③④ D．①②③④
A
4、随着电动汽车的进一步发展，越来越多的家庭开始购买电动汽车，并安装汽车充电桩。
（1）电动汽车充电过程中，主要的能量转化形式为 ；
（2）电池一次充电后能提供50千瓦时电能，其电能转化率为80%，若电动车保持牵引力360N进行行驶，理论上充一次电能行驶的路程为
米；
（3）对于电动汽车的全面推行，目前人们观点不一。下列观点支持电动汽车全面推行的是 ( )
A. 电池内的溶液中含有少量重金属离子，泄露会引发重金属污染
B. 电动车的使用可以减少化石燃料的使用，从而更好地保护环境
C. 电动车停放点基本露天，夏天长时间暴晒易引起车内电路起火
D. 电动车行驶过程中比燃油车能量转化效率高很多，更节能
E. 利用电池提供动力代替汽油燃料，能够解决所有的能源问题
电能转化为化学能
400000
BD
再见

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