[科普中国]-二次能源

概述一次能源

含义：是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源。

包括：原煤、原油、天然气、油页岩、核能、太阳能、水力、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等。

分类：分为再生能源和非再生能源两大类。

再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等，它们在自然界可以循环再生；

非再生能源包括：煤、原油、天然气、油页岩、核能等，它们是不能再生的，用掉一点，便少一点。

二次能源二次能源和一次能源不同，它不是直接取自自然界，只能由一次能源加工转换后得到，因此严格的说它不是“能源”，而应称之为“二次能”。能源危机，可再生能源等都不涉及二次能源。

含义：也称“次级能源”或“人工能源”，是由一次能源经过加工或转换得到的其他种类和形式的能源。

包括：煤气、焦炭、汽油、煤油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、电力、蒸汽、热水、氢能等。

一次能源无论经过几次转换所得到的另一种能源都被称为二次能源。在生产过程中的裕压、余热，如锅炉烟道排放的高温烟气，反应装置排放的可燃废气、废蒸汽、废热水，密闭反应器向外排放的有压流体等也属于二次能源。

二次能源亦可解释为自一次能源中，所再被使用的能源，例如将煤燃烧产生蒸汽能推动发电机，所产生的电能即可称为二次能源。或者电能被利用后，经由电风扇，再转化成风能，这时风能亦可称为二次能源，二次能源与一次能源间必定有一定程度的损耗。

分类二次能源又可以分为“过程性能源”和“含能体能源”。1

电能是应用最广的过程性能源；

汽油和柴油是目前应用最广的含能体能源。

利用意义二次能源作为商品载体进行人类能源转换，它的产生不可避免地要伴随着加工转换的损失，但是它们比一次能源的利用更为有效、更为清洁、更为方便。因此，人们在日常生产和生活中经常利用的能源多数是二次能源。

电能是二次能源中用途最广、使用最方便、最清洁的一种，它对国民经济的发展和人民生活水平的提高起着特殊的作用。提高企业二次能源的利用效率是企业节能减排的重要措施之一。

二次能源存储技术发展储能技术的意义1、节省一次能源资源，节约和有效使用化石燃料。通过储能技术，可均匀负载，调节负荷，提高发电机组、送变电设备、空调系统的利用率，或降低设备容量和投资成本。

2、回收和利用在能源生产、输送、分配、使用过程中被浪费的能量，其中最突出的是工业生产排放的大量低品位热能。

3、为了从自然界中获取太阳能、风能、潮汐能、波浪能这类间断性能源并加以有效的利用，必须要配备相应的储能系统。

4、储能技术的发展为科技生产提供了各种间断性能源或特殊紧急用能。例如，氢能汽车、氢能飞机的储氢罐，储能机车的大型蓄电池组，家用空调系统中的蓄冷池，航天飞机、人造卫星中的高效电池，乃至由超异储能装置产生巨大的电力脉冲来驱动反导弹激光器、电磁炮和粒子束武器等。

热能热能的储存方法可分为物理蓄热和化学蓄热。

物理蓄热是利用储热介质的热物理性能，如在温度改变时要相应地吸收或释放出一定的热量(显热)，在发生相变时要吸收或释放出相应的潜热(相变热)，以及晶体材料在结晶与溶解过程中产生相应的结构变化热等。最早的热能储存技术是利用物质的显热。水和各种碎石、耐火砖、方镁石块等都是较理想的显热储存介质。显热的储存及释放是一个无相变的非等温过程。近年来，相变储热(特别是固一液相变，获得很大发展，它的优点是吸热、放热时温度变化不大，具有恒定的热力学效率和产热能力，且其贮热密度远高于显热贮热。

化学蓄热：是利用可逆化学反应的热效应进行蓄热。当反应正向进行时吸收热量，将热存储起来；当反应逆向进行时，化学能转变为热能放出。其中，可以利用化学反应时伴随发生的热量吸收来储热，也可以利用可逆吸附或吸收过程的热效应及化学反应时伴随浓度变化的热效应来储热。优点是具有较高的贮热密度与热力学效率，同时，由于具有热效应的化学反应种类繁多、比比皆是，为各种场合下工业和科技的储能需要提供了广阔的选择余地。化学蓄热特别适合于高温蓄热领域，在热管技术化学热泵、太阳能集热装置等技术领域据偶遇广泛的实用价值。

电能电能由于其易于生产、输送、使用及转变成其它形式能量等突出优点，而成为不业化社会的命脉。水能、核能、风能和一部分化石燃料，都是首先转变为电能之后再提供工农业、交通运输业和居民生活使用的。但是，电能的储存性能极差，一般都要先把电能转换成其它形式的能量再加以储存。

常用的电能转换储存技术包括电能一机械能、电能一静电能、电能一磁能和电能一化学能四大类。其中，近年来发展较快的是高性能蓄电池和超导储能装置。

电能一机械能转换存储。为了解决火力发电站的削峰”问题，早期发展了蓄水发电系统。例如，美国70年代在密执安湖边的悬崖上修建一座高出湖面的人工水库，在发电厂低峰时间，利用剩余电力将湖水抽上水库将电能转受成位能加以储存；用电高峰时通过涵道将水库中的水放回湖里，并利用水位落差开动水轮发电机组，蓄水发电系统的效率高达 67 %。近年来,国外又发展了压缩空气蓄能发电系统 ，利用发电厂附近的夭然岩洞、废弃矿井或人造地下洞窟,在用电低峰时利用多余电力开动空压机, 将压缩空气打入岩洞或洞窟内；高峰时放出压缩空气, 推动备用涡轮机一发电机系统, 将储存的机械能重新转换为电能馈入电网。

电能一静电能转换存储。电容器在充电时能够以静电场能的形式储存电能，放电时再释出电能。由于受到结构方面的限制 ,电容器的储能密度和能通量均比较小，作为储能系统来说用途远不如蓄电池广泛。但它的独特优点是储存的能量能在一瞬间全部释出，这是任何蓄电池都不可能达到的。近年来，由于人造卫星、航天飞机等空间技术的发展，以及激光武器、电磁炮、粒子束武器等新武器的研制，要求配备能够在极短时间内释放出巨大功率的电源。

电能一磁能转换存储，通电线圈能够以磁场形式存储能量。

机械能在河流上游修筑河坝和蓄水库，蓄水的同时储存水能。

国外研制了用风车带动空气压缩机，有风时利用风能将空气压缩储存在容器中，再利用压缩空气推动小型涡轮发电机组发电。

飞轮储能。质量很大的飞轮在高速转动下储能。

氢能早期利用高压钢瓶储存氢气或利用杜瓦瓶储存液氢。1969年以来，出现一种新型储氢材料，目前储氢材料主要有以TiFe为代表的钛系、以LaNi5为代表的镧系、以Mg2Ni为代表的镁系三大系列储氢合金，还有一些混合合金、非结晶合金等。1

二次能源在钢铁行业的应用现状在钢铁生产流程各工序中，二次能源的产生量很大，理论产生量约为408.73千克标煤/吨(修正的基准温度下)，如果充分利用现有技术，二次能源回收利用率可以达到约85.6%。目前我国钢铁工业在二次能源利用上存在着一定的问题：一是落后产能影响整体能效水平的提高；二是我国钢铁工业在余热余能回收效果上与国外先进水平相比还有一定差距。2

提高企业二次能源的利用效率是企业节能减排的重要措施之一，表现为：

1、二次能源回收利用技术的节能效果和普及率有待提高

各企业二次能源利用情况对于工序能耗的影响很大，但部分企业尚未采用有效的二次能源利用技术，已实施的节能技术在各企业间的效果差距也很大。

2、二次能源自发电有待进一步加强

“十一五”期间，我国钢铁企业自发电水平已有较大幅度提高，自发电比例从2005年的19.4%提高至2010年的31.9%，但与自发电水平较高的日本相比仍有较大差距。

目前，发电是钢企利用二次能源的一个重要途径。提高自发电比例目的在于充分利用生产过程中产生的二次能源，但发电并不是唯一途径，还可适当开辟煤气等优质二次能源的利用途径，提高能源使用效率。3

解决方法1、普及和推广现有成熟的节能技术：干熄焦、高炉炉顶余压发电、转炉煤气回收、蓄热式轧钢加热炉、铸坯热装热送等，并着重对已有的节能技术的使用效果进行改进；

2、开发应用一批关键节能技术并实现产业化：包括烧结余热发电、焦化煤调湿、转炉低压饱和蒸汽发电等；

同时关注钢铁工业节能前沿技术的开发与应用：冶金渣显热回收、冶金副产煤气制取清洁能源等4。