能源工程導(dǎo)論期末考試題及答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列能源中，屬于二次能源且不可再生的是（）A.天然氣B.焦炭C.生物質(zhì)能D.地?zé)崮艽鸢福築（解析：二次能源是由一次能源加工轉(zhuǎn)換而成，焦炭由煤炭加工得到，屬于不可再生；天然氣、地?zé)崮苁且淮文茉?，生物質(zhì)能是可再生二次能源。）2.衡量能源系統(tǒng)效率的關(guān)鍵指標(biāo)“火用效率”主要反映（）A.能量數(shù)量的利用率B.能量品質(zhì)的利用率C.系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性D.污染物排放強(qiáng)度答案：B（解析：火用（Exergy）是能量中可被完全轉(zhuǎn)換為有用功的部分，火用效率衡量能量品質(zhì)的有效利用程度，區(qū)別于僅關(guān)注數(shù)量的“熱效率”。）3.太陽能光熱發(fā)電中，塔式電站與槽式電站的核心差異在于（）A.集熱介質(zhì)B.聚光方式C.儲熱能力D.發(fā)電功率答案：B（解析：塔式電站通過定日鏡群將光聚焦到塔頂吸熱器，聚光比更高；槽式電站采用拋物線槽式聚光器，聚光比相對較低。）4.下列關(guān)于燃料電池的描述，錯誤的是（）A.直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.效率受卡諾循環(huán)限制C.產(chǎn)物主要為水（氫氧燃料電池）D.可連續(xù)發(fā)電需持續(xù)供能答案：B（解析：燃料電池為電化學(xué)發(fā)電，不受卡諾循環(huán)限制，理論效率高于傳統(tǒng)熱機(jī)。）5.我國“雙碳”目標(biāo)中“碳中和”指的是（）A.能源消費(fèi)中碳排放量為零B.人為活動排放的CO?與吸收的CO?總量平衡C.工業(yè)過程碳排放完全消除D.化石能源消費(fèi)占比降至零答案：B（解析：碳中和允許部分排放，通過碳匯、碳捕捉等方式抵消，實(shí)現(xiàn)凈零排放。）6.下列不屬于能源系統(tǒng)“多能互補(bǔ)”典型模式的是（）A.風(fēng)-光-儲聯(lián)合發(fā)電B.燃煤電廠耦合生物質(zhì)發(fā)電C.天然氣分布式能源站D.單一光伏電站獨(dú)立運(yùn)行答案：D（解析：多能互補(bǔ)強(qiáng)調(diào)多種能源協(xié)同優(yōu)化，單一能源獨(dú)立運(yùn)行不滿足互補(bǔ)要求。）7.衡量頁巖氣開發(fā)潛力的關(guān)鍵參數(shù)是（）A.埋藏深度B.有機(jī)質(zhì)成熟度C.儲層滲透率D.以上均是答案：D（解析：頁巖氣開發(fā)需綜合考慮埋藏深度（影響開采成本）、有機(jī)質(zhì)成熟度（決定生氣量）、儲層滲透率（影響氣體流動能力）。）8.地源熱泵系統(tǒng)的COP（性能系數(shù)）通常為（）A.0.5-1.0B.1.0-2.0C.3.0-5.0D.6.0-8.0答案：C（解析：地源熱泵利用地下穩(wěn)定溫度場，COP普遍高于空氣源熱泵，典型值3-5。）9.下列關(guān)于核能發(fā)電的描述，正確的是（）A.壓水堆使用重水作為慢化劑B.快堆可實(shí)現(xiàn)核燃料增殖C.核聚變目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用D.核廢料半衰期均小于100年答案：B（解析：快堆利用快中子轟擊鈾-238生成钚-239，實(shí)現(xiàn)燃料增殖；壓水堆用輕水慢化，核聚變尚未商業(yè)應(yīng)用，部分核廢料半衰期超萬年。）10.能源互聯(lián)網(wǎng)的核心特征是（）A.單向能量流動B.集中式發(fā)電為主C.信息流與能量流深度融合D.依賴傳統(tǒng)電網(wǎng)架構(gòu)答案：C（解析：能源互聯(lián)網(wǎng)通過智能傳感器、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量流與信息流雙向互動，優(yōu)化資源配置。）二、填空題（每空1分，共20分）1.全球一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，2022年占比最高的能源類型是______（約31%），我國占比最高的是______（約56%）。答案：石油；煤炭2.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為______，其實(shí)質(zhì)是______守恒。答案：ΔU=Q+W（或ΔU=Q-W，符號約定不同）；能量3.風(fēng)力發(fā)電中，______型風(fēng)機(jī)通過變流器實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電，______型風(fēng)機(jī)通常采用定槳距失速控制。答案：雙饋感應(yīng)；鼠籠式異步4.氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括______、______、儲運(yùn)、應(yīng)用四個環(huán)節(jié)，其中應(yīng)用端最具潛力的場景是______。答案：制備；純化；燃料電池汽車（或工業(yè)脫碳）5.潮汐能發(fā)電的兩種主要形式是______和______，其能量來源于______。答案：單庫單向；單庫雙向（或雙庫連續(xù)）；月球和太陽的引力差6.超超臨界燃煤機(jī)組的主蒸汽參數(shù)通常為______MPa、______℃，其效率比常規(guī)超臨界機(jī)組高約______%。答案：25-31；580-620；2-37.電池儲能技術(shù)中，磷酸鐵鋰電池的主要優(yōu)勢是______和______，而全釩液流電池的核心優(yōu)勢是______。答案：循環(huán)壽命長；安全性高；容量與功率獨(dú)立調(diào)節(jié)8.碳捕捉與封存（CCS）技術(shù)主要包括______、運(yùn)輸、______三個步驟，其中捕捉環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)有______（舉一例）。答案：捕捉；封存；化學(xué)吸收法（或物理吸附法、膜分離法）三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述能源轉(zhuǎn)換過程中能量損失的主要形式及其熱力學(xué)本質(zhì)。答案：能源轉(zhuǎn)換中的能量損失主要包括：（1）熱力學(xué)不可逆損失：如溫差傳熱、摩擦、混合等過程的熵增，導(dǎo)致部分能量退化為無法利用的“廢能”（火無）；（2）傳熱損失：系統(tǒng)與環(huán)境的熱交換，如鍋爐排煙熱損失；（3）機(jī)械損失：運(yùn)動部件的摩擦損耗，如汽輪機(jī)軸承摩擦；（4）電磁損失：電氣設(shè)備的電阻發(fā)熱、渦流損耗等。其熱力學(xué)本質(zhì)是能量品質(zhì)的下降（火用損失），符合熱力學(xué)第二定律——孤立系統(tǒng)的熵永不減少，能量轉(zhuǎn)換的不可逆性導(dǎo)致可用能減少。2.比較生物質(zhì)能直接燃燒與氣化利用的技術(shù)特點(diǎn)及適用場景。答案：直接燃燒是將生物質(zhì)直接氧化放熱，技術(shù)簡單（如傳統(tǒng)爐灶、生物質(zhì)鍋爐），但效率低（約20%-40%），污染物（顆粒物、NOx）排放較高，適用于小規(guī)模分散供能（如農(nóng)村取暖、小型熱電聯(lián)產(chǎn)）。氣化利用是通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w（主要成分為CO、H?、CH?），效率提升至60%-80%，產(chǎn)物可用于發(fā)電、合成燃料或化工原料，適用于規(guī)?；茉蠢茫ㄈ缟镔|(zhì)燃?xì)怆娬尽⑸锾烊粴夤こ蹋?，且便于與其他能源系統(tǒng)耦合（如燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)）。3.分析海上風(fēng)電相較于陸上風(fēng)電的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)。答案：優(yōu)勢：（1）風(fēng)速高且穩(wěn)定（海上無地形遮擋，年利用小時數(shù)比陸上高30%-50%）；（2）單機(jī)容量大（可部署10MW以上機(jī)組，降低單位成本）；（3）靠近負(fù)荷中心（沿海地區(qū)電力需求大，減少輸電損耗）。挑戰(zhàn)：（1）建設(shè)成本高（基礎(chǔ)施工、防腐、運(yùn)維難度大，成本約為陸上的1.5-2倍）；（2）技術(shù)要求高（需應(yīng)對鹽霧腐蝕、海浪沖擊、深遠(yuǎn)海漂浮式平臺設(shè)計等）；（3）環(huán)境影響復(fù)雜（可能干擾海洋生態(tài)、航運(yùn)及軍事活動）。4.說明儲能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的核心作用。答案：（1）平抑波動：風(fēng)電、光伏出力受天氣影響波動大，儲能可存儲多余電能，在出力不足時釋放，提升供電穩(wěn)定性；（2）調(diào)峰調(diào)頻：響應(yīng)電網(wǎng)需求快速充放電，參與電力系統(tǒng)調(diào)峰（解決晝夜負(fù)荷差）、調(diào)頻（維持頻率穩(wěn)定）；（3）提高消納率：減少“棄風(fēng)棄光”，將間歇性新能源轉(zhuǎn)化為可調(diào)度電源；（4）支撐電網(wǎng)靈活性：配合分布式能源形成“源-網(wǎng)-荷-儲”一體化系統(tǒng)，增強(qiáng)電網(wǎng)應(yīng)對極端事件的能力（如停電時提供應(yīng)急電源）。5.簡述能源安全的內(nèi)涵及我國保障能源安全的主要策略。答案：能源安全內(nèi)涵包括：（1）供應(yīng)安全：確保能源穩(wěn)定、充足供應(yīng)，避免中斷；（2）經(jīng)濟(jì)安全：能源價格在可承受范圍內(nèi)，不影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展；（3）環(huán)境安全：能源開發(fā)利用符合生態(tài)保護(hù)要求，減少碳排放與污染；（4）技術(shù)安全：關(guān)鍵能源技術(shù)自主可控，避免“卡脖子”。我國策略：（1）多元化供應(yīng)：增加國內(nèi)油氣勘探開發(fā)（如頁巖氣、深海油氣）、拓展進(jìn)口渠道（管道氣、LNG、煤炭）；（2）提升儲備能力：建設(shè)石油、天然氣戰(zhàn)略儲備庫，完善電力應(yīng)急儲能體系；（3）發(fā)展可再生能源：大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電、光伏，降低對化石能源依賴；（4）技術(shù)自主創(chuàng)新：攻關(guān)先進(jìn)核能（如四代堆）、儲能（如液流電池）、智能電網(wǎng)等技術(shù)；（5）強(qiáng)化國際合作：參與全球能源治理（如“一帶一路”能源合作），維護(hù)能源通道安全。四、計算題（每題10分，共20分）1.某燃煤電廠設(shè)計參數(shù)：鍋爐輸入熱量為25000kJ/kg（標(biāo)煤），汽輪機(jī)輸出機(jī)械功為8500kJ/kg，發(fā)電機(jī)效率為98%，試計算該電廠的發(fā)電效率（保留兩位小數(shù)）。若采用熱電聯(lián)產(chǎn)，將原本排放的廢熱中20%回收用于供熱（廢熱總量為鍋爐輸入熱量的45%），求綜合能源利用率。答案：（1）發(fā)電效率η=（汽輪機(jī)機(jī)械功×發(fā)電機(jī)效率）/鍋爐輸入熱量×100%=（8500kJ/kg×0.98）/25000kJ/kg×100%=（8330/25000）×100%≈33.32%（2）廢熱總量=25000kJ/kg×45%=11250kJ/kg回收供熱量=11250kJ/kg×20%=2250kJ/kg綜合能源利用率=（發(fā)電量+供熱量）/輸入熱量×100%=（8330kJ/kg+2250kJ/kg）/25000kJ/kg×100%=10580/25000×100%≈42.32%2.某光伏電站安裝單晶硅電池組件（面積2m2，轉(zhuǎn)換效率22%），當(dāng)?shù)啬昶骄栞椪樟繛?500kWh/(m2·a)，試計算該組件的年發(fā)電量（單位：kWh）。若當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)電價為0.6元/kWh，光伏電站自用電率為5%，求該組件的年發(fā)電收益（保留整數(shù)）。答案：（1）年發(fā)電量=組件面積×轉(zhuǎn)換效率×年輻照量=2m2×22%×1500kWh/(m2·a)=2×0.22×1500=660kWh（2）上網(wǎng)電量=年發(fā)電量×(1-自用電率)=660kWh×(1-5%)=627kWh年發(fā)電收益=上網(wǎng)電量×電價=627kWh×0.6元/kWh≈376元五、論述題（20分）結(jié)合“雙碳”目標(biāo)（2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和），論述我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的路徑與關(guān)鍵技術(shù)支撐。答案：我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型需以“雙碳”目標(biāo)為導(dǎo)向，構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的現(xiàn)代能源體系，具體路徑與關(guān)鍵技術(shù)如下：一、路徑層面1.化石能源清潔化利用：短期內(nèi)煤炭仍為主體能源，需推動煤電由“主力電源”向“調(diào)峰電源”轉(zhuǎn)型，推廣超超臨界發(fā)電（參數(shù)提升至700℃/35MPa，效率超50%）、燃煤耦合生物質(zhì)/垃圾發(fā)電（減少碳排放）、碳捕集與封存（CCUS）技術(shù)（燃煤電廠加裝CCUS可減排90%以上CO?）。2.可再生能源規(guī)?；l(fā)展：重點(diǎn)發(fā)展“風(fēng)光水儲”一體化基地（如西北風(fēng)電光伏基地、西南水電基地），推動海上風(fēng)電（深遠(yuǎn)海漂浮式技術(shù)）、農(nóng)光互補(bǔ)/漁光互補(bǔ)等模式，2030年非化石能源占比目標(biāo)提升至25%以上。3.終端用能電氣化與高效化：推進(jìn)工業(yè)（電爐煉鋼替代傳統(tǒng)高爐）、交通（電動汽車滲透率2030年目標(biāo)40%以上）、建筑（空氣源熱泵替代燃?xì)忮仩t）領(lǐng)域的電氣化，同時提升能效（如工業(yè)余熱回收、建筑節(jié)能改造）。4.多能互補(bǔ)與系統(tǒng)靈活性提升：構(gòu)建“源-網(wǎng)-荷-儲”一體化系統(tǒng)，通過儲能（抽水蓄能、電化學(xué)儲能）、氫能（風(fēng)光制氫耦合工業(yè)脫碳）、燃?xì)庹{(diào)峰電站等調(diào)節(jié)電源，解決可再生能源間歇性問題。二、關(guān)鍵技術(shù)支撐1.可再生能源技術(shù)：光伏領(lǐng)域需突破HJT（異質(zhì)結(jié)）、鈣鈦礦疊層電池（效率目標(biāo)30%以上）；風(fēng)電領(lǐng)域需研發(fā)15MW以上大容量機(jī)組、智能運(yùn)維系統(tǒng)；水電領(lǐng)域需攻關(guān)高壩建設(shè)與生態(tài)友好型技術(shù)。2.儲能技術(shù)：抽水蓄能（新型可逆式機(jī)組、地下式電站）、電化學(xué)儲能（磷酸鐵鋰降本、全釩液流電池規(guī)模化）、壓縮空氣儲能（百兆瓦級示范）、氫能儲能（高效電解水制氫、長距離輸氫管道