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1、新能源利用概论 李龙之E mail lilongzhi630 Phone 15764299122QQ 719639868机电学院热能系J8 417 主要内容 能源概念和利用 新能源现状太阳能利用工程风能利用工程生物质能利用工程海洋能利用工程地热能利用工程氢能利用工程 第一章绪论 能源的概念 分类和评价能源利用阶段能源重要性中国能源现状 问题与对策能源与环境问题新能源简介 什么是能源 煤炭 石油 天然气等太阳能 风能 水力 地热 核能等煤气 电力 沼气和氢能等 能源是能量的来源或源泉 或者说是能够从其获得能量 如热 光 动力等 的资源 一 能源的概念 分类及评价 能源概念 1 按来源分类 太阳能
2、 风能 水能 生物质能 煤 石油 天然气 地热能 核能 潮汐能 来自太阳辐射的能量 来自地球内部的能量 来自天体的引力能量 能源可分为哪几类 能源分类 2 按形成条件 利用历史 性质分类 电能 蒸气 工业余热 酒精 汽油 氢能 焦炭等 煤 石油 天然气等化石能源 太阳能 风能 海洋能 生物质能 地热能 太阳能 风能 地热能 海洋能 生物质能 煤 石油 天然气 核能 能源分类 3 按其被利用的形式分类 能源分类 分为商品能源和非商品能源商品能源是进入商品流通环节并大量消耗的能源 如煤炭 石油 天然气 电力等常规能源 非商品能源是不经过商品流通环节而自产自用的传统常规能源 如农村的薪柴 秸秆 牲口
3、粪便等 4 按经济属性分类 能源分类 分为含能体能源和过程性能源含能体能源是指包含着能量的物质或实体 例如化石燃料 核燃料 生物质 地热水和地热蒸汽 等等 这类能源可以直接储存和运输 过程性能源是指随着物质运动而产生 并且仅以运动过程的形式存在的能源 如风 水 海潮 波浪 地热等 这类能源无法直接储存和运输 4 按存在和转化形式分类 能源分类 能源分类 能流密度储量储能可能性与供能连续性开发费用和利用能源的设备费用运输费用与损耗品位问题污染问题 如何对能源进行评价 能源评价 能流密度在一定空间或面积内 从某种能源实际所能得到的能量或功率 太阳能和风能 1000W m2标准煤 7000kcal
4、kg石油 10000kcal kg核燃料 164亿千卡 kgU235 能源评价 标准煤各种燃料的热值是不同的 在统计能源的生产和消费 特别在计算能耗指标时 常定义一种假想的标准燃料 即标准煤 标准煤的热值为2 9 104kJ kg 各种燃料均可按平均发热量折算成标准煤 能源评价 储量足够丰富 煤炭 水力可再生性 太阳能 水力 风能 地热 生物能 煤炭 石油 天然气和核燃料地理分布情况 煤炭偏西北 水力偏西南 储能可能性与供能连续性供能连续性 按照需要的多少与快慢 连续不断供应能量储能可能性 不用时可以储存起来 需用时又能立即供给 太阳能 风能等目前还不容易做到 而各种化石燃料和核燃料则比较容易
5、实现 能源评价 开发费用和利用能源的设备费用开发费用太阳能 风能 不费任何成本化石燃料 核燃料 勘探 开采 加工发电设备费用太阳能 风能 海洋能等 每千瓦几千元到上万元 天然气和石油 前者的几十分之一 煤与水力 每千瓦几百元到一千元 能源评价 品味问题水力机械能电能 品味较高 化石燃料热能机械能电能 品味较低污染问题原子能 辐射 煤 酸雨 温室效应 水力 对生态平衡 土壤盐碱化 灌溉与航运有所影响 太阳能 风能 氢能 清洁能源 能源评价 二 能源利用阶段 1 薪柴时期几十万年以前人类学会了用火 在漫长的岁月里 一直以柴草为生活能量的主要来源 燃火用于烧饭 取暖和照明 后来逐渐学会将畜力 风力
6、水力等自然动力用于生产和交通运输 这种初级形式的能源利用直到19世纪中期都没有太大突破 在1860年的世界能源消费结构中 薪柴和农作物秸秆仍占能源消费总量的73 8 能源利用简史 2 煤炭时期2000多年以前人类就知道煤炭可以作为燃料 14世纪的中国 17世纪的英国采煤业都已相当发达 但煤炭长期未能在世界能源消费结构中占据主导地位 18世纪70年代 英国的瓦特发明以煤炭作燃料的蒸汽机 蒸汽机的广泛应用使煤炭迅速成为第二代主体能源 煤炭在世界一次能源消费结构中所占的比重 从1860年的25 上升到1920年的62 能源利用简史 3 石油时期人类很早就发现了石油 汉书 梦溪笔谈 有描述 19世纪
7、石油工业才逐渐兴起 1854年 美国宾夕法尼亚州打出了世界上第一口油井 是现代石油工业的开端 1886年德国人本茨和戴姆勒研制出第一辆以汽油为燃料 由内燃机驱动的汽车 进入大规模使用石油的汽车时代 石油和天然气逐渐取代煤炭 在世界能源消费构成中占据主要地位 1965年 在世界能源消费结构中 石油首次超过煤炭占居首位 成为第三代主体能源 到1979年 石油所占的比重达到54 相当于煤炭的三倍 能源利用简史 4 电力1881年 美国建成世界上第一个发电站 同时还研制出电灯等实用的用电设备 从此以后 电力的应用领域越来越广 发展规模也越来越大 人类社会逐步进入电气化时代 石油 煤炭 天然气等化石燃料
8、被转换成更加便于输送和利用的电能 进一步推动工业革命 带来了巨大的技术进步 能源利用简史 5 核能和可再生能源1942年美国建立世界上第一座核反应堆 1954年前苏联建成世界第一座发电的反应堆并正式启用 1956年美国的核电站投入运行 到20世纪90年代 核能发电所提供的电力占全世界发电总量的17 左右 进入21世纪以来 太阳能 风能 海洋能 生物质能等可再生新能源发展很快 并且逐渐走向成熟和规模化 所占的比重也有望大幅度提高 为人类解决能源和环保问题开辟了新的天地 能源利用简史 工业 原材料 能源 机器设备农业 耕种 灌溉 收割 干燥 贮藏 化肥 农药交通 汽车 火车 飞机 轮船国防 飞机
9、坦克 舰船 潜艇 武器日常生活 衣 食 住 行 能源是人类进行生产和赖以生存的重要物质基础 也是社会发展的重要物质基础 能源是国民经济的命脉 直接关系到人民群众生活水平的提高 三 能源的重要性 能源的重要性 我国和世界的能源消耗 四 中国能源现状 问题与对策 1949年一次能源的生产总量仅为2374万t标煤 居世界第10 2004年一次能源生产量达到18 45亿吨标准煤 全年能源消费总量19 7亿吨标准煤 是世界上第二大能源消费国和能源生产国 煤炭 2004年煤炭产量达到19 56亿吨 世界第一 原油 生产原油1 75亿吨 世界第五 电力 2004年底止我国发电装机容量达到4 4亿千瓦 世界第
10、二 一 中国能源现状 中国能源现状 一次能源结构以煤为主 且消费需求旺盛 二 中国能源存在的问题 1 我国能源问题的特点 预计2050年能耗将达37亿吨标准煤 我国的能源结构 中国能源问题 二 中国能源存在的问题 人均化石能源资源严重短缺 人均能源消耗水平与终端能源质量低 煤炭储量世界第3位 人均为世界水平的50 石油储量世界第6位 人均为世界水平的17 天然气储量世界第16位 人均为世界水平的10 我国人年均能源消耗1000公斤标准煤 美国11000公斤 英法德等5000 6000公斤 一次能源转换成电能的比重低 电力占终端商品能源消费量的比重低 中国能源问题 2 我国能源全局性问题 能源供
11、应安全问题 二 中国能源存在的问题 2000年进口石油占销量20 2007年上半年我国已经成为煤炭的净进口国 我国还没有建立战略石油储备制度 据国际能源机构的统计 地球上的石油 天然气和煤炭供人类开采的年限 分别只有40年 50年和240年 中国能源问题 2 我国能源全局性问题 二 中国能源存在的问题 能源环境问题 能源效率问题 农村能源问题 能源转换利用效率为29 比世界先进水平低10个百分点 煤燃烧产生污染物的示意图 中国能源问题 三 中国能源发展对策 能源中长期发展规划 节能优先 效率为本 煤为基础 多元发展 立足国内 开拓海外 统筹城乡 合理布局 依靠科技 创新体制 保护环境 保障安全
12、 中国能源对策 在能源中长期规划中强调了要调整能源结构 加快发展核电 可再生能源和大力发展水电 中国全国人大常委会已通过了 可再生能源法 为我国可再生能源发展提供法律保证 五 能源与环境问题 环境是人类生产和生活的空间 是人类生存和发展的物质基础 环境既包含自然环境 也包含社会和经济环境 从引起环境问题的根源考虑 环境问题可分为两类 由自然力引起的原生环境问题和由人类活动引起的次生环境问题 第一类环境问题 主要是指地震 洪涝 干旱 滑坡等自然灾害所引起的环境问题 对于这类环境问题 目前人类的抵御能力还很薄弱 第二类环境问题 又可分为环境污染和生态破坏两大类型 能源与环境 环境问题是一个全球性问
13、题 污染物可以在生物圈中停留很长时间 并且通过扩散或漂移输送到离污染很远的地方 联合国环境署的报告表明 整个地球的环境正在全面恶化 其主要表现在 每天进入地球大气层的二氧化碳达5600 104t 全球气候变暖与此密切相关 每天有5 5x104hm2森林被毁 161km2土地荒漠化 全球每年的土壤流失量达20 x109t 南极的臭氧空洞正以每年一个美国陆地面积大小的速度扩大 受臭氧空洞的影响 太阳紫外线辐射使人类皮肤癌的发病率不断上升 空气质量严重恶化 全球有1 25亿人口生活在污浊的空气中 有11000多个物种濒临灭绝 有800多个物种已经灭绝 如果不采取步骤扭转各类物种成员总数下降的局面 可
14、能还有约5000个物种面临灭绝之灾 能源与环境 能源对环境的污染主要表现在导致温家效应 酸雨 臭氧层破坏 热污染 放射性污染等 1 大气污染化石燃料的利用过程会产生CO SO2 NOX等有害气体 不仅能导致生态系统的破坏 还会直接损害人体健康 在很多国家和地区 因大气污染造成的直接和间接损失已经相当严重 能源与环境 2 酸雨天然降水的pH为6 55 一般将pH小于5 6的降雨称为酸雨 可能引起雨水酸化的主要物质是SO2和NOx 它们形成的酸雨占总酸雨量的90 以上 而上述两类物质的90 以上都是燃烧化石燃料造成的 酸雨危害农作物和森林生态系统 破坏水生生态系统 腐蚀材料 造成重大经济损失 酸雨
15、还导致地区气候改变 能源与环境 3 温室效应大部分太阳短波辐射可以通过大气层到达地面 使地球表面温度升高 与此同时 由于二氧化碳等气体强烈地吸收地面的长波辐射 使散失到宇宙空间的热量减少 于是地面吸收的热量多 散失的热量少 导致地球温度升高 这就是所谓的 温室效应 大气中CO2的浓度增加 地表平均温度将上升 尤其在极地 结果可能导致海平面上升 现在全球平均温度与100年相比 提高了0 61 当CO2等含量增加为目前2倍时 地面温度上升1 5 4 5 能源与环境 4 其它影响若再考虑能源开采 运输和加工过程中的不良影响 则造成损失将更为严重 如煤炭开采会有人员伤亡和土地塌陷 核能的利用虽然不会产
16、生上述污染物 但存在核废料问题 世界范围内的核能利用 将产生成千上万吨的核废料 如果不能妥善处理 放射性的危害或风险将持续几百年 能源与环境 如何协调能源与环境问题 联合国世界环境与发展委员会完成调查报告 我们共同的未来 提出了可持续发展概念 可持续发展就是 满足当代人的需求 又不损害子孙后代满足其需求能力的发展 可持续发展满足两条件 使能源与社会可持续发展相适应的可持续供给 并解决能源消费中的环境污染问题 这一概念及其构想在1992年联合国环境与发展大会上得到世界一百多个国家的认同 可持续发展问题早已成为世界各国政府 学者和公众关注的热点 可持续发展 大力开发新能源 可再生能源以及清洁能源 节能 采用技术上可行 经济上合理以及环境和社会可以接受的措施 减少能源的损失和浪费 以提高能源利用率和能源利用的经济效益 节能与煤炭 石油及天然气 水能和核能相提并论 称为 第五能源 可持续发展 如何可持续发展 国外新能源发展战略 美国2007年 布什总统签署新的能源法案 资助可再生能源的研究和开发 2009年 奥巴马政府提出能源新政 大力发展清洁能源 每年拨款150亿美元 鼓励可再生能源利用 欧
