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1、火电站发展概况,能源与大气污染控制技术 上海电力学院能环学院 孙坚荣,本课程属于专业基础选修课 共17学时（包括考核时间） 授课方式：多媒体 主要参考书： 洁净煤发电技术 阎维平 中国电力出版社 大气污染控制技术吴忠标 化工出版社 燃烧与污染控制 庄永茂 同济大学出版社,第一章 能源与能源利用现状,一 概述 人类面临的五大问题 (1) 人口 爆炸 计划生育与优生优育 (2) 能源 短缺 节能与开发新能源 (3) 环境 恶化 改善与保护生态环境 (4) 粮食 饥饿 提高有限耕地生长率 (5) 资源 匮乏 人工合成新材料 能源问题是全世界关注的重大问题，从20世纪70年代起， 就被列入世界5大问题
2、之一。,中心环节 清洁高效利用有限的资源是解决人类面临的五大问题的中心环节 能源结构 可再生能源 一次能源 不可再生能源 二次能源,二.能源的概念 能源：为人类的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源，是国民经济的重要物质基础。能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。 1.一次能源和二次能源 自然界中本来就有的各种形式的能源称为一次能源。一次能源可按其来源的不同划分为三类： 来自地球以外的 其主要形式是太阳能。 来自地球内部的 例如原子核能、地热能等 地球与其他天体相互作用的 例如潮汐能等,凡由一次能源经过转化或加工制造而产生的能源称为二次能源，如电力、氢能、石油
3、制品、煤制气、煤液化油、蒸汽和压缩空气等。但水力发电虽是由水的落差转换而来，一般均作为一次能源。 2. 可再生能源和非再生能源 人们对一次能源又进一步加以分类。凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为可再生能源，反之称为非再生能源。 风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源； 煤、石油和天然气等是非再生能源。 地热能基本上是非再生能源，但从地球内部巨大 的蕴藏量来看，又具有再生的性质。,核能的新发展将使核燃料循环而具有增殖的性质。核聚变的能比核裂变的能可高出 510倍，核聚变最合适的燃料重氢（氘）又大量地存在于海水中，可谓“取之不尽，用之不竭”。核能是未来能源系统
4、的支柱之一。,3. 常规能源和新能源 在现有经济和技术条件下,已经大规模生产和广泛使用的能源称为常规能源。如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能等 。 在新技术基础上系统开发利用的能源称为新能源,如太能、 海洋能、地热能 、生物质能等等.新能源大部分是天然和可再生的，是未来世界持久能源系统的基础。 由于新能源的能量密度较小，或品位较低，或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段，只能因地制宜地开发和利用; 但新能源大多数是再生能源，资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。,4.商品能源和非商品能源 凡进入能源市场作为商品销售的能源均为商品能源。国际上的统计数字均限于
5、商品能源。目前主要有煤炭、石油天然气 水电和核电五种.非商品能源主要指薪柴和农作物残余（秸秆等）。 5.能量转化 各种能源形式可以互相转化，在一次能源中，风、水、洋流和波浪等是以机械能(动能和位能)的形式提供的，可以利用各种风力机械（如风力机）和水力机械（如水轮机）转换为动力或电力。煤、石油和天然气等常规能源一般是通过燃烧将燃烧化学能转化为热能。,能量的转换与利用,能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。,氢、酒精等二次能源,电 能,机械能,辐射能,热 能,风能、水能、海洋能,机械能,煤、石油、天然气,热 能,核 能,太阳能,生物质能,90,热能可以直接利用，但大量的是将热能通过各种类型
6、的热力机械（如内燃机、汽轮机和燃气轮机等）转换为动力，带动各类机械和交通运输工具工作；或是带动发电机送出电力，满足人们生活和工农业生产的需要。发电和交通运输需要的能源占能量总消费量的很大比例。 据预测，20世纪末仅发电一项的能源需要量将大于一次能源开发量的40。一次能源中转化为电力部分的比例越大，表明电气化程度越高，生产力越先进，生活水平越高。,三.能源的利用现状 1. 世界能源的利用现状 随着世界经济规模的不断增大，世界能源消费量持续增长。1990年世界国内生产总值为26.5万亿美元（按1995年不变价格计算），2000年达到34.3万亿美元，年均增长2.7。根据2004年BP能源统计，19
7、73年世界一次能源消费量仅为57.3亿吨油当量，2003年已达到97.4亿吨油当量。过去30年来，世界能源消费量年均增长率为1.8左右。 自19世纪70年代的产业革命以来，化石燃料的消费量急剧增长。初期主要是以煤炭为主，进入20世纪以后，特别是第二次世界大战以来，石油和天然气的生产与消费持续上升，石油于20世纪60年代首次超过煤炭，跃居一次能源的主导地位。,虽然20世纪70年代世界经历了两次石油危机，但世界石油消费量却没有丝毫减少的趋势。此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气的比例上升。同时，核能、风能、水力、地热等其他形式的新能源逐渐被开发和利用，形成了目前以化石燃料为主和可再生能源、新能
8、源并存的能源结构格局。到2003年底，化石能源仍是世界的主要能源， 在世界一次能源供应中约占87.7，其中，石油占37.3、煤炭占26.5、天然气占23.9。非化石能源和可再生能源虽然增长很快，但仍保持较低的比例，约为12.3。,在亚太地区，中国、印度等国家煤炭资源丰富，煤炭在能源消费结构中所占比例相对较高，其中中国能源结构中煤炭所占比例高达68左右，故在亚太地区的能源结构中，石油和天然气的比例偏低（约为47），明显低于世界平均水平。除亚太地区以外，其他地区石油、天然气所占比例均高于60。 如下表所示 2. 我国能源的利用现状 中国是一个能源资源比较丰富的国家。煤的探明储量达6000亿吨以上，
9、居世界第三位；水力资源理论蕴藏量为 6.8亿千瓦，居世界第一位；石油和天然气的理论储量也比较丰富。但由于中国人口众多，平均每人每年的能源消费量仍处于较低水平。,中国可持续发展面临的五大能源挑战,能源需求总量巨大且快速增长，供应能力日趋紧张,油、气燃料短缺，高度依赖进口，能源安全堪忧,煤炭利用导致环境污染严重,农村和小城镇急需大量清洁、便利的能源服务,温室气体排放量巨大而且迅速增加,从上表中可以看出，我国原煤的生产消费在总量中所占的比重大约是70%，石油大约是20%，天然气大约是2.3%，水电大约是6.5%。而上述种类能源的世界平均水平分别是：26.7%，41%，23.8%，8.5%。也就是说，
10、我国的煤炭的生产及消费是世界平均水平的约2.6倍，石油不足世界平均水平的50%，天然气更是不足世界平均水平的10%。一次电力略低于世界平均水平。通过以上分析，我们可以清楚地看出我国优质能源在能源总量中所占的比例是非常低的。,作为世界上最大的发展中国家，我国目前能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第3位；基本能源消费占世界总消费量的10.4%，仅次于美国，居世界第2位，可见我国已经成为一个能源生产和消费大国。 但在我国的能源发展过程中却存在着两个十分严重的问题：一是优质能源比例很低；二是人均能源资源占有量低。我国总的能源状况是富煤、缺油、少气，这导致了我国的能源生产和能源消费的结构不合理，一定程
11、度上制约了我国经济的总体发展。 到2050年, 我国要达到中等发达国家水平,则: 我国人口 1516亿 消耗3032亿吨标准煤 更大的环境压力 人均能耗 2吨标准煤,我国是世界第一人口大国，人口数量占世界总人口的20%，这就导致了我国人均占有资源量少，能源资源相对匮乏，即使是资源最丰富的煤炭，人均资源量也只有世界平均值的42.5，人均石油资源为世界平均值的17.1，人均天然气资源为世界平均值的13.2，人均能源资源占有量还不到世界平均水平的一半。 目前，我国年人均能源消耗是1000 kg标准煤，而世界平均水平为20003000 kg，英、法、德等发达国家是50006000 kg，美国则高达11
12、000 kg。有专家预测,在20302050年期间，我国年人均能源消耗最多可能达到目前世界的平均水平，届时能源总消耗量也将高达40亿 t 标煤以上，消费和生产之间的缺口粗略估算可达到消费总量的50%。从这个角度来看，我国的能源资源严重短缺。,我国能源利用的现状及主要问题：,正常情况下，每个国家能源消费总量及增长速度与其国民经济总产值及增长速度成正比，而能源的人均消费量的多少则反映国民生活水平的高低。,1）人均储备量少，远低于世界平均水平：,原煤：95 吨/人（世界人均 209 吨/人）；,原油：3 吨/人（世界人均 28 吨/人）；,天然气：1416 m3/人（世界人均 28400 m3/人）
13、。,2）能源开发利用设备和技术落后，能源利用效率低，浪费严重,我国能源的终端利用效率为3233；,发达国家能源的终端利用效率大于42。,我国每万元国民经济产值（GDP）的能耗是日本的6倍，是美国的3倍，是韩国的4.5倍。,我国单位产品的能耗平均比发达国家要高40左右。,中国与日本工业能耗比较,中国发电的平均耗煤量,g / kW. h,3）环境污染严重,工业的发展带来了严重的环境污染，据调查，,我国有57%的城市空气中总悬浮颗粒超标；,有48个大中城市空气中的SO2浓度超标；,有82%城市出现过酸雨；,我国的CO2排放量仅次于美国，居世界第二，占世界总排放量的13.6 %。,据世界银行报导，我国
14、城市空气污染对人体健康和生产造成的损失估计每年200亿美元；酸雨使农作物减产每年损失达50亿美元。,四 煤炭消耗对环境产生的污染 我国能源利用以煤为主，已探明的煤炭储量占世界储量的11,居世界第3位。2000年原煤产量达到9.98亿t，居世界第1位。每产生一单位能量，煤炭所释放出的二氧化碳比石油多29，比天然气多80。我国由于燃煤造成的二氧化硫及总悬浮颗粒物的排放量分别约占85%和70%。大量的煤炭开发利用导致严重的大气污染。我国二氧化硫的排放量居世界第1位，酸雨的覆盖面积已达国土面积的40%；二氧化碳的排放量仅次于美国，占世界第2位。据粗略统计，二氧化硫等大气污染造成的经济损失总量已达到GD
15、P的2%以上。,我国的环境污染问题已经受到了国际社会的高度关注，由于煤炭所造成的环境污染已经影响到了我国国民经济的可持续发展。适当降低煤炭在能源消费中的比重，减少由于煤炭所造成的污染，已经成为我国发展经济和保护环境的迫切要求。但是我国以煤为主的能源消费结构是由自然资源条件决定的，在中国的能源资源中，煤炭占绝对的优势，达到常规能源资源总量的85，我国以煤炭为主的能源格局是难以在短时期内彻底改变的。 燃煤电厂生产对环境产生的污染 燃煤电厂是煤炭的主要用户，由于电能在使用上有比其它能源有无可比拟的优越性，以及从节能的观点出发，应从能源发展战略上考虑将供各种工业和生活锅炉及民用所消耗的煤转化为电能，逐
16、步达到先进产煤国家80%的煤用于发电的水平。,据统计，1991年全国SO2排放量1622万t，燃煤电厂排放460万t，占排放总量的28.4%。1995年全国SO2排放量达到2370万t，燃煤电厂排放的SO2约占排放总量的30%。2000年，预计燃煤电厂煤消费量为5.4亿t，预测排放SO2量为1100万t，全国预测SO2排放总量为2163万t，燃煤电厂排放SO2占总排放量的50.86%。 在我国的能源消耗结构中，煤炭是第一能源占70以 上。燃煤比燃油造成的环境负荷要大得多。因为煤的发热量低， 灰分含量高，含硫量虽然可能比重油低，但为获得同样的热量所耗煤量要大得多，所以产生的SO2反而可能更多。煤的含氮量约比重油高五倍，因而NO的生成量也高于重油。此外，煤炭燃烧还会带来汞、砷等微量重金属传染，氟、氯等
