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1、西安交通大学热能工程系西安交通大学热能工程系内容提要第0章 绪论第1章 能源概论第2章 可持续发展第3章 能源与经济发展第4章 能源与社会进步第5章 能源与环境第6章 能源安全第7章 建立一个可持续的能源系统第8章 实现可持续发展的能源政策第第1 1章章 能源概论能源概论1.1 能源概念1.2 能源计量1.3 能源历史1.4 世界能源1.5 中国能源1.6 世界电力1.7 中国电力1.8 中国能源现状与展望1.能源概论 1.1 能源概念 l.1.1 能源的定义(1)物理学观点，能量可以简单地定义为做功的本领。(2)广义而言，任何物质都可以转化为能量，但是转化的数量及转化的难易程度是不同的。(3
2、)能源的定义可描述为：比较集中而又较易转化的含能 物质称为能源。可以直接或经转换提供人类所需的光 、热、动力等任何形式能量的载能体资源。 1.1.能源概论能源概论 1.1 1.1 能源概念能源概念 1.1.2 1.1.2 能源的分类能源的分类(1)根据能量蕴藏方式的不同，可将能源分为三大类： 1) 第一类能源是来自地球以外的太阳能。例如目前使用最多的煤、石油、天然气等化石资源，生物质能、流水能、风能、海洋能、雷电等2) 第二类能源是地球自身蕴藏的能量。地热能资源以及原子能燃料。 3) 第三类能源是地球和其他天体引力相互作用而形成的。主要指地球和太阳、月球等天体间有规律运动而形成的潮汐能。 (2
3、)能源还可按相对比较的方法来分类。1)一次能源与二次能源：在自然界中天然存在的，可直接取得而又不改变其基本形态的能源，称之为一次能源，由一次能源经过加工转换成另一种形态的能源产品叫做二次能源2)可再生能源与非再生能源：在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源，称之可再生能源。经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，称之为非再生能源。3)常规能源与新能源：常规能源与新能源是相对而言的，现在的常规能源过去也曾是新能源，今天的新能源将来又成为常规能源。 4)燃料能源与非燃料能源：属于燃料能源的有矿物燃料，生物燃料，化工燃料，核燃料共四类。非燃料能源多数具有机械能，有的含有热能，如地热能、海洋热
4、能等；有的含有光能等。第第1 1章章 能源概论能源概论1.1 能源概念1.2 能源计量1.3 能源历史1.4 世界能源1.5 中国能源1.6 世界电力1.7 中国电力1.8 中国能源现状与展望1.能源概论1.2 能源计量1.2.1 热量计量(MJ/kg，MJ/m3)(1)煤/油/气发热量（发热值）= 1煤/油或1m3天然气完全燃烧放出的热量 (2)煤/油/气低位发热量（低热值）=煤/油/气发热量自身水分及燃烧生成水分吸收的热量 1.2.2 质量计量(1)1吨标(准)煤(或吨煤当量)是指发热量为29.3x103 MJ (约7000x103kcal)的煤(tce) (2)1吨标(准)油(或吨油当量
5、)是指发热量为41.87x103 MJ (约10000x103kcal)的油油(toe)(toe) 1.2.3 体积计量(1)容积计量 常用桶作为石油的计量单位1桶 = 42美加仑159升=0.159m3=35英加仑 (2)20下的石油(原油)密度为8001000kg/m31.2 能源计量 1.2.4 能源弹性系数能源消费年增长率（%） 能源弹性系数( E ) = 国民经济年增长率（%） E1.0，耗能增长经济增长(发展中国家发展中国家)E1.0，耗能增长经济增长(工业化国家工业化国家)1.2.5 能源利用效率有效利用能源 能源利用效率 = 100%提供的总能量损失的能量=(1- )100%提
6、供的总能量第第1 1章章 能源概论能源概论1.1 能源概念1.2 能源计量1.3 能源历史1.4 世界能源1.5 中国能源1.6 世界电力1.7 中国电力1.8 中国能源现状与展望(1)自然界中的风雷闪电，在令原始人感到震惊的同时，也给远古人类带来了神奇的自然火。(2)世界上最早用火的遗址发现在中国。大约在距今2050万年前，北京人学会了使用自然火，如雷电之火，山火等，并保存了火种，但北京人还不会人工取火。(3)中国传说中三皇五帝之一的燧人氏教会人们人工取火钻木取火，生活在云南的苦聪人至今还保存着这种古老的人工取火方法，人类结束了茹毛饮血的原始生活。(4)原始人人工取火的方法，是人类在制造工具
7、过程中发明的。当人们制造石器的时候，两块燧石相撞，会崩发出火星。除了用石头碰撞取火以外，人类还发明了摩擦取火、钻木取火等多种方法。 1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.1 火的使用 (1) 人类利用能源的历史悠久，火使用的同时引领远古人类学会利用第一种自然能源柴薪的生物质燃料时代。(2) 从远古人类开始利用生物质能源，经历了漫长的岁月，直到18世纪煤炭的大规模利用。 (3) 直到目前，世界上50以上的人口的生活能源还是沿用柴薪、秸秆等生物质能源，占世界总能源消费的6。(4) 近几年，伴随能源短缺和环境劣化等问题出现，人类又开始审视生物质能源，将来又会成为能源的重要补充。1.能源概论 1.3
8、 能源历史 1.3.2 柴薪能源时代 (1)煤炭特性煤炭是埋在地壳中亿万年以上的树木和植物，由于地壳变动等原因，经受一定的压力和温度作用而形成的含碳量很高的可燃物质，又称作原煤。由于各种煤的形成年代不同，炭化程度深浅不同，可将其分类为无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤等几种类型，并以其挥发物含量和焦结性为主要依据。煤炭既是重要的燃料，又是珍贵的化工原料。1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.3 煤炭时代 (1)煤炭特性20世纪以来，煤炭主要用于电力生产和在钢铁工业中炼焦，电 力工业多用劣质煤(灰分大于30)；蒸汽机车用煤则要求质量 较高，灰分低于25，挥发分含量要求大于25，易燃并具有 较长的火焰。
9、在煤矿的附近建设的“坑口发电站”，使用了大量的劣质煤来做燃料，直接转化成电能向各地输送。根据成煤条件，地球上的煤炭资源主要分部在北半球，集中在 北美、中国、前苏联，约占世界总蕴藏量的80以上。世界95 的煤炭储量分布在北半球，南半球仅在南非、澳大利亚和博 茨瓦纳等国有较大储量。中国煤炭资源总储量居世界第三位.1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.3 煤炭时代 (2)煤炭发展历史1)人类发现煤炭的历史悠久，但成为世界主要能源，却经历了漫长岁 月，人类真正进人煤炭时代则是在18世纪。在欧洲，当时英国煤产 量遥遥领先，是整个欧洲大陆的34倍。煤炭推动了工业革命进程 。在长达两个世纪的第一次工业革命
10、时期，煤炭一直是能源之王。2)北魏郦道元(466529)在水经注河水篇中记载了在今新疆库车 一带利用煤炭炼铁的事实，至唐代渐盛，到宋代，煤炭开采已形成 完整技术。3)煤炭代替生物质能源，不仅可以大幅度提高生铁产量，还可以将生 铁炼成熟铁。以机器劳动代替手工劳动，以煤炭为燃料的蒸汽机成 为工业革命的主角和标志。4)煤炭代替生物质能源，完成了人类历史上的第一次能源结构大转变 ，整个世界为之焕然一新。1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.3 煤炭时代 (2)煤炭发展历史 5)煤炭的开发和使用是工业革命的基础和先导，由此产生了采矿、钢 铁、交通运输和纺织等新兴工业部门。1850年，英国完成工业革命，
11、世界第一个工业化国家。煤产量，1770年620万吨，1871年1.2亿吨1800年，英国有500台蒸汽机；1856年，英国已有30万台蒸汽机铁产量，1740年1.7万吨，1880年775万吨1850年，英国生产全世界所用煤炭的2/31850年，英国生产全世界所用钢铁的1/21876年，占有2250万平方公里的殖民地1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.3 煤炭时代 (1)石油特性1)目前大部分的科学家都认同的一个理论是：石油是由沉积岩中的有 机物质变成的。人们还发现了现代的海底、湖底的近代沉积物中的 有机物，正在向石油慢慢的变化。 2)石油是一种黏稠的液体，颜色深。直接开采出来的未经加工的石
12、油 称为“原油”，由于所含的胶质和沥青的比例不同，石油的颜色也不 同。3)石油中含有石蜡，石蜡含量的高低决定了石油的黏稠度的大小。另 外，含硫量也是评价原油的标准，含硫对石油加工和产品性质的影 响很大。1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.4 石油时代 (1)石油特性4)石油和煤的对比：石油同煤相比有很多的优点：首先，它释放的热量比煤大的多。就发热而言，石油大约是煤的2 3倍。千克标准煤，kgce；克标准煤，gce；吨标准煤，tce。每千克原煤燃烧释放的热量为20900kJ(5000kCal)，而每公斤的石油燃烧释放的热量为10000多kCal。）其次，石油使用方便，它易燃又不留灰烬，是较理
13、想的清洁燃料。1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.4 石油时代 (2)石油的发展历史1)石油古时便有，中国人工开采石油，始于明朝。2)美国人于1859年在宾夕法尼亚州打出了西方第一口石油井。后者 被作为现代石油业的起点载入了史册。3)世界石油的开采量在1860年只有6.7万吨，到1918年猛增到5,000 万吨。4)石油的大规模开发利用的重大意义，首先在于它为内燃机的发展 提供了条件。1886年德国的戴姆勒(Gottlieb Wilhelm Daimler， 18341900)制成了第一台使用液体石油内燃机，从此石油开采和 内燃机互为需求，形成了世界能源革命的第二个高潮。5)石油代替煤炭，
14、世界发生第二次能源结构转变。1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.4 石油时代 1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.5 天然气时代 (1)天然气特性 1)天然气是地下岩层中以碳氢化合物为主要成分的气体混合物的总称。2)燃烧时有很高的发热值，对环境的污染也较小，还是一种重要的化工原料。 3)天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烃类组成，其中甲烷占8090。1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.5 天然气时代 (1)天然气特性 4）天然气有三种不同类型：伴生气。由原油中的挥发性组分所组成。约有40的天然气与石油一起伴生，称油气田。它溶解在石油中或是形成石油构造中的气帽，并 对石油储藏提供气
15、压。非伴生气。与液体油的积聚无关，可能是一些植物体的衍生物。60的天然气为非伴生气，即气田气，它埋藏更深。很多来源于煤系地层的天然气称为煤成气，它可能附于煤层中或另外聚集。1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.5 天然气时代 (1)天然气特性 5）天然气的勘探、开采的采率较高，可达6095。但长距离管道输送投资很大。6）天然气中主要的有害杂质是CO2、H2O、H2S和其他含硫化合物。因此天然气在使用前也需净化，即脱硫、脱水、脱二氧化碳、脱杂质等。7）液化天然气，液化后的天然气体积仅为原来体积的1600。因此可以用冷藏油轮运输，运到使用地后再予以气化。(2)天然气发展历史(1)20世纪，石油在天然气的协助下，把煤炭从能源之王的宝座上拉了下来。发达的资本主义国家纷纷削减煤炭的用量，而大量的使 用石油。石油已经成为所有工业化国家的经济生命线，操纵着经 济的每个方面。(2)中国最早开发和利用天然气，早在公元前221年，四川自流井气田 就钻成100米深的天然气井。(3)和煤炭、石油相比，天然气是最洁净的化石能源，过去的150年， 能源系统正完成由固态能源液态能源气态能源的过渡。1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.5 天然气时代 1.能源概论 1.3 能源历史 1.3.5 天然气时代 1.
