能源环境工程课件

《能源环境工程课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《能源环境工程课件（189页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、能源与环境工程,舒新前 中国矿业大学（北京） 清洁能源与环境工程研究所 电话/传真：+86-10-62331853 E-mail： 2011.10,内容,1能源与环境工程概论 2能源利用技术 3能源利用与污染防治技术 4洁净能源技术 5低碳能源与低碳经济,第一章 能源与环境工程概论,1-1 能源基础知识 1-2 我国能源构成和分布状况 1-3 能源开发和利用引起的环境问题 1-4 能源环境工程的研究内容,1.1.能源基础知识,大英百科全书认为：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”； 日本大百科全书认为：“在各种生产活动中，我们利用

2、热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源”； 我国的能源百科全书说：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。”可见，能源是一种呈多种形式的，且可以相互转换的能量的源泉。确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。,1.1.1.能源的基本概念,科学技术百科全书说：“能源是可从其获得热、 光和动力之类能量的资源”； 确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提 供某种形式能量的物质资源。 能源亦称能量资源或能源资源。是指可产生各 种能量（如热能、电能、光能和机械能等）或可作 功的物质的统称。是指

3、能够直接取得或者通过加工、 转换而取得有用能的各种资源，包括煤炭、原油、天 然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、 生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能 源，以及其他新能源和可再生能源.,能量形式: 机械能(风能、水能等)、电磁能、 热能、化学能、原子能、光能。,1.1.2.能源的分类,（1）按来源将能源分为三类: 地内能源、地外能源以及相互作用能源。,来自地球以外天体的能量（包括直接的太阳辐射能 外，还包括间接来自太阳能能源，如化石能源、生物 能、水能、风能、海洋能和及少量宇宙辐射能等）；,地球的本身蕴藏的能量资源（如地热能等）； 地球与其他天体相互作用产生的能量（主要指

4、潮 汐能等)。 按形成条件不同，把能源分为两类 一次能源，指天然存在、可直接利用的（如原煤、 原油、天然气、水力、太阳能等）； 二次能源，在一次能源基础上加工而成的（电力、 热能、柴油、汽油、煤气、焦炭沼气、氢气等）。,能源基础知识, 按能否反复利用，可把能源分为两类,可再生能源（如太阳能、水能、海洋能、风能 等）； 非可再生能源（煤炭、石油、天然气、核燃料 等）。 按开发使用程度不同，把能源分为两类 常规能源，指已被广泛利用的能源，如煤、石 油、水力、电能。 新能源，指未被广泛利用、正在研究开发、有 待推广应用的能源，如原子能、太阳能(对发展中 国家而言)、雷电能、宇宙射线能、火山能、地震

5、能等。,（5）按能源性质分 有燃料型能源（煤炭、石油、天然气、泥炭、 木材）和非燃料型能源（水能、风能、地热能、海洋 能）。人类利用自己体力外的能源是从用火开始的， 最早的燃料是木材，以后用各种化石燃料，如煤炭、 石油、天然气、泥炭等。现正研究利用太阳能、地热 能、风能、潮汐能等新能源。当前化石燃料消耗量很 大，但地球上这些燃料的储量有限。未来铀和钍将提 供世界所需的大部分能量。一旦控制核聚变的技术问 题得到解决，人类实际上将获得无尽的能源。 （6）根据使用过程中能否造成污染分 根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型 能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等， 清洁型能源包括水力、电力

6、、太阳能、风能及核能。,(7)商品能源和非商品能源 凡进入能源市场作为商品销售的如煤、石油、 天然气和电等均为商品能源。国际上的统计数字均 限于商品能源。非商品能源主要指薪柴和农作物残 余（秸秆等）。1975年，世界上的非商品能源约为 0.6太瓦年，相当于6亿吨标准煤。据估计，中国 1979年的非商品能源约合2.9亿吨标准煤。 (8)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 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，

7、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）大量 地存在于海水中，可谓“取之不尽，用之不竭”。核 能是未来能源系统的支柱之一。 随着全球各国经济发展对能源需求的日益增加， 现在许多发达国家都更加重视对可再生能源、环保能 源以及新型能源的开发与研究；同时我们也相信随着 人类科学技术的不断进步，专家们会不断开发研究出 更多新能源来替代现有能源，以满足全球经济发展与 人类生存对能源的高度需求，而且我们能够预计地球 上还有很多尚未被人类发现的新能源正等待我们去探 寻与研究。,1.2

8、.世界能源赋存与分布特征,非可再生能源: 石油、天然气、煤炭和裂变核燃料约占能源总消费量的90%左右；再生能源: 水力、植物燃料等只占10%左右。,1.2.1.全球能源资源与分布,在可再生能源中， 太阳能占99%、水能、风能、地热能、生物能不到1%。,在非可再生能源中，利用海水中的氘资源产生的人造太阳能(聚变核能)几乎占100%，煤炭、石油、天然气、裂变核燃料加起来也不足千万分之一。所以，人类使用的能源归根到底要依靠太阳能，太阳能是人类永恒发展的能源保证。,能源基础知识,世界能源储量分布与利用,能源基础知识,世界非再生能源储量分布: 中东地区: 石油储量最多, 占56.8%； 欧洲: 天然气和

9、煤炭储量最多, 各占54.6%和45% 亚洲、大洋洲: 煤炭各占18%，石油、天然气只占5%,能源基础知识,1.2.2.我国能源资源分布和禀赋特征 水力资源均居世界第一位； 煤炭资源居世界第三位； 石油资源居世界第十一位； 天然气资源居世界第十四位； 太阳能资源居世界第二位； 潮汐、地热、风力和核燃料资源都很丰富。 我国煤炭储量居世界第3位，人均为世界平均水平的50%； 我国石油储量居世界第6位，人均为世界平均水平的17%；人均石油产量与消费量占世界平均水平的21%22%； 我国天然气储量居世界第16位，人均为世界平均水平的10%。,我国能源资源地区分布不均衡 煤炭，主要集中在华北和西北； 石

10、油、天然气，主要分布在黑龙江、辽宁、河北、河南、山东、四川、甘肃和新疆等省区内可开发水力资源有，主要集中在西南太阳能和风能资源丰富，有很大利用潜力。,表 我国查明煤炭储量以及石油和天然气剩余储量,表 我国煤炭查明资源储量、石油天然气探明地质储量,备注：石油采收率28.04%、天然气采收率60.70%；kg煤炭=0.7413kg 标准煤，Kg石油=1.4268kg标准煤，m3天然气=1.3300kg标准煤,我国一次能源消费情况及构成表,目前我国人年均能源消耗是1000公斤标准煤， 美国是11000公斤，英、德、法等国家为50006000 公斤； 2030年以后，我国人年均能源消耗是2000300

11、0 公斤标准煤，人口达15亿以上。 从1996年开始，我国由原油出口国变成原油进口 国；2000年我国进口石油占消耗量的20%，2010年 将达到40%以上； 美日等发达国家都建立了战略石油储备制度，可 提供36个月的石油供应；我国没有战略石油储备。 解决我国及世界能源危机的途径： 一是节约使用能源； 二是加强新能源技术的研究、开发和利用，不断 扩大利用新能源的比重。,表3 我国一次能源消费情况及构成表,1.2.2.我国一次能源构成,图1 2006年我国一次能源消费构成,图2 2006年世界一次能源消费构成,1.3.能源危机,目前在世界初级能源的产量和消费中，居第 一位的是石油，其次是煤炭、天

12、然气。 石油、煤炭、天然气等常规化石能源的储量 日益减少，在可预见的不长时间内将被消耗殆尽 全球面临着严重的能源危机。如果新的替代能源没 有届时被发现，人类的生存面临严重挑战。,（1）石油 石油的开采历史已超过140年； 目前全球每天消耗石油量达7700万桶，且以每 年12%的速度增加； 目前世界石油总储量为30008000亿吨，可开 采40100年（乐观的估计）。 （2）煤炭 按每年开采煤炭35亿吨、全球可供开采的煤炭 储量为700017000亿吨，那么全球煤炭资源可以 开采的年限为200500年。,（3）天然气 乐观的估计，目前全世界可开采的天然气总储 量为280亿立方米；能满足170年的

13、需求。 大国能源竞争的背后 能源是国民经济的命脉，是影响各国领导人战 略决策的重要因素，是许多国家制定全球战略的首 要问题。 近20年来，世界上发生的许多危机、冲突都是围 绕争夺能源引发的（如两伊战争，前苏联出兵阿富 汗，海湾战争，科索沃战争，美国推翻塔利班，伊 拉克战争等）。 美国、俄罗斯、日本、欧盟、中国等许多国家 针对中东、里海等石油资源展开了激烈的较量和错 综复杂的斗争。,能源基础知识,1.4.我国能源分布情况 水力资源均居世界第一位； 煤炭资源居世界第三位； 石油资源居世界第十一位； 天然气资源居世界第十四位； 太阳能资源居世界第二位； 潮汐、地热、风力和核燃料资源都很丰富。 我国煤

14、炭储量居世界第3位，人均为世界平均水平的50%； 我国石油储量居世界第6位，人均为世界平均水平的17%；人均石油产量与消费量占世界平均水平的21%22%； 我国天然气储量居世界第16位，人均为世界平均水平的10%。,我国能源资源地区分布不均衡 煤炭，主要集中在华北和西北； 石油、天然气，主要分布在黑龙江、辽宁、河北、河南、山东、四川、甘肃和新疆等省区内可开发水力资源有，主要集中在西南太阳能和风能资源丰富，有很大利用潜力。,我国查明煤炭储量以及石油和天然气剩余储量,我国煤炭查明资源储量、石油天然气探明地质储量,备注：石油采收率28.04%、天然气采收率60.70%；kg煤炭=0.7413kg 标

15、准煤，Kg石油=1.4268kg标准煤，m3天然气=1.3300kg标准煤,我国一次能源消费情况及构成表,目前我国人年均能源消耗是1000公斤标准煤， 美国是11000公斤，英、德、法等国家为50006000 公斤； 2030年以后，我国人年均能源消耗是20003000 公斤标准煤，人口达15亿以上。 从1996年开始，我国由原油出口国变成原油进口 国；2000年我国进口石油占消耗量的20%，2010年 将达到40%以上； 美日等发达国家都建立了战略石油储备制度，可 提供36个月的石油供应；我国没有战略石油储备。 解决我国及世界能源危机的途径： 一是节约使用能源； 二是加强新能源技术的研究、开

16、发和利用，不断 扩大利用新能源的比重。,天然气,天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包 括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈中各种自然过程 形成的气体。而人们长期以来通用的“天然气”的 定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴 藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要成 分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、 丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和 水气及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况 下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。 天然气主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥 火山气和生物生成气中，也有少量出于煤层。天然气 又可分为伴生气和非伴生气两种。伴随原油共生，与 原油同时被采出的油田气叫伴生气；非伴生气包括纯,气田天然气和凝析气田天然气两种，在地层中都 以气态存在。凝析气田天然气从地层流出井口后， 随着压力和温度的下降，分离为气液两相，气相是 凝析气田天然气，液相是凝析液，叫凝析油。 与煤炭、石油等能源相比，天