新能源與可再生能源技術(shù)概述

新能源及開發(fā)利用技術(shù)第一章能源價值及新能源概述

一、能源開發(fā)利用的意義

1、什么是能源？

能量：作功的能力。能源：比較集中、而又較易轉(zhuǎn)化的含能物質(zhì)，或定義為比較集中的含能體，可以直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換，為人類提供光、熱、動力等形式的能量的載能體資源。一定的社會發(fā)展階段，人們對物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識及掌握的能量轉(zhuǎn)換方法不同，能源的定義范疇是不同的。

能源的幾個時代：第一代能源：柴薪；第二代能源：煤炭；第三代能源石油；第四代能源：天然氣。

第五能源？天然氣水合物？氫能？

2、開發(fā)利用能源的意義

世界的構(gòu)成：物質(zhì)、能量和信息。

物質(zhì)：為構(gòu)成宇宙萬物的實(shí)物、場等客觀事物；是一種客觀存在。

能量：物理學(xué)概念是用以衡量所有物質(zhì)運(yùn)動規(guī)模的統(tǒng)一的客觀尺度。

注意區(qū)別廣義的能量，如政治能量。

信息：以適合于通信、存儲或處理的形式來表示的知識或消息。

能源是物質(zhì)世界發(fā)生變化的動力，是人類社會發(fā)展的主要推動力。沒有能源世界將變成靜止?fàn)顟B(tài)。二、能源分類

1、按來源分：地球外部與內(nèi)部能源1）地球外部天體，主要來自太陽。太陽直接輻射形成太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、波浪能等；儲存于地球的太陽能，如化石類能源（石油、天然氣、煤炭和天然氣水合物等）。2）來自于地球內(nèi)部，如地?zé)崮?、核燃料?）與其他球體相互作用形成的能量，如潮汐能。

2、按形態(tài)分：燃料型和非燃料型

燃料型如石油、天然氣、煤炭、生物質(zhì)等；

非燃料型：如水能、風(fēng)能等

3、按可否再生分：可再生能源與不可再生能源

1）可再生能源：在自然界中可以不斷產(chǎn)生，并有規(guī)律地得到補(bǔ)充的能源，如太陽能和由太陽能轉(zhuǎn)變而成的水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等，都可以循環(huán)再生，不會因長期使用而減少。

2）不可再生能源：經(jīng)過億萬年形成的、短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源，如化石類能源（煤炭、石油、天然氣）、核燃料等。

不可再生能源隨著大規(guī)模的開采，儲量將越來越少，總有枯竭之時。

4、按轉(zhuǎn)換層次分一次能源與二次能源1）一次能源：從自然界取得的未經(jīng)任何改變或轉(zhuǎn)換的能源,如原油、原煤、天然氣、生物質(zhì)能、水能、核燃料，以及太陽能、地?zé)崮堋⒊毕艿取?）二次能源：一次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換得到的能源,如煤氣、焦碳、汽油、煤油、電力、熱水、氫能等。

5、按對環(huán)境影響程度：清潔能源與非清潔能源

1）清潔能源：使用能源過程中不產(chǎn)生CO2、SO2等污染環(huán)境的能源，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、氫能等?）非清潔能源：如煤炭、石油、天然氣等。

6、按開發(fā)技術(shù)成熟度分為：常規(guī)能源與新能源

1）常規(guī)能源：在相當(dāng)長的歷史時期和一定的科學(xué)技術(shù)水平下被人類長期廣泛利用的能源，如煤炭、石油、天然氣、水力、電力等。

2）新能源（替代能源）：一些雖屬古老的能源，但只有采用先進(jìn)的方法才能加以利用，或采用新的科學(xué)技術(shù)手段才能開發(fā)利用的能源；或有些能源近期才被人們所重視而開發(fā)利用，而且目前在能源中使用的比例很小，但很有發(fā)展前景的能源。如太陽能、地?zé)崮?、潮汐能、氫能等。常?guī)能源與新能源是相對的。新能源與可再生能源定義：1978年第三十三屆聯(lián)大148號決議：太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、潮汐能、海水溫差能、波浪能、木材、木炭、泥炭、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、畜力、油頁巖、焦油砂及水能共14種定義為新能源和可再生能源。

1981年聯(lián)合國新能源與可再生能源會議后，各國共同的認(rèn)知是：除化石類能源（煤炭、石油、天然氣、天然氣水合物）和核能外，其他都可稱為新能源和可再生能源，主要是：太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽埽òǔ毕c波浪能）、生物質(zhì)能、氫能和水能。

新能源：指一些雖屬古老的能源，但需采用先進(jìn)方法和技術(shù)進(jìn)行開發(fā)利用、對環(huán)境和生態(tài)友好、可持續(xù)發(fā)展、資源豐富的能源。即：在新技術(shù)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地開發(fā)利用的可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、氫能等?/p>

我國定義的新能源：除常規(guī)化石類能源和大中型水力發(fā)電、核裂變發(fā)電之外，太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、潮汐能、生物質(zhì)能、小水電、天然氣水合物等。

核聚變能也作為新能源？

注意：新能源，可再生新能源，清潔新能源的區(qū)別。能源類別一二三四一次能源可再生能源太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、海洋能地?zé)崮艹毕懿豢稍偕茉疵禾俊⑹?、天然氣、油頁巖、天然氣水合物核能二次能源焦碳、煤氣、電力、蒸汽、沼氣、酒精、汽油、柴油、重油、液化氣、其它能源分類世界各類能源消費(fèi)比例新能源特點(diǎn)1)資源豐富，一般具備有可再生特性，可供人類永續(xù)利用。2)能量密度低，開發(fā)利用需要較大空間；

3)不含碳或含碳量很少，對環(huán)境影響小；4)分布廣，有利于小規(guī)模分散利用；5)間斷式供應(yīng)，波動性大，對連續(xù)供能不利；6)目前除水電外，可再生新能源的開發(fā)利用成本較化石能源高。1、能源計量：用某種常規(guī)能源的當(dāng)量發(fā)熱量表示。

1kg標(biāo)準(zhǔn)煤=29.3MJ=7000kcal（千卡）

1kg標(biāo)準(zhǔn)油=41.8MJ=10000kcal（千卡）

=1.429kg標(biāo)準(zhǔn)煤

1Nm3天然氣=39.0MJ=9310kcal(千卡）=1.33kg標(biāo)準(zhǔn)煤

1桶原油=158.98升（美制），1噸原油=7.3～7.4桶三、幾個基本概念：

2、能源彈性系數(shù)：

能源消費(fèi)量的增長率與經(jīng)濟(jì)總量增長率之比。能源與許多經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象存在著相互依存和制約的數(shù)量關(guān)系。能源彈性系數(shù)反映出能源的發(fā)展與社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展相互適應(yīng)的關(guān)系以及發(fā)展趨勢和規(guī)律。實(shí)際上反映了一個國家的經(jīng)濟(jì)增長方式。

四、世界能源生產(chǎn)與消費(fèi)現(xiàn)狀（BP-2011）

2010年世界一次能源消費(fèi)總量為120.024億噸油當(dāng)量（下同），與上年相比增長5.6%。其中：

石油：生產(chǎn)39.14億噸，增長2.2%；消費(fèi)40.28億噸，增長3.1%；占總消費(fèi)量的32.62%。

天然氣：生產(chǎn)28.81億噸，增長7.3%；消費(fèi)28.58億噸，增長7.4%；占總消費(fèi)量的24.01%。

煤炭：生產(chǎn)37.31億噸，增長6.3%；消費(fèi)35.56億噸，增長7.6%；占總消費(fèi)量的31.09%。

核電：消費(fèi)6.26億噸，增長2.6%；占總消費(fèi)量的5.21%。

水電：消費(fèi)7.76億噸，增長5.3%；占總消費(fèi)量的6.47%。

再生能源：消費(fèi)1.59億噸，增15.5%；占消費(fèi)總量1.32%。國家石油天然氣煤炭核能消費(fèi)水電消費(fèi)可再生能源占世界消費(fèi)比美國//占本國能源消費(fèi)比例3.39/8.55.57/6.215.52/5.251.920.5880.39122.85737.19%27.17%22.99%19%德國//占本國能源消費(fèi)比例0//1.150.09/0.730.44/0.760.0430.1863.19535.99%22.85%23.79%5.82%2.7%英國//占本國能源消費(fèi)比例0.63/0.740.51/0.840.11/0.310.0082.09135.39%40.17%14.83%1.7%俄羅斯//占本國能源消費(fèi)比例5.05/1.485.30/3.731.48/0.930.3850.3816.90921.42%53.99%13.46%5.8%日本//占本國能源消費(fèi)比例0//2.0160//0.850//1.240.6620.1930.0515.00940.25%16.97%24.76%4.2%印度//占本國能源消費(fèi)比例0.39/1.560.46/0.552.16/2.780.2525.24229.76%10.49%53.03%4.4中國//占本國能源消費(fèi)比例2.03/4.290.87/0.9818.0/17.20.1671.6310.12124.32217.64%4.03%70.72%0.687%6.71%0.5%20.3%世界消費(fèi)40.2828.5835.566.2627.7561.586120.024比例33.56%23.82%29.63%5.22%6.46%1.32%單位：億噸油當(dāng)量。生產(chǎn)//消費(fèi)/占本國總能源消費(fèi)比例世界能源流向2010年人均消費(fèi)能源（噸當(dāng)量油）1861-2010年世界石油原油價格中國與部分國家單位GDP能耗比較項目世界中國美國德國日本俄羅斯印度說明人口/億69.0913.413.100.8481.2741.40412.1619.41%GDP/萬億美圓62.915.8814.533.295.461.481.639.35%人均GDP/美圓8985428347132405124232510521117647.69%耗能/億噸標(biāo)油120.024.3222.8573.1955.0096.9095.24220.27%人均消費(fèi)/噸油1.7371.8147.3733.7683.9324.9210.4311.044%1萬美圓GDP消耗標(biāo)油/噸1.9084.1361.5730.9710.9174.6683.2162.168倍人均用電/kw-h275223281361671858475633854384.59%注：1）世界人均GDP第一為盧森堡104390美元，最低為布隆迪177美元。2）

人均用電量第一位冰島36920kw-h，最低為海地31kw-h。3）中國的人均GDP是美國的1/11；人均能源消耗是美國的1/4；人均用電量是美國的1/6；萬元GDP能耗是美國的2.6倍，日本的4.5倍。

五、能源發(fā)展的戰(zhàn)略問題

能源是人類文明和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是國家可持續(xù)發(fā)展、國家安全和環(huán)境質(zhì)量的根本保障，是每個國家都必須高度重視的戰(zhàn)略資源。能源的短缺，無論是數(shù)量上還是結(jié)構(gòu)性的，都直接和顯著地影響國家經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展。能源的消耗直接或間接反映出一個國家的發(fā)達(dá)程度和人民的生活水平。

1、中國能源生產(chǎn)與消費(fèi)面臨的主要問題

1）工業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，高耗能產(chǎn)業(yè)比例大，初級產(chǎn)品多（包括外商來料加工的外資型企業(yè)）。

2）能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不合理，煤炭比例大；電力生產(chǎn)以煤電為主（80%以上）；能源分布與消費(fèi)布局不合理。

3）石油消費(fèi)自給比例低（小于50%），進(jìn)口依賴大，石油運(yùn)輸安全存在不確定性，石油儲備低。2010年為1個月）。

4）化石類能源消費(fèi)比例高，尤其是相對清潔的能源消費(fèi)比例低，二氧化碳等大氣污染嚴(yán)重，環(huán)境保護(hù)壓力大。

5）能源利用效率低，浪費(fèi)嚴(yán)重。

2、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理的表現(xiàn)：1）初級產(chǎn)品多：2010年：鋼鐵產(chǎn)量6億噸，出口粗鋼2000萬噸；

鋁產(chǎn)量1500萬噸，出口近200萬噸；

水泥產(chǎn)量近19億噸，世界第一出口大國；

玻璃6.3億重箱（50kg/重箱）。2）初級產(chǎn)品出口比例大，如焦炭、鋼材、鋁材。3）外資來料加工或使用當(dāng)?shù)刭Y源生產(chǎn)加工比例大，如服裝。

3、化石類能源對環(huán)境的影響：

2005年2月生效的《京都議定書》以法規(guī)形式限制二氧化碳等6種溫室氣體排放。溫室氣體（GreenhouseGas,GHG）或溫室效應(yīng)氣體是指大氣中促成溫室效應(yīng)的氣體成分。部份溫室氣體自然存在于大氣中，另外一些是人為造成，例如燃燒化石燃料-煤產(chǎn)生的CO2等。溫室氣體包括水汽（H2O），水汽所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)大約占整體溫室效應(yīng)的60-70%，其次是二氧化碳（CO2）大約占26%，其他還有臭氧（O3）、甲烷（CH4）、一氧化二氮（又稱笑氣，N2O）、含氯氟碳化合物等。

2009年世界二氧化碳排放量313億噸。世界化石燃料高消費(fèi)導(dǎo)致每年排放巨量二氧化碳?xì)怏w，嚴(yán)重超出了大自然的平衡能力，大氣層中二氧化碳濃度增加，全球氣候變暖在繼續(xù)。

不同燃料發(fā)電的二氧化碳排放量：

燃料

碳強(qiáng)度系數(shù)

天然氣0.19千克

CO2/千瓦/小時

液化石油氣0.21千克

CO2/千瓦/小時

民用燃料油0.27千克

CO2/千瓦/小時

煤0.32千克

CO2/千瓦/小時

汽油2.30千克

CO2/升

柴油2.63千克

CO2/升

日常生活中二氧化碳排放量計算：節(jié)約1度電=減排0.977kg(CO2)=減排0.272kg碳節(jié)約1kg煤=減排2.493kg(CO2)=減排0.684kg碳家用電氣：減排CO2（kg)=用電量（kw-h）×0.785汽車：減排CO2=油耗（升）×2.7家用燃?xì)猓簻p排CO2=1標(biāo)立方米×0.19自來水：減排CO2=噸數(shù)×0.91

消耗1噸石油，排放二氧化碳2.64-2.77噸。消耗1噸油當(dāng)量的煤，排放二氧化碳平均為3.7噸；燃燒1噸油當(dāng)量的天然氣，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w排放量約為2.2噸。世界PM2.5污染分布

4、我國能源生產(chǎn)情況、供應(yīng)與戰(zhàn)略儲備中國天然氣資源分布區(qū)中國石油進(jìn)口來源分布中哈石油管道全長962.2公里，2004年9月動工建設(shè)，投資7億元，設(shè)計運(yùn)輸能力2000萬噸，2005年11月一期建成。1974年在西方發(fā)達(dá)國家成立了國際能源署(IEA)。最初目的是為了通過釋放戰(zhàn)略石油儲備，應(yīng)對出現(xiàn)石油供給中斷的重大情況。根據(jù)IEA計劃，成員國的最低戰(zhàn)略石油儲備是上一年平均90天的石油凈進(jìn)口量。

石油的彰略儲備六、能源替代—環(huán)境保護(hù)問題1、化石類能源的替代煤炭、石油（或液體燃料）、天然氣等化石類能源是不可再生的，而且石油（或液體燃料）在國民經(jīng)濟(jì)中具有不可替代的作用。

天然氣替代：利用儲量相對豐富的天然氣替代石油是許多國家的能源戰(zhàn)略之一。預(yù)計今后