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)成宇宙萬物的實物、場等客觀事物；是一種客觀存在。

能量：物理學概念是用以衡量所有物質(zhì)運動規(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狀態(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，如地熱能、核燃料。3）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)律地得到補充的能源，如太陽能和由太陽能轉(zhuǎn)變而成的水能、風能、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、地熱能、潮汐能等。2）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、風能、地熱能、氫能等。2）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：在相當長的歷史時期和一定的科學技術(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，但只有采用先進的方法才能加以利用，或采用新的科學技術(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、地熱能、潮汐能、氫能等。常規(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、地熱能、風能、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、風能、地熱能、海洋能（包括潮汐與波浪能）、生物質(zhì)能、氫能和水能。

新能源：指一些雖屬古老的能源，但需采用先進方法和技術(shù)進行開發(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、風能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能、氫能等。

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、風能、地熱能、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、風能、水能、生物質(zhì)能、海洋能地熱能潮汐能不可再生能源煤炭、石油、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比例新能源特點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??；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)能源的當量發(fā)熱量表示。

1kg標準煤=29.3MJ=7000kcal（千卡）

1kg標準油=41.8MJ=10000kcal（千卡）

=1.429kg標準煤

1Nm3天然氣=39.0MJ=9310kcal(千卡）=1.33kg標準煤

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)：

能源消費量的增長率與經(jīng)濟總量增長率之比。能源與許多經(jīng)濟現(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。實際上反映了一個國家的經(jīng)濟增長方式。

四、世界能源生產(chǎn)與消費現(xiàn)狀（BP-2011）

2010年世界一次能源消費總量為120.024億噸油當量（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40.28億噸，增長3.1%；占總消費量的32.62%。

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

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

核電：消費6.26億噸，增長2.6%；占總消費量的5.21%。

水電：消費7.76億噸，增長5.3%；占總消費量的6.47%。

再生能源：消費1.59億噸，增15.5%；占消費總量1.32%。國家石油天然氣煤炭核能消費水電消費可再生能源占世界消費比美國//占本國能源消費比例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：億噸油當量。生產(chǎn)//消費/占本國總能源消費比例世界能源流向2010年人均消費能源（噸當量油）1861-2010年世界石油原油價格中國與遣部分國您家單位GDP能耗比斜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/億噸標油120.024.3222.8573.1955.0096.9095.24220.27%人均消費/噸油1.7371.8147.3733.7683.9324.9210.4311.044%1萬美圓GDP消耗標油/噸1.9084.1361.5730.9710.9174.6683.2162.168倍人均用電/kw-h275223281361671858475633854384.59%注：1）世界情人均GDP第一為綿盧森堡1043催90美元，示最低為塔布隆迪177美元。2）人均用電礦量第一位踐冰島369共20k端w-h，最低律為海地31kw口-h。3）中國的拜人均GDP是美國的1/11；人均棵能源消痛耗是美具國的1/4；人均罩用電量宴是美國蓮的1/6；萬元GDP能耗是肢美國的2.6倍，日乘本的4.5倍。五、能源發(fā)估展的戰(zhàn)略指問題能源是器人類文奴明和社翠會經(jīng)濟雜發(fā)展的跨重要物覺質(zhì)基礎(chǔ)難，是國咸家可持防續(xù)發(fā)展?jié)?、國家刷安全和銅環(huán)境質(zhì)麻量的根判本保障絮，是每烈個國家蠶都必須秤高度重早視的戰(zhàn)愿略資源譯。能源的六短缺，無論是數(shù)溉量上還是斧結(jié)構(gòu)性的，都直松接和顯血著地影斥響國家橫經(jīng)濟與裝社會發(fā)匹展。能源的消民耗直接或潤間接反映討出一個國晚家的發(fā)達律程度和人時民的生活萄水平。1、中國滔能源生昏產(chǎn)與消幫費面臨蜂的主要渴問題1）工業(yè)榆結(jié)構(gòu)不考合理，正高耗能刪產(chǎn)業(yè)比樂例大，座初級產(chǎn)興品多（絞包括外旦商來料雁加工的展外資型尼企業(yè)）吉。2）能源生綱產(chǎn)結(jié)構(gòu)不著合理，煤蓋炭比例大躍；電力生婦產(chǎn)以煤電叼為主（80%以上）圈；能源霉分布與鬼消費布南局不合帖理。3）石油消指費自給比示例低（小寫于50%），進調(diào)口依賴誼大，石捷油運輸雞安全存玻在不確戚定性，殲石油儲彼備低。201披0年為1個月）薯。4）化石練類能源卡消費比竄例高，褲尤其是頸相對清而潔的能魔源消費撇比例低贈，二氧新化碳等找大氣污紛染嚴重槳，環(huán)境栗保護壓妄力大。5）能源利飄用效率低褲，浪費嚴殺重。2、產(chǎn)業(yè)恐結(jié)構(gòu)不顆合理的環(huán)表現(xiàn)：1）初級映產(chǎn)品多發(fā)：2010年：鋼鐵吼產(chǎn)量6億噸，出飲口粗鋼2000萬噸；鋁產(chǎn)量1500萬噸，炸出口近200萬噸；水泥產(chǎn)蔥量近19億噸，世部界第一出里口大國；玻璃6.3億重箱賢（50kg尤/重箱）。2）初級摔產(chǎn)品出濾口比例章大，如兼焦炭、蹦鋼材、層鋁材。3）外資怠來料加愁工或使寫用當?shù)仄豳Y源生熊產(chǎn)加工淺比例大絞，如服痕裝。3、化石類拍能源對環(huán)案境的影響胖：2005年2月生效的《京都議驅(qū)定書》以法規(guī)查形式限斧制二氧時化碳等6種溫室副氣體排名放。溫逝室氣體辟（Gree慮nhou擋seG元as,悄GHG）或溫篇室效應(yīng)怕氣體是觸指大氣昌中促成巖溫室效粱應(yīng)的氣壘體成分準。部份闊溫室氣閃體自然正存在于哥大氣中含，另外糟一些是掉人為造去成，例抽如燃燒粉化石燃港料-煤產(chǎn)生的CO2等。溫室氣德體包括千水汽（H2O），水炕汽所產(chǎn)按生的溫孤室效應(yīng)辜大約占賴整體溫查室效應(yīng)統(tǒng)的60-圍70%，其次是倉二氧化碳竟（CO2）大約春占26%，其他還杠有臭氧（O3）、甲坦烷（CH4）、一丙氧化二堪氮（又文稱笑氣冬，N2O）、含氯酷氟碳化合若物等。2009年世界境二氧化渣碳排放往量313億噸。世賓界化石燃哨料高消費陡導(dǎo)致每年頸排放巨量頂二氧化碳哀氣體，嚴礦重超出了愧大自然的券平衡能力彈，大氣層陽中二氧化瘦碳濃度增阻加，全球兆氣候變暖淹在繼續(xù)。不同燃料董發(fā)電的二兔氧化碳排宴放量：燃料碳強度系賭數(shù)天然氣0.19千克CO2裙/千瓦/小時液化石油薄氣0.21千克CO2負/千瓦/小時民用燃料殃油0.2怠7千克CO2取/千瓦/小時煤0.3決2千克CO2吸/千瓦/小時汽油2.30千克CO2遮/升柴油2.63千克CO2叨/升日常生數(shù)活中二察氧化碳沾排放量含計算：節(jié)約1度電=減排0.97課7kg(寫CO2)珍=減排0.27槽2kg碳節(jié)約1kg煤=減排2.4夾93k彼g(C昏O2)蹲=減排0.68南4kg碳家用電氣釣：減排CO2（kg)=用電量（kw-觀h）×0.兄785汽耐車：減排CO2=油耗（周升）×2.7家用燃氣鍵：減排CO2爸=1標立方及米×0.1獵9自來床水：減萬排CO2=噸數(shù)×0.9枝1消耗1噸石油姐，排放距二氧化診碳2.6公4-2祖.77噸。消耗1噸油當果量的煤粒，排放亡二氧化梢碳平均巖為3.7噸；燃燒1噸油當紅量的天猾然氣，碑產(chǎn)生的眠二氧化股碳氣體隆排放量族約為2.2噸。世界PM2色.5污染分購布4、我國能薪源生產(chǎn)情酸況、供應(yīng)林與戰(zhàn)略儲糾備中國天孤然氣資圍源分布嬌區(qū)中國石油襲進口來源努分布中哈石油瓦管道全長962和.2公里，200凡4年9月動工揪建設(shè)，到投資7億元，夠設(shè)計運店輸能力2000萬噸，2005年11月一期狡建成。197質(zhì)4年在西方溜發(fā)達國家導(dǎo)成立了國撤際能源署(IE傭A)。最初史目的是稠為了通犧過釋放籮戰(zhàn)略石惕油儲備坐，應(yīng)對喪出現(xiàn)石奔油供給嫁中斷的生重大情頑況。根銷據(jù)IEA計劃，成纖員國的最績低戰(zhàn)略石毯油儲備是匆上一年平算均90天的石巧油凈進艱口量。石油的彰回略儲備六、能源變替代—環(huán)境保護凳問題1、化石類榆能源的替選代煤炭、石肉油（或液糕體燃料）城、天然氣怠等化石類輪能源是不夕可再生的副，而且石頸油（或液監(jiān)體燃料）殿在國民經(jīng)嘩濟中具有級不可替代內(nèi)的作用。天然氣替中代：利用儲量輪相對豐富眠的天然氣秘替代石油眉是許多國舟家的能源獵戰(zhàn)略之一齊。預(yù)計今腿后5～10年中，通糊過天然氣線或其它燃凳料氣體加役工合成的厘汽油、柴窮油和化工舊產(chǎn)品將在桑世界上面輩世。天然氣鋼水合物宇替代：天然氣水銷合物（可蒸燃冰）是流在一定溫薦度、壓力撞等條件下彼，由水和撞天然氣組蘭成的一種騎類似于冰救的結(jié)晶化翁合物，甲荒烷占80～90%。據(jù)研武究估算睜：其有恰機碳占叨全球的53.波3%，而煤炭概、石油和家天然氣才泄占到26.然6%。我國相餐繼在南兔海和東像海探測溪到了大蜜量天然紋氣水合礙物礦藏槽。中德社雙方聯(lián)楊合在我教國南海生北部陸黎坡執(zhí)行“太陽號”科學考察銀船合作開茂展的南中爹國海天然勞氣水合物蜜調(diào)查中，薯首次發(fā)現(xiàn)席據(jù)稱目前堅世界最大動的可燃冰會區(qū)。其水深胳范圍分珍別為550米-65襪0米和750米-80磁0米，并將泉區(qū)中最典