新能源利用技术

辽宁科技大学辽宁科技大学a1新能源利用技术新能源利用技术 2013.12.27 2013.12.27a2内容提纲内容提纲能源资源概述能源资源概述一一常规能源及其利用常规能源及其利用二二新能源及其利用新能源及其利用三三a31.1 1.1 能源的分类能源的分类a42011年世界能源消费结构 以矿物资源为主的一次能源消耗量，占能源总消耗的90%以上，能源结构不合理，增加了碳排放，破坏了环境。能源危机已成为世界各国普遍关注和亟待解决的重大问题。2011年我国能源消费结构1.2 1.2 能源的消费概况能源的消费概况a5未来世界能源结构预测图未来世界能源结构预测图1.2 1.2 能源的消费概况能源的消费概况a61.3 1.3 我国能源结构现状我国能源结构现状 中国的能源政策中国的能源政策20122012白皮书指出：白皮书指出：2011年，中国一次能源生产总量达到31.8亿吨标准煤，居世界第一。其中，原煤产量35.2亿吨，原油产量2亿吨，成品油产量2.7亿吨，天然气产量1031亿立方米，天然气主干管线长4万公里，电力装机容量10.6亿千瓦，年发电量4.7万亿千瓦时。全国水电装机容量达到2.3亿千瓦，世界第一；风电并网装机容量达到4700万千瓦，世界第一；光伏发电装机容量达到300万千瓦；太阳能热水器集热面积超过2亿平方米。非化石能源占一次能源消费比重达到8%，每年减排二氧化碳6亿吨以上。2011年，中国人均一次能源消费量2.6吨标准煤，人均NG消费量89.6立方米，人均用电量3493KWh。人均能源拥有量仅为世界平均水平的：煤67%、石油5.4%、NG7.5%。a72.1 2.1 常规能源资源概况常规能源资源概况34年年57年年174年年58年年 石 油 天然气 煤 炭 铀2.1.1世界常规能源可开采量世界能源消费的年增长率以3%计算，石化燃料将在70年内殆尽IEA资料6974亿桶 903600亿立方米 5158亿吨 232万吨形势a82.1.2 常规能源世界消耗前六的国家2.1 2.1 常规能源资源概况常规能源资源概况a92.2 2.2 煤炭资源煤炭资源45521.04亿吨8609.38亿吨1145亿吨储量可采预测a10地区地区储量储量（亿吨）（亿吨）地区地区 储量储量（亿吨）（亿吨）亚太413非洲176西欧190北美335中东1082南美5052.3.1 世界石油资源现状 全世界石油探明储量为2254亿吨，估计石油资源可持续开发54.2余年。2011年世界石油剩余探明储量的分布2.3 2.3 石油资源石油资源a11 2.3.2 我国石油资源现状 2011年，中国是世界上第二大原油消费国，消费45亿吨，仅次于美国，其中进口25亿吨，国内生产大约是2.0亿吨，石油对外依存度达到57，超过了美国的53。在我国进口的石油中，588来自中东和北非地区，这是世界上最动荡的地区。2.3 2.3 石油资源石油资源a122.4.1 天然气资源现状v 全球证实天然气储量：208.41012m3；天然气资源：3.11012m3;v 2011年中国天然气产量1025亿立方米，与去年相比，增长了8.1%；中国天然气消费量1307亿立方米，与去年相比，增长了21.5%。2.4 2.4 天然气资源天然气资源世界世界NG三大资源国三大资源国a132.4.2 天然气价格数据来源：数据来源：Wind资讯资讯2.4 2.4 天然气资源天然气资源a142.5 2.5 核能核能2.5.1世界核能发展现状 世界发达国家核能在总能源中所占的百分比见下表 2011年世界核能发电量降低了4.3%，日本核能发电量降低了44.3%，德国降低了23.2%美国美国英国英国法国法国德国德国日本日本中国中国31.4%31.4%2.6%2.6%16.7%16.7%4.1%4.1%6.2%6.2%3.3%3.3%a15 2.5.2 我国核能发展现状 2010年，中国核电2000万千瓦，预计到2020年，核电4000万千瓦，占电力总容量4%，建成40座相当于大亚湾的百万千瓦级核电站。白皮书指出，要安全高效发展核电，目前中国核电发电量仅占总发电量的1.8%，远低于14%的世界平均水平。预计到2015年，中国运行核电装机容量将达到4000万千瓦。2.52.5核能核能a16我国核能装机容量数据来源：数据来源：Wind资讯资讯2.5 2.5 核能核能a17广东阳江核电站2.5 2.5 核能核能a18秦山核电站2.5 2.5 核能核能a193.1 3.1 新能源资源概况新能源资源概况3.1.1 世界新能源现状 国际能源机构El前发布了2012世界能源展望，报告指出，可再生能源的作用在未来几十年将日益凸显，到2035年，可再生能源将占全球总发电量的近三分之一，其中太阳能的增速最快。与此同时，生物能源的供应也大幅增加，水电、风能和太阳能成为全球能源不可或缺的一部分。2011年，我国水电：1.884亿千瓦时；火电：5.54亿千瓦时；风电:403万千瓦时；核电：0.234亿千瓦时。a203.1.2 我国可再生能源发展战略 我国将坚定不移地大力发展新能源和可再生能源，到“十二五”末，非化石能源消费占一次能源消费比重将达到11.4%，非化石能源发电装机比重达到30%。2020年可再生能源发电目标是全国水电装机容量达到3亿千瓦，其中大中型水电2.25亿千瓦，小水电7500万千瓦，生物质发电3000万千瓦，风力发电3000万千瓦，太阳能发电180万千瓦，全国太阳能热水器总集热面积达到约3亿平方米，加上其它太阳能热利用，年替代能源量达到6000万吨标准煤。3.1 3.1 新能源资源概况新能源资源概况a213.2 3.2 水能水能 3.2.1 世界水能资源发展现状 全世界理论水能资源蕴藏量共413095亿kWh年，其中技术可开发水能资源为117549亿kWh年。2011年全球水力发电增长了1.6%,北美地区增长了13.9%。至2012年10月，中国水电装机容量达到2.1亿千瓦，600kW以上水电厂装机容量达20632万千瓦，同比增长6.9%，全国，五年间水电投产装机翻了近一番，以水电、风电为主的可再生能源发电装机规模世界第一。a22发展现状和面临形势发展现状和面临形势 3.2.2 我国水能资源发展战略 白皮书指出，要积极发展水电，中国水能资源丰富，技术可开发量5.42亿千瓦，居世界第一。中国目前的水电开发程度不足30%，到2015年，中国水电装机容量将达到2.9亿千瓦。到2020年，我国水力发电在2010年基础上翻一番，总投资2万亿元。22a23 3.3.1 世界风能资源发展现状 全球风能若全部利用可发电53万亿度，为世界电力总需求的3.5倍（15万亿度）。2011年全球风力发电增加了25.8%，可再生能源占全球发电总量的3.9%。我国可利用的风能年供电量可达4万亿度，是总发电的2倍，每年可替代14亿吨标准煤。2011年我国风力发电总量达到了7000万kwh，其中并网风电装机达到5589万kwh，占我国总发电量的3%。3.3 3.3 风能风能a24全球风电装机总量数据来源：数据来源：Wind资讯资讯3.3 3.3 风能风能a25主要风电装机国容量比较数据来源：数据来源：Wind资讯资讯3.3 3.3 风能风能a26 3.3.2 我国风能发展战略 根据全球风能理事会和国际环保组织绿色和平发布的全球风能展望2010报告乐观估计，中国5年后风电装机将达到1.35亿千瓦，20年后更可达到5.13亿千瓦。今后20年，中国平均每年将新增大约2500万千瓦风电装机。中国每年在风电市场投入将超过250亿欧元(超过2250亿元人民币)投资，风电行业从业人员也将从目前的20万人倍增至2030年的40万人。白皮书指出，要有效发展风电。中国是世界上发展最快的国家，到2015年，中国风电装机容量将达到1亿千瓦。3.3 3.3 风能风能a27（1）甘肃酒泉地区第一个启动的千万千瓦风电基地规划，规划建设9个风电场，到2015 年装机容量1270万千瓦，已进入实施阶段。（2）新疆哈密地区风能资源丰富、场址平坦，规划在哈密东南部、三塘湖和淖毛湖3个区域建设风电场，2020 年达到1080万千瓦。（3）河北省风能资源丰富的地区，主要分布在张家口、承德地地区及东部沿海，包括潮间带和近海。规划2020 年达到1200万千瓦。（4）吉林西部风能资源丰富的地区，主要在松源和白城等市，规划到2020年达到2300万千瓦。（5）内蒙古自治区规划到2020 年风电装机达到5780万千瓦。（6）江苏省风能资源丰富的地区，主要分布在东部沿海，包括陆地、潮间带和近海。江苏海上风电基地规划建设1000万千瓦。六个省区的七个千万千瓦级风电基地规划到2020年总装机容量达到12630万千瓦，上网电量约2810亿千瓦时。3.3 风能a28上海东海大桥海上风电场建设完成283.3 3.3 风能风能a293.4.1 太阳能利用形式1、太阳能电池、太阳能建筑、太阳能交通工具、太阳能电池在航空航天和通讯上的应用；2、太阳能发电：太阳能烟筒发电、塔式发电、碟式发电和槽式发电 3、太阳能海水淡化4、太阳能制氢3.4 3.4 太阳能太阳能a30太阳能发电图3.4 3.4 太阳能太阳能a313.4.2 世界太阳能热发电装机容量数据来源：数据来源：Wind资讯资讯3.4 3.4 太阳能太阳能a32v 国内光伏发电应用市场开始起步，2010年约新增50万千瓦v 白皮书指出，要推进太阳能多元化利用。到2015年，中国将建成太阳能发电装机容量2100万千瓦，太阳能集热面积达到4亿平方米。v 青海、甘肃等13个项目28万千瓦招标，0.72880.9791元/kwh“金太阳示范工程”272MW补贴28亿元。323.4.3 我国太阳能热发电现状3.4 3.4 太阳能太阳能a333.5 3.5 海洋能源海洋能源v 海洋是一个巨大的能源宝库，仅大洋中的波浪、潮汐、海流等动能和海洋温度差、盐度差能等的存储量高达天文数字。这些海洋能源都是取之不尽、用之不竭的可再生能源。v 海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要为潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能。v 更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因，潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他均源于太阳辐射。a343.5 3.5 海洋能源海洋能源潮汐发电a353.6.1地热资源概述 地热资源：是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。地热资源，按赋存形式可分为水热型(又分为干蒸汽型、湿蒸汽型和热水型)、地压型、干热岩型和岩浆型4大类；按温度高低可分为高温型(150)、中温型(90149)和低温型(89)。地热能的利用方式主要有地热发电和地热直接利用两大类。3.6 地热能地热能a36地热资源的类型地热资源的类型。它是反映以水为主体的对流水热系统。这种地热能分布较广，约占已探明的热资源的10%；其温度范围也很广，从接近于室温到高达290。是指以蒸汽为主体的对流水热系统，以生产温度较高的过热蒸汽为主，其中夹杂有少量的不凝结气体和少量的水(有的不含水)。这类地热能比较容易开发利用，但储量不多，仅占已探明的地热资源总量的0.5%左右。是指在高压下由深部地层提取含有可溶性甲烷(沼气)的高盐分热水。它的温度约为150260；其储量较大，约占已探明的地热资源的20%。地压型地热能的开发利用目前尚处于研究探索阶段。是反映地层深处广泛存在的不含水分的岩石。它的温度约为150650；其储量更大，约占已探明的地热资源总量的30%。是埋藏部位最深的一种完全熔化的热熔岩(即岩浆)，其温度高达6501 200。熔岩储存的热能比其他几种都多，约占已探明的地热资源总量的40%。不过在开采这种地热能时，需要在火山地区打几千米深的钻孔，所冒的风险很大，因此这种地热能目前尚未得到实际开发利用。3.6 3.6 地热能地热能a373.6.2 地热能的利用 目前世界上大约有120多个国家和地区，已经发现和开采的地热泉及地热井多达7 500多处。对于地热能的开发利用，目前主要是在采暖、发电、育种、温室栽培和洗浴等方面。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。v 在上，地热能可用于加热、干燥、制冷、脱水加工、提取化学元素、海水淡化等方面。v 在上，地热能可用于温室育苗、栽培作物、养殖禽畜和鱼类等。例如，地处高纬度的冰岛不仅以地热温室种植蔬菜、水果、花卉和香蕉，近年来又栽培了咖啡、橡胶等热带经济作物。3.6 3.6 地热能地热能a383.6.3 我国的地热资源现状 据估计，全世界地热资源总量相当于4 948万亿吨标准煤，据不完全统计，我国已查明地热资源相当于2 000万亿吨标准煤。西藏、云南、四川、广东、福建等地的温泉多达1 503处，占全国温泉总数的61.3。在全国121个水温高于80 的温泉中，云南，西藏占62，广东、福建占18.2，其他省区不足15。3.6 3.6 地热能地热能a39 留北潜山电站建成试运行，为双工质发电，主体设备包括6台大排量注水泵、4台换热器、2台热水泵、2台喂水泵、1具3000方容量的沉降罐，刚刚开始试运转。2011年发电30万千瓦时。280型地热发电系统工作示意图热水工作液冷水蒸发器冷凝器汽轮机地热水发电机泵冷却塔图例3.6 3.6 地热能地热能a402005年我国单位国土面积的秸秆资源量 2005年，全国秸秆产量约6亿吨，除用于饲料及工业原料外，约有3亿吨可作为能源化利用，折合1.5亿吨标准煤。预计到2015年将达到9亿吨左右，其中约一半（4.5亿吨）可作为生物质能的原料。薪炭林面积2000年和2010年分别达到540万公顷和1340万公顷；实现居民节煤灶具的商品化生产和销售，年节柴量达1亿t以上。3.7 3.7 生物质能生物质能 a41生物质能的焚烧造成污染和浪费3.7 3.7 生物质能生物质能 a423.7.1 生物质能利用技术3.7 3.7 生物质能生物质能 a433.7.2 热化学转化技术压缩成型 在农林生物质资源分散度高、规模收集难度大的地区，鼓励因地制宜推广建立生物质成型燃料生产基地，在城市推广生物质成型燃料集中供热，在农村作为清洁炊事和采暖燃料推广应用。建成生产、储运和覆盖城乡的生物质成型燃料产业化、商业化体系。433.7 3.7 生物质能生物质能 a44粉碎粉碎气流输送气流输送缓冲搅拌缓冲搅拌压缩成型压缩成型冷却冷却切断切断包装包装入库入库螺旋输送螺旋输送收集收集玉米秸秆玉米秸秆工艺流程3.7 3.7 生物质能生物质能 a45工艺类型3.7 3.7 生物质能生物质能 a46固体成型燃料3.7 3.7 生物质能生物质能 a473.7.3.热化学转化技术生物质气化 气化设备与工作原理 上吸式固定床气化器上吸式固定床气化器的结构的结构CmHm CH4+CnHnC+CO2 2COC+H2O H2+COC+O2 CO23.7 3.7 生物质能生物质能 a48Battelle 型双流化床气化炉3.7 3.7 生物质能生物质能 a49技术发展 目前的主流技术为固定硫化床和硫化床气化器，主要以农林业各种废弃物为原料，生产的可燃气体主要用于发电。该领域具有领先水平的国家有瑞典、美国、意大利、德国等。气化技术在我国曾经发挥了重要的作用，早在20世纪40年代，用木炭汽化器发生气驱动的汽车在我国的许多城市有应用。50年代初期，我国特色的“层式下吸式汽化器”，它大大简化了欧洲发明的下吸式汽化器。80年代得到了较快的发展。1998年，广州能源研究所设计建造的使用木屑的1MW循环硫化床生物质气化发电系统已经投入商业运行并取得了较好的效益。目前，全国已经建设了500个以上的生物质气化集中供气工程。浙江大学、清华大学、辽宁省能源研究所等许多单位在生物质气化方面开展了大量研发工作、生物质气化技术具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。3.7 3.7 生物质能生物质能 a50生物质燃气的特性3.7 3.7 生物质能生物质能 a51生物质燃气的应用集中供气3.7 3.7 生物质能生物质能 a52生物质燃气的应用区域供气3.7 3.7 生物质能生物质能 a53生物质燃气的应用气化发电技术3.7 3.7 生物质能生物质能 a543.7.4 热化学转化技术生物质干馏大连市生物质能源工程：大连市生物质能源工程：1）规模：）规模：1000户居民燃气；户居民燃气；2）工艺：）工艺：3）产品：）产品：木炭：木炭：2830%木焦油：木焦油：510%木醋液：木醋液：3035%燃气：燃气：3035%3.7 3.7 生物质能生物质能 生物质间歇干馏a55生物质连续干馏技术3.7 3.7 生物质能生物质能 生物质连续干馏制气工艺流程图生物质连续干馏制气工艺流程图a56干馏炉结构示意图3.7 3.7 生物质能生物质能 a57燃气：4045%木炭：3035%轻质油：1015%重油：510%木醋液：510%干馏产品干馏产品单炉产气量：250300Nm3/h低热值：14.516.0MJ/Nm33.7 3.7 生物质能生物质能 a58低温慢速热裂解低温慢速热裂解 中温快速热裂解中温快速热裂解 高温快速热裂解高温快速热裂解3.7.5 热化学转化技术生物质热解生物质裂解液化技术 工艺过程3.7 3.7 生物质能生物质能 a593.7 3.7 生物质能生物质能 国外生物质热裂解现状国外生物质热裂解生产生物油工艺的研发情况国外生物质热裂解生产生物油工艺的研发情况a60我国生物质热裂解现状我国生物质热裂解生产生物油的一些技术我国生物质热裂解生产生物油的一些技术3.7 3.7 生物质能生物质能 a61 充分利用农村秸秆、生活垃圾以及畜禽养殖废弃物，在发展户用沼气的同时，大力推动大型沼气工程供气和村级生物质气化集中供气，鼓励剩余沼气资源发电。613.7 3.7 生物质能生物质能 3.7.6.生物质转化技术沼气a62基本原理 有有机机物物质质水中无氧条件厌氧细菌分分解解气体燃料：CH45070%,CO23040%,H 20MJ/m3,发酵液和残渣发酵液和残渣优质肥料优质肥料3.7 3.7 生物质能生物质能 a63发酵原料 农作物秸秆农作物秸秆人畜粪便人畜粪便工业有机废物工业有机废物生活有机垃圾生活有机垃圾3.7 3.7 生物质能生物质能 a64发酵的基本条件 v（1）厌氧环境细菌生存环境v（2）细菌其数量决定产气速率 v（3）温度1028：常温发酵3038：中温发酵4555：高温发酵3.7 3.7 生物质能生物质能 a65沼气池构造 3.7 3.7 生物质能生物质能 a66中国典型的大中型沼气工程德国典型的大中型沼气工程国外沼气工程现状 3.7 3.7 生物质能生物质能 a67河北青县东姚庄村大型秸秆沼气站 国内沼气工程现状 3.7 3.7 生物质能生物质能 a68沼气的综合效益3.7 3.7 生物质能生物质能 a69生物质液体燃料生物质液体燃料 合理开发盐碱地、荒草地、山坡地等边际性土地。在内蒙古、新疆、黑龙江、山东、江苏等地发展以甜高粱茎秆为主要原料的燃料乙醇。在广西、四川、云南、海南等地发展以薯类为原料的燃料乙醇回收利用餐饮和工业废弃油脂。在西南地区发展以小桐子、油桐等油料植物为原料的生物柴油。积极开展新一代生物液体燃料技术研发和示范，发展以农作物秸秆为原料的纤维素乙醇示范，争取实现纤维素酶等关键原料、生产装备和工艺、生产成本的突破，形成万吨级规模生产能力。开展新一代以藻类为原料的生物柴油技术研发，在沿海地区建成千吨级藻类柴油中试装置。3.7.7 生物质液化技术a70生物油生物油应用前景应用前景性质性质3.7 3.7 生物质能生物质能 生物质液化技术生物油a71 发展以农林剩余物为原料的生物质发电；加快发展畜禽养殖废弃物处理沼气发电，推进生物质分布式小型气化发电项目建设；推动城市垃圾焚烧和填埋气发电，以及造纸、酿酒、印染、皮革等工业有机废水治理和城市生活污水处理沼气发电；生物质发电装机容量2000年和2010年分别超过5万kw和30万kw。713.7 3.7 生物质能生物质能 3.7.8 生物质有机垃圾处理技术生物质有机垃圾处理技术a72生物质能发电原理图示生物质能发电原理图示3.7 3.7 生物质能生物质能 a73广州垃圾发电厂3.7 3.7 生物质能生物质能 辽宁科技大学辽宁科技大学a74谢谢 谢谢