新能源与分布式发电技术-朱永强-01能源概述

,*,新能源与分布式发电,能源概述,新能源与分布式发电技术,第,1,讲 能源概述,制作：,朱永强,丁泽俊,1,能源概述,关注的问题,什么是能源？,能源有哪些类型？,怎么评价能源的优劣？,人类面临着什么样的能源和环境问题？,新能源利用可以发展起来吗？,教学目标,了解能源的概念和评价方法，,掌握能源的分类方法和常见类型，,了解能源危机与环境问题；,理解新能源发展的重要意义。,1.1,能源利用的历史,人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。,几个发展阶段,(1),天然能源的原始利用,几十万年以前人类学会了,用火,，在漫长的岁月里，一直以,柴草,为生活能量的主要来源，燃火用于,烧饭,、,取暖,和,照明,。,后来逐渐学会将,畜力,、,风力,、,水力,等自然动力用于生产和交通运输。,这种初级形式的能源利用直到,19,世纪中期都没有太大突破。,在,1860,年,的世界能源消费结构中，薪柴和农作物秸秆仍占,能源消费总量的,73.8%,。,1.1,能源利用的历史,人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。,几个发展阶段,(2),煤炭,2000,多年,以前人类就知道煤炭可以作为,燃料,。,14,世纪的中国,、,17,世纪的英国采煤业都已相当发达，但煤炭长期未能在世界能源消费结构中占据主导地位。,18,世纪,70,年代,，英国的瓦特发明以煤炭作燃料的,蒸汽机,。蒸汽机的广泛应用使煤炭迅速成为,第二代主体能源,。,煤炭在世界一次能源消费结构中所占的比重，从,1860,年的,25,，上升到,1920,年的,62,。,1.1,能源利用的历史,(3),石油,人类很早就发现了石油，,汉书,、,梦溪笔谈,有描述。,直到,19,世纪，石油工业才逐渐兴起。,1854,年，美国宾夕法尼亚州打出了,世界上第一口油井,，是现代石油工业的开端。,1886,年德国人本茨和戴姆勒研制出,第一辆以汽油为燃料,、由内燃机驱动的汽车，进入大规模使用石油的,汽车时代,。,石油和天然气逐渐取代煤炭,，在世界能源消费构成中占据主要地位。,1965,年，在世界能源消费结构中，,石油首次超过煤炭,占居首位，成为第三代主体能源。到,1979,年，石油所占的比重达到,54%,，相当于煤炭的三倍。,1.1,能源利用的历史,(4),电力,1881,年，美国建成世界上,第一个发电站,，同时还研制出电灯等实用的用电设备。,从此以后，电力的应用领域越来越广，发展规模也越来越大，人类社会逐步进入,电气化时代,。,石油、煤炭、天然气等化石燃料被转换成更加,便于输送和利用的电能,，进一步推动工业革命，带来了巨大的技术进步。,1.1,能源利用的历史,(5),核能和可再生能源,1942,年,美国,建立世界上,第一座核反应堆,，,1954,年,前苏联,建成世界,第一座发电的反应堆,并正式启用，,1956,年,美国,的,核电站,投入运行，,核能利用迅速发展起来，在世界能源结构中占据重要位置。,到,20,世纪,90,年代,，,核能发电,所提供的电力占全世界发电总量的,17%,左右。,进入,21,世纪以来，太阳能、风能、海洋能、生物质能等,可再生新能源发展很快,，并且逐渐走向成熟和规模化，所占的比重也有望大幅度提高，为人类解决能源和环保问题开辟了新的天地。,1.1,能源利用的历史,最广泛的利用方式,电能,最成熟的利用方式,热能,资源和能源,资源,在一定时期和地点，在一定条件下,具有开发价值,、能够,满足或提高人类,当前和未来,生存和生活状况,的,自然因素和条件,，称为,自然资源,，有时简称,资源,。,包括气候资源、水资源、矿物资源、生物资源、能源，等等。,能源,能源,就是能够向人类,提供某种形式能量,的,自然资源,，,包括所有的燃料、流水、阳光、地热、风等，,通过适当的转换,手段可使其为人类生产和生活提供所需的能量。,例如煤和石油等化石能源燃烧时提供热能，流水和风力可以提供机械能，太阳的辐射可转化为热能或电能。,1.2,能源的概念,能源种类很多，通常按其形态特征或转换与应用的层次分类。,(1),一次能源和二次能源,（按,形成条件,）,以,天然形态存在,于在自然界中，可,直接取得,而,不需改变其基本形态,的能源，称为,一次能源,。,简单说，一次能源就是自然界中现成存在的天然能源。如煤炭、石油，及风能、地热能等。,为了满足生产和生活的需要，有些能源通常需要经过加工进行直接或间接的转换才能使用。,由一次能源,经加工转换,而获得的,另一种形态,的能源，称为,二次能源,。,如,沼气,、酒精、汽油，以及蒸汽、,氢能,等。,电能,是最重要的二次能源。,能源的分类,一次能源的来源,自然界中一次能源的初始来源，大致有三种情况：,来自地球以外天体（主要是太阳）的能量,，例如能以光和热的形式直接利用的太阳能，以化石或生物体等物质形式存储的能量，以风、水流、波浪等形式体现的能量；,来自地球内部的能源,，主要是核能和地热能；,地球与其他天体相互作用产生的能量,，例如月亮、太阳引力变化形成的海洋潮汐能。,(2),常规能源与新能源,（按,发展应用状况,）,常规能源,是指在当前的技术水平和利用条件下，已被人们广泛应用了较长时间的能源,，,现阶段主要是指,煤炭,、,石油,、,天然气,、,水能,、,核（裂变）能,。,这类能源，使用较普遍，技术较成熟。,新能源,是指由于技术、经济或能源品质等因素而未能大规模使用的能源,，,如,太阳能,、,风能,、,海洋能,、,地热,、,生物质,、,氢能,等。,这类能源，已经开始或即将被人们推广利用，但目前还没有被大规模使用，有的甚至还处于研发或试用阶段。,(2),常规能源与新能源,（按,发展应用状况,）,常规能源和新能源的,分类是相对的,，,不同历史时期会变化,，这取决于应用历史和使用规模。,例如在,1950,年代，核,(,裂变,),能属于新能源，现在有些国家已把它被归为常规能源。,有些能源虽然应用的历史很长，但正经历着利用方式的变革，而那些较有发展前途的新型应用方式尚不成熟或规模还小，也被归为新能源，例如太阳能、风能。,在中国，新能源指除,常规化石能源,和,大中型水力发电,、,核裂变发电,之外的一次能源。,(3),非再生能源和可再生能源,（按,循环恢复能力,）,非再生能源,，也叫,不可再生能源,，用完后不可重新生成（至少在短期内无法恢复），总有枯竭的一天。,如,化石燃料,和,核燃料,均为非再生能源。据估计，按照现有的探明储量和开采程度，地球上的化石燃料,最多还可使用几百年,。,可再生能源,，可以循环使用，能够有规律地不断得到补充，没有使用期限，也不会因长期使用而减少。,如太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和生物质能，均为可再生能源。,(4),含能体能源和过程性能源,(,按,能源存在和转移形式,),含能体能源,是指包含着能量的物质或实体。,例如化石燃料、核燃料、生物质、地热水和地热蒸汽，等等。,这类能源,可以直接储存和运输,。,过程性能源,是指随着物质运动而产生、并且仅以运动过程的形式存在的能源。,如风、水、海潮、波浪、地热等。,这类能源,无法直接储存和运输,。,(5),清洁能源和非清洁能源,(,按,环境污染程度,),清洁能源,是指对环境没有污染或污染较小的能源，有时也叫,绿色能源,。,如,太阳能,风能,海洋能,；,垃圾发电,、,沼气,等。,非清洁能源,是指可能对环境造成较大污染的能源,，例如煤炭等化石燃料。,清洁与非清洁能源的划分也是相对的。,各种能源均有优点，也各有不足。如何进行评价和比较？,(1),能流密度,即在单位空间或单位面积内，能够从某种能源获得的功率。,化石燃料与核燃料的能流密度大，各种可再生能源的能流密度一般都比较小。,能量密度太小，则不利于开发利用，因为经济性太差。,能源的品质,标准煤,各种燃料的热值是不同的，在统计能源的生产和消费，特别在计算能耗指标时，常定义,一种假想的标准燃料,，即标准煤。,标准煤的热值为,2.910,4,kJ/kg,。,各种燃料均可按平均发热量折算成标准煤。,(2),开发费用和设备造价,化石能源与核燃料，探、采、加工、运输，需投入大量人力、物力。发电设备单位容量的初期投资较小。,可再生能源，开发费用主要是开发能源的一次性投资，设备造价比较高；而运营费用很低。,(3),存储的可能性与供能的连续性,化石燃料都比较容易存储，也便于连续供应。,太阳能、风能等可再生能源则不易保存，能量供应也可能有波动性和间断性。,(4),运输费用与损耗,运输过程本身也要投资并消耗能源，远距离运输的成本和损耗会影响能源的使用。,太阳能、风能、地热能难以运输。化石燃料可以运输，但要考虑运输的成本和耗能。,(5),对环境的影响,化石燃料燃烧过程中会排放,CO2,等温室气体，甚至还有一些有毒的或腐蚀性物质，对环境影响较大。,核燃料有放射性污染及废料处理的问题。,可再生能源大多对环境的影响较小。,(6),蕴藏量,化石燃料等非再生能源，蕴藏量是有限的，总有用完的时候。太阳能、风能等可再生能源，可以循环使用，不断的得到补充，即使每年更新的数量有限，长期来看，也是无穷无尽的。,(7),能源品位,能源品味反映的是能源利用的方便程度。,一般来说，,二次能源,要比一次能源,品味高,。,能直接变成机械能和电能的能源,（如水力和风能），要比那些必须先经过热利用环节的能源（如化石燃料）的,品位高,。,常规能源的环境影响,（,1,）,大气污染,化石燃料的利用过程会产生,CO,、,SO2,、,NOx,等有害气体，,不仅能导致,生态系统的破坏,，还会,直接损害人体健康,。,在很多国家和地区，因大气污染造成的直接和间接损失已经相当严重。,1.3,能源与环境问题,常规能源的环境影响,（,2,）,酸雨,SO2,、,NOx,等污染物，经,大气传输,，在一定条件下,形成酸雨,，,危害农作物和森林生态系统，破坏水生生态系统，腐蚀材料，造成重大经济损失。酸雨还导致地区气候改变。,常规能源的环境影响,（,3,）,温室效应,大气中,CO2,的浓度增加,，,地表平均温度将上升,，尤其在极地，,结果可能导致,海平面上升,，将给许多国家造成严重的经济和社会影响。,由于大量化石能源的燃烧，大气中,CO2,浓度不断增加。,常规能源的环境影响,（,4,）,其它影响,若再考虑能源开采、运输和加工过程中的不良影响，则造成损失将更为严重。,如煤炭开采会有,人员伤亡,和,土地塌陷,。,核能的利用虽然不会产生上述污染物，但存在,核废料问题,。,世界范围内的核能利用，将产生,成千上万吨的核废料,。如果不能妥善处理，,放射性的危害或风险将持续几百年,。,世界能源与环境问题,世界人口,从,1900,年到目前，,净增加了,2,倍多,，而,能源消耗增加了,16,倍,，说明人类对能源的依赖越来越强烈。,目前,化石能源,在世界能源消费结构中所占的,比重仍然很高,。,如果没有新的替代能源,充分发展，按目前的消耗情况估算，,21,世纪人类又,将面临着新的能源危机,。,另一方面，人类大量使用化石燃料，,环境污染日益严重,，生态平衡惨遭破坏，直接危及人类的生存和发展。,可持续发展,联合国,世界环境与发展委员会,完成调查报告,我们共同的未来,，提出了,可持续发展,概念。,这一概念及其构想在,1992,年,联合国环境与发展大会,上得到世界一百多个国家的认同。,可持续发展,就是“,满足当代人的需求，又不损害子孙后代满足其需求能力的发展,”。,欧美新能源发展战略,美国：,2007,年，,布什,总统签署新的能源法案，资助可再生能源的研究和开发。,2009,年，,奥巴马,政府提出能源新政，大力发展清洁能源，每年拨款,，鼓励可再生能源利用。,1.4,新能源发展战略,欧洲：,1997,年,可再生能源发展白皮书,。,2000,年,能源安全绿皮书,。,2003,生物液体燃料发展规划,，,2005,年,生物质能发展行动计划,。,2006,建立欧洲可持续、可竞争、安全的,能源战略绿皮书,。,我国新能源发展战略,1995,年,电力法,明确宣布，国家鼓励和支持,利用可再生能源,和,清洁能源,来