第一講 能源概論

1、全校公選課020184能源與環(huán)境Energy and Environment課程介紹學(xué)習(xí)目的：了解目前能源體系所面臨的主要環(huán)境問題，以及能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略途徑，特別是新能源的特點(diǎn)及發(fā)展前景。參考教材周乃君能源與環(huán)境，長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2008.考核方式平時(shí)50%，期末考試50%· 平時(shí)：出勤+課堂表現(xiàn)· 期末考試：開卷曠課5次取消考試資格學(xué)習(xí)內(nèi)容能源、環(huán)境概論常規(guī)能源的利用及環(huán)境影響· 煤炭、石油、天然氣等常規(guī)能源的利用現(xiàn)狀· 能源利用與環(huán)境污染新能源的利用及發(fā)展趨勢(shì)· 太陽(yáng)能· 風(fēng)能· 生物質(zhì)能· 氫能&#

2、183; 地?zé)帷⒑Ｑ竽艿葹槭裁催x修能源與環(huán)境？你所學(xué)專業(yè)與能源、環(huán)境有何關(guān)系，你對(duì)能源、環(huán)境有何認(rèn)識(shí)？你想在課堂上學(xué)到什么，對(duì)本課程的教學(xué)有何看法和建議？能源物質(zhì)基礎(chǔ)環(huán)境人類賴以生存，意義：?jiǎn)栴}：工業(yè)糧食社會(huì)經(jīng)濟(jì)命脈對(duì)能源的需求日益增大，能源資源日漸枯竭關(guān)系人類生存和發(fā)展環(huán)境污染嚴(yán)重，進(jìn)一步惡化能源與環(huán)境有何關(guān)系能源物質(zhì)基礎(chǔ)環(huán)境人類賴以生存，意義：?jiǎn)栴}：工業(yè)糧食社會(huì)經(jīng)濟(jì)命脈對(duì)能源的需求日益增大，能源資源日漸枯竭關(guān)系人類生存和發(fā)展環(huán)境污染嚴(yán)重，進(jìn)一步惡化能源的開采、運(yùn)輸、加工、轉(zhuǎn)化和利用過程是造成環(huán)境污染最主要的因素。能源與環(huán)境有何關(guān)系第1章 能源概論一、能源的定義科學(xué)技術(shù)百科全書：能源是可從其

3、獲得熱、光和動(dòng)力之類能量的資源大英百科全書：能源是一個(gè)包括著所有燃料、流水、陽(yáng)光和風(fēng)的術(shù)語(yǔ)，人類用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換手段便可讓它為自己提供所需的能量我國(guó)能源百科全書：能源是可以直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換提供人類所需的光、熱、動(dòng)力等任一形式能量的載能體資源?，F(xiàn)代漢語(yǔ)詞典：能產(chǎn)生能量的物質(zhì)，如燃料、水力、風(fēng)力等。內(nèi)涵：能量的來源，提供能量的資源。能源指能夠直接或經(jīng)過轉(zhuǎn)化而獲取某種能量的自然資源，包括已開采出來可供使用的自然資源與經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換的能量的來源。自然資源：煤炭、石油、天然氣、太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、核能能量：煤氣、電力、蒸汽、沼氣、氫能區(qū)分能源與資源資源：資源就是指自然界和人類社會(huì)中一種可以用以創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)

4、富和精神財(cái)富的具有一定量的積累的客觀存在形態(tài)。自然資源，可利用的自然物質(zhì)，如煤、鐵、石油、土地資源、森林、海洋等。二、能源的意義能源在現(xiàn)代工業(yè)中占有重要地位。任何機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)，都必需有足夠的能源供應(yīng)作保證。能源和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的關(guān)系十分密切。在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)都要直接消耗能源；能源工業(yè)的發(fā)展水平將直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。現(xiàn)代化的交通運(yùn)輸工具更離不了能源。能源在國(guó)防建設(shè)中具有重要作用。實(shí)現(xiàn)國(guó)防現(xiàn)代化必需依靠發(fā)達(dá)的能源工業(yè)。人民日常生活和公用事業(yè)也要消耗大量能源。三、能源的分類按存在和產(chǎn)生的形式分類按來源分類按是否再生分類按使用性能分類按技術(shù)利用狀況分類按對(duì)環(huán)境的影響分類按存在和產(chǎn)生的形式分類一

5、次能源自然界存在的，可以直接利用的煤、石油、天然氣、植物燃料、水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、原子能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、潮汐能等二次能源由一次能源?jīng)過加工轉(zhuǎn)換而成的能源產(chǎn)品電、蒸汽、煤氣、焦炭、石油制品、沼氣、酒精、余熱等按來源分類第一類：來自地球外天體的能量太陽(yáng)輻射能，其他恒星或天體發(fā)射到地球上的各種宇宙射線的能量植物燃料，礦物燃料，風(fēng)能、太陽(yáng)能等第二類：地球自身蘊(yùn)藏的能量地?zé)崮埽旱厍騼?nèi)以熱能形式存在的能源，包括地下熱水、蒸汽、熱巖層、火山爆發(fā)能。原子核能：地殼內(nèi)和海洋中的核裂變和核聚變?nèi)剂系劝l(fā)生核反應(yīng)時(shí)釋放的能量。第三類：來自地球與其他天體間的相互作用潮汐能按是否再生分類可再生能源在自然界中可以不斷再生

6、并有規(guī)律得到補(bǔ)充，稱為可再生能源?？梢匝h(huán)再生，不會(huì)因長(zhǎng)期使用而減少太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、潮汐能非再生能源經(jīng)過億萬年形成，短期內(nèi)無法恢復(fù)煤、石油、天然氣、各種核燃料按使用性能分類按能源是否能作為燃料使用可分為燃料能源和非燃料能源燃料能源：礦物燃料非燃料能源：機(jī)械能生物燃料核燃料電能熱能光能按能源的儲(chǔ)存性質(zhì)可分為含能體能源和過程性能源含能體能源：可直接儲(chǔ)存，本身就是可提供能量的物質(zhì)，煤、石油、天然氣、核燃料過程性能源：由可提供能量的物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的能源，其特點(diǎn)是無法儲(chǔ)存，風(fēng)能、水能、電能、海洋能按技術(shù)利用狀況分類從能源被開發(fā)利用的程度、生產(chǎn)技術(shù)水平及應(yīng)用程度等方面考慮常規(guī)能源技術(shù)上比較

7、成熟，已被人類廣泛利用，在生產(chǎn)和生活中起著重要作用的能源。例如煤炭、石油、天然氣、水能和核裂變能等。在今后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，它們?nèi)詫?dān)任世界能源舞臺(tái)上的主角。新能源（非常規(guī)能源、替代能源）開發(fā)利用較少或正在開發(fā)研究但很有發(fā)展前途，今后將越來越重要的能源，如太陽(yáng)能、地?zé)崮?、海洋能和潮汐能等。常?guī)能源與新能源是相對(duì)而言的。按對(duì)環(huán)境的影響分類清潔能源對(duì)環(huán)境無污染或污染小，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、氫能非清潔能源對(duì)環(huán)境污染較大，如煤炭、油頁(yè)巖能源分類匯總表類別源自地球以外天體源自地球本身源自地球與其他天體之間常規(guī)能源新能源一次能源再生能源水能、植物燃料太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋波浪能等地?zé)崮艹毕芊窃?/p>

8、生能源煤、石油、天然氣油頁(yè)巖核燃料二次能源焦炭、煤氣、汽柴油、液化氣、電能等酒精、沼氣、氫能四 能源的評(píng)價(jià)為合理地選擇和利用能源，應(yīng)分析和研究它們的資源量、可用性和經(jīng)濟(jì)性。儲(chǔ)藏量能源品位能源能流密度對(duì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)開發(fā)費(fèi)用和用能設(shè)備費(fèi)用運(yùn)輸費(fèi)用與耗損供能連續(xù)性和存儲(chǔ)可行性（1）儲(chǔ)藏量描述資源的儲(chǔ)藏量主要有三種方法：儲(chǔ)量：采用衛(wèi)星探測(cè)、地質(zhì)分析等方法，通過宏觀統(tǒng)計(jì)得到的、地質(zhì)上有表征與特征顯示的估計(jì)蘊(yùn)藏量。探明儲(chǔ)量：已探明地層范圍及蘊(yùn)藏確切數(shù)量的資源量。經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量：用當(dāng)前技術(shù)水平可能開采，而經(jīng)濟(jì)上又可行的那部分儲(chǔ)量。據(jù)勘探程度又可劃分為普查量、詳查量和精查量。作為能源的必要條件儲(chǔ)量足夠豐富盡可

9、能地采用可再生資源（2）能流密度能流密度：一定質(zhì)量、空間或面積內(nèi)，從某種能源中實(shí)際所能得到的能量或功率。常規(guī)能源的能流密度較大1公斤標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)熱量為7000千卡（1卡4.1868焦耳）1公斤石油發(fā)熱量為10000千卡。核能的能流密度最大，1公斤鈾235裂變時(shí)可釋放出164億千卡的熱量。按目前技術(shù)水平，太陽(yáng)能和風(fēng)能的能流密度很小，每平方米約100瓦左右。（3）開發(fā)費(fèi)用和用能設(shè)備費(fèi)用各種能源的開發(fā)費(fèi)用和利用該能源的設(shè)備費(fèi)用相差較大。利用能源的設(shè)備費(fèi)用與開發(fā)費(fèi)用大小正好相反。開發(fā)和利用的價(jià)格與能源的轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)難度關(guān)系很大，能源的轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)難度直接決定了各種能源利用歷史的先后。（4）供能連續(xù)性和

10、存儲(chǔ)可行性供能連續(xù)性：能量按需要的多少和快慢，連續(xù)不斷地供給。存儲(chǔ)可行性：能量在不用時(shí)可以存儲(chǔ)起來，需要時(shí)能立即供給所需的能量?；剂?、核燃料儲(chǔ)能容易、能連續(xù)供能太陽(yáng)能、風(fēng)能儲(chǔ)能困難、不能連續(xù)供能（5）運(yùn)輸費(fèi)用與損耗太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芎茈y輸送石油、天然氣易于輸送煤運(yùn)輸稍難，損耗較大核燃料運(yùn)輸容易（能流密度大）水力發(fā)電電能遠(yuǎn)距離輸電損失大且投資巨大（6）對(duì)環(huán)境的影響化石燃料污染大，需采取措施減少污染排放水力資源可能對(duì)生態(tài)平衡、土壤鹽堿化、灌溉與航運(yùn)造成影響原子能可能危險(xiǎn)性太陽(yáng)能、氫能、風(fēng)能基本上沒有污染（7）能源品位能量=有效能+無效能有效能 在一定周圍環(huán)境條件下，理論上能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪?/p>

11、部分能量?？捎脕碓u(píng)價(jià)能量的質(zhì)量和品位無效能 不能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰侩娔?、機(jī)械能、水力能是高質(zhì)能量化學(xué)能、熱能是較低質(zhì)能量五 能源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系1 能源的更迭與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系（1）薪柴時(shí)期原始社會(huì)鉆木取火 以柴草為主要能源的時(shí)期 1萬年 生活水平低下，社會(huì)發(fā)展緩慢（2）煤炭時(shí)期18世紀(jì)中葉工業(yè)革命促使能源結(jié)構(gòu)發(fā)生第一次變化，柴薪時(shí)期轉(zhuǎn)向煤炭時(shí)期。工業(yè)革命的標(biāo)志1765年瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)，隨之紡織、冶金、交通和機(jī)械等工業(yè)迅速發(fā)展，推動(dòng)煤炭工業(yè)的興起。1881年愛迪生建造第一座發(fā)電站，此后實(shí)現(xiàn)了資本主義工業(yè)化。（3）石油時(shí)期3000前發(fā)現(xiàn)和使用，1859年美賓夕法尼亞州成功打出第一口油井

12、，現(xiàn)代石油工業(yè)開始。20世紀(jì)50年代，美國(guó)、中東、北非等地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)巨大的油田和氣田，石油開始進(jìn)入生產(chǎn)和生活各個(gè)領(lǐng)域，1965年，石油消費(fèi)越劇首位，真正進(jìn)入石油時(shí)代。（4）多能互補(bǔ)時(shí)期1973年中東戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)，觸發(fā)了資本主義國(guó)家的能源危機(jī)。不少國(guó)家被迫調(diào)整工業(yè)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，石油需求量下降，水電和核電的消費(fèi)比重增加。隨著化石燃料的日益枯竭，沒有一種單一能源在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，稱為多能互補(bǔ)時(shí)期。2 能源與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的關(guān)系人類社會(huì)發(fā)展的歷史與能源的開采和利用水平密切相關(guān)，能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。能源利用的每一個(gè)時(shí)期均使社會(huì)生產(chǎn)帶來新的飛躍。在經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展情況下，能源消耗總量和能源消

13、耗增長(zhǎng)速度與國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)率成正比例關(guān)系。3 能源與生活水平的關(guān)系各個(gè)國(guó)家的能源消費(fèi)數(shù)量極不均衡，從一個(gè)國(guó)家的能耗量可以看出一個(gè)國(guó)家人民的生活水平。北美、亞太和歐洲的消費(fèi)量占世界總量3/4以上，美國(guó)是世界消耗一次能源最多的國(guó)家，接近1/4，我國(guó)僅次于美國(guó)，但人均能源消費(fèi)量我國(guó)僅為世界平均水平的一半，美國(guó)、加拿大和新加坡人均消費(fèi)能源水平較高。生產(chǎn)力水平發(fā)展較高的國(guó)家社會(huì)人均年消費(fèi)能源較高，且工業(yè)、運(yùn)輸、民用領(lǐng)域所消費(fèi)的能源比例基本相當(dāng)。我國(guó)能源消費(fèi)主要領(lǐng)域仍是工業(yè)。人均石油消耗人均天然氣消耗量六 能源資源概況與能源結(jié)構(gòu)化石燃料（煤、石油、天然氣） 最主要的能源資源儲(chǔ)量分布極不平衡給世界的政

14、治、經(jīng)濟(jì)格局帶來了重大影響2005年末世界石油探明儲(chǔ)量世界石油探明儲(chǔ)量分布1985, 1995, 2005分地區(qū)石油產(chǎn)量分地區(qū)石油消耗量天然氣探明儲(chǔ)量（2005年底）天然氣探明儲(chǔ)量分布1985, 1995, 2005煤炭探明儲(chǔ)量（2005年底）能源結(jié)構(gòu)生產(chǎn)結(jié)構(gòu) 各種能源的生產(chǎn)量及其在整個(gè)能源工業(yè)總產(chǎn)量中所占的比重。消費(fèi)結(jié)構(gòu) 國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門所消費(fèi)的各種能源量及其在能源消費(fèi)總量的比重。七 我國(guó)能源政策1 能源管理體制中國(guó)的能源管理體系涉及多個(gè)部門，各個(gè)部門根據(jù)職責(zé)不同，負(fù)責(zé)能源管理的不同方面。國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)科技部農(nóng)業(yè)部國(guó)家環(huán)保局國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)能源局（國(guó)家石油儲(chǔ)備辦公室）的主要職責(zé)：研究國(guó)內(nèi)

15、外能源開發(fā)利用情況，提出能源發(fā)展戰(zhàn)略和重大政策；擬定能源發(fā)展規(guī)劃，提出相關(guān)體制改革的建議；實(shí)施對(duì)石油、天然氣、煤炭、電力等能源的管理；管理國(guó)家石油儲(chǔ)備；提出能源節(jié)約和發(fā)展新能源的政策措施。環(huán)境和資源綜合利用司的主要職責(zé)：研究解決經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境、資源協(xié)調(diào)發(fā)展的重大問題；提出資源節(jié)約和綜合利用政策；編制資源節(jié)約和綜合利用規(guī)劃，參與編制環(huán)境保護(hù)規(guī)劃；組織協(xié)調(diào)環(huán)保產(chǎn)業(yè)有關(guān)工作，依法組織協(xié)調(diào)清潔生產(chǎn)促進(jìn)工作；組織協(xié)調(diào)相關(guān)重大示范工程和新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備的推廣應(yīng)用。科技部高新科技發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化司的主要職能是：研究工業(yè)領(lǐng)域高新技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化的方針政策；組織提出工業(yè)領(lǐng)域高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃；組織實(shí)施信息、自

16、動(dòng)化、能源和新材料等領(lǐng)域高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃；組織實(shí)施工業(yè)領(lǐng)域國(guó)家重大科技攻關(guān)計(jì)劃和科技創(chuàng)新工程；承擔(dān)國(guó)家級(jí)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的有關(guān)工作；推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域的科技體制改革工作和生產(chǎn)力促進(jìn)中心等技術(shù)服務(wù)體系的建設(shè)。農(nóng)業(yè)部科技教育司在可再生能源方面的主要職責(zé)是：組織重大農(nóng)業(yè)技術(shù)引進(jìn)項(xiàng)目的遴選及實(shí)施管理；組織農(nóng)業(yè)科技教育的對(duì)外交流與國(guó)際合作工作。組織、指導(dǎo)農(nóng)村可再生資源的綜合開發(fā)、利用、重大項(xiàng)目的科研和試點(diǎn)示范；指導(dǎo)農(nóng)村可再生能源體系建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國(guó)家環(huán)保總局國(guó)家環(huán)?？偩治劭厮?、科技標(biāo)準(zhǔn)司和清潔生產(chǎn)中心等部門也對(duì)能源的綜合利用和能源活動(dòng)中的污染物排放做了規(guī)定。中國(guó)目前能源管理的各部門之間不僅會(huì)出限職能和事權(quán)

17、范圍交叉，而且有些涉及到能源、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)等多目標(biāo)的綜合決策問題又難以通過有效的方式加以解決。因此協(xié)調(diào)各部門對(duì)能源的管理，制定統(tǒng)一的法律法規(guī)，對(duì)合理、有效利用能源是非常重要的。2 我國(guó)能源狀況分析（1）能源資源嚴(yán)重不足我國(guó)常規(guī)能源探明總資源量約8200億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，探明剩余可采總儲(chǔ)量1500億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約占世界總量的10%。2002年統(tǒng)計(jì)我國(guó)常規(guī)能源剩余可采儲(chǔ)量剩余可采儲(chǔ)量占世界總量百分比世界排位儲(chǔ)采比煤炭1145億噸11.63不足百年石油25億噸1.7511不足20年天然氣31.51萬億m0.9721幾十年（2）能源資源分布與需求不匹配主要能源煤炭占全部消費(fèi)的70%， “北多南少，西多

18、東 少”石油和天然氣資源主要集中于東北、柴達(dá)木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、四川盆地、渤海灣、北部灣、東海和南海等地區(qū)工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)和人口密集區(qū)主要集中在東南沿海、華北、華中地區(qū)能源資源分布與需求的不匹配，對(duì)工業(yè)布局決策、能源運(yùn)輸保障體系的建設(shè)都產(chǎn)生重要影響（3）能源供應(yīng)過分依賴煤炭，環(huán)境污染問題十分嚴(yán)重煤炭燃燒大氣污染（90的SO2和70的煙塵排放）土壤酸化糧食減產(chǎn)植被破壞氣候變化威脅人民身體健康須加大清潔能源的開發(fā)和利用，逐漸降低煤炭消費(fèi)在能源結(jié)構(gòu)中的比重，解決能源生產(chǎn)和消費(fèi)引起的環(huán)境污染問題。（4）能源利用技術(shù)落后，能源利用效率低由于我國(guó)能源技術(shù)水平較低，而且管理水平落后，直接導(dǎo)致了我國(guó)的能源利用率較

19、低，比發(fā)達(dá)國(guó)家平均低10%，能耗較高，產(chǎn)品單位能耗和耗能設(shè)備的能效與國(guó)際先進(jìn)水平相比差距較大，能源浪費(fèi)多。能源利用效率低下、能源浪費(fèi)嚴(yán)重是影響可持續(xù)發(fā)展的重大問題。中國(guó)和日本發(fā)電廠煤炭消耗對(duì)比5004504003503002502001501005001980198519901995199920012003中國(guó)日本gce/kW h中國(guó)和日本煉鋼煤炭消耗對(duì)比1400120010008006004002000198019851990199520002003中國(guó)日本kgce/tn中國(guó)和日本水泥生產(chǎn)煤炭消耗對(duì)比250200150100500198019851990199520002003中國(guó)日本kgc

20、e/104 tn km3 我國(guó)能源政策（1）大力優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，建立完善的能源運(yùn)輸保障體系以推進(jìn)多元化、清潔化為目標(biāo)，制定了一系列能源結(jié)構(gòu)調(diào)整政策，水電、核電、新能源等清潔能源的比重逐漸提高，一次能源向二次能源的比重不斷加大。在電力領(lǐng)域?qū)?yōu)化發(fā)展煤電，大力開發(fā)水電，積極推進(jìn)核電建設(shè)，適度發(fā)展天然氣電站，鼓勵(lì)新能源發(fā)電，加快推廣熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，優(yōu)化電力資源配置。調(diào)整和完善工業(yè)布局，構(gòu)建合理的“北煤南運(yùn)”、“西氣東輸”、“西電東送”體系。（2）加強(qiáng)技術(shù)改造，不斷提高能源利用效率20世紀(jì)80年代 “堅(jiān)持開發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位”進(jìn)入新世紀(jì)的第十個(gè)五年規(guī)劃 “堅(jiān)持合理利用資源的同時(shí)，把