能源与动力工程概论 第一章

1、第一章 绪论 我国能源问题的重要性 能源安全!1. 进口依赖2011年我国进口石油 2.6亿吨,重要是从中东和非 洲进口,其中从沙特、伊朗、伊拉克进口 1.9亿吨, 从安哥拉和苏丹进口 4000万吨。2. 能源经济 能源价格2011年我国进口石油花费 1.5万亿人民币。3. 能源技术与环境每年因煤矿事故丧生人数 2000人以上; 天然气管道有爆炸危险;水电站有塌坝危险;核安全问题。第一章绪论 能源消费观 1. 是否走美国的能源道路?低廉的石油价格,放任石油的消费。2. 是否走欧洲和日本的能源道路?征收能源税。大力发展 节能 技术。有观点认为:低廉的石油价格往往意味着落后的 能源利用技术!3.

2、能源消费与幸福感是否开车就是先进的生活方式,步行和骑自行车 就是落后的生活方式? 第一章 绪论 返回总目录 第一节 能源的基本概念 能源 (energy resources:能够直接 或经过转换而提供能量的自然资源。 自然资源 (natural resources:尚未 开采出来的资源。自然资源 不属于能源。 初始能源 :核聚变、核裂变、放射性源 和天体间的引力。分为(1来自地球以外天体的能量 太阳能和宇宙射线能;(2地球本身蕴涵的能量;(3天体对地球的引力。 能源的定义 能源的分类 来自太阳等地外天体来自地球来自地球和其它星体的相互作用按来源分 一次能源二次能源 按成因分 燃料能源 非燃料能

3、源 按性质分 常规能源新能源 按使用状况分 清洁能源 非清洁能源按污染分可再生能源不可再生能源 1 按地球上能量的来源分 来自于地球本身,如核能、地热能等; 来自于地球外天体,如宇宙射线及太阳 能,以及由太阳引起的水能、风能、波 浪能、海洋温差能、生物质能、光合作 用等; 来自于地球和其他星体的相互作用,如 潮汐能。 2 按使用状况 (被利用的程度 分 常规能源 (conventional source of energy ,如煤炭、石油、天然气、薪 柴燃料、水能等; 新能源 ,如太阳能 (solar energy、地 热能 (geothermal energy、潮汐能 (tidal ener

4、gy、生物质能 (biomass energy 等,另外还有核能。 3 按 (成因 获得的方法分 一次能源 (primary energy,即可供直 接利用的能源,如煤、石油、天然气、 风能、水能等; 二次能源 (secondary energy,即由一 次能源直接或间接转换而来的能源,如 电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等,它们使 用方便,是高品质的能源。 4 按能源能否再生分 可再生能源 ,即不会随其本身的转化或 人类的利用而越来越少的能源,如水能、 风能、潮汐能、太阳能等; 非再生能源 ,它随人类的利用而越来越 少,如石油、煤、天然气、核燃料等。 5 按能源本身的性质分 含能体能源 (燃料能源

5、,如石油、煤、 天然气、地热、氢等,它们可以直接储 存; 过程性能源 (非燃料能源 ,如风能、 水能、海流、潮汐、波浪、火山爆发、 雷电、电磁能和一般热能等,它们无法 直接储存。 6 按对环境的污染情况分 清洁能源 (clean energy,即对环境无 污染或污染很小的能源,如太阳能、水 能、海洋能等; 非清洁能源 (non clean energy,即对 环境污染较大的能源,如煤、石油等。 能源的评价 能源多种多样,各有优缺点,能源 的现实 性、可用性和经济性可以从以下几个方面进 行评价。 能量密度 (能流密度 储量 探明储量、可采储量、经济可采储量 储能的可能性与供能的连续性 开发费用和

6、利用能源的设备费用 运输费用与损耗 能源的地理分布 能源的可再生性 能源的品位 对环境的影响 能源的单位 当量单位 煤当量 、 油当量 单位产量能耗 资源量 、 储量 、 地质储量 、 探明储量 、 可采储量 、 储产比 原油 (液态烃混合物、 石油 (原油+石油产品 基本单位焦耳、千瓦时、卡、英热单位 (Btu 第二节 能源与人类文明 能源更迭与社会发展 人类利用能源的历史,也就是人类认识和 征服自然的历史。(1火的发现和利用;(2畜力、风力、水力等自然动力的利用;(3化石燃料的开发和热的利用;(4电的发现及开发利用;(5原子核能的发现及开发利用。 人类社会已经历了三个能源时期: 薪柴时期;

7、 煤炭时期; 石油时期。 1 薪柴时期主要以薪柴等生物质燃料为主要能源的 时代,生产和生活水平极低,社会发展 缓慢。 2 煤炭时期 18世纪,以煤炭取代薪柴作为主要能源, 蒸汽机成为生产的主要动力,工业迅速 发展,劳动生产力增长很快。 19世纪,电力成为工矿企业的主要动力, 成为生产和生活照明的主要来源。但这 时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要 燃料。 3 石油时期 石油资源的发展,开始了能源利用的新 时期。近 30年来,世界上许多国家依靠 石油和天然气,创造了人类历史上空前 的物资文明。 进入 21世纪,核能将成为世界能源的主 角,清洁能源的时代也将随之到来。 能源与国民经济 能源是发展社会

8、生产和提高人民生活 水平的重要物质基础,是推动国民经 济发展的强大动力。 经济的增长和经济发展水平的提高都需 要能源来支撑,因此,能源消费与经济 发展有着密不可分的关系。从世界能源 消费的增长趋势看,能源消费与世界经 济发展的趋势是一致的。 世界各国经济发展的实践证明,在经济 正常发展的情况下,能源消耗总量和能 源消耗增长速度与国民经济生产总值和 国民经济生产总值增长率成正比例关系。 世界经济和能源发展的历史显示,处于 工业化初期的国家,经济的增长主要依 靠能源密集型工业的发展, 能源效率 也 较低,因此 能源弹性系数 多大于 1。 能源弹性系数 :反映单位国民经济产值 增长率的变化所引起的能

9、源消费增长率 的变化情况。越小越好。能源消费系数 :某一年或某一时期,实 现单位国民经济产值的平均能源消费量。 越小越好。 能源与人民生活 人们的日常生活处处离不开能源,不仅 衣、食、住、行,而且文化娱乐、医疗 卫生等都与能源密切相关。生活质量指数 :将平均寿命、文化指数 及婴儿死亡率三大类指标综合成一个 1100分的指数。人均耗能量越多,生 活指数就越高。 能源与人民生活 目前我国一次能源消费量已超过美国 (2432Mtoe,2010年 ,居世界第一位,美 国第二位 (2285Mtoe,2010年,俄罗斯第 三位 (690Mtoe,2010年。但由于人口过 多,人均能耗水平仍很低,全面建设小

10、康 社会仍然是我国人民面临的重要任务。 第三节 能源资源 1994年 世界化石燃料探明可采储量 世界化石燃料储量 1996年世界前七位国家的煤炭储量 国家储量 /Mt占世界比 %美国24055823.3中国11450011.1澳大利亚909408.8印度699476.8德国673006.5南非553335.4波兰421001.1全世界合计 1031610100 1973年和 2002年世界硬煤产量的地区分布图 经 济 合 作 与 发 展 组 织 Organization for Economic Co-operation and Development 简称经合组织 (OECD ,是由 30多

11、个市场经济国家组成的政府间国际经济组织,旨在共 同应对全球化带来的经济、社会和政府治理等方面的挑战, 并把握全球化带来的机遇。成立于 1961年,目前成员国总 数 34个,总部设在巴黎。 澳大利亚、奥地利、比利时、加 拿大、捷克、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、匈牙利、 冰岛、爱尔兰、意大利、日本、韩国、卢森堡、墨西哥、 荷兰、新西兰、挪威、波兰、葡萄牙、斯洛伐克、西班牙、 瑞典、瑞士、土耳其、英国、美国、智利、爱沙尼亚、以 色列、斯洛文尼亚。 2010年 1月 11日,智利正式签署加入经 济合作与发展组织的协定,使其成为该组织第 31个成员国; 同时经济合作与发展组织 2010年 5月 10日

12、宣布,同意吸收爱 沙尼亚、以色列和斯洛文尼亚三国为新成员,使其成员数 量增至 34个。智利是第一个加入经合组织的南美洲地区国 家,以色列则是第一个加入经合组织的中东地区国家。 1973年和 2002年世界石油产量的地区分布图 1973年和 2002年世界天然气产量的地区分布图 1971年至 2001年世界一次能源供应量的地区分布图 能源消费 当今世界的能源消费仍以石油为主。 1973年和 2001年世界能源终端总消费量的构成 能源消费有两种形式:一种是一次性直接消费,又称终端消 费;另一种是加工转换消费,又称 中间消费 。终端消费 是对中间消费而言,是指能源不用于中间加工转换, 而是直接投入到

13、各种加热、动力等设备,用于生产和非生产活动的 消费。主要包括:1.作为燃料、动力使用的能源。是指将能源投入到各种加热、 动力等设备,产生光、热、功所消费的能源。2.作为原料使用的能源。是指在工业生产活动中,把能源作 为原料投入使用,经过一系列化学反应,逐步转化为另一种新的非 能源产品,如化肥厂生产的合成氨、化工厂生产的合成橡胶等产品 所消耗的天然气、煤炭、焦炭;生产染料、塑料、轻纺产品所消耗 的原料油等。3.作为材料使用的能源。是指一些能源的使用,不构成产品 的实体,只起辅助作用的消费。如洗涤用的汽油、柴油、煤油;各 种设备所使用的润滑油等。4.工艺用能。是指在生产过程中既不作为原料使用,也不

14、作 为燃料、动力使用的工艺用能。如生产电石用电、电解用电等。 1973年和 2001年世界煤炭消费的行业构成 1973年和 2001年世界石油消费的行业构成 1973年和 2001年世界天然气消费的行业构成 矿物燃料的开采寿命 已知储量潜在储量 煤炭30100年 150250年 天然气1519年 2540年 石油 1618年 3040年 我国能源概况 1 我国的能源构成水能资源世界第一,煤炭可采储量世界 第二;煤主要分布在北方地区;油气主要分布在西部地区; 水主要分布在西南地区。2 我国能源的特点 能源的开发利用在立足于国内的基础上逐步 开发利用国际能源;以煤炭为主;能源消费构成以工业耗能为主,交通、民用 核商业耗能逐步扩大;农村清洁能源需求越来越大;能源利用率低、节能潜力大;总结:总量丰富,人均占有量低,以煤炭为主, 分布在远离经济发达地区。3 我国未来的能源问题 三大问题:(1能源资源总量少,优质能源短缺;(2能源技术落后,利用效率低;(3环境问题严重。三大矛盾:(1大量使用煤炭与环保、减排温室气体的矛盾;(2大量消耗优质能源和油气