能源与大气污染控制第一章

能源利用与污染控制技术第一章

能源与能源利用现状一概述

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。

能源问题是全世界关注的重大问题，从20世纪70年代起，就被列入世界5大问题之一。

人口；粮食；能源；环境；资源

二.能源的概念能源：为人类的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源，是国民经济的重要物质基础。能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。1.一次能源和二次能源自然界中本来就有的各种形式的能源称为一次能源。一次能源可按其来源的不同划分为三类：来自地球以外的其主要形式是太阳能。来自地球内部的例如原子核能、地热能等地球与其他天体相互作用的例如潮汐能等

能够提供可利用电能的一次能源波浪发电站风力发电站水力发电站地热发电站太阳能发电站太阳能收集站沼气发酵池潮汐发电站火力发电站核电站

太阳每年平均输入地球的能量为178000太瓦年(1太瓦年＝31.5×1015千焦),相当于约190万亿吨标准煤。而由太阳辐射引起气象变化形成的水能、风能、洋流能、波浪力能和海洋深层与表层的温差能等，由植物通过光化作用吸收并蓄积太阳能而形成的生物质能都是一次能源。广义地说，煤、石油、天然气、油页岩和油质砂等矿物一次能源都是由历史上的有机生物质所蓄积的太阳能。来自地球内部的一次能源主要是地热和原子核能。来自地球与其他天体相互作用的一次能源主要是潮汐能。

煤

油

气

铀*澳大利亚/新西兰非洲欧洲俄罗斯中东中国其它亚洲/太平洋地区北美南美BrendanBeck,WorldCoalInstitute,Coal,3MSustainableEnergyEngineering,ImperialCollege,12October2006世界化石燃料和铀资源的分布，除中东和南美，中国和世界的能源最终只能以煤为主2004年世界能源储藏(Mtoe)

凡由一次能源经过转化或加工制造而产生的能源称为二次能源，如电力、氢能、石油制品、煤制气、煤液化油、蒸汽和压缩空气等。但水力发电虽是由水的落差转换而来，一般均作为一次能源。

2.

可再生能源和非再生能源人们对一次能源又进一步加以分类。凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为可再生能源，反之称为非再生能源。风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源；煤、石油和天然气等是非再生能源。地热能基本上是非再生能源，但从地球内部巨大的蕴藏量来看，又具有再生的性质。

核能的新发展将使核燃料循环而具有增殖的性质。核聚变的能比核裂变的能可高出5～10倍，核聚变最合适的燃料重氢（氘）又大量地存在于海水中，可谓“取之不尽，用之不竭”。核能是未来能源系统的支柱之一。3.常规能源和新能源

在现有经济和技术条件下,已经大规模生产和广泛使用的能源称为常规能源。如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能等。在新技术基础上系统开发利用的能源称为新能源,如太阳能、海洋能、地热能、生物质能等等.新能源大部分是天然和可再生的，是未来世界持久能源系统的基础。

由于新能源的能量密度较小，或品位较低，或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段，只能因地制宜地开发和利用;但新能源大多数是再生能源，资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。4.商品能源和非商品能源

凡进入能源市场作为商品销售的能源均为商品能源。国际上的统计数字均限于商品能源。目前主要有煤炭、石油天然气水电和核电五种.

非商品能源主要指薪柴和农作物残余（秸秆等）。5.能量转化

各种能源形式可以互相转化，在一次能源中，风、水、洋流和波浪等是以机械能(动能和位能)的形式提供的，可以利用各种风力机械（如风力机）和水力机械（如水轮机）转换为动力或电力。煤、石油和天然气等常规能源一般是通过燃烧将燃烧化学能转化为热能。

能量的转换与利用能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。

电能

机械能

辐射能热能风能、水能、海洋能

机械

机械能直接利用发电机

煤、石油、天然气

热能热机直接利用核能核反应

太阳能光合作用生物质能燃烧食物利用集热器光电池90％燃烧

热能可以直接利用，但大量的是将热能通过各种类型的热力机械（如内燃机、汽轮机和燃气轮机等）转换为动力，带动各类机械和交通运输工具工作；或是带动发电机送出电力，满足人们生活和工农业生产的需要。发电和交通运输需要的能源占能量总消费量的很大比例。据预测，20世纪末仅发电一项的能源需要量将大于一次能源开发量的40％。一次能源中转化为电力部分的比例越大，表明电气化程度越高，生产力越先进，生活水平越高。三.能源的利用现状1.世界能源的利用现状

随着世界经济规模的不断增大，世界能源消费量持续增长。1990年世界国内生产总值为26.5万亿美元（按1995年不变价格计算），2000年达到34.3万亿美元，年均增长2.7％。根据《2004年BP能源统计》，1973年世界一次能源消费量仅为57.3亿吨油当量，2003年已达到97.4亿吨油当量。过去30年来，世界能源消费量年均增长率为1.8％左右。自19世纪70年代的产业革命以来，化石燃料的消费量急剧增长。初期主要是以煤炭为主，进入20世纪以后，特别是第二次世界大战以来，石油和天然气的生产与消费持续上升，石油于20世纪60年代首次超过煤炭，跃居一次能源的主导地位。

虽然20世纪70年代世界经历了两次石油危机，但世界石油消费量却没有丝毫减少的趋势。此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气的比例上升。同时，核能、风能、水力、地热等其他形式的新能源逐渐被开发和利用，形成了目前以化石燃料为主和可再生能源、新能源并存的能源结构格局。到2003年底，化石能源仍是世界的主要能源，在世界一次能源供应中约占87.7％，其中，石油占37.3％、煤炭占26.5％、天然气占23.9％。非化石能源和可再生能源虽然增长很快，但仍保持较低的比例，约为12.3％。世界的煤炭资源

世界头11位煤炭资源大国的比较

美国俄国中国澳大利亚印度南非乌克兰卡萨克斯坦波兰巴西哥伦比亚

美国俄国中国澳大利亚印度南非乌克兰卡萨克斯坦波兰巴西哥伦比亚到2050年，化石燃料仍然是世界主要能源来源：BillSeniorAEA，LinGaoCAS，China-EUCooperationonZeroEmissions,Beijing,28thOctober2009世界一次能源消费（百万吨标准煤）煤石油天然气核能水能其它年世界一次能源消费（百万吨标准煤）世界的煤炭消费

中国现在和将来将一直是世界最大的煤炭生产和消费国

世界其它地区印度美国中国中国与世界一次能源消费结构的比较（2005）项目世界中国数量(Mtoe)比例%数量(Mtoe)比例%石油3952.835.6368.019.7天然气2637.723.860.63.3煤3177.528.61311.470.4核电622.05.614.20.8水电709.26.4109.35.8总量11099.31001863.4100中国一次能源生产总量及构成年份能源生产总量Mtce占能源生产总量的比重，%化石燃料（有碳能源）无碳能源煤炭石油天然气水电、核电、风电2001137,44571.817.042.938.232003163,84275.0714.792.847.302005205,87676.5012.623.207.702007235,41576.6011.303.908.202008260,00076.7010.443.898.98Source：张洪涛，国土资源部总工程师，中欧加快建设绿色经济圆桌会议上讲演稿，2010年6月18日中国一次能源消费总量及构成年份能源消费总量Mtce占能源消费总量的比重，%化石燃料（有碳能源）无碳能源煤炭石油天然气水电、核电、风电2001143,19966.6822.872.557.92003174,99068.3822.212.586.832005224,68269.121.02.87.12007265,56369.519.73.57.32009305,00070.118.73.857.35中国一次能源消费结构预测年份煤炭%石油%水电%天然气%可再生能源%核能%202059.320.66.37.14.81.9203052.920.16.58.08.36.5205043.918.25.29.413.45.2

在亚太地区，中国、印度等国家煤炭资源丰富，煤炭在能源消费结构中所占比例相对较高，其中中国能源结构中煤炭所占比例高达68％左右，故在亚太地区的能源结构中，石油和天然气的比例偏低（约为47％），明显低于世界平均水平。除亚太地区以外，其他地区石油、天然气所占比例均高于60％。如下表所示2.我国能源的利用现状中国是一个能源资源比较丰富的国家。煤的探明储量达6000亿吨以上，居世界第三位；水力资源理论蕴藏量为6.8亿千瓦，居世界第一位；石油和天然气的理论储量也比较丰富。但由于中国人口众多，平均每人每年的能源消费量仍处于较低水平。我国的能源结构

年度1990199520002015一次能源消费结构比例煤炭76.2076.1071.3062.6石油16.6017.1024.0026.9天然气2.102.002.747.06水能5.104.802.012.63核能//0.210.79中国能源和电力不可改变的事实煤现在是、将来仍是我国能源的主力，至少50年内无法取代。70%50%煤炭是中国最重要的能源，中国是世界上最大的煤炭生产和消费国，中国电力70%以上的装机容量是煤电。2009年中国消费了30.02吨原煤，数量巨大、比重高，短期内难以替代，其中53%用于火力发电。煤用于发电的比例将越来越大。从目前的53%上升到70%以上，绝对量的增加更大。以煤为主的能源结构以使中国成为世界上最大的二氧化碳排放国，面临巨大的减排压力。燃煤火电是中国最大和最集中的二氧化碳排放源，根据到2020年我国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40-45%的目标，中国火电将面临最巨大的减排压力。中国可持续发展面临的五大能源挑战能源需求总量巨大且快速增长，供应能力日趋紧张油、气燃料短缺，高度依赖进口，能源安全堪忧煤炭利用导致环境污染严重农村和小城镇急需大量清洁、便利的能源服务温室气体排放量巨大而且迅速增加

从上表中可以看出，我国原煤的生产消费在总量中所占的比重大约是70%，石油大约是20%，天然气大约是2.3%，水电大约是6.5%。而上述种类能源的世界平均水平分别是：26.7%，41%，23.8%，8.5%。也就是说，我国的煤炭的生产及消费是世界平均水平的约2.6倍，石油不足世界平均水平的50%，天然气更是不足世界平均水平的10%。一次电力略低于世界平均水平。通过以上分析，我们可以清楚地看出我国优质能源在能源总量中所占的比例是非常低的。

作为世界上最大的发展中国家，我国目前能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第3位；基本能源消费占世界总消费量的10.4%，仅次于美国，居世界第2位，可见我国已经成为一个能源生产和消费大国。

但在我国的能源发展过程中却存在着两个十分严重的问题：一是优质能源比例很低；二是人均能源资源占有量低。

我国总的能源状况是富煤、缺油、少气，这导致了我国的能源生产和能源消费的结构不合理，一定程度上制约了我国经济的总体发展。

到2050年,我国要达到中等发达国家水平,则:

我国人口15~16亿消耗30~32亿吨标准煤更大的环境压力人均能耗2吨标准煤

我国是世界第一人口大国，人口数量占世界总人口的20%，这就导致了我国人均占有资源量少，能源资源相对匮乏，即使是资源最丰富的煤炭，人均资源量也只有世界平均值的42.5％，人均石油资源为世界平均值的17.1％，人均天然气资源为世界平均值的13.2％，人均能源资源占有量还不到世界平均水平的一半。目前，我国年人均能源消耗是1000kg标准煤，而世界平均水平为2000～3000kg，英、法、德等发达国家是5000～6000kg，美国则高达11000kg。有专家预测,在2030～2050年期间，我国年人均能源消耗最多可能达到目前世界的平均水平，届时能源总消耗量也将高达40亿t标煤以上，消费和生产之间的缺口粗略估算可达到消费总量的50%。从这个角度来看，我国的能源资源严重短缺。我国能源利用的现状及主要问题：

正常情况下，每个国家能源消费总量及增长速度与其国民经济总产值及增长速度成正比，而能源的人均消费量的多少则反映国民生活水平的高低。

1）人均储备量少，远低于世界平均水平：

原煤：95吨/人（世界人均209吨/人）；

原油：3吨/人（世界人均28吨/人）；

天然气：1416m3/人（世界人均28400m3/人）。2）能源开发利用设备和技术落后，能源利用效率低，浪费严重我国能源的终端利用效率为32～33％；发达国家能源的终端利用效率大于42％。

我国每万元国民经济产值（GDP）的能耗是日本的6倍，是美国的3倍，是韩国的4.5倍。

我国单位产品的能耗平均比发达国家要高40％左右。3）环境污染严重工业的发展带来了严重的环境污染，据调查，我国有57%的城市空气中总悬浮颗粒超标；有48个大中城市空气中的SO2浓度超标；有82%城市出现过酸雨；

我国的CO2排放量仅次于美国，居世界第二，占世界总排放量的13.6%。

据世界银行报导，我国城市空气污染对人体健康和生产造成的损失估计每年200亿美元；酸雨使农作物减产每年损失达50亿美元。

四煤炭消耗对环境产生的污染

我国能源利用以煤为主，已探明的煤炭储量占世界储量的11％,居世界第3位。2000年原煤产量达到9.98亿t，居世界第1位。每产生一单位能量，煤炭所释放出的二氧化碳比石油多29％，比天然气多80％。我国由于燃煤造成的二氧化硫及总悬浮颗粒物的排放量分别约占85%和70%。大量的煤炭开发利用导致严重的大气污染。我国二氧化硫的排放量居世界第1位，酸雨的覆盖面积已达国土面积的40%；二氧化碳的排放量仅次于美国，占世界第2位。据粗略统计，二氧化硫等大气污染造成的经济损失总量已达到GDP的2%以上。

我国的环境污染问题已经受到了国际社会的高度关注，由于煤炭所造成的环境污染已经影响到了我国国民经济的可持续发展。适当降低煤炭在能源消费中的比重，减少由于煤炭所造成的污染，已经成为我国发展经济和保护环境的迫切要求。但是我国以煤为主的能源消费结构是由自然资源条件决定的，在中国的能源资源中，煤炭占绝对的优势，达到常规能源资源总量的85％，我国以煤炭为主的能源格局是难以在短时期内彻底改变的。

燃煤电厂生产对环境产生的污染

燃煤电厂是煤炭的主要用户，由于电能在使用上有比其它能源有无可比拟的优越性，以及从节能的观点出发，应从能源发展战略上考虑将供各种工业和生活锅炉及民用所消耗的煤转化为电能，逐步达到先进产煤国家80%的煤用于发电