新能源与可再生能源技术概述

新能源及开发利用技术第一章能源价值及新能源概述

一、能源开发利用的意义

1、什么是能源？

能量：作功的能力。能源：比较集中、而又较易转化的含能物质，或定义为比较集中的含能体，可以直接或经转换，为人类提供光、热、动力等形式的能量的载能体资源。一定的社会发展阶段，人们对物质性质的认识及掌握的能量转换方法不同，能源的定义范畴是不同的。

能源的几个时代：第一代能源：柴薪；第二代能源：煤炭；第三代能源石油；第四代能源：天然气。

第五能源？天然气水合物？氢能？

2、开发利用能源的意义

世界的构成：物质、能量和信息。

物质：为构成宇宙万物的实物、场等客观事物；是一种客观存在。

能量：物理学概念是用以衡量所有物质运动规模的统一的客观尺度。

注意区别广义的能量，如政治能量。

信息：以适合于通信、存储或处理的形式来表示的知识或消息。

能源是物质世界发生变化的动力，是人类社会发展的主要推动力。没有能源世界将变成静止状态。二、能源分类

1、按来源分：地球外部与内部能源1）地球外部天体，主要来自太阳。太阳直接辐射形成太阳能、风能、水能、生物质能、波浪能等；储存于地球的太阳能，如化石类能源（石油、天然气、煤炭和天然气水合物等）。2）来自于地球内部，如地热能、核燃料。3）与其他球体相互作用形成的能量，如潮汐能。

2、按形态分：燃料型和非燃料型

燃料型如石油、天然气、煤炭、生物质等；

非燃料型：如水能、风能等

3、按可否再生分：可再生能源与不可再生能源

1）可再生能源：在自然界中可以不断产生，并有规律地得到补充的能源，如太阳能和由太阳能转变而成的水能、风能、生物质能等，都可以循环再生，不会因长期使用而减少。

2）不可再生能源：经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，如化石类能源（煤炭、石油、天然气）、核燃料等。

不可再生能源随着大规模的开采，储量将越来越少，总有枯竭之时。

4、按转换层次分一次能源与二次能源1）一次能源：从自然界取得的未经任何改变或转换的能源,如原油、原煤、天然气、生物质能、水能、核燃料，以及太阳能、地热能、潮汐能等。2）二次能源：一次能源经过加工或转换得到的能源,如煤气、焦碳、汽油、煤油、电力、热水、氢能等。

5、按对环境影响程度：清洁能源与非清洁能源

1）清洁能源：使用能源过程中不产生CO2、SO2等污染环境的能源，如太阳能、风能、地热能、氢能等。2）非清洁能源：如煤炭、石油、天然气等。

6、按开发技术成熟度分为：常规能源与新能源

1）常规能源：在相当长的历史时期和一定的科学技术水平下被人类长期广泛利用的能源，如煤炭、石油、天然气、水力、电力等。

2）新能源（替代能源）：一些虽属古老的能源，但只有采用先进的方法才能加以利用，或采用新的科学技术手段才能开发利用的能源；或有些能源近期才被人们所重视而开发利用，而且目前在能源中使用的比例很小，但很有发展前景的能源。如太阳能、地热能、潮汐能、氢能等。常规能源与新能源是相对的。新能源与可再生能源定义：1978年第三十三届联大148号决议：太阳能、地热能、风能、潮汐能、海水温差能、波浪能、木材、木炭、泥炭、生物质转化、畜力、油页岩、焦油砂及水能共14种定义为新能源和可再生能源。

1981年联合国新能源与可再生能源会议后，各国共同的认知是：除化石类能源（煤炭、石油、天然气、天然气水合物）和核能外，其他都可称为新能源和可再生能源，主要是：太阳能、风能、地热能、海洋能（包括潮汐与波浪能）、生物质能、氢能和水能。

新能源：指一些虽属古老的能源，但需采用先进方法和技术进行开发利用、对环境和生态友好、可持续发展、资源丰富的能源。即：在新技术基础上，系统地开发利用的可再生能源，如太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等。

我国定义的新能源：除常规化石类能源和大中型水力发电、核裂变发电之外，太阳能、风能、地热能、海洋能、潮汐能、生物质能、小水电、天然气水合物等。

核聚变能也作为新能源？

注意：新能源，可再生新能源，清洁新能源的区别。能源类别一二三四一次能源可再生能源太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能地热能潮汐能不可再生能源煤炭、石油、天然气、油页岩、天然气水合物核能二次能源焦碳、煤气、电力、蒸汽、沼气、酒精、汽油、柴油、重油、液化气、其它能源分类世界各类能源消费比例新能源特点1)资源丰富，一般具备有可再生特性，可供人类永续利用。2)能量密度低，开发利用需要较大空间；

3)不含碳或含碳量很少，对环境影响小；4)分布广，有利于小规模分散利用；5)间断式供应，波动性大，对连续供能不利；6)目前除水电外，可再生新能源的开发利用成本较化石能源高。1、能源计量：用某种常规能源的当量发热量表示。

1kg标准煤=29.3MJ=7000kcal（千卡）

1kg标准油=41.8MJ=10000kcal（千卡）

=1.429kg标准煤

1Nm3天然气=39.0MJ=9310kcal(千卡）=1.33kg标准煤

1桶原油=158.98升（美制），1吨原油=7.3～7.4桶三、几个基本概念：

2、能源弹性系数：

能源消费量的增长率与经济总量增长率之比。能源与许多经济现象存在着相互依存和制约的数量关系。能源弹性系数反映出能源的发展与社会经济的发展相互适应的关系以及发展趋势和规律。实际上反映了一个国家的经济增长方式。

四、世界能源生产与消费现状（BP-2011）

2010年世界一次能源消费总量为120.024亿吨油当量（下同），与上年相比增长5.6%。其中：

石油：生产39.14亿吨，增长2.2%；消费40.28亿吨，增长3.1%；占总消费量的32.62%。

天然气：生产28.81亿吨，增长7.3%；消费28.58亿吨，增长7.4%；占总消费量的24.01%。

煤炭：生产37.31亿吨，增长6.3%；消费35.56亿吨，增长7.6%；占总消费量的31.09%。

核电：消费6.26亿吨，增长2.6%；占总消费量的5.21%。

水电：消费7.76亿吨，增长5.3%；占总消费量的6.47%。

再生能源：消费1.59亿吨，增15.5%；占消费总量1.32%。国家石油天然气煤炭核能消费水电消费可再生能源占世界消费比美国//占本国能源消费比例3.39/8.55.57/6.215.52/5.251.920.5880.39122.85737.19%27.17%22.99%19%德国//占本国能源消费比例0//1.150.09/0.730.44/0.760.0430.1863.19535.99%22.85%23.79%5.82%2.7%英国//占本国能源消费比例0.63/0.740.51/0.840.11/0.310.0082.09135.39%40.17%14.83%1.7%俄罗斯//占本国能源消费比例5.05/1.485.30/3.731.48/0.930.3850.3816.90921.42%53.99%13.46%5.8%日本//占本国能源消费比例0//2.0160//0.850//1.240.6620.1930.0515.00940.25%16.97%24.76%4.2%印度//占本国能源消费比例0.39/1.560.46/0.552.16/2.780.2525.24229.76%10.49%53.03%4.4中国//占本国能源消费比例2.03/4.290.87/0.9818.0/17.20.1671.6310.12124.32217.64%4.03%70.72%0.687%6.71%0.5%20.3%世界消费40.2828.5835.566.2627.7561.586120.024比例33.56%23.82%29.63%5.22%6.46%1.32%单位：亿吨油当量。生产//消费/占本国总能源消费比例世界能源流向2010年人均消费能源（吨当量油）1861-2010年世界石油原油价格中国与遣部分国您家单位GDP能耗比斜较项目世界中国美国德国日本俄罗斯印度说明人口/亿69.0913.413.100.8481.2741.40412.1619.41%GDP/万亿美圆62.915.8814.533.295.461.481.639.35%人均GDP/美圆8985428347132405124232510521117647.69%耗能/亿吨标油120.024.3222.8573.1955.0096.9095.24220.27%人均消费/吨油1.7371.8147.3733.7683.9324.9210.4311.044%1万美圆GDP消耗标油/吨1.9084.1361.5730.9710.9174.6683.2162.168倍人均用电/kw-h275223281361671858475633854384.59%注：1）世界情人均GDP第一为绵卢森堡1043催90美元，示最低为塔布隆迪177美元。2）人均用电矿量第一位践冰岛369共20k端w-h，最低律为海地31kw口-h。3）中国的拜人均GDP是美国的1/11；人均棵能源消痛耗是美具国的1/4；人均罩用电量宴是美国莲的1/6；万元GDP能耗是肢美国的2.6倍，日乘本的4.5倍。五、能源发估展的战略指问题能源是器人类文奴明和社翠会经济杂发展的跨重要物觉质基础难，是国咸家可持防续发展涝、国家刷安全和铜环境质麻量的根判本保障絮，是每烈个国家蚕都必须秤高度重早视的战愿略资源译。能源的六短缺，无论是数溉量上还是斧结构性的，都直松接和显血著地影斥响国家横经济与装社会发匹展。能源的消民耗直接或润间接反映讨出一个国晚家的发达律程度和人时民的生活萄水平。1、中国滔能源生昏产与消帮费面临蜂的主要渴问题1）工业榆结构不考合理，正高耗能删产业比乐例大，座初级产兴品多（绞包括外旦商来料雁加工的展外资型尼企业）吉。2）能源生纲产结构不著合理，煤盖炭比例大跃；电力生妇产以煤电叼为主（80%以上）圈；能源霉分布与鬼消费布南局不合帖理。3）石油消指费自给比示例低（小写于50%），进调口依赖谊大，石捷油运输鸡安全存玻在不确戚定性，歼石油储彼备低。201披0年为1个月）薯。4）化石练类能源卡消费比窜例高，裤尤其是颈相对清而洁的能魔源消费撇比例低赠，二氧新化碳等找大气污纷染严重桨，环境栗保护压妄力大。5）能源利飘用效率低裤，浪费严杀重。2、产业恐结构不颗合理的环表现：1）初级映产品多发：2010年：钢铁吼产量6亿吨，出饮口粗钢2000万吨；铝产量1500万吨，炸出口近200万吨；水泥产葱量近19亿吨，世部界第一出里口大国；玻璃6.3亿重箱贤（50kg尤/重箱）。2）初级摔产品出滤口比例章大，如兼焦炭、蹦钢材、层铝材。3）外资怠来料加愁工或使写用当地漆资源生熊产加工浅比例大绞，如服痕装。3、化石类拍能源对环案境的影响胖：2005年2月生效的《京都议驱定书》以法规查形式限斧制二氧时化碳等6种温室副气体排名放。温逝室气体辟（Gree虑nhou挡seG元as,悄GHG）或温篇室效应怕气体是触指大气昌中促成岩温室效粱应的气垒体成分准。部份阔温室气闪体自然正存在于哥大气中含，另外糟一些是掉人为造去成，例抽如燃烧粉化石燃港料-煤产生的CO2等。温室气德体包括千水汽（H2O），水炕汽所产按生的温孤室效应辜大约占赖整体温查室效应统的60-围70%，其次是仓二氧化碳竟（CO2）大约春占26%，其他还杠有臭氧（O3）、甲坦烷（CH4）、一丙氧化二堪氮（又文称笑气冬，N2O）、含氯酷氟碳化合若物等。2009年世界境二氧化渣碳排放往量313亿吨。世宾界化石燃哨料高消费陡导致每年颈排放巨量顶二氧化碳哀气体，严矿重超出了愧大自然的券平衡能力弹，大气层阳中二氧化瘦碳浓度增阻加，全球兆气候变暖淹在继续。不同燃料董发电的二兔氧化碳排宴放量：燃料碳强度系赌数天然气0.19千克CO2裙/千瓦/小时液化石油薄气0.21千克CO2负/千瓦/小时民用燃料殃油0.2怠7千克CO2取/千瓦/小时煤0.3决2千克CO2吸/千瓦/小时汽油2.30千克CO2遮/升柴油2.63千克CO2叨/升日常生数活中二察氧化碳沾排放量含计算：节约1度电=减排0.97课7kg(写CO2)珍=减排0.27槽2kg碳节约1kg煤=减排2.4夹93k彼g(C昏O2)蹲=减排0.68南4kg碳家用电气钓：减排CO2（kg)=用电量（kw-观h）×0.兄785汽耐车：减排CO2=油耗（周升）×2.7家用燃气键：减排CO2爸=1标立方及米×0.1猎9自来床水：减万排CO2=吨数×0.9枝1消耗1吨石油姐，排放距二氧化诊碳2.6公4-2祖.77吨。消耗1吨油当果量的煤粒，排放亡二氧化梢碳平均岩为3.7吨；燃烧1吨油当红量的天猾然气，碑产生的眠二氧化股碳气体隆排放量族约为2.2吨。世界PM2色.5污染分购布4、我国能薪源生产情酸况、供应林与战略储纠备中国天孤然气资围源分布娇区中国石油袭进口来源努分布中哈石油瓦管道全长962和.2公里，200凡4年9月动工揪建设，到投资7亿元，够设计运店输能力2000万吨，2005年11月一期狡建成。197质4年在西方溜发达国家导成立了国撤际能源署(IE佣A)。最初史目的是稠为了通牺过释放箩战略石惕油储备坐，应对丧出现石奔油供给嫁中断的生重大情顽况。根销据IEA计划，成纤员国的最绩低战略石毯油储备是匆上一年平算均90天的石巧油净进艰口量。石油的彰回略储备六、能源变替代—环境保护凳问题1、化石类榆能源的替选代煤炭、石肉油（或液糕体燃料）城、天然气怠等化石类轮能源是不夕可再生的副，而且石颈油（或液监体燃料）殿在国民经哗济中具有级不可替代内的作用。天然气替中代：利用储量轮相对丰富眠的天然气秘替代石油眉是许多国舟家的能源猎战略之一齐。预计今腿后5～10年中，通糊过天然气线或其它燃凳料气体加役工合成的厘汽油、柴穷油和化工旧产品将在桑世界上面辈世。天然气钢水合物宇替代：天然气水销合物（可蒸燃冰）是流在一定温荐度、压力撞等条件下彼，由水和撞天然气组兰成的一种骑类似于冰救的结晶化翁合物，甲荒烷占80～90%。据研武究估算睁：其有恰机碳占叨全球的53.波3%，而煤炭概、石油和家天然气才泄占到26.然6%。我国相餐继在南兔海和东像海探测溪到了大蜜量天然纹气水合碍物矿藏槽。中德社双方联杨合在我教国南海生北部陆黎坡执行“太阳号”科学考察银船合作开茂展的南中爹国海天然劳气水合物蜜调查中，薯首次发现席据称目前坚世界最大动的可燃冰会区。其水深胳范围分珍别为550米-65袜0米和750米-80磁0米，并将泉区中最典