环境科学概论能源问题课件

第五章能源与环境---人均能耗量是现代化生活水平的一个主要指标---经济快速增长，巨大的排放总量，表明我们的经济增长方式是以牺牲环境为代价的---能源的开发利用是当前人类需面对的另一个重要的环境问题人均消耗量：2009年美国

7.1吨油当量、中国1.7吨油当量总消耗量：2000年时,中国的能源消耗量只是美国的一半。而到了2009年,中国的能源

消耗量则略微超过美国。环境能源学与低碳能源战略：中国的人均能耗、人均轿车数、人均排污量，单位建筑面积能耗等必须控制到显著低于国际水平，这是节约型社会的必然内涵，这是一个经济、环境双赢的可持续发展的能源战略第五章能源与环境---人均能耗量是现代化生活水平的一个主1一、能源资源的概念与分类---凡是能够提供某种形式能量的物质、或是物质的运动，统称为能源。

煤当量：亦称标准煤，具有统一的热值标准。我国规定每千克标准煤的热值为7000千卡（29.27MJ）。将不同品种、不同含量的能源按各自不同的热值换算成每千克热值为7000千卡的标准煤。油当量oil

equivalent:按标准油的热值计算各种能源量的换算指标

。中国又称标准油。1千克油当量的热值

，联合国按42.62兆焦(MJ)计算。1吨标准油相当于1.454285吨标准煤。1、几个概念一、能源资源的概念与分类---凡是能够提供某种形式2一次能源是指以原有形式存在于自然界中的能源，如煤、石油、天然气、水力、风力、草木燃料、地热、核能、直接的太阳辐射等。

二次能源是指由一次能源直接或间接转换为其它种类和形式的人工能源，如电能、热能、各种石油制品、煤气、液化气、沼气、余热、火药、酒精等等在煤、石油、天然气、水力、汽油、电力、酒精中，哪些是一次能源？哪些是二次能源？2、能源分类一次能源是指以原有形式存在于自然界中的能源，如煤、石油、天然3环境科学概论能源问题ppt课件4非再生資源︰這類物質的循環時間極長，所以於使用，難以在短期內補充，因此會有耗盡的可能。可再生資源︰理論上長用長有，不會枯竭耗盡；因為此類物質可以快速循環或補充。非再生資源︰這類物質的循環時間極長，所以於使用，難以在短期內5二、能源问题的出现及其未来趋势能源、经济、环境之间矛盾的体现能源供、需之间的矛盾二、能源问题的出现及其未来趋势能源、经济、环境之间矛盾的体现6能源在开采、加工、运输、使用的过程中的环境影响：开采（事故+地面生态系统的破坏）加工（煤洗选、干燥；炼油厂等）运输（泄漏）利用（温室效应气体、热污染等）另外，核能（慢性辐照、核废料）

水电（水坝的生态影响）P109-120能源在开采、加工、运输、使用的过程中的环境影响：开采（事故+7AViewofChina’sEnergyFuture

中国能源未来50年ThismaterialonChina’senergyfutureisverypreliminaryandshouldnotbecitedordistributed.本材料提供的对中国未来能源状况的估计是非常初步的，所以不应被引用或分发。Theseestimateswillbemodifiedandchanged,possiblysignificantly,asin-depthanalysisprogressesoverthecoming9to12months.这些估计将会被更新和修改，并可能在未来9到12个月內深入分析的基础上进行显著修改。Nonetheless,thestoryisindicativeofseriousenergyissueslikelytofaceChinaoverthecomingdecades.分析显示中国很有可能将在未来数十年内面临严重的能源问题。Source:LawrenceBerkeleyNationalLab,2050ChinaEnergyStudy,preliminaryestimates;donotciteorquote资料来源：劳伦斯伯克利国家实验室,2050年中国能源问题研究.初步估计，请勿引用。AViewofChina’sEnergyFutur8EnergyDemand

能源需求EnergyDemand

能源需求9

EnergyDemand:

BusinessasUsual

能源需求：按目前趋势预测按目前趋势预测Industry工业Transportation交通Agriculture农业Buildings建筑MillionMetricTonCoalEquivalent百万吨标准煤EnergyDemand:BusinessasUs10IndustryandBuildingsAssumptions:OptimisticCase

工业与建筑假设：最乐观情况（按目前趋势预测）

2000-052005-102010-202020-302030-50Industry 11.1%4.6%3.3%2.0%2.0%工业 •

Industryshiftstolowenergyintensityproductsand pursuesenergyefficiency工业转向低能耗产品并且提高能效

Buildings

8.5%5.4%4.0%1.4%0.6%建筑

•Newbuildingsuse30%lessenergyby2030and50%lessby2050到2030年新建筑将节能30%，到2050年节能50%Annualconstructiondeclinesby15%in2020;by35%in2050到2020年建筑业将降低15%；到2050年降低35%AverageAnnualGrowth年平均增长率IndustryandBuildingsAssump11EnergySupply

能源供应EnergySupply

能源供应12

EnergyDeficit能源亏缺Solar,geothermal

太阳能,地热Wind风力发电Nuclear核电Hydro水力发电NaturalGas天然气Oil石油Coal煤

Demand需求DEFICIT

亏缺MillionMetricTonCoalEquivalent百万吨标准煤Energydemand能源需求(按目前趋势预测)COAL煤Coal2030peak2030年煤炭供应达到峰值Imports进口EnergyDeficit能源亏缺S13PeakCoal煤炭供应峰值Source:ZaipuTao,MingyuLi,“WhatistheLimitofChinesecoalsupplies-aSTELLAmodelofHubbertPeak”,EnergyPolicy35(2007).LawrenceBerkeleyNationalLab,2050ChinaEnergyStudy.资料来源：ZaipuTao,MingyuLi,“WhatistheLimitofChinesecoalsupplies-aSTELLAmodelofHubbertPeak”,EnergyPolicy35(2007).

劳伦斯伯克利国家实验室,2050年中国能源问题研究。初步估计，请勿引用。Scenario1–peak2036情景1-2036年达到峰值Scenario2–peak2029情景2-2029年达到峰值Scenario3–peak2027情景3-2027年达到峰值MillionMetricTonCoalEquivalent百万吨标准煤PeakCoal煤炭供应峰值Source:Zai14OilCoalDemandSource:LawrenceBerkeleyNationalLab,2050ChinaEnergyStudy,preliminaryestimates;donotciteorquote资料来源：劳伦斯伯克利国家实验室,2050年中国能源问题研究。初步估计，请勿引用。Coal2030peak2030年煤炭供应达到峰值Oil石油（按目前趋势预测）Energydemand能源需求（按目前趋势预测）DomesticoilpeaksBetween2015and20252015-2025年之间国内石油供应峰值MillionMetricTonCoalEquivalent百万吨标准煤OilCoalDemandSource:Lawrence15NaturalGas天然气Oil石油

Coal煤Demand需求Source:LawrenceBerkeleyNationalLab,2050ChinaEnergyStudy,preliminaryestimates;donotciteorquoteCoal2030peak2030年煤炭供应达到峰值NaturalGas天然气（按目前趋势预测）Naturalgaspeaksin20252025年天然气供应峰值Energydemand能源需求（按目前趋势预测）资料来源：劳伦斯伯克利国家实验室,2050年中国能源问题研究.初步估计，请勿引用。MillionMetricTonCoalEquivalent百万吨标准煤NaturalGas天然气Oil石油Coal煤16Hydro

水力发电

NaturalGas

天然气Oil

石油

Coal煤Demand

需求Source:LawrenceBerkeleyNationalLab,2050ChinaEnergyStudy,preliminaryestimates;donotciteorquoteCoal2030peak2030年煤炭供应达到峰值Hydro“OptimisticCase”水电“最乐观情况”By202580%ofhydropotentialAllmajorriversdammedAssumesglaciersinHimalayasdonotmelt到2025年,80%的水电潜力所有主要河流将修建水坝假设喜玛拉雅山脉的冰川不融化Energydemand能源需求（按目前趋势预测）资料来源：劳伦斯伯克利国家实验室,2050年中国能源问题研究.初步估计，请勿引用。MillionMetricTonCoalEquivalent百万吨标准煤Hydro水力发电NaturalGas天然气Oil17Nuclear核电Hydro水电NaturalGas天然气Oil石油Coal煤炭Demand需求Source:LawrenceBerkeleyNationalLab,2050ChinaEnergyStudy,preliminaryestimates;donotciteorquoteCoal2030peak2030年煤炭供应达到峰值Nuclear“OptimisticCase”核电“最乐观情况”Build1-GWplants9%growth/year5in2030100in2040200in2050建造1吉瓦电厂年增长9%2030年5座,2040年100座2050年200座Energydemand能源需求（按目前趋势预测）资料来源：劳伦斯-伯克利国家实验室,2050年中国能源问题研究.初步估计,请勿引用。MillionMetricTonCoalEquivalent百万吨标准煤Nuclear核电Hydro水电NaturalGas18Wind风能Nuclear核电Hydro水电NaturalGas天然气Oil石油Coal煤炭Demand需求Source:LawrenceBerkeleyNationalLab,2050ChinaEnergyStudy,preliminaryestimates;donotciteorquoteCoal2030peak2030年煤炭达到峰值Wind“OptimisticCase”风能“最乐观情况”By205080%ofon-shorecapacity33%oftotalcapacity(includingoff-shore)到2050年，80%本土容量33%总容量（包括离岸容量）Energydemand能源需求（按目前趋势预测）资料来源：劳伦斯伯克利国家实验室,2050年中国能源问题研究.初步估计，请勿引用。MillionMetricTonCoalEquivalent百万吨标准煤Wind风能Nuclear核电Hydro水电Natur19Solar,geothermal太阳能,地热能Wind风能Nuclear核能Hydro水力发电NaturalGas天然气Oil石油Coal煤Demand需求Source:LawrenceBerkeleyNationalLab,2050ChinaEnergyStudy,preliminaryestimates;donotciteorquoteCoal2030peak２０３０年煤炭达到峰值Solar+AdvancedBiomass太阳能+先进生物质能2050Solarcells+biomasscontributemorethandomesticoil2050年太阳能电池加生物质能将超过国内石油提供的能源Energydemand能源需求(根据目前趋势预测)资料来源：劳伦斯伯克利国家实验室,2050年中国能源问题研究.初步估计，请勿引用。MillionMetricTonCoalEquivalent百万吨标准煤Solar,geothermal太阳能,地热能Wind20Solar,geothermal太阳能、地热Wind风能Nuclear核电Hydro水电NaturalGas天然气Oil石油Coal煤炭Demand需求Source:LawrenceBerkeleyNationalLab,2050ChinaEnergyStudy,preliminaryestimates;donotciteorquoteCoal2030peak2030年煤炭达到峰值Imports进口Imports“OptimisticCase”进口“最佳情况”2050.Oil,naturalgasexceeddomesticproductionSubstantialnetcoalimports2050年，石油、天然气进口超过国内生产，煤炭净进口BAUenergydemand能源需求（按目前趋势预测）资料来源：劳伦斯伯克利国家实验室,2050年中国能源问题研究.初步估计，请勿引用。MillionMetricTonCoalEquivalent百万吨标准煤Solar,geothermal太阳能、地热Wind风21PeakEnergy,2035?2035年能源供应达到峰值？Solar,geothermal太阳能，地热Wind风能Nuclear核能Hydro水力发电NaturalGas天然气Oil石油Coal煤Demand需求DEFICIT亏损Source:LawrenceBerkeleyNationalLab,2050ChinaEnergyStudy,preliminaryestimates;donotciteorquoteBAUenergydemand能源需求（根据目前趋势预测）COALCoal2030peak2030年煤炭供应达到峰值Imports进口2035peakenergy?2035年能源供应达到峰值资料来源：劳伦斯-伯克利国家实验室,2050年中国能源问题研究.初步估计，请勿引用。MillionMetricTonCoalEquivalent百万吨标准煤PeakEnergy,2035?2035年能源供22环境科学概论能源问题ppt课件23中国能源的主要缺口是石油，必须大力节油，尤其是公路交通节油，中国不可以把车多作为现代化的一个指标，要发展各种各样的节能减排的汽车中国能源的主要缺口是石油，必须大力节油，尤其是公路交通节油，24三、解决能源问题的出路实施低碳能源战略提高能效开发利用新能源洁净煤技术三、解决能源问题的出路实施低碳能源战略25必须面对的现实：必须面对的现实：26煤炭在中国能源消耗中所占比例达三分之二（美国这一比例为22%）这在很大程度上要归因于中国经济扩张的本质。目前中国经济增长过于依赖对出口导向型工厂的固定资产投资。

而且由于中国服务业发展相对落后,中国目前的能源强度（即单位国内生产总值(GDP)能耗）仍是美国的三倍

煤炭在中国能源消耗中所占比例达三分之二（美国这一比例为22%27环境科学概论能源问题ppt课件28能源的消耗换来经济的增长是以牺牲环境为代价的能源的消耗换来经济的增长是以牺牲环境为代价的291、提高常规能源的能效1、提高常规能源的能效30能源消费弹性系数是反映能源消费增长速度与国民经济增长速度之间比例关系的指标,反映了经济增长对能源的依赖程度,能源消费弹性系数反映经济每增长一个百分点,相应能源消费需要增长多少个百分点。因此,能源消费弹性系数越大,从某种意义上讲,意味着经济增长过程中能源的利用效率越低,同时也反映了对能源的依赖程度越高。由图3可知,我国的能源消费弹性系数竟比其余九个国家的平均值0.39还高出六倍之多能源消费弹性系数是反映能源消费增长速度与国民经济增长速度之间31原因：A生活能耗和建筑能耗过高随着我国经济发展水平和居民收入的提高,电器更加普及,人均居住面积成倍增长,居民的出行方式也由公共交通日益向拥有私家车转变,人口的城市化和生活方式的转变全部导向高能耗,结果是居民生活方面的能源消耗大幅提高。另外,我国建筑能耗高的惊人,建造和使用建筑直接、间接消耗的能源已经占到全社会总能耗的46.7%,而现有建筑中95%达不到节能标准,新增建筑中节能不达标的超过八成原因：A生活能耗和建筑能耗过高32B高能耗行业的过度消耗钢铁、水泥、电解铝等的需求量一直较大以电解铝行业为例,在过去的一两年中,一些煤、电企业也开始挟能源成本优势依托新上项目进入电解铝行业。这类企业利用自身电力行业优势,或者凭借占有的煤炭资源,将占行业成本50%的电价部分变成其巨大成本优势,获取高额利润。国际市场：高的能源价格已经使得欧洲和北美的电解铝厂逐渐趋于关闭,相应的我国电解铝行业出口量也相当大。由于资源储备有限,原材料氧化铝有一半要依靠进口,国内这一行业仍在大量出口,所以本质上就是利用国内煤炭资源赚取加工费而已,这实际上也等同于廉价出口电力、煤炭资源C缺少服务业B高能耗行业的过度消耗C缺少服务业332.1充分利用太阳能太阳能的利用方式？光热利用：它是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。太阳能发电：未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式主要有两种：①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。②光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。光化利用：这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。光生物利用：通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。2、开发新能源2.1充分利用太阳能2、开发新能源34充分利用太阳能太阳能光热利用分为低温利用（＜200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（＞800℃）光热利用充分利用太阳能太阳能光热利用分为低温利用（＜200℃）、中温35光电利用目前全球有40多个国家致力于低成本太阳能电池的应用性开发德国、日本、美国走在前列案例1：2007年10月，日本昭和壳牌石油公司创下了铜铟硒薄膜太阳电池光电转换效率的最高世界纪录。面积为864平方厘米的转换效率为14.3％，面积为3560平方厘米的转换效率为13.4％；光电利用目前全球有40多个国家致力于低成本太阳能电池的应用性36案例2：德国太阳能技术研究所历经10年努力，成功开发出了一种新型薄膜太阳能电池技术，该项技术采用连续电沉积工艺，制备出在铜箔上形成薄膜太阳能电池的带卷，然后通过特殊的封装工艺组装成柔软的太阳能电池组件。目前，这种电池的实验室效率已达到9.2％，理论效率高达30％，并且由于材料消耗少、工艺简单，预期最终成本将低于每瓦0.6欧元案例2：德国太阳能技术研究所历经10年努力，成功开发出了一种37案例3:劳伦斯—伯克利国家实验室的研究人员在单一性半导体材料吸收更多光能的问题上已经取得了最新的进展。他们制造出了由锌、锰及碲组成的合金。这种材料能够同时吸收3种不同波长的太阳光线。该实验室研究人员表示，利用他们发明的新型半导体材料，有可能将太阳能的利用率提高到45％至50％的水平案例3:劳伦斯—伯克利国家实验室的研究人员在单一性半导体材料38美国太阳能公司SunPower日前宣布该公司将在弗罗里达州建设该国最大太阳能电厂。与多数大型太阳能发电厂不同，SunPower项目将使用家用的屋顶太阳能电池板。该电厂将建设在弗罗里达州的DeSoto县，装机为2.5万千瓦，足以为1.875万个家庭提供电力。SunPower还将在肯尼迪航天中心附近建设1万千瓦太阳能发电装置美国太阳能公司SunPower日前宣布该公司将在弗罗里达州建39Gainesville（FL,USA）：目前正在实施的SolarPrograms项目GRU(GainesvilleRegionalUtilities)haveofferedsolarwaterheatingrebatessince1997andsolarphotovoltaic(PV)systemsrebatessince2007.NowGRUhavecreatedasolarfeed-in-tariff(FIT)programtoincreasethenumberofsolarPVsystemsinGainesville.InstallingsolarmeanscashbackforelectricandgascustomersGainesville（FL,USA）：目前正在实施的S40武汉的光伏发电项目将建全国最大的光伏发电站预计届时将有20%的电力来自于光伏发电武汉的光伏发电项目将建全国最大的光伏发电站41

2.2生物质能

传统生物质能在近代200多年人类能源消费结构中的占比

2.2生物质能

传统生物质能在近代200多年人类能源消费结42能源作物（光生物利用）酒精能源、油料作物等牛糞發電廠

垃圾發電機现代生物质能的利用案例能源作物（光生物利用）现代生物质能的利用案例43能源作物与粮食作物争地？引发的环境问题？甘蔗、玉米（富含淀粉、糖分的生物原料）能源作物与粮食作物争地？引发的环境问题？甘蔗、玉米（富含淀粉44酒精能源

美國在20世紀初期率先開發酒精能源，後來因原油價格下降而停滯不前。1973年全球爆發石油危機，再次推動酒精能源的開發研究。及至90年代，美國開始提倡使用再生能源，以木板、樹葉和舊報紙提煉纖維酒精。在開發酒精能源的國家中，巴西是最成功的例子。世界銀行和巴西政府的合作，花了10年時間建成年產1000噸以甘庶提煉的酒精能源產業，生產汽車用酒精。巴西的聖保羅市SaoPaulo是全球首個使用純酒精代替汽油的城市，油站設有酒精添加油服務，方便使用純酒精引擎的環保汽車隨時「加油」酒精能源美國在20世紀初期率先開發酒精能源，後來因原油價格45牛糞發電廠在德國及丹麥，用牛糞發電相當普遍，兩國均有約20座大型發電廠牛糞發電廠在德國及丹麥，用牛糞發電相當普遍，兩國均有約20座46垃圾發電厂日本利用「新鮮」垃圾發電的技術，一噸「新鮮」垃圾可以發電580千瓦，相當於一個普通家庭兩個月的用電量；而用於發電的垃圾，幾乎都變成了二氧化碳和水，剩下的固體殘渣很少武汉建成了首座焚烧垃圾发电厂垃圾發電厂日本利用「新鮮」垃圾發電的技術，一噸「新鮮」垃圾可47

Case1:Biomass-fueledPlantInMay2009,theGainesvilleCityCommissionapproveda30-yearenergycontractbetweenGRUandGainesvilleRenewableEnergyCenter,LLC(GREC).GRECwillbuild,ownandoperatea100-megawattbiomasspowerplantinGainesville.GRUwillpurchaseandown100percentoftheenergyproduced.Theplantwillbefueledbyforestry-wastematerialgeneratedbynorthcentralFlorida'sprincipalagricultureindustry–forestryforpaperpulp,chipandsawtimber–aswellasurbanwoodwas