节能原理概述

模块二节能原理项目1概述课程性质目的和任务本课程是面向热能与动力工程专业本科生的一门综合选修课。它主要包括：热力发电和供热中的基本原理技术（如热电联产、燃气—蒸汽联合循环、热泵供热等）、火力发电和供热的节能技术（如发电厂热力系统节能理论、热管技术、泵与风机节能技术等）及新能源的开发利用，是能源工作的重要基础知识。通过本课程的学习，了解和掌握火力发电和供热各种型式的基本原理、特点与发展前景、常规火力发电与供热过程的节能方法和新能源的发展状况，拓宽学生的知识面，为培养科研人员和高级工程技术人才奠定基础。参考书目李崇祥等.节能原理与技术.西安:西安交通大学出版,2004陈听宽等.节能原理与技术.北京:机械工业出版社,1988林万超著.火电厂热系统节能理论.西安:西安交通大学出版社,1994汤学忠主编.热能转换与利用（第二版）.北京:冶金工业出版社，2002黄素逸编著.能源科学导论.北京:中国电力出版社,1999黄素逸编著.能源与节能技术.北京：中国电力出版社,2004张建一、李莉编.制冷空调装置节能原理与技术.北京:机械工业出版社,2007项目1概述能源能源消耗及资源状况能源对策节能的意义和途径能量与能源能量——宇宙间一切运动着的物体，都有能量的存在和转化，人类一切活动都与能量及其使用紧密相关。所谓能量，也就是“产生某种效果（变化）的能力”。反过来说，产生某种效果（变化）必然要伴随能量的消耗和转换。能源与国民经济能源是发展社会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。能量贬值原理一大桶温水煮熟一个鸡蛋一勺沸水烫伤人热量

能量不但有量的多少，还有质的高低说明：1.超卡诺循环的η不可能，第二类永动机不可能;2.能量具有品位问题——温度愈高，热能的质量愈高!例如：煤碳燃烧，火焰温度达到T1=1200℃，加热水蒸汽温度T2=200℃（1.6MPa），环境温度T0=30℃。如何合理利用煤燃烧放出的热量？解：充分利用火焰1200℃，由卡诺循环，其最高热效率：利用蒸汽200℃（1.6MPa），其最高热效率：卡诺循环效率所揭示的节能问题能源品位问题揭示了能源利用的完善性。温度越高利用越多，当然投入也越大。集中供热比小锅炉效益高；热电联供效益更高，利用了高端能量，白白回收了电能；热电联供也是参数越高越好；联合循环发电效率更高；······对热力学第一、第二定律的领悟阀的节流，压力降了，可用能减少了，热量却没有损失；燃煤取暖，可以做到没有热损失，但燃烧温度达1200℃只为取暖的50℃服务，可惜啊！人类目前所认识并利用的能量主要有6种形式机械能热能电能辐射能化学能核能

看图说说，能量是怎样转化的？太阳能化学能化学能动能电能热能动能热能1、机械能包括固体和流体的动能、势能、弹性能及表面张力能等。动能和势能统称为宏观机械能——人类认识最早的能量。2、热能构成物体的微观分子运动的动能表现为热能。它的宏观表现是温度的高低，反映了分子运动的强度。地球上最大的热能资源应为地热能。3、电能它和电子流动与积累有关，通常由电池中的化学能转化而来，或通过发电机由机械能转换得到。反之，电能也可以通过电动机转化为机械能——电做功。在自然界中，还有雷电等电能。4、辐射能即物体以电磁波形式发射的能量。如太阳能，太阳是最大的辐射源。太阳能热水器5、化学能它是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量。按化学热力学定义，物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的内能，称为化学能。利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢。6、核能它是蕴藏在原子核内部的物质结构能。释放巨大核能的核反应有两种：核裂变反应核聚变反应能源及能源的分类能源的概念

——可简单地理解为含有能量的资源。能源就是能量的来源，是提供能量的资源，要么来自物质，要么来自物质的运动。前者如煤炭、石油、天然气等矿物燃料（化石燃料），后者来自水流、风流、海浪、潮汐等。能源的分类按地球上的能量来源按能源被利用的程度按能源获得方式按能源能否再生按能源本身的性质按能源对环境的污染程度由于能源的形式多种多样，因此从不同的角度，对能源的分类也不相同。一般有以下6种不同的分类方法：1、按地球上的能量来源分类来自于地球本身：如核能、地热能等；来自于球外天体：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、按能源被利用的程度分类常规能源：如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等；新能源：如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，另外还有核能。3、按获取的方式分类一次能源：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：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，易于利用，是高品质的能源。4、按能源能否再生分类可再生能源：即不会随它本身的转化或人类的利用而越来越少，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类含能体能源（燃料能源）：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）：它们无法直接储存，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。6、按能源对环境的污染程度分类清洁能源，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，即对环境污染较大的能源：如煤、石油等。能源分类二次能源一次能源第三类能源第二类能源新能源常规能源可再生能源非可再生能源按照能源转换和传递方式分类按照能源的性质分类按照利用能源的技术状况分类按照能源的形成和来源分类第一类能源能源的计量单位标准煤kgcoalequivalentkgce标准油kgoilequivalentkgoe1kg标准煤（当量）（kgce）＝7000大卡（kcal）1kg标准油（当量）（kgoe）＝10000大卡（kcal）1焦耳（J）＝0.24卡（cal）1桶油=136.7kg1英加仑=4.546L；1美加仑=3.785L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。火的发现和利用畜力、风力、水力等自然动力的利用化石燃料的开发和热的利用电的发现及开发利用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，劳动生产力增长很大。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。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。（3）石油时期世界能源消费结构的特点消耗水平呈逐年上升趁势。20世纪下半叶，世界能源消费的平均增长速度以指数曲线上升，而人均能耗以几何级数上升，大约25年翻一番。消费结构变化明显。半个世纪来，世界煤炭消费比例一直呈下降的趋势，70年代起石油已在世界能源消费中占第一位。电能被广泛应用。电能是二次能源，用途广泛，高效清洁，适应现代社会发展要求，因而在能源消耗总量中的比重逐年上升。2000年，发达国家电力消耗占能源消耗总量的比例高于40%，中国也达到30%左右。世界化石能源剩余探明储量及储采比1999年世界石油储量分布煤：34.86%水电：2.29%石油：33.7%天然气：20.75%核能：6.54%生物能：11.8%

1850年能源总耗:500Mtoes1992年能源总耗:9350Mtoes1996年能源总耗:9502.1Mtoes世界能源消费构成

经济增长与能源消费中国能源现状和特点能源生产和消费结构仍以煤炭为主，约占70%。我国的能源结构很不合理，以煤为主的能源结构是造成能源浪费、环境污染和能源利用率低下的主要原因。人均能源消费水平仍很低。我国人均能源消耗水平约为世界人均的1/2，为美国人均能耗消耗水平的1/10。能源利用率低。1999年我国GDP能源强度为0.99t/千美元，约为世界水平的3.3倍，美国的3.8倍，日本的10.3倍。电力增加迅速，但电力消耗水平仍然很低。我国能源消费在世界上的排位我国耗能水平在世界上的排位我国的能源现状

能源结构我国能源消费结构及与世界平均水平比较中国（％）世界（％）年份19801990200020032003煤炭72.276.266.167.126.5石油20.716.624.622.737.3天然气3.12.12.52.823.9一次电力4.05.16.87.412.3可以看出，无论是石油、天然气，还是一次电力，我国清洁能源所占比例均落后于世界平均水平。要想优化我国的能源结构，降低煤炭在一次能源消费中的比例，必须建立多元化的能源供应体系，开发利用清洁能源，实现各种能源平衡发展。中国能源可持续发展的对策三个手段：加强政府的宏观决策和行政管理运用市场机制的调节作用利用经济增长的机遇能源建设和发展要符合国民经济可持续发展的要求，在建设常规能源的同时，要加快新能源的开发和开展节能工作。节能不但可以减缓能源耗竭速度，促进企业降耗增效，提高能源利用效率，而且还可以降低单位产值污染物排放量，从源头上治理污染，有利于环境保护。我国能源工业面临的问题人均能源拥有量低、储备量低；能源生产和消费结构依然以煤为主；能源资源分布不均匀；能源利用效率低；农村商品能源短缺；环境污染严重；人均能耗水平低；能源建设周期长，耗能多；能源价格未能反映其经济成本和能源资源的稀缺性；能源工业装备落后。世界性能源问题能源的危机——石油的危机能源消费的费用迅速增加——能源资源的勘探、开采越来越难，投入资金多、建设周期长、科技含量高能源资源短缺能源对环境的污染解决我国能源问题，应采取的措施努力改善能源结构；提高能源利用率；加速实施洁净煤技术；合理利用石油和天然气；加快电力发展速度；积极开发利用新能源；建立合理的农村能源结构，扭转农村严重缺能局面；改善城市民用能源结构，提高居民生活质量；重视能源的环境保护。指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。什么是节能？（我国节能法）有科学家把“节能”称之为开发“第五大能源”。降低成本合理利用资源，可减缓能源耗竭速度降低污染物排放，有利于环境保护降低温室气体排放节能的意义节约能源！保护环境！让能源可持续发展！节能的途径节能按性质可分为节能是一项复杂的系统工程，从能源的开采、运输到转换、利用等各个环节，都存在节能潜力。“加大产业结构调整力度，推进技术进步，发挥市场作用，促进提高能源利用效率”是节能的方向与途径。技术节能工艺节能管理节能结构节能节能是指节约能源的消耗，以较少的能源生产同样数量的产品或产值，或以同样数量的能源生产出更多的产品或产值。节能按性质可分为：技术节能：通过采用先进的节能技术、节能设备、节能机械等措施取得的节能效果。如，增设余热回收设备、采用节能型电机、风机、水泵等；工艺节能：通过改变原有生产工艺，采用先进的节能生产工艺而达到节能的目的。如，以连铸代替模铸等；管理节能：通过加强能源管理和生产管理，减少能源损耗，避免不必要的浪费，合理组织生产，减少设备在低效率（低负荷）下运行等；结构节能：通过改变产品的结构，增加低能耗、高产值产品的比例等取得的间接节能效果。2、管理节能从管理、经营的角度，节能包括政府的宏观调控和企业的经营管理两个方面。许多企业建立了健全的能源管理机构，制订了完善的能源管理制度，并把它们落实到生产组织管理中，从能源的采购、运输、配用等环节进行检测、核算以达到最大程度地节约能源，降低成本。1、结构调整我国的GDP能耗强度之所以高，一个重要的原因是经济结构不合理。这主要体现在产业结构不合理、产品结构不合理、企业结构不合理和地区结构不合理等方面。如在盛产石油的地区，建炼油、石化联合体；在煤炭集中产地，建立坑口能源联合体等。3、技术节能