中矿大能源与环境课件07新能源的开发利用及 对环境的影响

第七章新能源的开发利用及对环境的影响

所谓新能源，一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源。新能源主要有太阳能、风能、生物能、地热能、海洋能、氢能、小水电、垃圾发电、天然气和空气能。

7-1太阳能

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、太阳能、海洋能、水能等都来自太阳能。一、太阳能利用方式1、太阳能热利用通过转换装置把太阳辐射能转换成热能2、太阳能热发电利用太阳能转换的热能加热工质，将工质循环进行发电3、太阳能发电利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换，因此又称太阳能光伏技术。20世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池；二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术的突破，为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。

太阳能利用主要缺点：一、能流密度低；二、其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。

太阳能对环境的影响可归纳为：（1）无有毒气体和CO2排出，不污染大气环境。（2）占用较多的土地，发电能力为1MW的中央接受式太阳能发电站约占地3×104～4×104m2，而1000MW的核电站只占地5×104m2。（3）太阳能集热系统吸收太阳能后，减少了地面、建筑物反射回空间的能量，大规模使用太阳能可能对局部气候有影响。（4）巨大的集热系统及聚光装置影响景观，改变建筑风格和规范，增加造价和带来其它新的问题。

7-2风能

风是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。到达地球的太阳能中大约2％转化为风能。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。

一、风能缺点：（1）能流密度低。

风能来源于空气的流动，而空气的密度很小的，因此风力的能量密度也很小。风速为3m/s时，能流密度为0.02kW/m2

。（2）不稳定。由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季变化以至年际的变化都十分明显，波动很大，极不稳定。（3）地区差异大。由于地形的影响，风力的地区差异非常明显。一个邻近的区域，有利地形下的风力，往往是不利地形下的几倍甚至几十倍。二、风能优点：（1）蕴量巨大；（2）可以再生；（3）分布广泛；（4）没有污染。

7-3生物能

生物质是指由光合作用而产生的各种有机体。生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式。生物能是第四大能源，生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大。生物质包括薪柴，农林作物，能源作物，农业和林业残剩物，食品加工和林产品加工的下脚料，城市固体废弃物等。一、生物能优点：（1）

提供低硫燃料；（2）提供廉价能源；（3）将有机物转化成燃料可减少环境公害（例如，垃圾燃料）；（4）与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。

二、生物能缺点：（1）利用规模小；（2）单位土地面的有机物能量偏低；（3）缺乏适合栽种植物的土地；（4）有机物的水分偏多（50%～95%）。三、生物能利用技术：（1）直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能；（2）利用能源作物生产液体燃料。目前具有发展潜力的能源作物，包括：快速成长作物树木、糖与淀粉作物（供制造乙醇）、含有碳氧化的合作物、草本作物、水生植物。（3）生产木炭和炭；（4）生物质（热解）气化后用于电力生产，如集成式生物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮机（BIG/STIG）联合发电装置。（5）对农业废弃物、生活废弃物或城市固体废物等进行厌氧消化生产沼气，避免用错误的方法处置这些物质，以免引起环境危害。开发生物质能对中国的重要意义

中国生物能技术发展的前景

（参考讲义内容）（作业内容）7-4垃圾电厂与环境

随着社会的发展及城市的建设，城市垃圾的处理成为日益突出的问题。过去，我国城市垃圾的处理主要靠堆埋(堆肥及填埋)，但随着现在城市用地的日益紧张、人类居住环境要求的提高及科学技术水平的发展，垃圾堆埋已成为人们要审慎考虑的问题，而热力处理方式逐渐为人们所采纳。

一、资源(垃圾)电厂的用途及简要生产工艺流程资源(垃圾)电厂的用途为：回收垃圾、焚烧垃圾、发电供热及灰渣利用，即对垃圾进行减量化、资源化、无害化的处理。

垃圾发电简要生产工艺流程：垃圾→垃圾贮存→垃圾焚烧→余热锅炉→烟气净化→烟囱→洁净烟气至大气

垃圾仓内的垃圾渗透液收集后送至蒸发器，蒸发器将渗透液蒸发分离，蒸汽回收后进入全厂废水收集系统，浓缩液收集后通过喷嘴进入焚烧炉处理。二、垃圾成分资源(垃圾)电厂焚烧的垃圾将从各住宅区、购物中心、商业中心和工业区收集。这些垃圾的特点是含有高达30%～55%的水分，额定工况运行时的水分含量在40%左右。单位热值额定值为7500kJ/kg(1791kcal/kg)，最低为5570kJ／kg(1330kcal/kg)，最高为8500kJ／kg(2030kcal/kg)。无灰干性物质的平均净热值取值为20000kJ/kg。

垃圾成份（重量的%）1物理成份水果、蔬菜、庭园垃圾、食品废弃物20－58纺织物0.5－5箱子，木箱和纸箱6－12塑料(家庭垃圾塑料)6－14金属0.5－4玻璃0.5－4陶瓷1－7其它1－82化学成分碳14－20氢2－3氧8－14氮0.3－1.7硫0.05－0.32有机氯化物0.02－0.32

不能燃烧的垃圾：①污水渣；②电镀和金属硬化氰化物废渣；③钻孔和打磨用的乳胶等的废液，含油土；④不能使用的油漆、真漆、工业塑料、胶粘剂、油脂、葡萄糖、PVC容器等；⑤废油溶剂；⑥液态碳氢化合物；⑦医院的致病垃圾；⑧放射性废弃物和炸药；⑨氯化碳氢化合物。

三、二恶英二垩英是由氯原子和氧原子化合成的有毒气体，由垃圾中含氮塑料制品、芳香族物质、聚氯联苯物质及烟草类物质等燃烧产生。

1999年在城市固体废弃物焚烧炉(MSWI)的飞灰检测出二恶英后，焚烧排放作为二恶英的环境来源，已经越来越受到环境科学家的重视。

1、二恶英的结构与毒性多氯二苯异二恶英(PCDD)、多氯二苯异呋喃(PODF)分别由75个和135个同族体构成，它们的化学结构相似，常写成PCDD/Fs或俗称二恶英(dioxin)。2378-TCDD被公认为是最毒的，也是研究最多的，毒性

约为NaCH的一万倍，俗称世纪剧毒。二恶英对哺乳动物的毒性和氯化芳烃相似，表现症状为：体重减轻，胸腺萎缩，免疫系统受损，肝损伤及卟淋病，氯痤疮及皮肤病变，组织发育不全或过度增长，以及致畸、致癌、致突变等。2、垃圾焚烧过程中二恶英的形成（1）焚烧物中含有石油产品、含氯塑料(聚氯乙烯、聚氯亚乙烯、聚氯树脂等)作为二恶英的前体，在燃烧过程中经热分解后，分子重排形成二恶英。(2)垃圾燃烧时发生下列反应：2NaCl+SO2+1/2O2+H2O->

Na3SO4+HCl2Cu+O2=2CuOCuO+2HCL=CuCL2+H2OCuCL2和C元素在二恶英再合成过程中起着重要作用。

3、抑止二恶英形成的燃烧方法：(1)保持温度在1000℃以上，烟气停留时间大于2秒，保持烟气中含氧比6%以上，可将所有的有机物燃尽；

(2)抑制HCL、CuO、CuCL2的产生，尽量不燃烧含氯塑料及其它含氯化工品，不使Cu氧化；

(3)尽可能充分燃烧以减少烟气中的含碳量。（一些国家以CO小于50ppm作为标准；）

(4)在烟气净化段采用急冷却办法避开二恶英再合成的温度250℃-300℃。

四、控气型垃圾焚烧炉

焚烧炉将燃烧过程中分为二级燃烧室。一燃室为垃圾热分解，温度控制在700℃以内，让垃圾在缺氧状态下安静而缓慢地在低温下热分解，此时金属铜、铝、铁不会被氧化，没有CO2的产生，也就不会有CuCL2的产生和存在。垃圾中的可燃成分分解成可燃气体，并引入二燃室燃烧，二燃室温度在1000℃以上，烟气停留时间2秒以上，保证了有毒有害的有机气体完全分解燃烧，从而保证了二恶英的充分分解。五、垃圾电厂烟气净化系统

烟气净化系统采用一种基于半干法的系统，由FLS的烟气悬浮吸收工艺(GSA)组成。酸性烟气从锅炉出来进入GSA反应器的底部，与雾化的石灰及循环再利用的吸收剂混合。石灰喷到很大的表面上，由烟气带着通过反应器。

在反应器干燥的过程中，石灰和酸性烟气反应并中和烟气。通常情况下，石灰在排出之前循环利用大约100次左右，因此利用率非常高，石灰的消耗量相应很低。当焚烧各种各样的垃圾产生了二垩英时，不用注入活性炭就能清除这些二恶英。这是因为烟气及时的冷却以及GSA中循环系统产生的微粒浓度很高的原因。

经过GSA之后，烟气进入布袋除尘器，将烟气中的颗粒分离出来。布袋除尘器中布置着竖直挂在管板上的管状布袋。积灰在布袋外侧积累，定期的从布袋干净的一侧用脉冲压缩空气喷射来清洁布袋。GSA的再循环箱和布袋除尘器产生的剩余产物收集到储仓中。清洁的烟气在布袋除尘器之后通过引风机进入烟囱，引风机使炉膛产生必要的负压。

六、环保效益及经济效益1、环保效益资源(垃圾)电厂的建设首要目的是环保效益。垃圾在焚烧时，有害物质基本上被破坏，焚烧后的垃圾灰渣中不再含有卤化碳氢物，灰烬不释放有害气体，不向地下渗漏污水，填埋时不会污染环境，也不会留下在将来污染环境的隐患。

2经济效益垃圾在焚烧时，可利用垃圾中的能量发电。例如：上海浦东资源(垃圾)电厂日处理垃圾量1000t，利用焚烧热量带动两台8500kW发电机组，年发电量约1.1亿kW*h。焚烧1000kg家庭垃圾约可替代150L燃油或供热，一个家庭10%的用电量，可从自家垃圾中获得。

垃圾焚烧后容积约减少90%，填埋垃圾的用地约可节约80%；而垃圾焚烧后产生的灰渣利用率约达90%，只有所焚烧垃圾量的1%需要填埋。

七、资源(垃圾)电厂发展前景

由于人类社会生活的日益的快节奏，现代社会的工业化，垃圾产量也越来越高。据我国环保部门的统计调查，我国目前人均垃圾年产量已达440kg，且还在以8%～10%的年增长速度在增长。

据2001年5月召开的全国城市生活垃圾处理及资源利用经验交流会传出的信息：全国垃圾的历年堆存量已达60多亿吨，侵占土地面积多达5亿m2，666座城市中，有200多座城市陷入垃圾包围之中。

资源(垃圾)电厂目前在我国刚刚起步，只有少数城市已建成投产.目前我国大型垃圾电厂焚烧工艺的主要设备(如：焚烧炉、烟气处理系统及垃圾破碎机等)都主要依靠进口。

我国的垃圾一般都没进行分类，由于生活水平低，垃圾杂质多、水分多、热值低分检差，采用锅炉发电供热，为保证蒸气的温度压力流量稳定，有时不得不投油助燃，所以运行成本上升。

随着我国人民环保意识的增强，政府治理环境的力度加大，有关垃圾处理的法律、法规的健全及资源(垃圾)电厂焚烧工艺设备生产技术的引进，资源(垃圾)电厂的发展前景将会非常广阔。

南山垃圾焚烧发电厂盐田垃圾焚烧发电厂7-5地热能

地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。

地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。

一、我国地热能发展现状：1、技术现状已建立了一套比较完整的地热勘探技术方法、评价方法；地热开发利用工程勘探、设计、施工已有资质实体；设备基本配套、国产化、有专业制造厂商；监测仪器基本完备并国产化。

二、产业化现状1．地热发电产业已具有一定基础。国内可以独立建造3O兆瓦以上规模的地热电站，单机可以达到10兆瓦。电站可以进行商业运行。2．地热供热产业。开发利用和科学技术水平，经济、社会和环境效益在示范点、示范区可以达到国际90年代水平，但总体上与国际上先进水平相比尚有一定差距，目前正在由粗放转入集约。

3．地热钻井产业。目前已具备施工5000米深度的地热钻探工程条件和水平。具备了大规模开发地热能力，并开始朝着专业化、规范化方向发展。4．地热监测体系、生产与回灌体系正逐步完善和建立，但当前正处在试验研究阶段，尚没有形成工业化运行。5．地热法规和标准尚需健全和完善。特别是地下、地面工程设施、施工，需尽快完善和建立技术规程和技术标准。培育专业化施工（从地下到地上）企业，建立企业标准和行业标准。

三、地热对环境的影响1、化学污染：地热水和地热蒸气中含有许多污染环境的矿物质，含有CO2、H2S、NH3有时还会释放出放射性氡。地热水中可能含有砷、汞之类有毒物质，都可能污染大气和水体，需要进行适当处理。2、热污染：地热电站热利用率低，冷却水用量多，应加以综合利用。3、对土地的影响：建设地热电站要破坏大量地表，提取地热流体会引起地表下沉。

4、噪声的影响：地热喷射蒸气和水会产生100dB（A）（A声级）左右的噪声，且有高音频的特点。7-6海洋能

海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。潮汐与潮流能来源于月球、太阳引力，其他海洋能均来源于太阳辐射。

这些能量分散在广阔的地理区域，因此实际上它们的能流密度相当低，而且这些资源中的大部分均蕴藏在远离用电中心区的海域。因此只能有一小部分海洋能资源能够得以开发利用。

一、我国海洋能概况

1、我国海洋能开发已有近4O年的历史，迄今已建成潮汐电站8座。2、已具备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小，单位千瓦造价高于常规水电站，水工建筑物的施工还比较落后，水轮发电机组尚未定型标准化。这些均是我国潮汐能开发中存在的问题。

二、海洋能的开发环境影响方面：

1、一般认为海洋发电起了消波器作用，可能干扰海洋-大气的转换运动，进而影响气候。

2、海洋温差发电可能影响盐分和热量分配，局部影响海洋生态。

7-7氢能一、氢的特点：（l）所有元素中，氢重量最轻。（2）所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，因此在能源工业中氢是极好的传热载体。（3）氢是自然界存在最普遍的元素。（4）除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。

（5）氢燃烧性能好，燃烧速度快。（6）氢燃烧时除生成水和少量氮化氢外不会产生对环境有害的污染物质，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。（7）氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池。（8）氢可以