能源科学导论第三章常规能源.ppt

1、第三部分 常规能源,第一节 煤炭 第二节 石油 第三节 天然气 第四节 水能 第五节 二次能源,1 煤的形成,煤是古代的植物体因为地壳运动而埋没地下，在适宜的地质环境中经过漫长年代的演变而成的，含碳量一般为46%97%。煤是重要的燃料和化学工业原料。煤在地球上的储量非常丰富。,第一节 煤 炭,2 煤的元素组成,煤是由有机物质和无机物质混合组成的。煤中有机物质主要由碳（C）、氢（H） 、氧（O）、氮（N）四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有硫（S）、磷（P）以及稀有元素等 。 对煤进行元素分析时需要测定碳（C）、氢（H） 、氧（O）、氮（N）和硫（S）的含量,碳（C）,碳是煤中

2、有机物质的主导成分，也是最主要的可燃物质。煤中碳含量越多煤的发热量越高。煤中碳含量的规律是随煤的变质过程的加深而增加。 泥炭（50%-60%） ，褐煤（ 60%-75%） ， 烟煤（ 75%-90%） ，无烟煤（ 90%-98%） 碳的着火与燃烧都比较困难，因此含碳量高的煤难以着火和燃尽。,氢（H） 、氧（O）、氮（N）,氢是煤中重要的可燃物质，氢的发热量高，是纯碳的四倍，但煤中氢含量的规律是随煤的变质过程的加深而减少。 氧是煤中不可燃的元素，煤中氧含量的规律是随煤的变质过程的加深而减少。 氮在煤中含量较少，在煤燃烧时不产生热量，呈游离态析出，但在炼焦过程中可以转化成含氮化合物,硫（S）、磷（

3、P）,硫是煤中的有害物质，煤中的硫可分为有机硫和无机硫两大部分，我国煤中无机硫（60%-70%） ，有机硫（ 30%-40%）。 根据煤中含硫量的高低把煤分为： 0.5%-2% 低硫煤，中硫煤和高硫煤。 磷是煤中的有害物质。,3 常用的煤质指标,水分 灰分 挥发分 发热量 对煤进行工业分析时需要测定水分、灰分、挥发分和固定碳的含量,4 煤的分类,煤的科学分类为煤炭的合理开发和利用提供了基础，通常最简单的分类方法是根据煤中干燥无灰基挥发分含量将煤分成褐煤、烟煤和无烟煤三大类 。 褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤、贫煤、气煤、肥煤、焦煤、 瘦煤和无烟煤,5 煤炭资源,煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域

4、最广的化石燃料。根据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达4.84104亿吨标准煤，占世界化石燃料可采资源量的66.8。,煤炭开采,露天开采：露天开采的优点是开采效率高，生产成本低，建设周期短，劳动条件好，安全性高。缺点是易受气候和季节影响，矸石占地面积大。 矿井开采：凡是不经济或不适合露天开采的煤田就必须采用矿井开采。,露天开采,矿井开采,我国能源资源,我国能源资源的基本特点是富煤、贫油、 少气。这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。统计表明，我国煤炭资源总量为5.6万亿吨，其中已探明储量为1万亿吨，占世界总储量的11，而石油占2.4，天然气仅占1.2。,煤炭是最 可靠的能源,我国是世界

5、第一产煤大国，煤炭是我国最主要的一次能源。2005 年全国煤炭产量21.9 亿吨，占世界的37%，占我国一次能源生产总量的75.9%、消费的70%。在未来相当长的时期内，我国以煤为主的能源供应和消费格局难以改变，随着煤炭增长方式的转变、煤炭用途的扩展，煤炭的战略地位更加重要。党中央国务院已经明确提出了“要大力调整和优化能源结构，坚持以煤炭为主体，以电力为中心，油气和新能源全面发展”的战略，进一步明确了煤炭在我国能源结构中的主体地位。,我国的煤炭资源,我国煤炭资源分布既广泛又集中，在全国煤炭地质总储量中，以大别山秦岭昆仑山为分界线，北部区域的煤炭资源量大大多于南方。北方包括东北、华北、西北和苏北

6、、鲁、皖北、豫西1 7个省市区，国土面积500 万平方公里，占全国总面积的52%，煤炭地质储量占全国的93.5%；南方包括西南、两湖、两广、海南和赣、浙、沪、闽14 个省市区，国土面积460 万平方公里，占全国总面积的48%，煤炭地质储量仅占全国的6.5%。在南方区域，煤炭资源又主要集中在云、贵、川3 省，煤炭地质储量占南方总储量的90%。,我国煤炭资源分布状况,煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙古、黑龙江、辽宁、山东几个省区，著名的大型煤矿有大同煤矿、东胜煤矿、神府煤矿等。 内蒙古、山西和陕西4省区的煤炭地质储量占全国的81.3%；东北3 省占1.6%；华东7 省市区占2.8%，江南9 省占

7、1.5%。,我国的煤炭消费,2006年，我国原煤产量达到23.25亿吨，同比增长8.1%。 2007年煤炭产量达到24.8亿吨 我国是世界上最大的煤炭消费国。 在我国煤炭消费中，煤炭的加工转换（包括洗选、发电、供热、炼焦、制气及煤制品加工等）增长迅速，而煤炭终端消费增长缓慢。 2006年6月我国煤炭出口国别统计表,煤炭供应环境趋于宽松从各主要耗煤行业看，电力、钢铁、建材等主要耗煤行业增长平稳，但增长的幅度均不大。2006年1-10月份全国火电生产的累计增速为15.1，钢材产量的累计增速为23.8，水泥产量的累计增速为20.2，平板玻璃产量的累计增速为12.9，化肥产量的累计增速为12.4。,随

8、着节能降耗目标责任制的推行，耗煤行业单位产品的能源消耗量下降，据统计，1-8月份发电耗煤的实物单耗指标下降2.23；76家重点大中型钢铁企业吨钢综合能耗下降5.36，可比能耗同比下降7.7，吨钢耗电量下降6.87。在主要耗煤行业用煤需求增长趋缓的情况下，煤炭消费量增幅比上年同期有所下降。2006年1-10月份煤炭需求增幅9.2，比2005年全年增幅10.9回落1.7个百分点,煤炭生产对环境的主要影响,我国煤矿点多面广，环境影响范围大。我国有1300个县(市)生产煤炭，重点产煤县480余个，矿井数量达2.3 万余家，煤炭开采造成的生态影响波及到全国50%以上的县(市)，量大面广种类多，环境治理难

9、度很大。 从环保角度分析，煤炭生产的主要环境问题是煤矸石、矿井水、矿井瓦斯排放、采空区地表沉陷和地下水泾流破坏。,煤矸石是我国最大宗的固体废弃物，占全国工业固体废弃物排放总量的30%。据统计，目前全国积存堆放煤矸石总量约35.5 亿吨，成规模的矸石山数千座，压占土地约7500 公顷，年均增加200300公顷。每年煤炭生产和加工新产生煤矸石33.5 亿吨，2005 年排放的煤矸石综合利用率43.5%。 在我国国有重点煤矿现有的1500 余座矸石山中，尚有80 多座长期燃烧，不断地向大气中排放大量的S O 2 、C O 2 、C O 等有毒有害气体，严重危害矿区居民的身体健康。有的甚至发生矸石山爆

10、炸，造成人员伤亡。,2005 年全国排放矿井水量约45 亿吨，矿井水利用率43.8%。煤炭开采排放矿井瓦斯约100 亿立方米。瓦斯抽放量约30 亿立方米，抽采率26.5%，利用量10 亿立方米，利用率 34 %。 煤炭生产造成地表塌陷面积63 万公顷，年均增加4.48 万公顷，其中井工开采造成的塌陷58.5万公顷，每年还要新增沉陷面积4 万公顷；露天开采造成塌陷4 万公顷，年均增长0.48 万公顷，造成地下水位严重大面积下降。,煤炭消费对环境的主要影响,主要影响:酸雨、温室气体排放、颗粒物排放、固体废物排放。 地区和区域的生态环境破坏问题.大量燃烧煤炭是我国大气污染严重的最主要原因。2000

11、年，我国（未计香港，澳门和台湾地区，下同）二氧化硫总排放量为1995 万吨，烟尘排放总量为1165 万吨，其中90的二氧化硫排放和70的烟尘排放是燃烧煤炭造成的。我国有一半以上的北方城市及三分之一以上的南方城市受到了二氧化硫超标（国家二级标准60g/m3）的威胁。长江以南、青藏高原以东的占全国面积30的地区受到了的酸雨的危害。,温室气体排放的挑战 中国每年的温室排放量占全部发展中国家排放量的近一半，接近全世界总排放量的15%（2000）。在中国所有人为活动引起的温室气体排放中，CO2的排放量最大。全部CO2排放量中，能源活动引起的排放占96。据估计1999年中国能源活动产生的二氧化碳排放为33

12、63.5百万吨，仅少于美国的5301百万吨而位居第二。 2020 年中国的能源总需求将会达到40 亿吨标准煤以上，比现在增加3 倍，二氧化碳排放也将会随之大幅度增加。,另外，我国煤炭资源和能源需求的地区分布基本是逆向的，煤炭长距离运输也是我国能源系统的一个显著特点。增加煤炭的开采和使用，将不仅增加对交通运输的压力，也将进一步增加交通运输的能源消费和污染排放。 煤炭的环境污染已经成为了我国可持续发展中必须考虑的重大环境问题之一。,6 洁净煤技术,煤炭是主要的能源，但煤炭的开发利用也严重地污染了人们赖以生存的环境，因此煤炭的清洁开发和利用是摆在全人类面前的紧迫问题。,洁净煤技术（clean coa

13、l technology）是旨在减少污染和提高效益的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称。 它主要包括洁净生产技术、洁净加工技术、高效洁净转化技术、高效洁净燃烧与发电技术、燃煤污染排放治理技术等。,洁净煤技术体系,(1)燃烧前的处理,燃烧前的处理主要是选煤、型煤和水煤浆三项措施。 选煤的目的是降低原煤中的灰分、硫分等杂质的含量，并将原煤加工成质量均匀、能适应用户需要的不同品种及规格的商品煤。,采用的脱硫方法,热解法脱硫 碱法脱硫 气体脱硫 氧化脱硫,选煤,就选煤能力而言，中国仅次于美国，居世界第2位，但总的来说煤炭入洗率很低，仅有1/4煤炭入洗。,型煤,型煤是将粉煤或低品位煤加工成一定

14、形状、尺寸和有一定理化性能的煤制品。 型煤是各种洁净煤技术中投资小、见效快、适宜普遍推广的技术。,水煤浆,水煤浆是20世纪70年代兴起的煤基液态燃料。它是由煤粉、水和少量添加剂组成。 水煤浆的制备以浮选精煤为原料，经脱水、脱灰、磨制，加添加剂后与水混合成浆。,制备水煤浆的方法,干法 湿法 混合法,(2)燃烧中处理,为达到环保目的，工厂企业通常采用高烟囱排放：它是将燃烧装置产生的有害烟气排放到远离地面的大气层中，并通过大气的运动使污染物浓度降低，以改善污染源附近的大气质量，但这种方法并不能减少有害物的排放总量，因此燃烧过程中处理，即炉内脱硫、脱硝是十分重要的。,(3)燃烧后处理,燃烧后处理主要是

15、烟气净化和除尘。 由于炉内脱硫往往达不到环保要求，所以还需对燃烧后的烟气进行脱硫处理。,烟气脱硫技术,按其方法分:干法脱硫和湿法脱硫。 按反应产物的处理方法分:回收法和抛弃法。 按脱硫剂的使用情况分:再生法和非再生法。,烟气脱硝,通常烟气脱硝也分为干法和湿法。 干法烟气脱硝主要有选择性催化还原法和选择性非催化还原法。 湿法脱硝是先将烟气中NOx含量最多的NO通过氧化剂（如O3、ClO2等）氧化生成NO2，再被水或碱性溶液吸收。,烟气除尘,燃煤产生的大气污染物占我国烟尘排放总量的60%，粉尘的70%以上，因此烟气除尘是一个突出的问题。,常用的烟气除尘器,离心分离除尘器 洗涤式除尘器 袋式过滤除尘

16、器 静电除尘器,煤的气化和液化是清洁煤技术的重要组成部分。可以解决煤直接燃烧时燃烧效率低、燃烧稳定性差的缺点，而且能够极大地改善煤直接燃烧所造成的环境污染。,7 煤的气化和液化,煤气化,煤气化是使煤与气化剂起反应，使之转化为煤气的技术。 所加入的气化剂主要有空气、氧气和水蒸气，可以得到不同种类的煤气产品。 煤气化的方法有：固定床气化、移动床气化、流化床气化、气流床气化和熔融床气化。,第一代煤气化技术 代表是鲁奇煤气气化炉 粗煤气中的主要成份是二氧化碳、一氧化碳、氢和甲烷。 粗煤气在脱除焦油、酚和含硫化合物之后，可制的中等热值的煤气，供民用、工业用或作合成气。,第二代煤气化技术,是利用先进的水煤

17、浆燃烧技术，可以同时产生蒸汽，可以为蒸汽燃气联合循环发电提供燃料气。 德士古气化炉是代表。,德士古气化炉,煤液化,飞机、坦克、火箭、汽车等都使用液体燃料，石油的储量又比煤少得多；其他水能、核能又不能代替液体燃料，因此煤的液化一直是人们努力的目标。 煤的液化可以分为直接液化和间接液化。 煤的碳氢含量比越小越容易液化因此褐煤和烟煤容易液化。,煤的直接液化,在较高温度（大于400）或较高压力（大于10MPa）的条件下通过溶剂和催化剂对煤进行加氢裂解而直接获得液化油。,煤直接液化的反应机理,煤直接液化的反应器结构图,合成法：将煤气化制出以一氧化碳和氢气为主煤气，再经过变换和净化送入反应器，在催化剂的作

18、用下产生出汽油和烃类产物,煤的间接液化,1 石油概述,石油是仅次于煤的化石燃料，它是一种天然的黄色、褐色或黑色的流动或半流动的黏稠的可燃液体烃类混合物。,第二节 石 油,石油也称为“原油”。它可以被加工成各种馏分，包括天然气、汽油、石脑油、煤油、柴油、润滑油、石蜡以及其他许多种衍生产品，是最重要的液体燃料和化工原料。 石油只是有机物在地球演化过程中的一种中间产物。 石油主要是由烷烃、环烷烃、芳香烃等烃类化合物组成。,由于石油是一种由多种化合物组成的复杂的混合物，因此其成分随产地的不同而变化很大。 石油的是由碳（85%-90%）、氢（10%-14%）、硫（0.2%-0.7%）、氧（0%-1.5%

19、）、氮（0.1%-2%）及一些微量金属元素组成。 描述石油特性的指标：黏度、盐含量、凝点、 硫含量、蜡含量、沥青质、胶质、残炭、沸点和馏程等。,2 石油资源,目前全世界共开采原油多亿吨，剩余可采储量尚有多亿吨，待发现的油气资源还有上千亿吨，还有很多新的领域有待探索。 石油分布极不平衡：中东（68%） 、美洲（14%） 、非洲（7%） 、俄罗斯（4.8%）、亚太地区（4.27%）。,世界石油储量分布图,石油储量世界排名,我国的石油资源,我国沉积盆地广阔，有485个沉积盆地，拥有沉积岩面积670万km2 ，其中陆上面积520万km2，近海大陆架面积150万km2。 面积大于4万km2的大型盆地12

20、个，面积1万km2的盆地50个。这62个盆地占盆地总数的12.8%，却拥有全国石油地质资源量的97%；其中9个主要含天然气的盆地拥有全国天然气地质资源量的80%。,目前我国石油资源的探明程度远低于其他产油国，特别是对近海大陆架可采储资源比仅为0.145。而以上盆地和大陆架中很可能存在丰富的油气资源，因此在油气方面我国尚有巨大的资源潜力。 根据2000年资料我国石油资源的地质资源量为1020亿吨，可采资源量114.4亿吨。我国石油资源主要分布在东部区，约占地质资源量的40%、可采资源量的60%左右。,石油资源的短缺,2007年5月6日。中国宣布在河北发现10亿吨大油田。冀东男堡油田。我国的石油由

21、50亿吨增至60亿吨。 按目前的开采速度，到2050年世界石油的产量会缩减至1960年的水平。 目前专家们比较一致的看法是，在石油资源严重短缺前，现有的石油资源还可维持43年，加上非常规石油(油页岩，油砂等)，估计石油资源可持续开发70年。,烃类资源,由于石油资源日益匮乏，人们开始把眼光投向另一类烃类资源：油页岩和油砂。 地球上油页岩储量很大，油砂更是遍及世界各地，是可观的烃类能源，具有很大的开发潜力。,油页岩,油页岩是埋藏于沉积岩中，和矿物水成岩一层层地交错沉积.是一种含有机油的岩石，灰分含量比较高，超过三分之一，且油质分子较重，在室温下不能用溶剂析出，而只能采用干馏的方法。 干馏后得到的岩

22、页油既可以直接燃烧，也可以加工成燃料，也可气化气化制得煤气，高温裂解加氢还可获得化工原料。此外还可以提炼金属，制造水泥和陶粒等建筑材料。,油砂,油砂也称沥青砂，是一种含有很黏沥青油的砂石，其中80%-90%为无机质，3%-6%为水，6%-20%为沥青油。 沥青油是黏稠的半固体，其性质介于最重的天然沥青和最轻的天然原油之间。可以同中加氢裂化等方法提炼出重质和轻质油品。,石油生产与消费,石油工业是一个以石油勘探、开采、储运、炼制为主的工业，由于其工作的对象是深埋于地下的石油矿藏，因此有较高的不确定性，也就是说具有较大的风险。,世界石油消费,目前在世界一次能源的消费中，石油仍处在第1位。根据2001

23、年的统计资料，世界一次性能源消费约为69.95亿吨标准油，其中石油消费量占43.0%。 在石油消费中，交通运输占57.0%，工业占19.7%，其他行业占17.1%，非能源行业占6.2%。 石油消费偏重于经济发达地区，经济越发展，越需要更多的石油，美国是世界第一大石油消费国.,我国石油消费,我国已从石油净出口国变成石油净进口国。,油田的开发,油田开发包括石油勘探、钻井和油田的开采。 石油勘探是石油开发中最重要的基础环节，它包括油田的寻找、发现和评估。 石油勘探通常分为区域普查、构造详查、预探和详探等四个阶段。 钻井，就是从地面打开一条通往油、气层的孔道，以获取地质资料和油气能源。,油田开发示意图

24、,海上钻井,海上钻井,3 石油的加工,开采出来的石油（原油）可以直接作燃料用，且价格便宜；若在炼油厂中进行深加工，则经济效益可增加许多倍，而且飞机、汽车、拖拉机等也不能直接燃用原油，必须把原油炼制成燃料油才能使用。因此，石油的加工是石油利用中非常重要的一环。,炼油厂的加工流程,燃料型：以汽油、煤油、柴油等燃料油为主要产品。 燃料润滑油型：除生产燃料油外，还生产各种润滑油。 石油化工类：它是提供石脑油、轻油、渣油用作生产石油化工产品的原料。,石油炼制的方法,分离法，如溶剂法、固体吸附法、结晶法和分馏法等，其中最常用的是分馏法。 转化法，转化法是利用化学的方法对分馏的油品进行深加工。常用的转化法有

25、热裂化、催化裂化、加氢裂化和焦化等。,石油的分馏,经过脱水、脱盐的石油主要是烃类的混合物，因此没有固定的沸点。在烃分子里，一般是含碳原子数越少的，沸点越低；含碳原子数越多的，沸点越高。因此给石油加热时，低沸点的烃先气化，经过冷凝先分离出来。随着温度升高，较高沸点的烃再气化，经过冷凝也分离出来。这样继续加热和冷凝，就可以把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物。这种方法叫做石油的分馏。分馏出来的各种成分叫馏分（每一种馏分仍然是多种烃的混合物）。,分馏的主要过程：是把处理过的原油压入加热炉，加热到360左右，使原油成为液体和气体的混合物，从导管进入分馏塔。在分馏塔里，按各种烃的沸点不同（也就是挥发性大小的

26、不同），在不同层的塔盘上分离出重油、柴油、煤油等。沸点最低的烃以蒸气状态从分馏塔顶出来以后，再经冷凝成汽油（其中包括溶剂油）。,减压分馏,从分馏塔底流出的重油可以再加以分离。如果在常压下要分离重油里的物质，就必须再升高温度。但是，在高温下，高沸点的烃会分解，更严重的是还会出现炭化结焦，损坏设备，影响正常生产。 减压分馏的原理是利用外界压强对物质沸点的影响，因为外界压强越大，物质的沸点就越高；外界压强越小，物质的沸点就越低。用降低分馏塔内压强的办法，能使重油的沸点随压强降低而降低。也就是说，在低于常压下的沸点时就可以使重油沸腾，这种过程就是减压分馏。 人们把在通常压强下的分馏叫做常压分馏。在减压

27、分馏塔里，仍根据沸点范围的不同，从塔顶和塔的各种不同高度分离出重柴油以及各种不同规格的润滑油馏分等。塔底出来的是渣油。,炼油厂的分馏塔,催化剂,转化法,燃料型炼油厂的流程图,炼油厂实例,石油产品,石油由许多组分组成，每一组分都各有其沸点。通过炼制加工，可以把石油分成几种不同沸点范围的组分： (1)40-205的组分作为汽油； (2)180-300的组分作为煤油； (3)250-350的组分作为柴油； (4)350-520的组分作为润滑油（或重柴油）； (5)高于520的渣油作为重质燃料油；,按石油产品的用途和特性，可将石油产品分成14大类，即溶剂油、燃料油、润滑油、电器用油、液压油、真空油脂、

28、防锈油脂、工艺用油、润滑脂、蜡及其制品、沥青、油焦、石油添加剂和石油化学品。,油品结构,20世纪80年代后期，世界石化产业结构进行了重大调整，资本重组、资产优化、机构改革、科技开发、产品结构调整成为此次世界石化产业结构调整的主旋律。 由于经济发展的需要、环境保护的要求、节能技术的进步以及替代能源的采用等因素的影响，使世界油品需求的构成发生了很大的变化，加上产油国之间的激烈竞争，世界油品结构也随之发生变化。,1 天然气的特性,天然气是除煤和石油之外的另一种重要的一次能源。它燃烧时有很高的发热值，对环境的污染也较小，而且还是一种重要的化工原料。天然气的生成过程同石油类似，但比石油更容易生成。,第三

29、节 天 然 气,天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烃类组成，其中甲烷占80%-90%。 天然气通常可以分为纯天然气、石油伴生气、凝析气和矿井气4种。,2 天然气的勘探和开采,天然气的勘探、开采同石油类似，但收采率较高，可达60%-95%。大型稳定的气源常用管道输送至消费区，每隔80-160 km需设一增压站，加上天然气压力高，故长距离管道输送投资很大。,天然气的勘探和开采,天然气的管道输送,3 天然气的净化,天然气中主要的有害杂质是 和其他含硫化合物。因此，天然气在使用前也需净化，即脱硫、脱水、脱二氧化碳、脱杂质等。,4 天然气资源与生产,天然气是蕴藏量丰富，最清洁而便利的优质能源。 世界上

30、天然气资源丰富，据俄罗斯学者预测，世界常规天然气的总资源量达4001012-6001012m3，此外还有大量非常规天然气资源。 与石油一样，世界天然气资源分布也很不均匀，主要集中在中东、前苏联和东欧，三者之和约占世界天然气总储量的70%。,天然气的发展前景,预计到2010年，剩余探明可采储量天然气将为165.81012m3，石油为1441108t；以热量计算，天然气储量已超过石油储量。 2015年世界天然气的产量将超过石油产量。 2020年能源结构中天然气将占29%-30%，石油占27%，煤占24%，核电为8 % ，其他能源为4%。,我国的天然气资源,我国天然气资源丰富，可探明的资源量为万亿立

31、方米，目前探明率仅为.。今后一个时期，油气勘探的重点应放在西部地区、海上和南方广大的碳酸盐岩地区。 我国西部最大油田克拉玛依油田在天然气勘探方面获得突破，该油田所辖的玛河气田经地震勘探结果表明总储量近亿立方米，是目前克拉玛依油田发现的最大整装气田。 位于准噶尔盆地南缘山前的几口试产气井目前已开采出天然气。据钻探公司介绍，其中玛纳井最高日产天然气约万立方米，是克拉玛依油田最大的天然气井。,天然气市场,2006年全世界天然气体燃料的总消费量为 28508亿立方米。其中工业消费占49.8%，交通运输占5.1%，其他行业和生活消费则为45.1%。天然气市场非常广阔。,4 天然气的应用,发电 民用及商业

32、燃料 化肥及化工原料 工业燃料,6 煤层气,煤层气（俗称瓦斯）是一种与煤伴生，以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，其中甲烷含量大于95%，热值33.44 kJ/m3以上，当其浓度达到5%至16%时，遇明火便爆炸。中国煤矿安全事故80%与瓦斯有关。在中国，煤层气作为煤矿“杀手”的角色时间已久，但直到近年才逐渐被视为一种优质能源。 中国是世界上主要的煤炭生产大国之一，煤炭生产居世界首位，也是世界上煤炭资源和煤层气资源最丰富的国家之一。丰富的煤层气资源有望成为中国21世纪的接替性能源之一。,21世纪发展煤层气的意义,减轻我国石油和天然气的供应压力； 能有效地改善煤矿安全生产条件； 将有效地保护大气

33、环境。,1,2,3,4,5,6,7,我国的煤层气资源,我国煤层气资源分布广泛，他们分布在不同的含煤盆地、不同的成煤时代，其埋藏深度和勘探程度也相差很大。 据初步预测我国煤层气的资源量为31万亿m3，高于我国陆上常规天然气的资源量，居世界第2位。,抽放煤层气是减少瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突发事故的根本性措施，到目前为止，全国已由146个煤层气抽放矿井，年抽放量6亿-7亿m3，利用量达4.8亿m3。 主要用于民用、发电、作化工原料和锅炉炉窑的燃料等，抚顺和阳泉矿区煤层气的抽放量和利用率一直居全国首位。,我国煤层气商业化提速,山西的阳泉，是中国最大的无烟煤生产基地，曾令人“闻之色变”的瓦斯，早已成

34、为矿区使用的燃气。 山西另一个煤炭大市晋城，大约有2000多辆公交和出租车现在都变成了双燃料汽车。相对于汽油，这个市的出租汽车燃用煤层气可以节约近一半费用。 作为全国利用煤层气发电规模最大的地区，晋城市目前已建成煤层气电厂(站)18座，总装机容量4.3万千瓦，年发电2.58亿度，年利用煤层气1亿立方米以上。除了车用和发电，晋城市煤层气的居民用户也已近3万户，一些企业也改用煤层气做燃料。,日前，河南郑州燃气集团与山西晋城无烟煤矿业集团签订了一份煤层气合作开发框架协议。协议中的煤层气输送管道建成后，晋城煤业集团每年将向郑州市提供8亿至10亿立方米煤层气相当于目前郑州市天然气供应量的3倍。 2007

35、年7月，香港中华煤气与晋城煤业集团合作的煤层气液化项目动工建设，经液化后的煤层气经公路运输至江浙等发达地区，将成为天然气的有益补充。晋城煤业集团预计到2008年将形成日液化125万立方米煤层气产能，成为中国最大的煤层气液化基地。,2007年10月9日，河南省首口煤层气产气井在焦作位村一次点火成功 。河南省是煤层气资源大省，据测算，全省地下2000米以浅煤层气资源约1万亿立方米，且具有渗透性好、含气量和含气饱和度高等优点，非常适合进行商业开发。 目前中国已经制定了煤层气开发和利用计划：到2010年，煤层气产量达到100亿立方米，建设全长1400多公里的输气管道，设计总输气能力65亿立方米。,7

36、天然气水合物,天然气水合物（gas hydrate）是一种新发现的能源。 天然气水合物由水分子和燃气分子构成，外层是水分子构架，核心是燃气分子。其中燃气分子绝大多数是甲烷，所以天然气水合物也称为甲烷水合物。,1m3的天然气水合物可释放出168m3的甲烷和0.8m3的水，是一种高能量密度的能源。 只能存在于低温高压环境中一般要求温度低于0-10，压力高于10MPa 。一旦温度升高或压力降低，甲烷就会逸出，天然气水合物便趋于崩解。,天然气水合物资源丰富，据估计，全球天然气水合物中甲烷的总量约为1.8108亿m3 ，其含碳总量为石油、天然气、和煤含碳总量的两倍，因此有专家乐观地估计，当全球化石能源枯

37、竭殆尽，天然气水合物将成为新的替代能源。,天然气水合物的分布,到目前为止，世界上已发现的海底天然气水合物主要分布区有大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美洲东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东岸外的布莱克海台等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、日本海、苏拉威西海和新西兰北部海域等。,天然气水合物资源分布图,我国最有希望的天然气水合物储存区可能是南海和东海的深水海底。 陆上寒冷永冻土中的天然气水合物主要分布在西伯利亚、阿拉斯加和加拿大的北极圈内。,天然气水合物储存区,天然气水合物的威胁,天然气水合物固然给人类带来了新的能源希望，但它也可对全球气候和生态环境甚至人类的生存环境造成严重的威胁。 基于天然气

38、水合物是21世纪的重要后续能源，并可能对人类生存环境及海底工程设施产生灾害性影响，全球科学家和各国政府都予以高度关注。,水能资源概述,水能是自然界广泛存在的一次能源。它可以通过水力发电站方便地转换为优质的二次能源电能。所以通常所说的“水电”既是被广泛利用的常规能源，又是可再生能源。而且水力发电对环境无污染，因此水能是世界上众多能源中永不枯竭的优质能源。,第四节 水 能,水能利用,水能利用是水资源综合利用的重要环节。 水资源的利用（即通常所说的水利开发）就是要充分合理地利用江河水域的地上和地下水源，以获得最高的综合效益。,水能利用是一项系统工程，其任务是根据国民经济发展的需要和水资源条件，在河流

39、规划和电力系统规划的基础上，拟定出最优的水资源利用方案。,我国的水力资源,我国土地辽阔，河流众多，径流丰沛，落差巨大，蕴藏着丰富的水能资源。据估计，我国河流水能资源的理论蕴藏量为6.76亿kW，年发电量为59 200亿kWh，不论是水能资源的理论蕴藏量，还是可能开发的水能资源，中国在世界各国中均居第一位。,水能资源,水力资源的开发方式和水电站的基本类型,水力资源的开发方式是按照集中落差而选定，大致有三种基本方式，即堤坝式、引水式和混合式。但这三种开发方式还要各适用一定的河段自然条件。 按不同的开发方式修建起来的水电站，其枢纽布置、建筑物组成等也截然不同，故水电站也随之而分为堤坝式、引水式和混合

40、式三种基本类型。,三峡工程世界之最,世界防洪效益最为显著的水利工程：三峡水库总库容393亿m3，防洪库容221.5亿m3，能有效地控制长江上游洪水，增强长江中下游抗洪能力。 世界上建筑规模最大的水利工程：三峡大坝轴线长2 309.74 m，装有26台70万kW的水轮发电机组，双线5级船闸加升船机，无论单项、总体都是世界建筑规模最大的水利工程。,世界上最大的水电站：三峡电站总装机容量1 820万kW，年发电量846.8亿万kWh。 世界上工程量最大的水利工程 ：主体建筑土石方挖填量为1.34亿m3，混凝土浇筑量2 794万m3，钢筋46.30万吨，金结25.65万吨。 世界上施工难度最大的水利工

41、程：2000年混凝土浇筑量为548.71万m3 ，月浇筑量为55万m3 ，创造了混凝土浇筑量的世界记录。,施工期流量最大水利工程 ：三峡工程截流流量为9 010 m3/s，施工导流最大洪峰流量达79 000 m/s。 世界泄洪能力最大的泄洪闸：三峡工程泄洪闸最大泄洪能力为10.25万m3/s。 世界级数最多、总水头最高的内河船闸：三峡工程双线5级船闸，总水头113 m。,世界上规模最大、难度最高的升船机：升船机有效尺寸为120m18m3.5m，最大升程113 m，船箱带水中量达11 800吨，过船吨位3 000吨。 世界上水库移民最多、工作最为艰巨的移民建设工程：三峡水库移民最终可达113万。

42、,三峡工程,三峡流域工程示意图,三峡工地俯瞰,三峡工程二期大坝全景,三峡工程导流明渠截流开始,水库径流调节,利用水库控制和调节径流，在时间上进行重新分配，以满足各用水部门的需要，提高水量的利用率。 （1）洪水调节； （2）径流调节。,日调节：是指一昼夜内进行的径流重新分配，即调节周期为24小时。 周调节：调节周期为1周(7天)。 年调节：对径流在一年内重新分配，当汛期洪水到来发生弃水，仅能存蓄洪水期部分多余水量的径流调节，称不完全年调节(或季调节)；能将年内来水完全按用水要求重新分配，又不需要弃水的径流调节称完全年调节。 多年调节：当水库容积大到可把多年期间的多余水量存在水库中，然后以丰补歉，

43、分配在若干枯水年才用的年调节，称多年调节。,水工建筑物,挡水建筑物（坝）； 泄洪建筑物（溢洪道或闸）； 引水建筑物（引水渠或隧洞，包括调压井）； 电站厂房（包括尾水渠、升压站）。,水电站内部结构示意图,水力发电的基本原理,水力发电就是利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转换为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(发电机),随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转换为电能。,水轮机,发电机组,水电站的分类,按集中河道落差的方式 堤坝式水电站 引水式水电站 混合式水电站 抽水蓄能式水电站,堤坝式水电站,在河道上修筑拦河大坝，抬高上游水位，以集中落差，并形成水库调节流量，然后建电

44、厂。 堤坝式水电站又可分为河床式和坝后式。 坝后式是我国目前采用最多的一种厂房布置方式。,引水式水电站,在地势险峻、水流湍急的河流中上游，或坡度较陡的河段上，采用人工修建引水建筑物（如明渠、隧道、管道等） ，引水以集中落差发电。 多为中小型水电站。,混合式水电站,由筑坝和引水道共同形成。 鲁布格水电站是我国目前最大的混合式水电站。装机60万千瓦，水头372m。,抽水蓄能式水电站,利用电力系统负荷低谷时的剩余电能，把水从下池由抽水蓄能机组抽到上池中，以势能形式储存起来，当系统负荷超出总的可发电容量时，将存水用于发电，供电力系统调峰之用。,世界最大的抽水蓄能电站,2000年3月14日，广东省广州抽

45、水蓄能电站8号机组移交生产，标志着该电站的建设已全面完成，成为世界上最大的抽水蓄能电站。总装机容量240万kW的广蓄电站，一期工程总投资约27亿元，二期工程总投资近30亿元。,广州抽水蓄能电站,小水电,小水电是指容量为120.5 MW的小水电站，容量小于0.5 MW的水电站又称农村小水电。,小水电的特点,运行寿命长，坚固耐用，价格稳定，并且水资源是可再生的。对于用电规模较小的边远地区来说，所有这些优点使 水力电站成为最具有吸引力的选择对象。 拥有连接电厂和用电中心的输电网的地区并不多。许多地区，特别是在发展中国家，还必须依赖就地的小型电厂供电。 几乎处处都有可以用来发电的小河流。,一般来说，小

46、型水电站造成的环境影响较小。 当把河水用于其他目的时，如灌溉和供水等，如能同时加上小水电发电系统，往往会更有吸引力。 在工业化国家，常常把小型水电站作为局部地区工业的能源。但在适宜的条件下，小型电站也可并入公用供电系统供电。 对已有的大坝和设施上的旧的小型电站进行改建，发电的成本较低，在经济上比较合算。,中国小水电站概况,中国有丰富的水力资源，可开发量达3.78亿kW，其中小水电开发量0.75 kW。小水电资源分布也很广泛，在全国2 166个县（市）中有1 573个县有可开发小水电资源，其中可开发量在10-30 MW的县有470个，30-100 MW的县有500个，超过100 MW的县有134个。,1986年中国在杭州建立了亚太小水电研究培训中心 1998年联合国开发计划署（UNDP）又正式把国际小水电中心设在中国，这表明中国的小水电已从中国走向世界。,概述,二次能源又称人工能源是指由一次能源经过加工直接