【毕业学位论文】（Word原稿）广东省若干重要领域的能源情景分析-热能工程博士论文

分类号 密级 编号 中国科学院研究生院 博士学位论文 广东省 若干 重要 领域的 能源情景 分析 指导教师： 研究员 中国科学院广州能源研究所 研究员 国家发改委能源研究所 申请学位类别： 博 士 学科专业名称： 热能工程 论文提交日期： 论文答辩日期： 培养单位： 中国科学院广州能源研究所 学位授予单位： 中国科学院研究生院 答辩委员会主席 o. , , 声 明 I 声 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 签 名： 日 期： 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国科学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 、汇编学位论文。同意中国科学院可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议 ) 研究生签名： 时间： 年 月 日 导师签名： 时间： 年 月 日 时间： 年 月 日 摘 要 要 能源是经济发展和社会进步的重要物质基础。能源 作为燃料和化工原料，保障和供给了工业、农业、商业、交通运输以及居民生活的使用。 随着广东省经济的快速发展，能源消费将 继续 增长，而广东省的能源资源匮乏， 近 年来 能源 自给 率不断下降， 对外依存度高， 能源供需矛盾日益突出。同时，化石能源的大量使用，已经对广东省的环境造成了严重危害。面对不利局面，广东必须加强能源发展战略的研究，以安全、经济 、环保 的能源供应，保证广东经济的可持续发展。 本文 应用 国家发改委能源研究所开发的 自下而上型能源技术模型 ： 型， 采用情景分析的方法， 将 广东省的能源消费 按照部门进行划分， 从中 选取电力、乙烯、居民生活三个部门 进行 能源情景分析。 电力： 首先回顾了广东省近年来电力生产和消费情况， 根据广东省电力消费的增长 趋势，以及未来广东 省的经济增长情况，利用 线性回归和 弹性系数法预测2020 年的电力消费量。 参考发达国家的经济和电力消费情况，选择弹性系数法的预测值。根据 广东省电力工业的相关规划、根据本省的能源资源量，以及可获得的能源资源量，设定 基准情景的 电源结构。 在满足电力消费量需求的情况下，通过利用大规模购入西电减少本省发电量、提高火电发电效率、增加可再生能源发电量， 设定三个对比情景进行分析。 购买西电以减少本省发电量，可有效减少化石能源消费量 和温室气体排放量 ， 但是随着西南几省的经济发展，很有可能减少外送电量。 关闭小火电机组，用高效的超临界、 超超临界机组替代，改善技术构成，可提高火电发电效率 。采用风电、生物质发电、垃圾发电的等可再生能源技术，充分利用广东省充沛的可再生能源资源 ，可替代部分火电，减少化石能源消费量。 乙烯： 根据广东省石化工业发展规划，确定乙烯 未来 的产能 。 2005 年 乙烯工业消耗的油品，在油品总消费量所占比重不到 2%，但是， 2020 年乙烯工业将消费 30%左右的油品。 在满足生产量的前提下，通过改善原料结构、 征收碳税等设定三个能源情景进行分析。 使用轻质的原料可降低 乙烯 的能耗，提高收率。 充摘 要 利用 广东省进口 乙烷组分， 用于乙烯生产，以 改 善原料结构，提高收率、降低能耗。 我国的石油资源偏重，轻质油较少， 采用以重油为原料的 宽乙烯原料来源， 但是 术能耗高、污染物排放量大，不利于节能减排。征收碳税可提高清洁技术的竞争力，但是当税值较低时，效果有限。 居民生活 ： 首先 对生活用能的发展历程和能源消费现状进行分析， 并 将生活用能按（照明、制冷、家用电器、炊事热水用途）划分开， 以便于分析。 根据广东省的社会经济发展 、居民生活用能的发展趋势，预测居民生活的服务量需求。在满足生活用能服务量的前提下，通过改变生活用能技术的比例，设定三个情景进行分析 。发现在四个用途中，炊事热水的能源消费量 和二氧化碳排放量 始终是最大的 。 也就是说，在生活用能的四个用途中，炊事热水是节能减排潜力最大的领域。 将 清洁高效的天然气 直接应用于居民生活 ，增大太阳能热水器的比重，促进炊事热水的节能减排。 在农村应用生物质能现代利用技术，高效率地利用传统的生物质能，可替代化石能源，减轻对能源供应的压力，有利于环境保护。 同时，注重技术进步，推广节能技术的应用，采用节俭的生活，避免过度追求舒适性而采用高能耗设备，以促进居民生活用能的节能减排。 关键词： 广东 省 、 能源、情景分析、 自下而上 模型 、 能源政策 、环境V is an of of to s is is At of e it is to to is of in is to of to of of to of is is to of is to of to of is of is in 005, 0 020. by of O2 NG be NG be to of be by O2 be of be O2 is is of in is is to of is by O2 of is of in be be in in be by to at is to is of be to of of 录 录 第 1 章 绪论 1 东省能源利用现状 . 1 东省能源资源量 . 1 东省能源生产量 . 2 东省能源消费量 . 3 境污染 . 5 东省能源可持续发展的特点与问题 . 5 究目的和意义 . 6 文内容 . 6 源系统能流结构 . 6 要领域的选择 . 7 文章节安排 . 9 新点 . 9 参考文献 . 10 第 2 章 研究方法 11 上而下型模型 . 12 型 . 12 入产出模型 . 13 下而上型模型 . 14 型 . 15 2. 型 . 16 型 . 18 型 . 19 参考文献 . 22 第 3 章 电力部门能源情景分析 24 东省电力工业现状 . 24 机容量与发电量 . 24 电主要技术经济指标 . 27 力消费量 . 29 染物排放 . 31 东省电力工业发展概况 . 31 力消费量预测 . 32 于一元线性回归的电力消费量预测 . 32 于弹性系数法的电力消费量预测 . 34 目 录 预测结果对比 . 37 型参数 . 38 电技术 . 38 硫技术 . 39 力部门情景设定 . 39 准情景 . 40 电东送情景 . 41 大压小情景 . 42 再生能源情景 . 42 测结果及分析 . 44 机容量及其构成 . 44 电量构成 . 45 源消费量 . 47 室气体排放量 . 48 论 . 54 参考文献 . 55 第 4 章 乙烯部门能源情景分析 57 东省乙烯行业发展现状 . 57 烯行业的产能 . 57 料结构 . 58 烯综合能耗 . 59 产工艺 . 60 业发展趋势 . 61 置规模大型化 . 61 中布局 . 62 油化工一体化 . 63 料优化 . 63 术进步 . 65 结 . 65 型参数 . 65 烯产能 . 65 供选择的技术 . 66 景设定 . 67 准情景 . 67 景 . 68 目 录 碳税情景 . 69 拟结果和分析 . 69 术比例 . 69 源消费量 . 71 室气体排放量 . 75 论 . 77 参考文献 . 78 第 5 章 居民生活用能情景分析 79 东省居民生活用能现状 . 79 民生活水平 . 79 民生活用能结构 . 80 民生活用能所占比例 . 82 乡居民生活用能 . 85 民人均生活用能 . 85 民生活用能设备技术分析及其能耗 . 86 明 . 87 冷 . 88 用电器 . 90 事和热水 . 92 民生活用能构成 . 95 民生活用能技术发展趋势 . 96 民生活服务量预 测 . 99 东省人口和城市化率 . 99 活用能设备拥有率 . 100 景设定 . 102 准情景 . 102 民意识 . 102 策情景 . 102 测结果与分析 . 105 源需求量 . 105 氧化碳排放量 . 112 论 . 114 参考文献 . 115 第 6 章 结论 117 力 . 117 目 录 烯 . 118 民生活 . 120 第 1 章 绪论 1 第 1章 绪论 能源是经济发展和社会进步的重要物质基础，是影响人类生存环境的重要 因素，在经济发展和社会进步的诸多方面，如工业化、农业现代化、城市化等， 能源起着 决定性的作用 ；同时，能源工业的发展也需要经济发展的带动。 能源作为燃料和化工原料，一方面直接提供给 工业、农业 、商业 、交通运输 使用；另一方面，有相当大的一部分，则广泛用于生活领域，现代人的衣、食、住、行以及娱乐文教等活动，都离不开能源，且生活水平越高，对能源的依赖性越大。 改革开放以来，广东省经济的迅速增长，和能源供应的强有力的支撑分不开的。随着广东省经济的快速发展，能源消费迅速增长，而广东省的能源资源相对匮乏，能源供需矛盾日益突出。面对不利环境，广东必须加强能源发展战略的研究，以安全、经济的能源供应，保证广东 经济的可持续发展。 根据广东省国民经济和社会发展 “十一五 ”规划及 2020年远景规划，提出未来 5中到 2010年，全省人均 500美元，达到中等收入国家水平，领先全国 10年进入宽裕型小康社会；到 2020年，人均 到 7000美元，其中珠江三角洲地区将达 面建成小康社会，珠三角地区逼近欧美水平。未来经济的发展和人民生活水平的提高，需要作为先行官的能源工业的支撑。 东省能源 利用现状 东省能源 资源量 广东省一次能源资源贫乏 1，省内煤炭、水力、油页岩、石油和天然气等一次能源资源储量约为 吨标准煤，人均资源占有量仅 33 吨，人均拥有资源储量不及全国的 1/20。广东省能源资源中，本省可支配并可规模开发利用的能源资源仅为有限的煤炭和水力。 煤炭：探明储量 有储量 合标准煤 占全国煤炭保有储量的 。主要分布在广东省的北部和西部，储量占全省煤炭储量的 78%，以韶关市和梅州市最多。因为质量差，开采困 难，成本高，煤炭年产量仅能维持在 500万吨左右且矿难不断发生。 2005年，广东省签发了关于全省煤矿立即进行停产整顿，坚决打击煤矿违法生产活动的补充通知，要求所有煤矿一律停产整顿，严重打击了煤炭产业。 水力资源：理论蕴藏量 全国理论蕴藏量的 可开发装机容量 全国可开发装机容量的 主要分布在韶关、河源、肇庆、梅州和清远等东西部地区。目前，已开发水电装机容量 664万千瓦，占全第 1 章 绪论 2 省可开发容量的 剩余未开发的多为低水头或淹没大的水电资源，未来继续开发的 潜力较小。 油气：在南海珠江口盆地，保有储量折合标准煤约 中石油 2亿吨，折合标准煤约 3亿吨，占全国石油探明储量的 但是，南海油气资源的开采和调配由国家统一管理，不属于省内自用资源。 油页岩：较为丰富，保有储量 55亿吨，折合标准煤约 10亿吨。由于热值低，灰粉含量大，每千瓦造价高， 但目前技术水平上缺乏经济开发价值， 目前尚无规模利用。 此外，广东省拥有较丰富的新能源资源，如地热、太阳能、风能、潮汐能等。尤其是风能资源， 岸上和近海风电可开发容量达 2000 万千瓦 。其中汕头、揭阳、汕尾和湛江等地风 能资源最好。近期可开发的约 300 万千瓦， 由于开发成本比常规能源发电成本高， 2005 年 仅开发 千瓦 的风力发电机组 ，尚未大规模商业化利用。 随着技术进步和设备国产化程度的提高，风电开发成本呈下降趋势，开发潜力较大。 东省能源生产量 1990 年 广东省能源生产量 为 1006 万吨标煤， 2005 年产量增加至为 4525 万吨标煤，是 1990 年的 23。 1990的 15 年间，能源生产总量的年均增长率为 0100020003000400050001990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005年广东省能源生产总量/万吨标煤原煤 原油 水电 核电 天然气图 东省能源生产总量 1990 广东省 生产 煤炭 635 万吨标煤 ， 1995 年 产量 达到峰值 763 万吨标煤，其后产量不断下降。 2002 年之后虽略有回升，但是幅度不大 ， 2005 年煤炭产量为 339 万吨标煤 ，仅占当年能源生产量的 1990 年原油产量为 70 万吨标煤， 90 年代 产量迅速增大， 2005 年 原油 产量 2099 万 吨 标煤 左右 ,占能源生产量第 1 章 绪论 3 的 1990 年水力发电 千瓦时， 2005 年 增加至 175 亿千瓦时 ，占能源生产量的 随着大亚湾和岭澳核电站的投产，核电在一次能源生产中所占的比重逐渐增大， 2005 年核电发电量为 304 亿 千瓦时 ， 天然气的生产从无到有， 2005 年产量为 597 万吨标煤，占当年能源生产量的 东省能源消费量 1)一次能源消费 一次能源消费量值的是一个国家或者地区、部门、行业在一定时间内消耗的一次能源，主要包括 四 种商品能源：原煤 、原油、天然气、 电力和天然气 。 其中，电力一项包含水电、核电和可再生能源的发电量，以及从省外调入的电力。 020004000600080001000012000140001990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005年广东省一次能源消费量/万吨标煤原煤 原油 电力 天然气图 东省一次能源消费 煤炭始终是广东省一次能源消费的主要部分， 1990 年，消费原煤 2084 万吨，占一次能源消费量的 2005 年，消费原煤 6909 万吨，占 期间年均增长率为 1990 年的原油消费量为 1302 万吨，占 2005 年增至3415 万吨，占 年均增长 一次能源消费中的电力指的是水电、核电以及外购电， 1990 年消费电力相当于 303 万吨标煤，占 2005 年增至 2722万吨标煤，占 年均增长 增速最快。天然气消费始于 1995 年，消费量为 吨标煤， 2005 年增至 吨标煤，增幅有限，且在一次能源消费量中所占比重很小。 2)终端能源消费 终端能源消费量 的定义 是 ： 终端用能设备入口得到的能源。因此，终端能源消费量等于一次能源消费量减去能源加工、转换和储运这三个中间环节损失和消耗的能源。在国内的能源平衡表统计中，终端能源消费只 扣除选煤、炼焦、油田、第 1 章 绪论 4 炼油、输配电损失。广东省因为大量进口经过加工的煤炭和成品油，所以终端能源消费量大于一次能源消费量，终端能源消费量应是能源消费总量减去输配损失。 03000600090001200015000180001990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005年广东省终端能源消费量/万吨标煤煤炭 油品 电力 其他图 东省终端能源消费量 在终端能源消费中，电力的消费量增幅最大， 1990 年电力消费量相当于 1299万吨标煤，占终端能源消费量的 33%， 2005 年增至 8634 万吨标煤，占 50%，年均增长 1990 年消费油品 617 万吨， 2005 年增至 4076 万吨，但在终端能源消费中所占比重几乎不变，由 1990 年的 至 2005 年的 煤炭消费量变化较小， 1990 年为 1323 万吨标煤， 2005 增至 1986 万吨，但是其比重迅速下降，由 1990 年的 至 2004 年的 3)能源消费总量 能源消费总量为终端能源消费量加上输配过程中的损失量。广东省的能源消费总量由 1990 年的 4064 万吨标煤，增至 2005 年的 17770 万吨标煤， 表 东省能源消费总量 2 年份 1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 能源消费总量/万吨标煤 4064 7345 9448 10179 11355 13099 15211 17770 第 1 章 绪论 5 03000600090001200015000180001990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005年广东省能源生产和消费量/万吨标煤能源生产总量 一次能源消费量终端能源消费量 能源消费总量图 东省能源生产和消费量 2 境污染 在能源生产、加工、转换、输送和使用过程中都会不同程度地排放污染物，随着煤、石油等化石燃料使用的快速增长，二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、甲烷等温室气体和污染物的排放量大大增加，环境污染问题日益严重。 广东能源开发利用与环境保护的矛盾突出，多年以煤、油为主的能源结构使广东的环境日益恶化，部分地区环境容量严重透支，环境污染问题已成为制约广东经济发展的重要因素之一，酸雨发生频率已经接近 60%，成为国家治理污染的重点区域。 2005 年，广东有 18 个城市出现了酸雨， 广州、韶关、深圳、珠海、佛山、江门、梅州、清远和东莞共 9 个城市属于重酸雨地区。其中降水酸度最强的是东莞市， 均值是 次是清远、韶关和广州，酸雨频率最高的是佛山市，达 其次是广州、深圳和韶关 7。 东省能源可持续发展的特点与问题 广东省的能源形势比较严峻，能源发展面临着很多挑战 56： 1)能源利用效率低 2005 年广东单位 耗为 标煤 /万元，为全国平均水平 标煤 /万元 的 在国内处于领先水平 ， 但和发达国家相比，仍然存在较大差距，单位 耗 约为日本的 6 倍，美国的 。 2)能源需求量大 2005 年，广东省能源消费总量为 17770 万吨标煤，占全国能源消费量 目前，广东省处于快速发展阶段，开始由轻型化向重型化转型，对能源供应压力增大 ， 能源 需求 量 仍将不断上升，保障供应难度大。据预测，2020 年广东省的能源需求量将 至少是 2005 年的 2 。 第 1 章 绪论 6 3)能源资源匮乏，能源自给率低 广东省的能源资源匮乏，人均拥有常规能源储量不到全国人均储量的 1/20，但又是资源消费大省， 因此， 能源自给率 较低， 2005 年自给率仅为 能源供应对外依存度高，受国际市场影响大。 4)环境保护压力大 以化石能源为主的能源结构，大量排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等温室气体。广东省的环境日益恶化，酸雨发生频率已经接近 60%，是国家治理污染的重点区域。 究 目 的和意义 本文工作的主要目的在于 ，在适应我国社会主义市场经济体制，保证广东省社会经济发展的前提下，各部门协调发展，同时保护环境，提供安全可靠的能源供应，促进保证经济、社会、能源供应的可持续发展。 1) 根据中国国情和广东省特色，选取合适的能源模型， 预测 并分析 广东省 能源消费量的增长、能源结构 的变化、温室气体排放量 等 。 2) 能源技术 ： 分析比较 正在使用中 的能源技术， 以及未来 20 年可能商业化的技术及其发展趋势进行分析，包括国内和国际上的技术， 了解这些用能技术的能耗、排放和经济参数 等 ，分析其使用成本及节能减排潜力 。 为未来 广东省 引进先进技术，促进技术进步 提供依据 。 3) 政策 研究： 对相关的产业政策、措施进行分析和评价，分析这些政策对技术进步、