常规能源开发与利用-石油、天然气、水能课件

二、常规能源石油,知识点：1、石油的形成；2、石油的主要成分和元素；3、石油的分类；4、石油对煤的优势；5、油田开发的程序。,第二节能源概述,2、石油,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。,颜色：由所含的胶质和沥青的比例不同而引起；黏稠度：由石蜡含量的高低决定。,（1）石油的优势与地位,优势：1、释放的热量比煤大。就发热量而言，石油大约为煤的23倍。（标煤：7000kcal/kg，标油：10000kcal/kg）2、石油使用方便，易燃且不留灰烬。（无烟煤燃点：550700，烟煤：400550；褐煤：300400。汽油：427，柴油：220，煤油：210）地位：世界能源第一位，能源40依赖石油；对国家和政府而言，石油化工是支柱产业，接近一半的税收来源。,（2）石油的形成,水体中有机物随地壳变迁不断深埋，经历生物和化学转化过程（先是好氧菌和厌氧菌的改造，然后是以低温为主的地球化学转化阶段）。有效的生油阶段从5060开始，到150160结束。过高的地温使石油逐步裂解成为甲烷，最终演化成为石墨。石油只是有机物在地球演化过程中的一种中间产物。,（3）石油的主要成分与组成,石油主要是由烷烃、环烷烃、芳香烃等烃类化合物组成。石油主要元素是碳（8590%）和氢（1014），还有少量硫（0.20.7），氧（01.5）、氮（0.12）以化合物、胶质、沥青质等非烃类物资形态存在。还有微量钠、铅、铁、镍、钒等金属元素，浓度约为100mg/L。一般还有不溶解的水分存在；标准油的热值为：10000kcal/kg。,（4）石油的分类,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，可用黏度、盐含量、凝点、硫含量、残炭、蜡含量、沸点、馏程等物性指标来说明其特性。石油组成复杂，通常的分类方法：（1）按密度：轻质石油（相对密度0.89）、特重质石油（相对密度1.076）（2）按硫含量：硫含量小于0.5为低硫石油，0.52.0为含硫石油，大于2.0为高硫石油。（3）按蜡含量：蜡含量0.52.5为低蜡石油，2.510为含蜡石油，大于10为高蜡石油。,（5）石油资源,目前世界上已找到近3万个油田和7500个气田，这些油气田遍布于地壳上六大稳定板块及其周围的大陆架地区。在156个较大的盆地内几乎均有油气田发现，但分布极不平衡。从已探明的石油储量来看，世界总储量1686亿吨（2007年），主要分布在7大储油区，依次为：中东地区、拉丁美洲地区、前苏联地区、非洲、北美洲、西欧和东南亚。7大地区占了95%的世界储量。,（6）石油加工,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。,石油加工的历史第一阶段，20世纪以前简单蒸馏，其目的产品是家庭用于照明和取暖用的煤油。第二阶段，20世纪初热裂化技术可以从较重的馏分或重油中获得更到的汽油。第三阶段，20世纪30年代末、40年代初催化裂化技术的出现大大提高了石油加工过程中的汽油产量；分子筛催化剂第四阶段，20世纪70年代催化裂化技术、重整技术、渣油加氢技术第五阶段，20世纪90年代以后整体优化,石油的加工过程,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。,石油的加工程序蒸馏过程裂化热裂化催化裂化加氢催化,重整,某炼油厂各主要装置工艺流程图,精制聚合,燃料-化工型炼油厂的加工流程,炼油厂,（7）石油产品及其用途,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)40205的组分作为汽油；(2)180300的组分作为煤油；(3)250350的组分作为柴油；(4)350520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；,石油产品用途汽油,1、汽油：主要成分是C4C12的烃类，为混合烃类。2、汽油用途：车用汽油（各种活塞式发动机汽车）；航空汽油（活塞式发动机的螺旋桨飞机）3、判断汽油的好坏标准：（1）汽油的馏分组成（书P47）；（2）汽油的辛烷值（即为汽油的牌号）。,（1）汽油的馏分组成,恩式蒸馏实验,1、把100ml汽油放进带支管的烧瓶里，插上温度计进行加热蒸馏；2、初馏点：蒸出第一滴油时温度计所指示的温度；3、10%点：蒸出物体积达到10ml时所对应的温度；4、20%点、30%点.5、干点：蒸出最后一滴油时所对应的温度。6、馏分组成：按各自沸点范围所占的比例得到的汽油的各种成分。,车用汽油要求恩式蒸馏的干点205，10%点95%CH4,2020年沼气资源总量可达915亿m3,？,提纯,2015年和2020年的国内天然气产量规划分别为1251亿立方米和1421亿立方米。,思考：如果君作为市领导，您如何解决天然气荒问题？,二、常规能源水能,知识点：1、水能利用的方式；2、抽水蓄能电站工作原理；,二、常规能源,第二节能源概述,4、水能,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。故，“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。,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59200亿kWh，不论是水能资源的理论蕴藏量，还是可开发的水能资源，中国在世界各国中均居第一位。长江、黄河中上游、雅鲁藏布江中下游、珠江、澜沧江、怒江、黑龙江上游，占全国大中型水电资源90。云、川、藏水能资源占全国57，经济发达的东部11省市水能资源仅占6。,水能利用,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。,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。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、引水式和混合式三种基本类型。,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）。,水力发电,水力发电占世界电力的19%，工作效率达90%。,抽水蓄能电站工作原理：利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。又称蓄能式水电站。它可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，还适于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，且宜为事故备用，还可提高系统中火电站和核电站的效率。,抽水蓄能电站（书P55）,天荒坪抽水蓄能电站位于安吉县天荒镇大溪村调节性能方面：根据华东电网网内计划，2000年华东电力系统最高负荷达3536万千瓦，峰谷差1232万千瓦，缺少调峰容量约500万千瓦。电厂总装机容量为180万千瓦，属日调节纯抽水蓄能电厂，年发电量31.60亿千瓦时，年抽水耗电量42.86亿千瓦时，下水库库容877万m3，上水库库容885万m3。电站安装6台30万千瓦立轴可逆混流式水泵水轮机/发电电动机组。,二、常规能源核能的开发与利用,（1）核能的开发和利用现状核能（又称原子能、原子核能）是原子核结构发生变化时放出的能量。核裂变能核聚变能1942年，意大利的费米、匈牙利的西拉德等在芝加哥帮助美国建成世界上第一座核反应堆。1954年，前苏联建成了世界上第一个核裂变能发电站，开创了人类大规模利用核能发电的先河。截止2000年，全世界共有433座核电机组在运行，总装机容量为3.49亿千瓦（电功率），核电占全球总电力生产量的16.1。核电仍然是世界能源结构中重要组成部分之一。法国（78）、立陶宛（73）、比利时（58）美国（104）、法国（59）、日本（54）、英国（35）,（2）核能的优越性1）核电比火电安全自核电投入使用以来，仅有两次事故。2）核电比火电经济铀235分裂时产生的热量是同等质量煤的260万倍，是石油的160万倍。一座100万千瓦的核电站，每年补充30t核材料，但同功率的火电站，每年需消耗300万t煤或200万t石油。3）核电比火电清洁，对环境的污染小,（3）我国核能的开发和利用1991年12月15日，我国第一座自行设计自主建设的核电站秦山核电站并网发电成功。中国目前投入商业运营的核电站共有：秦山一期、二期、三期核电站，广东大亚湾核电站，岭澳核电站，江苏田湾核电站等6家核电站11台机组，拥有850万千瓦核电容量。批准了浙江三门、广东岭澳扩建项目，各建设两台百万千瓦级压水堆核电机组，广东阳江项目和浙江秦山二期扩建项目也获批。2020年力争中国的核电总规模将达到4000万千瓦。,（4）核裂变反应与反应堆,核裂变反应,骨牌效应,极其微小的中子，将有能力释放沉睡在大自然界中几十亿年的物质巨人。,视频：原子弹和核电站,核裂变反应堆利用原子核反应原理建造的反应堆需将裂变时释放出的中子减速后，再引起新的核裂变，由于中子的运动速度与分子的热运动达到平衡状态，这种中子被称为热中子。堆内主要由热中子引起裂变的反应堆叫做热中子反应堆（简称热堆）。慢化剂是一些含轻元素而又吸收中子少的物质，如重水、铍、石墨、水等。冷却剂也是吸收中子很少的物质。热中子堆最常用的冷却剂是轻水（普通水）、重水、二氧化碳和氦气。轻水堆压水堆：一回路冷却剂保持在120160个大气压；沸水堆：冷却水保持在较低的压力（约为70个大气压）下，水通过堆芯变成约285的蒸汽，并直接被引入汽轮机。重水堆重水慢化、重水冷却重水慢化、沸腾轻水石墨气冷堆石墨作慢化剂二氧化碳、氦气作冷却剂,核裂变反应堆快中子增殖堆（快堆）中只有冷却剂（液态钠），没有减速剂，直接利用核裂变产生的高速运动的中子来维持链式裂变反应的进行，其显著的特点是能产生比它自身消耗的还要多的核燃料。铀238和钚2391kg天然铀通过压水堆可产生4.64.8万度电，而快堆则可生产出600万度电。世界上可经济开采的铀资源只相当于世界石油贮量的14。因此，利用原先的热中子反应堆发电无法根本解决人类无限需求的能源问题。且这种热堆，在铀资源的利用上极差，只有12%可以用来发电，而其余的9899%的铀只能被作为废料贫铀弃置。世界已建成快堆21座，大多出去实验堆、原型堆阶段。,视频：核电生产过程,核电站反应堆构造,核岛,常规岛,（5）核聚变装置当两个轻原子核结合成一个较重的原子核时，也会释放能量。我们称这种结合为聚变，放出的能量称为聚变能。在人工控制下的聚变为受控聚变，在受控聚变的情况下释放能量的装置，称为聚变反应堆或聚变堆。而为了实现聚变，首先要输入能量。当输入的能量与聚变反应产生的能量相等，即能量增益因子等于1时，称为得失相当。,视频：核聚变原理,聚变也称热核反应，是轻核结合成一个较重的平均结合能较大的原子核，同时放出巨大能量。由于原子核间有很强的静电排斥力，一般条件下发生核聚变的几率很小，只有在几千万摄氏度以上的超高温下，轻核才有足够的动能去克服静电斥力而发生持续的核聚变。由于超高温（氘-氚反应，临界点火温度约为4400万度，纯氘反应，点火温度约为2亿度。而要维持聚变反应的进行，实际温度需要比临界点火温度高很多，如氘-氚反应的最低运转温度高达1亿度，纯氘反应堆则需高达5亿度）是必须的外部条件，因此核聚变又称热核反应。,核聚变反应产生的条件,聚变反应面临的问题：A、如何保证等离子体的密度？因为等离子体密度越大，单位体积内的原子核数目越多，热核反应越容易进行。B、等离子体的约束时间。需要解决的难题：A、如何把等离子体加热到超高温度？B、如何约束等离子体，使其不与装它的容器碰撞，否则等离子体要降温，容器要烧毁；C、如何防止杂质混入等离子体？杂质会增加辐射而使等离子体冷却。,受控核聚变反应需要解决的问题,核聚变反应的等离子体温度极高，任何材料制成的器壁都承受不了如此高温，因此必须对等离子体进行约束，即将它与周围环境隔离开来。目前有两种不同的约束途径：磁约束和惯性约束。,实现可控核聚变反应的方法有磁约束、惯性约束（激光打靶）等。在磁约束的各种装置中，最主要的是托卡马克装置（Tokamak，俄语中环形、真空、磁和线圈几个词的组合，即为环形磁真空室），它是用强磁体把氢气约束在一个环形室内进行压缩和加热，使氢从气态变成等离子态，然后发生氢核聚变成氦核的反应，伴随反应释放出大量的能量。,磁约束,29,核聚变装置磁约束1954年前苏