能源利用领域中的新进展PPT课件

1、 “我们面对着这样无可争辩我们面对着这样无可争辩的事实，即：为了保持地球适于的事实，即：为了保持地球适于人类居住的斗争正处于关键时人类居住的斗争正处于关键时刻。刻。”第1页/共69页 可吸入颗粒物的排放与控制可吸入颗粒物的排放与控制 痕量元素的迁徙变化行为痕量元素的迁徙变化行为 温室效应与零排放燃煤发电技术温室效应与零排放燃煤发电技术 环境友好的多联产资源化系统环境友好的多联产资源化系统第2页/共69页TSP： 总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物, 小于小于100mPM10： 空气动力学直径小于空气动力学直径小于10m 可吸入颗粒物可吸入颗粒物, 称漂尘称漂尘, PM10PM2.5：空气动力学直径小于：

2、空气动力学直径小于2.5m，又又称可入肺颗粒物称可入肺颗粒物 第3页/共69页细颗粒物中富集了重金属、酸性氧化物、有害有机物(如PAHs、有机农药)、载带细菌、病毒，对人体健康影响最大。第4页/共69页第5页/共69页第6页/共69页第7页/共69页第8页/共69页 2000年，在监测的年，在监测的338个大中城市中，空气个大中城市中，空气质量达到国家二级标准的城市仅占三分之一，质量达到国家二级标准的城市仅占三分之一，可吸入颗粒物是影响城市空气质量的主要污染可吸入颗粒物是影响城市空气质量的主要污染物。物。 根据对我国大气根据对我国大气PM2.5的初步调查，北京、的初步调查，北京、广州、柳州、云

3、岗等地的浓度都超过广州、柳州、云岗等地的浓度都超过100 g/m3；对重庆、兰州、武汉和广州四个城市中对重庆、兰州、武汉和广州四个城市中PM-10和和PM-2.5的测定表明，的测定表明，PM-2.5在在PM-10中占中占52-75%。第9页/共69页2000年5月12日18日2000年11月12日83%SO2优5%12%优SO2NO2可吸入颗粒物55%12%2%31% 春季冬季可吸入颗粒物第10页/共69页 不同国家超细颗粒物总量排放有着明不同国家超细颗粒物总量排放有着明显的差别：发达国家如美、加、日、西欧显的差别：发达国家如美、加、日、西欧国家国家1990年的统计数分别为年的统计数分别为22

4、、3、8.2、23.5Mt/年；中国年；中国1990年的总排量为年的总排量为46.4Mt/年；即使同为发展中国家的印度其年；即使同为发展中国家的印度其总排量也只有总排量也只有12.5Mt/年。预计到年。预计到2040年中年中国的超细颗粒物总量排放将达到国的超细颗粒物总量排放将达到86.9-216Mt/年，远远高于美、日以及印度的年，远远高于美、日以及印度的22.5-42.6、5.3-10.0和和22.8-49.4Mt/年的总排年的总排量。量。第11页/共69页 超细颗粒物具有较大的比表面积，超细颗粒物具有较大的比表面积，通常能富集各种重金属元素（如通常能富集各种重金属元素（如As、Se、Pb、

5、Cr等）和等）和PAHs（多环芳烃（多环芳烃类）、类）、PCDD/Fs（二恶英类）等有机（二恶英类）等有机物，这些多为致癌物质和基因毒性诱物，这些多为致癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大。变物质，危害极大。 第12页/共69页宣威肺癌病因学宣威肺癌病因学研究研究第13页/共69页75-78全国肿瘤调查表明，云南宣全国肿瘤调查表明，云南宣威农村肺癌死亡率很高。威农村肺癌死亡率很高。 宣威宣威 全国全国男性男性 27.95/10万万 6.82/10万万女性女性 24.49/10万万 3.20/10万万 女性肺癌死亡率居全国首位女性肺癌死亡率居全国首位第14页/共69页1. 肺癌死亡率居当地各类肿瘤

6、的首位，肺癌死亡率居当地各类肿瘤的首位，全国为第五位全国为第五位2. 肺癌死亡率男性肺癌死亡率男性/女性性别比值低女性性别比值低全国：全国：2.07宣威：宣威：1.09；高发区：；高发区：0.873. 肺癌死亡率在县内有明显地区差别肺癌死亡率在县内有明显地区差别最高：最高：174.21/10万万最低：最低：1.12/10万万第15页/共69页提示 在宣威有某些与肺癌发病关系十分密切（尤其对妇女），作用较强的危险因素存在。第16页/共69页1. 与工业污染无明显关系。农民肺癌死亡率是工与工业污染无明显关系。农民肺癌死亡率是工矿、机关职工及家属的矿、机关职工及家属的9.8倍倍2. 吸烟不是宣威肺癌

7、高发的主要危险因素吸烟不是宣威肺癌高发的主要危险因素3. 与室内燃煤空气污染联系密切。使用火塘取暖与室内燃煤空气污染联系密切。使用火塘取暖作饭，常年在烟雾中生活。肺癌死亡率与所用作饭，常年在烟雾中生活。肺癌死亡率与所用燃料相关，以燃烟煤地区肺癌死亡率最高。燃料相关，以燃烟煤地区肺癌死亡率最高。BaP浓度均值可高达浓度均值可高达626微克微克/100米米3，超标，超标6000倍。倍。4. 毒理学研究表明，室内所采集的颗粒物具有强毒理学研究表明，室内所采集的颗粒物具有强致突变性和致癌性，以细颗粒致突变性和致癌性，以细颗粒(2m)最强。最强。第17页/共69页燃料燃料TSPBaPmg/m3g/100

8、m3 烟煤烟煤 7.219 343.37 木柴木柴 2.607 58.96 无烟煤无烟煤 1.831 15.65第18页/共69页项项目目 肺肺癌癌高高发发区区（来来宾宾乡乡） 肺肺癌癌死死亡亡率率 128.3/10 万万 肺肺癌癌低低发发区区（热热水水乡乡） 肺肺癌癌死死亡亡率率 2.08/10 万万 燃燃料料构构成成（%） 烟烟煤煤 89.7 0 无无烟烟煤煤 1.6 33.4 木木柴柴 8.7 66.6 TSP(mg/m3) 5.64 1.59 1m 颗颗粒粒比比率率（%） 51.1 6.0 BaP(g/100m3) 626.9 45.7 第19页/共69页 重污染区成人发生呼吸系统症状

9、和阻塞性肺部疾病的危险性分别是相对清洁区成人的1.7倍和1.5倍； 重污染区小学生发生呼吸系统症状和疾病的危险性分别是相对清洁区小学生的 2.33倍和2.62 5.68倍； 大气质量综合污染指数增加一个单位，小学生患哮喘的危险性增加3.98倍；lnPM10升高一个单位，小学生呼吸系统大气道通气功能（FVC）平均降低194ml，小气道通气功能(FEF50)平均降低172ml； 对小学生的免疫功能，特别是非特异性免疫功能和体液免疫已产生一定影响；对小学生心电图和外周血淋巴微核形成也产生影响。第20页/共69页香烟烟雾属典型的香烟烟雾属典型的PM2.5颗粒物。颗粒物。虽然对环境大气颗粒物的贡献可能不

10、虽然对环境大气颗粒物的贡献可能不大，但由于我国吸烟人群众多，人们大，但由于我国吸烟人群众多，人们大部分时间又在在室内活动，对人的大部分时间又在在室内活动，对人的健康危害很大。健康危害很大。 96年调查表明，年调查表明，15岁岁以上人群总吸烟率为以上人群总吸烟率为37.6%。加上被。加上被动吸烟则为动吸烟则为72%。第21页/共69页主流烟雾主流烟雾(MS)0.4m侧流烟雾侧流烟雾(SS)0.32m粒径范围粒径范围约约0.1-1m主流烟雾（主流烟雾（MS）为）为40mg侧流烟雾侧流烟雾(SS)为其为其1.3-1.9倍倍非过滤嘴约为非过滤嘴约为8倍倍第22页/共69页牌号BaP(ng/支)5558

11、05万宝路万宝路890羊城羊城699古瓷古瓷898彩蝶彩蝶623 每支烟产生数百每支烟产生数百ng BaP，侧流烟雾，侧流烟雾为主流烟雾为主流烟雾2.5-3.5倍。文献表明，倍。文献表明，BaP最低致癌剂量为最低致癌剂量为40-200 ng。表中为主流烟雾产生量第23页/共69页 普通居室普通居室（不开窗）（不开窗） d 1000ppm的，为主量元素，即指的，为主量元素，即指C、H、O、N、S 对主量组成及其污染物的研究较为成熟，而对非主量组成及非主要排放物的探索还不深入系统。对非主量组成开展工作是对学科的丰富和推进。第35页/共69页 “燃烧装置向大气排放的主要污染物有：有燃烧装置向大气排放

12、的主要污染物有：有害的有机成分（如苯平芘）、硫化物、氮氧化害的有机成分（如苯平芘）、硫化物、氮氧化物、未燃尽可燃物以及重金属，其中尤以亚微物、未燃尽可燃物以及重金属，其中尤以亚微米量级颗粒形式存在的重金属排放物具有最大米量级颗粒形式存在的重金属排放物具有最大的威胁性。的威胁性。”而恰恰在利用各种燃料（包括化而恰恰在利用各种燃料（包括化石燃料、生物质和废弃物等）所产生的众多污石燃料、生物质和废弃物等）所产生的众多污染物中，人们对亚微米量级超细颗粒物的形成染物中，人们对亚微米量级超细颗粒物的形成机理，以及它们对各种有害物质的吸附和富集机理，以及它们对各种有害物质的吸附和富集规律的探索和认识最为浅薄

13、。规律的探索和认识最为浅薄。 第36页/共69页第37页/共69页 地球变暖是由于能源大量使用所释地球变暖是由于能源大量使用所释放的热量所造成的吗？人类一年使用的放的热量所造成的吗？人类一年使用的全部能源换算成石油是全部能源换算成石油是80亿吨左右，全亿吨左右，全部能源相当于部能源相当于8 1016大卡或大卡或33 1016kJ。但是如果用这些热量加热全部海洋，一但是如果用这些热量加热全部海洋，一年也只不过能使其提高年也只不过能使其提高6 10-5，一万，一万年也上升不了年也上升不了1。使用能源一天所放。使用能源一天所放出热量略小于出热量略小于0.1 1016kJ，而整个地球，而整个地球一 天

14、 从 太 阳 获 得 的 热 量 就 达一 天 从 太 阳 获 得 的 热 量 就 达1500 1016kJ。因此人类活动释放出的。因此人类活动释放出的热能在其万分之一以下。热能在其万分之一以下。 第38页/共69页 在不到几百万年的时间里，人类活在不到几百万年的时间里，人类活动要对大气中氧和氮的含量产生重大影动要对大气中氧和氮的含量产生重大影响是难以置信的，这些气体已经存在数响是难以置信的，这些气体已经存在数十亿年了，而且数量又是如此之大。但十亿年了，而且数量又是如此之大。但是，由于温室气体在地球大气中的比例是，由于温室气体在地球大气中的比例特别小，因此它们是能够被改变的，在特别小，因此它们

15、是能够被改变的，在人类活动能力的范围内，这些微量的气人类活动能力的范围内，这些微量的气体将发生飞快的惊人变化。体将发生飞快的惊人变化。 第39页/共69页 对地球适于居住的环境产生最直接影响的莫过于大气中的二氧化碳含量。对地球适于居住的环境产生最直接影响的莫过于大气中的二氧化碳含量。CO2太多地球就会象金星那样变成一个温室；太多地球就会象金星那样变成一个温室；CO2太少地球就会象土星一样寒冷。从大约太少地球就会象土星一样寒冷。从大约万年前开始农业革命直到工业革命以前大气中的万年前开始农业革命直到工业革命以前大气中的CO2含量极为稳定。在工业革命开始含量极为稳定。在工业革命开始到到1959年这段

16、时间里，大气中的年这段时间里，大气中的CO2浓度从估计的大约浓度从估计的大约280ppm增加到增加到316ppm，增加了增加了13%。然后从。然后从1959年直到年直到1993年，大气中的年，大气中的CO2含量从含量从316ppm增加到增加到357ppm，又增加了，又增加了13%。仅在。仅在34年里，大气中的年里，大气中的CO2浓度的上升幅度就与前两个浓度的上升幅度就与前两个世纪上升的幅度一样大。世纪上升的幅度一样大。第40页/共69页第41页/共69页OECD / IEA 2000第42页/共69页第43页/共69页1973年排放总量为年排放总量为15667Mt of CO22000年排放总

17、量为年排放总量为23444Mt of CO2第44页/共69页第45页/共69页藏 1.9 (1)琼 6.4 (1)青 12.1 (1)宁 24.0 (1)闽 52.1 (1)桂 57.5 (1)津 58.9 (1)赣 61.1 (1)甘 62.0 (1)云 68.9 (1)疆 74.5 (1)京 74.6 (1)陕 91.8 (1)贵 100.2 (1)蒙 101.3 (1)沪 108.1 (1)吉 115.3 (1)皖 120.2 (1)浙 122.9 (1)湘 131.7 (1)鄂 139.1 (1)黑 152.3 (1)粤 183.3 (1)豫 186.8 (1)川 210.2 (1)

18、苏 219.6 (1)辽 224.8 (1)冀 251.1 (1)晋 251.4 (1)鲁 256.5 (1)第46页/共69页 Los AlamosLos Alamos国家实验室国家实验室(LANL)(LANL)最先提出了一种零排最先提出了一种零排放的煤制氢放的煤制氢/ /发电技术发电技术(ZECA)(ZECA)，其技术路线如下：将高，其技术路线如下：将高温蒸气和煤反应生成氢气和温蒸气和煤反应生成氢气和COCO2 2，其中氢气即被用作高，其中氢气即被用作高温固体温固体- -氧化剂燃料电池的燃料用于产生电力，氧化剂燃料电池的燃料用于产生电力，COCO2 2则则和和CaOCaO反应生成反应生成C

19、aCOCaCO3 3，然后，然后CaCOCaCO3 3在高温下煅烧为高纯在高温下煅烧为高纯度的度的COCO2 2，其，其CaOCaO则被过程回收利用。释放出来的则被过程回收利用。释放出来的COCO2 2则则和和MgSOMgSO4 4反应生成稳定的可储存的反应生成稳定的可储存的MgCOMgCO3 3矿物。目前，在矿物。目前，在该技术正在联合开发中，参加单位包括该技术正在联合开发中，参加单位包括8 8个美国煤相关个美国煤相关公司和公司和LANLLANL，还有加拿大的，还有加拿大的8 8个公司和机构。煤的热利个公司和机构。煤的热利用率可达用率可达70%70%，是目前的，是目前的2 2倍倍。 第47页

20、/共69页 所谓的碳隔离：是在二氧化碳产生之后对其所谓的碳隔离：是在二氧化碳产生之后对其进行处置，而不是一开始就设法减少二氧化碳的进行处置，而不是一开始就设法减少二氧化碳的产生。近年来人们对隔离处理的兴趣与日俱增，产生。近年来人们对隔离处理的兴趣与日俱增，美国能源部在美国能源部在2000年投入大约年投入大约2900万美元对隔离万美元对隔离技术进行研究，并要求技术进行研究，并要求2001年再把经费增加年再把经费增加50。部长理查森。部长理查森1999年夏天把碳隔离处理加入了他年夏天把碳隔离处理加入了他的气候变化策略中。理查森说：的气候变化策略中。理查森说：“从真正长远的从真正长远的眼光来看，未来

21、的眼光来看，未来的30、50或或70年中，碳隔离处理年中，碳隔离处理可能成为用来减少温室气体聚积的最好办法之一可能成为用来减少温室气体聚积的最好办法之一，不仅在美国可以采用，在中国、印度及其他地，不仅在美国可以采用，在中国、印度及其他地方也可以采用。方也可以采用。” 美国的态度第48页/共69页第49页/共69页总量总量 1090Mtec。原煤。原煤67.2%; 原油原油21.4%; 天然气天然气3.4%; 水电水电8.0% 第50页/共69页总量 1280Mtec。 煤炭67.0%; 石油23.6%; 天然气2.5%; 水电6.9% 第51页/共69页 目前我国人均用能还处于相对低的水平，约

22、目前我国人均用能还处于相对低的水平，约1 0 0 0 k g c e / 人 年 ， 比 起 美 国 的 人 均 用 能人 年 ， 比 起 美 国 的 人 均 用 能11000kgce/人年，日本、德国、俄罗斯等国的人年，日本、德国、俄罗斯等国的5000-6000kgce/人年，尚有很大差距。随着社会人年，尚有很大差距。随着社会和技术的发展以及人们对生活水平不断提高的和技术的发展以及人们对生活水平不断提高的企盼，人均用能肯定要不断增加。按不同机构企盼，人均用能肯定要不断增加。按不同机构所作的预测，在所作的预测，在2030-2050期间，我国人均用能期间，我国人均用能将为将为2500-3000k

23、gce/人年，这是不以人的主观意人年，这是不以人的主观意志和行政命令为转移的。志和行政命令为转移的。第52页/共69页 就总量而言，我国的石油与天然气资源不就总量而言，我国的石油与天然气资源不可能大幅度地改变我国能源结构。正在计划中可能大幅度地改变我国能源结构。正在计划中的西气东输计划（管线达的西气东输计划（管线达4200公里，投资公里，投资1000多亿）也只是输气多亿）也只是输气120亿亿m3/年，占整个能源的年，占整个能源的1.2%（目前天然气占一次能源的（目前天然气占一次能源的2%）。目前）。目前我国对液体燃料的需求不断增加，我国对液体燃料的需求不断增加，2000年已进年已进口口6800

24、万吨，预计在万吨，预计在2010年将达到年将达到1.6亿吨。一亿吨。一方面要消耗大量的外汇（方面要消耗大量的外汇（200亿美元），使亿美元），使国家经济受国际油价的影响和冲击，另一方面国家经济受国际油价的影响和冲击，另一方面从能源安全角度也是十分严重的。从能源安全角度也是十分严重的。第53页/共69页 再生能源（主要是风能、太阳能、再生能源（主要是风能、太阳能、生物质能等）固然是清洁能源，应当生物质能等）固然是清洁能源，应当在政策、机制和技术上加大力度，加在政策、机制和技术上加大力度，加速推广。但由于这类能源的能源密度速推广。但由于这类能源的能源密度小，单位功率价格高，随机性大，要小，单位功率

25、价格高，随机性大，要在整个能源中占较大的份额是不太可在整个能源中占较大的份额是不太可能的，若有能的，若有10%已是最乐观的预测了。已是最乐观的预测了。第54页/共69页到本世纪中叶，我国一次能源的消费量将达到30多亿吨油当量。然而目前我国人均一次能源的消费量不到美国的1/18，仅为世界平均水平的1/3。 1998年我国重点煤矿的平均全员效率只有年我国重点煤矿的平均全员效率只有美国的美国的1.6%，吨煤劳动成本已超过美国，吨煤劳动成本已超过美国第55页/共69页人均石油储量不到世界平均水平的1/10，人均煤炭储量仅为世界平均值的1/2。预计到2010年，我国石油供需缺口1亿吨，天然气缺口400亿

26、立方米。 按生态驱动按生态驱动(ED)方案，到方案，到2050年：煤年：煤27%；石油；石油和天然气和天然气31%；核电；核电12%；可再生能源；可再生能源31%第56页/共69页 能源问题面临资源与环境的双重压力，能源问题面临资源与环境的双重压力，全世界都在寻求解决问题的有效途径。但全世界都在寻求解决问题的有效途径。但由于长期以来各工业部门所管辖领域之间由于长期以来各工业部门所管辖领域之间的分隔，例如：发电、动力、石化和化工的分隔，例如：发电、动力、石化和化工甚至于冶金，都在本行业内单独寻求最优甚至于冶金，都在本行业内单独寻求最优解，实际上这些局部最优并不一定是整体解，实际上这些局部最优并不

27、一定是整体最优。多联产系统正是从整体最优角度、最优。多联产系统正是从整体最优角度、跨越行业界限，所提出的一种高度灵活的跨越行业界限，所提出的一种高度灵活的资源资源- -能源能源- -环境一体化系统。环境一体化系统。第57页/共69页 美国能源部美国能源部(DOE)提出的提出的Vision 21（展望展望21）能源系统，其基本思想是以煤）能源系统，其基本思想是以煤气化为龙头，利用所得的合成气，一方气化为龙头，利用所得的合成气，一方面用以制氢供燃料电池汽车用，另一方面用以制氢供燃料电池汽车用，另一方面通过高温固体氧化物燃料电池和燃气面通过高温固体氧化物燃料电池和燃气轮机组成的联合循环转换成电能，能

28、源轮机组成的联合循环转换成电能，能源利用效率可达利用效率可达50%-60%，排放少，经济，排放少，经济性比现代煤粉炉高性比现代煤粉炉高10%。第58页/共69页 第59页/共69页 从近十多年从近十多年IGCC及其它形式的洁净煤技术及其它形式的洁净煤技术的发展来看，由于追求本身发电的高效率（如的发展来看，由于追求本身发电的高效率（如，粗煤气显热的充分利用），不得不加强，粗煤气显热的充分利用），不得不加强“整整体性体性”，使系统过于复杂，致使可用率降低，使系统过于复杂，致使可用率降低，在经济上难于和常规电站竞争。在经济上难于和常规电站竞争。 随着化学工业中随着化学工业中“一步法一步法”(once

29、 through)生产甲醇、二甲醚生产甲醇、二甲醚(DME)和和F-T合成技术的进合成技术的进步，新型先进膜分离技术的工程化，以及大型步，新型先进膜分离技术的工程化，以及大型煤气化装置的规模效应（煤气化装置的规模效应（5000t/d的气化炉比的气化炉比2000t/d天然气化炉的单位造价低天然气化炉的单位造价低30%，提出了，提出了以煤气化为核心的多联产方案。以煤气化为核心的多联产方案。第60页/共69页 生物质能是地球上最普遍的一种可再生物质能是地球上最普遍的一种可再生能源，数量巨大，就其能量当量而言，生能源，数量巨大，就其能量当量而言，是仅次于煤、石油、天然气而列第四位的是仅次于煤、石油、天

30、然气而列第四位的能源。在世界能源消耗中，生物质能占据能源。在世界能源消耗中，生物质能占据14%，发展中国家比例更高，然而其利用，发展中国家比例更高，然而其利用效率则十分低下。生物质可以通过一系列效率则十分低下。生物质可以通过一系列转换技术，生产出不同品种的能源，它可转换技术，生产出不同品种的能源，它可望成为未来持续能源的一个重要部分。望成为未来持续能源的一个重要部分。 第61页/共69页总体目标: 从能源资源环境一体从能源资源环境一体化出发，构建一个由可再生的化出发，构建一个由可再生的生物质转化为清洁燃料的、环生物质转化为清洁燃料的、环境友好的高效利用体系。境友好的高效利用体系。 改变能源结构

31、；能源替换周期（1-50%）为100年；我国的能源安全第62页/共69页 生物质包括各种速生的能源植物，生物质包括各种速生的能源植物，如薪炭林、经济林、用材林、灌木林如薪炭林、经济林、用材林、灌木林，各种农作物废弃物，林业加工残余，各种农作物废弃物，林业加工残余物以及各类有机垃圾等。作为唯一能物以及各类有机垃圾等。作为唯一能转化为液体燃料的可再生能源，生物转化为液体燃料的可再生能源，生物质以产量巨大、可储存、碳循环等优质以产量巨大、可储存、碳循环等优点已引起全球的广泛关注。点已引起全球的广泛关注。 生物质能约占世界一次能源供应的12%，联合国开发署(UNDP)、世界能源署(WEC)、美国能源部(DOE)都把生物质当作发展可再生能源的首要选择。第63页/共69页 目前欧洲生物质能约占总能源消费量的目前欧洲生物质能约占总能源消费量的2%2%，预计预计1515年后将达到年后将达到15%15%，欧盟能源发展战略绿皮，欧盟能源发展战略绿皮书制定的长期能源战略计划指出到书制定的长期能源战略计划指出到20202020年生物年生物质