第一讲 能源概论

1、全校公选课020184能源与环境Energy and Environment课程介绍学习目的：了解目前能源体系所面临的主要环境问题，以及能源可持续发展的战略途径，特别是新能源的特点及发展前景。参考教材周乃君能源与环境，长沙：中南大学出版社，2008.考核方式平时50%，期末考试50%· 平时：出勤+课堂表现· 期末考试：开卷旷课5次取消考试资格学习内容能源、环境概论常规能源的利用及环境影响· 煤炭、石油、天然气等常规能源的利用现状· 能源利用与环境污染新能源的利用及发展趋势· 太阳能· 风能· 生物质能· 氢能&#

2、183; 地热、海洋能等为什么选修能源与环境？你所学专业与能源、环境有何关系，你对能源、环境有何认识？你想在课堂上学到什么，对本课程的教学有何看法和建议？能源物质基础环境人类赖以生存，意义：问题：工业粮食社会经济命脉对能源的需求日益增大，能源资源日渐枯竭关系人类生存和发展环境污染严重，进一步恶化能源与环境有何关系能源物质基础环境人类赖以生存，意义：问题：工业粮食社会经济命脉对能源的需求日益增大，能源资源日渐枯竭关系人类生存和发展环境污染严重，进一步恶化能源的开采、运输、加工、转化和利用过程是造成环境污染最主要的因素。能源与环境有何关系第1章 能源概论一、能源的定义科学技术百科全书：能源是可从其

3、获得热、光和动力之类能量的资源大英百科全书：能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量我国能源百科全书：能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。现代汉语词典：能产生能量的物质，如燃料、水力、风力等。内涵：能量的来源，提供能量的资源。能源指能够直接或经过转化而获取某种能量的自然资源，包括已开采出来可供使用的自然资源与经过加工或转换的能量的来源。自然资源：煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能能量：煤气、电力、蒸汽、沼气、氢能区分能源与资源资源：资源就是指自然界和人类社会中一种可以用以创造物质财

4、富和精神财富的具有一定量的积累的客观存在形态。自然资源，可利用的自然物质，如煤、铁、石油、土地资源、森林、海洋等。二、能源的意义能源在现代工业中占有重要地位。任何机器进行生产，都必需有足够的能源供应作保证。能源和现代化农业的关系十分密切。在现代化的农业生产各环节都要直接消耗能源；能源工业的发展水平将直接影响农业生产的发展。现代化的交通运输工具更离不了能源。能源在国防建设中具有重要作用。实现国防现代化必需依靠发达的能源工业。人民日常生活和公用事业也要消耗大量能源。三、能源的分类按存在和产生的形式分类按来源分类按是否再生分类按使用性能分类按技术利用状况分类按对环境的影响分类按存在和产生的形式分类一

5、次能源自然界存在的，可以直接利用的煤、石油、天然气、植物燃料、水能、风能、太阳能、原子能、地热能、海洋能、潮汐能等二次能源由一次能源经过加工转换而成的能源产品电、蒸汽、煤气、焦炭、石油制品、沼气、酒精、余热等按来源分类第一类：来自地球外天体的能量太阳辐射能，其他恒星或天体发射到地球上的各种宇宙射线的能量植物燃料，矿物燃料，风能、太阳能等第二类：地球自身蕴藏的能量地热能：地球内以热能形式存在的能源，包括地下热水、蒸汽、热岩层、火山爆发能。原子核能：地壳内和海洋中的核裂变和核聚变燃料等发生核反应时释放的能量。第三类：来自地球与其他天体间的相互作用潮汐能按是否再生分类可再生能源在自然界中可以不断再生

6、并有规律得到补充，称为可再生能源。可以循环再生，不会因长期使用而减少太阳能、水能、风能、生物质能、潮汐能非再生能源经过亿万年形成，短期内无法恢复煤、石油、天然气、各种核燃料按使用性能分类按能源是否能作为燃料使用可分为燃料能源和非燃料能源燃料能源：矿物燃料非燃料能源：机械能生物燃料核燃料电能热能光能按能源的储存性质可分为含能体能源和过程性能源含能体能源：可直接储存，本身就是可提供能量的物质，煤、石油、天然气、核燃料过程性能源：由可提供能量的物质的运动所产生的能源，其特点是无法储存，风能、水能、电能、海洋能按技术利用状况分类从能源被开发利用的程度、生产技术水平及应用程度等方面考虑常规能源技术上比较

7、成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源。例如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能等。在今后一个相当长的时期内，它们仍将担任世界能源舞台上的主角。新能源（非常规能源、替代能源）开发利用较少或正在开发研究但很有发展前途，今后将越来越重要的能源，如太阳能、地热能、海洋能和潮汐能等。常规能源与新能源是相对而言的。按对环境的影响分类清洁能源对环境无污染或污染小，如太阳能、风能、水能、氢能非清洁能源对环境污染较大，如煤炭、油页岩能源分类汇总表类别源自地球以外天体源自地球本身源自地球与其他天体之间常规能源新能源一次能源再生能源水能、植物燃料太阳能、风能、生物质能、海洋波浪能等地热能潮汐能非再

8、生能源煤、石油、天然气油页岩核燃料二次能源焦炭、煤气、汽柴油、液化气、电能等酒精、沼气、氢能四 能源的评价为合理地选择和利用能源，应分析和研究它们的资源量、可用性和经济性。储藏量能源品位能源能流密度对环境影响的评价开发费用和用能设备费用运输费用与耗损供能连续性和存储可行性（1）储藏量描述资源的储藏量主要有三种方法：储量：采用卫星探测、地质分析等方法，通过宏观统计得到的、地质上有表征与特征显示的估计蕴藏量。探明储量：已探明地层范围及蕴藏确切数量的资源量。经济可采储量：用当前技术水平可能开采，而经济上又可行的那部分储量。据勘探程度又可划分为普查量、详查量和精查量。作为能源的必要条件储量足够丰富尽可

9、能地采用可再生资源（2）能流密度能流密度：一定质量、空间或面积内，从某种能源中实际所能得到的能量或功率。常规能源的能流密度较大1公斤标准煤发热量为7000千卡（1卡4.1868焦耳）1公斤石油发热量为10000千卡。核能的能流密度最大，1公斤铀235裂变时可释放出164亿千卡的热量。按目前技术水平，太阳能和风能的能流密度很小，每平方米约100瓦左右。（3）开发费用和用能设备费用各种能源的开发费用和利用该能源的设备费用相差较大。利用能源的设备费用与开发费用大小正好相反。开发和利用的价格与能源的转化和利用技术难度关系很大，能源的转化和利用技术难度直接决定了各种能源利用历史的先后。（4）供能连续性和

10、存储可行性供能连续性：能量按需要的多少和快慢，连续不断地供给。存储可行性：能量在不用时可以存储起来，需要时能立即供给所需的能量。化石燃料、核燃料储能容易、能连续供能太阳能、风能储能困难、不能连续供能（5）运输费用与损耗太阳能、风能、地热能很难输送石油、天然气易于输送煤运输稍难，损耗较大核燃料运输容易（能流密度大）水力发电电能远距离输电损失大且投资巨大（6）对环境的影响化石燃料污染大，需采取措施减少污染排放水力资源可能对生态平衡、土壤盐碱化、灌溉与航运造成影响原子能可能危险性太阳能、氢能、风能基本上没有污染（7）能源品位能量=有效能+无效能有效能 在一定周围环境条件下，理论上能够转变为有用功的那

11、部分能量。可用来评价能量的质量和品位无效能 不能够转变为有用功的那部分能量电能、机械能、水力能是高质能量化学能、热能是较低质能量五 能源与社会经济发展的关系1 能源的更迭与社会发展的关系（1）薪柴时期原始社会钻木取火 以柴草为主要能源的时期 1万年 生活水平低下，社会发展缓慢（2）煤炭时期18世纪中叶工业革命促使能源结构发生第一次变化，柴薪时期转向煤炭时期。工业革命的标志1765年瓦特发明蒸汽机，随之纺织、冶金、交通和机械等工业迅速发展，推动煤炭工业的兴起。1881年爱迪生建造第一座发电站，此后实现了资本主义工业化。（3）石油时期3000前发现和使用，1859年美宾夕法尼亚州成功打出第一口油井

12、，现代石油工业开始。20世纪50年代，美国、中东、北非等地区相继发现巨大的油田和气田，石油开始进入生产和生活各个领域，1965年，石油消费越剧首位，真正进入石油时代。（4）多能互补时期1973年中东战争爆发，触发了资本主义国家的能源危机。不少国家被迫调整工业和产品结构，石油需求量下降，水电和核电的消费比重增加。随着化石燃料的日益枯竭，没有一种单一能源在能源消费结构中占绝对优势，称为多能互补时期。2 能源与国民经济的关系人类社会发展的历史与能源的开采和利用水平密切相关，能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。能源利用的每一个时期均使社会生产带来新的飞跃。在经济正常发展情况下，能源消耗总量和能源消

13、耗增长速度与国民经济生产总值增长率成正比例关系。3 能源与生活水平的关系各个国家的能源消费数量极不均衡，从一个国家的能耗量可以看出一个国家人民的生活水平。北美、亚太和欧洲的消费量占世界总量3/4以上，美国是世界消耗一次能源最多的国家，接近1/4，我国仅次于美国，但人均能源消费量我国仅为世界平均水平的一半，美国、加拿大和新加坡人均消费能源水平较高。生产力水平发展较高的国家社会人均年消费能源较高，且工业、运输、民用领域所消费的能源比例基本相当。我国能源消费主要领域仍是工业。人均石油消耗人均天然气消耗量六 能源资源概况与能源结构化石燃料（煤、石油、天然气） 最主要的能源资源储量分布极不平衡给世界的政

14、治、经济格局带来了重大影响2005年末世界石油探明储量世界石油探明储量分布1985, 1995, 2005分地区石油产量分地区石油消耗量天然气探明储量（2005年底）天然气探明储量分布1985, 1995, 2005煤炭探明储量（2005年底）能源结构生产结构 各种能源的生产量及其在整个能源工业总产量中所占的比重。消费结构 国民经济各部门所消费的各种能源量及其在能源消费总量的比重。七 我国能源政策1 能源管理体制中国的能源管理体系涉及多个部门，各个部门根据职责不同，负责能源管理的不同方面。国家发展改革委员会科技部农业部国家环保局国家发展改革委员会能源局（国家石油储备办公室）的主要职责：研究国内

15、外能源开发利用情况，提出能源发展战略和重大政策；拟定能源发展规划，提出相关体制改革的建议；实施对石油、天然气、煤炭、电力等能源的管理；管理国家石油储备；提出能源节约和发展新能源的政策措施。环境和资源综合利用司的主要职责：研究解决经济、社会与环境、资源协调发展的重大问题；提出资源节约和综合利用政策；编制资源节约和综合利用规划，参与编制环境保护规划；组织协调环保产业有关工作，依法组织协调清洁生产促进工作；组织协调相关重大示范工程和新产品、新技术、新设备的推广应用。科技部高新科技发展及产业化司的主要职能是：研究工业领域高新技术发展及产业化的方针政策；组织提出工业领域高新技术发展计划；组织实施信息、自

16、动化、能源和新材料等领域高新技术研究发展计划；组织实施工业领域国家重大科技攻关计划和科技创新工程；承担国家级高新技术开发区的有关工作；推动工业领域的科技体制改革工作和生产力促进中心等技术服务体系的建设。农业部科技教育司在可再生能源方面的主要职责是：组织重大农业技术引进项目的遴选及实施管理；组织农业科技教育的对外交流与国际合作工作。组织、指导农村可再生资源的综合开发、利用、重大项目的科研和试点示范；指导农村可再生能源体系建设和产业发展。国家环保总局国家环保总局污控司、科技标准司和清洁生产中心等部门也对能源的综合利用和能源活动中的污染物排放做了规定。中国目前能源管理的各部门之间不仅会出限职能和事权

17、范围交叉，而且有些涉及到能源、经济发展和环境保护等多目标的综合决策问题又难以通过有效的方式加以解决。因此协调各部门对能源的管理，制定统一的法律法规，对合理、有效利用能源是非常重要的。2 我国能源状况分析（1）能源资源严重不足我国常规能源探明总资源量约8200亿吨标准煤，探明剩余可采总储量1500亿吨标准煤，约占世界总量的10%。2002年统计我国常规能源剩余可采储量剩余可采储量占世界总量百分比世界排位储采比煤炭1145亿吨11.63不足百年石油25亿吨1.7511不足20年天然气31.51万亿m0.9721几十年（2）能源资源分布与需求不匹配主要能源煤炭占全部消费的70%， “北多南少，西多

18、东 少”石油和天然气资源主要集中于东北、柴达木盆地、准噶尔盆地、四川盆地、渤海湾、北部湾、东海和南海等地区工业发达地区和人口密集区主要集中在东南沿海、华北、华中地区能源资源分布与需求的不匹配，对工业布局决策、能源运输保障体系的建设都产生重要影响（3）能源供应过分依赖煤炭，环境污染问题十分严重煤炭燃烧大气污染（90的SO2和70的烟尘排放）土壤酸化粮食减产植被破坏气候变化威胁人民身体健康须加大清洁能源的开发和利用，逐渐降低煤炭消费在能源结构中的比重，解决能源生产和消费引起的环境污染问题。（4）能源利用技术落后，能源利用效率低由于我国能源技术水平较低，而且管理水平落后，直接导致了我国的能源利用率较

19、低，比发达国家平均低10%，能耗较高，产品单位能耗和耗能设备的能效与国际先进水平相比差距较大，能源浪费多。能源利用效率低下、能源浪费严重是影响可持续发展的重大问题。中国和日本发电厂煤炭消耗对比5004504003503002502001501005001980198519901995199920012003中国日本gce/kW h中国和日本炼钢煤炭消耗对比1400120010008006004002000198019851990199520002003中国日本kgce/tn中国和日本水泥生产煤炭消耗对比250200150100500198019851990199520002003中国日本kgc

20、e/104 tn km3 我国能源政策（1）大力优化能源结构，建立完善的能源运输保障体系以推进多元化、清洁化为目标，制定了一系列能源结构调整政策，水电、核电、新能源等清洁能源的比重逐渐提高，一次能源向二次能源的比重不断加大。在电力领域将优化发展煤电，大力开发水电，积极推进核电建设，适度发展天然气电站，鼓励新能源发电，加快推广热电联产和集中供热，加强电网建设，优化电力资源配置。调整和完善工业布局，构建合理的“北煤南运”、“西气东输”、“西电东送”体系。（2）加强技术改造，不断提高能源利用效率20世纪80年代 “坚持开发与节约并举，把节约放在首位”进入新世纪的第十个五年规划 “坚持合理利用资源的同时，把