现代科技概论-能源

1、现代科学技术概论：新能源An Introduction to Modern Science and Technology：new energy还有多少能源?自工业革命以来150年间,全球通过燃烧矿物燃料排放了2900亿吨的碳,在地下仍有40000亿的煤,但是只有3000亿的常规天然气和石油,其余的是污染力强劲的煤,还有新型的矿物燃料,如油页岩和含沥青砂。对我们未来最大的威胁不是怕能源用尽,而是能源所造成的环境污染,究竟人们是投资这些高碳的能源还是低碳的可再生能源呢?世界能源储量分布与利用世界非再生能源储量分布: 中东地区: 石油储量最多, 占56.8%；欧洲: 天然气和煤炭储量最多, 各占54

2、.6%和45%亚洲、大洋洲: 煤炭各占18% 石油、天然气只有5%我国能源资源地区分布不均衡煤炭，主要集中在华北和西北石油、天然气，主要分布在黑龙江、辽宁、河北、河南、山东、四川、甘肃和新疆等省区内可开发水力资源有，主要集中在西南太阳能和风能资源丰富，有很大利用潜力。我国能源资源丰富煤炭资源(探明储量)和水力资源均居世界第一位；石油资源占世界第十一位；天然气资源占世界第十四位；太阳能资源居世界第二位；潮汐、地热、风力和核燃料资源都很丰富。人均占有量很少，只有世界平均水平的一半。利用能源的过程直接污染地球环境。主要来源：1) 煤、石油等燃料的燃烧；2) 汽车排放的废气；3) 工业生产(化工厂、炼

3、焦厂等)过程中产生的废气。大气污染：1) 酸雨问题；2) 温室效应；3) 臭氧层破坏。能源问题 即环境与能源关系问题 联合国提出可持续发展概念，即要满足当代人的需要，又要考虑不损害后代的需要。因此, 今后的能源战略是多元结构的能源系统和高效清洁的能源技术。现在，在美国、德国这样的发达国家，光伏发电、风力发电等可再生能源的地位已经从原来的补充能源上升为重要的战略替代能源 国内以煤炭为主的能源结构对大气环境的威胁日益严重，目前我国二氧化硫和二氧化碳排放量已经分别居世界第一位和第二位，而二氧化硫排放量的90%、烟尘和二氧化碳排放量的70%都来自于燃煤那么，怎样让自己的能源结构变得更清洁呢一、新能源n

4、ew energy太阳能solar energy中国太阳能产业的历史只有十年左右的时间，很多人并不知道，就在短短十年的时间里，中国已经迅速成为全球最大的太阳能生产国，在光电和光热设备这两个领域，中国已经占据了全球3/4以上的生产份额。而且，福布斯杂志新近公布的中国内地富豪榜中，排名靠前的施正荣也是来自太阳能电池行业。一个由24块太阳能电池板组成的方阵，是一个2000瓦左右的小型太阳能光伏独立电站，它为一个社区的景观灯、草坪灯提供充足的电力保证。太阳能发电被称为是理想的发电方式，只要有阳光，太阳能电池板上就能产生电流，直接把光能转换成电能没有传动部件，没有噪声，不经过任何中间步骤，所以发电过程中

5、不会产生任何污染或者废弃物。优点一盏太阳能庭院灯，大概要4000元，而一盏太阳能路灯，就要10000多元。 一套3千瓦的太阳能发电系统，一次性投资高达18万元，按照目前的电价，这笔钱可以使用100多年。存在的问题（主要是成本）应用现状95%的出口在欧洲和美国2006年德国世界杯足球赛的其中一个赛场，凯泽斯劳滕足球场，其屋顶是一个1兆瓦的太阳能光伏电站，这是目前世界最大的足球场太阳能屋顶发电工程，也是德国世界杯一个重要的绿色环保项目，这些太阳能电池板就是由中国公司提供的。国内光伏发电的市场发展比较迟缓，我们的产业目前靠国际市场拉动。2005年全世界总的太阳能电池生产量是1800兆瓦，中国这一年，

6、生产了145.7兆瓦，大概是8%的样子. 但是在国内的销售只有5兆瓦左右，所占比例不到4%，其余96%的太阳能电池出口到了国外市场。这就出现了一个产业和市场分离的现象。更严峻的问题是,根据德国、美国等国家的产业政策，到一定时间，德国所需的光伏电池和组件将有90%左右来自本国企业，引发的爆发式增长的市场大门将向中国企业逐渐关闭。德国太阳能发电的补贴价格是每度电不低于45.7欧分，安装在屋顶的太阳能电价则高于54欧分，太阳能发电的补贴价格超过普通电价10多倍。国外经验:补贴这样投资光伏电站，上网以后，大概在8到10年能够收回投资，而太阳能电池的使用时间至少在25年以上，那么剩下的时间就是完全赚钱了

7、。 2004年，德国的太阳能发电总装量达到了363兆瓦，2005年的安装量达到了870兆瓦，占世界装机总量的40%，成为世界上太阳能光伏发电发展最快的国家。 按欧盟的规划，2010年之前，太阳能发电装机将达到3000兆瓦，然而照目前的速度，将远远突破这个目标。小结太阳能电池既不必消耗现有的矿物能源，又不污染环境，一看就知道是中国迫切需要的好东西。但是，拥有世界先进技术的中国太阳能电池企业，却墙里开花墙外香，遭遇到了守着金饭碗讨饭吃的尴尬。 太阳能电池遭遇的尴尬表面上看因为它的成本过高，但这个理由经不起仔细推敲，欧洲人比我们还会打算盘，区别在于我们和欧洲人计算回报的方式不一样：我们在计算回报时只

8、考虑了太阳能电池节省了多少电钱，但欧洲人把修复环境的代价也计算到了收益里面。生物能Bio-energy 生物能源可分两种：一是生物柴油，是用油菜籽、向日葵、油棕榈、大豆、蓖麻等油料作物加工的动力柴油一种是酒精燃料，是从甘蔗、玉米、薯类作物或农作物秸秆中提炼、加工的燃料乙醇。清洁的可再生能源 Clean Renewable Energy 它们可替代石油和煤炭等矿物能源，在使用过程中对环境造成的污染比较小，被称为清洁的可再生能源。现状分析德国生物柴油消费量在2004年已达110万吨，成为全球使用生物柴油最多的国家。巴西利用甘蔗生产燃料乙醇，已建成完整的燃料乙醇产业链。目前，巴西每年消费燃料乙醇11

9、0亿升，生物能源在能源消费结构中的比重已超过40。 我国近年来相继建成了一些年产量超万吨的生物柴油厂，预计到2010年，我国生物柴油需求量将达到2000万吨。实例1.玉米目前国家要求粮食大省每年有170亿斤的粮食储备，三年一轮换，但吉林省八十年代末的粮食年产量就已经超过了400亿斤。储粮本身需要钱, 这些粮食大省最多一年需要补贴45亿元在粮食方面。过去的二十年来，人们一直在探寻解决连年玉米丰收后，粮食的出路。 在国际上，由于玉米加工成燃料乙醇作为替代能源的技术已经成熟，而我国有着稳定的玉米产量，于是燃料乙醇项目应运而生。 在某些加油站你会注意到，在汽油的标号前会一个大写的字母E字，这是燃料乙醇

10、汽油的标志，这里的乙醇汽油，就是在普通的汽油中参加10的燃料乙醇，而生产燃料乙醇的燃料就是玉米。 生产燃料乙醇能够大量使用陈化粮，陈化粮是指在存放了三年以上的变质粮食。我国一些燃料乙醇集团可以充分利用陈化粮，把它们变成了紧缺的能源。2.甜高粱 近年从中科院近代物理研究所了解到，甜高粱燃料乙醇联产产业化研发已取得实质性进展。近代物理利用重离子辐照技术对甜高粱进行了品种改良，使一些品种的含糖量最高达到24%以上，亩产量达10吨以上。甘肃目前可利用的边际性土地有1000多万亩，每年可产近亿吨甜高粱和数百万吨燃料乙醇，有望成为我国生物能源的一个重要产区, 为实现“我国发展生物能源不影响粮食安全”的目标

11、做出重大贡献。 小结国家近年来接连出台相关政策，鼓励发展生物能源，促进石油替代。由财政部、国家发改委、农业部、税务总局、国家林业局联合发布的关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见说，国家将采取弹性亏损补贴、税收优惠等财税政策鼓励生物能源的发展。胡锦涛总书记指出：“加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会持续发展的必由之路。 风力发电wind power从风力发电的技术状况以及实际运行情况表明，它是一种安全可靠的发电方式，随着大型机组的技术成熟和产品商品化的进程，风力发电成本降低，已经具备了和其他发电手段相竞争的能力。 2005年，我国政府将202

12、0年风电的发展目标从原来的2000万千瓦提高到3000万千瓦；2006年1月1日生效的可再生能源法亦为中国发展可再生能源，包括建立一套风电价格机制以促进风电发展提供了法律框架。现状分析目前全世界风电装机容量达到1600万千瓦，而且还在以年均60的速度增长。我国风能资源丰富，这十几年来，对风能资源状况作了深入的勘测调查，全国可开发利用的风能资源总量为2.53亿千瓦。风电是以几十台、几百台，甚至几千台同时运转来实现风能大规模转换为电能的。具2006资料统计:美国风电装机容量己达187万千瓦，德国103万千瓦，丹麦61万千瓦，特别应该指出的是印度通过这两年的努力，风电已达60万千瓦。风电成本在国际上

13、风电单位千瓦造价一般为1000美元，发电成本可做到67美分。国内大中型水电站的单位千瓦造价7000一8000元；火电站如果加上脱硫脱氮等环保设施的话，千瓦造价也要超过7000元。应该说风电具备了和其他电源比较的能力，它的造价和电价是可以接受的。内蒙古辉腾锡勒草原风力发电新疆吐鲁番风力发电坝上草原风力发电小结可再生能源法在风电定价方式上有不足之处。建议在一定时期内，给风电一个符合成本加合理利润原则的保护性电价。在市场培育期内，电价政策由招标定价制度改为固定电价制度，使风电价格水平保持一定的吸引力。国家发改委2005年底前下发的有关可再生能源发电上网电价征求意见稿中曾明确提出“风电价格实行在标杆价

14、格(火电价)的基础上加0.25元/千瓦时”，这一条款对我国风电发展至关重要，解决了多年来制约我国风电发展的瓶颈问题，可惜在正式出台的细则里没有体现。 二、能源技术 1. 洁煤技术 煤碳的污染物和二氧化碳可能导致全球变暖。现在有两条洁煤途径： (1) 先进燃烧和污染处理，洁煤技术可用于燃烧前、 中、后期。 (2) 气化和液化煤，将煤转化为含一氧化碳和氢的 “合成气”。2. 煤炭液化(煤炭转化技术之一) 对固体煤炭以特殊方法进行化学加工成为液态后，可作液体燃料和化工原料使用。从工艺上可分为直接液化: 在高温高压下加氢，使煤炭直接生成液态物质；间接液化: 先把煤炭气化，制成煤气，再合成为液体燃料。煤

15、炭液化技术复杂，难度高，投资大，比天然石油成本高，目前还没有竞争能力。能源技术3. 煤炭气化 (煤炭转化技术研究的一个重要部分)现状：煤炭自身氢碳比低，含有灰分、硫分等杂质，在开采、运输、燃烧过程中会污染环境，燃烧时热效率低。地下气化采出煤炭后进行热加工的一种过程: 以煤炭作为原料，以氧或氢作气化介质，控制氧化程度，使煤炭转化成为一氧化碳、氢和甲烷等可燃性气体。在未经开采的煤层中进行的热加工过程: 通过从地面钻进的一批特定钻孔，把气化介质送进煤层，使煤炭在地下进行发生炉煤气反应，生成的煤气从另一批特定钻孔引出。煤炭气化目的： 制取清洁的气体燃料； 制取化工合成用的气体原料。地上气化能源技术4.

16、 石油的精炼 目的 从复杂的原油中提取粘度较小的能充分燃烧 的烃类 (根据辛烷值来标号) 把不好的分子转变为好的分子 如长链烷烃容易引起汽缸爆震精炼方法: 先根据不同沸点把不同成分分离开， 然后除硫再向高辛烷转变。现在观点，大多数石油是由埋藏在地下沉积层中的有机物经过几百万年在75200的温度下形成的。 微生物将地表以下的有机物转化为碳氢化合物，剩下的埋藏在深层地底(通常具有商业价值的油田都位于地表以下500米700米深处，最深的油井在约6公里深的地底)的有机物则在温度和压力下经过分解及复杂的化学反应生成石油。 能源技术5. 天然气液化 通过施加一定高压，使天然气由气态变为液态，贮存在专门容器

17、内。天然气是埋藏在地层深处的一种富含碳氢化合物的可燃气体，由亿万年前的有机物质转化而来。主要成分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷和其他重质气态烃类。 甲醇俗称“木精”，性能稳定，象石油一样能直接当作燃料，使用时不污染环境，便于运输和贮存。20世纪末，甲醇合成技术已获成功，如果在天然气产地附近设立甲醇工厂，把天然气加工成甲醇，可经济合理地解决天然气液化问题。液化途径利用天然气作原料合成甲醇。能源技术6. 水能的利用 水力发电优点，经济、干净和易维修葛州坝水利枢纽装机容量为271万千瓦三峡水电站总容量为1768万千瓦当今世界仅次于三峡水电站的第二大的水电站-伊泰普水电站,位于巴拉那河流经巴西与巴拉圭

18、两国边境的河段. 总装机容量1260万千瓦，年发电量可达750亿度。能源技术7. 蓄能技术针对热能或电能储存，着眼于大规模、长时间应用。电能储存是当前研究的重点。蓄能技术一般要求: 储能密度大 变换损耗小 运行费用低 维护较容易 不污染环境根据这些要求衡量，抽水蓄能方案较优越电的蓄能技术大致分三类： 直接储存电磁能 把电能转化为化学能储存 把电能转化为机械能储存超导线圈蓄能系统铅电池,钠硫电池,锌氯电池等压缩空气, 需要时释放能源技术电池：储存电能转化而来的化学能铅酸电池中的铅在回收中容易流失，对环境存在二次污染。 镍氢电池：一种密封电池，可以在任何位置下工作，使用方便。特点：可随时充放，循环使用，且不用维护。以过充过放为一次使用过程，预计可使用1000次。锂电池: 采取了3层保护措施，可抗过充过放，使用更安全方便。特点: 体积小、质量轻、使用寿命长、环保(不需要回收) 。 燃氢电池、纳米碳管(一个装电的容器，像拧水龙头一样放电)将是电动自行车动力源未来的发展方向。 能源技术由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。它是利用氢和氧生成水的过程来产生电力的一种装置。 燃料电池：第四种电力(电力火电、水电、核电为三种当今能以工业规模生