节能原理与技术第一章绪论课件

节能原理与技术节能原理与技术参考书目：《能源与节能技术》《节能技术及工程实例》《锅炉机组节能》第一章绪论第一节能量与能源第二节能源资源、供应与消费第三节能源与环境保护第四节能源与可持续发展第一节能量与能源一、什么是能量二、能量的形式三、能源的分类四、能源的评价什么是能量？物质、能量和信息是构成客观世界的基础；广义上的能量是指“产生某种效果变化的能力”；科学史观认为，物质是某种既定的东西，不能被创造，也不能被消灭。能量和物质质量的关系：能量的形式（一）机械能：机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量，前者称之为动能，后者称之为势能。热能（内能）：物体的内能代表了物体微观上的能量形式，物体内部各个微观部分（原子、分子或离子等等）进行热运动的动能和势能的总和。电能：是指电以各种形式做功(即产生能量)的能力。能量的形式（二）辐射能：物体以电磁波形式发射的能量；化学能：化学能是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量；人类应用最普遍的化学能是燃烧碳和氢。核能：核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。什么是能源？关于能源的定义，目前约有20种；能源简单地可以理解为含有能量的资源；《大英百科全书》说：“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”；我国的《能源百科全书》说：“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。”包括物质或者物质的运动。能源分类按能量的来源；按能源获得的方法；根据能源利用的程度；按照能否再生分；按能源本身的性质分；按是否作为燃料分；按对能源污染的情况分。能源的评价储量能量密度储能的可能性供能的连续性能源的地理分布开发费用和利用能源的设备费用运输费用与损耗能源的可再生性能源的品位对环境的影响第二节能源资源、供应与消费一、概述二、煤炭资源、供应与消费三、石油资源、供应与消费四、天然气资源、供应与消费概述（一）人类使用的能源最主要的是非再生能源；世界能源资源是不平衡的；近30年来，我国能源生产发展非常迅速，从1973年世界能源供应总量的7.0%上升到2020年的14.5%；未来十几年中，世界能源的消费是以石油为主，占据40%左右，但消费地区很不均衡。1982年-2007年全球一次能源消费量(BP公司统计)2007年各地区的能源消费格局(BP公司统计)概述（二）我国从1995年开始，煤炭世界第一、发电世界第二，原油为世界第五；从1985-2008年，我国生活能源消费量有很大的增长，但消费的能源品种却有很大的变化，煤炭的消费量下降了近一半，相反与生活息息相关的电力、热力、煤气、液化石油气的消费急剧增长；我国的能源结构以煤为主，而发达国家则更多地采用了油、气、水力等优质资源；大量使用煤炭不但能源利用效率低，而且给环境带来了极大的污染。煤炭资源、供应与消费煤炭是世界上最重要的能源。中国煤炭的储量居世界第三位；从1978-2000年，煤炭的储量增加了54%；煤炭证实储量的分布发生了较大的变化；世界地区煤炭消费的趋势大相径庭，总趋势是消费量在能源构成中所占比例趋于下降；发达国家的煤炭主要用于发电，我国1/3的煤炭用于发电，工业用煤超过发电用煤，致使煤炭利用率低下。2007年底的煤探明储量世界煤炭消费量的预测变化趋势2007年全球煤炭消费增长了4.5%，高于3.2%的过去十年平均水平；世界煤炭消费量将从2000年43亿吨增加到2020年58亿吨，其中亚洲的消费量将增加13.2亿吨；煤炭在世界一次能源消费构成所占比例将从1999年22%下降为2020年的20%；世界煤炭的交易量将由1999年的5.48亿吨增加到2020年的7.04亿吨。石油资源、供应与消费根据目前探明的可采储量，石油资源可持续开发70余年。根据2006年的统计资料，我国石油资源的地质储量居世界第13位，人均不到世界的1/15；除了常规石油外，还有非常规石油，即重油，重油已经成为我国原油产量的重要组成；我国的石油产量占世界的4.7%，在石油消费的构成方面，交通运输仍然是石油消费的第一大户，2000年约占总消费量的1/3；寻找能替代石油的代用燃料是全球努力的目标。1987、1997、2007探明储量的分布1982-2007世界石油的分区域产量天然气资源、供应与消费天然气是另一种最重要的能源。2007年，世界天然气探明可采储量为177.36万亿m3，可持续开发100多年，天然气储量中俄罗斯的占有量最多，其次为中东地区；据2006年数据，我国天然气的探明储量为2.45万亿m3，我国能源消费以煤为主（70%），天然气仅占2.5%，远低于世界25%的水平；除了常规天然气外，以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气（煤层气）也是重要的资源。我国拥有31.4万亿m3煤层气资源，居世界第二位。随着科学技术的发展，油气资源探明程度越来越高。1987、1997与2007年探明储量的分布第三节能源与环境保护一、环境概述二、温室效应三、酸雨四、臭氧层保护五、热污染六、放射性污染七、能源对人体健康的影响环境概述（一）地球是人类赖以生存的环境。人类环境习惯上分为自然环境、社会和经济环境。世界经济的发展和人类赖以生存的环境是不协调的，贫困和过度消费导致人类无节制地开发和破坏自然资源，是造成环境恶化的主要原因；全球环境恶化主要表现在大气和江海污染加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减少、淡水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩大、生物多样化受到威胁，同时温室气体的过量排放导致全球气候变暖，使得自然灾害发生的频率和烈度大幅增加。环境概述（二）我国的环境概况也不容乐观，除了国内资源难以支撑传统工业文明的持续增长外，我国的环境难以支撑这种高污染、高消耗、低效益生产方式的持续扩张。人类从来没有像今天这样意识到和感受到生存环境所受到威胁，社会也从未没有像现在这样期盼生活空间的改善。能源对环境的污染主要变现在：温室效应、酸雨、破坏臭氧层、热污染、放射性污染等。温室效应的现象全球变暖已经是不争的事实；1860年有气象仪表观测以来，全球平均温度上升了0.6±0.2摄氏度，最暖的年份出现在1983年以后；自1985以来，我国已经连续出现了16个全国范围内的暖冬；全球平均地表气温到2100年将比1990年上升1.4-5.8摄氏度。Temp.anomary/ºC温室效应的原理二氧化碳这类气体能够让太阳的短波辐射自由通过，同时却吸收地面发出的长波辐射。大部分的太阳短波辐射可以通过大气层达到地面，使地球表面温度升高；与此同时，由于二氧化碳等气体强烈地吸收地面的长波辐射，使得散失到宇宙空间的热量减少，于是地面吸收的热量多，散失的热量少，导致地球温度升高。温室效应的危害改变植被群落的结构、组成及生物量；冰川条数和面积减少；湖泊水位下降和面积减少；农业的影响；水资源的影响；传染性疾病的危害；影响人类居住环境。减少温室效应的对策提高能源的利用率，减少化石燃料，推广节能技术；开发不产生CO2的新能源；推广植树绿化；减慢世界人口增长速度，在农村发展“能源农场”；采用天然气等低含碳资源。酸雨天然降水的本底的pH为6.55，一般将pH值小于5.6称为酸雨；引起雨水酸化的主要物质是SO2和NOx,它们占的比例在90%以上；化石燃料的燃烧，特别是煤炭燃烧所产生的SO2和NOx是产生酸雨的主要原因；酸雨会以不同的方式危害水生生态系统，陆生生态系统，腐蚀材料和影响人体健康。酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分图酸雨控制对策制订酸雨和SO2污染控制区综合防治规划。限制高硫煤，洗煤，型煤。调整能源结构，削减SO2排放总量。做好SO2排污收费工作，运用经济手段促进治理。强化控制区环境监督管理。臭氧层破坏1984年英国科学家首次发现南极上空出现了臭氧空洞；臭氧空洞迅速扩大，不仅在南极，而且在北极也出现了臭氧层减少的现象；造成臭氧层破坏的主要原因是氟氯烃类物质和N2O所致。臭氧空洞的产生氯氟烃释放到大气中，再上升到高空时，会分解出氯原子。自由的氯原子遇上臭氧分子后，会夺走臭氧分子O3中的一个氧原子，使之变成为普通的氧分子O2。每一个氯原子可以把上万个臭氧分子变成普通氧分子。实验数据显示，平均每一个氯原子可以消灭1万个臭氧分子，其威力惊人。臭氧空洞的产生其结果是高空中由臭氧分子组成的臭氧层就被大大损耗，导致了臭氧层变薄，甚至出现臭氧空洞。臭氧空洞——人类的威胁根据调查显示，自1978年开始的10年内，全球各纬度平流层的臭氧含量降低约1.2%至10%不等，南极上空则是臭氧被破坏最严重的区域，甚至在春季期间更会出现所谓的“臭氧空洞”。臭氧空洞——人类的威胁南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的，可是仅在一个世纪里就被破坏了60％。目前全球臭氧层削减率正以每年2%至3%的速度在进行，如果任其发展，在21世纪末，平流层臭氧含量将降至目前的一半以上，届时，人类将会面临一场空前的浩劫!臭氧层被破坏的后果地球上的生物能在陆地上生活，是因为集中在平流层中的臭氧对于阳光中的紫外线具有隔除的作用，如果没有臭氧层，进入大气层的紫外线就很容易被细胞核吸收，破坏生物的遗传物质DNA，陆地上的生物便无法存在了。而这个臭氧层目前正受到人类持续不断的破坏。臭氧层被破坏的后果据科学研究，臭氧减少10%，紫外线可能增加20%，皮肤癌患者可能增加30%，此外还会产生下列几种现象:白内障罹患率增加；免疫系统受到抑制；谷物的收成减少，品质降低，植物和浮游生物减少，破坏自然界的生物链；臭氧层被破坏的后果

塑料、橡胶制品加速老化；紫外线直射会引起对流层臭氧的增加，致使产生光化学烟雾，造成空气污染。臭氧层变薄对健康的危害保护臭氧层目前，最早使用CFCs的24个发达国家已于1985年和1987年分别签署了限制使用CFCs的《维也纳公约》和《蒙特利尔议定书》。1993年2月，中国政府批准了《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰方案》，确定在2010年完全淘汰消耗臭氧层物质。保护臭氧层人类尚未找到对已被破坏的臭氧层进行补救的措施，但全世界正努力限制和停止对消耗臭氧层物质的生产和使用。另一方面，人类正努力开发无害的制冷剂、发泡剂等。任何关心保护臭氧层的普通人都可以通过选择对臭氧层无害的消费品，来参与保护臭氧层行动热污染热污染是指日益现代化的工农业生产和人类生活中排放的各种废热所造成的环境污染；热污染可以污染大气和水；火力发电厂、核电站和钢铁厂的冷却系统排出的热水以及石油、化工、造纸等工厂排出的生产性废水中均含有大量废热。

热污染对水生生物的影响热污染首当其冲的受害者是水生生物。由于水温升高，使水中溶解氧减少，水体处于缺氧状态，同时又使水生生物代谢率增高而需要更多的氧，造成一些水生生物在热效力作用下发育受阻或死亡，从而影响环境和生态平衡。热污染对人体健康的影响河水水温上升给一些致病微生物造成一个人工温床，使它们得以滋生、泛滥，引起疾病流行，危害人类健康；随着人口和耗能量的增长，城市排入大气的热量日益增多。按照热力学定律，人类使用的全部能量终将转化为热，传入大气，逸向太空。热污染对大气的影响使地面反射太阳热能的反射率增高，吸收太阳辐射热减少，沿地面空气的热减少，上升气流减弱，阻碍云雨形成，造成局部地区干旱，影响农作物生长，使土壤沙化；近一个世纪以来，地球大气中的二氧化碳不断增加，气候变暖，冰川积雪融化，使海水水位上升，一些原本十分炎热的城市，变得更热。造成热污染的根本原因造成热污染最根本的原因是能源未能被最有效、最合理地利用。随着现代工业的发展和人口的不断增长，环境热污染将日趋严重。如何减少大气热污染?提高热效率可减少热污染；利用废热也可减少热污染；利用降温冷却减少大气热污染。放射性污染放射性现象的发现，核能的开发带给人类的另一巨大福利是核技术在科研、教育、医疗、工业、农业等许多领域中的广泛应用，这种应用也伴随着现实的或潜在的放射性污染。放射性污染在和平利用核能的过程中，放射性污染主要是在核电厂等核设施营运、放射性同位素和射线装置应用等过程中产生的。管理严格、设计良好的核电厂在正常运行时，产生的放射性污染很小。放射性污染核电厂等核设施从建设、运营及退役全过程中都存在着潜在的放射性危害。若不加强管理，核电厂在任何环节发生事故时，都会造成严重的放射性污染，威胁公众健康。从污染物对人和生物的危害程度看，放射性物质污染要比其他污染严重得多。正因为如此，从核能开发以来，人们就对放射性污染的防治极其重视，采取了一系列严格的措施，并将这些措施以法律的形式明确下来。能源对人体健康的影响化石燃料燃烧时排放的大量粉尘、SO2、H2S、Nox等除了污染环境外，还会影响人体健康。过量的SO2会导致呼吸道疾病，最典型的例子是1952年发生的伦敦烟雾事件。1952年12月5～8日，英国伦敦由于冬季染煤引起的煤烟性烟雾，导致4天时间4000多人死亡，两月后又有8000多人死亡。原煤中均含有微量重金属元素，这些元素在燃烧过程中会随烟尘和炉渣排出，从而对大气、水和土壤产生污染，并影响人体健康。能源对人体健康的影响（煤燃烧）砷：使人体细胞正常代谢发生障碍，导致细胞死亡。铅：影响神经系统，抑制血红蛋白的合成代谢。镉中毒：引起肾功能障碍。汞中毒：引起肾功能衰竭，并损害神经系统。镍：制癌物质。我国空气污染治理情况1998年，322个城市中，空气质量达到国家二级标准的为27.6%，三级标准的占28.9%，剩余的为严重污染城市；2000年，338个城市中，达到二级标准的标准为36.5%；2002年，471个城市中，209个达到二级标准，占44.3%。城市空气中SO2的浓度比1998年降低了17.5%，总悬浮颗粒物浓度比1998年低了10.5%。我国目前的空气污染状况得到了遏制，但空气污染程度依然严重，尤其是人口超过百万的特大城市；目前颗粒物是影响城市空气质量的首要污染物，尚有53.5%未达国家二级标准；在提高能源利用率同时大力治理能源所造成的环境污染，是当务之急。第四节能源与可持续发展一、能源在国民经济中的地位二、可持续发展的概念三、能源问题四、中国能源可持续发展的对策能源在国民经济中地位人类社会经历的能源时期：薪材时期煤炭时期石油时期薪材时期以薪材等生物质燃料为主要能源的时代，延续了很长时间，生产和生活水平都很低，社会发展迟缓。煤炭时期18世纪的产业革命，以煤炭取代薪材作为主要能源，蒸汽机成为生产的主要动力。19世纪末，电力开始进入社会的各个领域，电动机代替了蒸汽机。但此时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要燃料。石油时期进入20世纪50年代，西方发达国家很快地从以煤为主的主要能源转换到以石油和天然气为主要能源。汽车、飞机、内燃机车和远洋客货轮得到了迅猛的发展。极大地缩短了地区和国家之间的距离，促进了经济繁荣。创造了人类历史上空前的物质文明。进入21世纪，核能将成为世界能源的主角，清洁能源的时代也将随之到来能源与经济的关系在经济发展正常情况下，能源消耗的总量和能源消耗增长速度与国民经济生产总值增长率成正比例关系；能源消费弹性系数是指能源消费的年增长率与国民经济增长率之比，这个数值越大，说明国民经济产值每增加1%，能源消费的增长率越高。处于工业化初期的国家，经济增长主要依靠能源密集工业的发展，能源效率也较低，因此能源弹性系数通常大于1。能源与生活的关系人们的衣食住行出处离不开能源，而且文化娱乐、医疗卫生都与能源有着密切的关系。随着生活水平的提高，所需的能源也越多。从一个国家人民的能耗量可以看出一个国家人民的生活水平。我国目前一次能源的消费量已经超过俄罗斯居世界第二位，但人口总多，人均能耗很低。可持续发展传统的工业文明比农业文明的发展性高，但持续性差；通俗的定义：可持续发展是既满足当让人的需求又不危害后代人满足自身需求能力的发展；朴素的可持续发展思想：春秋战国时期，“永续利用”的思想和封山育林、定期开禁的法令。可持续发展的内涵“发展”是大前提，即发展是人类永恒的主题；“协调性”是核心，可持续发展是由于人与环境、资源间的矛盾引出的，因此可持续发展的基本目标是协调人口、经济、社会、环境、资源的协调发展。“公平性”是关键，可持续发展的关键问题是资源分配和福利分享，它追求