《新能源发电技术》课件-1.绪论

《新能源发电技术》

第一章绪论本次课知识点思维导图2/105第一节1.1能源问题能源分类1.1.1能源发展过程1.1.2能源结构1.1.3能源利用效率1.1.4新能源渗透率1.1.51.1.1能源分类能源品种繁多，为了更好的区分，通常采用不同的分类方法加以区分5/1051.1.1能源分类能源是能量物质或能量资源的统称，它是自然界中可为人类提供某种能量的各类能量物质，或者可以做功的各种能量资源。煤炭风能核能6/1051.1.1能源分类7/1051.1.1能源分类——形成和来源二次能源比一次能源具有更高的终端利用效率，使用时更方便、更清洁8/1051.1.1能源分类——开发及利用状况常规能源与新能源的划分并无严格界限，会随着时间推移或地区不同发生一定的变化9/1051.1.1能源分类——能源是否可再生10/1051.1.1能源分类——其他分类方式商品能源：能够进入能源市场作为商品销售的能源，例如煤炭、石

油、天然气和电能等非商品能源：薪柴和农作物残余等商品能源和非商品能源燃料能源和非燃料能源燃料能源：可用于直接燃烧发出能量的物质，例如煤、油、气等非燃料能源：不可用于直接燃烧的能源，如水能、风能、电能等11/1051.1.1能源分类——其他分类方式一次能源常规能源商品能源煤炭、石油二次能源常规能源商品能源电力、汽油一次能源可再生能源非商品能源太阳能、风能12/105能源分类1.1.1能源发展过程1.1.2能源结构1.1.3能源利用效率1.1.4新能源渗透率1.1.51.1.2能源发展过程远古时代，早期人类掌握了火的利用技术18世纪，第一次工业革命，蒸汽机的发明第二次工业革命，内燃机的发明，电力的广泛使用人类利用能源大致经历了以柴薪、煤炭、石油作为主要能源的三个阶段柴薪时期煤炭时期石油时期14/1051.1.2能源发展过程——常规能源煤炭天然气石油随着能源需求量的增加，人们不断寻找热值更高的能源最早：汉代使用煤炭取暖蒸汽机的出现，使人类对工业能源的需求剧增，煤炭取代柴薪作为人类的第一大能源最早：公元前10世纪应用于建筑方面内燃机的发明，增强了人类对石油的需求人类开始大规模地开采石油最早：公元前3世纪到1世纪作为燃料大规模应用：第二次工业革命15/1051.1.2能源发展过程随着科学技术的进步，各类新能源开始投入运用，也许在不久的将来，新能源会逐渐取代传统化石能源16/1051.1.2能源发展过程——新能源太阳能利用太阳能提供能量核能核裂变产生大量的热能水能利用水的动能与势能风能利用风的动能转为电能17/1051.1.2能源发展过程——新能源太阳能0102太阳能光伏发电技术：利用光生伏特效应直接将太阳能转换成电能的技术太阳能光热发电技术：将太阳辐射经过热能再转换成电能的发电技术18/1051.1.2能源发展过程——新能源几百年前，人类就发明了风车应用风能。目前为止，人类已经广泛应用了现代风力发电技术。风能的清洁性、可再生性以及大规模应用技术的成熟，使得风能成为新能源领域技术最成熟、最具开发条件和最有发展前景的清洁能源。

风能19/1051.1.2能源发展过程——新能源

水能2000多年前就已经在农业上使用水车。现在人类对水能的利用主要集中在水电站上。由于我国地势西高东低跨辐巨大，因此在我国水能应用潜力较大20/1051.1.2能源发展过程——新能源

核能核能是原子核发生裂变或聚变时，所释放出的能量现核能发电主要为核裂变发电核电产能大，发电潜力极大核裂变链式反应核燃料具有强烈的放射性，一旦泄露会造成严重的环境破坏2011年3月，受日本地震影响，日本福岛核电站发生核泄漏事故21/1051.1.2能源发展过程——常规与新能源发电环节对比注意：概念相对性，如核能在中国属新能源，在发达国家已入常规之列。22/1051.1.2能源发展过程——常规发电方式23/1051.1.2能源发展过程——未来发电方式24/105能源分类1.1.1能源发展过程1.1.2能源结构1.1.3能源利用效率1.1.4新能源渗透率1.1.51.1.3能源结构——能源消费结构2021中国能源消费结构：现阶段我国仍旧以煤炭作为主要的能源来源。在可再生能源生产方面，中国超过美国成为全球最大的可再生能源生产国。2021中能源消费结构图26/1051.1.3能源结构——能源弹性系数能源弹性系数是研究能源消费（生产）量与宏观经济发展指标（一般采用国内生产总值GDP）之间关系的数值。基本定义为能源消费（生产）增长率与经济增长率之比。

式中，e为能源消费（生产）弹性系数；α为能源消费（生产）增长率；β为生产总值增长率；ΔE为能源消费（生产）增量；E0为计算起始年的能源消费（生产）量；ΔG为国内生产总值增量；G0为计算起始年的国内生产总值。27/1051.1.3能源结构——能源弹性系数

年份能源生产弹性系数能源消费弹性系数20120.400.4920130.280.4720140.120.2920150.000.142016-0.590.2120170.540.4620180.840.5220190.820.5520201.140.9620210.580.62

中国2012-2021年能源弹性系数表能源弹性系数大小表示国民经济增长对能源增长的依赖情况28/105能源分类1.1.1能源发展过程1.1.2能源结构1.1.3能源利用效率1.1.4新能源渗透率1.1.51.1.4能源利用效率物理学评价指标经济学评价指标能源效率：在能源使用过程中（开采、加工、转换、贮运和终端利用），所得到能源量与实际消耗的能源量之比单要素能源效率:只把能源要素与产出进行比较，不考虑其他要素全要素能源效率:考虑各种投入要素之间的相互影响30/105能源分类1.1.1能源发展过程1.1.2能源结构1.1.3能源利用效率1.1.4新能源渗透率1.1.51.1.5新能源渗透率新能源渗透率：各种新能源占全部能源的比重新能源普遍绿色环保，提高新能源渗透率有利于构建节能减排的资源节约型社会提高新能源的渗透率可以提高能源利用效率，促进经济社会的可持续发展，实现GDP快速可持续速增长促进人类社会构建新的能源体系，摆脱传统化石能源的束缚对社会发展的意义对经济增长的意义对能源结构的优化32/1051.1.5新能源渗透率提高新能源渗透率的主要措施技术方面：发展先进的多能源耦合或独立的新能源分布式发电技术，使新能源在能源结构中占有支配地位。政策方面：政府应提出相应的政策支持，宣传新能源的优点，优化产业结构，为发展新能源提供有利的客观条件。33/105思考与习题①请简述你所知道的能源分类方法，并各举3个例子。②

什么是能源弹性系数？34/105第二节1.2环境问题能源环境问题1.2.1能源环境污染成因1.2.2能源环境污染实例1.2.3改善能源环境的主要途径1.2.41.2.1能源环境问题PM2.5土壤污染气候变暖水污染石油泄漏37/1051.2.1能源环境问题随着人们生活水平的不断提高，环境状态也随之发生变化，从而引发各类环境问题。能源环境污染大体上可分为大气污染、水污染以及土壤污染。主要影响:一是对自然生态系统的危害，二是对人类社会的危害。38/105能源环境问题1.2.1能源环境污染成因1.2.2能源环境污染实例1.2.3改善能源环境的主要途径1.2.41.2.2能源环境污染的成因能源环境污染主要分三大类：大气污染水污染土壤污染其中：大部分能源环境污染是由于能源浪费或不合理使用引发的。燃煤大气污染物的环境迁移和人体暴露途径示意图40/1051.2.2能源环境污染的成因——大气污染的成因大气污染的成因主要以下三类:工业能源大气污染交通运输能源大气污染日常生活能源大气污染41/1051.2.2能源环境污染的成因——大气污染的成因工业能源大气污染化石能源的使用：大量的SO2、NO2和CO2被排放到大气中，进而造成大气污染工厂排放火电厂排放42/1051.2.2能源环境污染的成因——大气污染的成因交通运输能源大气污染交通工具（汽车、火车、飞机、轮船等）产生的废气污染物（CO、NOx和PM2.5等）汽车尾气交通污染43/1051.2.2能源环境污染的成因——大气污染的成因日常生活能源大气污染主要来源：生活炉灶与采暖锅炉；炉灶和锅炉时消耗大量煤炭，并释放大量烟尘、SO2、CO等有害物质。北方地区，冬季采暖用的燃煤的燃烧，会改变其周围的空气质量，污染大气生活炉灶采暖锅炉44/1051.2.2能源环境污染的成因——水污染的成因由于水污染成因较多，单纯由能源浪费和不合理利用造成的水污染大致可以分为两类：酸雨造成的水污染石油造成的水污染45/1051.2.2能源环境污染的成因——水污染的成因酸雨造成的水污染燃煤产生的SO2等酸性气体排入大气中，造成局部地区SO­2含量过高，与云层中的水蒸气反应生成亚硫酸，进而继续与其它污染物发生催化反应生成硫酸，最后以酸雨的形式降下。46/1051.2.2能源环境污染的成因——水污染的成因石油造成的水污染石油泄漏污染地下水，直接危及人类的健康，导致各种疾病的患病率上升海上石油泄漏污染会造成大面积的海洋生物死亡，破坏生态平衡47/1051.2.2能源环境污染的成因——土壤污染的成因酸雨造成的土壤污染

酸雨的一部分降入土壤，造成了土壤酸化，导致土壤污染石油造成的土壤污染

在开采、存储、使用的过程中，石油中的重金属等污染物进入土壤导致土壤的质量下降，无法发挥其正常作用48/105能源环境问题1.2.1能源环境污染成因1.2.2能源环境污染实例1.2.3改善能源环境的主要途径1.2.41.2.3能源环境污染实例——大气污染雾霾天气

2015年11月8日，中国某省出现了史上最严重的雾霾天气，这次雾霾天气的特点是持续时间长、污染面积大、污染程度深。全省14个城市中有11个处于重度污染以上。当地PM2.5浓度一度超过1000µg/m3，局部地区高达1400µg/m350/1051.2.3能源环境污染实例——大气污染1952年伦敦烟雾酸雨事件

1952年12月伦敦发生烟雾酸雨，死亡人数高达4000。酸雨pH值低至1.4-1.9，而正常雨水的pH值仅为5.6左右。51/1051.2.3能源环境污染实例——水污染北美死湖酸雨事件20世纪70年代起，在美国东北部及加拿大东南部的湖泊水质发生酸化，污染程度高的湖泊pH值已低到1.4，污染程度较低的pH值也有3.5，而正常湖泊的pH值在6～7之间。1930年当地只有4%的湖泊没有鱼，但是在1975年，就有50%的湖泊没有鱼，其中有200个湖泊已经成为死湖52/1051.2.3能源环境污染实例——水污染海洋石油污染事件2010年4月20日，英国BP石油公司在美国墨西哥湾租用的钻井平台发生爆炸，导致大量石油泄漏1967年3月，油轮“托利卡尼翁”号在英吉利海峡触礁失事，油轮失事造成了严重的海洋石油污染。近140千米的海岸受到了严重的石油污染。受石油污染的海域有25000多只海鸟死亡53/1051.2.3能源环境污染实例——土壤污染油田采油污染国内某油田采油厂发生油污泄漏，污染河流，污染地域地跨陕西省和甘肃省，对人类和环境造成严重危害54/1051.2.3能源环境污染实例——土壤污染重金属污染重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染日本水俣病事件55/105能源环境问题1.2.1能源环境污染成因1.2.2能源环境污染实例1.2.3改善能源环境的主要途径1.2.41.2.4改善能源环境污染的主要途径预防方面采取洗煤、脱硫脱硝等技术，降低污染物排放实行汽车尾气排放标准（法律手段）汽车尾气处理57/1051.2.4改善能源环境污染的主要途径治理方面土壤修复技术、水污染治理循环经济、环评制度新能源技术风能、太阳能、生物质能、海洋能、水能等各类新能源不会产生破坏环境的有害物质58/105思考题①常见的能源环境污染分为哪几种？②请简述改善能源环境污染的主要途径。59/105第三节1.3温室气体的排放和核算温室效应1.3.1二氧化碳1.3.2甲烷1.3.3碳核算1.3.4温室气体减排方案1.3.5温室效应1.3.1二氧化碳1.3.2甲烷1.3.3碳核算1.3.4温室气体减排方案1.3.51.3.1温室效应——概念地球的热平衡太阳通过辐射把能量传递给地球，一部分被反射回宇宙中，另一部分则被地面所吸收。地面增温后通过长波辐射，将能量返还给宇宙，这是地球本身的热平衡63/1051.3.1温室效应——概念温室效应由于大气中某些物质的增加，导致热量无法向外层空间发散，地球表面的温度则会逐渐升高。由于这种情况类似于温室大棚的保温效果，故称之为温室效应能够产生温室效应的气体被称为温室气体温室气体64/1051.3.1温室效应——概念温室效应使地球表面平均温度由-18℃上升到15℃，舒适的温度适合自然生态系统和人类生存利导致在海洋变暖、冰冻圈退缩、海平面上升和极端天气增加等诸多方面，给生态环境和人类活动带来负面影响，甚至产生恐惧心理弊65/1051.3.1温室效应——温室气体种类及其特性温室气体种类及其特性1997年12月制定的《京都议定书》中有6种：

二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF6）温室气体的作用强度全球变暖潜能值（GWP）：相对值，可度量各种温室气体对全球变暖的影响表示一定质量的某种温室气体，其所捕获得到的热量，与同样质量的CO2所捕获热量之比。GWP是在一定时间间隔内计算得到的，以二氧化碳为基准，将1kg二氧化碳使地球变暖能力作为1，其它物质均以相对数表示。66/1051.3.1温室效应——温室气体种类及其特性温室气体大气预留时间/年全球变暖潜力(100年)CO250～2001CH412±321N2O120310CF4500006500C2F6100009200SF6320023900GWP值的计算含有一些不确定因素，并不是一个精确值。计算某温室气体通常需要了解该气体在大气层中的演变情况，以及由此所产生的辐射影响。67/1051.3.1温室效应——温室气体的影响

气候变化，全球变暖温室气体的浓度上升会减少红外线辐射到太空中，由于地球生态环境存在的正反馈和负反馈机制，会使地球的气候发生转变。68/1051.3.1温室效应——温室气体的影响对海洋的影响海平面上升海洋酸化对生态系统的影响生物数量和地理分布变化生物物种灭绝69/1051.3.1温室效应——温室气体的影响对人类生活的影响海平面的显著上升会对沿海地区人类生命财产和社会经济发展造成严重的危害热浪袭击频繁或严重程度增加，病菌、病毒、寄生虫更加活跃70/105温室效应1.3.1二氧化碳1.3.2甲烷1.3.3碳核算1.3.4温室气体减排方案1.3.51.3.2二氧化碳在1800年时，空气中二氧化碳的浓度仅为283ppmv1994年时，增加到358ppmv2004年时，增加到377ppmv2015年全年二氧化碳浓度已经突破400ppmv现状化石燃料的燃烧人类对于自然资源的耗竭式利用成因72/1051.3.2二氧化碳——CO2的主要来源化石燃料的燃烧现阶段在新能源技术还不成熟的情况下，化石燃料依然是人们的主要能量来源每年通过化石燃料的燃烧会产生巨额的二氧化碳73/1051.3.2二氧化碳——CO2的主要来源对自然资源的耗竭式利用植被和土壤中有着巨大的碳储量，人们砍伐树木破坏植被，将会让本来被固定住的碳又以二氧化碳的形式回到大气中植物本身有吸收二氧化碳的功能，自然植被的破坏会大大减少空气中二氧化碳的吸收74/1051.3.2二氧化碳——CO2的减排措施提高能源利用效率寻找清洁的新能源作为代替二氧化碳的捕集与封存

75/105温室效应1.3.1二氧化碳1.3.2甲烷1.3.3碳核算1.3.4温室气体减排方案1.3.51.3.3甲烷在大气中的含量远不及二氧化碳，总的温室效应也不及二氧化碳，但其GWP（100年）是二氧化碳的21倍，增长趋势也远超过二氧化碳。甲烷的含量从1750年的0.7ppmv，猛增至2015年的1.8ppmv，翻了两倍多，而同期二氧化碳含量的增长只有40%左右现状化石燃料开采中的泄漏农业生产废弃物品的掩埋成因77/1051.3.3甲烷——CH4的主要来源化石燃料开采中的泄漏煤矿的开采中煤层气的泄漏石油开采中的甲烷渗漏78/1051.3.3甲烷——CH4的主要来源农业生产农业生产中动物反刍、粪便处理以及稻田种植中均会产生大量的甲烷。79/1051.3.3甲烷——CH4的主要来源废弃物品的掩埋废弃物品填埋虽然可以避免燃烧产生的二氧化碳，但是其中的厌氧分解则会产生大量的甲烷。80/1051.3.3甲烷——CH4的减排措施针对化石能源开采过程的甲烷逃逸将甲烷注回地下或者点燃火炬，能大幅度的减少甲烷的泄漏81/1051.3.3甲烷——CH4的减排措施针对农业方向的措施改进饲料的成分来减少动物反刍建立沼气池和发酵池利用甲烷通过水分管理和肥料管理来减少甲烷的产生82/1051.3.3甲烷——CH4的减排措施针对废弃物的措施通过在废弃物周围铺设防渗层，进行气体和沥出液的捕获，进行重复利用83/105温室效应1.3.1二氧化碳1.3.2甲烷1.3.3碳核算1.3.4温室气体减排方案1.3.51.3.4碳核算——碳核算方法排放因子法质量平衡法实测法碳核算方法可参考核算结果的数据准确度要求、可获得的计算用数据情况、排放源的可识别程度等因素进行选取规定二氧化碳当量（CO2e）为度量温室效应的基本单位85/1051.3.4碳核算——排放因子法依照碳排放清单列表，每一种排放源的活动数据（ActivityData)与排放因子（EmissionFactor）的乘积作为该排放项目的碳排放量估算值EGHG为温室气体排放量（如CO2、CH4等），单位为tCO2eAD为温室气体活动数据（单个排放源与碳排放直接相关的具体使用和投入数量），单位根据具体排放源确定EF为排放因子（单位某排放源使用量所释放的温室气体数量），单位与活动数据的单位相匹配GWP为全球变暖潜能，数值可参考IPCC提供的数据86/1051.3.4碳核算——排放因子法能源名称二氧化碳排放因子原煤1.9003kg/kg焦炭2.8604kg/kg原油3.0202kg/kg燃料油3.1705kg/kg汽油2.9251kg/kg煤油3.0179kg/kg柴油3.0959kg/kg液化石油气3.1013kJ/kg油田天然气2.1622kg/m3能源二氧化碳碳排放因子87/1051.3.4碳核算——质量平衡法根据质量守恒定律，用输入物料中的含碳量减去输出物料中的含碳量进行平衡计算得到二氧化碳排放量EGHG为温室气体排放量（tCO2e）；MI为温室气体排放量（tCO2e）；

MO为输出物料的量，单位根据具体排放源确定；CCI为输入物料的含碳量，单位与输入物料的量的单位相匹配；CCO为输出物料的含碳量，单位与输出物料的量的单位相匹配；W为碳质量转化为温室气体质量的转换系数；GWP为全球变暖潜能，数值可参考IPCC提供的数据。88/1051.3.4碳核算——实测法通过安装检测仪器、设备，并采用相关技术文件中要求的方法测量温室气体源排放到大气中的温室气体排放量，进行汇总从而得到相关碳排放量优点：该法中间环节少、结果准确缺点：数据获取相对困难，投入较大89/1051.3.4碳核算——方法比较类别优点缺点适用对象应用现状排放因子法①简单易于理解②有成熟的核算公式和活动数据、排放因子数据库③有大量参考实例对排放系统自身发生变化时的处理能力较质量平衡法要差社会经济排放源变化较为稳定，自然排放源不是很复杂或忽略其内部复杂性的情况①应用广泛②结论权威质量平衡法明确区分各类设施设备和自然排放源之间的差异需要纳入考虑范围的排放的中间过程较多，容易出现系统误差，数据获取困难且不具权威性社会经济发展迅速、排放设备更换频繁、自然排放源复杂的情况①刚刚兴起②具体操作方法众多实测法①中间环节少②结果准确数据获取相对困难，投入较大受到样品采集与处理流程中涉及到的样品代表性、测定精度等因素的干扰小区域、简单生产排链的碳排放源，或小区域、有能力获取一手监测数据的自然排放源①应用历史较长②应用范围窄90/1051.