能源与能源利用现状.docx

1、能源与能源利用现状第一章 能源与能源利用现状一 概述 人类面临的五大问题 (1) 人口 爆炸 计划生育与优生优育 (2) 能源 短缺 节能与开发新能源 (3) 环境 恶化 改善与保护生态环境 (4) 粮食 饥饿 提高有限耕地生长率 (5) 资源 匮乏 人工合成新材料 能源问题是全世界关注的重大问题，从20世纪70年代起，就被列入世界5大问题之一。 中心环节 清洁高效利用有限的资源是解决人类面临的五大问题的中心环节 能源结构 可再生能源 一次能源 不可再生能源 二次能源 二.能源的概念能源：为人类的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源，是国民经济的重要物质基础。能源的开发和有效利用程度以及人均

2、消费量是生产技术和生活水平的重要标志。1.一次能源和二次能源 自然界中本来就有的各种形式的能源称为一次能源。一次能源可按其来源的不同划分为三类： 来自地球以外的 其主要形式是太阳能。 来自地球内部的 例如原子核能、地热能等 地球与其他天体相互作用的 例如潮汐能等 太阳每年平均输入地球的能量为178000太瓦年(1太瓦年31.51015千焦),相当于约190万亿吨标准煤。而由太阳辐射引起气象变化形成的水能、风能、洋流能、波浪力能和海洋深层与表层的温差能等，由植物通过光化作用吸收并蓄积太阳能而形成的生物质能都是一次能源。 广义地说，煤、石油、天然气、油页岩和油质砂等矿物一次能源都是由历史上的有机生

3、物质所蓄积的太阳能。来自地球内部的一次能源主要是地热和原子核能。来自地球与其他天体相互作用的一次能源主要是潮汐能。 凡由一次能源经过转化或加工制造而产生的能源称为二次能源，如电力、氢能、石油制品、煤制气、煤液化油、蒸汽和压缩空气等。但水力发电虽是由水的落差转换而来，一般均作为一次能源。 2. 可再生能源和非再生能源 人们对一次能源又进一步加以分类。凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为可再生能源，反之称为非再生能源。 风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源； 煤、石油和天然气等是非再生能源。 地热能基本上是非再生能源，但从地球内部巨大 的蕴藏量来看，又具有再生

4、的性质。 核能的新发展将使核燃料循环而具有增殖的性质。核聚变的能比核裂变的能可高出 510倍，核聚变最合适的燃料重氢（氘）又大量地存在于海水中，可谓“取之不尽，用之不竭”。核能是未来能源系统的支柱之一。 3. 常规能源和新能源 在现有经济和技术条件下,已经大规模生产和广泛使用的能源称为常规能源。如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能等 。 在新技术基础上系统开发利用的能源称为新能源,如太能、 海洋能、地热能 、生物质能等等.新能源大部分是天然和可再生的，是未来世界持久能源系统的基础。 由于新能源的能量密度较小，或品位较低，或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段，只

5、能因地制宜地开发和利用; 但新能源大多数是再生能源，资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。4.商品能源和非商品能源 凡进入能源市场作为商品销售的能源均为商品能源。国际上的统计数字均限于商品能源。目前主要有煤炭、石油天然气 水电和核电五种.非商品能源主要指薪柴和农作物残余（秸秆等）。5.能量转化 各种能源形式可以互相转化，在一次能源中，风、水、洋流和波浪等是以机械能(动能和位能)的形式提供的，可以利用各种风力机械（如风力机）和水力机械（如水轮机）转换为动力或电力。煤、石油和天然气等常规能源一般是通过燃烧将燃烧化学能转化为热能。 能量的转换与利用 热能可以直接利用，但大量的是将热能通过各种类型

6、的热力机械（如内燃机、汽轮机和燃气轮机等）转换为动力，带动各类机械和交通运输工具工作；或是带动发电机送出电力，满足人们生活和工农业生产的需要。发电和交通运输需要的能源占能量总消费量的很大比例。 据预测，20世纪末仅发电一项的能源需要量将大于一次能源开发量的40。一次能源中转化为电力部分的比例越大，表明电气化程度越高，生产力越先进，生活水平越高。三.能源的利用现状1. 世界能源的利用现状 随着世界经济规模的不断增大，世界能源消费量持续增长。1990年世界国内生产总值为26.5万亿美元（按1995年不变价格计算），2000年达到34.3万亿美元，年均增长2.7。根据2004年BP能源统计，1973

7、年世界一次能源消费量仅为57.3亿吨油当量，2003年已达到97.4亿吨油当量。过去30年来，世界能源消费量年均增长率为1.8左右。 自19世纪70年代的产业革命以来，化石燃料的消费量急剧增长。初期主要是以煤炭为主，进入20世纪以后，特别是第二次世界大战以来，石油和天然气的生产与消费持续上升，石油于20世纪60年代首次超过煤炭，跃居一次能源的主导地位。 虽然20世纪70年代世界经历了两次石油危机，但世界石油消费量却没有丝毫减少的趋势。此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气的比例上升。同时，核能、风能、水力、地热等其他形式的新能源逐渐被开发和利用，形成了目前以化石燃料为主和可再生能源、新能源并

8、存的能源结构格局。到2003年底，化石能源仍是世界的主要能源， 在世界一次能源供应中约占87.7，其中，石油占37.3、煤炭占26.5、天然气占23.9。非化石能源和可再生能源虽然增长很快，但仍保持较低的比例，约为12.3。 在亚太地区，中国、印度等国家煤炭资源丰富，煤炭在能源消费结构中所占比例相对较高，其中中国能源结构中煤炭所占比例高达68左右，故在亚太地区的能源结构中，石油和天然气的比例偏低（约为47），明显低于世界平均水平。除亚太地区以外，其他地区石油、天然气所占比例均高于60。 如下表所示2. 我国能源的利用现状 中国是一个能源资源比较丰富的国家。煤的探明储量达6000亿吨以上，居世界

9、第三位；水力资源理论蕴藏量为 6.8亿千瓦，居世界第一位；石油和天然气的理论储量也比较丰富。但由于中国人口众多，平均每人每年的能源消费量仍处于较低水平。中国可持续发展面临的五大能源挑战 从上表中可以看出，我国原煤的生产消费在总量中所占的比重大约是70%，石油大约是20%，天然气大约是2.3%，水电大约是6.5%。而上述种类能源的世界平均水平分别是：26.7%，41%，23.8%，8.5%。也就是说，我国的煤炭的生产及消费是世界平均水平的约2.6倍，石油不足世界平均水平的50%，天然气更是不足世界平均水平的10%。一次电力略低于世界平均水平。通过以上分析，我们可以清楚地看出我国优质能源在能源总量

10、中所占的比例是非常低的。 作为世界上最大的发展中国家，我国目前能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第3位；基本能源消费占世界总消费量的10.4%，仅次于美国，居世界第2位，可见我国已经成为一个能源生产和消费大国。 但在我国的能源发展过程中却存在着两个十分严重的问题：一是优质能源比例很低；二是人均能源资源占有量低。 我国总的能源状况是富煤、缺油、少气，这导致了我国的能源生产和能源消费的结构不合理，一定程度上制约了我国经济的总体发展。到2050年, 我国要达到中等发达国家水平,则: 我国人口 1516亿 消耗3032亿吨标准煤 更大的环境压力 人均能耗 2吨标准煤 我国是世界第一人口大国，人口数量

11、占世界总人口的20%，这就导致了我国人均占有资源量少，能源资源相对匮乏，即使是资源最丰富的煤炭，人均资源量也只有世界平均值的42.5，人均石油资源为世界平均值的17.1，人均天然气资源为世界平均值的13.2，人均能源资源占有量还不到世界平均水平的一半。 目前，我国年人均能源消耗是1000 kg标准煤，而世界平均水平为20003000 kg，英、法、德等发达国家是50006000 kg，美国则高达11000 kg。有专家预测,在20302050年期间，我国年人均能源消耗最多可能达到目前世界的平均水平，届时能源总消耗量也将高达40亿 t 标煤以上，消费和生产之间的缺口粗略估算可达到消费总量的50%

12、。从这个角度来看，我国的能源资源严重短缺。中国与日本工业能耗比较中国发电的平均耗煤量 四 煤炭消耗对环境产生的污染 我国能源利用以煤为主，已探明的煤炭储量占世界储量的11,居世界第3位。2000年原煤产量达到9.98亿t，居世界第1位。每产生一单位能量，煤炭所释放出的二氧化碳比石油多29，比天然气多80。我国由于燃煤造成的二氧化硫及总悬浮颗粒物的排放量分别约占85%和70%。大量的煤炭开发利用导致严重的大气污染。我国二氧化硫的排放量居世界第1位，酸雨的覆盖面积已达国土面积的40%；二氧化碳的排放量仅次于美国，占世界第2位。据粗略统计，二氧化硫等大气污染造成的经济损失总量已达到GDP的2%以上。

13、 我国的环境污染问题已经受到了国际社会的高度关注，由于煤炭所造成的环境污染已经影响到了我国国民经济的可持续发展。适当降低煤炭在能源消费中的比重，减少由于煤炭所造成的污染，已经成为我国发展经济和保护环境的迫切要求。但是我国以煤为主的能源消费结构是由自然资源条件决定的，在中国的能源资源中，煤炭占绝对的优势，达到常规能源资源总量的85，我国以煤炭为主的能源格局是难以在短时期内彻底改变的。 燃煤电厂生产对环境产生的污染 燃煤电厂是煤炭的主要用户，由于电能在使用上有比其它能源有无可比拟的优越性，以及从节能的观点出发，应从能源发展战略上考虑将供各种工业和生活锅炉及民用所消耗的煤转化为电能，逐步达到先进产煤

14、国家80%的煤用于发电的水平。 据统计，1991年全国SO2排放量1622万t，燃煤电厂排放460万t，占排放总量的28.4%。1995年全国SO2排放量达到2370万t，燃煤电厂排放的SO2约占排放总量的30%。2000年，预计燃煤电厂煤消费量为5.4亿t，预测排放SO2量为1100万t，全国预测SO2排放总量为2163万t，燃煤电厂排放SO2占总排放量的50.86%。 在我国的能源消耗结构中，煤炭是第一能源占70以 上。燃煤比燃油造成的环境负荷要大得多。因为煤的发热量低， 灰分含量高，含硫量虽然可能比重油低，但为获得同样的热量所耗煤量要大得多，所以产生的SO2反而可能更多。煤的含氮量约比重

15、油高五倍，因而NO的生成量也高于重油。此外，煤炭燃烧还会带来汞、砷等微量重金属传染，氟、氯等元素污染和一定水平的放射性污染。 燃煤电厂带来的大气污染问题是我国可持续发展必须解决的一个现实问题，因此，燃煤电厂的发展要和环境保护密切结合，加快开发煤炭洁净燃烧技术，积极开发可替代煤的清洁能源，例如，核电、水电、太阳能、风能、地热能及生物质能等，特别是发展水电和核电，将会对减少SO2排放作出较大贡献。一. “十一五”期间我国能源发展面临的主要问题和对策 （一）. 主要问题1.资源约束明显，供需矛盾突出 我国能源资源总量虽然比较大，化石类能源探明储量约7500亿吨标准煤，但人均拥有量远低于世界平均水平。

16、煤炭、石油、天然气人均剩余可采储量分别只有世界平均水平的58.6%、7.69%和7.05%。 “富煤，缺油，少气” 随着国民经济平稳较快发展，城乡居民消费结构升级，能源消费将继续保持增长趋势，资源约束矛盾更加突出。2.结构矛盾比较突出，可持续发展面临挑战 目前，煤炭消费占我国一次能源消费的69%，比世界平均水平高42 个百分点。以煤为主的能源消费结构和比较粗放的经济增长方式，带来了许多环境和社会问题，经济社会可持续发展受到严峻挑战。 煤炭对环境的影响大。煤矿地表沉陷、煤田自燃火灾、矸石山自燃等所引发的植被破坏、地下水位下降、水体污染等现象比较严重，加之我国煤炭清洁利用水平低，原煤洗选率仅30%

17、左右，比美国、澳大利亚等发达国家低60个百分点，带来的污染更为严重。在全国烟尘和二氧化硫的排放量中，由煤炭燃烧产生的分别占70%和90%。目前我国已是二氧化硫排放量最大的国家，导致区域性的环境酸化，酸雨区已超过国土面积的40%。此外，煤炭燃烧生成的二氧化碳还会加重温室效应。 3.国际市场剧烈波动，安全隐患不断增加 最近几年，国际石油价格大幅震荡、不断攀升，给我国经济社会发展带来多方面的影响。我国战略石油储备体系建设刚刚起步，应对供应中断能力较弱；影响天然气电力安全供应的因素趋多；煤矿安全生产形势不容乐观，维护能源安全任务艰巨。 石油储备在能源供应安全中占有重要地位。上世纪七十年代第一次石油危机

18、后，国际能源署要求包括西方七国在内的成员国，必须承担相当于90天的石油净进口量的石油储备义务。欧盟也要求其成员国承担石油储备义务。这些国家已经先后建立了比较完善的石油储备制度，而且已经发挥了重要作用。我国石油储备刚刚起步，目前项目建设进展较为顺利，但还有大量工作要做，石油储备要达到储备目标还需若干年，形成国家石油储备体系和应急机制还任重道远。 4.能源效率亟待提高，节能降耗任务艰巨 与国际先进水平比较，我国能源效率还有很大差距。“十一五”规划纲要提出了2010 年单位GDP能耗降低20%左右的目标。一方面，从我国产业结构调整和技术管理水平提高潜力看，经过努力，实现上述目标是可能的。另一方面，我

19、国尚处在工业化、城镇化加快发展的历史阶段，高耗能产业在经济增长中仍将占有较大比重，转变能源生产和消费模式，提高能源效率，减少能源消耗，是一项长期而艰巨的任务 面对越来越大的环境压力，我国未来能源发展需要兼顾经济性和清洁性的双重要求，促进能源与环境的协调发展。要合理开发能源资源，大力发展循环经济，提高能源利用效率。优化能源结构，提高清洁能源比重，积极鼓励洁净煤发电、核电、天然气发电和新能源发电，减少温室气体排放，实现人与自然的和谐发展。 5.科技水平相对落后，自主创新任重道远 科技发展是解决能源问题的根本途径。与世界先进国家比较，我国在能源高新技术和前沿技术领域还有相当差距，能源科技自主创新任重

20、道远。 据统计，我国单位GDP能源消耗比世界平均水平高2.2倍左右，比美国、欧盟、日本和印度分别高2.4倍、4.6倍、8倍和0.3倍。尤其是这几年，高耗能产业发展较快，经济增长方式粗放，能源消耗量不断增加，能源产出效率大大低于国际先进水平。 （二）. 对策1.总体指导方针和发展目标 指导方针 贯彻落实节约优先、立足国内、多元发展、保护环境，加强国际互利合作的能源战略，努力构筑稳定、经济、清洁的能源体系，以能源的可持续发展支持我国经济社会可持续发展。 发展目标 消费总量与结构 2010 年，我国一次能源消费总量控制目标为27 亿吨标准煤左右，年均增长4%。煤炭、石油、天然气、核电、水电、其他可再

21、生能源分别占一次能源消费总量的66.1%、20.5%、5.3%、0.9%、6.8%和0.4%。与2005 年相比，煤炭、石油比重分别下降3.0 和0.5 个百分点，天然气、核电、水电和其他可再生能源分别增加2.5、0.1、0.6 和0.3 个百分点。 生产总量与结构 2010 年，一次能源生产目标为24.46 亿吨标准煤，年均增长3.5%。煤炭、石油、天然气、核电、水电、其他可再生能源分别占74.7%、11.3%、5.0%、1.0%、7.5%和0.5%。与2005 年相比，煤炭、石油比重分别下降1.8 和1.3 个百分点，天然气、核电、水电和其他可再生能源分别增加1.8、0.1、0.8 和0.

22、4 个百分点。2. 电力建设规划 积极开发水电基地 按照流域梯级滚动开发方式，建设大型水电基地。重点开发黄河上游、长江中上游及其干支流、澜沧江、红水河和乌江等流域。在水能资源丰富但地处偏远的地区，因地制宜开发中小型水电站。 优化建设煤电基地 按照“西电东送、水火调剂、强化支撑、保障安全”的原则，优化建设山西、陕西、内蒙古、贵州、云南东部等煤炭富集地区煤电基地，实施“西电东送”。合理布局河南、宁夏坑口电站，促进区域内水火调剂。加快安徽两淮坑口电站建设，实施“皖电东送”。东中部地区重点建设港口、路口、负荷中心电站以及有利于增强输电能力的电站，提高电网运行稳定性和安全性。 加快建设核电基地 “ 十一

23、五” 期间，建成田湾一期、广东岭 澳二期工程，开工浙江三门、广东阳江等核 电项目，做好一批核电站前期工作。积极支 持高温气冷堆核电示范工程。 加快电网设施建设 一是按照重点输送水电，适度输送煤电的原则，继续推进“西电东送”三大通道建设。二是加强区域电网建设，推进大区电网互联，到2010 年，除西藏、新疆、台湾等地区外，初步实现全国联网。三是推进城乡电网建设与改造，形成安全可靠的配电网络。四是促进二次系统与一次系统协调发展。“三大一特” 大煤电 大水电 大核电 特高压3. 节能和环保总体目标 2010 年，万元GDP （2005 年不变价，下同） 能耗由2005 年的1.22 吨标准煤下降到0.

24、98 吨 标准煤左右。“ 十一五” 期间年均节能率4.4% ，相应减少排放二氧化硫840 万吨、二氧 化碳( 碳计)3.6 亿吨。 电力行业指标 2010 年，火电供电标准煤耗每千瓦时355 克，下降15 克；厂用电率4.5% ，下降1.4 个 百分点；线损率7% ，下降0.18 个百分点；电 厂二氧化硫排放总量减少10% 以上。 具体的节能与环保措施 大力发展60 万千瓦及以上超(超)临界机组、大型联合循环机组。采用高效洁净发电技术改造现役火电机组，实施 “上大压小”和小机组淘汰退役。 推进热电联产、热电冷联产和热电煤气多联供。在工业热负荷为主的地区，因地制宜建设以热力为主的背压机组；在采暖

25、负荷集中或发展潜力较大的地区，建设30 万千瓦等级高效环保热电联产机组； 在中小城市建设以循环流化床技术为主的热电煤气三联供，以洁净能源作燃料的分布式热电联产和热电冷联供，将分散式供热燃煤小锅炉改造为集中供热。到2010年，使火电供电标准煤耗由2005 年的每千瓦时370 克下降到355克，厂用电率由5.9%下降到4.5%； 城市集中供热普及率由30%提高到40%，新增供暖热电联产机组超过4000 万千瓦，年节能3500 万吨标准煤以上，为改善城市空气质量作出贡献。 新建火电机组必须同步安装高效除尘设施；加快现役电厂除尘器改造，提高可靠性、稳定性和除尘效率。通过使用低硫燃料、装设脱硫设备等综合

26、措施，严格控制电厂二氧化硫排放。推广低氮燃烧技术，扩大烟气脱氮试点范围，鼓励火电厂减少氮氧化物排放。到2010 年，使火电厂每千瓦时烟尘排放量控制在1.2 克、二氧化硫排放量下降到2.7克，电厂废水排放达标率实现100%。 采用先进输、变、配电技术和设备，逐步淘汰能耗高的老旧设备；加强跨区联网，推广应用电网经济运行技术；采取有效措施，减轻电磁场对环境的影响。到2010 年，使电网线损率下降到7%左右。第二章 大气污染和大气污染物一大气的特性 大气是由多种气体混合组成的、按其成分可以概括为三部分：干燥清洁的空气，水汽和悬浮微粒。干洁空气的主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳气体，其含量占全部干洁空气的

27、99.996 (体积)；氖、氦、氪、甲烷等次要成分只占0.004左右，如表11所示。 由于空气的垂直运动、水平运动以及分子扩散使得干洁空气的组成比例直到90 100 km的高度还基本保持不变。也就是说，在人类经常活动的范围内，任何地方干洁空气的物理性质是基本相同的。 例如：干洁空气的平均分子量为28.966在标准状态下（273.15K，1.0atm）密度为1.293 kgm 3 。在自然界大气的温度和压力条件下，干洁空气的所有成分都处于气态，不易液化，因此可以看成是理想气体。 大气中的水汽含量，随着时间、地点、气象条件等不问而有较大变化其变化范围可达0.02 6 。大气中的水汽含量虽然很少但却

28、导致了各种复杂的天气现象：云、雾、雨、雪、霜、露等。这些现象不仅引起大气中湿度的变化，而且还引起热量的转化。同时，水汽又具有很强的吸收长波辐射的能力，对地面的保温起着重要的作用。 大气中的悬浮微粒除了水汽变成的水滴、冰晶外(云、雾即是由微小的水滴或冰晶组成的)，主要是大气尘埃和悬浮在空气中的其他杂质。它们有的来自流星在大气中燃烧后产生的宇宙灰尘；有的是地面上燃料燃烧产生的烟霭、或旋风卷起的尘土；有的是海洋中浪花溅起在空中蒸发留下的盐粒；有的是火山喷发后留在空中的火山灰；有的是由细菌、动物呼出的病毒、植物化粉等组成的有机灰尘等。悬浮微粒对大气中的各种物理现象和过程也有重要影响，例如削弱太阳辐射，

29、在大气中形成各种光现象影响大气能见度等。二 大气污染物及其发生源 大气污染系指由于人类活动或自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。所谓人类活动不仅包括生产活动，而且也包括生活活动，如做饭、取暖、交通等。自然过程，包括火山活动、山林火灾、海啸、土壤和岩石的风化及大气圈中空气运动等。一般说来。由于自然环境所具有的物理、化学和生物机能（即自然环境的自净作用）,会使自然过程造成的大气污染，经过一定时间后自动消除（即使生态平衡自动恢复）。所以可以说大气污染主要是人类活动造成的。 大气污染物的种类很多，根据其存在的特征可分为气

30、溶胶状态污染物和气体状态污染物两大类。 (1)气溶胶状态污染物 在大气污染中，气溶胶是指空气中的固体粒子和液体粒子，或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。按照气溶胶的来源和物理性质可将其分为以下几种。 粉尘(dust) 粉尘是指悬浮于气体介质中的微小固体颗粒，受重力作用能发生沉降，但在某一段时间内能保持悬浮状态。 粉尘通常是在固体物质的破碎、研磨、筛分及输送等机械过程，或土壤、岩石风化，火山喷发等自然过程形成的。因此粉尘的种类很多，如粘土粉尘、石英粉尘、滑石粉、煤粉、水泥粉尘以及金属粉尘等等，其形状往往是不规则的。粉尘的粒径范围很广，一般为1-200m左右。 烟气(fume) 烟气一般是指燃料不完全燃烧产生的固体粒子的气溶胶。它是熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物，在其生成的过程中总是伴有氧化之类的化学反应。烟气的特点是粒径很小，一般在0.011m的范围内，烟颗粒能够长期地存在于大气之中。金属的冶炼过程，是烟产生的主要途径之一。例如精炼铅和锌时，在高温熔融状态下，铅和锌能够迅速挥发并氧化生成氧化铅烟和氧化锌烟。在核燃料后处理过程中，会产生氧化钙烟。 飞灰(fly ash) 飞灰