新能源技術(shù)-第一章-概述課件

本書(shū)主要內(nèi)容第1章能源概論

第2章風(fēng)力發(fā)電

第3章太陽(yáng)能發(fā)電

第4章核電

第5章小水力發(fā)電

第6章氫能和燃料電池發(fā)電

第7章生物質(zhì)能發(fā)電

第8章地?zé)崮馨l(fā)電

本書(shū)主要內(nèi)容第1章能源概論

第2章風(fēng)力發(fā)電

第3章太陽(yáng)第1章能源概論第1章1.1能源的分類與基本特征1.2能源儲(chǔ)備與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略1.3新能源發(fā)電的意義1.4新能源發(fā)電――能源轉(zhuǎn)換的重要形式

本章主要內(nèi)容1.1能源的分類與基本特征本章主要內(nèi)容1.1能源的分類與基本特征能：物體做功的本領(lǐng)，力與力方向上的位移;能量：能的數(shù)量，1焦耳=1牛頓米;能源：自然界中能夠提供能量的資源。作為能源的三個(gè)要素：有效性,能提供大量的能量;技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理;對(duì)環(huán)境影響小1.1能源的分類與基本特征能：物體做功的本領(lǐng)，力與1.1.1能源的分類

按來(lái)源分：1）來(lái)自太陽(yáng)的能量包括直接輻射和間接輻射間接輻射包括風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能和化石燃料能等2）地?zé)崮艿厍騼?nèi)部的熱能其總量是全部煤炭能量的1.7×108倍3）核能包括核裂變和核聚變能核材料包括鈾、釷、氫的同位素等可控核聚變的實(shí)現(xiàn)將徹底解決人類的能源問(wèn)題4）太陽(yáng)、月球引力產(chǎn)生的能潮汐能1.1.1能源的分類按能源的利用層次分：

一次能源:指直接取自自然界沒(méi)有經(jīng)過(guò)加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源，如煤炭、原油、天然氣、油頁(yè)巖、太陽(yáng)能、水力、風(fēng)力、海洋能、生物質(zhì)能等。

二次能源：指由一次能源經(jīng)過(guò)加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源產(chǎn)品，如電力、蒸汽、煤氣、汽油、柴油、酒精、沼氣、氫氣和焦炭等。按能源的利用層次分：二次能源含能體能源過(guò)程性能源

包含著能量的物質(zhì)或?qū)嶓w，如汽油、柴油、酒精、沼氣、地?zé)崴取?/p>

隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生、并且僅以運(yùn)動(dòng)過(guò)程的形式而存在的能源，如電能。兩種能源不能互相替代，各有自己的應(yīng)用范圍。電能可從各種一次能源中生產(chǎn)出來(lái)，而柴油、汽油的生產(chǎn)幾乎完全依靠化石燃料能源。隨著化石燃料的消耗，終有一天將要枯竭，這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的、儲(chǔ)量豐富的新的含能體能源。二次能源含能體能源過(guò)程性能源包含著能量的物質(zhì)或?qū)嵃慈祟惱媚茉吹某墒於确郑?/p>

常規(guī)能源:已經(jīng)大規(guī)模開(kāi)采和廣泛利用的能源，有煤炭、石油、天然氣、水力等能源。

新能源：技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，環(huán)境和社會(huì)可以接受，能確保供應(yīng)和替代常規(guī)化石能源的可持續(xù)發(fā)展能源體系。按人類利用能源的成熟度分：按可再生與否分：

可再生能源:是可以循環(huán)再生、取之不盡、用之不竭的初級(jí)資源，如太陽(yáng)能、水力、風(fēng)力、生物質(zhì)能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能等。

不可再生能源：不能再生的，用掉一點(diǎn)，便少一點(diǎn)，總有一天會(huì)枯竭，如原煤、原油、天然氣、油頁(yè)巖、核能等。按可再生與否分：按環(huán)保角度分：

清潔能源:對(duì)環(huán)境污染小，如太陽(yáng)能、水能、海洋能、氫能等。

非清潔能源：對(duì)環(huán)境有較大污染，如化石燃料、核燃料等。按環(huán)保角度分：按是否作為商品分：

商品能源：作為商品經(jīng)流通環(huán)節(jié)大量消費(fèi)的能源。目前，商品能源主要有煤炭、石油、天然氣、水電和核電5種。非商品能源：主要指枯柴、秸稈等農(nóng)業(yè)廢料、人畜糞便等就地利用的能源。非商品能源在發(fā)展中國(guó)家農(nóng)村地區(qū)的能源供應(yīng)中占有很大比重。按是否作為商品分：燃料的計(jì)量單位標(biāo)準(zhǔn)煤熱值23.9MJ/kg（7000kcal/kg）原煤平均熱值5000kcal/kg，換算系數(shù)0.714原油平均熱值10000kcal/kg，換算系數(shù)1.429天然氣平均熱值9310kcal/kg，換算系數(shù)1.33石油計(jì)量：噸，桶一桶原油約140-150kg1噸=7桶燃料的計(jì)量單位

1.1.2新能源及主要特征新能源：技術(shù)上可行；經(jīng)濟(jì)上合理；環(huán)境和社會(huì)可以接受；能確保供應(yīng)和替代常規(guī)化石能源的可持續(xù)發(fā)展能源體系。包含兩方面：新能源體系：可再生能源(風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、水能、海洋能)和地?zé)崮?、氫能、核?/p>

新能源利用技術(shù)：高效利用能源、資源綜合利用、替代能源、節(jié)能等新技術(shù)1.1.2新能源及主要特征“新”與“舊”的區(qū)別“新”與傳統(tǒng)的“舊”能源利用方式和能源系統(tǒng)相對(duì)立?！芭f”：以化石燃料為主的傳統(tǒng)能源利用形態(tài)；只強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)換端效率，不注重能源需求側(cè)的綜合利用效率；只強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)效益，不注重資源、環(huán)境代價(jià)的傳統(tǒng)能源利用理念?！靶隆保孩俑咝Ю媚茉?；②資源綜合利用；③可再生能源；④替代能源；

“新”與“舊”的區(qū)別1.1.3分布式能源及主要特征1、分布式能源國(guó)際分布式能源聯(lián)盟（WADE）對(duì)“分布式能源”給出的定義是：發(fā)電系統(tǒng)能夠在消費(fèi)地點(diǎn)或很近的地方發(fā)電，并具有：①高效的利用發(fā)電產(chǎn)生的廢能生產(chǎn)熱和電；②現(xiàn)場(chǎng)端的可再生能源系統(tǒng)；③包括利用現(xiàn)場(chǎng)廢氣、廢熱以及多余壓差來(lái)發(fā)電的能源循環(huán)利用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)就稱為分布式能源系統(tǒng)，而不考慮這些項(xiàng)目的規(guī)模、燃料或技術(shù)，及該系統(tǒng)是否聯(lián)接電網(wǎng)等條件。

1.1.3分布式能源及主要特征分布式發(fā)電是相對(duì)于集中發(fā)電的。分布式發(fā)電指的是在用戶現(xiàn)場(chǎng)或靠近用電現(xiàn)場(chǎng)配置較小的發(fā)電機(jī)組(一般低于30MW)，以滿足特定用戶的需要，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，或者同時(shí)滿足這兩個(gè)方面的要求。分布式發(fā)電裝置（DistributedGeneration），指功率為數(shù)千瓦至50MW的小型模塊式的，與環(huán)境兼容的獨(dú)立電源。這些電源由電力部門、電力用戶或第三方所有，用以滿足電力系統(tǒng)和用戶的特定要求，如調(diào)峰、為邊遠(yuǎn)用戶或商業(yè)區(qū)和居民區(qū)供電，節(jié)省輸變電投資、提高供電可靠性等。分布式發(fā)電主要利用可再生能源但不一定。分布式發(fā)電是相對(duì)于集中發(fā)電的。2、分布式能源主要特征(1)高效性(2)環(huán)保性(3)能源利用的多樣性(4)調(diào)峰作用(5)安全性和可靠性(6)減少國(guó)家輸配電投資(7)解決邊遠(yuǎn)地區(qū)供電2、分布式能源主要特征1.2能源儲(chǔ)備與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

1.2.1地球上能源儲(chǔ)存情況

石油2011年底全球探明儲(chǔ)量為2343億噸，年消費(fèi)量40.59億噸，儲(chǔ)產(chǎn)比54.2。21世紀(jì)后，石油時(shí)代結(jié)束。

天然氣2011年底全球探明儲(chǔ)量2.084×1014立方米，年消費(fèi)量3.223×1012立方米，儲(chǔ)產(chǎn)比63.6。

煤炭2011年底全球探明儲(chǔ)量8.6×1011噸，年消費(fèi)量7.45×109噸，儲(chǔ)產(chǎn)比112年。

1.2能源儲(chǔ)備與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略1.2.1地球上能源儲(chǔ)存

鈾2006年國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)在公布的一份報(bào)告中指出，全球鈾的總儲(chǔ)藏量約為3500萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)可用85年。水電儲(chǔ)量44億kW，可開(kāi)發(fā)22.6億kW。

太陽(yáng)能能量密度800～1350W/m2，每秒鐘輻射到地球上的總能量相當(dāng)于550萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

鈾2006年國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)在公布的一份報(bào)告中1.2.2中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)備

煤炭2011年底探明儲(chǔ)量1.145×1011億噸，世界第三，占全球探明儲(chǔ)量的13.3%，儲(chǔ)產(chǎn)比33；年消費(fèi)量3.68×109噸，占全球總消費(fèi)量的49.4%，但人均煤消費(fèi)量以2006年為例，僅為美國(guó)的47.9%。石油2011年底探明儲(chǔ)量20億噸，占全球探明儲(chǔ)量的0.9%，儲(chǔ)產(chǎn)比9.9；年消費(fèi)量4.618×108噸，占全球總消費(fèi)量的11.4%。自1993年我國(guó)成為石油凈進(jìn)口國(guó)之后，我國(guó)石油對(duì)外依存度從1995年的7.6%增加到2005年的42.9%，2010年已超過(guò)55%，預(yù)計(jì)到2020年石油對(duì)外依存度將達(dá)到60%。1.2.2中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)備煤炭2011年天然氣2011年底探明儲(chǔ)量3.1×1012立方米，占全球探明儲(chǔ)量的1.5%，儲(chǔ)產(chǎn)比29.8；年消費(fèi)量1.307×1011

立方米，占全球總消費(fèi)量的4%。水電 據(jù)2001～2004年普查結(jié)果，中國(guó)水能資源理論蘊(yùn)藏量6.89億KW，技術(shù)可開(kāi)發(fā)量4.93kW，經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量3.95億kW，世界第一，占世界總量16.7%，但人均只有0.29kW。

煤多油少是中國(guó)能源儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)到今后20年，甚至到本世紀(jì)中葉，我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)將不會(huì)改變。

天然氣2011年底探明儲(chǔ)量3.1×1012立方米，占全球名次國(guó)家和地區(qū)石油探明儲(chǔ)量/萬(wàn)噸國(guó)家和地區(qū)天然氣探明儲(chǔ)量/億立米國(guó)家和地區(qū)石油產(chǎn)量/萬(wàn)噸1沙特阿拉伯3538216俄羅斯475440俄羅斯447502加拿大2438832伊朗266020沙特阿拉伯437503伊朗1715912卡塔爾257530美國(guó)270004伊拉克1568600沙特阿拉伯66364伊朗197005科威特1350360阿聯(lián)酋60024中國(guó)174706阿聯(lián)酋1333992美國(guó)534997委內(nèi)瑞拉1053363尼日利亞498088俄羅斯818400阿爾及利亞454229利比亞531960委內(nèi)瑞拉4273310尼日利亞480878伊拉克3113011美國(guó)298593印度尼西亞2555512中國(guó)248930馬來(lái)西亞2122513挪威2083614土庫(kù)曼斯坦2009315烏茲別克斯坦1873516哈薩克斯坦1839517荷蘭1754618埃及1656019加拿大160182021科威特中國(guó)1556515091名次國(guó)家和地區(qū)石油探明儲(chǔ)量/萬(wàn)噸國(guó)家和地區(qū)天然氣探明儲(chǔ)量/億中國(guó)與世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)比較（2004年）

（美國(guó)數(shù)據(jù)為2001年）

在我國(guó)能源生產(chǎn)與消費(fèi)中，以煤炭為主要能源直接進(jìn)行燃燒，因燃燒工藝落后，燃燒不充分，造成環(huán)境污染嚴(yán)重、效率低下、浪費(fèi)驚人。中國(guó)與世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)比較（2004年）

（美國(guó)數(shù)據(jù)為2世界中國(guó)日本德國(guó)法國(guó)美國(guó)2001年94341041.4512.8338.8258.42259.72006年11048.41831.9527.6324.4259.22332.72011年12274.62613.2477.6306.4242.92269.3各國(guó)一次能源消費(fèi)量（百萬(wàn)噸油當(dāng)量）世界人口6915100000人（2011年美國(guó)人口普查局）1.78噸油當(dāng)量美國(guó)人口311253000人（2011年美國(guó)人口普查局）7.29噸油當(dāng)量中國(guó)人口1339724852人（中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2010年數(shù)據(jù)）1.95噸油當(dāng)量日本人口126000000人（日本總務(wù)省人口動(dòng)態(tài)調(diào)查結(jié)果2013）3.79噸油當(dāng)量

世界中國(guó)日本德國(guó)法國(guó)美國(guó)2001年9國(guó)家GDP總量/億美元總耗能/萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤每噸標(biāo)煤產(chǎn)出值/美元1億美元GDP耗能/萬(wàn)噸標(biāo)煤能耗強(qiáng)度(中國(guó)100)中外能耗強(qiáng)度比中國(guó)1158713491485911.64100德國(guó)185514795836682.59224.49印度47964488710689.36801.24日本414697354456631.77156.58俄羅斯31009124534029.432520.40美國(guó)10082232156431353.19273.65澳大利亞35811608632264.49392.59巴西50402492920224.95432.352001年主要國(guó)家單位GDP能耗比較國(guó)家GDP總量/億美元總耗能/萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤每噸標(biāo)煤產(chǎn)出值/美元中國(guó)能源產(chǎn)消現(xiàn)狀

煤炭資源主要儲(chǔ)存在華北、西北地區(qū)，水力資源主要分布在西南地區(qū)，石油、天然氣資源主要儲(chǔ)存在東、中、西部地區(qū)和海域。而我國(guó)主要能源消費(fèi)區(qū)集中在東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，資源儲(chǔ)存與能源消費(fèi)地域存在明顯差別。中國(guó)能源產(chǎn)消現(xiàn)狀煤炭資源主要儲(chǔ)存在華北、西北地區(qū)，水1.3新能源的意義

支撐20世紀(jì)人類文明高速發(fā)展的以石油、煤炭和天然氣為主的石化能源出現(xiàn)了前所未有的危機(jī)，除其儲(chǔ)藏量不斷減少外，更嚴(yán)重的是化石能源在使用后產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w作為溫室效應(yīng)氣體排放到大氣中后，人為地導(dǎo)致了全球變暖，引發(fā)了人們對(duì)未來(lái)社會(huì)發(fā)展動(dòng)力來(lái)源的廣泛關(guān)注和思考。不少國(guó)家的能源戰(zhàn)略都有一個(gè)明顯的政策導(dǎo)向—鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)新能源，這既是國(guó)際市場(chǎng)上石油等傳統(tǒng)能源產(chǎn)品價(jià)格高昂壓力所致,也是人類可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。因此，新能源開(kāi)發(fā)有可能成為未來(lái)最重要的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)引擎，成為最有創(chuàng)造就業(yè)和財(cái)富能力的新經(jīng)濟(jì)支柱。1.3新能源的意義支撐20世紀(jì)人類文明高速發(fā)展的1.3新能源的意義

我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，常規(guī)能源儲(chǔ)備相對(duì)不足，對(duì)進(jìn)口依賴度大，國(guó)際能源市場(chǎng)的波動(dòng)對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和人民生活影響很大，發(fā)展新能源可以實(shí)現(xiàn)能源的多元化減輕進(jìn)口的壓力。此外新能源最直接的好處是可以大大減輕對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。。不同能源的CO2排放量1.3新能源的意義我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，常規(guī)能源儲(chǔ)不同能源的氮氧化物排放量不同能源的SO2排放量不同能源的氮氧化物排放量不同能源的SO2排放量紀(jì)錄片《格陵蘭的警告》紀(jì)錄片《格陵蘭的警告》1.4新能源發(fā)電――能源轉(zhuǎn)換的重要形式

1.4.1新能源發(fā)電形式

風(fēng)力發(fā)電利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電形式。

目前，風(fēng)力發(fā)電建設(shè)投資已低于核電投資，建設(shè)周期短，其成本與煤電成本接近，具有很大的競(jìng)爭(zhēng)潛力。1.4新能源發(fā)電――能源轉(zhuǎn)換的重要形式太陽(yáng)能發(fā)電

光伏發(fā)電:利用太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能，效率約25%，一般10%左右，難以大規(guī)模發(fā)電，在少量的電量需求、獨(dú)立式光電系統(tǒng)以及建筑一體的光電組成系統(tǒng)上具有優(yōu)勢(shì)。

熱發(fā)電:光能—熱能—機(jī)械能—電能，熱效率0.5%～30%，更適合運(yùn)行在南方大型的系統(tǒng)工程上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模發(fā)電。太陽(yáng)能設(shè)施建造成本太高，光伏發(fā)電系統(tǒng)平均為5000歐元／kW，太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)平均為2500歐元／kW，因此與化石能源相比，短期內(nèi)還缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。

太陽(yáng)能發(fā)電核能發(fā)電

核能—熱能—機(jī)械能—電能，效率低于常規(guī)火電廠。核能又稱原子能，包括裂變能和聚變能兩種主要形式。核裂變主要應(yīng)用于核能發(fā)電，技術(shù)應(yīng)用比較成熟；核聚變則有幾大優(yōu)點(diǎn)：安全、無(wú)污染、高效，核能中聚變能是一種無(wú)限、清潔、安全的理想能源。

核能發(fā)電燃料電池發(fā)電

化學(xué)能—電能，效率70%-80%。燃料電池是一種無(wú)污染的能源，主要用途包括：固定地點(diǎn)發(fā)電、提供居民住宅用電、交通運(yùn)輸、便攜電源、垃圾與污水處理。氫能作為有望替代石油的動(dòng)力燃料，得到了各發(fā)達(dá)國(guó)家的普遍關(guān)注。燃料電池發(fā)電生物質(zhì)發(fā)電利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)換過(guò)程形成的生物質(zhì)氣、油通過(guò)燃燒發(fā)電的形式。優(yōu)點(diǎn)：燃燒容易，污染少，灰分較低；缺點(diǎn)：熱值及熱效率低，能量密度低，直接燃燒生物質(zhì)的熱效率僅為10%～30%，體積大而不易運(yùn)輸。全球每年植物所固定的生物質(zhì)能相當(dāng)于10.2萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于全世界每年耗能（87億噸標(biāo)準(zhǔn)煤）1172倍。巴西以甘蔗為原料提取酒精，添加汽油后制成的乙醇汽油在工農(nóng)業(yè)中廣泛使用。我國(guó)每年可利用的生物質(zhì)能總量約合7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，但目前開(kāi)發(fā)極少。生物質(zhì)能可直接生產(chǎn)和提供動(dòng)力液體燃料，這對(duì)于解決交通能源十分重要。

生物質(zhì)發(fā)電海洋能發(fā)電利用海洋的各種能量，直接將其轉(zhuǎn)換為電能的形式。包括：潮汐能、波浪能、海水溫差能、海水鹽差能等。優(yōu)點(diǎn)：蘊(yùn)藏豐富、分布廣、清潔無(wú)污染，但能量密度低、地域性強(qiáng)；缺點(diǎn)：開(kāi)發(fā)困難，并有一定的局限性。

潮汐發(fā)電和小型波浪發(fā)電技術(shù)已經(jīng)實(shí)用化。

海洋能發(fā)電其他還有小水力發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電等新能源轉(zhuǎn)換利用。

地?zé)崮馨l(fā)電

小水力發(fā)電站

能源危機(jī)實(shí)質(zhì)上是人類智能的危機(jī)。其他還有小水力發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電等新能源轉(zhuǎn)換利用。地1.4.2我國(guó)新能源發(fā)電的現(xiàn)狀

太陽(yáng)能發(fā)電——我國(guó)太陽(yáng)能電池制造水平比較先進(jìn)，2009年中國(guó)太陽(yáng)能電池和組件的實(shí)際出貨量占到世界的一半