新能源技術(shù)能源概述

新能源與分布式發(fā)電技術(shù)第1講能源概述§1能源概述關(guān)注的問題什么是能源？能源有哪些類型？怎么評價能源的優(yōu)劣？人類面臨著什么樣的能源和環(huán)境問題？新能源利用可以發(fā)展起來嗎？教學(xué)目標(biāo)了解能源的概念和評價方法，掌握能源的分類方法和常見類型，了解能源危機(jī)與環(huán)境問題；理解新能源發(fā)展的重要意義。§1.1

能源利用的歷史人類利用能源的歷史，也就是人類認(rèn)識和征服自然的歷史。幾個發(fā)展階段(1)天然能源的原始利用幾十萬年以前人類學(xué)會了用火，在漫長的歲月里，一直以柴草為生活能量的主要來源，燃火用于燒飯、取暖和照明。后來逐漸學(xué)會將畜力、風(fēng)力、水力等自然動力用于生產(chǎn)和交通運輸。這種初級形式的能源利用直到19世紀(jì)中期都沒有太大突破。在1860年的世界能源消費結(jié)構(gòu)中，薪柴和農(nóng)作物秸稈仍占能源消費總量的73.8%?！?.1

能源利用的歷史人類利用能源的歷史，也就是人類認(rèn)識和征服自然的歷史。幾個發(fā)展階段(2)煤炭2000多年以前人類就知道煤炭可以作為燃料。14世紀(jì)的中國、17世紀(jì)的英國采煤業(yè)都已相當(dāng)發(fā)達(dá)，但煤炭長期未能在世界能源消費結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。18世紀(jì)70年代，英國的瓦特發(fā)明以煤炭作燃料的蒸汽機(jī)。蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用使煤炭迅速成為第二代主體能源。煤炭在世界一次能源消費結(jié)構(gòu)中所占的比重，從1860年的25％，上升到1920年的62％。§1.1

能源利用的歷史(3)石油人類很早就發(fā)現(xiàn)了石油，《漢書》、《夢溪筆談》有描述。直到19世紀(jì)，石油工業(yè)才逐漸興起。1854年，美國賓夕法尼亞州打出了世界上第一口油井，是現(xiàn)代石油工業(yè)的開端。1886年德國人本茨和戴姆勒研制出第一輛以汽油為燃料、由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的汽車，進(jìn)入大規(guī)模使用石油的汽車時代。石油和天然氣逐漸取代煤炭，在世界能源消費構(gòu)成中占據(jù)主要地位。1965年，在世界能源消費結(jié)構(gòu)中，石油首次超過煤炭占居首位，成為第三代主體能源。到1979年，石油所占的比重達(dá)到54%，相當(dāng)于煤炭的三倍?！?.1

能源利用的歷史(4)電力1881年，美國建成世界上第一個發(fā)電站，同時還研制出電燈等實用的用電設(shè)備。從此以后，電力的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，發(fā)展規(guī)模也越來越大，人類社會逐步進(jìn)入電氣化時代。石油、煤炭、天然氣等化石燃料被轉(zhuǎn)換成更加便于輸送和利用的電能，進(jìn)一步推動工業(yè)革命，帶來了巨大的技術(shù)進(jìn)步?！?.1

能源利用的歷史(5)核能和可再生能源1942年美國建立世界上第一座核反應(yīng)堆，1954年前蘇聯(lián)建成世界第一座發(fā)電的反應(yīng)堆并正式啟用，1956年美國的核電站投入運行，核能利用迅速發(fā)展起來，在世界能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要位置。到20世紀(jì)90年代，核能發(fā)電所提供的電力占全世界發(fā)電總量的17%左右。進(jìn)入21世紀(jì)以來，太陽能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能等可再生新能源發(fā)展很快，并且逐漸走向成熟和規(guī)?；嫉谋戎匾灿型蠓忍岣?，為人類解決能源和環(huán)保問題開辟了新的天地?！?.1

能源利用的歷史最廣泛的利用方式電能最成熟的利用方式熱能§1.2.1

資源和能源——資源——在一定時期和地點，在一定條件下具有開發(fā)價值、能夠滿足或提高人類當(dāng)前和未來生存和生活狀況的自然因素和條件，

稱為自然資源，有時簡稱資源。包括氣候資源、水資源、礦物資源、生物資源、能源，等等。——能源——能源就是能夠向人類提供某種形式能量的自然資源，包括所有的燃料、流水、陽光、地?zé)?、風(fēng)等，通過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換手段可使其為人類生產(chǎn)和生活提供所需的能量。例如煤和石油等化石能源燃燒時提供熱能，流水和風(fēng)力可以提供機(jī)械能，太陽的輻射可轉(zhuǎn)化為熱能或電能?！?.2

能源的概念能源種類很多，通常按其形態(tài)特征或轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的層次分類。(1)一次能源和二次能源（按形成條件）以天然形態(tài)存在于在自然界中，可直接取得而不需改變其基本形態(tài)的能源，稱為一次能源。簡單說，一次能源就是自然界中現(xiàn)成存在的天然能源。如煤炭、石油，及風(fēng)能、地?zé)崮艿?。為了滿足生產(chǎn)和生活的需要，有些能源通常需要經(jīng)過加工進(jìn)行直接或間接的轉(zhuǎn)換才能使用。由一次能源經(jīng)加工轉(zhuǎn)換而獲得的另一種形態(tài)的能源，稱為二次能源。如沼氣、酒精、汽油，以及蒸汽、氫能等。電能是最重要的二次能源?！?.2.2

能源的分類一次能源源的來源源自然界中中一次能能源的初初始來源源，大致致有三種種情況：：①來自地球球以外天天體（主主要是太太陽）的的能量，例如能能以光和和熱的形形式直接接利用的的太陽能能，以化化石或生生物體等等物質(zhì)形形式存儲儲的能量量，以風(fēng)風(fēng)、水流流、波浪浪等形式式體現(xiàn)的的能量；；②來自地球球內(nèi)部的的能源，主要是是核能和和地?zé)崮苣?；③地球與其其他天體體相互作作用產(chǎn)生生的能量量，例如月月亮、太太陽引力力變化形形成的海海洋潮汐汐能。(2)常規(guī)能源源與新能能源（按發(fā)展應(yīng)用用狀況）常規(guī)能源源是指在當(dāng)當(dāng)前的技技術(shù)水平平和利用用條件下下，已被被人們廣廣泛應(yīng)用用了較長長時間的的能源，現(xiàn)階段主主要是指指煤炭、石油、天然氣、水能、核（裂變變）能。這類能源源，使用用較普遍遍，技術(shù)術(shù)較成熟熟。新能源是指由于于技術(shù)、、經(jīng)濟(jì)或或能源品品質(zhì)等因因素而未未能大規(guī)規(guī)模使用用的能源源，如太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)帷⑸镔|(zhì)、氫能等。這類能源源，已經(jīng)經(jīng)開始或或即將被被人們推推廣利用用，但目目前還沒沒有被大大規(guī)模使使用，有有的甚至至還處于于研發(fā)或或試用階階段。(2)常規(guī)能源源與新能能源（按發(fā)展應(yīng)用用狀況）常規(guī)能源源和新能能源的分類是相相對的，不同歷史史時期會會變化，這取決決于應(yīng)用用歷史和和使用規(guī)規(guī)模。例如在1950年代，核核(裂變)能屬于新新能源，，現(xiàn)在有有些國家家已把它它被歸為為常規(guī)能能源。有些能源源雖然應(yīng)應(yīng)用的歷歷史很長長，但正正經(jīng)歷著著利用方方式的變變革，而而那些較較有發(fā)展展前途的的新型應(yīng)應(yīng)用方式式尚不成成熟或規(guī)規(guī)模還小小，也被被歸為新新能源，，例如太太陽能、、風(fēng)能。。在中國，，新能源源指除常規(guī)化石石能源和大中型水水力發(fā)電電、核裂變發(fā)發(fā)電之外的一一次能源源。(3)非再生能能源和可可再生能能源（按循環(huán)恢復(fù)復(fù)能力）非再生能能源，也叫不可再生生能源，用完后后不可重重新生成成（至少少在短期期內(nèi)無法法恢復(fù)）），總有有枯竭的的一天。。如化石燃料料和核燃料均為非再再生能源源。據(jù)估估計，按按照現(xiàn)有有的探明明儲量和和開采程程度，地地球上的的化石燃燃料最多還可可使用幾幾百年?？稍偕苣茉?，可以循循環(huán)使用用，能夠夠有規(guī)律律地不斷斷得到補(bǔ)補(bǔ)充，沒沒有使用用期限，，也不會會因長期期使用而而減少。。如太陽能能、水能能、風(fēng)能能、海洋洋能、地地?zé)崮芎秃蜕镔|(zhì)質(zhì)能，均均為可再再生能源源。(4)含能體能源和和過程性能源源(按能源存在和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移形式)含能體能源是指包含著能能量的物質(zhì)或或?qū)嶓w。例如化石燃料料、核燃料、、生物質(zhì)、地地?zé)崴偷責(zé)釤嵴羝鹊鹊?。這類能源可以直接儲存存和運輸。過程性能源是指隨著物質(zhì)質(zhì)運動而產(chǎn)生生、并且僅以以運動過程的的形式存在的的能源。如風(fēng)、水、海海潮、波浪、、地?zé)岬?。這類能源無法直接儲存存和運輸。(5)清潔能源和非非清潔能源(按環(huán)境污染程度度)清潔能源是指對環(huán)境沒沒有污染或污污染較小的能能源，有有時也叫綠色能源。如太陽能,風(fēng)能,海洋能；垃圾發(fā)電、沼氣等。非清潔能源是指可能對環(huán)環(huán)境造成較大大污染的能源源，例如煤炭等等化石燃料。。清潔與非清潔潔能源的劃分分也是相對的的。各種能源均有有優(yōu)點，也各各有不足。如如何進(jìn)行評價價和比較？(1)能流密度即在單位空間間或單位面積積內(nèi)，能夠從從某種能源獲獲得的功率。。化石燃料與核核燃料的能流流密度大，各各種可再生能能源的能流密密度一般都比比較小。能量密度太小小，則不利于于開發(fā)利用，，因為經(jīng)濟(jì)性性太差?！?.2.3能源的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)煤各種燃料的熱熱值是不同的的，在統(tǒng)計能能源的生產(chǎn)和和消費，特別別在計算能耗耗指標(biāo)時，常常定義一種假想的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)燃料，即標(biāo)準(zhǔn)煤。。標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值值為2.9×104kJ/kg。各種燃料均可可按平均發(fā)熱熱量折算成標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)煤。(2)開發(fā)費用和設(shè)設(shè)備造價化石能源與核核燃料，探、、采、加工、、運輸，需投投入大量人力力、物力。發(fā)發(fā)電設(shè)備單位位容量的初期期投資較小。。可再生能源，，開發(fā)費用主主要是開發(fā)能能源的一次性性投資，設(shè)備備造價比較高高；而運營費費用很低。(3)存儲的可能性性與供能的連連續(xù)性化石燃料都比比較容易存儲儲，也便于連連續(xù)供應(yīng)。太陽能、風(fēng)能能等可再生能能源則不易保保存，

能量量供應(yīng)也可能能有波動性和和間斷性。(4)運輸費用與損損耗運輸過程本身身也要投資并并消耗能源，，遠(yuǎn)距離運輸輸?shù)某杀竞蛽p損耗會影響能能源的使用。。太陽能、風(fēng)能能、地?zé)崮茈y難以運輸?；剂峡梢砸赃\輸，但要要考慮運輸?shù)牡某杀竞秃哪苣堋?5)對環(huán)境的影響響化石燃料燃燒燒過程中會排排放CO2等溫室氣體，，甚至還有一一些有毒的或或腐蝕性物質(zhì)質(zhì)，對環(huán)境影影響較大。核燃料有放射射性污染及廢廢料處理的問問題。可再生能源大大多對環(huán)境的的影響較小。。(6)蘊藏量化石燃料等非非再生能源，，蘊藏量是有有限的，總有有用完的時候候。太陽能、、風(fēng)能等可再再生能源，可可以循環(huán)使用用，不斷的得得到補(bǔ)充，即即使每年更新新的數(shù)量有限限，長期來看看，也是無窮窮無盡的。(7)能源品位能源品味反映映的是能源利利用的方便程程度。一般來說，二次能源要比一次能源源品味高。能直接變成機(jī)機(jī)械能和電能能的能源（如水力和風(fēng)風(fēng)能），要比比那些必須先先經(jīng)過熱利用用環(huán)節(jié)的能源源（如化石燃燃料）的品位高?！?.3.1常規(guī)能源的環(huán)環(huán)境影響（1）大氣污染化石燃料的利利用過程會產(chǎn)產(chǎn)生CO、SO2、NOx等有害氣體，，不僅能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的破破壞，還會直接損害人體體健康。在很多國家和和地區(qū)，因大大氣污染造成成的直接和間間接損失已經(jīng)經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重。?！?.3能源與環(huán)境問問題§1.3.1常規(guī)能源的環(huán)環(huán)境影響（2）酸雨SO2、NOx等污染物，經(jīng)經(jīng)大氣傳輸，在一定條件件下形成酸雨，危害農(nóng)作物和和森林生態(tài)系系統(tǒng)，破壞水水生生態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)，腐蝕材料料，造成重大大經(jīng)濟(jì)損失。。酸雨還導(dǎo)致致地區(qū)氣候改改變。§1.3.1常規(guī)能源的環(huán)環(huán)境影響（3）溫室效應(yīng)大氣中CO2的濃度增加，地表平均溫度度將上升，尤其在極地地，結(jié)果可能導(dǎo)致致海平面上升，將給許多國國家造成嚴(yán)重重的經(jīng)濟(jì)和社社會影響。由于大量化石石能源的燃燒燒，大氣中CO2濃度不斷增加加?！?.3.1常規(guī)能源的環(huán)環(huán)境影響（4）其它影響若再考慮能源源開采、運輸輸和加工過程程中的不良影影響，則則造成損失將將更為嚴(yán)重。。如煤炭開采會會有人員傷亡和土地塌陷。核能的利用雖雖然不會產(chǎn)生生上述污染物物，但存在核廢料問題。世界范圍內(nèi)的的核能利用，，將產(chǎn)生成千上萬噸的的核廢料。如果不能妥妥善處理，放射性的危害害或風(fēng)險將持持續(xù)幾百年。§1.3.2世界能源與環(huán)環(huán)境問題世界人口從1900年到目前，凈增加了2倍多，而能源消耗增加加了16倍，說明人類對對能源的依賴賴越來越強(qiáng)烈烈。目前化石能源在世界能源消消費結(jié)構(gòu)中所所占的比重仍然很高高。如果沒有新的的替代能源充分發(fā)展，按按目前的消耗耗情況估算，，21世紀(jì)人類又將面臨著新的的能源危機(jī)。另一方面，人人類大量使用用化石燃料，，環(huán)境污染日益益嚴(yán)重，生態(tài)平衡慘慘遭破壞，直直接危及人類類的生存和發(fā)發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展聯(lián)合國世界環(huán)境與發(fā)發(fā)展委員會完成調(diào)查報告告《我們共同的未未來》，提出了可持續(xù)發(fā)展概念。這一概念及其其構(gòu)想在1992年聯(lián)合國環(huán)境與與發(fā)展大會上得到世界一一百多個國家家的認(rèn)同。可持續(xù)發(fā)展就是“滿足當(dāng)代人的的需求，又不不損害子孫后后代滿足其需需求能力的發(fā)發(fā)展”?！?.4.1歐美新能源發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略美國：2007年，布什總統(tǒng)簽署新的的能源法案，，資助可再生生能源的研研究和開發(fā)發(fā)。2009年，奧巴馬政府提出能源源新政，大力力發(fā)展清潔能能源，每每年撥款……，鼓勵可再生生能源利用。?！?.4新能源發(fā)展戰(zhàn)戰(zhàn)略歐洲：1997年可再生能源發(fā)發(fā)展白皮書。2000年能源安全綠皮皮書。2003生物液體燃料料發(fā)展規(guī)劃，2005年生物質(zhì)能發(fā)展展行動計劃。2006建立歐洲可持持續(xù)、可競爭爭、安全的能源戰(zhàn)略綠皮皮書?！?.4.2我國新能源發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略1995年《電力法》明確宣布，國國家鼓勵和支支持利用可再生能能源和清潔能源來發(fā)電。強(qiáng)調(diào)指出，，農(nóng)村利用太陽陽能、風(fēng)能、、地?zé)崮?、生?/p>