新能源發(fā)展概述課件

第1章能源概述問題什么是能源？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？2024/5/18.2本章綱要能源利用的歷史1能源的概念2能源與環(huán)境問題3新能源發(fā)展戰(zhàn)略42024/5/18.3本章作業(yè)能源利用的歷史1.12024/5/18.4(1)天然能源的原始利用2024/5/18.5(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%。2024/5/18.6(2)煤炭2024/5/18.7(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。蒸汽機的廣泛應(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％。2024/5/18.8(3)石油2024/5/18.9(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)燃機驅(qū)動的汽車，進入大規(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。2024/5/18.10(4)電力2024/5/18.11(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，進一步推動工業(yè)革命，帶來了巨大的技術(shù)進步。2024/5/18.12(5)核能2024/5/18.13(5)核能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。2024/5/18.14(6)可再生能源進入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)?；?，所占的比重也有望大幅度提高，為人類解決能源和環(huán)保問題開辟了新的天地。2024/5/18.15小結(jié)天然能源的原始利用煤炭石油電力核能可再生能源2024/5/18.16本章綱要最廣泛能源的概念1.22024/5/18.17(1)資源和能源的概念資源——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。2024/5/18.18(1)資源和能源的概念能源——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)力可以提供機械能，太陽的輻射可轉(zhuǎn)化為熱能或電能。2024/5/18.19(2)能源的分類能源按形成條件分按發(fā)展應(yīng)用狀況分按循環(huán)恢復(fù)能力分按存在和轉(zhuǎn)移形式分按環(huán)境污染程度分一次能源二次能源常規(guī)能源新能源非再生能源可再生能源含能體能源過程性能源清潔能源非清潔能源2024/5/18.20下一節(jié)：能源的品質(zhì)一次能源和二次能源以天然形態(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。2024/5/18.21一次能源和二次能源一次能源的來源來自地球以外天體（主要是太陽）的能量，例如能以光和熱的形式直接利用的太陽能，以化石或生物體等物質(zhì)形式存儲的能量，以風(fēng)、水流、波浪等形式體現(xiàn)的能量；來自地球內(nèi)部的能源，主要是核能和地?zé)崮?；地球與其他天體相互作用產(chǎn)生的能量，例如月亮、太陽引力變化形成的海洋潮汐能。2024/5/18.22能源的分類常規(guī)能源與新能源常規(guī)能源是指在當(dāng)前的技術(shù)水平和利用條件下，已被人們廣泛應(yīng)用了較長時間的能源。現(xiàn)階段主要是指煤炭、石油、天然氣、水能、核（裂變）能。這類能源，使用較普遍，技術(shù)較成熟。新能源是指由于技術(shù)、經(jīng)濟或能源品質(zhì)等因素而未能大規(guī)模使用的能源。如太陽能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)?、生物質(zhì)、氫能等。這類能源，已經(jīng)開始或即將被人們推廣利用，但目前還沒有被大規(guī)模使用，有的甚至還處于研發(fā)或試用階段。2024/5/18.23常規(guī)能源與新能源常規(guī)能源和新能源的分類是相對的，不同歷史時期會變化，這取決于應(yīng)用歷史和使用規(guī)模。例如在1950年代，核(裂變)能屬于新能源，現(xiàn)在有些國家已把它被歸為常規(guī)能源。有些能源雖然應(yīng)用的歷史很長，但正經(jīng)歷著利用方式的變革，而那些較有發(fā)展前途的新型應(yīng)用方式尚不成熟或規(guī)模還小，也被歸為新能源，例如太陽能、風(fēng)能。在中國，新能源指除常規(guī)化石能源和大中型水力發(fā)電、核裂變發(fā)電之外的一次能源。2024/5/18.24能源的分類非再生能源和可再生能源非再生能源，也叫不可再生能源，用完后不可重新生成（至少在短期內(nèi)無法恢復(fù)），總有枯竭的一天。如化石燃料和核燃料均為非再生能源。據(jù)估計，按照現(xiàn)有的探明儲量和開采程度，地球上的化石燃料最多還可使用幾百年?？稍偕茉?，可以循環(huán)使用，能夠有規(guī)律地不斷得到補充，沒有使用期限，也不會因長期使用而減少。如太陽能、水能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能，均為可再生能源。2024/5/18.25能源的分類含能體能源和過程性能源含能體能源是指包含著能量的物質(zhì)或?qū)嶓w。例如化石燃料、核燃料、生物質(zhì)、地?zé)崴偷責(zé)嵴羝?，等等。這類能源可以直接儲存和運輸。過程性能源是指隨著物質(zhì)運動而產(chǎn)生、并且僅以運動過程的形式存在的能源。如風(fēng)、水、海潮、波浪、地?zé)岬取＿@類能源無法直接儲存和運輸。2024/5/18.26能源的分類清潔能源和非清潔能源清潔能源是指對環(huán)境沒有污染或污染較小的能源，

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)境造成較大污染的能源。例如煤炭等化石燃料。清潔與非清潔能源的劃分也是相對的。2024/5/18.27能源的分類(3)能源的品質(zhì)各種能源均有優(yōu)點，也各有不足。如何進行評價和比較？蘊藏量能源品位能流密度運輸費用與損耗存儲的可能性與供能的連續(xù)性2024/5/18.28對環(huán)境的影響開發(fā)費用和設(shè)備造價本章綱要能流密度即在單位空間或單位面積內(nèi)，能夠從某種能源獲得的功率?；剂吓c核燃料的能流密度大，各種可再生能源的能流密度一般都比較小。能量密度太小，則不利于開發(fā)利用，因為經(jīng)濟性太差。小知識：標(biāo)準(zhǔn)煤各種燃料的熱值是不同的，在統(tǒng)計能源的生產(chǎn)和消費，特別在計算能耗指標(biāo)時，常定義一種假想的標(biāo)準(zhǔn)燃料，即標(biāo)準(zhǔn)煤。標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為2.9×104kJ/kg。各種燃料均可按平均發(fā)熱量折算成標(biāo)準(zhǔn)煤。2024/5/18.29能源的品質(zhì)1W=1J/s開發(fā)費用和設(shè)備造價化石能源與核燃料，探、采、加工、運輸，需投入大量人力、物力。發(fā)電設(shè)備單位容量的初期投資較小?？稍偕茉?，開發(fā)費用主要是開發(fā)能源的一次性投資，設(shè)備造價比較高；而運營費用很低。2024/5/18.30能源的品質(zhì)存儲的可能性與供能的連續(xù)性化石燃料都比較容易存儲，也便于連續(xù)供應(yīng)。太陽能、風(fēng)能等可再生能源則不易保存，

能量供應(yīng)也可能有波動性和間斷性。2024/5/18.31能源的品質(zhì)運輸費用與損耗運輸過程本身也要投資并消耗能源，遠(yuǎn)距離運輸?shù)某杀竞蛽p耗會影響能源的使用。太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮茈y以運輸。化石燃料可以運輸，但要考慮運輸?shù)某杀竞秃哪堋?024/5/18.32能源的品質(zhì)對環(huán)境的影響化石燃料燃燒過程中會排放CO2等溫室氣體，甚至還有一些有毒的或腐蝕性物質(zhì)，對環(huán)境影響較大。核燃料有放射性污染及廢料處理的問題。可再生能源大多對環(huán)境的影響較小。2024/5/18.33能源的品質(zhì)蘊藏量化石燃料等非再生能源，蘊藏量是有限的，總有用完的時候。太陽能、風(fēng)能等可再生能源，可以循環(huán)使用，不斷的得到補充，即使每年更新的數(shù)量有限，長期來看，也是無窮無盡的。2024/5/18.34能源的品質(zhì)能源品位能源品味反映的是能源利用的方便程度。一般來說，二次能源要比一次能源品位高。能直接變成機械能和電能的能源（如水力和風(fēng)能），要比那些必須先經(jīng)過熱利用環(huán)節(jié)的能源（如化石燃料）的品位高。2024/5/18.35能源的品質(zhì)能源與環(huán)境問題1.32024/5/18.36(1)常規(guī)能源的環(huán)境影響大氣污染溫室效應(yīng)酸雨其它影響2024/5/18.37下一節(jié)：世界能源與環(huán)境問題大氣污染化石燃料的利用過程會產(chǎn)生CO、SO2、NOx等有害氣體，不僅能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的破壞，還會直接損害人體健康。在很多國家和地區(qū)，因大氣污染造成的直接和間接損失已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重。2024/5/18.38環(huán)境影響溫室效應(yīng)2024/5/18.391750180018501900195019900280340300320CO2(ppm)inAir360工業(yè)革命

大氣

CO2過去1000年北半球氣溫變化大氣中CO2含量的變化溫室效應(yīng)CO2濃度增加地球表面平均溫度上升海平面上升1倍1.5~3℃6~8℃(極地)20~140cm280個單位349個單位工業(yè)革命前1988年2024/5/18.40每一百萬大氣單位中的CO2數(shù)量溫室效應(yīng)2024/5/18.41加拿大冰山區(qū)域不斷縮小

－K.Suzuki環(huán)境影響酸雨SO2、NOx等污染物，經(jīng)大氣傳輸，在一定條件下形成酸雨，危害農(nóng)作物和森林生態(tài)系統(tǒng)，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，腐蝕材料，造成重大經(jīng)濟損失。酸雨還導(dǎo)致地區(qū)氣候改變。2024/5/18.42環(huán)境影響其它影響若再考慮能源開采、運輸和加工過程中的不良影響，則造成損失將更為嚴(yán)重。如煤炭開采會有人員傷亡和土地塌陷。核能的利用雖然不會產(chǎn)生上述污染物，但存在核廢料問題。世界范圍內(nèi)的核能利用，將產(chǎn)生成千上萬噸的核廢料。如果不能妥善處理，放射性的危害或風(fēng)險將持續(xù)幾百年。2024/5/18.43環(huán)境影響(2)世界能源與環(huán)境問題2倍世界人口能源消耗16倍1900年1900年2024/5/18.44(2)世界能源與環(huán)境問題2024/5/18.45(2)世界能源與環(huán)境問題如果沒有新的替代能源充分發(fā)展，按目前的消耗情況估算，21世紀(jì)人類又將面臨著新的能源危機。另一方面，人類大量使用化石燃料，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，生態(tài)平衡慘遭破壞，直接危及人類的生存和發(fā)展。聯(lián)合國世界環(huán)境與發(fā)展委員會完成調(diào)查報告《我們共同的未來》，提出了可持續(xù)發(fā)展概念。這一概念及其構(gòu)想在1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會上得到世界一百多個國家的認(rèn)同。2024/5/18.46可持續(xù)發(fā)展——滿足當(dāng)代人的需求，又不損害子孫后代滿足其需求能力的發(fā)展。本章綱要新能源發(fā)展戰(zhàn)略1.42024/5/18.47(1)歐美新能源發(fā)展戰(zhàn)略美國：2007年，布什總統(tǒng)簽署新的能源法案，資助可再生能源的研究和開發(fā)。2009年，奧巴馬政府提出能源新政，大力發(fā)展清潔能源，每年撥款150億美元，鼓勵可再生能源利用。2024/5/18.48回顧近些年的能源技術(shù)革新，從石油、天然氣、可再生能源、“氫能源”再到頁巖油氣，每一次能源革命都是美國引領(lǐng)。美國頁巖油和頁巖氣的開發(fā)，使得頁巖油氣成為國際能源界的“博弈改變者”，預(yù)計2020年美國能源自給率將突破85%，美國能源信息署預(yù)計在2035年將達(dá)到87%。

(1)歐美新能源發(fā)展戰(zhàn)略歐洲：1997年可再生能源發(fā)展白皮書。2000年能源安全綠皮書。2003年生物液體燃料發(fā)展規(guī)劃，2005年生物質(zhì)能發(fā)展行動計劃。2006年建立歐洲可持續(xù)、可競爭、安全的能源戰(zhàn)略綠皮書。2010～2011年，歐盟先后推出“2020能源戰(zhàn)略”和“2050能源路線圖”到2020年，歐盟新能源和可再生能源在能源消費中的比重將達(dá)到20%，生物燃料在交通燃料中的比重將達(dá)到10%。歐盟“2050能源路線圖”要求，到2050年，在全部能源消費中，新能源比例最高將達(dá)到75%。電力能源中的97%將來自新能源，其中還不包括已經(jīng)占電力能源1/3的核能發(fā)電。2024/5/18.49能源結(jié)構(gòu)預(yù)測2024/5/18.50資料來源:《中國光伏發(fā)展報告2007》(2)我國新能源發(fā)展戰(zhàn)略1995年《電力法》國家鼓勵和支持利用可再生能源和清潔能源來發(fā)電。強調(diào)指出，農(nóng)村利用太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能