能源与环境_第1章.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,主讲教师：黄 庆,Email,：,hqhq,Phone,：,88660313,能源与环境,中南大学人文素质教学课件,前言,能源与环境是当今世界面临的二大热点问题,能源是工业的食粮，是社会经济的命脉，是人类赖以生存的重要物质基础,解决能源问题的根本途径：,开发与节约并重,环境问题是关系到人类生存和发展重大问题,能源问题与环境问题密切相关,课程目的：,了解能源的状况,了解能量转换和利用方法,掌握节能原理与方法,理解能源与环境的关系,了解大气污染防治的一般方法,掌握燃烧污染防治的基本原理与方法,课程内容：,第,1,章能源概论,2h,第,2,章常规能源,2h,第,3,章新能源的开发和利用,2h,第,4,章能量转换与储存,4h,第,5,章能量系统分析,5h,第,6,章工业过程节能,4h,第,7,章能源与环境,2h,第,8,章大气污染控制,4h,第,9,章燃烧污染防冶技术,5h,课程特点：,内容多，涉及面广，知识性强，实用性强,要求与考核：,认真听课，记笔记占,25%,完成小论文,1,篇，,3000-4000,字 占,50%,期末考试占,25%,上课：新校区,B-114,室,第,10-17,周 星期六,1-4,节,教材：,周乃君,.,能源与环境,M.,长沙,:,中南大学出版社,2008,作业要求：将作业电子文档保,存,word,文档，以附件形式发送到,hqhq,，发送成,功后会收到自动回信。发送邮件,时应检查是否联接上附件，邮件,主题应该有学院名称和学生姓名。,第,1,章 能源概论,1.1,能量,1.2,能源及其分类,1.3,能源资源与能源计量,1.4,能源结构与社会经济发展的关系,1.5,能源利用技术指标,1.6,中国能源状况分析,1.7,能源政策,1801,年，,T.,杨 提出用“能量”表述,mv,2,。,物质和能量是构成客观世界的基础。,能量是物质运动的一般量度,。物质运动有多种形式，表现各异，但可互相转换，表明这些运动有共性，也有内在的统一的量度，即能量。,宇宙间一切运动着的物体，都具有能量，人类的一切活动都与能量及其使用紧密相关。,*狭义相对论,质能关系式,E=mc,2,；光子,所谓能量，也就是“,产生某种效果（变化）的能力,”。反过来说，产生某种效果（变化），必然伴随能量的消耗和转换。,1.1,能量,能量的形式,机械能,热 能,电 能,辐射能,化学能,核 能,内 能,机械能,机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量，前者称为动能，后者称为势能。,物体的动能：,重力势能：,弹性势能：,表面能：,热能（内能）,构成物质的微观分子运动的动能和势能总和称为热能。这种能量的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运动的激烈程度。通常热能,E,q,可表述成如下的形式：,式中,T,是绝对温度，,K,；,S,是熵，,J/K,电能,电能是和电子流动与积累有关的一种能量，通常由电池中的化学能转换而来，或是通过发电机由机械能转换得到；反之，电能也可以通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。,式中，,U,是电位差，,V,；,I,是电流强度，,A,辐射能,辐射能是物体以电磁波形式发射的能量。,物体的辐射能可由下式计算：,式中,是表面黑度系数，,c,0,是波尔兹曼常数，,T,是物体的绝对温度。,化学能,化学能是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量。,按化学热力学定义，物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的内能称为化学能。,核能,核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。,轻质量的原子核（氘、氚等）和重质量的原子核（铀等）核子之间的结合力比中等质量原子核的结合力小，这两类原子核在一定的条件下可以通过核聚变和核裂变转变为在自然界更稳定的中等质量原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结合能就是核能。,能量的性质,状态性,：,能量的大小通常与物质的热力学状态有关,可加性,：,标量，可以叠加,传递性,：,伴随物质的运动进行传递,转换性,：,不同形式的能量在一定条件下可以相互转化,做功性,：,能量可以用来做功,贬值性,：,能量在传递和做功过程中，做功能力下降,1.2,能源及其分类,所谓能源，是指,能够直接或经过转换而获取某种能量的自然资源,。在,现代汉语辞典,中，对能源的注解是“能产生能量的物质，如燃料、水力、风力等”。,大英百科全书,对能源的解释为“,能源是一个包括所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类采用适当的转换手段，给人类自己提供所需的能量,”。此外在各种有关能源的书籍中还有一些其它的描述，但不论何种描述其内涵都是基本相同的，即能源就是能量的来源，是提供能量的资源。,在自然界里，有一些自然资源拥有某种形式的能量，它们在一定条件下能够转换成人们所需要的能量形式，这种自然资源称之为能源，如,煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能,等。,但在生产和生活中，由于工作需要或是便于输送和使用等原因，常将上述能源经过一定的加工、转换使之成为更符合使用条件的能量来源，如,煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气和氢能,等，它们也称做能源，因为它们也为人们提供所需的能量。,能源的来源,第一类是来自地球以外天体的能量,，其中主要是太阳辐射能，此外，还有其它恒星或天体发射到地球上的各种宇宙射线的能量。太阳辐射能是地球上最主要的能量来源，它除了直接向地球提供光和热外，还是其它一次能源的来源。例如，靠太阳的光合作用促使植物生长，形成植物燃料；另外，水能、风能、海洋能等，归根到底也都源于太阳辐射能。,第二类是地球本身蕴藏的能量,，主要有原子核能和地热能。原子核能是地壳内和海洋中的铀、钍、氘（重氢）等核燃料发生反应时释放的能量。地热能包括已被利用的地下热水、地下蒸汽和热岩层，以及尚无法利用的火山爆发能、地震能等。,第三类能源来自地球与其它天体间的相互作用,。例如，太阳和月亮对地球表面海水的吸引作用而产生的潮汐能就属此类。,能源的分类,存在于大自然，,不经加工可以直接利用其能量的物质称“一次能源”,，如：煤炭、石油、天然气、水能、风能、太阳能、原子能、地热能、海洋能、潮汐能等等。,由一次能源经过加工转换而成的产品称“二次能源”,，如：电、蒸汽、煤气、焦炭、石油制品、沼气、酒精、氢等。,一次能源根据是否能够“再生”而可分为两类。“,再生能源,”是指每年能重复产生的自然能源；“,非再生能源,”是指那些随着开采和使用将会枯竭的能源。,从能源性质来看，可分为“,燃料能源,”和“,非燃料能源”,两类。,从能源的开发利用的技术成熟性及应用的广泛程度来看，可分为“,常规能源,”和“,非常规能源,”。,根据能源的使用过程中对环境的影响，可分为“,清洁能源,”和“,不清洁能源,”。,1.3,能源资源与能源计量,“能源资源”是自然界中某种形式能源的总量，一般用“,储量,”、“,探明储量,”、“,可采储量,”来表示。,储量,：采用卫星探测、地质分析等方法，通过宏观统计分析得到的表示地质上有表征与特征显示的估计蕴藏量。,探明储量,：已探明地层范围及蕴藏确切数量的资源量。,可采储量,：用当前技术水平可能开采，而经济上又可行的那部分储量。据勘探程度又可划分为普查量、详查量和精查量。,注,:,（）内数字为储采比，年,资料来源：,BP Statistical Review of World Energy,June 2003&2004,能源的计量,（,1,）,直接以物质的量来表示,，如煤、油的吨数，其优点是可以直接表示某种能源资源蕴藏量的多少，缺点是没有考虑资源的品质，缺乏可比性。,（,2,）,以能量单位来表示,，即用各种能源资源能够转化成的能量数目，以能量的单位来表示，单位有,kJ,、,kW,h,。考虑到了能源的共性，有一定的可比性，但缺乏直接性。,（,3,）,用能源的当量值表示,，即将各种能源所蕴含的能量折算成某种标准煤料的当量数目。这种表示方法兼顾了直接性和可比性，是能源资源量的较好的表示方法，肯定是今后的趋势。,表示方法有,煤当量,和,油当量,中国、俄罗斯、日本等采用的,煤当量,（,1kg),的热值,29.3MJ,（,7000kcal,），联合国按,28.8MJ,（,6800kcal,），英国按,25.5MJ,（,6100kcal,）计算。,原煤,热值按,20.9MJ/kg,（,5000kcal/kg,）折算成煤当量,原油,热值按,41.19MJ/kg,（,10000kcal/kg,）折算成煤当量,天然气,热值按,9310kcal/m3,折算成煤当量,电能,按,1kWh=3.6MJ=860cal,，然后折算成煤当量,1.4,能源结构与社会经济发展的关系,能源生产结构,指各种能源的生产量及其在整个能源工业总产量中所占的比重。,能源消费结构,是指国民经济各部门所消费的各种能源量及其在能源消费总量中的比重。,能源结构有明显的,地域性,能源结构有明显的,阶段性,能源结构与国民经济发展水平密切相关,能源结构与国民生活水平与质量密切相关,资料来源：,BP Statistical Review of World Energy,June 2003&2004,*,Bbl,：桶；,Mtoe,：百万吨油当量,资料来源：,BP Statistical Review of World Energy,June 2003&2004,资料来源：,BP Statistical Review of World Energy,2009,年,6,月,人类社会对能源的开发和利用的阶段性,柴草时期,（史前,16,世纪）,煤炭时期,（,17,世纪,1950,）,石油时期,（,1950,1985,）,多能互补时期,（,1985,至今）,1-,柴草；,2-,煤炭；,3-,石油；,4-,天然气；,5-,核裂变能；,6-,太阳能、核聚变能及其它新能源,人类历史上能源消费变更图示意图,世界能源消费趋势图,能源结构与社会经济发展水平的关系,能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。能源利用的每一个时期，均使社会生产带来新的飞跃。,蒸汽机的发明引起了产业革命；,内燃机的发明，推动了交通运输技术的进步；,电的发明导致了生产工艺机械化、自动化的重大变革；,原子能的发现为人类利用能源开辟了新的途径。,能源与经济增长的关系,能源弹性系数,能源弹性系数,是反应单位国民经济产值（,GDP,）增长率的变化引起的能源消费增长率变化的状况。其定义式为：。,能源弹性系数越大，说明国民经济产值每增加,1,时，能源消费的增长率愈高；这个数值愈小，则能源消费增长率愈低。,国民收入越低的国家越大，工业越发达越小，因为工业化程度越高，生产规模越大，则产品能耗或产值能耗就越低。,能源与生活水平,生产力水平发展较高的国家，社会人均年消费能源较高，且工业、运输、民用领域所消费的能源比例基本相当。,工业发达国家总人口约占世界人口的三分之一，而能源消费总量占世界的,80,；按人口平均，美国、加拿大和新加坡人均消费能源超过,7.0,吨标油，世界平均水平约,1.5,吨标油。,我国人口基数大，人均能源消费量约为世界平均水平的一半，因此人民群众生活质量明显偏低。,资料来源：,能源经济统计要览（,2004,），日本能源经济研究所,1.5,能源利用技术指标,能源利用技术指标是用来衡量企业（或设备）的耗能是否合理、用能水平和能源科学管理完善程度的指标，它可以反映一台设备、一道工序、一个企业、一个部门或整个国家的能源利用水平。由于行业不同，设备繁多，一般采用下面三类指标。,1.5.1,能耗指标,产品单耗,该指标可以反映某种产品所耗费的能源量，通常采用不同工艺生产同种产品时，其值不同，还可以反映出工艺设备、技术水平、管理水平等综合生产力发展水平。我国工业生产各部门的能耗水平远远落后于国外先进水平，即使在我国，不同企业间差距也很大。,Kgce,:,千克标准煤,产值单耗,产值单耗是反映一个国家生产力发展水平的重要指标。它可以按不同产品，不同企业、不同行业来计算，也可以按社会总产值来计算。,2002,年我国平均每万元国内生产总值能源消费总量为,2.63tce,（吨标准煤）。单位,GDP,能耗可从一个国家的投入和产出的宏观比较来反映一个国家或地区的能源经济效率。,我国历年单位,GDP,能耗,单位：吨标准煤,/,万元,1980,1985,1990,1995,1998,2000,2005,2006,GDP,按,1990,年可比价格计算,7.85,6,5.29,3.94,3.06,2.75,2.83,2.79,GDP,为,2000,年可比价格计算,3.98,3.04,2.68,2,1.55,1.4,1.43,1.22,GDP,为,2005,年价格,3.39,2.59,2.28,1.7,1.32,1.19,1.22,1.2,资料来源：根据,中国统年鉴,2007,整理计算,目标：,2010,年万元,GDP,能耗降到,1,吨标煤,注：,GDP,总量数据来源于,IMF“World Economic Outlook,Datebase,”,，,2002,年,9,月。,能源消费总量数据来源于,世界能源数据提要,（,2003,年），并经换算得出。其它数据通过计算得出。,1.5.2,能源利用效率,能源利用效率主要用来反映热工设备和装置、企业和社会的用能水平，通常用有效利用的能量占总能源消费量的百分比表示。,根据描述对象的不同有以下几种表示方法：,设备热效率,该指标是反映工艺设备能量有效利用率的重要指标。各种设备其热效率不同。我国工业锅炉正常运转时效率平均,70%,左右，而国外先进水平是,85%,，差距是相当大的。,行业综合热效率,这是反映能源有效利用的综合性指标。,2000,年我国煤炭发电效率为,33.2%,，日本达,40.1%,；我国钢铁行业综合效率为,40%,，其它工业国家为,50-60%,。,社会能源利用率,式中 是各部门消费的能源占能源总消费量的比例，是能源利用率。我国的能源利用率大约,30%,，只相当于工业国家五十年代的水平。,1.5.3,能量回收率,回收率是反映由于能量回收利用所带来的节能效果的指标。,1.6,中国能源状况分析,（,1,）能源资源严重不足,我国常规能源探明总资源量约,8200,亿吨标准煤，探明剩余可采总储量,1500,亿吨标准煤，约占世界探明剩余可采总储量的,10,，其中煤炭、石油和天然气分别为世界人均水平的,70,、,10,和,5,。,煤炭剩余可采储量为,1145,亿,t,，储采比不足百年。,石油剩余可采储量为,25,亿,t,，储采比不足二十年。,天然气剩余可采储量为,1.51,万亿,m3,，也仅够开采几十年。,我国水能资源较为丰富，理论蕴藏量和经济可开发量均居世界首位，经济可开发装机容量约,3.9,亿千瓦，年发电量约,1.7,万亿千瓦时，但水能资源的开发受到环境、淹没、移民等多种因素的制约。,煤层气（瓦斯）资源量为,31,万亿,m3,，但尚未成规模开发利用。,（,2,）能源供应过分依赖煤炭，环境污染问题十分严重,中国能源供应主要依赖于煤炭，目前煤炭消费占全部能源消费量总量约,70,。大量消费煤炭，特别是以直接燃烧方式消费煤炭，是造成大气环境污染的主要原因。,大气中,90,的二氧化硫和,70,的烟尘排放是燃煤造成的，大气污染造成了土壤酸化、粮食减产和植被破坏，也直接威胁人民身体健康。煤炭燃烧释放大量的二氧化碳，对气候变化也造成很大的影响。,（,3,）能源利用技术落后，能源利用效率低,我国单位产出的能耗和资源消耗水平明显高于国际先进水平，火电供电煤耗高,22.5,，大中型钢铁企业吨钢能耗高,21,，水泥生产综合能耗高,45,，乙烯综合能耗高,31,，建筑物能耗是同纬度国家的,3,4,倍。,我国能源利用总效率约为,36.8,，比世界各国平均利用效率,50,低,10,多个百分点，差距的主要原因在于以煤为主的能源结构。资源产出效率大大低于国际先进水平，每吨标准煤的产出效率相当于美国的,28.6,，欧盟的,16.8,，日本的,10.3,。能源利用效率低下，能源浪费严重是影响可持续发展的重大问题。,1.7,能源政策,能源政策是一个国家的基本国策。正确制定能源政策，对我国的社会主义现代化建设具有十分重要的意义。能源政策的制定，需要考虑的因素有很多，主要有以下几点：,国家长远的经济发展战略目标和总的经济发展方针,能源资源状况,能源利用的技术水平,国家的财力状况,能源发展的国际环境，包括国际政治经济及国际能源市场的变化趋势，等等。,我国的能源政策,我国能源的基本方针：开发与节约并重，近期把节能放在优先地位，对国民经济实行以节能为中心的改造和改革。,正确理解和贯彻能源政策，应当注意以下几个问题：,能源工业建设以常规能源为主，同时积极研究和开发新能源；,开发是能源建设的基础，节能是长期的战略方针；,坚持做好工业的合理布局和能源的合理配置；,能源工业的发展以电力为中心，积极发展火电，大力开发水电，有计划有重点地建设核电站；,能源建设要重视环境保护；做到“同时设计、同时施工、同时投产”；,此外，改革能源工业的投资体制，认真解决好农村能源问题，引用外资等，都是贯彻我国能源政策的几个重要方面，应当予以足够的重视。,