新能源发展概述.ppt

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第1章能源概述,问题,什么是能源？

能源有哪些类型？

怎么评价能源的优劣？

人类面临着什么样的能源和环境问题？

新能源利用可以发展起来吗？

2023/6/1,浙江工业大学戚军,2,2023/6/1,浙江工业大学戚军,3,本章纲要,能源利用的历史,1,能源的概念,2,能源与环境问题,3,新能源发展战略,4,本章作业,能源利用的历史,1.1,2023/6/1,浙江工业大学戚军,4,2023/6/1,浙江工业大学戚军,5,

（1）天然能源的原始利用,

（1）天然能源的原始利用,几十万年以前人类学会了用火，在漫长的岁月里，一直以柴草为生活能量的主要来源，燃火用于烧饭、取暖和照明。

后来逐渐学会将畜力、风力、水力等自然动力用于生产和交通运输。

这种初级形式的能源利用直到19世纪中期都没有太大突破。

在1860年的世界能源消费结构中，薪柴和农作物秸秆仍占能源消费总量的73.8%。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,6,2023/6/1,浙江工业大学戚军,7,

（2）煤炭,

（2）煤炭,2000多年以前人类就知道煤炭可以作为燃料。

14世纪的中国、17世纪的英国采煤业都已相当发达，但煤炭长期未能在世界能源消费结构中占据主导地位。

18世纪70年代，英国的瓦特发明以煤炭作燃料的蒸汽机。

蒸汽机的广泛应用使煤炭迅速成为第二代主体能源。

煤炭在世界一次能源消费结构中所占的比重，从1860年的25，上升到1920年的62。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,8,2023/6/1,浙江工业大学戚军,9,（3）石油,（3）石油,人类很早就发现了石油，汉书、梦溪笔谈有描述。

直到19世纪，石油工业才逐渐兴起。

1854年，美国宾夕法尼亚州打出了世界上第一口油井，是现代石油工业的开端。

1886年德国人本茨和戴姆勒研制出第一辆以汽油为燃料、由内燃机驱动的汽车，进入大规模使用石油的汽车时代。

石油和天然气逐渐取代煤炭，在世界能源消费构成中占据主要地位。

1965年，在世界能源消费结构中，石油首次超过煤炭占居首位，成为第三代主体能源。

到1979年，石油所占的比重达到54%，相当于煤炭的三倍。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,10,2023/6/1,浙江工业大学戚军,11,（4）电力,（4）电力,1881年，美国建成世界上第一个发电站，同时还研制出电灯等实用的用电设备。

从此以后，电力的应用领域越来越广，发展规模也越来越大，人类社会逐步进入电气化时代。

石油、煤炭、天然气等化石燃料被转换成更加便于输送和利用的电能，进一步推动工业革命，带来了巨大的技术进步。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,12,2023/6/1,浙江工业大学戚军,13,（5）核能,（5）核能,1942年美国建立世界上第一座核反应堆，1954年前苏联建成世界第一座发电的反应堆并正式启用，1956年美国的核电站投入运行，核能利用迅速发展起来，在世界能源结构中占据重要位置。

到20世纪90年代，核能发电所提供的电力占全世界发电总量的17%左右。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,14,（6）可再生能源,进入21世纪以来，太阳能、风能、海洋能、生物质能等可再生新能源发展很快，并且逐渐走向成熟和规模化，所占的比重也有望大幅度提高，为人类解决能源和环保问题开辟了新的天地。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,15,2023/6/1,浙江工业大学戚军,16,小结,本章纲要,最广泛,能源的概念,1.2,2023/6/1,浙江工业大学戚军,17,

（1）资源和能源的概念,资源在一定时期和地点，在一定条件下具有开发价值、能够满足或提高人类当前和未来生存和生活状况的自然因素和条件，称为自然资源，有时简称资源。

包括：

气候资源、水资源、矿物资源、生物资源、能源，等等。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,18,

（1）资源和能源的概念,能源能源就是能够向人类提供某种形式能量的自然资源。

包括所有的燃料、流水、阳光、地热、风等，通过适当的转换手段可使其为人类生产和生活提供所需的能量。

例如煤和石油等化石能源燃烧时提供热能，流水和风力可以提供机械能，太阳的辐射可转化为热能或电能。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,19,

（2）能源的分类,能源,按形成条件分,按发展应用状况分,按循环恢复能力分,按存在和转移形式分,按环境污染程度分,一次能源二次能源,常规能源新能源,非再生能源可再生能源,含能体能源过程性能源,清洁能源非清洁能源,2023/6/1,浙江工业大学戚军,20,下一节：

能源的品质,一次能源和二次能源,以天然形态存在于在自然界中，可直接取得而不需改变其基本形态的能源，称为一次能源。

简单说，一次能源就是自然界中现成存在的天然能源。

如煤炭、石油，及风能、地热能等。

为了满足生产和生活的需要，有些能源通常需要经过加工进行直接或间接的转换才能使用。

由一次能源经加工转换而获得的另一种形态的能源，称为二次能源。

如沼气、酒精、汽油，以及蒸汽、氢能等。

电能是最重要的二次能源。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,21,一次能源和二次能源,一次能源的来源来自地球以外天体（主要是太阳）的能量，例如能以光和热的形式直接利用的太阳能，以化石或生物体等物质形式存储的能量，以风、水流、波浪等形式体现的能量；来自地球内部的能源，主要是核能和地热能；地球与其他天体相互作用产生的能量，例如月亮、太阳引力变化形成的海洋潮汐能。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,22,能源的分类,常规能源与新能源,常规能源是指在当前的技术水平和利用条件下，已被人们广泛应用了较长时间的能源。

现阶段主要是指煤炭、石油、天然气、水能、核（裂变）能。

这类能源，使用较普遍，技术较成熟。

新能源是指由于技术、经济或能源品质等因素而未能大规模使用的能源。

如太阳能、风能、海洋能、地热、生物质、氢能等。

这类能源，已经开始或即将被人们推广利用，但目前还没有被大规模使用，有的甚至还处于研发或试用阶段。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,23,常规能源与新能源,常规能源和新能源的分类是相对的，不同历史时期会变化，这取决于应用历史和使用规模。

例如在1950年代，核（裂变）能属于新能源，现在有些国家已把它被归为常规能源。

有些能源虽然应用的历史很长，但正经历着利用方式的变革，而那些较有发展前途的新型应用方式尚不成熟或规模还小，也被归为新能源，例如太阳能、风能。

在中国，新能源指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的一次能源。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,24,能源的分类,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（至少在短期内无法恢复），总有枯竭的一天。

如化石燃料和核燃料均为非再生能源。

据估计，按照现有的探明储量和开采程度，地球上的化石燃料最多还可使用几百年。

可再生能源，可以循环使用，能够有规律地不断得到补充，没有使用期限，也不会因长期使用而减少。

如太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和生物质能，均为可再生能源。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,25,能源的分类,含能体能源和过程性能源,含能体能源是指包含着能量的物质或实体。

例如化石燃料、核燃料、生物质、地热水和地热蒸汽，等等。

这类能源可以直接储存和运输。

过程性能源是指随着物质运动而产生、并且仅以运动过程的形式存在的能源。

如风、水、海潮、波浪、地热等。

这类能源无法直接储存和运输。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,26,能源的分类,清洁能源和非清洁能源,清洁能源是指对环境没有污染或污染较小的能源，有时也叫绿色能源。

如太阳能，风能，海洋能；垃圾发电、沼气等。

非清洁能源是指可能对环境造成较大污染的能源。

例如煤炭等化石燃料。

清洁与非清洁能源的划分也是相对的。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,27,能源的分类,（3）能源的品质,各种能源均有优点，也各有不足。

如何进行评价和比较？

蕴藏量,能源品位,能流密度,运输费用与损耗,存储的可能性与供能的连续性,2023/6/1,浙江工业大学戚军,28,对环境的影响,开发费用和设备造价,本章纲要,能流密度,即在单位空间或单位面积内，能够从某种能源获得的功率。

化石燃料与核燃料的能流密度大，各种可再生能源的能流密度一般都比较小。

能量密度太小，则不利于开发利用，因为经济性太差。

小知识：

标准煤各种燃料的热值是不同的，在统计能源的生产和消费，特别在计算能耗指标时，常定义一种假想的标准燃料，即标准煤。

标准煤的热值为2.9104kJ/kg。

各种燃料均可按平均发热量折算成标准煤。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,29,能源的品质,1W=1J/s,开发费用和设备造价,化石能源与核燃料，探、采、加工、运输，需投入大量人力、物力。

发电设备单位容量的初期投资较小。

可再生能源，开发费用主要是开发能源的一次性投资，设备造价比较高；而运营费用很低。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,30,能源的品质,存储的可能性与供能的连续性,化石燃料都比较容易存储，也便于连续供应。

太阳能、风能等可再生能源则不易保存，能量供应也可能有波动性和间断性。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,31,能源的品质,运输费用与损耗,运输过程本身也要投资并消耗能源，远距离运输的成本和损耗会影响能源的使用。

太阳能、风能、地热能难以运输。

化石燃料可以运输，但要考虑运输的成本和耗能。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,32,能源的品质,对环境的影响,化石燃料燃烧过程中会排放CO2等温室气体，甚至还有一些有毒的或腐蚀性物质，对环境影响较大。

核燃料有放射性污染及废料处理的问题。

可再生能源大多对环境的影响较小。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,33,能源的品质,蕴藏量,化石燃料等非再生能源，蕴藏量是有限的，总有用完的时候。

太阳能、风能等可再生能源，可以循环使用，不断的得到补充，即使每年更新的数量有限，长期来看，也是无穷无尽的。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,34,能源的品质,能源品位,能源品味反映的是能源利用的方便程度。

一般来说，二次能源要比一次能源品位高。

能直接变成机械能和电能的能源（如水力和风能），要比那些必须先经过热利用环节的能源（如化石燃料）的品位高。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,35,能源的品质,能源与环境问题,1.3,2023/6/1,浙江工业大学戚军,36,

（1）常规能源的环境影响,2023/6/1,浙江工业大学戚军,37,下一节：

世界能源与环境问题,大气污染,化石燃料的利用过程会产生CO、SO2、NOx等有害气体，不仅能导致生态系统的破坏，还会直接损害人体健康。

在很多国家和地区，因大气污染造成的直接和间接损失已经相当严重。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,38,环境影响,2023/6/1,浙江工业大学戚军,39,温室效应,过去1000年北半球气温变化,大气中CO2含量的变化,温室效应,2023/6/1,浙江工业大学戚军,40,每一百万大气单位中的CO2数量,2023/6/1,浙江工业大学戚军,41,温室效应,环境影响,酸雨,SO2、NOx等污染物，经大气传输，在一定条件下形成酸雨，危害农作物和森林生态系统，破坏水生生态系统，腐蚀材料，造成重大经济损失。

酸雨还导致地区气候改变。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,42,环境影响,其它影响,若再考虑能源开采、运输和加工过程中的不良影响，则造成损失将更为严重。

如煤炭开采会有人员伤亡和土地塌陷。

核能的利用虽然不会产生上述污染物，但存在核废料问题。

世界范围内的核能利用，将产生成千上万吨的核废料。

如果不能妥善处理，放射性的危害或风险将持续几百年。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,43,环境影响,

（2）世界能源与环境问题,2倍,世界人口,能源消耗,16倍,1900年,1900年,2023/6/1,浙江工业大学戚军,44,

（2）世界能源与环境问题,2023/6/1,浙江工业大学戚军,45,

（2）世界能源与环境问题,如果没有新的替代能源充分发展，按目前的消耗情况估算，21世纪人类又将面临着新的能源危机。

另一方面，人类大量使用化石燃料，环境污染日益严重，生态平衡惨遭破坏，直接危及人类的生存和发展。

联合国世界环境与发展委员会完成调查报告我们共同的未来，提出了可持续发展概念。

这一概念及其构想在1992年联合国环境与发展大会上得到世界一百多个国家的认同。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,46,可持续发展满足当代人的需求，又不损害子孙后代满足其需求能力的发展。

本章纲要,新能源发展战略,1.4,2023/6/1,浙江工业大学戚军,47,

（1）欧美新能源发展战略,美国：

2007年，布什总统签署新的能源法案，资助可再生能源的研究和开发。

2009年，奥巴马政府提出能源新政，大力发展清洁能源，每年拨款150亿美元，鼓励可再生能源利用。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,48,回顾近些年的能源技术革新，从石油、天然气、可再生能源、“氢能源”再到页岩油气，每一次能源革命都是美国引领。

美国页岩油和页岩气的开发，使得页岩油气成为国际能源界的“博弈改变者”，预计2020年美国能源自给率将突破85%，美国能源信息署预计在2035年将达到87%。

（1）欧美新能源发展战略,欧洲：

1997年可再生能源发展白皮书。

2000年能源安全绿皮书。

2003年生物液体燃料发展规划，2005年生物质能发展行动计划。

2006年建立欧洲可持续、可竞争、安全的能源战略绿皮书。

20102011年，欧盟先后推出“2020能源战略”和“2050能源路线图”到2020年，欧盟新能源和可再生能源在能源消费中的比重将达到20%，生物燃料在交通燃料中的比重将达到10%。

欧盟“2050能源路线图”要求，到2050年，在全部能源消费中，新能源比例最高将达到75%。

电力能源中的97%将来自新能源，其中还不包括已经占电力能源1/3的核能发电。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,49,2023/6/1,浙江工业大学戚军,50,能源结构预测,资料来源:

中国光伏发展报告2007,

（2）我国新能源发展战略,1995年电力法国家鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源来发电。

强调指出，农村利用太阳能、风能、地热能、生物质能和其他能源进行农村电力建设，增加农村电力供应，将得到国家的支持和鼓励。

1997年节约能源法再次肯定了新能源对于节能减排、改善环境的重要战略作用和地位。

一些地方政府也制定并出台了关于新能源和可再生能源的法律、法规和条例。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,51,

（2）我国新能源发展战略,2009年新能源产业振兴规划（草案）提出新能源发电2020年的装机目标：

风电1.31.5亿千瓦，太阳能发电2000万千瓦。

2013年能源发展“十二五”规划坚持集中与分散开发利用并举，以风能、太阳能、生物质能利用为重点，大力发展可再生能源。

大力发展分布式可再生能源。

根据资源特性和用能需求，加快风能、太阳能、小水电、生物质能、海洋能、地热能等可再生能源的分布式开发利用。

以城市、工业园区等能源消费中心为重点，完善相关配套设施，大力推进屋顶光伏等分布式可再生能源技术应用，尽快提高分布式供能比重。

因地制宜在农村、林区、牧区、海岛积极推进分布式可再生能源建设，解决偏远地区生活用能问题。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,52,

（2）我国新能源发展战略,2014年，习近平主持召开中央财经领导小组会议，强调加快实施能源领域重点任务、重大举措推动能源供给革命，建立多元供应体系。

立足国内多元供应保安全,大力推进煤炭清洁高效利用，着力发展非煤能源，形成煤、油、气、核、新能源、可再生能源多轮驱动的能源供应体系，同步加强能源输配网络和储备设施建设。

2023/6/1,浙江工业大学戚军,53,本章纲要,