能源與動(dòng)力工程概論 第一章

1、第一章 緒論 我國(guó)能源問題的重要性 能源安全!1. 進(jìn)口依賴2011年我國(guó)進(jìn)口石油 2.6億噸,重要是從中東和非 洲進(jìn)口,其中從沙特、伊朗、伊拉克進(jìn)口 1.9億噸, 從安哥拉和蘇丹進(jìn)口 4000萬(wàn)噸。2. 能源經(jīng)濟(jì) 能源價(jià)格2011年我國(guó)進(jìn)口石油花費(fèi) 1.5萬(wàn)億人民幣。3. 能源技術(shù)與環(huán)境每年因煤礦事故喪生人數(shù) 2000人以上; 天然氣管道有爆炸危險(xiǎn);水電站有塌壩危險(xiǎn);核安全問題。第一章緒論 能源消費(fèi)觀 1. 是否走美國(guó)的能源道路?低廉的石油價(jià)格,放任石油的消費(fèi)。2. 是否走歐洲和日本的能源道路?征收能源稅。大力發(fā)展 節(jié)能 技術(shù)。有觀點(diǎn)認(rèn)為:低廉的石油價(jià)格往往意味著落后的 能源利用技術(shù)!3.

2、能源消費(fèi)與幸福感是否開車就是先進(jìn)的生活方式,步行和騎自行車 就是落后的生活方式? 第一章 緒論 返回總目錄 第一節(jié) 能源的基本概念 能源 (energy resources:能夠直接 或經(jīng)過轉(zhuǎn)換而提供能量的自然資源。 自然資源 (natural resources:尚未 開采出來的資源。自然資源 不屬于能源。 初始能源 :核聚變、核裂變、放射性源 和天體間的引力。分為(1來自地球以外天體的能量 太陽(yáng)能和宇宙射線能;(2地球本身蘊(yùn)涵的能量;(3天體對(duì)地球的引力。 能源的定義 能源的分類 來自太陽(yáng)等地外天體來自地球來自地球和其它星體的相互作用按來源分 一次能源二次能源 按成因分 燃料能源 非燃料能

3、源 按性質(zhì)分 常規(guī)能源新能源 按使用狀況分 清潔能源 非清潔能源按污染分可再生能源不可再生能源 1 按地球上能量的來源分 來自于地球本身,如核能、地?zé)崮艿? 來自于地球外天體,如宇宙射線及太陽(yáng) 能,以及由太陽(yáng)引起的水能、風(fēng)能、波 浪能、海洋溫差能、生物質(zhì)能、光合作 用等; 來自于地球和其他星體的相互作用,如 潮汐能。 2 按使用狀況 (被利用的程度 分 常規(guī)能源 (conventional source of energy ,如煤炭、石油、天然氣、薪 柴燃料、水能等; 新能源 ,如太陽(yáng)能 (solar energy、地 熱能 (geothermal energy、潮汐能 (tidal ener

4、gy、生物質(zhì)能 (biomass energy 等,另外還有核能。 3 按 (成因 獲得的方法分 一次能源 (primary energy,即可供直 接利用的能源,如煤、石油、天然氣、 風(fēng)能、水能等; 二次能源 (secondary energy,即由一 次能源直接或間接轉(zhuǎn)換而來的能源,如 電、蒸汽、焦炭、煤氣、氫等,它們使 用方便,是高品質(zhì)的能源。 4 按能源能否再生分 可再生能源 ,即不會(huì)隨其本身的轉(zhuǎn)化或 人類的利用而越來越少的能源,如水能、 風(fēng)能、潮汐能、太陽(yáng)能等; 非再生能源 ,它隨人類的利用而越來越 少,如石油、煤、天然氣、核燃料等。 5 按能源本身的性質(zhì)分 含能體能源 (燃料能源

5、,如石油、煤、 天然氣、地?zé)?、氫?它們可以直接儲(chǔ) 存; 過程性能源 (非燃料能源 ,如風(fēng)能、 水能、海流、潮汐、波浪、火山爆發(fā)、 雷電、電磁能和一般熱能等,它們無(wú)法 直接儲(chǔ)存。 6 按對(duì)環(huán)境的污染情況分 清潔能源 (clean energy,即對(duì)環(huán)境無(wú) 污染或污染很小的能源,如太陽(yáng)能、水 能、海洋能等; 非清潔能源 (non clean energy,即對(duì) 環(huán)境污染較大的能源,如煤、石油等。 能源的評(píng)價(jià) 能源多種多樣,各有優(yōu)缺點(diǎn),能源 的現(xiàn)實(shí) 性、可用性和經(jīng)濟(jì)性可以從以下幾個(gè)方面進(jìn) 行評(píng)價(jià)。 能量密度 (能流密度 儲(chǔ)量 探明儲(chǔ)量、可采儲(chǔ)量、經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量 儲(chǔ)能的可能性與供能的連續(xù)性 開發(fā)費(fèi)用和

6、利用能源的設(shè)備費(fèi)用 運(yùn)輸費(fèi)用與損耗 能源的地理分布 能源的可再生性 能源的品位 對(duì)環(huán)境的影響 能源的單位 當(dāng)量單位 煤當(dāng)量 、 油當(dāng)量 單位產(chǎn)量能耗 資源量 、 儲(chǔ)量 、 地質(zhì)儲(chǔ)量 、 探明儲(chǔ)量 、 可采儲(chǔ)量 、 儲(chǔ)產(chǎn)比 原油 (液態(tài)烴混合物、 石油 (原油+石油產(chǎn)品 基本單位焦耳、千瓦時(shí)、卡、英熱單位 (Btu 第二節(jié) 能源與人類文明 能源更迭與社會(huì)發(fā)展 人類利用能源的歷史,也就是人類認(rèn)識(shí)和 征服自然的歷史。(1火的發(fā)現(xiàn)和利用;(2畜力、風(fēng)力、水力等自然動(dòng)力的利用;(3化石燃料的開發(fā)和熱的利用;(4電的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用;(5原子核能的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用。 人類社會(huì)已經(jīng)歷了三個(gè)能源時(shí)期: 薪柴時(shí)期;

7、 煤炭時(shí)期; 石油時(shí)期。 1 薪柴時(shí)期主要以薪柴等生物質(zhì)燃料為主要能源的 時(shí)代,生產(chǎn)和生活水平極低,社會(huì)發(fā)展 緩慢。 2 煤炭時(shí)期 18世紀(jì),以煤炭取代薪柴作為主要能源, 蒸汽機(jī)成為生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿?工業(yè)迅速 發(fā)展,勞動(dòng)生產(chǎn)力增長(zhǎng)很快。 19世紀(jì),電力成為工礦企業(yè)的主要?jiǎng)恿? 成為生產(chǎn)和生活照明的主要來源。但這 時(shí)的電力工業(yè)主要是依靠煤炭作為主要 燃料。 3 石油時(shí)期 石油資源的發(fā)展,開始了能源利用的新 時(shí)期。近 30年來,世界上許多國(guó)家依靠 石油和天然氣,創(chuàng)造了人類歷史上空前 的物資文明。 進(jìn)入 21世紀(jì),核能將成為世界能源的主 角,清潔能源的時(shí)代也將隨之到來。 能源與國(guó)民經(jīng)濟(jì) 能源是發(fā)展社會(huì)

8、生產(chǎn)和提高人民生活 水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是推動(dòng)國(guó)民經(jīng) 濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。 經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高都需 要能源來支撐,因此,能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì) 發(fā)展有著密不可分的關(guān)系。從世界能源 消費(fèi)的增長(zhǎng)趨勢(shì)看,能源消費(fèi)與世界經(jīng) 濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)是一致的。 世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)踐證明,在經(jīng)濟(jì) 正常發(fā)展的情況下,能源消耗總量和能 源消耗增長(zhǎng)速度與國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值和 國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)率成正比例關(guān)系。 世界經(jīng)濟(jì)和能源發(fā)展的歷史顯示,處于 工業(yè)化初期的國(guó)家,經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)主要依 靠能源密集型工業(yè)的發(fā)展, 能源效率 也 較低,因此 能源彈性系數(shù) 多大于 1。 能源彈性系數(shù) :反映單位國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值 增長(zhǎng)率的變化所引起的能

9、源消費(fèi)增長(zhǎng)率 的變化情況。越小越好。能源消費(fèi)系數(shù) :某一年或某一時(shí)期,實(shí) 現(xiàn)單位國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值的平均能源消費(fèi)量。 越小越好。 能源與人民生活 人們的日常生活處處離不開能源,不僅 衣、食、住、行,而且文化娛樂、醫(yī)療 衛(wèi)生等都與能源密切相關(guān)。生活質(zhì)量指數(shù) :將平均壽命、文化指數(shù) 及嬰兒死亡率三大類指標(biāo)綜合成一個(gè) 1100分的指數(shù)。人均耗能量越多,生 活指數(shù)就越高。 能源與人民生活 目前我國(guó)一次能源消費(fèi)量已超過美國(guó) (2432Mtoe,2010年 ,居世界第一位,美 國(guó)第二位 (2285Mtoe,2010年,俄羅斯第 三位 (690Mtoe,2010年。但由于人口過 多,人均能耗水平仍很低,全面建設(shè)小

10、康 社會(huì)仍然是我國(guó)人民面臨的重要任務(wù)。 第三節(jié) 能源資源 1994年 世界化石燃料探明可采儲(chǔ)量 世界化石燃料儲(chǔ)量 1996年世界前七位國(guó)家的煤炭?jī)?chǔ)量 國(guó)家儲(chǔ)量 /Mt占世界比 %美國(guó)24055823.3中國(guó)11450011.1澳大利亞909408.8印度699476.8德國(guó)673006.5南非553335.4波蘭421001.1全世界合計(jì) 1031610100 1973年和 2002年世界硬煤產(chǎn)量的地區(qū)分布圖 經(jīng) 濟(jì) 合 作 與 發(fā) 展 組 織 Organization for Economic Co-operation and Development 簡(jiǎn)稱經(jīng)合組織 (OECD ,是由 30多

11、個(gè)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)國(guó)家組成的政府間國(guó)際經(jīng)濟(jì)組織,旨在共 同應(yīng)對(duì)全球化帶來的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和政府治理等方面的挑戰(zhàn), 并把握全球化帶來的機(jī)遇。成立于 1961年,目前成員國(guó)總 數(shù) 34個(gè),總部設(shè)在巴黎。 澳大利亞、奧地利、比利時(shí)、加 拿大、捷克、丹麥、芬蘭、法國(guó)、德國(guó)、希臘、匈牙利、 冰島、愛爾蘭、意大利、日本、韓國(guó)、盧森堡、墨西哥、 荷蘭、新西蘭、挪威、波蘭、葡萄牙、斯洛伐克、西班牙、 瑞典、瑞士、土耳其、英國(guó)、美國(guó)、智利、愛沙尼亞、以 色列、斯洛文尼亞。 2010年 1月 11日,智利正式簽署加入經(jīng) 濟(jì)合作與發(fā)展組織的協(xié)定,使其成為該組織第 31個(gè)成員國(guó); 同時(shí)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織 2010年 5月 10日

12、宣布,同意吸收愛 沙尼亞、以色列和斯洛文尼亞三國(guó)為新成員,使其成員數(shù) 量增至 34個(gè)。智利是第一個(gè)加入經(jīng)合組織的南美洲地區(qū)國(guó) 家,以色列則是第一個(gè)加入經(jīng)合組織的中東地區(qū)國(guó)家。 1973年和 2002年世界石油產(chǎn)量的地區(qū)分布圖 1973年和 2002年世界天然氣產(chǎn)量的地區(qū)分布圖 1971年至 2001年世界一次能源供應(yīng)量的地區(qū)分布圖 能源消費(fèi) 當(dāng)今世界的能源消費(fèi)仍以石油為主。 1973年和 2001年世界能源終端總消費(fèi)量的構(gòu)成 能源消費(fèi)有兩種形式:一種是一次性直接消費(fèi),又稱終端消 費(fèi);另一種是加工轉(zhuǎn)換消費(fèi),又稱 中間消費(fèi) 。終端消費(fèi) 是對(duì)中間消費(fèi)而言,是指能源不用于中間加工轉(zhuǎn)換, 而是直接投入到

13、各種加熱、動(dòng)力等設(shè)備,用于生產(chǎn)和非生產(chǎn)活動(dòng)的 消費(fèi)。主要包括:1.作為燃料、動(dòng)力使用的能源。是指將能源投入到各種加熱、 動(dòng)力等設(shè)備,產(chǎn)生光、熱、功所消費(fèi)的能源。2.作為原料使用的能源。是指在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中,把能源作 為原料投入使用,經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng),逐步轉(zhuǎn)化為另一種新的非 能源產(chǎn)品,如化肥廠生產(chǎn)的合成氨、化工廠生產(chǎn)的合成橡膠等產(chǎn)品 所消耗的天然氣、煤炭、焦炭;生產(chǎn)染料、塑料、輕紡產(chǎn)品所消耗 的原料油等。3.作為材料使用的能源。是指一些能源的使用,不構(gòu)成產(chǎn)品 的實(shí)體,只起輔助作用的消費(fèi)。如洗滌用的汽油、柴油、煤油;各 種設(shè)備所使用的潤(rùn)滑油等。4.工藝用能。是指在生產(chǎn)過程中既不作為原料使用,也不

14、作 為燃料、動(dòng)力使用的工藝用能。如生產(chǎn)電石用電、電解用電等。 1973年和 2001年世界煤炭消費(fèi)的行業(yè)構(gòu)成 1973年和 2001年世界石油消費(fèi)的行業(yè)構(gòu)成 1973年和 2001年世界天然氣消費(fèi)的行業(yè)構(gòu)成 礦物燃料的開采壽命 已知儲(chǔ)量潛在儲(chǔ)量 煤炭30100年 150250年 天然氣1519年 2540年 石油 1618年 3040年 我國(guó)能源概況 1 我國(guó)的能源構(gòu)成水能資源世界第一,煤炭可采儲(chǔ)量世界 第二;煤主要分布在北方地區(qū);油氣主要分布在西部地區(qū); 水主要分布在西南地區(qū)。2 我國(guó)能源的特點(diǎn) 能源的開發(fā)利用在立足于國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)上逐步 開發(fā)利用國(guó)際能源;以煤炭為主;能源消費(fèi)構(gòu)成以工業(yè)耗能為主,交通、民用 核商業(yè)耗能逐步擴(kuò)大;農(nóng)村清潔能源需求越來越大;能源利用率低、節(jié)能潛力大;總結(jié):總量豐富,人均占有量低,以煤炭為主, 分布在遠(yuǎn)離經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。3 我國(guó)未來的能源問題 三大問題:(1能源資源總量少,優(yōu)質(zhì)能源短缺;(2能源技術(shù)落后,利用效率低;(3環(huán)境問題嚴(yán)重。三大矛盾:(1大量使用煤炭與環(huán)保、減排溫室氣體的矛盾;(2大量消耗優(yōu)質(zhì)能源和油氣