中礦大能源與環(huán)境課件07新能源的開發(fā)利用及 對環(huán)境的影響

第七章新能源的開發(fā)利用及對環(huán)境的影響

所謂新能源，一般是指在新技術(shù)基礎(chǔ)上加以開發(fā)利用的可再生能源。新能源主要有太陽能、風(fēng)能、生物能、地?zé)崮?、海洋能、氫能、小水電、垃圾發(fā)電、天然氣和空氣能。

7-1太陽能

太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽能、海洋能、水能等都來自太陽能。一、太陽能利用方式1、太陽能熱利用通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能2、太陽能熱發(fā)電利用太陽能轉(zhuǎn)換的熱能加熱工質(zhì)，將工質(zhì)循環(huán)進行發(fā)電3、太陽能發(fā)電利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進行光電轉(zhuǎn)換，因此又稱太陽能光伏技術(shù)。20世紀(jì)50年代，太陽能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項重大技術(shù)突破：一是1954年美國貝爾實驗室研制出6％的實用型單晶硅電池；二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽吸收涂層。這兩項技術(shù)的突破，為太陽能利用進入現(xiàn)代發(fā)展時期奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

太陽能利用主要缺點：一、能流密度低；二、其強度受各種因素（季節(jié)、地點、氣候等）的影響不能維持常量。

太陽能對環(huán)境的影響可歸納為：（1）無有毒氣體和CO2排出，不污染大氣環(huán)境。（2）占用較多的土地，發(fā)電能力為1MW的中央接受式太陽能發(fā)電站約占地3×104～4×104m2，而1000MW的核電站只占地5×104m2。（3）太陽能集熱系統(tǒng)吸收太陽能后，減少了地面、建筑物反射回空間的能量，大規(guī)模使用太陽能可能對局部氣候有影響。（4）巨大的集熱系統(tǒng)及聚光裝置影響景觀，改變建筑風(fēng)格和規(guī)范，增加造價和帶來其它新的問題。

7-2風(fēng)能

風(fēng)是由太陽輻射熱引起的。太陽照射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產(chǎn)生溫差，從而引起大氣的對流運動形成風(fēng)。到達(dá)地球的太陽能中大約2％轉(zhuǎn)化為風(fēng)能。全球的風(fēng)能約為2.74×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。

一、風(fēng)能缺點：（1）能流密度低。

風(fēng)能來源于空氣的流動，而空氣的密度很小的，因此風(fēng)力的能量密度也很小。風(fēng)速為3m/s時，能流密度為0.02kW/m2

。（2）不穩(wěn)定。由于氣流瞬息萬變，因此風(fēng)的脈動、日變化、季變化以至年際的變化都十分明顯，波動很大，極不穩(wěn)定。（3）地區(qū)差異大。由于地形的影響，風(fēng)力的地區(qū)差異非常明顯。一個鄰近的區(qū)域，有利地形下的風(fēng)力，往往是不利地形下的幾倍甚至幾十倍。二、風(fēng)能優(yōu)點：（1）蘊量巨大；（2）可以再生；（3）分布廣泛；（4）沒有污染。

7-3生物能

生物質(zhì)是指由光合作用而產(chǎn)生的各種有機體。生物能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式。生物能是第四大能源，生物質(zhì)遍布世界各地，其蘊藏量極大。生物質(zhì)包括薪柴，農(nóng)林作物，能源作物，農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘剩物，食品加工和林產(chǎn)品加工的下腳料，城市固體廢棄物等。一、生物能優(yōu)點：（1）

提供低硫燃料；（2）提供廉價能源；（3）將有機物轉(zhuǎn)化成燃料可減少環(huán)境公害（例如，垃圾燃料）；（4）與其他非傳統(tǒng)性能源相比較，技術(shù)上的難題較少。

二、生物能缺點：（1）利用規(guī)模小；（2）單位土地面的有機物能量偏低；（3）缺乏適合栽種植物的土地；（4）有機物的水分偏多（50%～95%）。三、生物能利用技術(shù)：（1）直接燃燒生物質(zhì)來產(chǎn)生熱能、蒸汽或電能；（2）利用能源作物生產(chǎn)液體燃料。目前具有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉醋魑?，包括：快速成長作物樹木、糖與淀粉作物（供制造乙醇）、含有碳氧化的合作物、草本作物、水生植物。（3）生產(chǎn)木炭和炭；（4）生物質(zhì)（熱解）氣化后用于電力生產(chǎn)，如集成式生物質(zhì)氣化器和噴氣式蒸汽燃?xì)廨啓C（BIG/STIG）聯(lián)合發(fā)電裝置。（5）對農(nóng)業(yè)廢棄物、生活廢棄物或城市固體廢物等進行厭氧消化生產(chǎn)沼氣，避免用錯誤的方法處置這些物質(zhì)，以免引起環(huán)境危害。開發(fā)生物質(zhì)能對中國的重要意義

中國生物能技術(shù)發(fā)展的前景

（參考講義內(nèi)容）（作業(yè)內(nèi)容）7-4垃圾電廠與環(huán)境

隨著社會的發(fā)展及城市的建設(shè)，城市垃圾的處理成為日益突出的問題。過去，我國城市垃圾的處理主要靠堆埋(堆肥及填埋)，但隨著現(xiàn)在城市用地的日益緊張、人類居住環(huán)境要求的提高及科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，垃圾堆埋已成為人們要審慎考慮的問題，而熱力處理方式逐漸為人們所采納。

一、資源(垃圾)電廠的用途及簡要生產(chǎn)工藝流程資源(垃圾)電廠的用途為：回收垃圾、焚燒垃圾、發(fā)電供熱及灰渣利用，即對垃圾進行減量化、資源化、無害化的處理。

垃圾發(fā)電簡要生產(chǎn)工藝流程：垃圾→垃圾貯存→垃圾焚燒→余熱鍋爐→煙氣凈化→煙囪→潔凈煙氣至大氣

垃圾倉內(nèi)的垃圾滲透液收集后送至蒸發(fā)器，蒸發(fā)器將滲透液蒸發(fā)分離，蒸汽回收后進入全廠廢水收集系統(tǒng)，濃縮液收集后通過噴嘴進入焚燒爐處理。二、垃圾成分資源(垃圾)電廠焚燒的垃圾將從各住宅區(qū)、購物中心、商業(yè)中心和工業(yè)區(qū)收集。這些垃圾的特點是含有高達(dá)30%～55%的水分，額定工況運行時的水分含量在40%左右。單位熱值額定值為7500kJ/kg(1791kcal/kg)，最低為5570kJ／kg(1330kcal/kg)，最高為8500kJ／kg(2030kcal/kg)。無灰干性物質(zhì)的平均凈熱值取值為20000kJ/kg。

垃圾成份（重量的%）1物理成份水果、蔬菜、庭園垃圾、食品廢棄物20－58紡織物0.5－5箱子，木箱和紙箱6－12塑料(家庭垃圾塑料)6－14金屬0.5－4玻璃0.5－4陶瓷1－7其它1－82化學(xué)成分碳14－20氫2－3氧8－14氮0.3－1.7硫0.05－0.32有機氯化物0.02－0.32

不能燃燒的垃圾：①污水渣；②電鍍和金屬硬化氰化物廢渣；③鉆孔和打磨用的乳膠等的廢液，含油土；④不能使用的油漆、真漆、工業(yè)塑料、膠粘劑、油脂、葡萄糖、PVC容器等；⑤廢油溶劑；⑥液態(tài)碳?xì)浠衔?；⑦醫(yī)院的致病垃圾；⑧放射性廢棄物和炸藥；⑨氯化碳?xì)浠衔铩?/p>

三、二惡英二堊英是由氯原子和氧原子化合成的有毒氣體，由垃圾中含氮塑料制品、芳香族物質(zhì)、聚氯聯(lián)苯物質(zhì)及煙草類物質(zhì)等燃燒產(chǎn)生。

1999年在城市固體廢棄物焚燒爐(MSWI)的飛灰檢測出二惡英后，焚燒排放作為二惡英的環(huán)境來源，已經(jīng)越來越受到環(huán)境科學(xué)家的重視。

1、二惡英的結(jié)構(gòu)與毒性多氯二苯異二惡英(PCDD)、多氯二苯異呋喃(PODF)分別由75個和135個同族體構(gòu)成，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，常寫成PCDD/Fs或俗稱二惡英(dioxin)。2378-TCDD被公認(rèn)為是最毒的，也是研究最多的，毒性

約為NaCH的一萬倍，俗稱世紀(jì)劇毒。二惡英對哺乳動物的毒性和氯化芳烴相似，表現(xiàn)癥狀為：體重減輕，胸腺萎縮，免疫系統(tǒng)受損，肝損傷及卟淋病，氯痤瘡及皮膚病變，組織發(fā)育不全或過度增長，以及致畸、致癌、致突變等。2、垃圾焚燒過程中二惡英的形成（1）焚燒物中含有石油產(chǎn)品、含氯塑料(聚氯乙烯、聚氯亞乙烯、聚氯樹脂等)作為二惡英的前體，在燃燒過程中經(jīng)熱分解后，分子重排形成二惡英。(2)垃圾燃燒時發(fā)生下列反應(yīng)：2NaCl+SO2+1/2O2+H2O->

Na3SO4+HCl2Cu+O2=2CuOCuO+2HCL=CuCL2+H2OCuCL2和C元素在二惡英再合成過程中起著重要作用。

3、抑止二惡英形成的燃燒方法：(1)保持溫度在1000℃以上，煙氣停留時間大于2秒，保持煙氣中含氧比6%以上，可將所有的有機物燃盡；

(2)抑制HCL、CuO、CuCL2的產(chǎn)生，盡量不燃燒含氯塑料及其它含氯化工品，不使Cu氧化；

(3)盡可能充分燃燒以減少煙氣中的含碳量。（一些國家以CO小于50ppm作為標(biāo)準(zhǔn)；）

(4)在煙氣凈化段采用急冷卻辦法避開二惡英再合成的溫度250℃-300℃。

四、控氣型垃圾焚燒爐

焚燒爐將燃燒過程中分為二級燃燒室。一燃室為垃圾熱分解，溫度控制在700℃以內(nèi)，讓垃圾在缺氧狀態(tài)下安靜而緩慢地在低溫下熱分解，此時金屬銅、鋁、鐵不會被氧化，沒有CO2的產(chǎn)生，也就不會有CuCL2的產(chǎn)生和存在。垃圾中的可燃成分分解成可燃?xì)怏w，并引入二燃室燃燒，二燃室溫度在1000℃以上，煙氣停留時間2秒以上，保證了有毒有害的有機氣體完全分解燃燒，從而保證了二惡英的充分分解。五、垃圾電廠煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣凈化系統(tǒng)采用一種基于半干法的系統(tǒng)，由FLS的煙氣懸浮吸收工藝(GSA)組成。酸性煙氣從鍋爐出來進入GSA反應(yīng)器的底部，與霧化的石灰及循環(huán)再利用的吸收劑混合。石灰噴到很大的表面上，由煙氣帶著通過反應(yīng)器。

在反應(yīng)器干燥的過程中，石灰和酸性煙氣反應(yīng)并中和煙氣。通常情況下，石灰在排出之前循環(huán)利用大約100次左右，因此利用率非常高，石灰的消耗量相應(yīng)很低。當(dāng)焚燒各種各樣的垃圾產(chǎn)生了二堊英時，不用注入活性炭就能清除這些二惡英。這是因為煙氣及時的冷卻以及GSA中循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生的微粒濃度很高的原因。

經(jīng)過GSA之后，煙氣進入布袋除塵器，將煙氣中的顆粒分離出來。布袋除塵器中布置著豎直掛在管板上的管狀布袋。積灰在布袋外側(cè)積累，定期的從布袋干凈的一側(cè)用脈沖壓縮空氣噴射來清潔布袋。GSA的再循環(huán)箱和布袋除塵器產(chǎn)生的剩余產(chǎn)物收集到儲倉中。清潔的煙氣在布袋除塵器之后通過引風(fēng)機進入煙囪，引風(fēng)機使?fàn)t膛產(chǎn)生必要的負(fù)壓。

六、環(huán)保效益及經(jīng)濟效益1、環(huán)保效益資源(垃圾)電廠的建設(shè)首要目的是環(huán)保效益。垃圾在焚燒時，有害物質(zhì)基本上被破壞，焚燒后的垃圾灰渣中不再含有鹵化碳?xì)湮?，灰燼不釋放有害氣體，不向地下滲漏污水，填埋時不會污染環(huán)境，也不會留下在將來污染環(huán)境的隱患。

2經(jīng)濟效益垃圾在焚燒時，可利用垃圾中的能量發(fā)電。例如：上海浦東資源(垃圾)電廠日處理垃圾量1000t，利用焚燒熱量帶動兩臺8500kW發(fā)電機組，年發(fā)電量約1.1億kW*h。焚燒1000kg家庭垃圾約可替代150L燃油或供熱，一個家庭10%的用電量，可從自家垃圾中獲得。

垃圾焚燒后容積約減少90%，填埋垃圾的用地約可節(jié)約80%；而垃圾焚燒后產(chǎn)生的灰渣利用率約達(dá)90%，只有所焚燒垃圾量的1%需要填埋。

七、資源(垃圾)電廠發(fā)展前景

由于人類社會生活的日益的快節(jié)奏，現(xiàn)代社會的工業(yè)化，垃圾產(chǎn)量也越來越高。據(jù)我國環(huán)保部門的統(tǒng)計調(diào)查，我國目前人均垃圾年產(chǎn)量已達(dá)440kg，且還在以8%～10%的年增長速度在增長。

據(jù)2001年5月召開的全國城市生活垃圾處理及資源利用經(jīng)驗交流會傳出的信息：全國垃圾的歷年堆存量已達(dá)60多億噸，侵占土地面積多達(dá)5億m2，666座城市中，有200多座城市陷入垃圾包圍之中。

資源(垃圾)電廠目前在我國剛剛起步，只有少數(shù)城市已建成投產(chǎn).目前我國大型垃圾電廠焚燒工藝的主要設(shè)備(如：焚燒爐、煙氣處理系統(tǒng)及垃圾破碎機等)都主要依靠進口。

我國的垃圾一般都沒進行分類，由于生活水平低，垃圾雜質(zhì)多、水分多、熱值低分檢差，采用鍋爐發(fā)電供熱，為保證蒸氣的溫度壓力流量穩(wěn)定，有時不得不投油助燃，所以運行成本上升。

隨著我國人民環(huán)保意識的增強，政府治理環(huán)境的力度加大，有關(guān)垃圾處理的法律、法規(guī)的健全及資源(垃圾)電廠焚燒工藝設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)的引進，資源(垃圾)電廠的發(fā)展前景將會非常廣闊。

南山垃圾焚燒發(fā)電廠鹽田垃圾焚燒發(fā)電廠7-5地?zé)崮?/p>

地?zé)崮艿睦每煞譃榈責(zé)岚l(fā)電和直接利用兩大類。

地?zé)崮苁莵碜缘厍蛏钐幍目稍偕鸁崮?。它起源于地球的熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變。如果熱量提取的速度不超過補充的速度，那么地?zé)崮鼙闶强稍偕摹?/p>

一、我國地?zé)崮馨l(fā)展現(xiàn)狀：1、技術(shù)現(xiàn)狀已建立了一套比較完整的地?zé)峥碧郊夹g(shù)方法、評價方法；地?zé)衢_發(fā)利用工程勘探、設(shè)計、施工已有資質(zhì)實體；設(shè)備基本配套、國產(chǎn)化、有專業(yè)制造廠商；監(jiān)測儀器基本完備并國產(chǎn)化。

二、產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀1．地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)已具有一定基礎(chǔ)。國內(nèi)可以獨立建造3O兆瓦以上規(guī)模的地?zé)犭娬?，單機可以達(dá)到10兆瓦。電站可以進行商業(yè)運行。2．地?zé)峁岙a(chǎn)業(yè)。開發(fā)利用和科學(xué)技術(shù)水平，經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益在示范點、示范區(qū)可以達(dá)到國際90年代水平，但總體上與國際上先進水平相比尚有一定差距，目前正在由粗放轉(zhuǎn)入集約。

3．地?zé)徙@井產(chǎn)業(yè)。目前已具備施工5000米深度的地?zé)徙@探工程條件和水平。具備了大規(guī)模開發(fā)地?zé)崮芰?，并開始朝著專業(yè)化、規(guī)范化方向發(fā)展。4．地?zé)岜O(jiān)測體系、生產(chǎn)與回灌體系正逐步完善和建立，但當(dāng)前正處在試驗研究階段，尚沒有形成工業(yè)化運行。5．地?zé)岱ㄒ?guī)和標(biāo)準(zhǔn)尚需健全和完善。特別是地下、地面工程設(shè)施、施工，需盡快完善和建立技術(shù)規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。培育專業(yè)化施工（從地下到地上）企業(yè)，建立企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

三、地?zé)釋Νh(huán)境的影響1、化學(xué)污染：地?zé)崴偷責(zé)嵴魵庵泻性S多污染環(huán)境的礦物質(zhì)，含有CO2、H2S、NH3有時還會釋放出放射性氡。地?zé)崴锌赡芎猩?、汞之類有毒物質(zhì)，都可能污染大氣和水體，需要進行適當(dāng)處理。2、熱污染：地?zé)犭娬緹崂寐实停鋮s水用量多，應(yīng)加以綜合利用。3、對土地的影響：建設(shè)地?zé)犭娬疽茐拇罅康乇恚崛〉責(zé)崃黧w會引起地表下沉。

4、噪聲的影響：地?zé)釃娚湔魵夂退畷a(chǎn)生100dB（A）（A聲級）左右的噪聲，且有高音頻的特點。7-6海洋能

海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發(fā)能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。潮汐與潮流能來源于月球、太陽引力，其他海洋能均來源于太陽輻射。

這些能量分散在廣闊的地理區(qū)域，因此實際上它們的能流密度相當(dāng)?shù)?，而且這些資源中的大部分均蘊藏在遠(yuǎn)離用電中心區(qū)的海域。因此只能有一小部分海洋能資源能夠得以開發(fā)利用。

一、我國海洋能概況

1、我國海洋能開發(fā)已有近4O年的歷史，迄今已建成潮汐電站8座。2、已具備開發(fā)中型潮汐電站的技術(shù)條件。但是現(xiàn)有潮汐電站整體規(guī)模和單位容量還很小，單位千瓦造價高于常規(guī)水電站，水工建筑物的施工還比較落后，水輪發(fā)電機組尚未定型標(biāo)準(zhǔn)化。這些均是我國潮汐能開發(fā)中存在的問題。

二、海洋能的開發(fā)環(huán)境影響方面：

1、一般認(rèn)為海洋發(fā)電起了消波器作用，可能干擾海洋-大氣的轉(zhuǎn)換運動，進而影響氣候。

2、海洋溫差發(fā)電可能影響鹽分和熱量分配，局部影響海洋生態(tài)。

7-7氫能一、氫的特點：（l）所有元素中，氫重量最輕。（2）所有氣體中，氫氣的導(dǎo)熱性最好，比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)高出10倍，因此在能源工業(yè)中氫是極好的傳熱載體。（3）氫是自然界存在最普遍的元素。（4）除核燃料外氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142351kJ/kg，是汽油發(fā)熱值的3倍。

（5）氫燃燒性能好，燃燒速度快。（6）氫燃燒時除生成水和少量氮化氫外不會產(chǎn)生對環(huán)境有害的污染物質(zhì)，而且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復(fù)循環(huán)使用。（7）氫能利用形式多，既可以通過燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動機中產(chǎn)生機械功，又可以作為能源材料用于燃料電池。（8）氫可以