新能源與可再生能源技術概述第1頁/共53頁第一章能源價值及新能源概述

一、能源開發利用的意義

1、什么是能源？

能量：作功的能力。能源：比較集中、而又較易轉化的含能物質，或定義為比較集中的含能體，可以直接或經轉換，為人類提供光、熱、動力等形式的能量的載能體資源。一定的社會發展階段，人們對物質性質的認識及掌握的能量轉換方法不同，能源的定義范疇是不同的。

能源的幾個時代：第一代能源：柴薪；第二代能源：煤炭；第三代能源石油；第四代能源：天然氣。

第五能源？天然氣水合物？氫能？

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2、開發利用能源的意義

世界的構成：物質、能量和信息。

物質：為構成宇宙萬物的實物、場等客觀事物；是一種客觀存在。

能量：物理學概念是用以衡量所有物質運動規模的統一的客觀尺度。

注意區別廣義的能量，如政治能量。

信息：以適合于通信、存儲或處理的形式來表示的知識或消息。

能源是物質世界發生變化的動力，是人類社會發展的主要推動力。沒有能源世界將變成靜止狀態。第3頁/共53頁二、能源分類

1、按來源分：地球外部與內部能源1）地球外部天體，主要來自太陽。太陽直接輻射形成太陽能、風能、水能、生物質能、波浪能等；儲存于地球的太陽能，如化石類能源（石油、天然氣、煤炭和天然氣水合物等）。2）來自于地球內部，如地熱能、核燃料。3）與其他球體相互作用形成的能量，如潮汐能。

2、按形態分：燃料型和非燃料型

燃料型如石油、天然氣、煤炭、生物質等；

非燃料型：如水能、風能等第4頁/共53頁

3、按可否再生分：可再生能源與不可再生能源

1）可再生能源：在自然界中可以不斷產生，并有規律地得到補充的能源，如太陽能和由太陽能轉變而成的水能、風能、生物質能等，都可以循環再生，不會因長期使用而減少。

2）不可再生能源：經過億萬年形成的、短期內無法恢復的能源，如化石類能源（煤炭、石油、天然氣）、核燃料等。

不可再生能源隨著大規模的開采，儲量將越來越少，總有枯竭之時。第5頁/共53頁

4、按轉換層次分一次能源與二次能源1）一次能源：從自然界取得的未經任何改變或轉換的能源,如原油、原煤、天然氣、生物質能、水能、核燃料，以及太陽能、地熱能、潮汐能等。2）二次能源：一次能源經過加工或轉換得到的能源,如煤氣、焦碳、汽油、煤油、電力、熱水、氫能等。

5、按對環境影響程度：清潔能源與非清潔能源

1）清潔能源：使用能源過程中不產生CO2、SO2等污染環境的能源，如太陽能、風能、地熱能、氫能等。2）非清潔能源：如煤炭、石油、天然氣等。第6頁/共53頁

6、按開發技術成熟度分為：常規能源與新能源

1）常規能源：在相當長的歷史時期和一定的科學技術水平下被人類長期廣泛利用的能源，如煤炭、石油、天然氣、水力、電力等。

2）新能源（替代能源）：一些雖屬古老的能源，但只有采用先進的方法才能加以利用，或采用新的科學技術手段才能開發利用的能源；或有些能源近期才被人們所重視而開發利用，而且目前在能源中使用的比例很小，但很有發展前景的能源。如太陽能、地熱能、潮汐能、氫能等。常規能源與新能源是相對的。第7頁/共53頁新能源與可再生能源定義：1978年第三十三屆聯大148號決議：太陽能、地熱能、風能、潮汐能、海水溫差能、波浪能、木材、木炭、泥炭、生物質轉化、畜力、油頁巖、焦油砂及水能共14種定義為新能源和可再生能源。

1981年聯合國新能源與可再生能源會議后，各國共同的認知是：除化石類能源（煤炭、石油、天然氣、天然氣水合物）和核能外，其他都可稱為新能源和可再生能源，主要是：太陽能、風能、地熱能、海洋能（包括潮汐與波浪能）、生物質能、氫能和水能。

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新能源：指一些雖屬古老的能源，但需采用先進方法和技術進行開發利用、對環境和生態友好、可持續發展、資源豐富的能源。即：在新技術基礎上，系統地開發利用的可再生能源，如太陽能、風能、生物質能、地熱能、海洋能、氫能等。

我國定義的新能源：除常規化石類能源和大中型水力發電、核裂變發電之外，太陽能、風能、地熱能、海洋能、潮汐能、生物質能、小水電、天然氣水合物等。

核聚變能也作為新能源？

注意：新能源，可再生新能源，清潔新能源的區別。第9頁/共53頁能源類別一二三四一次能源可再生能源太陽能、風能、水能、生物質能、海洋能地熱能潮汐能不可再生能源煤炭、石油、天然氣、油頁巖、天然氣水合物核能二次能源焦碳、煤氣、電力、蒸汽、沼氣、酒精、汽油、柴油、重油、液化氣、其它能源分類第10頁/共53頁世界各類能源消費比例第11頁/共53頁新能源特點1)資源豐富，一般具備有可再生特性，可供人類永續利用。2)能量密度低，開發利用需要較大空間；

3)不含碳或含碳量很少，對環境影響小；4)分布廣，有利于小規模分散利用；5)間斷式供應，波動性大，對連續供能不利；6)目前除水電外，可再生新能源的開發利用成本較化石能源高。第12頁/共53頁1、能源計量：用某種常規能源的當量發熱量表示。

1kg標準煤=29.3MJ=7000kcal（千卡）

1kg標準油=41.8MJ=10000kcal（千卡）

=1.429kg標準煤

1Nm3天然氣=39.0MJ=9310kcal(千卡）=1.33kg標準煤

1桶原油=158.98升（美制），1噸原油=7.3～7.4桶三、幾個基本概念：第13頁/共53頁

2、能源彈性系數：

能源消費量的增長率與經濟總量增長率之比。能源與許多經濟現象存在著相互依存和制約的數量關系。能源彈性系數反映出能源的發展與社會經濟的發展相互適應的關系以及發展趨勢和規律。實際上反映了一個國家的經濟增長方式。第14頁/共53頁

四、世界能源生產與消費現狀（BP-2011）

2010年世界一次能源消費總量為120.024億噸油當量（下同），與上年相比增長5.6%。其中：

石油：生產39.14億噸，增長2.2%；消費40.28億噸，增長3.1%；占總消費量的32.62%。

天然氣：生產28.81億噸，增長7.3%；消費28.58億噸，增長7.4%；占總消費量的24.01%。

煤炭：生產37.31億噸，增長6.3%；消費35.56億噸，增長7.6%；占總消費量的31.09%。

核電：消費6.26億噸，增長2.6%；占總消費量的5.21%。

水電：消費7.76億噸，增長5.3%；占總消費量的6.47%。

再生能源：消費1.59億噸，增15.5%；占消費總量1.32%。第15頁/共53頁國家石油天然氣煤炭核能消費水電消費可再生能源占世界消費比美國//占本國能源消費比例3.39/8.55.57/6.215.52/5.251.920.5880.39122.85737.19%27.17%22.99%19%德國//占本國能源消費比例0//1.150.09/0.730.44/0.760.0430.1863.19535.99%22.85%23.79%5.82%2.7%英國//占本國能源消費比例0.63/0.740.51/0.840.11/0.310.0082.09135.39%40.17%14.83%1.7%俄羅斯//占本國能源消費比例5.05/1.485.30/3.731.48/0.930.3850.3816.90921.42%53.99%13.46%5.8%日本//占本國能源消費比例0//2.0160//0.850//1.240.6620.1930.0515.00940.25%16.97%24.76%4.2%印度//占本國能源消費比例0.39/1.560.46/0.552.16/2.780.2525.24229.76%10.49%53.03%4.4中國//占本國能源消費比例2.03/4.290.87/0.9818.0/17.20.1671.6310.12124.32217.64%4.03%70.72%0.687%6.71%0.5%20.3%世界消費40.2828.5835.566.2627.7561.586120.024比例33.56%23.82%29.63%5.22%6.46%1.32%單位：億噸油當量。生產//消費/占本國總能源消費比例第16頁/共53頁世界能源流向第17頁/共53頁2010年人均消費能源（噸當量油）第18頁/共53頁1861-2010年世界石油原油價格第19頁/共53頁中國與部分國家單位GDP能耗比較項目世界中國美國德國日本俄羅斯印度說明人口/億69.0913.413.100.8481.2741.40412.1619.41%GDP/萬億美圓62.915.8814.533.295.461.481.639.35%人均GDP/美圓8985428347132405124232510521117647.69%耗能/億噸標油120.024.3222.8573.1955.0096.9095.24220.27%人均消費/噸油1.7371.8147.3733.7683.9324.9210.4311.044%1萬美圓GDP消耗標油/噸1.9084.1361.5730.9710.9174.6683.2162.168倍人均用電/kw-h275223281361671858475633854384.59%注：1）世界人均GDP第一為盧森堡104390美元，最低為布隆迪177美元。2）

人均用電量第一位冰島36920kw-h，最低為海地31kw-h。3）中國的人均GDP是美國的1/11；人均能源消耗是美國的1/4；人均用電量是美國的1/6；萬元GDP能耗是美國的2.6倍，日本的4.5倍。第20頁/共53頁第21頁/共53頁

五、能源發展的戰略問題

能源是人類文明和社會經濟發展的重要物質基礎，是國家可持續發展、國家安全和環境質量的根本保障，是每個國家都必須高度重視的戰略資源。能源的短缺，無論是數量上還是結構性的，都直接和顯著地影響國家經濟與社會發展。能源的消耗直接或間接反映出一個國家的發達程度和人民的生活水平。第22頁/共53頁

1、中國能源生產與消費面臨的主要問題

1）工業結構不合理，高耗能產業比例大，初級產品多（包括外商來料加工的外資型企業）。

2）能源生產結構不合理，煤炭比例大；電力生產以煤電為主（80%以上）；能源分布與消費布局不合理。

3）石油消費自給比例低（小于50%），進口依賴大，石油運輸安全存在不確定性，石油儲備低。2010年為1個月）。

4）化石類能源消費比例高，尤其是相對清潔的能源消費比例低，二氧化碳等大氣污染嚴重，環境保護壓力大。

5）能源利用效率低，浪費嚴重。第23頁/共53頁第24頁/共53頁

2、產業結構不合理的表現：1）初級產品多：2010年：鋼鐵產量6億噸，出口粗鋼2000萬噸；

鋁產量1500萬噸，出口近200萬噸；

水泥產量近19億噸，世界第一出口大國；

玻璃6.3億重箱（50kg/重箱）。2）初級產品出口比例大，如焦炭、鋼材、鋁材。3）外資來料加工或使用當地資源生產加工比例大，如服裝。

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3、化石類能源對環境的影響：

2005年2月生效的《京都議定書》以法規形式限制二氧化碳等6種溫室氣體排放。溫室氣體（GreenhouseGas,GHG）或溫室效應氣體是指大氣中促成溫室效應的氣體成分。部份溫室氣體自然存在于大氣中，另外一些是人為造成，例如燃燒化石燃料-煤產生的CO2等。溫室氣體包括水汽（H2O），水汽所產生的溫室效應大約占整體溫室效應的60-70%，其次是二氧化碳（CO2）大約占26%，其他還有臭氧（O3）、甲烷（CH4）、一氧化二氮（又稱笑氣，N2O）、含氯氟碳化合物等。

第26頁/共53頁2009年世界二氧化碳排放量313億噸。世界化石燃料高消費導致每年排放巨量二氧化碳氣體，嚴重超出了大自然的平衡能力，大氣層中二氧化碳濃度增加，全球氣候變暖在繼續。

不同燃料發電的二氧化碳排放量：

燃料

碳強度系數

天然氣

0.19千克CO2/千瓦/小時

液化石油氣

0.21千克CO2/千瓦/小時

民用燃料油

0.27千克CO2/千瓦/小時

煤

0.32千克CO2/千瓦/小時

汽油

2.30千克CO2/升

柴油

2.63千克CO2/升第27頁/共53頁

日常生活中二氧化碳排放量計算：節約1度電=減排0.977kg(CO2)=減排0.272kg碳節約1kg煤=減排2.493kg(CO2)=減排0.684kg碳家用電氣：減排CO2（kg)=用電量（kw-h）×0.785汽車：減排CO2=油耗（升）×2.7家用燃氣：減排CO2=1標立方米×0.19自來水：減排CO2=噸數×0.91

消耗1噸石油，排放二氧化碳2.64-2.77噸。消耗1噸油當量的煤，排放二氧化碳平均為3.7噸；燃燒1噸油當量的天然氣，產生的二氧化碳氣體排放量約為2.2噸。第28頁/共53頁第29頁/共53頁世界PM2.5污染分布第30頁/共53頁

4、我國能源生產情況、供應與戰略儲備第31頁/共53頁第32頁/共53頁中國天然氣資源分布區第33頁/共53頁第34頁/共53頁第35頁/共53頁第36頁/共53頁第37頁/共53頁第38頁/共53頁第39頁/共53頁第40頁/共53頁中國石油進口來源分布第41頁/共53頁第42頁/共53頁第43頁/共53頁第44頁/共53頁第45頁/共53頁第46頁/共53頁中哈石油管道全長962.2公里，2004年9月動工建設，投資7億元，設計運輸能力2000萬噸，2005年11月一期建成。第47頁/共53頁1974年在西方發達國家成立了國際能源署(IEA)。最初目的是為了通過釋放戰略石油儲備，應對出現石油供給中斷的重大情況。根據IEA計劃，成員國的最低戰略石油儲備是上一年平均90天的石油凈進口量。

石油的彰略儲備第48頁/共53頁六、能源替代—環境保護問題1、化石類能源的替代

煤炭、石油（或液體燃料）、天然氣等化石類能源是不可再生的，而且石油（或液體燃料）在國民經濟中具有不可替代的作用。

天然氣替代：利用儲量相對豐富的天然氣替代石油是許多國家的能源戰略之一。預計今后5