能源与环境第三讲

第三章常规能源常规能源的定义常规能源是指在一定历史时期，技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源。对于核能，在国外视为常规能源，在我国还是新能源常规一次能源包括：煤炭、石油、天然气、水力常规二次能源包括：电力、煤气、蒸汽、石油制品等第一节煤炭11世纪以后，煤炭的开采逐步得到了发展，并开始成为建筑材料和冶金工业的燃料。18世纪资本主义产业革命后，煤炭成为主要能源。19世纪初，由于电的发明，煤炭的消费量迅速增长，一直到20世纪中叶，煤炭在世界能源结构中都占主导地位。由于煤炭资源比石油、天然气丰富，以煤炭为主要一次能源的格局在相当长的一个时期内不会改变。一煤炭的形成煤是什么？煤是古代植物遗体堆积在湖泊、海湾、浅海等地方，在地壳的长期运动中被埋在地下，在一定的地理环境下，经过复杂的生物化学和物理化学作用转化而成的一种具有可燃性能的沉积岩。这一演变过程称为成煤过程。低等植物经过成煤作用形成腐泥煤，高等植物经过成煤作用形成腐植煤，绝大多数煤为腐植煤。成煤的过程分两个阶段：泥炭化阶段和煤化阶段泥炭化阶段被覆盖的植物在厌氧细菌的作用下，有机质分解而生成泥炭。此作用使植物遗体中氢、氧成分逐渐减少，碳的成分逐渐增加。泥炭（又称草炭、泥炭土、黑土、泥煤）质地疏松、褐色、无光泽、比重小，可看出有机质残体，用火柴烧时可以引燃，烟浓灰多。泥炭工业价值不大，更不适于运输，只可作为地方性燃料在产区附近使用。在许多当地盛产泥炭的地方，泥炭被用来作为日常生活中的燃料使用。在苏格兰地区，泥炭被大量用来作为制造苏格兰威士忌的过程中，烘烤已发芽大麦所需的燃料来源。使用泥炭烘干的大麦具有独特的烟熏味，已经变成苏格兰威士忌的风味特色，称为泥炭度（Peatiness），这也是“泥炭”这名词最常被提及的场合。泥炭可用作农肥,制作腐殖酸类复合肥料;可广泛用于工业，如发电、酿酒、制陶、医药以及建筑材料；可从泥炭中提取多种化工产品。煤化阶段：成岩作用和变质作用褐煤——烟煤——无烟煤泥炭在沉积物压力作用下，开始被压紧脱水而胶结，碳含量进一步增加，过渡成为褐煤。此为煤的成岩作用。褐煤埋藏在地下较深位置，受到高温高压的作用使水分和挥发分渐少，含碳量相对增加，密度、比重、光泽和硬度增加，此过程为煤的变质作用。经过变质作用后的煤成为烟煤。烟煤进一步变质，成为无烟煤。褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的矿产煤。褐色或近于黑色、无光泽，基本上看不见有机物残体，质地比泥炭致密。用火柴可以引燃，有烟。粘结性弱，极易氧化和自燃，吸水性强，在空气中容易风化和破碎，不易储存和远运，通常也只作为地方性燃料。烟煤颜色为黑色，质地坚硬，有光泽，用蜡烛可以引燃，火焰明亮，有烟，是冶金工业和动力工业不可或缺的燃料，也是近代化学工业的重要原料。烟煤最大特点是粘结性，这是其他固体燃料没有的。烟煤可以远距离运输和长期储存，容易燃烧，因此是主要燃料之一。无烟煤颜色黑色，质地坚硬，有光泽，用蜡烛不能引燃，燃烧时无烟，火焰呈青蓝色。无烟煤密度大，含碳量高，挥发分极少，组织致密而坚硬，吸水性小，适于长途运输和长期储存，但其受热时易碎，可燃性较差，不易着火。二煤的成分、质量及分类煤的成分煤主要由碳、氢、氧三种元素组成，并含有少量的氮、硫、磷、稀有元素及放射性元素铀等，另外还含有泥沙等矿物质和水分。由于变质程度不同，煤的碳、氢、氧、氮的含量，发热量和其他性能也不同。为合理利用煤炭资源，要对不同的煤进行元素分析、工业分析和发热值的测定。元素分析：碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分含量工业分析：水分、灰分（灰分、硫酸盐）、固定碳（部分碳）和挥发分（包括氢、氧、氮、有机硫、部分碳等）煤的质量发热量：单位质量的煤完全燃烧时放出的热量。有高位发热量和低位发热量两种表示方法，通常采用低位发热量来评价煤的燃烧价值。煤的高位发热量是指煤完全燃烧后所放出的热量，此热量包括了燃烧后所产生的水蒸汽所含有的热量。煤的低位发热量，指煤在空气中大气压条件下燃烧后产生的热量，扣除煤中水分的汽化热（蒸发热），剩下的实际可以使用的热量。硫：煤中主要有害物质。我国煤中硫含量0.5－3.0％磷：煤中有害物质。焦炭中的磷会使钢铁质量下降。我国煤中磷含量都较低，最高不到1%，大都符合0.05%以下的工业要求。煤的分类三煤炭资源及开煤炭是蕴藏量最丰富的化石能源。目前，世界煤炭储量约为8474亿吨，按目前的煤炭消费水平计算，足以可供开采200多年。世界各地的煤炭资源分布很不平衡，煤炭主要集中在北半球，世界煤炭资源的70%分布在北半球北纬30°～70°。其中，以亚洲和北美洲最为丰富，分别占全球地质储量的58%和30%，欧洲仅占8%；南极洲数量很少。俄罗斯、美国、中国占一半以上。欧洲和欧亚大陆全球煤炭探明储量最大。俄罗斯是该地区煤炭资源最丰富的国家，探明储量为1570.1亿吨，占世界总储量的15.9％，是世界第二大煤炭资源国。亚洲太平洋地区煤炭储量较为丰富。中国在该地区煤炭储量最大，也是世界第三大煤炭资源国。北美洲的煤炭储量也很丰富。美国是世界上煤炭资源储量最大的国家，煤炭资源赋存广泛，地区分布也比较均衡。全美50个州中有38个州赋存煤炭，含煤面积占国土面积的13％。非洲的煤炭储量主要集中在南非。中南美洲煤炭储量较少。中东是世界煤炭储量最少的地区。从不同地区来看，欧洲和欧亚大陆可采年数为300年，其中前苏联地区超过500年；亚洲太平洋地区可采年数约113年，其中中国仅为69年；北美洲可供开采247年，其中美国为258年，加拿大为106年；非洲和中东地区可供开采233年，其中南非为207年；中南美洲的可采年数为354年。中国的煤炭资源中国煤炭资源分布广泛，含煤面积约60多万k㎡，约占国土面积的6%。分布总体上“西多东少、北富南贫”，主要分布在华北、西北，集中在昆仑山—秦岭—大别山以北，以山西、陕西、内蒙古等省的储量最丰富，集中了中国煤炭资源的60%，另外还有近9%集中于川、云、贵、渝地区。山西省煤炭资源储量最多，占全国总储量的30%。与分布相对应的是煤炭生产也集中于这些地区中国煤炭品种多样化，从低变质程度的褐煤到高变质程度的无烟煤都有储存。炼焦煤类占27.65%，非炼焦煤类占72.35%。中国虽然煤炭资源丰富，但适于露天开采的煤炭储量少，仅占总储量的7%左右，其中70%是褐煤，主要分布在内蒙、新疆和云南。(一)煤炭资源与地区的经济发达程度呈逆向分布我国煤炭资源主要分布在山西、内蒙古、陕西、新疆、贵州、宁夏等6省(自治区)，占全国总量82.8%，且煤类齐全、煤质较好。我国需要能源最多、耗用煤量最大的京、津、冀、辽、鲁、苏、沪、浙、闽、台、粤、琼、港、桂等14个东南沿海省(市、区)仅占总量的5.3%。我国煤炭资源赋存丰度与地区经济发达程度呈逆向分布的特点使煤炭基地远离了煤炭消费市场，煤炭资源中心远离了煤炭消费中心，从而加剧了远距离输送煤炭的压力，带来了一系列问题和困难。(二)煤炭资源与水资源呈逆向分布我国水资源比较贫乏，仅相当于世界人均占有量的1/4，而且地域分布不均衡，南北差异很大。以昆仑山—秦岭—大别山一线为界，以南水资源较丰富，以北水资源短缺。煤炭资源过度集中并与水资源呈逆向分布，给当地的煤炭生产发展带来了重要影响，除了运输困难以外，还突出地存在煤炭生产和煤炭洗选过程中的工业用水和民用水源问题。由于大规模的采矿活动和加大用水，会使本来就很脆弱的生态环境进一步恶化，使本来已经得到控制的沙漠继续向外蔓延。(三)优质动力煤丰富，优质无烟煤和优质炼焦用煤不多我国煤类齐全，从褐煤到无烟煤各个煤化阶段的煤都有赋存，能为各工业部门提供冶金、化工、气化、动力等各种用途的煤源。但各煤类的数量不均衡，地区间的差别也很大。煤的基本用途划分为炼焦用煤和非炼焦用煤两大部分，前者占全国煤炭储量的25.4%，后者为72.9%。我国低变质烟煤数量大，煤质好，是煤炭资源中的一大优势。而优质无烟煤和优质炼焦用煤都不多，属于稀缺煤种，应当切实加强保护和合理开发利用。(四)煤层埋藏较深，适于露天开采的储量很少，适于露天开采的中、高变质煤更少据第二次全国煤田预测结果，埋深在600m以浅的预测煤炭资源量占全国煤炭预测资源总量的26.8%，600～1000m的占20%，埋深在1000～1500m的占25.1%，1500～2000m的占28.1%。与世界主要产煤国家比较而言，我国煤层埋藏较深。由于沉积环境和成煤条件等多种地质因素的影响，我国多以薄—中厚煤层为主，巨厚煤层很少。因此可以作为露天开采的储量甚微。(五)共伴生矿产种类多，资源丰富我国含煤地层和煤层中的共生、伴生矿产种类很多。含煤地层中有高岭土、耐火粘土、铝土矿、膨润土、硅藻土、油页岩、石墨、硫铁矿、石膏、硬石膏、石英砂岩和煤成气等煤层中除有煤层气(瓦斯)外，还有镓、锗、铀、钍、钒等微量元素和稀土金属元素含煤地层的基底和盖层中有石灰岩、大理岩、岩盐、矿泉水和泥炭等共30多种，分布广泛，储量丰富。有些矿种还是我国的优势资源煤炭开采露天开采井下开采露天开采：成本低，生产安全，建设周期短。露天开采量占总量40%以上，美、俄、德、澳露天矿产量高达60-80%。我国大部分要井下开采。我国煤矿井型较小，技术装备较落后，机械化程度较低，煤矿安全状况也相对较低。中小煤矿企业安全问题越来越成为发展的严重阻碍。四煤炭生产与消费世界原煤生产最多的地区是亚太地区，占世界总量52.3％，原煤生产最多的国家是中国，占世界总量33.5％。随经济发展，需求在增加，产量也在增加。世界煤炭消费结构逐渐优化，煤炭在加工转换部门的消费比例逐渐增大，在终端直接利用的比例逐渐减少。我国煤炭的消费一直保持了较高的增长速度。五中国煤炭发展战略我国煤炭面临问题：炼焦用煤产量构成超过储量构成，远超实际需求量煤矿规模小，井下开采比重过高，机械化程度低，劳动生产率低，安全保障体系较差，能作为商品煤出口的精煤少交通运输负担环境污染我国煤炭发展战略（1）搞好煤炭开发规划和生产布局（2）完善煤炭法规和标准体系（3）发展大型煤矿企业（集团）（4）联合改造小煤矿（5）推进洁净煤技术产业化（6）发挥煤炭资源优势（7）加强矿区环境综合治理（8）实现矿区可持续发展第二节石油石油素有“工业的血液”之称，是当今世界最重要的能源，是近代有机化工工业的重要原料，是仅次于煤的化石燃料。在世界一次能源的消费中，石油已取代煤成为第一位。石油对国际政治和世界经济均能产生影响石油与国际政治－石油与战争难分难舍世界石油的主要供给地，都曾经或者还在发生战争和武装冲突；最近几十年爆发的战争背后，或多或少都有石油的影子。二战中德国进攻苏联日本偷袭珍珠港1991年海湾战争1999年科索沃战争阿富汗战争伊拉克战争霍尔木兹海峡HormuzStrait位于亚洲西南部，介于伊朗与阿拉伯半岛之间，东接阿曼湾，西连海湾（伊朗人称之为波斯湾，阿拉伯人称之为阿拉伯湾），呈人字形，是海湾与印度洋之间的必经之地。素有“海湾咽喉”之称，具有十分重要的战略和航运地位。海湾沿岸产油国的石油绝大部分通过这一海峡输往西欧、澳大利亚、日本和美国等地，合计承担着西方石油消费国60%的供应量，西方国家把霍尔木兹海峡视为“生命线”。中东地区“石油与世界经济－三次石油危机第一次危机（1973年）1973年10月第四次中东战争爆发，为打击以色列及其支持者，欧佩克的阿拉伯成员国12月宣布收回石油标价权，并将其积陈原油价格从每桶3.011美元提高到10.651美元，使油价猛然上涨了两倍多，从而触发了第二次世界大战之后最严重的全球经济危机。持续三年的石油危机对发达国家的经济造成了严重的冲击。在这场危机中，美国的工业生产下降了14%，日本的工业生产下降了20%以上，所有的工业化国家的经济增长都明显放慢。第二次危机（1978年）1978年底，世界第二大石油出口国伊朗的政局发生剧烈变化，伊朗亲美的温和派国王巴列维下台，引发第二次石油危机。此时又爆发了两伊战争，全球石油产量受到影响