新能源绪论-1

新能源发电技术工程热物理教研室张晓东[e-mail],cn教材：《核能及新能源发电技术》张晓东等编著中国电力出版社2008年3月一、绪论第一节能源概述能源的作用和现状在工业化的进程中，生活质量的提高将主要依赖于能源消费，特别是电能的消费。能源消费弹性系数：一次能源消费量的年平均增长率与国民经济年平均增长率之比。电力消费弹性系数：电力消费年平均增长率与国民经济年平均增长率之比（一般来讲，电力消费弹性系数总是大于1）表1-1近年我国能源消费弹性系数和电力消费弹性系数年份能源消费比上年增长(%)电力消费比上年增长(%)国内生产总值比上年增长(%)能源消费弹性系数电力消费弹性系数200315.315.610.01.531.56200416.115.410.11.591.5220059.913.510.20.971.3220076.514.511.90.551.2220088.797.329.00.680.5620098.035.728.70.650.47201010.0015.8710.30.721.14资料来源：国家统计局1980-2010年中国电力消费增速及电力弹性系数趋势图全球石油、天然气和煤炭资源的探明储量分布和储采比储采比(Reserves/Productionratio，即R/Pratio)是指年末剩余储量除以当年开采产量得出剩余储量按当前生产水平尚可开采的年数。由表1-3可知，2006年底世界石油、天然气和煤炭的储采比分别为40.5、63.3和147，我国的数据低于世界平均水平，只有12.1、41.8和48。图1-12006年底世界探明石油储量（总计1208.2）单位：GillionBarrels（109Barrels）资料来源：BPStatisticalReviewofWorldEnergy-June2007亚太地区：40.5欧洲&欧亚地区：144.4中东地区：742.7非洲：117.2南&中美州：103.5北美：59.9图1-22006年底世界探明天然气储量（总计181.46）单位：Trillionm3（1012m3）资料来源：BPStatisticalReviewofWorldEnergy-June2007亚太地区：14.82欧洲&欧亚地区：64.13中东地区：73.47非洲：14.18南&中美州：6.88北美：7.98图1-32006年底世界探明煤炭储量（总计909）单位：Gilliontonnes（109吨）资料来源：BPStatisticalReviewofWorldEnergy-June2007亚太地区：296.9欧洲&欧亚地区：287.1中东地区：0.4非洲：50.3南&中美州：19.9北美：254.4图1-4一些国家年发电量增长趋势比较数据来源：BPStatisticalReviewofWorldEnergy050010001500200025003000350040004500500020012002200320042005200620072008200920102011TWh美国日本中国能源与环境能源生产和消费的各个环节都会对环境产生影响，是环境污染的重要来源之一。当前，由能源的利用引起的环境污染主要表现在：温室效应和气候变化酸雨臭氧层破坏局部生态系统破坏放射性污染等图1-52010年部分国家和地区的单位GDP能源供给量和CO2排放量资料来源：KEYWORLDENERGYSTATISTICS，IEA，2012*：数据不包括香港和台湾引起温室效应的气体有CO2、CH4、N2O等。在上个世纪，全球大气中CO2的含量增加了约20%，主要原因就是化石能源的利用和森林面积的减少。0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00世界OECD中东日本中国亚洲美国非洲TPES/GDPCO2/GDP排放到大气中的SO2和NOx的湿式沉降成为酸雨（酸雾、酸雪）。90%以上是化石燃料的燃烧造成的。图1-62006年全国酸雨区域分布我国电力工业的发展表1-4我国能源生产总量、构成及电力装机和发、供电煤耗年份能源生产总量(亿吨标准煤)电力装机容量（亿kW）发电煤耗（g/kWh）供电煤耗（g/kWh）占能源生产总量的比重(%)原煤原油天然气水电、核电、风电200113.74453.1935738571.817.02.98.2200214.38103.3935638372.316.63.08.1200316.38423.5735538075.114.82.87.3200418.73414.434937676.013.42.97.7200520.60685.0834337076.412.63.37.720066.2200723.54457.92532276.611.33.98.2201024.468.435374.711.35.09资料来源：国家统计局－《中国统计年鉴》、InternationalEnergyAnnual2004、能源发展“十一五”规划、中电联当前我国电力工业发展和电源结构调整的一些基本原则是：优先发展水电积极发展核电优化发展火电重点发展资源潜力大、技术基本成熟的风力发电、生物质发电、生物质成型燃料、太阳能利用等可再生能源，以规模化建设带动产业化发展。第二节、能源的分类和利用能源可分为可再生能源和不可再生能源。可再生能源的数量不会因为人类的使用而减少，是可以持续提供的。国际能源机构（InternationalEnergyAgency，IEA）定义的可再生能源包括：可燃性可再生物质和垃圾；水力发电；地热能（用于发电或供暖的地热水或地热蒸汽资源）；太阳能（用于发电和主动供暖利用等，不包括被动式的供暖和照明利用方式）；风力发电；潮汐、波浪和海流发电。传统的煤、石油、天然气等化石燃料以及核燃料是非再生能源新能源的利用核能：到2009年底，我国大陆已建成6个核电站的11台核电机组，总装机容量907.82万千瓦。我国计划到2020年，核电装机容量达到电力装机容量的4～5%。太阳能：光-热转换和光-电转换风能：到2020年底，规划全国风电总装机规模达到1.2～1.5亿千瓦海洋能：通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要有潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水盐差能。地热能生物质能氢能评价能源品质的技术指标能流密度：指单位空间或单位面积的能量或功率经济性：即开发利用的成本可存储性和供能连续性运输费用与运输损耗环境污染存储量：我国水力、煤炭资源丰富，太阳能、风能、海洋能的储量也比较丰富能量品位：机械能形式存在的能源品位较高，而热能的品位较低，并且和可以达到的温度有关第三节发展可再生能源产业的战略需求发展可再生能源的紧迫性和必要性3.我国人均能耗低能源需求缺口巨大1.化石能源短缺，威胁国家能源安全2.气候变暖，威胁全球安全4.可再生能源引领第四次工业革命我国可再生能源储量丰富1国家能源安全的战略需求探储量生产量开采年限全球原油（亿吨）170840.66742中国原油（亿吨）211.89711.1全球天然气（万亿立方米）185.023.06360.4中国天然气（万亿立方米）2.460.0732.3全球煤（亿吨）826067.705122中国煤（亿吨）114527.92741我国化石能源可开采年限仅10-40年，远远落后世界平均开采年限。2国家节能减排的战略需求1992年《气候变化公约》确定“共同但有区别责任”原则，合作应对气候变化1997年《京都议定书》规定缔约方温室气体减排量在2008至2012年内比1990年至少减少5%为每个缔约方确定了“有差别的减限排”指标提供了三种境外减排的灵活机制，即清洁发展机制，联合履约机制，国际排放贸易2007年巴厘岛会议通过“巴厘路线图”，确定在《气候变化公约》和《京都议定书》下进行双轨制谈判2009年哥本哈根会议进行两个双轨制谈判：制定发达国家2012年后量化的减排指标发展中国家也要在发达国家技术和资金支持下，采取具有实质性效果的国内减缓行动全球应对气候变化的形势十分严峻，气候变化领域的矛盾斗争日益复杂尖锐各类能源技术的CO2气体排放量比较可再生能源的CO2排放量远远低于化石能源。2007年，我国CO2气体排放量67.2亿吨，其中80.5%来自于煤炭，因此大规模发展可再生能源对节能减排具有重要的作用。可再生能源及新能源化石能源我国相应政策2007年6月，由科技部等14个中央政府部门编制和发布《中国应对气候变化科技专项行动》，这是《国家方案》的支撑行动，控制温室气体排放和减缓气候变化的8个技术开发方向主要是在能源技术进步：节能、可再生能源、先进核能、洁净煤及碳捕获与埋存（CCS）2009年11月25日，国务院常务会议决定：到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％－45%。3解决国家能源巨大缺口的战略需求中国我国人均能耗低于全球平均水平的一半，只相当于美国的十分之一。随着城市化进程和人民生活水平的提高，我国人均能耗有大幅增长的趋势，导致我国能源需求缺口变大措施大规模发展可再生能源4第四次产业革命的战略需求18世纪60年代19世纪70年代20世纪40年代目前第一次产业革命第二次产业革命第三次产业革命第四次产业革命蒸汽机电力电脑可再生能源在全球气候逐渐变暖，能源供应日渐紧张的今天，发展可再生能源是一个新的经济增长点。第四次产业革命将是可再生能源引导产业革命、能源革命，这次能源革命对于经济的可持续发展来说将是一个有效推动力。我国错过了前三次产业革命的先机，导致科学经济落后于发达国家。面对第四次产业革命，我国应加大可再生能源的研究和投资力度，把握先机，占领科学制高点。风能：陆上（距地面50m高）达23.8亿千瓦近海(5-25m水深，距海面50m)达2亿千瓦我国可再生能源储量丰富对其进行大规模开发具有可行性我国陆上离地面50米高度、风功率密度≥300瓦/平方米的风能资源潜在开发量约23.8亿千瓦，主要分布在西北、华北和东北即“三北”地区以及沿海地区，如内蒙古呼伦贝尔、锡林郭勒、通辽、赤峰、乌兰察布、包头、巴彦淖尔市和阿拉善盟，以及甘肃酒泉、新疆哈密、辽宁阜新和河北坝上等地区。我国近海水深5～25米的区域、海平面以上50米高度、风功率密度≥300瓦/平方米风能资源潜在开发量约2亿千瓦，风能资源丰富区主要分布在福建、浙江南部和广东东部的近海海域，其次是广东西部、海南、广西北部湾、浙江北部和渤海湾近海海域。内蒙古自治区风能资源分布内蒙古自治区（含蒙东、蒙西两个千万千瓦级风电基地）50米高度风能资源潜在开发量约13.1亿千瓦，可装机容量约3.8亿千瓦。在剔除了各种限制风能资源开发的因素之后，内蒙古自治区达到3级以上（≥300瓦/平方米）风能资源的面积可达35.64万平方公里，潜在开发量约13.1亿千瓦，可装机容量约3.8亿千瓦，其中达到3级（300～400瓦/平方米）的风能资源面积有21.5万平方公里，潜在开发量约9.0亿千瓦，可装机容量约2.7亿千瓦；4级及以上（≥400瓦/平方米）的面积达14.14万平方公里，潜在开发量约4.0亿千瓦，可装机容量约1.1亿千瓦。甘肃酒泉地区风能资源分布甘肃酒泉千万千瓦级风电基地50米高度风能资源潜在开发量约2.1亿千瓦，可装机容量约8220万千瓦。甘肃酒泉地区制约风能开发利用的因素不多。在考虑了所有技术、自然地理和政策等制约因素之后，甘肃酒泉千万千瓦级风电基地风能资源达到3级及以上面积约4.7万平方公里，潜在开发量约2.1亿千瓦，可装机容量约8220万千瓦，其中3级（300～400瓦/平方米）风能资源所占面积为3.91万平方公里，潜在开发量约1.7亿千瓦，可装机容量约7862万千瓦；达到4级以上（≥400瓦/平方米）风能资源的潜在开发量约3060万千瓦，可装机容量为约358万千瓦。吉林西部地区风能资源分布吉林西部千万千瓦级风电基地50米高度风能资源潜在开发量约1540万千瓦，可装机容量约460万千瓦。吉林省西部千万千瓦级风电基地风能资源为2.5～3级。2.5级及以上（≥