能源化学

第一章前言——当前国际能源形势和中国能源战略CurrentInternationalEnergysituationandChina'sEnergyStrategy第一节引言第二节世界能源形势第三节我国的能源形势第四节能源的评价与研究第五节展望一．什么是能源?二．能源的分类1．按地球上的能量来源分；2．按被利用的程度分；3．按获得的方法分；4．按能否再生分；5．按能源本身的性质分；6．按对环境的污染分。第一节引言第一节引言一．什么是能源?世界能源会议的规定，“能源是使一系统能够产生对外部活动的能力”。通俗地说，能源即是能量的来源或源泉。确切地说，在自然界中可以被人类用来获取各种形式能量的自然资源就是能量资源，简称能源。能源是现代工业经济的基础。能源资源的储备和能源工业结构，在很大程度上影响着国家的经济结构和政策。第一节引言所谓能源，是指能够直接或经过转换而获取某种能量的自然资源。自然资源：煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等。为了便于运输和使用，经上述资源加工可得到一些更符合使用要求的能量来源，如煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。一．什么是能源?第一节引言二．能源的分类也就是以能量根本蕴藏方式的不同，可将能源分为三大类：第一类能源是地球自身蕴藏的能量。主要指地热能资源以及原子能燃料，还包括地震、火山喷发和温泉等自然呈现出的能量。据估算，地球以地下热水和地热蒸汽形式储存的能量，是煤储能的1.7亿倍。地热能是地球内放射性元素衰变辐射的粒子或射线所携带的能量。1．按地球上的能量来源分第一节引言此外，地球上的核裂变燃料(铀、钍)和核聚变燃料(氘、氚)是原子能的储存体。即使将来每年耗能比现在多1000倍，这些核燃料也足够人类用100亿年。二．能源的分类1．按地球上的能量来源分第二类能源是来自地球以外的太阳能。人类现在使用的能量主要来自太阳能，故太阳有“能源之母”的说法。除直接利用太阳的辐射能之外，还大量间接地使用太阳能源。第一节引言二．能源的分类1．按地球上的能量来源分如目前使用最多的化学能源—煤、石油、天然气等化石资源，就是百万年前绿色植物在阳光照射下经光合作用形成有机质而长成的根茎及食用它们的动物遗骸，在漫长的地质变迁中所形成的。此外如生物质能、水能、风能、海洋能、雷电等、也都是由太阳能经过某些方式转换而形成的。第一节引言二．能源的分类1．按地球上的能量来源分第三类能源是地球和其他天体引力相互作用而形成的。这主要指地球和太阳、月球等天体间有规律运动而形成的潮汐能。地球是太阳系的九大行星之一。月球是地球的卫星。由于太阳系其他八颗行星或距地球较远，或质量相对较小，结果只有太阳和月亮对地球有较大的引力作用，导致地球上出现潮汐现象。海水每日翻起潮落各两次，这是引力对海水做功的结果。可不能小看潮汐能，潮差常达十几米，蔚为壮观，其蕴藏着极大的机械能，是雄厚的发电原动力。第一节引言二．能源的分类2．按被利用的程度分常规能源：指目前已被普遍和大量利用的能源，包括目前大量使用和在人类生活中起重要作用的煤、天然气、石油、生物质能、水能等。新能源：指采用高技术广泛利用的古老能源以及新开发、新获得的能源。新能源包括太阳能、生物质能、地热能、风能、海洋能、氢能和原子能等。其实新能源和常规能源也是相对而言的，今天的新能源将来也会变为常规能源，新与旧是有时间性的。第一节引言二．能源的分类一次能源，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然气、风能、水能等；二次能源，即由一次能源直接或间接转换而来的能源，如电能、焦炭、火药、石油产品、蒸汽、煤气、氢等，它们使用方便，易于利用，是高品质的能源。3．按获得的方法分第一节引言二．能源的分类一次能源还可用“可否再生”进一步分为再生能源和非再生能源。所谓再生能源，是指不随本身的转化或被利用而日益减少的能源，例如风能、水能、海洋能、地热能、太阳能以及“野火烧不尽，春风吹又生”的草木燃料(生物质能)等。它们可以从自然界源源不断地得到补充。非再生能源是随着人类利用而逐渐减少的能源，例如化石燃料、核燃料等。有时还称一次能源为自然能源或初级能源。4．按能否再生分第一节引言二．能源的分类含能体能源(燃料能源)：包括各种化石燃料、核燃料、地下热水和蒸汽、高水位水库里的水、氢、炸药之类含能材料等。在含能体能源中，能量储存在载体中。过程性能源(非燃料能源)：包括风能、流水、海流、潮汐、波浪、地层、火山爆发、雷电、电磁能和一般热能等。过程性能源无法大规模地储存，如若储存，必须把它们转变为某种含能体能源。5．按能源本身的性质分第一节引言二．能源的分类例如为了储存流水的动能，需用水坝把水的动能转变为高水位的势能；又如用蓄电池把电能变为化学能储存起来，还可用超导体以磁能方式长期储存电能。5．按能源本身的性质分第一节引言二．能源的分类清洁能源：对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等；非清洁能源：对环境污染较大的能源，如煤、石油等。6．按对环境的污染分一．世界性能源问题二．世界能源发展趋势第二节世界能源形势第二节世界能源形势一．世界性能源问题尽管人类利用能源已经有漫长的历史，能源技术的发展也取得了长足的进步，但目前人类的能源消费结构远远没有达到可持续发展的要求，且不说世界上有1/3的人口根本没有电力供应，1/3人口电力供应非常不稳定，就是在能源供应非常充足的地区，能源消费结构也非常不合理，远远没有达到人类理想的能源消费结构。第二节世界能源形势一．世界性能源问题统计数据表明，目前世界上75%的能源来自于矿物燃料的燃烧，而这些燃烧是人类最大的健康污染源，也是地球温室效应的罪魁祸首。火力发电、交通运输和各种加热过程都需要燃烧大量的煤炭、石油、柴油、汽油和木制品，在燃烧过程中，这些矿物燃料会排放大量的有害气体颗粒，可导致人类呼吸系统障碍和导致癌症。尽管发达国家是温室气体的最严重的排放源，但发展中国家却是最严重的受害者，因此减少矿物燃料的燃烧，降低矿物燃料的排放是新世纪全球可持续发展的重要课题。另外，还存在如下问题：能源的危机—石油的危机能源消费的费用迅速增加—能源资源的勘探、开采越来越难，投入资金多、建设周期长、科技含量高能源资源短缺能源对环境的污染第二节世界能源形势一．世界性能源问题第二节世界能源形势二．世界能源发展趋势第一、世界能源已步入一个新的变革期。能源作为人类社会生产生活的动力，现代社会的发展与经济的繁荣，与能源的发展变革息息相关。近30年来，“石油危机”的发生和现代工业带来的一系列环境问题，使人们对不可再生矿物能源贮量的有限性及其使用的局限性有了更深刻的认识。有限的资源和有限的空间环境，迫使人们在合理利用常规能源及寻求可再生新能源方面进行了积极探索与研究。第二节世界能源形势近来年，由此而构成的能源科技新突破和新发展与微电子技术、生物技术、海洋工程、新材料研究等，共同形成一个引人注目的高技术群。这些高技术在世界范围内的角逐，汇集成一股全球性的高新技术发展洪流。据有关资料预测，这次变革大体将经历两个阶段。第一阶段，以天然气、煤层气等气体能源为主体，以液化煤、气化煤等传统矿物能源的洁净化技术和核裂变技术为两翼，将共同构成世界能源消费的主体。然后，才有可能逐步过渡到以核聚变及可再生能源为主的第二阶段。二．世界能源发展趋势二．世界能源发展趋势第二、高新技术成果在能源工业迅速推广应用，使整个能源工业正在由低技术向高技术过渡。目前，几乎所有新技术革命的重大成就都已迅速地渗透到能源勘探、开发、加工、转换、输送、利用的各个环节。如各种高性能合金、工程塑料、合成树脂、高性能复合结构材料、光纤等新材料的广泛应用；利用微生物探矿、控制有害物质含量和对煤炭用细菌脱硫的各种研究与工业性试验；利用航天技术进行资源普查、处理危险事故，建立高效率、高能量太阳能发电站等等。能源产量的增长愈来愈依靠科学技术进步。第二节世界能源形势二．世界能源发展趋势第二节世界能源形势第三、能源产品正在向洁净化、精细化、高质量化、多元化方向发展，常规能源的开发、加工、转换、输送和综合利用技术将会出现显著进展和重大突破。为扩大煤炭的应用，煤的地下气化、流化床燃烧技术及煤的气、液化研究已得到高度重视。目前，利用煤地下气化上接燃烧发电的试验性电站，3万kW的常压流化床燃烧技术装备，日处理能力70-120t煤的煤气化试验设备以及日处理250t的液化试验装备均已建成。二．世界能源发展趋势第二节世界能源形势第四、节能新产品和新技术不断涌现。许多国家除在提高劳动生产率，改进生产工艺，应用节能新产品、新技术、新材料、新工艺上积极努力外，更引人注目的是在储能技术上的突破。目前日本正在进行1KW级——10KW级——100KW级电池的研究与试制。美国已设计成功最大储量为10000MWH的超导磁体储能装置，各种机械能、自然能、化学能、热能的储存研究更是方兴未艾，此起彼伏。二．世界能源发展趋势第二节世界能源形势第五、各种新能源和可再生能源的开发利用引人瞩目。在各种新能源和可再生能源开发利用中，以太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能等可再生能源的发展研究最为迅速。目前，10万kW的光电池电站，1万kW的风力试验农场，19万kW的地热发电站，24万kW的潮汐发电站均已建成。二．世界能源发展趋势第二节世界能源形势第六、能源开发利用的模式面临着历史性变革。有关专家曾将人类能源开发利用的模式概括为以下4种：一是在较低水平上的可持续使用模式；二是对廉价能源毫不节制的消耗模式；三是节制开发和珍惜使用模式；四是环境容量要求人类对自己的能源开发消费行为加以限制的模式。资源短缺特别是各类不可再生资源的日渐枯竭和日益严重的生态环境问题是人类能源开发利用的两大限制性因素。据统计，在近代工业化革命短短的一二百年中，工业生产增长了50倍，矿物燃料的消耗增加了30倍。更重要的是：人类创造物质财富能力的80%是在20世纪50年代之后产生的，人类消耗矿物燃烧的能力的60%也是在50年代以后产生的。如果人类能源开发利用的模式不尽快改变，其后果将是灾难性的。第二节世界能源形势一．我国能源结构特征二．我国能源发展环境三．我国能源发展趋势四．我国能源发展面临的主要问题五．未来15年的能源形势第三节我国的能源形势第三节我国的能源形势我国能源生产在世界上的排位①美国:24.423一次能源产量②俄罗斯:13.77（1995年,亿吨标准煤）③中国:12.903①沙特阿拉伯:3.934原油产量②美国:3.273③俄罗斯:3.068(1995年，亿吨)④伊朗:1.872⑤中国:1.501①俄罗斯:5554天然气产量②美国:5385③加拿大:1458(1995年，亿立方米)④英国:715⑤荷兰:663(21)中国:179.5①中国:13.607煤产量②美国:9.34③印度:2.855(1995年，亿吨)④俄罗斯:2.622⑤德国:2.464第三节我国的能源形势我国耗能水平在世界上的排位①美国：29.563一次能源消耗量②中国：13.547③俄罗斯：8.917（1995年,亿吨标准煤）④日本：7.003⑤德国：4.803煤消耗量①中国：14.279②美国：8.532(1995年,亿吨)③印度：2.8①美国：8.068石油消耗量②日本：2.673③中国：1.606(1995年,亿吨)④俄罗斯：1.461⑤德国：1.351①阿联酋：18279人均商品能源消耗量②美国：11293③加拿大：11136（1994年,公斤标准煤）(66)中国：1024世界133个国家和地区平均2049第三节我国的能源形势①瑞士：0.139单位产值能耗(1994年)②日本：0.149③意大利：0.217(公斤标准煤/美元GDP)(124)中国：2.041世界133个国家和地区平均0.433①美国：35140.8发电量②中国:10069③日本：9825.5（1995年，亿千瓦时）④俄罗斯：8674.9⑤加拿大：5477.7我国耗能水平在世界上的排位(续)第三节我国的能源形势单位国民生产总值能耗，我国是日本的5倍，德国的3.6倍，美国的2.6倍，比印度还要多1倍多。与美国