Lecture9-可持续设计能源.

1第九讲能源2生活燃煤3采暖45交通运输6电解铝装置7自动焊接生产线国家电网(东北、华北、华中、华东、西北、南方)9能够提供某种形式能量的物质或物质的运动都可以称为能源。一次能源：从自然界直接取得且不改变其基本形态的初级能源，如：煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水能、生物质能、地热能等；二次能源：一次能源经过自然的或人工的加工转换成另一形态的能源，如：电、汽油、柴油、酒精、煤气、氢能等。能源危机：消耗量与储量的比对环境污染：温室气体、酸雨、大气颗粒物等能源://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption化石能源所占比例化石能源的枯竭2005-2006年（已探明储量）水平：煤炭：9050亿公吨，702.1km3油当量石油：177.9km3到209.4km3天然气：175–181万亿立方米，184.6×109m3油当量2006年（每日产量）流量：煤炭：16,761,260公吨，每日8,300,000立方米油当量石油：每日13,400,000立方米天然气：2,963万亿立方米，每日3,000,000立方米油当量根据目前已探明储量和上述开采流量预测尚可开采年限：煤炭：148年石油：43年天然气：61年根据最乐观的探明储量估计值作出所预测的尚可开采年限：煤炭：417年石油：43年天然气：167年化石燃料的环境影响还包括如：氮氧化物、二氧化硫、挥发性有机化合物、重金属，以及硫酸、碳酸和硝酸等酸性物质等。中国人口及能耗的快速增长中国人口及能耗的快速增长1980年，深圳经济特区成立时，全市用电量仅0.54亿千瓦时；如今深圳电网的最高日供电量已突破2亿千瓦时，这意味着，现在深圳一天就要消耗4个1980年的用电总和。2012年4月10日晚8时30分左右，由于深圳龙岗区横岗街道的一个500千伏变电站出现故障，导致福田、罗湖两区及龙岗部分地区遭遇了两个小时的停电。16“InternationalEnergyOutlook2011”U.S.EIA中国能源消耗的快速增长我国能源形势不容乐观百度百科“能源储量”词条目前已探明的原油储量，2009各国原油进口，2006年之前的数据我国能源形势不容乐观百度百科“能源储量”词条我国耗能污染不容乐观百度百科“能源储量”词条“煤炭储藏量占全国化石燃料储藏量的92%”我国耗能污染不容乐观我国耗能污染不容乐观我国的单位GDP能耗高“能源效率与节能潜力的国际比较”，金培振等，世界经济研究，2011年第1期OECD：经济合作发展组织23?河北衡水市安平县，从2010年8月27日起对全县实施无差别限电，开始时每隔四天停一次，一次14个小时；9月3日起，又改成了每两天限一次，一次22小时。限电期间，不仅居民家停电停水，医院和红绿灯也遭停电。9月4日，河北省武安市的18家钢厂以及一些焦化、铁矿采选企业接到政府要求限电停产的通知，时间暂定为20天到1个月。9月13日，河北省政府表示，为进一步加大节能减排力度。该省今后将继续对电解铝、锌冶炼、铁合金等8个行业实行差别电价、差别水价，并进一步提高加价标准。9月起，广西不仅对落后产能实行限电，一些节能水平较高的钢厂也准备部分停产，从9月2日起，广西柳钢已陆续停产多条生产线，停产计划为时一个月，影响产量30万吨左右。浙江的台州、温州等城市一些企业反映，8月底时集中在高耗能行业限电，到了9月初就开始“一刀切”限电。“各地掀限电限产大潮”，南方周末，2010.9.1726不可再生能源类别优点缺点煤炭容易获得，成本较低易造成空气和水的污染石油使用便宜，容易运输会造成空气污染，油泄漏会污染土壤和水，能源安全问题突出天然气污染很小我国已探明的储量有限27煤炭煤是古代植物体因地壳运动而埋没地下，在适宜的地质环境中经漫长年代演变而成含碳量一般为46%～97%元素组成：碳、氢、氧、氮、硫、磷、稀有元素等煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料28煤炭资源中国是世界上煤产量最高的国家中国的煤炭资源仅次于美国和俄罗斯中国的煤炭资源资源较丰富，硬煤和褐煤储量均居世界第三位，都约占世界已探明总储量的12%储采比为59年，高于石油和天然气煤炭储藏量占全国化石燃料储藏量的92%资源分布不均衡，东少西多，南少北多。60%～70%的煤炭储量集中在山西、陕西、内蒙古和新疆地区，而消费端主要集中在东南部经济发达地区煤炭消费总量的40%以上用于发电，其中使用洁净煤技术发电的比例不足0.5%“车用替代燃料生命周期分析”，张阿玲等著，清华大学出版社，200830煤的主要用途煤是重要的燃料和化学工业原料，主要用途包括：发电用煤、蒸汽机车用煤、建材用煤、一般工业锅炉用煤、生活用煤、冶金用动力煤、炼焦煤等发电炼钢31煤带来的环境影响开采过程：地表塌陷、污染空气和水体、破坏生态系统、浪费伴生资源等；燃煤发电带来的环境影响燃烧过程：产生二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物等；燃煤发电带来的环境影响2013年7月8日，北京大学光华管理学院教授陈玉宇、清华大学经济管理学院教授李宏彬在国际顶尖学术期刊《美国国家科学院院刊》发表论文，称“由于使用燃煤取暖，中国5亿北方居民预期寿命将缩短5.5年”燃煤发电带来的环境影响为改善空气质量，北京将大力度推广优质能源利用，采取综合措施推动能源结构调整，到2015年全市煤炭消费总量下降到1500万吨以下，五环路内甚至城六区基本实现无煤化。燃煤发电带来的环境影响2013年，世界银行宣布了一项重大战略转变—除非特殊情况，世界银行今后将不再为燃煤发电厂项目提供贷款。世界银行表示，今后将帮助各国发展替代煤炭的能源，同时停止为燃煤发电项目提供资金，除非这个国家没有任何可以替代煤炭的能源以供发电且没有其他任何融资途径。2011年1月23日，工人在江西省九江北站装载发电用煤。针对江西省因持续强降雪导致电煤供应紧张的状况，南昌铁路局开辟绿色通道，对煤炭等节日重点物资优先安排运力。2009年美国发电过程的资源比例中国发电过程的资源比例2011中国统计年鉴：2010年我国的能源消费结构中，煤炭占68%，石油占19%，天然气占4.4%，水电、核电和风电等能源占8.6%。3939我国十二五期间的节能减排规划哥本哈根气候会议前，中国政府承诺：到2020年使单位国内生产总值（GDP）二氧化碳排放强度较2005年下降40%～45%；2011年，温家宝总理的政府工作报告：“十二五”期间，中国将实现单位国民生产总值的能源强度降低16％、碳排放强度下降17％。GDP能源强度主要衡量能源使用量和能源利用效率；GDP碳强度主要衡量能源质量，即清洁能源在能源结构中的比例。城市居民燃煤取暖2012/10/29:一台10千伏箱式变电站被搬入北京西城区东中胡同17号院“煤改电”，是北京为减少冬季燃煤污染于2001年开始试点，2003年正式推出的政策，即在平房区以电采暖取代蜂窝煤炉的供暖方式。41煤制气在煤制气项目的生命周期内，温室气体的排放量是常规天然气的七倍。假如这些煤制气项目开工后实际产能为设计的90%，且连续运营40年，二氧化碳排放量将达210亿吨，而同期使用常规天然气的二氧化碳排放量仅为30亿吨。每生产1000m3煤制气约需消耗6至12吨水，按照设计产能的90%计，这些项目开工后每年耗水将逾两亿吨。此外，煤制气生产过程还伴随着有毒的硫化氢和汞的排放，如未能进行妥善的净化处理，将对民众造成潜在的健康威胁。国内目前上马的煤制气项目大多采用碎煤固定床加压气化，其优势是生产成本较低，但劣势是大量含酚废水难以处理。煤制气可能产生的环境影响43石油石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成，属于化石燃料。石油主要是由烷烃、环烷烃、芳香烃等烃类化合物组成。石油主要被用来作为燃油，也是许多化学工业品如化肥、杀虫剂和塑料等的原料。中国的石油资源截至2005年，中国原油的剩余可采储量约为23.4亿吨，仅占世界探明储量的1.4%按照2005年的开采量计算，储采比只有12.9年中国的原油消费量在2002年超越日本，成为世界第二大石油消费国中国对于进口原油的依存度不断增加，2005年进口原油在中国原油总消费量中的比例超过40%“车用替代燃料生命周期分析”，张阿玲等著，清华大学出版社，2008美国能源署的报告显示，2013年9月中国单月石油进口量超过美国，成为世界第一石油输入国46近十年“两桶油”曾发生污染事件、安全事故、环评争议等的地方。47天然气天然气是除煤和石油之外的另一种重要的一次能源。它燃烧时有很高的发热值，对环境的污染也较小，而且还是一种重要的化工原料。天然气的生成过程同石油类似，但比石油更容易。储量较丰富，但分布不均衡，主要集中在波斯湾和前苏联地区。天然气的海上运输：摄氏零下160度，压缩、液化49天然气的陆地运输中国的天然气资源我国天然气资源主要集中在中西部（塔里木、四川、陕甘宁、准噶尔、柴达木、松辽）和东部海域的富气盆地，西气东输可采资源探明程度仅为17.6%，尚处于勘探早期阶段2005年，我国天然气年生产量为499.5亿m3，消费量为479.1亿m3，但生产增长慢于消费增长“车用替代燃料生命周期分析”，张阿玲等著，清华大学出版社，20082012/12/19新闻联播：西气东输二线工程香港段供气管道今天建成，具备了向香港龙鼓滩发电厂供气的条件。正式供气后，全港四分之一的用电量将是天然气转化成的电力。中国环境保护部于9月17日下发《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》，该《细则》指出，到2017年，京津冀及周边地区将全面淘汰燃煤小锅炉，并实施清洁能源替代，其中，天然气将作为主要的替代清洁能源之一。根据上述《细则》，到2017年底，北京市、天津市、河北省和山东省压减煤炭消费总量8300万吨，单就原煤热值来测算，同等热值下约合天然气3460万吨天然气。到2017年底，北京市、天津市、河北省和山东省现有炼化企业的燃煤设施，全部改用天然气或由周边电厂供热供电。北京市、天津市、河北省、山西省和山东省所有工业园区以及化工、造纸、印染、制革、制药等产业集聚的地区，逐步取消自备燃煤锅炉，改用天然气等清洁能源或由周边热电厂集中供热。上述举措无疑会大幅提升国内的天然气需求量，而国内天然气短期内供应量增幅有限，难免会造成“缺气”现象。9月29日，陈塘庄热电厂煤改气搬迁改造配套供热管网工程主管网全线贯通。52化石燃料的环境污染资源耗竭排放温室气体光化学烟雾酸雨颗粒物可能排放汞、砷等重金属元素采矿过程Coal,oil,andnaturalgas/byGeoffreyM.Horn/201055核能核能的实际利用有两种方法：一是目前已达到实用阶段的重核裂变方法，即核裂变反应堆；二是目前还处于研究试验阶段的轻核聚变方法，即核聚变反应。核裂变的燃料：主要是铀。天然铀通常由3种同位素构成：铀-238