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1、,,,*,新能源與分布式發(fā)電,能源概述,新能源與分布式發(fā)電技術(shù),第,1,講 能源概述,§,1,能源概述,關(guān)注的問題,,什么是能源？,,能源有哪些類型？,,怎么評價能源的優(yōu)劣？,,人類面臨著什么樣的能源和環(huán)境問題？,,新能源利用可以發(fā)展起來嗎？,教學(xué)目標(biāo),,了解能源的概念和評價方法，,,掌握能源的分類方法和常見類型，,,了解能源危機(jī)與環(huán)境問題；,,理解新能源發(fā)展的重要意義。,§,1.1,,能源利用的歷史,人類利用能源的歷史，也就是人類認(rèn)識和征服自然的歷史。,幾個發(fā)展階段,,(1),天然能源的原始利用,,幾十萬年以前人類學(xué)會了,用火,，在漫長的歲月里，一直以,柴草,為生活能量的主要來源，燃火用于

2、,燒飯,、,取暖,和,照明,。,,后來逐漸學(xué)會將,畜力,、,風(fēng)力,、,水力,等自然動力用于生產(chǎn)和交通運(yùn)輸。,,這種初級形式的能源利用直到,19,世紀(jì)中期都沒有太大突破。,,在,1860,年,的世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，薪柴和農(nóng)作物秸稈仍占,能源消費(fèi)總量的,73.8%,。,§,1.1,,能源利用的歷史,人類利用能源的歷史，也就是人類認(rèn)識和征服自然的歷史。,幾個發(fā)展階段,,(2),煤炭,,2000,多年,以前人類就知道煤炭可以作為,燃料,。,,14,世紀(jì)的中國,、,17,世紀(jì)的英國采煤業(yè)都已相當(dāng)發(fā)達(dá)，但煤炭長期未能在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。,,18,世紀(jì),70,年代,，英國的瓦特發(fā)明以煤炭作燃料

3、的,蒸汽機(jī),。蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用使煤炭迅速成為,第二代主體能源,。,,煤炭在世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占的比重，從,1860,年的,25,％,，上升到,1920,年的,62,％,。,§,1.1,,能源利用的歷史,(3),石油,,人類很早就發(fā)現(xiàn)了石油，,《,漢書,》,、,《,夢溪筆談,》,有描述。,,直到,19,世紀(jì)，石油工業(yè)才逐漸興起。,1854,年，美國賓夕法尼亞州打出了,世界上第一口油井,，是現(xiàn)代石油工業(yè)的開端。,,1886,年德國人本茨和戴姆勒研制出,第一輛以汽油為燃料,、由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的汽車，進(jìn)入大規(guī)模使用石油的,汽車時代,。,,石油和天然氣逐漸取代煤炭,，在世界能源消費(fèi)構(gòu)成中占據(jù)主要地位。

4、,,1965,年，在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，,石油首次超過煤炭,占居首位，成為第三代主體能源。到,1979,年，石油所占的比重達(dá)到,54%,，相當(dāng)于煤炭的三倍。,§,1.1,,能源利用的歷史,(4),電力,,1881,年，美國建成世界上,第一個發(fā)電站,，同時還研制出電燈等實(shí)用的用電設(shè)備。,,從此以后，電力的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，發(fā)展規(guī)模也越來越大，人類社會逐步進(jìn)入,電氣化時代,。,,石油、煤炭、天然氣等化石燃料被轉(zhuǎn)換成更加,便于輸送和利用的電能,，進(jìn)一步推動工業(yè)革命，帶來了巨大的技術(shù)進(jìn)步 。,§,1.1,,能源利用的歷史,(5),核能和可再生能源,,1942,年,美國,建立世界上,第一座核反應(yīng)堆,，,

5、,1954,年,前蘇聯(lián),建成世界,第一座發(fā)電的反應(yīng)堆,并正式啟用，,,1956,年,美國,的,核電站,投入運(yùn)行，,,核能利用迅速發(fā)展起來，在世界能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要位置。,,到,20,世紀(jì),90,年代,，,核能發(fā)電,所提供的電力占全世界發(fā)電總量的,17%,左右。,,進(jìn)入,21,世紀(jì)以來，太陽能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能等,可再生新能源發(fā)展很快,，并且逐漸走向成熟和規(guī)模化，所占的比重也有望大幅度提高，為人類解決能源和環(huán)保問題開辟了新的天地 。,§,1.1,,能源利用的歷史,最廣泛的利用方式,電能,最成熟的利用方式,熱能,§,1.2.1,,資源和能源,——,資源,——,,在一定時期和地點(diǎn)，在一定條件下

6、,具有開發(fā)價值,、能夠,滿足或提高人類,當(dāng)前和未來,生存和生活狀況,的,自然因素和條件,，稱為,自然資源,，有時簡稱,資源,。,,包括氣候資源、水資源、礦物資源、生物資源、能源，等等。,——,能源,——,,能源,就是能夠向人類,提供某種形式能量,的,自然資源,，,,包括所有的燃料、流水、陽光、地?zé)?、風(fēng)等，,,通過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換,手段可使其為人類生產(chǎn)和生活提供所需的能量。,,例如煤和石油等化石能源燃燒時提供熱能，流水和風(fēng)力可以提供機(jī)械能，太陽的輻射可轉(zhuǎn)化為熱能或電能。,§,1.2,,能源的概念,能源種類很多，通常按其形態(tài)特征或轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的層次分類。,(1),一次能源和二次能源,（按,形成條件,）,

7、以,天然形態(tài)存在,于在自然界中，可,直接取得,而,不需改變其基本形態(tài),的能源，稱為,一次能源,。,,簡單說，一次能源就是自然界中現(xiàn)成存在的天然能源。如煤炭、石油，及風(fēng)能、地?zé)崮艿取?,為了滿足生產(chǎn)和生活的需要，有些能源通常需要經(jīng)過加工進(jìn)行直接或間接的轉(zhuǎn)換才能使用。,由一次能源,經(jīng)加工轉(zhuǎn)換,而獲得的,另一種形態(tài),的能源，稱為,二次能源,。,,如,沼氣,、酒精、汽油，以及蒸汽、,氫能,等。,電能,是最重要的二次能源。,§,1.2.2,,能源的分類,一次能源的來源,自然界中一次能源的初始來源，大致有三種情況：,,①,來自地球以外天體（主要是太陽）的能量,，例如能以光和熱的形式直接利用的太陽能，以化石

8、或生物體等物質(zhì)形式存儲的能量，以風(fēng)、水流、波浪等形式體現(xiàn)的能量；,,②,來自地球內(nèi)部的能源,，主要是核能和地?zé)崮埽?,③,地球與其他天體相互作用產(chǎn)生的能量,，例如月亮、太陽引力變化形成的海洋潮汐能。,(2),常規(guī)能源與新能源,（按,發(fā)展應(yīng)用狀況,）,常規(guī)能源,是指在當(dāng)前的技術(shù)水平和利用條件下，已被人們廣泛應(yīng)用了較長時間的能源,，,,現(xiàn)階段主要是指,煤炭,、,石油,、,天然氣,、,水能,、,核（裂變）能,。,,這類能源，使用較普遍，技術(shù)較成熟。,,新能源,是指由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)或能源品質(zhì)等因素而未能大規(guī)模使用的能源,，,,如,太陽能,、,風(fēng)能,、,海洋能,、,地?zé)?、,生物質(zhì),、,氫能,等。,,這類

9、能源，已經(jīng)開始或即將被人們推廣利用，但目前還沒有被大規(guī)模使用，有的甚至還處于研發(fā)或試用階段。,(2),常規(guī)能源與新能源,（按,發(fā)展應(yīng)用狀況,）,常規(guī)能源和新能源的,分類是相對的,，,不同歷史時期會變化,，這取決于應(yīng)用歷史和使用規(guī)模。,,例如在,1950,年代，核,(,裂變,),能屬于新能源，現(xiàn)在有些國家已把它被歸為常規(guī)能源。,,有些能源雖然應(yīng)用的歷史很長，但正經(jīng)歷著利用方式的變革，而那些較有發(fā)展前途的新型應(yīng)用方式尚不成熟或規(guī)模還小，也被歸為新能源，例如太陽能、風(fēng)能。,,在中國，新能源指除,常規(guī)化石能源,和,大中型水力發(fā)電,、,核裂變發(fā)電,之外的一次能源。,(3),非再生能源和可再生能源,（按,

10、循環(huán)恢復(fù)能力,）,非再生能源,，也叫,不可再生能源,，用完后不可重新生成（至少在短期內(nèi)無法恢復(fù)），總有枯竭的一天。,,如,化石燃料,和,核燃料,均為非再生能源。據(jù)估計，按照現(xiàn)有的探明儲量和開采程度，地球上的化石燃料,最多還可使用幾百年,。,,可再生能源,，可以循環(huán)使用，能夠有規(guī)律地不斷得到補(bǔ)充，沒有使用期限，也不會因長期使用而減少。,,如太陽能、水能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能，均為可再生能源。,(4),含能體能源和過程性能源,(,按,能源存在和轉(zhuǎn)移形式,),含能體能源,是指包含著能量的物質(zhì)或?qū)嶓w。,,例如化石燃料、核燃料、生物質(zhì)、地?zé)崴偷責(zé)嵴羝鹊取?,這類能源,可以直接儲存和運(yùn)輸,

11、。,,過程性能源,是指隨著物質(zhì)運(yùn)動而產(chǎn)生、并且僅以運(yùn)動過程的形式存在的能源。,,如風(fēng)、水、海潮、波浪、地?zé)岬取?,這類能源,無法直接儲存和運(yùn)輸,。,(5),清潔能源和非清潔能源,(,按,環(huán)境污染程度,),清潔能源,是指對環(huán)境沒有污染或污染較小的能源， 有時也叫,綠色能源,。,,如,太陽能,,,風(fēng)能,,,海洋能,；,垃圾發(fā)電,、,沼氣,等。,,非清潔能源,是指可能對環(huán)境造成較大污染的能源,，例如煤炭等化石燃料。,,清潔與非清潔能源的劃分也是相對的。,各種能源均有優(yōu)點(diǎn)，也各有不足。如何進(jìn)行評價和比較？,(1),能流密度,即在單位空間或單位面積內(nèi)，能夠從某種能源獲得的功率。,,化石燃料與核燃料的

12、能流密度大，各種可再生能源的能流密度一般都比較小。,,能量密度太小，則不利于開發(fā)利用，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)性太差。,§,1.2.3,,能源的品質(zhì),標(biāo)準(zhǔn)煤,,各種燃料的熱值是不同的，在統(tǒng)計能源的生產(chǎn)和消費(fèi)，特別在計算能耗指標(biāo)時，常定義,一種假想的標(biāo)準(zhǔn)燃料,，即標(biāo)準(zhǔn)煤。,,標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為,2.9,×,10,4,kJ/kg,。,,各種燃料均可按平均發(fā)熱量折算成標(biāo)準(zhǔn)煤。,(2),開發(fā)費(fèi)用和設(shè)備造價,化石能源與核燃料，探、采、加工、運(yùn)輸，需投入大量人力、物力。發(fā)電設(shè)備單位容量的初期投資較小。,,可再生能源，開發(fā)費(fèi)用主要是開發(fā)能源的一次性投資，設(shè)備造價比較高；而運(yùn)營費(fèi)用很低。,(3),存儲的可能性與供能的連續(xù)性,化石

13、燃料都比較容易存儲，也便于連續(xù)供應(yīng)。,,太陽能、風(fēng)能等可再生能源則不易保存，能量供應(yīng)也可能有波動性和間斷性。,(4),運(yùn)輸費(fèi)用與損耗,運(yùn)輸過程本身也要投資并消耗能源，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)某杀竞蛽p耗會影響能源的使用。,,太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮茈y以運(yùn)輸?；剂峡梢赃\(yùn)輸，但要考慮運(yùn)輸?shù)某杀竞秃哪堋?(5),對環(huán)境的影響,化石燃料燃燒過程中會排放,CO2,等溫室氣體，甚至還有一些有毒的或腐蝕性物質(zhì)，對環(huán)境影響較大。,,核燃料有放射性污染及廢料處理的問題。,,可再生能源大多對環(huán)境的影響較小。,(6),蘊(yùn)藏量,化石燃料等非再生能源，蘊(yùn)藏量是有限的，總有用完的時候。太陽能、風(fēng)能等可再生能源，可以循環(huán)使用，不斷的得

14、到補(bǔ)充，即使每年更新的數(shù)量有限，長期來看，也是無窮無盡的。,(7),能源品位,能源品味反映的是能源利用的方便程度。,,一般來說，,二次能源,要比一次能源,品味高,。,,能直接變成機(jī)械能和電能的能源,（如水力和風(fēng)能），要比那些必須先經(jīng)過熱利用環(huán)節(jié)的能源（如化石燃料）的,品位高,。,§,1.3.1,,常規(guī)能源的環(huán)境影響,（,1,）,大氣污染,,化石燃料的利用過程會產(chǎn)生,CO,、,SO2,、,NOx,等有害氣體，,,不僅能導(dǎo)致,生態(tài)系統(tǒng)的破壞,，還會,直接損害人體健康,。,,在很多國家和地區(qū)，因大氣污染造成的直接和間接損失已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重。,§,1.3,,能源與環(huán)境問題,§,1.3.1,,常規(guī)能源的環(huán)境

15、影響,（,2,）,酸雨,,SO2,、,NOx,等污染物，經(jīng),大氣傳輸,，在一定條件下,形成酸雨,，,,危害農(nóng)作物和森林生態(tài)系統(tǒng)，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，腐蝕材料，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。酸雨還導(dǎo)致地區(qū)氣候改變。,§,1.3.1,,常規(guī)能源的環(huán)境影響,（,3,）,溫室效應(yīng),,大氣中,CO2,的濃度增加,，,地表平均溫度將上升,，尤其在極地，,,結(jié)果可能導(dǎo)致,海平面上升,，將給許多國家造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會影響。,,由于大量化石能源的燃燒，大氣中,CO2,濃度不斷增加。,§,1.3.1,,常規(guī)能源的環(huán)境影響,（,4,）,其它影響,,若再考慮能源開采、運(yùn)輸和加工過程中的不良影響， 則造成損失將更為嚴(yán)重。,,如煤

16、炭開采會有,人員傷亡,和,土地塌陷,。,,核能的利用雖然不會產(chǎn)生上述污染物，但存在,核廢料問題,。,,世界范圍內(nèi)的核能利用，將產(chǎn)生,成千上萬噸的核廢料,。如果不能妥善處理，,放射性的危害或風(fēng)險將持續(xù)幾百年,。,§,1.3.2,,世界能源與環(huán)境問題,世界人口,從,1900,年到目前，,凈增加了,2,倍多,，而,能源消耗增加了,16,倍,，說明人類對能源的依賴越來越強(qiáng)烈。,,目前,化石能源,在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占的,比重仍然很高,。,,如果沒有新的替代能源,充分發(fā)展，按目前的消耗情況估算，,21,世紀(jì)人類又,將面臨著新的能源危機(jī),。,,另一方面，人類大量使用化石燃料，,環(huán)境污染日益嚴(yán)重,，生態(tài)平

17、衡慘遭破壞，直接危及人類的生存和發(fā)展。,可持續(xù)發(fā)展,聯(lián)合國,世界環(huán)境與發(fā)展委員會,完成調(diào)查報告,《,我們共同的未來,》,，提出了,可持續(xù)發(fā)展,概念。,,這一概念及其構(gòu)想在,1992,年,聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會,上得到世界一百多個國家的認(rèn)同。,,可持續(xù)發(fā)展,就是“,滿足當(dāng)代人的需求，又不損害子孫后代滿足其需求能力的發(fā)展,”。,§,1.4.1,,歐美新能源發(fā)展戰(zhàn)略,美國：,,2007,年，,布什,總統(tǒng)簽署新的能源法案，資助可再生能源的 研究和開發(fā)。,,2009,年，,奧巴馬,政府提出能源新政，大力發(fā)展清潔能源， 每年撥款,……,，鼓勵可再生能源利用。,§,1.4,,新能源發(fā)展戰(zhàn)略,歐洲：,,19

18、97,年,可再生能源發(fā)展白皮書,。,,2000,年,能源安全綠皮書,。,,2003,生物液體燃料發(fā)展規(guī)劃,，,2005,年,生物質(zhì)能發(fā)展行動計劃,。,,2006,,建立歐洲可持續(xù)、可競爭、安全的,能源戰(zhàn)略綠皮書,。,§,1.4.2,,我國新能源發(fā)展戰(zhàn)略,1995,年,《,電力法,》,明確宣布，國家鼓勵和支持,利用可再生能源,和,清潔能源,來,發(fā)電,。強(qiáng)調(diào)指出，,農(nóng)村利用太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能,和其他能源進(jìn)行農(nóng)村電力建設(shè)，增加農(nóng)村電力供應(yīng)，,將得到國家的支持和鼓勵,。,,1997,年,《,節(jié)約能源法,》,再次肯定了,新能源,對于,節(jié)能減排,、,改善環(huán)境,的重要戰(zhàn)略作用和地位。一些地方政府

19、也制定并出臺了關(guān)于新能源和可再生能源的法律、法規(guī)和條例。,§,1.4,,新能源發(fā)展戰(zhàn)略,§,1.4.2,,我國新能源發(fā)展戰(zhàn)略,2009,年,《,新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃,(,草案,)》,提出新能源發(fā)電,2020,年的裝機(jī)目標(biāo),：,風(fēng)電,……,億千瓦,，,太陽能發(fā)電,……,萬千瓦,。,,胡錦濤,總書記 “大力推進(jìn),節(jié)能減排,，積極,開發(fā)新能源,，這是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會,可持續(xù)發(fā)展,的重大舉措”。,,溫家寶,總理在人大十一屆三次政府工作報告中明確指出：“要積極應(yīng)對氣候變化。大力開發(fā),低碳技術(shù),，推廣,高效節(jié)能,技術(shù)，積極發(fā)展,新能源和可再生能源,，加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)” 。,§,1.4,,新能源發(fā)展戰(zhàn)略,朱永強(qiáng)，,,zyq@,,華北電力大學(xué),,電氣與電子工程學(xué)院,本課程的配套教材：,,《,新能源與分布式發(fā)電技術(shù),》,，朱永強(qiáng) 主編，北京大學(xué)出版社，,21,世紀(jì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)規(guī)劃教材,