能源与动力工程概论

第一章绪论
•我国能源问题的重要性——能源安全！
1.进口依赖
2011年我国进口石油2.6亿吨，重要是从中东和非洲进口，其中从沙特、伊朗、伊拉克进口1.9亿吨，从安哥拉和苏丹进口4000万吨。

2.能源经济—能源价格
2011年我国进口石油花费1.5万亿人民币。

3.能源技术与环境
每年因煤矿事故丧生人数2000人以上；
天然气管道有爆炸危险；
水电站有塌坝危险；
核安全问题。

第一章绪论
•能源消费观
1.是否走美国的能源道路？
低廉的石油价格，放任石油的消费。

2.是否走欧洲和日本的能源道路？
征收能源税。

大力发展节能技术。

有观点认为：低廉的石油价格往往意味着落后的能源利用技术！
3.能源消费与幸福感
是否开车就是先进的生活方式，步行和骑自行车就是落后的生活方式？
第一章绪论
•第一节能源的基本概念
•第二节能源与人类文明
•第三节能源资源
•第四节能量
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第一节能源的基本概念
能源(energy resources)：能够直接或经过转换而提供能量的自然资源。

自然资源(natural resources)：尚未开采出来的资源。

自然资源不属于能源。

初始能源：核聚变、核裂变、放射性源和天体间的引力。

分为
(1)来自地球以外天体的能量—太阳能和宇宙射线能；
(2)地球本身蕴涵的能量；
(3)天体对地球的引力。

能源的定义
能源的分类
来自太阳等地外天体
来自地球
来自地球和其它星体的相互作用
按来源分一次能源
二次能源按成因分燃料能源非燃料能源按性质分常规能源
新能源按使用状况分清洁能源非清洁能源
按污染分
可再生能源
不可再生能源按可否再生分
1 按地球上能量的来源分
•来自于地球本身，如核能、地热能等；•来自于地球外天体，如宇宙射线及太阳能，以及由太阳引起的水能、风能、波浪能、海洋温差能、生物质能、光合作用等；
•来自于地球和其他星体的相互作用，如潮汐能。

2 按使用状况(被利用的程度)分•常规能源(conventional source of energy)，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等；
•新能源，如太阳能(solar energy)、地热能(geothermal energy)、潮汐能(tidal energy)、生物质能(biomass energy)等，另外还有核能。

3 按(成因)获得的方法分
•一次能源(primary energy)，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(secondary energy)，即由一次能源直接或间接转换而来的能源，如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等，它们使用方便，是高品质的能源。

4 按能源能否再生分
•可再生能源，即不会随其本身的转化或人类的利用而越来越少的能源，如水能、风能、潮汐能、太阳能等；
•非再生能源，它随人类的利用而越来越少，如石油、煤、天然气、核燃料等。

5 按能源本身的性质分
•含能体能源（燃料能源），如石油、煤、天然气、地热、氢等，它们可以直接储存；
•过程性能源（非燃料能源），如风能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆发、雷电、电磁能和一般热能等，它们无法直接储存。

6 按对环境的污染情况分
•清洁能源(clean energy)，即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(non clean energy)，即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。

能源的评价
能源多种多样，各有优缺点，能源的现实性、可用性和经济性可以从以下几个方面进行评价。

•能量密度(能流密度)
•储量—探明储量、可采储量、经济可采储量•储能的可能性与供能的连续性
•开发费用和利用能源的设备费用
•运输费用与损耗•能源的地理分布•能源的可再生性•能源的品位•对环境的影响
能源的单位
•当量单位—煤当量、油当量
•单位产量能耗
•资源量、储量、地质储量、探明储量、可采储量、储产比
•原油(液态烃混合物)、石油(原油+石油产品)
•基本单位
焦耳、千瓦时、卡、英热单位(Btu)
第二节能源与人类文明
能源更迭与社会发展
•人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。

(1)火的发现和利用；
(2)畜力、风力、水力等自然动力的利用；
(3)化石燃料的开发和热的利用；
(4)电的发现及开发利用；
(5)原子核能的发现及开发利用。

人类社会已经历了三个能源时期：
•薪柴时期；
•煤炭时期；
•石油时期。

1 薪柴时期
主要以薪柴等生物质燃料为主要能源的时代，生产和生活水平极低，社会发展
缓慢。

2 煤炭时期
•18世纪，以煤炭取代薪柴作为主要能源，蒸汽机成为生产的主要动力，工业迅速发展，劳动生产力增长很快。

•19世纪，电力成为工矿企业的主要动力，成为生产和生活照明的主要来源。

但这时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要燃料。

3 石油时期
•石油资源的发展，开始了能源利用的新时期。

近30年来，世界上许多国家依靠石油和天然气，创造了人类历史上空前的物资文明。

•进入21世纪，核能将成为世界能源的主角，清洁能源的时代也将随之到来。

能源与国民经济
•能源是发展社会生产和提高人民生活水平的重要物质基础，是推动国民经济发展的强大动力。

•经济的增长和经济发展水平的提高都需要能源来支撑，因此，能源消费与经济发展有着密不可分的关系。

从世界能源消费的增长趋势看，能源消费与世界经济发展的趋势是一致的。

•世界各国经济发展的实践证明，在经济正常发展的情况下，能源消耗总量和能源消耗增长速度与国民经济生产总值和国民经济生产总值增长率成正比例关系。

•世界经济和能源发展的历史显示，处于工业化初期的国家，经济的增长主要依靠能源密集型工业的发展，能源效率也较低，因此能源弹性系数多大于1。

能源弹性系数：反映单位国民经济产值增长率的变化所引起的能源消费增长率的变化情况。

越小越好。

能源消费系数：某一年或某一时期，实现单位国民经济产值的平均能源消费量。

越小越好。

能源与人民生活
•人们的日常生活处处离不开能源，不仅衣、食、住、行，而且文化娱乐、医疗卫生等都与能源密切相关。

生活质量指数：将平均寿命、文化指数及婴儿死亡率三大类指标综合成一个
1~100分的指数。

人均耗能量越多，生活指数就越高。

能源与人民生活
•目前我国一次能源消费量已超过美国(2432Mtoe，2010年)，居世界第一位，美国第二位(2285Mtoe，2010年)，俄罗斯第三位(690Mtoe，2010年)。

但由于人口过多，人均能耗水平仍很低，全面建设小康社会仍然是我国人民面临的重要任务。

第三节能源资源
●世界化石燃料探明可采储量 世界化石燃料储量
1996年世界前七位国家的煤炭储量
国家储量/Mt占世界比%
美国24055823.3
中国11450011.1澳大利亚909408.8印度69947 6.8
德国67300 6.5
南非55333 5.4
波兰42100 1.1全世界合计1031610100
1973年和2002年世界硬煤产量的地区分布图
经济合作与发展组织Organization for Economic Co-operation and Development简称经合组织(OECD)，是由30多个市场经济国家组成的政府间国际经济组织，旨在共同应对全球化带来的经济、社会和政府治理等方面的挑战，并把握全球化带来的机遇。

成立于1961年，目前成员国总数34个，总部设在巴黎。

澳大利亚、奥地利、比利时、加拿大、捷克、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、匈牙利、冰岛、爱尔兰、意大利、日本、韩国、卢森堡、墨西哥、荷兰、新西兰、挪威、波兰、葡萄牙、斯洛伐克、西班牙、瑞典、瑞士、土耳其、英国、美国、智利、爱沙尼亚、以色列、斯洛文尼亚。

2010年1月11日，智利正式签署加入经济合作与发展组织的协定，使其成为该组织第31个成员国；同时经济合作与发展组织2010年5月10日宣布，同意吸收爱沙尼亚、以色列和斯洛文尼亚三国为新成员，使其成员数量增至34个。

智利是第一个加入经合组织的南美洲地区国家，以色列则是第一个加入经合组织的中东地区国家。

1973年和2002年世界石油产量的地区分布图
1973年和2002年世界天然气产量的地区分布图
1971年至2001年世界一次能源供应量的地区分布图
能源消费
•当今世界的能源消费
仍以石油为主。

1973年和2001年世界能源终端总消费量的构成
能源消费有两种形式：一种是一次性直接消费，又称终端消费；另一种是加工转换消费，又称中间消费。

终端消费是对中间消费而言，是指能源不用于中间加工转换，而是直接投入到各种加热、动力等设备，用于生产和非生产活动的消费。

主要包括：
1．作为燃料、动力使用的能源。

是指将能源投入到各种加热、动力等设备，产生光、热、功所消费的能源。

2．作为原料使用的能源。

是指在工业生产活动中，把能源作为原料投入使用，经过一系列化学反应，逐步转化为另一种新的非能源产品，如化肥厂生产的合成氨、化工厂生产的合成橡胶等产品所消耗的天然气、煤炭、焦炭；生产染料、塑料、轻纺产品所消耗的原料油等。

3．作为材料使用的能源。

是指一些能源的使用，不构成产品的实体，只起辅助作用的消费。

如洗涤用的汽油、柴油、煤油；各种设备所使用的润滑油等。

4．工艺用能。

是指在生产过程中既不作为原料使用，也不作为燃料、动力使用的工艺用能。

如生产电石用电、电解用电等。

1973年和2001年世界煤炭消费的行业构成
1973年和2001年世界石油消费的行业构成
1973年和2001年世界天然气消费的行业构成
矿物燃料的开采寿命
已知储量潜在储量煤炭30~100年150~250年天然气15~19年25~40年
石油16~18年30~40年
我国能源概况
1 我国的能源构成
●水能资源世界第一，煤炭可采储量世界
第二；
●煤主要分布在北方地区；
●油气主要分布在西部地区；
●水主要分布在西南地区。

2 我国能源的特点
●能源的开发利用在立足于国内的基础上逐步
开发利用国际能源；
●以煤炭为主；
●能源消费构成以工业耗能为主，交通、民用
核商业耗能逐步扩大；
●农村清洁能源需求越来越大；
●能源利用率低、节能潜力大；
总结：总量丰富，人均占有量低，以煤炭为主，分布在远离经济发达地区。

3 我国未来的能源问题
●三大问题：
(1)能源资源总量少，优质能源短缺；
(2)能源技术落后，利用效率低；
(3)环境问题严重。

●三大矛盾：
(1)大量使用煤炭与环保、减排温室气体的矛盾；
(2)大量消耗优质能源和油气能源短缺的矛盾；
(3)大量进口石油、天然气和能源安全的矛盾。

●发展目标：
(1)节能减排；
(2)开发利用可再生能源。

●内蒙的特殊地位：
(1)煤炭资源丰富；
(2)风能资源丰富；
(3)太阳能资源丰富；
(4)地势优势—中西部沙漠多，地势平坦开阔。

第四节能量
•物质和能量—爱因斯坦质能方程。

•所谓能量，也就是“产生某种效果（变化）的能力”。

反过来说，产生某种效果（变化），必然伴随能量的消耗和转换。

能量的定义
人类所认识的六种能量形式•机械能
•热能
•电能
•辐射能
•化学能
•核能。