能量有效利用

劉亮E-mail：llenergy@課程簡介介紹各種形式能量(能源)轉(zhuǎn)換和利用的基本原理及方法，重點(diǎn)講述能量利用過程中的數(shù)量和質(zhì)量分析，以及實(shí)際應(yīng)用過程中的節(jié)能分析。相關(guān)課程：《能源管理》、《能源開發(fā)與利用》、《節(jié)能原理與技術(shù)》、《熱能轉(zhuǎn)換與利用》主要內(nèi)容：一、概述（各種能量利用形式及其原理）二、能量有效利用基礎(chǔ)三、能量的數(shù)量分析四、能量的質(zhì)量分析—火用分析40學(xué)時：30理論學(xué)時，10實(shí)驗(yàn)學(xué)時。1-14周考核方式：平時成績30%，閉卷考試70%第一章概述第一節(jié)：能源與社會發(fā)展能源是整個世界發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長的最基本的驅(qū)動力，是人類賴以生存的基礎(chǔ)。自工業(yè)革命以來，能源安全問題就開始出現(xiàn)。今天，國際能源安全已上升到了國家的高度，各國都制定了以能源供應(yīng)安全能源全為核心的能源政策。一、能源在人類社會的發(fā)展中占據(jù)著重要地位二、能源科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破，都引起生產(chǎn)技術(shù)的革命◆能源發(fā)展經(jīng)歷的三個時期：A、柴草時期：火的發(fā)現(xiàn)－18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命，用于燒制陶瓷和冶煉金屬；B、煤炭時期：13世紀(jì)開采，18世紀(jì)中大規(guī)模開采，1769年瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)，產(chǎn)生第一次產(chǎn)業(yè)革命；C、石油時期：20世紀(jì)60年代超過煤。人類社會發(fā)展的四大支柱產(chǎn)業(yè)之一。◆三次重大突破：A、發(fā)明蒸汽機(jī)，產(chǎn)生第一次產(chǎn)業(yè)革命；B、19世紀(jì)70年代電力發(fā)明使人們的生產(chǎn)活動進(jìn)入電氣時期；C、20世紀(jì)50~60年代轉(zhuǎn)向油、氣為主?！梢灶A(yù)見的第四次變革時期—核電時期一種新型能源的大量推廣使用，推動經(jīng)濟(jì)的巨大發(fā)展?！舳啻文茉次C(jī)?1973年能源危機(jī)-原因∶阿拉伯國家，他們因不滿西方國家支持以色列而采取石油禁運(yùn)。?1979年能源危機(jī)-原因∶伊朗革命爆發(fā)。?1990年石油價格暴漲-原因∶波斯灣戰(zhàn)爭?！?2005石油價格上揚(yáng)-原因∶供需關(guān)系失調(diào)?！魩状文茉磻?zhàn)爭?1973-1974第四次中東戰(zhàn)爭后果:至少使全球經(jīng)濟(jì)倒退2年?1979-1980的兩伊戰(zhàn)爭后果:美國GDP增長率5.6%降到3.2%，?1990年的海灣戰(zhàn)爭，徹底的石油戰(zhàn)爭??????????2006年的俄烏油氣之爭后果:直接影響中國能源戰(zhàn)略安全預(yù)計(jì)到了2015和2020年，中國石油凈進(jìn)口率將達(dá)到57.4%和59.7，超過了石油安全的極限.如果真的發(fā)動戰(zhàn)爭，美國與一些西方國家很有可能會以能源來打擊中國。一旦在能源上發(fā)生問題，又必將對經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生不良的影響。1981年0.2%的負(fù)增長

任何工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)都離不開能源，他們對能源的需要量不僅表現(xiàn)在生產(chǎn)中直接消秏掉的能源，還包括生產(chǎn)設(shè)備本身及原材料在生產(chǎn)過程中間接消耗的能源，因此每個國家的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源消費(fèi)量之間有著密切的聯(lián)系。三、能源與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系地區(qū)指標(biāo)1950~19751976~20002001~2030發(fā)達(dá)國家一次能源年增長率%，n4.52.2~2.91.6~2.0經(jīng)濟(jì)年增長率%，m4.82.8~3.81.8~2.5n/m0.940.79~0.760.89~0.80發(fā)展中國家一次能源年增長率%，n8.64.4~5.92.9~4.0經(jīng)濟(jì)年增長率%，m6.03.6~5.22.6~3.6n/m1.431.12~1.131.12~1.11※上表呈現(xiàn)兩個特點(diǎn)：⒈能源消費(fèi)量基本隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷增增長⒉能源消費(fèi)量的增長與經(jīng)濟(jì)增長之間存在著依賴關(guān)系對2中所述這種依賴關(guān)系一般用能源消耗彈性系數(shù)ε來表示☆能源消耗彈性系數(shù)含義：1）ε=1能源消費(fèi)與國民經(jīng)濟(jì)增長同步2）ε>1能源消費(fèi)增長比國民經(jīng)濟(jì)增長快，以較大的能源消費(fèi)增長滿足較小的經(jīng)濟(jì)增長3）ε<1能源消費(fèi)增長比與國民經(jīng)濟(jì)增長慢

ε可預(yù)測遠(yuǎn)期能源的增長速度以預(yù)測遠(yuǎn)期能源的需求量。但不能離開具體經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件簡單的外推。經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)；科學(xué)技術(shù)與能源管理水平；受人民生活水平等因素的影響。四、能源結(jié)構(gòu)（可幷于與第二章）能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)：各種能源的生產(chǎn)量在整個能源工業(yè)總產(chǎn)量中所占的比重能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)：國民經(jīng)濟(jì)各部門所消費(fèi)的各種能源量占總消費(fèi)量的比重國別種類石油天然氣煤炭水力核能中國(1996年)美國(1996年)日本(1996年)17.51.675.05.50.439.126.724.21.48.653.811.917.61.515.3世界平均(1996年)39.523.526.92.67.4預(yù)測中國(2020年)19.69.061.37.32.9世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)反映一個國家的技術(shù)水平和生活水平；從能源結(jié)構(gòu)的變化可以看出一個國家的發(fā)展情況對比不同國家的工業(yè)與民用能源，電能與其他能源的使用情況項(xiàng)目原煤石油天然氣電力能源合計(jì)一次能源總產(chǎn)量79254.0二次能源火電量各部門消耗總量1.工業(yè)部門重工業(yè)部門電力熱力部門輕工業(yè)部門2交通部門3農(nóng)林部門4電子通訊5建筑部門6商業(yè)部門其他部門7敏作用能源結(jié)構(gòu)表能源平衡表反映能源的收支平衡及供銷平衡情況能源收支平衡關(guān)系：能源消費(fèi)量=總產(chǎn)量±庫存變化±進(jìn)出口量

=實(shí)際消費(fèi)量+損耗量常用換算：7000kal=29300kJ，1kg標(biāo)煤1kg原煤≈0.714kg標(biāo)煤；1kg原油≈1.429kg標(biāo)煤1m3天然氣≈1.214kg標(biāo)煤水電按發(fā)同樣電量平均火電耗煤折算,目前按發(fā)電單位標(biāo)煤消耗為0.404kg/(kw.h)當(dāng)計(jì)入電能產(chǎn)量和消費(fèi)后，產(chǎn)電燃料消耗不重復(fù)計(jì)算第二節(jié)：能源及其分類◆究竟什么是“能源”呢？關(guān)于能源的定義，目前約有20種！?《科學(xué)技術(shù)百科全書》-能源是可從其獲得熱、光和動力之類能量的資源；?《大英百科全書》-能源是一個包括著所有燃料、流水、陽光和風(fēng)的術(shù)語，人類用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換手段便可讓它為自己提供所需的能量；?《日本大百科全書》-在各種生產(chǎn)活動中，我們利用熱能、機(jī)械能、光能、電能等來作功，可利用來作為這些能量源泉的自然界中的各種載體，稱為能源；?我國《能源百科全書》說：“能源是可以直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換提供人類所需的光、熱、動力等任一形式能量的載能體資源。可見，能源是一種呈多種形式的，且可以相互轉(zhuǎn)換的能量的源泉。確切而簡單地說，能源是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質(zhì)資源?！裟茉吹姆诸悡?jù)不同的劃分方式，能源也可分為不同的類型。主要有以下七種分法：A、來自地球以外的太陽能，如太陽輻射能、煤、石油、天然氣、水能、風(fēng)能、雷電等；B、來自地球本身，如地?zé)崮?、原子核能；C、來自地球與月球、太陽等天體相互作用產(chǎn)生的能量如潮汐能。1.按來源分類：2.按其加工程度分類：A、一次能源，指天然能源，包括常規(guī)能源（可再生能源如水能，非再生能源如煤炭、石油、天然氣），新能源（可再生能源如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能，非再生能源如核聚變能,油頁巖、油沙）；B、二次能源如煤制品、石油制品、電力、氫能、蒸氣等。3.按能源性質(zhì)分A、有燃料型能源（煤炭、石油、天然氣、泥炭、木材）B、非燃料型能源（水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能?.根據(jù)能否造成污染分A、非清潔能源，包括煤炭、石油等B、清潔能源，污染型能源，包括水力、電力、太陽能、風(fēng)能以及核能等。5.據(jù)能源使用的類型分A、常規(guī)能源和新型能源。利用技術(shù)上成熟，使用比較普遍的能源叫做常規(guī)能源。包括一次能源中的可再生的水力資源和不可再生的煤炭、石油、天然氣等資源B、新近利用或正在著手開發(fā)的能源叫做新型能源。包括太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物能、氫能以及用于核能發(fā)電的核燃料等能源。6.按能源的形態(tài)特征分或轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的層次對它進(jìn)行分類。世界能源委員會推薦的能源類型分為：固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水能、電能、太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、核能、海洋能和地?zé)崮?。其中，前三個類型統(tǒng)稱化石燃料或化石能源。7.再生能源和非再生能源A、凡是可以不斷得到補(bǔ)充或能在較短周期內(nèi)再產(chǎn)生的能源稱為再生能源。風(fēng)能、水能、海洋能、潮汐能、太陽能和生物質(zhì)能等）；B、非再生能源煤（石油和天然氣等）。地?zé)崮芑旧鲜欠窃偕茉?，但從地球?nèi)部巨大的蘊(yùn)藏量來看，又具有再生的性質(zhì)。8.商品能源和非商品能源第三節(jié)：各種能源形式及其利用原理人類使用最為廣泛的能量形式，85%~90%

1.燃料化學(xué)能最主要的常規(guī)能源煤、石油、天然氣，90%。各自開采年限：200年，50年，50-100年◆利用形式：a.熱機(jī)做功b.主要的化工原料◆資源情況◆優(yōu)缺點(diǎn)：2.太陽能—最豐富、最有潛力的新能源數(shù)量巨大：約有20億分之1到達(dá)地球，到達(dá)地表47%，達(dá)81萬億kw，陸地17萬億kw。年接受量1018kw.h，地球全部化石燃料的十倍，全世界年能耗量的3萬倍。美國，以色列，德國等?！糍Y源特點(diǎn)及開發(fā)利用情況?第一階段（1900~1920年）1902~1908年，在美國建造了五套雙循環(huán)太陽能發(fā)動機(jī)，采用平板集熱器和低沸點(diǎn)工質(zhì)?第二階段（1920~1945年）礦物燃料的大量開發(fā)利用和第二次世界大戰(zhàn)，致其低谷?第三階段（1945~1965年）平板集熱器，技術(shù)上逐漸成熟。太陽能吸收式空調(diào)的研究取得進(jìn)展，建成一批實(shí)驗(yàn)性太陽房。對難度較大的斯特林發(fā)動機(jī)和塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了初步研究。?第四階段（1965~1973年）技術(shù)成熟，投資大，停滯?第五階段（1973~1980年）太陽熱水器、太陽電池等產(chǎn)品開始實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，研究深入，熱潮。?第六階段（1980~1992年）研究繼續(xù)，投資減少?第七階段（1992年~至今）與環(huán)境保護(hù)結(jié)合在一起，走出低谷?第八階段（未來）解決光伏板并網(wǎng)、貯存難問題?！覈柲荛_發(fā)現(xiàn)狀目前，我國太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是全球太陽能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國家和重要的太陽能光伏電池生產(chǎn)國。成熟太陽能產(chǎn)品有兩項(xiàng)：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和太陽能熱水系統(tǒng)。?政策保障：中國《可再生能源法》的頒布和實(shí)施；?機(jī)遇：京都議定書的簽定，環(huán)保政策的出臺和對國際的承諾；?市場：西部大開發(fā)；原油價格的上漲，中國能源戰(zhàn)略的調(diào)整，使得政府加大對可再生能源發(fā)展的支持力度，所有這些都為中國太陽能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來極大的機(jī)會。從2010年~2020年水電將達(dá)到3億千瓦，風(fēng)電裝機(jī)和生物質(zhì)發(fā)電目標(biāo)都是3000萬千瓦，太陽能發(fā)電達(dá)到180萬千瓦；燃料乙醇和生物柴油年生產(chǎn)能力分別達(dá)到1000萬噸和200萬噸；沼氣年利用量達(dá)到443億立方米。Ⅰ光-熱轉(zhuǎn)換①低溫利用（<200℃）太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能蒸餾器、太陽能太陽房、太陽能溫室、太陽能空調(diào)制冷系統(tǒng)等②中溫利用（200～800℃）太陽灶、太陽能熱發(fā)電聚光集熱裝置③高溫利用（>800℃）主要有高溫太陽爐等。Ⅱ光-熱-電轉(zhuǎn)換Ⅲ光-電轉(zhuǎn)換：利用光伏效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能Ⅳ光-化學(xué)轉(zhuǎn)換：利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學(xué)轉(zhuǎn)換方式◆利用形式：被動式太陽房Ⅰ.光熱利用-太陽房主動太陽房：用集熱器、儲熱裝置、管道、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備，“主動”收集、儲存和輸配太陽能法國綠色建筑設(shè)計(jì)德國節(jié)能住宅光伏建筑一體化荷蘭某大學(xué)圖書館英國綠色住宅示范房Ⅱ.光熱利用-熱水系統(tǒng)Ⅱ.光熱利用-制冷①直接以太陽能熱輻射為驅(qū)動能源，主要有吸收式制冷，吸附式制冷和噴射式制冷。②以太陽能產(chǎn)生的機(jī)械能為驅(qū)動能源，主要有壓縮式制冷，光電式制冷和熱電式制冷。這里簡單介紹太陽能吸收式制冷系統(tǒng)和太陽能固體吸附式制冷系統(tǒng)。太陽能固體吸附式制冷太陽能吸收式制冷Ⅲ.光熱利用太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)包括：集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄熱與熱交換系統(tǒng)、汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)Ⅳ.光電利用◆優(yōu)缺點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn)：a.普遍：沒有地域的限制，且無須開采和運(yùn)輸。b.無害：這一點(diǎn)是極其寶貴的。c.巨大：每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。d長久：氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。②缺點(diǎn)a.分散性：總量盡管很大，但是能流密度很低。往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價較高。b.不穩(wěn)定性：蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。c.效率低和成本高：目前太陽能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因?yàn)樾势停杀据^高，總的來說，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競爭?！糍Y源特點(diǎn)及利用情況3.核能?世界上有比較豐富的核資源，核燃料有鈾、釷氘、鋰、硼等，世界上鈾的儲量約為417萬噸。地球上可供開發(fā)的核燃料資源，可提供的能量是礦石燃料的十多萬倍。?1000克鈾釋放的能量相當(dāng)于2400噸標(biāo)準(zhǔn)煤釋放的能量；一座100萬千瓦的大型燒煤電站，每年需原煤300～400萬噸，運(yùn)這些煤需要2760列火車，相當(dāng)于每天8列火車，還要運(yùn)走4000萬噸灰渣。?1kg鈾235裂變可放出69.5×1010kj熱量，即便只用10%，也已相當(dāng)于2400噸標(biāo)煤發(fā)熱量。核聚變：1g氘聚變能量是1g普化燃料的100萬倍。1噸水中有140g重水，1桶水中重水含有能量相當(dāng)于400桶石油◆資源特點(diǎn)及利用情況3.核能?世界上有比較豐富的核資源，核燃料有鈾、釷氘、鋰、硼等，世界上鈾的儲量約為417萬噸。地球上可供開發(fā)的核燃料資源，可提供的能量是礦石燃料的十多萬倍。?1000克鈾釋放的能量相當(dāng)于2400噸標(biāo)準(zhǔn)煤釋放的能量；一座100萬千瓦的大型燒煤電站，每年需原煤300～400萬噸，運(yùn)這些煤需要2760列火車，相當(dāng)于每天8列火車，還要運(yùn)走4000萬噸灰渣。?1kg鈾235裂變可放出69.5×1010kj熱量，即便只用10%，也已相當(dāng)于2400噸標(biāo)煤發(fā)熱量。核聚變：1g氘聚變能量是1g普化燃料的100萬倍。1噸水中有140g重水，1桶水中重水含有能量相當(dāng)于400桶石油美國核電站法國核電站大亞灣核電站俄羅斯核電站?世界核電發(fā)展歷程:Ⅰ實(shí)驗(yàn)示范階段:1954-1965,共有38個機(jī)組，早期原型反應(yīng)堆Ⅱ高速發(fā)展階段:1966-1980由于石油危機(jī)，核電得以高速發(fā)展，共有242個機(jī)組。日本核發(fā)電增加了21.8倍Ⅲ滯緩發(fā)展階段：1981-2000。石油危機(jī)；三哩島和切爾諾貝利事故；擔(dān)心核武器擴(kuò)散；核電事故；高放射污染Ⅳ復(fù)蘇階段:21世紀(jì)以來。能源緊張；CO2排放；核電運(yùn)行業(yè)績（第三代核電）?世界核電現(xiàn)狀全球能源的快速增長以及人們對氣候變化的關(guān)心等因素突出了核能的優(yōu)勢，在過去的20年里得到了快速的發(fā)展。

※全世界正在運(yùn)行的核動力堆超過440座，總裝機(jī)容量超過387千兆瓦，其中法國核電占其國內(nèi)總電力的74.6%，比利時56.8%，瑞典39%，日本33.8%，德國30.6%，英國22%，美國20%，俄羅斯為16%，中國1...1%。

上述運(yùn)行的核電站中，美國103座，法國59座，日本和俄羅斯也都在30座以上?！壳笆澜缟现挥?1個國家在興建核電站。除印度的8座核電站之外，依次是俄羅斯正在興建4座、我國3座、烏克蘭和保加利亞各2座。再加上阿根廷、芬蘭、日本、羅馬尼亞、巴基斯坦和伊朗，這些正在建設(shè)的核電站建成后預(yù)計(jì)世界核能發(fā)電總量達(dá)到21811兆瓦。歷史事故：?1986年1月6日：美國俄克拉荷馬一座核電站爆炸，結(jié)果造成一名工人死亡，100人住院。?1986年4月26日：前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生大爆炸，其放射性云團(tuán)直抵西歐，造成約八千人死于輻射導(dǎo)致的各種疾病。10倍：綠色和平組織稱切爾諾貝利核泄漏危害被低估10倍；800年：專家稱消除切爾諾貝利核泄事故漏后遺癥需800年；9.3萬人：20年前的切爾諾貝利核電站事故造成致癌死亡人數(shù)約為9.3萬人左右；27萬人：27萬人因切爾諾貝利核泄漏事故患上癌癥，其中致死9.3萬人；34萬人：核泄漏事故發(fā)生后，前蘇聯(lián)立即疏散了11萬多人，隨后數(shù)年，又從污染嚴(yán)重地區(qū)搬遷了23萬人，前后共疏散34萬余人；20億人：建立在白俄羅斯國家科學(xué)院研究成果上的報(bào)告說，全球共有20億人口受切爾諾貝利事故影響。◆我國核電發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

我國核電在世界核電發(fā)展的大背景下也經(jīng)歷了從冷到熱的轉(zhuǎn)變，主要為核能研究階段、技術(shù)起步階段、黃金復(fù)蘇階段。目前已建成6個電站，共131個機(jī)組，秦山一期、秦山二期、三期，大亞灣、嶺澳一期、田灣一期；在建的10座。我國已成為世界在建核電機(jī)組規(guī)模最大的國家。我國核電發(fā)展的中長期發(fā)展目標(biāo)：2020年核電總裝機(jī)規(guī)模達(dá)到7000萬千瓦，核電裝機(jī)占電力總裝機(jī)的4.6%，核發(fā)電量將占總電量的7.0%左右。2030年達(dá)到2億千瓦，核電裝機(jī)占電力總裝機(jī)的10%，核發(fā)電量占總電量的15%。2050年達(dá)到4億千瓦，核電裝機(jī)占電力總裝機(jī)的16%，核發(fā)電量占總發(fā)電量的比重為24%。裂變聚變熱量冷卻蒸汽發(fā)電◆利用形式：①裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)90％滯留于燃料芯塊中②密封的燃料包殼③堅(jiān)固的壓力容器和密閉的回路系統(tǒng)④能承受內(nèi)壓的安全殼四重屏障反應(yīng)堆的合理結(jié)構(gòu)應(yīng)該是：核燃料+慢化劑+熱載體+控制設(shè)施+防護(hù)裝置◆優(yōu)缺點(diǎn)：①優(yōu)點(diǎn)：a.清潔無成空氣污染；b.鈾燃料，暫時沒有其他的用途；c.運(yùn)輸與儲存都很方便；d.核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低，發(fā)電成本較不易受到國際經(jīng)濟(jì)情勢影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。②缺點(diǎn)：a.核廢料，或是已用核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對相當(dāng)大的政治困擾；b.核發(fā)電廠熱效率較低，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重；c.核能電廠投資成本太大，電力公司的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)較高；d.核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運(yùn)轉(zhuǎn)；e.興建核電廠較易引發(fā)政治歧見紛爭；f.核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果在事故中釋放到外界環(huán)境，會對生態(tài)及民眾造成傷害?！糍Y源特點(diǎn)及利用情況4.地?zé)崮?地心距地表6370km，4500℃，?地殼厚度26~50km，溫度在200~1000℃，20~30℃/km?在地層10km范圍內(nèi)的出儲熱量有10.5×1023kJ，約為煤儲量的2000倍?資源類型①熱水型，50~200℃，約占29.5%②蒸汽型，3.5MPa，250℃，約占,0.5%③熱巖，約6km深處，200℃，約占30%④熔巖，火山噴發(fā)地心巖漿，2000℃以上，約占40%

中國華北平原某一個鉆井鉆到1000米時，溫度為46.8℃；鉆到2100米時，溫度升高到84.5℃。另一鉆井，深達(dá)5000米，井底溫度為180℃?環(huán)太平洋地?zé)釒?、地中海喜馬拉雅地?zé)釒А⒋笪餮笾屑沟責(zé)釒?、紅海一亞丁灣一東非裂谷地?zé)釒?中國、冰島、美國、日本、菲律賓。美國地?zé)豳Y源最為豐富項(xiàng)目增長最快，地?zé)岚l(fā)電已占菲律賓電力供應(yīng)的19%。?近十年來，我國地?zé)豳Y源每年以12%速度增加，高于世界平均水平，尤其是中國低溫的直接利用，居世界首位。?西藏地?zé)崽N(yùn)藏量居中國首位，各種地?zé)犸@示幾乎遍及全區(qū)，有700多處，絕大部分地表泉水溫度超過80℃?！鶐状笾?zé)崽铫偕w瑟斯地?zé)崽铮喝虻責(zé)崽镏?。儲集層蒸汽溫度最高達(dá)280℃。1988年，該地?zé)崽镫姀S的總裝機(jī)容量達(dá)到204.3萬千瓦②菲律賓地?zé)崽铮旱責(zé)崽镏械暮髞砭由险摺?1世紀(jì)以來，更是接近200萬千瓦，僅次于美國，居世界第二。③新西蘭懷拉基地?zé)崽?，它是世界上第一個成功開發(fā)的大型熱水田，該地?zé)崽餆崴疁囟茸罡哌_(dá)到265℃④拉德瑞羅地?zé)崽铮菏澜绲責(zé)岚l(fā)電的先驅(qū)，最高溫度為310℃。拉德瑞羅地?zé)犭姀S的總裝機(jī)容量為38.06萬千瓦，名列世界第四。⑤冰島地?zé)崽铮?30℃~128℃，260℃-38O℃

◆利用形式Ⅰ.地?zé)岚l(fā)電：多用于200-350℃。Ⅱ.地?zé)嶂苯永茫ㄝ^理想的方式）①地?zé)岵膳?、供熱和供熱水②地?zé)釤岜芒鄣責(zé)嵩诟餍袠I(yè)中的應(yīng)用a.紡織、印染、制革、造紙b.食品加工業(yè)c.農(nóng)業(yè)④浴療觀光※地?zé)岚l(fā)電：?高溫高壓水-閃蒸?中溫水-低沸點(diǎn)工質(zhì)發(fā)電?蒸汽型-直接供汽輪機(jī)發(fā)電?干熱巖-注入高壓水人造地?zé)崮?/p>

人造地?zé)崮苁菫榱私鉀Q全球暖化對于干凈能源的大量需求的一種新方法，最初概念70年代已提出，采用深度鉆孔技術(shù)于任何地方鉆至靠近地底熔巖附近300度以上的區(qū)域，至少鉆2井，一井注入熱水，一井收回地?zé)嵴魵獍l(fā)電，如果成本允許鉆更多回收井可減少散失蒸氣。深達(dá)5公里以上，要通過堅(jiān)硬花崗巖地殼，鉆頭成本太大，而地底狀況難以掌握有可能鉆出水汽不能流通的廢井，加上地?zé)嵩诖蟊娒襟w關(guān)注不如太陽能和風(fēng)力高，停于實(shí)驗(yàn)階段。

水熱鉆機(jī)、等離子鉆機(jī)的概念提出，鉆井成本有望大幅下降，屆時地?zé)崮懿皇芪恢煤蜌夂蛴绊懩芴峁?4小時穩(wěn)定基載電量的特性，建設(shè)時間、成本和大眾疑慮又遠(yuǎn)低于核能；很有望成為最具競爭力綠色能源和全球暖化的解救方案?！魞?yōu)缺點(diǎn)：①優(yōu)點(diǎn)：清潔，分布廣，熱流密度大，使用方便，參數(shù)穩(wěn)定，不受天氣狀況影響。②缺點(diǎn)：?地?zé)嵴羝臏囟群蛪毫Χ疾蝗缁鹆Πl(fā)電高，因此地?zé)崂寐实?，以致冷卻水用量多于普通電站，熱污染嚴(yán)重。?地?zé)釋儆谠偕容^慢的一種資源。地?zé)嵴羝a(chǎn)區(qū)只能利用一段時間，其長短難于估計(jì)，可能在30—3000a之間。由于取用的水多于回注的水，利用地?zé)岚l(fā)電，最后可能會引起地面沉降，這一點(diǎn)須加以注意.?從冷卻塔派出的廢蒸汽和廢水中可能含有H2S等有毒氣體，應(yīng)予重視并及時加以處理，以免污染廠區(qū)附近的空氣冷凝器蒸發(fā)器1245節(jié)流裝置壓縮機(jī)單級壓縮制冷循環(huán)為了制取更低的溫度必然要求降低蒸發(fā)溫度蒸發(fā)溫度的降低導(dǎo)致蒸發(fā)壓力P0下降冷凝壓力Pk由冷凝溫度決定冷凝溫度受冷卻介質(zhì)（環(huán)境）溫度的限制，變化范圍有限hp12345PkP0太陽能吸附式制冷地下一米半處常年保持在5~15℃地溫中央空調(diào)5.海洋熱能在熱帶和亞熱帶地區(qū)，表層海水保持在25~28攝氏度，400~700深層冷水溫度穩(wěn)定在4~7攝氏度，用上下兩層不同溫度的海水作熱源和冷源，就可以利用它們的溫度差發(fā)電。◆開發(fā)情況：?1881年，法國人達(dá)松伐耳提出海洋溫差發(fā)電的設(shè)想。?1930年，法國人G.克勞德在古巴建成陸基開式發(fā)電裝置。?1979年8月，一個名為“MINI-OTEC”的漂浮式海洋溫差電站在美國夏威夷建成。這是世界上第一個有凈功率(15kW)輸出的海洋溫差發(fā)電裝置※潛力1010kw，現(xiàn)有世界發(fā)電能力的5倍，但成本過高◆優(yōu)缺點(diǎn)：

◆利用方式閉式循環(huán)混合式循環(huán)開式循環(huán)蘭金循環(huán)η≈2..5%對比各種方式6.風(fēng)能◆資源特點(diǎn)及開發(fā)利用情況?風(fēng)能量是豐富、近乎無盡、廣泛分布、干凈無溫室效應(yīng)。據(jù)估算，全世界的風(fēng)能總量約1300億千瓦，比地球上可開發(fā)利用水能總量大十倍。中國的風(fēng)能總量約16億千瓦到2008年為止，全世界以風(fēng)力產(chǎn)生的電力約有94.1百萬千瓦，供應(yīng)的電力已超過全世界用量的1%。預(yù)計(jì)2020年占全球電力的12%。?風(fēng)能雖然對大多數(shù)國家而言還不是主要的能源，但在1999年到2005年之間已經(jīng)成長了四倍以上美國能源部就曾經(jīng)調(diào)查過，單是德克薩斯州和南達(dá)科他州兩州的風(fēng)能可供應(yīng)全美國的用電。?目前美國已成為世界上風(fēng)力機(jī)裝機(jī)容量最多的國家，超過2X104MW，每年還以10%的速度增長。?風(fēng)力發(fā)電自80年代開始受到歐美各國重視以來，至今全球風(fēng)電發(fā)電量以每年30%的驚人速度快速成長。已成為成本最低的新能源發(fā)電技術(shù)。?目前世界上有50多個國家利用風(fēng)能發(fā)電，截止2008年風(fēng)電裝機(jī)容量前十的國家：美國、德國、西班牙、中國、印度、意大利、法國、英國、丹麥和葡萄牙。地區(qū)排名：歐洲60.7%，北美洲19.83，亞洲17.10%，非洲和拉丁美洲各約0.57%。歐洲發(fā)展最快，期望在2020年滿足歐洲全部用電。?我國情況

※資源分布：6米/秒以上的地區(qū)，主要分布在長江到南澳島之間的東南沿海及其島嶼，這些地區(qū)是我國最大的風(fēng)能資源區(qū)以及風(fēng)能資源豐富區(qū)，包括山東、遼東半島、黃海之濱，南澳島以西的南海沿海、海南島和南海諸島，內(nèi)蒙古從陰山山脈以北到大興安嶺以北，新疆達(dá)板城，阿拉山口，河西走廊，松花江下游，張家口北部等地區(qū)以及分布各地的高山山口和山頂?！_發(fā)情況：2006年，中國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到260萬千瓦，成為繼歐洲、美國和印度之后發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的主要市場之一。2007年我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模延續(xù)暴發(fā)式增長態(tài)勢，截至2007年底全國累計(jì)裝機(jī)約600萬千瓦。2008年8月，中國風(fēng)電裝機(jī)總量已經(jīng)達(dá)到700萬千瓦，占中國發(fā)電總裝機(jī)容量的1%，位居世界第五，這也意味著中國已進(jìn)入可再生能源大國行列?！衾眯问?風(fēng)力提水。出口馬來西亞，斯里蘭卡等國家?風(fēng)力發(fā)電。獨(dú)立運(yùn)行；與其它發(fā)電方式相結(jié)合，向小集體供電；并入常規(guī)電網(wǎng)。?風(fēng)帆助航。?風(fēng)力制熱。風(fēng)-電-熱；風(fēng)能-空氣壓縮能；通過風(fēng)力機(jī)直接轉(zhuǎn)換成熱能◆優(yōu)缺點(diǎn)：?優(yōu)點(diǎn)a.清潔，環(huán)境效益好；b可再生，永不枯竭；c.基建周期短d.裝機(jī)規(guī)模靈活；e.規(guī)模大時可逼近火電成本。?缺點(diǎn)a噪聲，視覺污染；b占用大片土地；c不穩(wěn)定，不可控；d目前成本仍然很高;e影響鳥類。

2月28日，中國華能在未來的3至5年內(nèi)，在潮州投資約45億元發(fā)展風(fēng)電項(xiàng)目，在饒平大北山等投資35億元。世界最大機(jī)組已在夏威夷運(yùn)行。風(fēng)力機(jī)直徑97.5米。重達(dá)144t，自動控制。7.天然氣水化合物

天然氣水化合物，又稱籠形包合物，它是在一定條件下由水和天然氣組成的類冰的非化學(xué)計(jì)量的籠形結(jié)晶化合物

成分：烴類及非烴類氣體。主體是甲烷，將甲烷含量超過99%的天然水合物稱為甲烷水合物燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘?jiān)廴颈让?、石油、天然氣小得多。海底可燃冰分布范圍占海洋面積的10%，據(jù)了解，全球的儲量是現(xiàn)有天然氣，石油的兩倍儲量,夠人類使用1000年。外觀像冰，遇火即燃，又被稱作“可燃冰”，“固體瓦斯”，“氣冰”◆資源特點(diǎn)及開發(fā)利用情況。?形成條件①足夠低的溫度；②足夠高的壓力；③充足的氣和水

※一般來說，最佳溫度0-10℃，壓力應(yīng)大10.1MPa，但高緯度地區(qū)和海洋中的情況是不同的在極地，如阿拉斯加、加拿大和俄羅斯北部陸地的永久地帶與陸架海區(qū)均可出現(xiàn)，在永久凍土帶天然氣水化合物的成藏深度可達(dá)150m。

※目前，世界上已發(fā)現(xiàn)的可燃冰分布區(qū)多達(dá)116處，其礦層之厚、規(guī)模之大，是常規(guī)天然氣田無法相比的。

※世界上海底天然氣水合物已發(fā)現(xiàn)的主要分布區(qū)：?大西洋海域的墨西哥灣、加勒比海、南美東部陸緣、非洲西部陸緣和美國東海岸外的布萊克海臺等；?西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千島海溝、沖繩海槽、日本海、四國海槽、日本南海海槽、蘇拉威西海和新西蘭北部海域等；?東太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亞濱外和秘魯海槽等，?印度洋的阿曼海灣；?南極的羅斯海和威德爾海；?北極的巴倫支海和波弗特海；?大陸內(nèi)的黑海與里海等。我國南海等大陸架沿岸海底的甲烷水合物也相繼被發(fā)現(xiàn)?！箨戇吘?、大陸坡、海山、內(nèi)陸海及邊緣海深水盆地和海底擴(kuò)張盆地等構(gòu)造單元內(nèi)。

?前蘇聯(lián)，1960年在西伯利亞發(fā)現(xiàn)了可燃冰，并于1969年投入開發(fā)；?美國，1969年開始實(shí)施可燃冰調(diào)查，1998年把可燃冰作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略能源列入國家級長遠(yuǎn)計(jì)；?日本，1992開始關(guān)注可燃冰是在年；?德國，最先挖出可燃冰?2000年開始，可燃冰的研究與勘探進(jìn)入高峰期，世界上至少有30多個國家和地區(qū)參與其中?！壳爸挥兴膫€國家有能力開采“可燃冰”這種礦物，分別為：美國、日本、印度及中國。

※我國是繼美國、日本、印度之后第4個通過國家級研發(fā)計(jì)劃采到水合物實(shí)物樣品的國家※我國南海、東海、青藏高原均有豐富的可燃冰資源。※開發(fā)情況：?2006年八月，中國宣布計(jì)劃，耗資8000萬元（1000萬美元）在未來的十年內(nèi)研究天然氣水化合物；?2007年5月1日凌晨，我國在南海北部的首次采樣成功，證實(shí)了我國南海北部蘊(yùn)藏豐富的天然氣水合物資源，標(biāo)志著我國天然氣水合物調(diào)查研究水平已步入世界先進(jìn)行列；?2011年3月15日，可燃冰將納入“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃；?2006年—2020年是調(diào)查階段，2020年—2030年是開發(fā)試生產(chǎn)階段，2030年—2050年，中國可燃冰將進(jìn)入商業(yè)生產(chǎn)階段。◆開采方法①傳統(tǒng)開采法：a.熱激光開采法b.減壓開采法c.化學(xué)試劑注入法②新型開采法：a.CO2置換開采法b.固體開采法。危害：溫室效應(yīng)為CO2

的20倍。全球海底天然氣水合物中的甲烷總量約為地球大氣中甲烷總量的3000倍。而且固結(jié)在海底沉積物中的水合物，一旦條件變化使甲烷氣從水合物中釋出，出現(xiàn)大規(guī)模的海底滑坡，毀壞海底工程設(shè)施熱激發(fā)開采法：直接對天然氣水合物層進(jìn)行加熱,使水合物層的溫度超過其平衡溫度,從而促使天然氣水合物分解為水與天然氣。直接注入熱流體加熱、火驅(qū)法加熱、井下電磁加熱以及微波加熱?？蓪?shí)現(xiàn)循環(huán)注熱,作用方式較快，但至今尚未很好地解決熱利用效率較低的問題,而且只能進(jìn)行局部加熱,因此尚有待進(jìn)一步完善。化學(xué)試劑注入開采法，目前對這種方法投入的研究相對較少2)減壓開采法：①低密度泥漿鉆井②當(dāng)天然氣水合物層下方存在游離氣或其他流體時,通過泵出天然氣水合物層下方的游離氣或其他流體來降低天然氣水合物層的壓力。

減壓開采法不需要連續(xù)激發(fā),成本較低,適合大面積開采,尤其適用于存在下方游離氣層的天然氣水合物藏的開采,是天然氣水合物傳統(tǒng)開采方法中最有前景的一種技術(shù)。

但它對天然氣水合物藏的性質(zhì)有特殊的要求,只有當(dāng)天然氣水合物藏位于溫壓平衡邊界附近時,減壓開采法才具有經(jīng)濟(jì)可行性。CO2

置換開采法：這種方法首先由日本研究者提出,方法依據(jù)的仍然是天然氣水合物穩(wěn)定帶的壓力條件。在一定的溫度條件下,天然氣水合物保持穩(wěn)定需要的壓力比CO2水合物更高。因此在某一特定的壓力范圍內(nèi),天然氣水合物會分解,而CO2水合物則易于形成并保