新能源与分布式发电,能源概述,新能源与分布式发电技术,第,1,讲 能源概述,§,1,能源概述,关注的问题,,什么是能源？,,能源有哪些类型？,,怎么评价能源的优劣？,,人类面临着什么样的能源和环境问题？,,新能源利用可以发展起来吗？,教学目标,,了解能源的概念和评价方法，,,掌握能源的分类方法和常见类型，,,了解能源危机与环境问题；,,理解新能源发展的重要意义§,1.1,,能源利用的历史,人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史几个发展阶段,,(1),天然能源的原始利用,,几十万年以前人类学会了,用火,，在漫长的岁月里，一直以,柴草,为生活能量的主要来源，燃火用于,烧饭,、,取暖,和,照明,后来逐渐学会将,畜力,、,风力,、,水力,等自然动力用于生产和交通运输这种初级形式的能源利用直到,19,世纪中期都没有太大突破在,1860,年,的世界能源消费结构中，薪柴和农作物秸秆仍占,能源消费总量的,73.8%,§,1.1,,能源利用的历史,人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史几个发展阶段,,(2),煤炭,,2000,多年,以前人类就知道煤炭可以作为,燃料,14,世纪的中国,、,17,世纪的英国采煤业都已相当发达，但煤炭长期未能在世界能源消费结构中占据主导地位。
18,世纪,70,年代,，英国的瓦特发明以煤炭作燃料的,蒸汽机,蒸汽机的广泛应用使煤炭迅速成为,第二代主体能源,煤炭在世界一次能源消费结构中所占的比重，从,1860,年的,25,％,，上升到,1920,年的,62,％,§,1.1,,能源利用的历史,(3),石油,,人类很早就发现了石油，,《,汉书,》,、,《,梦溪笔谈,》,有描述直到,19,世纪，石油工业才逐渐兴起1854,年，美国宾夕法尼亚州打出了,世界上第一口油井,，是现代石油工业的开端1886,年德国人本茨和戴姆勒研制出,第一辆以汽油为燃料,、由内燃机驱动的汽车，进入大规模使用石油的,汽车时代,石油和天然气逐渐取代煤炭,，在世界能源消费构成中占据主要地位1965,年，在世界能源消费结构中，,石油首次超过煤炭,占居首位，成为第三代主体能源到,1979,年，石油所占的比重达到,54%,，相当于煤炭的三倍§,1.1,,能源利用的历史,(4),电力,,1881,年，美国建成世界上,第一个发电站,，同时还研制出电灯等实用的用电设备从此以后，电力的应用领域越来越广，发展规模也越来越大，人类社会逐步进入,电气化时代,石油、煤炭、天然气等化石燃料被转换成更加,便于输送和利用的电能,，进一步推动工业革命，带来了巨大的技术进步 。
§,1.1,,能源利用的历史,(5),核能和可再生能源,,1942,年,美国,建立世界上,第一座核反应堆,，,,1954,年,前苏联,建成世界,第一座发电的反应堆,并正式启用，,,1956,年,美国,的,核电站,投入运行，,,核能利用迅速发展起来，在世界能源结构中占据重要位置到,20,世纪,90,年代,，,核能发电,所提供的电力占全世界发电总量的,17%,左右进入,21,世纪以来，太阳能、风能、海洋能、生物质能等,可再生新能源发展很快,，并且逐渐走向成熟和规模化，所占的比重也有望大幅度提高，为人类解决能源和环保问题开辟了新的天地 §,1.1,,能源利用的历史,最广泛的利用方式,电能,最成熟的利用方式,热能,§,1.2.1,,资源和能源,——,资源,——,,在一定时期和地点，在一定条件下,具有开发价值,、能够,满足或提高人类,当前和未来,生存和生活状况,的,自然因素和条件,， 称为,自然资源,，有时简称,资源,包括气候资源、水资源、矿物资源、生物资源、能源，等等——,能源,——,,能源,就是能够向人类,提供某种形式能量,的,自然资源,，,,包括所有的燃料、流水、阳光、地热、风等，,,通过适当的转换,手段可使其为人类生产和生活提供所需的能量。
例如煤和石油等化石能源燃烧时提供热能，流水和风力可以提供机械能，太阳的辐射可转化为热能或电能§,1.2,,能源的概念,能源种类很多，通常按其形态特征或转换与应用的层次分类1),一次能源和二次能源,（按,形成条件,）,以,天然形态存在,于在自然界中，可,直接取得,而,不需改变其基本形态,的能源，称为,一次能源,简单说，一次能源就是自然界中现成存在的天然能源如煤炭、石油，及风能、地热能等为了满足生产和生活的需要，有些能源通常需要经过加工进行直接或间接的转换才能使用由一次能源,经加工转换,而获得的,另一种形态,的能源，称为,二次能源,如,沼气,、酒精、汽油，以及蒸汽、,氢能,等电能,是最重要的二次能源§,1.2.2,,能源的分类,一次能源的来源,自然界中一次能源的初始来源，大致有三种情况：,,①,来自地球以外天体（主要是太阳）的能量,，例如能以光和热的形式直接利用的太阳能，以化石或生物体等物质形式存储的能量，以风、水流、波浪等形式体现的能量；,,②,来自地球内部的能源,，主要是核能和地热能；,,③,地球与其他天体相互作用产生的能量,，例如月亮、太阳引力变化形成的海洋潮汐能2),常规能源与新能源,（按,发展应用状况,）,常规能源,是指在当前的技术水平和利用条件下，已被人们广泛应用了较长时间的能源,，,,现阶段主要是指,煤炭,、,石油,、,天然气,、,水能,、,核（裂变）能,。
这类能源，使用较普遍，技术较成熟新能源,是指由于技术、经济或能源品质等因素而未能大规模使用的能源,，,,如,太阳能,、,风能,、,海洋能,、,地热,、,生物质,、,氢能,等这类能源，已经开始或即将被人们推广利用，但目前还没有被大规模使用，有的甚至还处于研发或试用阶段2),常规能源与新能源,（按,发展应用状况,）,常规能源和新能源的,分类是相对的,，,不同历史时期会变化,，这取决于应用历史和使用规模例如在,1950,年代，核,(,裂变,),能属于新能源，现在有些国家已把它被归为常规能源有些能源虽然应用的历史很长，但正经历着利用方式的变革，而那些较有发展前途的新型应用方式尚不成熟或规模还小，也被归为新能源，例如太阳能、风能在中国，新能源指除,常规化石能源,和,大中型水力发电,、,核裂变发电,之外的一次能源3),非再生能源和可再生能源,（按,循环恢复能力,）,非再生能源,，也叫,不可再生能源,，用完后不可重新生成（至少在短期内无法恢复），总有枯竭的一天如,化石燃料,和,核燃料,均为非再生能源据估计，按照现有的探明储量和开采程度，地球上的化石燃料,最多还可使用几百年,可再生能源,，可以循环使用，能够有规律地不断得到补充，没有使用期限，也不会因长期使用而减少。
如太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和生物质能，均为可再生能源4),含能体能源和过程性能源,(,按,能源存在和转移形式,),含能体能源,是指包含着能量的物质或实体例如化石燃料、核燃料、生物质、地热水和地热蒸汽，等等这类能源,可以直接储存和运输,过程性能源,是指随着物质运动而产生、并且仅以运动过程的形式存在的能源如风、水、海潮、波浪、地热等这类能源,无法直接储存和运输,5),清洁能源和非清洁能源,(,按,环境污染程度,),清洁能源,是指对环境没有污染或污染较小的能源， 有时也叫,绿色能源,如,太阳能,,,风能,,,海洋能,；,垃圾发电,、,沼气,等非清洁能源,是指可能对环境造成较大污染的能源,，例如煤炭等化石燃料清洁与非清洁能源的划分也是相对的各种能源均有优点，也各有不足如何进行评价和比较？,(1),能流密度,即在单位空间或单位面积内，能够从某种能源获得的功率化石燃料与核燃料的能流密度大，各种可再生能源的能流密度一般都比较小能量密度太小，则不利于开发利用，因为经济性太差§,1.2.3,,能源的品质,标准煤,,各种燃料的热值是不同的，在统计能源的生产和消费，特别在计算能耗指标时，常定义,一种假想的标准燃料,，即标准煤。
标准煤的热值为,2.9,×,10,4,kJ/kg,各种燃料均可按平均发热量折算成标准煤2),开发费用和设备造价,化石能源与核燃料，探、采、加工、运输，需投入大量人力、物力发电设备单位容量的初期投资较小可再生能源，开发费用主要是开发能源的一次性投资，设备造价比较高；而运营费用很低3),存储的可能性与供能的连续性,化石燃料都比较容易存储，也便于连续供应太阳能、风能等可再生能源则不易保存， 能量供应也可能有波动性和间断性4),运输费用与损耗,运输过程本身也要投资并消耗能源，远距离运输的成本和损耗会影响能源的使用太阳能、风能、地热能难以运输化石燃料可以运输，但要考虑运输的成本和耗能5),对环境的影响,化石燃料燃烧过程中会排放,CO2,等温室气体，甚至还有一些有毒的或腐蚀性物质，对环境影响较大核燃料有放射性污染及废料处理的问题可再生能源大多对环境的影响较小6),蕴藏量,化石燃料等非再生能源，蕴藏量是有限的，总有用完的时候太阳能、风能等可再生能源，可以循环使用，不断的得到补充，即使每年更新的数量有限，长期来看，也是无穷无尽的7),能源品位,能源品味反映的是能源利用的方便程度一般来说，,二次能源,要比一次能源,品味高,。
能直接变成机械能和电能的能源,（如水力和风能），要比那些必须先经过热利用环节的能源（如化石燃料）的,品位高,§,1.3.1,,常规能源的环境影响,（,1,）,大气污染,,化石燃料的利用过程会产生,CO,、,SO2,、,NOx,等有害气体，,,不仅能导致,生态系统的破坏,，还会,直接损害人体健康,在很多国家和地区，因大气污染造成的直接和间接损失已经相当严重§,1.3,,能源与环境问题,§,1.3.1,,常规能源的环境影响,（,2,）,酸雨,,SO2,、,NOx,等污染物，经,大气传输,，在一定条件下,形成酸雨,，,,危害农作物和森林生态系统，破坏水生生态系统，腐蚀材料，造成重大经济损失酸雨还导致地区气候改变§,1.3.1,,常规能源的环境影响,（,3,）,温室效应,,大气中,CO2,的浓度增加,，,地表平均温度将上升,，尤其在极地，,,结果可能导致,海平面上升,，将给许多国家造成严重的经济和社会影响由于大量化石能源的燃烧，大气中,CO2,浓度不断增加§,1.3.1,,常规能源的环境影响,（,4,）,其它影响,,若再考虑能源开采、运输和加工过程中的不良影响， 则造成损失将更为严重如煤炭开采会有,人员伤亡,和,土地塌陷,。
核能的利用虽然不会产生上述污染物，但存在,核废料问题,世界范围内的核能利用，将产生,成千上万吨的核废料,如果不能妥善处理，,放射性的危害或风险将持续几百年,§,1.3.2,,世界能源与环境问题,世界人口,从,1900,年到目前，,净增加了,2,倍多,，而,能源消耗增加了,16,倍,，说明人类对能源的依赖越来越强烈目前,化石能源,在世界能源消费结构中所占的,比重仍然很高,如果没有新的替代能源,充分发展，按目前的消耗情况估算，,21,世纪人类又,将面临着新的能源危机,另一方面，人类大量使用化石燃料，,环境污染日益严重,，生态平衡惨遭破坏，直接危及人类的生存和发展可持续发展,联合国,世界环境与发展委员会,完成调查报告,《,我们共同的未来,》,，提出了,可持续发展,概念这一概念及其构想在,1992,年,联合国环境与发展大会,上得到世界一百多个国家的认同可持续发展,就是“,满足当代人的需求，又不损害子孙后代满足其需求能力的发展,”§,1.4.1,,欧美新能源发展战略,美国：,,2007,年，,布什,总统签署新的能源法案，资助可再生能源的 研究和开发2009,年，,奥巴马,政府提出能源新政，大力发展清洁能源， 每年拨款,……,，鼓励可再生能源利用。
§,1.4,,新能源发展战略,欧洲：,,1997,年,可再生能源发展白皮书,2000,年,能源安全绿皮书,2003,生物液体燃料发展规划,，,2005,年,生物质能发展行动计划,2006,,建立欧洲可持续、可竞争、安全的,能源战略绿皮书,§,1.4.2,,我国新能源发展战略,1995,年,《,电力法,》,明确宣布，国家鼓励和支持,利用可再生能源,和,清洁能源,来,发电,强调指出，,农村利用太阳能、风能、地热能、生物质能,和其他能源进行农村电力建设，增加农村电力供应，,将得到国家的支持和鼓励,1997,年,《,节约能源法,》,再次肯定了,新能源,对于,节能减排,、,改善环境,的重要战略作用和地位一些地方政府也制定并出台了关于新能源和可再生能源的法律、法规和条例§,1.4,,新能源发展战略,§,1.4.2,,我国新能源发展战略,2009,年,《,新能源产业振兴规划,(,草案,)》,提出新能源发电,2020,年的装机目标,：,风电,……,亿千瓦,，,太阳能发电,……,万千瓦,胡锦涛,总书记 “大力推进,节能减排,，积极,开发新能源,，这是贯彻落实科学发展观、促进经济社会,可持续发展,的重大举措”。
温家宝,总理在人大十一届三次政府工作报告中明确指出：“要积极应对气候变化大力开发,低碳技术,，推广,高效节能,技术，积极发展,新能源和可再生能源,，加强智能电网建设” §,1.4,,新能源发展战略,朱永强，,,zyq@,,华北电力大学,,电气与电子工程学院,本课程的配套教材：,,《,新能源与分布式发电技术,》,，朱永强 主编，北京大学出版社，,21,世纪创新型人才培养规划教材,。