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1、1,能源是人类发展的基本保障,中国科学院工程热物理研究所秦伟 博士 研究员,2,内 容,能源与人类文明能源的种类和现状中国能源状况能源对环境的影响可持续发展的能源,结 论,3,能源与人类文明,4,7080万年前人类开始用火，北京周口店50万年之前的北京猿人用火的灰烬遗迹达6米厚。,能源的转换是无意识的、不自觉的、被动的。在后石油时代，人类就是自觉的主动的。,5,能源的种类和现状,来自地球外部天体的能源地球本身蕴藏的能量来自星球引力的能量,6,来自星球引力的能量潮汐能地球、月亮、太阳之间有规律的运动，造成相对位置周期性的变化，它们之间的引力随之变化使海水涨落而形成潮汐能。全世界的潮汐能折合成煤约
2、为每年30亿吨。,来自地球外部天体的能源太阳能植物通过光合作用把太阳能转变成化学能化石燃料古代生物固定下来的太阳能，埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成水能、风能、波浪能、海流能等由太阳能转换来的。,地球本身蕴藏的能量 地热能和核能地球大热库，地壳：几公里至70公km的表面一层。地幔：2900km大部分是熔融状的岩浆。地核：温度为2000 oC；温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。核能原子核的结构发生变化时释放出大量能量。地壳中储存的铀、钚等发生核裂变反应；海洋中贮藏的氘、氚等发生核聚变反应。,7,Coal,oil,&gas have fueled world energy growth
3、 for 150 years,Hydro+means hydropower plus other renewables besides biomass,Energy supply grew 20-fold between 1850 and 2000.,8,9,2001年末世界化石能源可采储量,预计到2020年全球能源消耗总量将达195亿吨标煤，其中石油将从2001年的7600万桶/天增至2020年的1.12亿桶/天。按目前1.6的消费增长速度计算，20年内世界石油供需可大体保持平衡，但此后供需关系将趋于紧张。,能源消费看差距,全世界能源消费集中在发达国家以及少数后发的工业化国家全球人口大约为6
4、5亿，发达国家大约14亿，却消费了世界能源总量的65.5%，石油的66%、天然气的75.4%、核能93.8占全世界能源的2/3被不到20%的发达国家人口消费。能源消费主要三个中心：北美占30%左右，以美国、加拿大为主；欧洲占30%左右，以前苏联，俄罗斯现在这些国家为主；亚太地区占30%左右，以中国、日本及印度为主。从2004年开始，亚太地区的能源消费已超过北美、欧洲，成为世界上最大的能源消费地区。非洲和中南美(洲)能源消费占10%以下。04年，发达国家人均的能源消费是在4.5toe，世界人均为1.6toe；发展中国家人均能源消费低于0.7toe，中国1.07toe。,11,全球能源的形势,预计
5、2020年之前石油、煤、天然气、核裂变能仍是能源供应的主体；新能源与可再生能源受世界的关注，发展速度很快，将逐步提高在能源消费结构中的比重；核聚变研究启动。全球石油、煤炭、天然气可开采年限分别为40、200、60余年；铀矿开采年限不足百年；钍和氘、氚。每升海水中含有0.03克氘，核聚变放出的能量相当于300升汽油燃烧释放的能量。,12,煤炭在近期还是主要能源,国际能源署（IEA）日前发布了其年度旗舰报告世界能源展望2009。化石燃料仍然是世界范围内一次能源的主导来源，占2007年到2030年间总体能源消费增长的四分之三强。IEA预计煤炭将是化石能源增长量中需求量最大，煤炭仍将是发电行业的主要燃
6、料，到2030年，世界电力需求每年将会以2.5%的速度增长，全球到2030年的电力装机容量将增长至48亿千瓦，煤炭比重将会增加3个百分点，达到44%。其次是天然气和石油。到2030年，石油的比重将从34%下降到30%。,13,中国能源状况,各国人均能源消耗（tce）,人均电力装机（kW）,2004年我国能源消费比2003年增长15.2,是世界第二大能源消费国，人均能源消费量为1.07吨标准油，世界人均能源消费量为1.6吨标准油；人均能源消费量仅是2/3！能源消耗结构以煤炭和原油为主（91%）；天然气消费增长较快（19%），世界：3.29%。,我国能源生产和消费情况,2009年,15,1.8亿吨
7、,1.89亿吨,16,中国能源面临的主要问题,人均能源资源贫乏：人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，石油仅为1/10,天然气不到1/20；能源利用效率低下：钢铁、水泥、建筑等主要工业产品单位能耗高于世界平均水平；总能源效率为32%，低于世界平均水平10个百分点。我国现在的能耗水平相当于美国的倍，日本和德国的倍左右；环境污染严重：全国85CO2、90的SO2和73的烟尘都是由燃煤排放的，大气污染中仅CO2碳造成的经济损失就占GDP的2.2。,17,2009年,中国高度重视优化能源消费结构，煤炭在一次能源消费中比重由1980年的72.2%下降到2006年的69.4%，其他能源比重由27.8%
8、上升到30.6%。其中可再生能源和核电比重由4.0%提高到7.2%，石油和天然气有所增长。终端能源消费结构优化趋势明显，煤炭能源转化为电能的比重由20.7%提高到49.6%。,19,能源对环境的影响,20,J.Hansen et al.,PNAS 103:14288-293(26 Sept 2006),Green bars show 95%confidence intervals,The Earth is getting warmer,oC,22,2007年9月数据显示，北极冰盖面积为413万km2，2005年为530万km2，融化面积相当于法国面积的两倍。过去20年里，北极冰盖面积减少了40
9、，平均厚度从3米减至15米。,23,喜马拉雅冰川告急2007年6月3日新京报,青藏高原世界第三极，它的生态环境对气候变化非常敏感，称为“全球变暖的放大器”，青藏高原上的冰川，有“亚洲水塔”之称。,上图为1968年中科院珠峰考察时拍摄的中绒布冰川，下图为绿色和平组织2007年拍摄的中绒布冰川。（图片来源：绿色和平）,40年来冰川大幅后退。1966年到1997年间东绒布冰川和中绒布冰川冰塔区末端分别后退了170和270米年平均后退量分别为5.5米和8.7米。,罪魁祸首气候变暖，过去30年中青藏高原的平均温度上升了近一度，珠峰地区的温度从上世纪60年代到80年代上升了0.6度，从上世纪80年代以来上
10、升了1度，平均每十年上升0.4度，根据联合国政府间气候变化委员会（IPCC）07年发布的报告，按照目前消融速度喜马拉雅冰川的80%将在未来30年消失。,24,京都议定书,为了21世纪的地球免受气候变暖的威胁，1997年12月，149个国家和地区在日本东京召开联合国气候变化框架公约缔约方第三次会议，会议通过了旨在限制发达国家温室气体排放量以抑制全球变暖的京都议定书作为公约的补充。二者的最主要区别是，公约鼓励发达国家减排，而议定书强制要求发达国家减排，具有法律约束力。,议定书基本内容,议定书规定，到2010年，所有发达国家排放的CO2等种温室气体的数量，要比1990年减少5.2，发展中国家没有减排
11、义务。各发达国家，从2008年到2012年必须完成的削减目标是：与1990年相比，欧盟削减8、美国削减7、日本削减6、加拿大削减6、东欧各国削减58。新西兰、俄罗斯和乌克兰可将排放量稳定在1990年水平上。议定书同时允许爱尔兰、澳大利亚和挪威的排放量分别比1990年增加10、8、1。议定书需要在占全球温室气体排放量55的至少55个国家批准之后才具有国际法效力。,议定书核准情况,截至2009年12月，已有184个公约缔约方签署议定书，美国是目前唯一游离于议定书之外的发达国家。美国人口仅占全球人口的3至4，而所排放的CO2却占全球排放量的25以上,美国曾于1998年11月签署了京都议定书,但200
12、1年3月，布什政府以“减少温室气体排放将会影响美国经济发展”和“发展中国家也应该承担减排和限排温室气体的义务”为借口，宣布拒绝执行议定书。中国于1998年5月29日签署了该议定书。2002年9月3日，中国国务院总理朱镕基在约翰内斯堡可持续发展世界首脑会议上宣布，中国已核准联合国气候变化框架公约京都议定书。,27,28,中国面临着挑战,一、人口数量庞大，人均资源短缺我国各类人均资源占有量不同程度低于世界人均水平。饮用水、油气及许多矿产资源不能满足需求。二、生态环境脆弱，环境污染严重生态环境难以承受大的压力，特殊的能源结构导致工业污染远高于其他国家。三、教育和科技水平差距较大整体文化素质有待进一步
13、提高，特殊的历史过程使科技发展几乎停滞。,29,未来植被类型分布可能发生明显变化，草原和荒漠分布范围将向东部与高海拔地区扩展；海平面上升，河口生态系统和海洋生物资源受到严重影响，冲击海岸经济 对农业影响大：产量波动增大，布局和结构改变，成本增加 气候异常、灾害增多,气候变暖对我国的危害,30,可持续发展的能源,31,能源是人类社会存在与发展的基石；是经济发展与人类文明进步的基本约束条件；能源与环境的矛盾成为可持续发展战略的核心问题之一，始终是世界各国发展战略的优先领域；清洁高效利用常规能源、大力开发利用可再生能源，最终实现能源的持续供应是各国不断追求的目标。,能源是一把双刃剑,32,能源发展方
14、向：从高碳到低碳最后走向无碳,能源发展一定是从高碳到低碳，最后走向无碳。如何实现？提高效率：煤碳发电效率30%到40%，天然气发电效率55%到58%；新能源、可再生能源：太阳能，风能，核能。低碳能源是低碳经济的基本保证，清洁生产是低碳经济的关键环节，低碳经济是全世界共同课题，低碳经济需要全人类共同面对，低碳经济发达国家应更多承担，低碳经济发展国家需努力作为。,33,能源利用的原则,物质组分对口，分级转化原子经济性利用能量温度对口，梯级利用能的经济性利用,排除最小化效率最大化,34,对煤炭,35,煤炭多联产技术,以气化为龙头，控制污染物产生和化学能释放过程，将化工产品生产与能源、动力生产紧密结合
15、，重点研究化工流程与动力循环的相互作用，综合优化，使整个系统效益最佳,36,煤炭联产是近中期可实现、未来可发展，可以支撑煤炭利用现实发展、引领未来的新型能源系统。,37,煤炭清洁利用技术,38,可持续发展的能源,新能源可再生能源 可再生能源法2006年1月1日正式施行 别无其他！,39,新能源,燃料电池及系统 核聚变研究 天然气水合物变废物为资源,燃料电池技术,41,42,磁约束聚变人造太阳,具有国际先进水平的大型系统和具有自主知识产权关键技术;最高电子温度五千万度，处世界第二;HT-7已成为世界上第二个从事稳态高温等离子体物的实验公共平台。,世界上第一个先进的全超导托卡马克；自主发展了关键技
16、术；为ITER实验堆和中国今后独立建造聚变堆奠定了坚实的基础；可实现一亿度、1000秒近堆芯运行。,HT-7超导托卡马克,EAST全超导托卡马克,43,天然气水合物,我国天然气水合物资源潜力评估我国水合物：803.441011m3（803.44亿吨油当量）接近于我国常规石油资源量（二轮资评为940亿吨，2000年评价为1041亿吨）约是我国常规天然气的2倍（二轮资评为38万亿立方米，近期评价为4755万亿立方米）。占全球水合物资源量的0.4%（21 1015m3）,44,变废物为资源城市垃圾综合利用,将垃圾分选、堆肥或湿解制肥、热解焚烧供热、气化发电技术集成，建成适合中国国情的能量自给型城市生
17、活垃圾处理系统。,45,可再生能源,46,全球可再生能源资源量,2020年新能源和可再生能源消费将达到40.9亿tce，占20%左右。2040年太阳能将提供全球30左右的能源。风电以每年40的速度增长。水能开发速度很快，1950年水能仅开发4.15%，1998年已达到32.7%。,新能源和可再生能源可持续、清洁、开发利用程度低，是世界各国注意的焦点,47,中国可再生能源资源情况,品种全，数量多，资源基础雄厚；小型水电（指5万KW的水能资源）可开发量为1.2亿KW，目前仅开发了不到1/4；陆地接受太阳辐射能相当于2.4千亿tce/年，按陆地面积的1转换效率平均20计，可提供的能量达48亿tce/
18、年；10米高度层风能总量为32亿KW，实际可开发为2.53亿KW，近海（115m水深）风力资源，可装机容量达10亿KW；生物质能资源也十分丰富，秸秆等农业废弃物资源量每年约有3.0亿tce，薪柴资源为1.3亿tce，加上城市有机垃圾等，生物质资源总量接近7亿tce；还有丰富地热能和海洋能等，可供大规模长期开发利用。,48,我国可再生能源发展2020年产业目标,小水电：8000万千瓦沼 气：242亿立方米太阳能热水器：2.7亿平方米风力发电：1.5亿千瓦生物质发电：3000万千瓦太阳电池年产量：2000万千瓦生物质液体燃料：1000-1500万吨/年其它：地热利用、海洋能发电、太阳热发电、太阳房
19、、离网风电等也会得到大的发展。,49,新能源与可再生能源,近几年来，我国新能源与可再生能源加速发展，在消费结构中占的比重不断增大：（1）水电装机总容量达到了8亿千瓦。其中，至2008年底，全国新增水电装机容量2亿千瓦，水电总装机容量达到1.72亿千瓦，居世界第一。（2）风电风电规模连续三年实现翻倍增长。2008年总装机容量1.21亿千瓦，居世界第四。（3）核电核电规模逐步扩大，目前核电投产容量为910万千瓦。2008年新核准了4个核能发电项目，共14台百万千瓦的机组，目前已经核准建设的规模达到了2.54亿千瓦。（4）光电及光热利用2008年太阳电池年产量250万千瓦，占全球产量的1/3以上，居
20、世界第一。太阳能热水器累计集热面积达到1.3亿m2，年生产能力达到了4000万m2，均居世界第一。（5）生物质能利用到2008年底，生物质发电总装机容量达到315万千瓦。大型沼气池1600多处，户用沼气3000多万口，年产沼气约140亿m2，生物液体燃料年产量165万吨。,50,“疯”长的风电市场,装机增长率连续三年翻番 2008年全年新增600多万千瓦 2008年底累计风电装机容量超过1200万千瓦 新修订的2010年达到1000万千瓦的规划目标也将提前两年完成，将超过3000万千瓦,51,风电机组的大型化,太阳能巨大潜力,太阳能潜力巨大,地表每年吸收太阳能17000亿tec2007年一次能
21、源26.5亿tec（2.15x1010度）比较：生物质：亿tec（5.7x109度）风能：1.23亿tec（109度）（海陆）水能：2583亿tec（2.22x1012度）,55,太阳能热发电种类,碟式,塔式,槽式,56,集成甲醇分解的新型太阳能热电循环,CH3OHCO+2H290.7 kJ/mol,太阳能净发电效率：35,57,碟式发电,58,塔式发电,59,60,槽式发电,61,62,63,水力发电,光伏组件08年生产能力超过2800MW,1.5MW、2MW矢速型风电机组商业化；5MW级攻关,我国技术现状,具有很大的差距,100kW岸式波力电站并网发电；50kW波浪能稳定发电与制淡,沼气、
22、气化发电、直燃发电；燃料乙醇,科学院从事能源相关领域20个研究所的分布图,先后在西藏成功的建设了200余座太阳能光伏电站：其中，建成了世界海拔最高的西藏安多县16kW风/光互补电站；国内第一座和建筑结合的50kWp并网光伏电站。西藏羊八井100kWp电站是中国第一个直接并入高压网的大型光伏电站。深圳国际园林花卉博览园1MW并网光伏电站是目前亚洲最大的并网光伏电站。,光伏发电技术,2001年建成了“100kW岸式波力电站研建”并网发电；应用新技术建设装机容量50kW振荡浮子式波浪能独立稳定发电与制淡系统，将于2005年11月完成调试，解决了海洋能受潮汐影响不能稳定输出的难题。,海洋能,68,高温地源热泵与采暖、空调、热水联供示范系统得到普遍应用,地 热 能,69,结 论,撑起这片蓝天需要全世界人民的共同努力可持续能源是全人类文明发展的不竭动力中国人口占全世界人口总量的21%，可再生能源对中国的发展尤其重要中国政府与百姓都重视可再生能源的应用自主创新与技术引进相结合是中国可再生能源技术发展的必由之路,节能减排技术,能源,动力,环境,中科院工程热物理所主要研究方向,71,谢 谢！,THANKS FOR YOUR ATTENTION!,
