主 编 汪建文（内蒙古工业大学教授） 副主编 李永华（华北电力大学教授） 武文斐（内蒙古科技大学教授） 鄢晓忠（长沙理工大学教授 ） 参 编 高志鹰、张立茹、东雪青（ 均为内蒙古工业大学副教授） 主 审 李惟毅（天津大学教授）,汪建文 李永华 武文斐 鄢晓忠,高志鹰 张立茹 东雪青,内 容 第一章 可再生能源概述 第二章 太阳能 第三章 风能 第四章 生物质能 第五章 海洋能 第六章 地热能 第七章 水能 第八章 氢能 第九章 多能互补,第一章 可再生能源概述 作者 汪建文,普通高等教育“十二五”规划教材,第一节 能源概述 第二节 可再生能源概述 第三节 能源消费现状与趋势 第四节 可再生能源发展趋势,第一章 可再生能源概述,一、能源的定义 （一）能量：物体（或系统）对外做功的能力。广义地讲，能量是产生某种效果（变化）的能力。反过来说，产生某种效果（变化）的过程必然伴随着能量的消耗或转化。 （二）能源:凡是能直接或者经过转换而获取某种能量的自然资源统称为能源。如煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等。,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,一、能源的定义 （三）能量形式：目前，人类认识的能量有如下六种形式。 1.机械能 它包括固体和流体（能够流动的物体）的动能、势能、弹性能及表面张力能。 2.热能 热能是能量的一种基本形式，热能的本质是微观粒子随机热运动的动能和势能的总和，这种能量的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运动的剧烈程度。 3.电能 它是和电子流动与积累有关的一种能量。通常是由电池中的化学能转化而来，或是通过发电机由机械能转换得到；反之电能也可以通过电动机转化为机械能，从而显示出电做功的本领。 4.辐射能 物体以电磁波形式发射的能量称为辐射能，如地球表面所接受的太阳能就是辐射能的一种。 5.化学能 它是一种原子核外进行化学反应时放出的能量。人类利用最普遍的化学能是通过燃烧碳和氢而获得的，而这两种元素正是煤、石油、天然气、薪柴等燃料中最重要的可燃元素。 6核能 核能它是蕴藏在原子核内部的物质结构能。释放巨大核能的核反应有两种，即核裂变反应和核聚变反应。,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,二、能源的分类 不同的认识角度，具有不同的分类方法。,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,二、能源的分类 不同的认识角度，具有不同的分类方法。,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,二、能源的分类 不同的认识角度，具有不同的分类方法。,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,三、能量的各种形式与转换 能量在使用过程中会发生转换 。然而广义地说，能量转换还应当包含以下两项内容: 1） 能量的空间转换，即能量的传输。 2） 能量的时间转换，即能量的储存。 任何能量转换过程都必须遵循自然界的普遍规律能量转换和能量守恒定律,即 输入的能量输出的能量储存能量的变化,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,三、能量的各种形式与转换 能量在使用过程中会发生转换 。,图1-1 各种能量之间的转换关系图,各种能量之间的转换关系图,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,四、能源品质评价 （一）储量 （二）储能的可能性与供能的连续性 （三）能量密度和能流密度 （四）开发费用和利用能源的设备费 （五）运输费用与损耗 （六）能源的品位 （七）对环境的影响,能量密度是指单位质量的物质释放的能量。煤的能量密度为2.74J/kg，石油的能量密度为4.32J/kg。 能流密度是单位时间内通过单位面积的能量,主要用来评价可直接利用的能源如太阳能、风能等。风的能流密度从每平方米几十瓦到几百瓦，太阳能的能流密度用年辐射总量表示，范围在300800kJ/cm2年。,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,五、能源与经济 （一）能源与生产 能源的形式也决定了国家的经济实力、发展模式和发展前途。 2000年，世界人均一次能源消费量折算标准油1.50吨，其中，美国人均消费8.17吨标准油，英国人均消费3.89吨。 亚洲人均消费最高的国家是新加坡为6.12吨标准油，韩国和日本的人均消费大致相同，分别为4.10和4.14吨标准油。 我国人均消费量为0.735吨，不到世界平均水平的一半，不足美国的十二分之一。 广大的农村仍在使用传统的生物质能源，其消费总量达2.5亿吨标准煤以上。 人均能源消费量的差异，反映了我国经济发展和人民生活水平同国外的差距。,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,五、能源与经济 （二）能源与经济 任何产品（包括精神产品、软件等在内）都离不开能源，所以能源发展水平在一定程度上代表了国家的经济发展水平。 两个指标反映出经济和能源的关系： 1人年平均产值越高，人年平均能耗就越大； 2能源消耗量（t标煤/人年）越高，国民生产总值（美元/人年）就越大。,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,五、能源与经济 （三）能源与生活水平,表1-4 现代文明社会人均能耗最低需要估计（人年）,注：1.MJ为1000000焦，焦为热量单位。 2.标准煤热值为29.33千焦/公斤，千焦/公斤是热值单位。,现代社会，能源在国民经济中的地位和作用是相当高的。国家越发达，现代化程度越高，人们依赖能源的程度也就越大。,第一章 可再生能源概述第一节 能源概述,五、能源与环境 1) 南极的臭氧空洞正以每年一个美国陆地面积的速度扩大，受臭氧空洞的影响，太阳紫外线辐射使人类皮肤癌的发病率不断上升。 2) 空气质量严重恶化，全球有1.25亿人口生活在污浊的空气中。 3) 温室气体的过度释放造成全球气候变暖，沿海低地和一些岛屿国家正面临海水上涨的威胁。 4) 全球有12亿人口生活在缺水地区，14亿人的生活环境中没有生活污水排放装置； 5) 全球每年的土壤流失达20Gt(即20000000000t=20109t)，全世界的森林正以每年4.6106ha（ha-公顷，1ha=10000m2）的速度从地球上消失。 6) 全球有12%的哺乳动物和11%的鸟类濒临灭绝；每24h就有150200种生物从地球上消失；由于过度捕捞，有40多种鱼类也濒临灭绝。,第一章 可再生能源概述第二节 可再生能源概述,一、可再生能源的定义 所谓可再生能源，是指不会随它本身的转化或人类的利用而日益减少的一种能量资源。 注意 ：“取之不尽”、“用之不竭”是个相对概念，它是相对与常规的化石能源而言。同理所述“对环境没有污染、可以实现持续发展、有利于生态的良性循环”，也是相对与常规的化石能源而言。 二、可再生能源的特点 1） 能流密度较低，并且高度分散。 2） 资源丰富，可以再生。 3） 清洁干净，使用中几乎没有损害生态环境的污染物排放。 4） 部分可再生能源具有间歇性和随机性，如太阳能、风能、潮汐能等资源。 5） 开发利用的技术难度大。,第一章 可再生能源概述第二节 可再生能源概述,三、可再生能源的种类 （一）按照联合国开发计划署（UNDP）把可再生能源分为三大类： 1） 大中型水电。 2） 新型可再生能源。 3） 传统生物能。 （二）按照中华人民共和国可再生能源法第2条定义：所称可再生能源，是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。同时又指出：水力发电对本法的适用，由国务院能源主管部门规定，报国务院批准。 并且还指出：通过低效率炉灶直接燃烧方式利用秸秆、薪柴、粪便等，不适用本法。,第一章 可再生能源概述第三节 能源消费现状与趋势,图1-2 一次能源消费构成图 a) 2006年世界一次能源消费构成 b) 2006年中国一次能源消费构成,第一章 可再生能源概述第三节可再生能源发展趋势,图1-3 2004年可再生能源占一次能源份额,第一章 可再生能源概述第三节可再生能源发展趋势,图1-4 可再生能源总量平均年增长率（2002-2004）,我国能源与可持续发展面临的问题与挑战,面临的挑战,面临的问题,面临能源需求增长和环境保护的双重力 人均资源不足，煤为世界平均值的50%，油为10% 资源勘探程度低，资源分布不均，煤炭集中西北，水电资源集中于西南 人均能耗低，约为世界平均值的50% 产值能耗高，约其他发展中国家的二倍 农村能源短缺，生活用能主要靠柴薪,总量不足 结构失衡 效率低下 污染严重 效益不佳,我国还需现在1个国土面积！ 世界还需2个地球！,第一章 可再生能源概述第三节可再生能源发展趋势,思考题与习题 1-1什么是能量？什么是能源？能源对整个世界国民经济中的影响有多大？ 1-2什么是含能体能源、过程性能源、一次能源、二次能源？ 1-3能量有几种形式？举例说明。 1-4什么是能流密度？举例说明可再生能源的特点。 1-5什么是能源品位？举例说明低品位能源（汽车废热、太阳热能等）能否利用？在经济上是否合算？ 1-6能源与环境的关系是怎样？ 1-7什么是可再生能源？可再生能源与不可再生能源的主要区别是什么？ 1-82002年我国可再生能源（扣除生物质能外）占一次能源供应比例为多少？ 1-9按能量消耗的大小，请说出世界及我国主要一次能源消费的顺序及比例？并分析我国能源消费所存在的问题。 1-10.为什么要开展节能减排？尤其在我国。,第一章 可再生能源概述,