1、08土木工程二班 魯望達 J08220215能源科學與工程概要（08土木工程二班 * J08*）前言能源也被稱為能量資源或能源資源，是指能夠直接取得或者通過加工、轉換而取得有用能的各種資源，包括煤炭、原油、天然氣、煤層氣、水能、核能、風能、太陽能、地熱能、生物質能等一次能源和電力、熱力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。 在經濟高速發展的今天，能源有著任何東西都無法替代的地位，是人類活動的物質基礎。在某種意義上講，人類社會的發展離不開優質能源的出現和先進能源技術的使用，它是整個世界發展和經濟增長的最基本的驅動力，是人類賴以生存的基礎。在當今世界，能源的發展，能源和環境，是全世界、全

2、人類共同關心的問題，也是我國社會經濟發展的重要問題。本文通過對能源與經濟、能源安全、先進能源技術、可再生能源與新能源及其技術、節能與減排以及中國的能源問題與對策六個方面的一些內容和數據的講述，主要的寫中國的能源情況，將有關能源的影響，它的發展方向，有關的問題，一些新技術及對策的一些信息表述出來，從而來更好地體現出能源的重要性和影響力。一、能源與經濟如今正是經濟快速發展的時期，作為加快其發展的重要因素之一的能源，當然是與經濟有著不可分割的關系，比如說石油價格的大波動，通常使經濟遭受大的影響，這是最常見的事實了。能源與經濟發展的關系直接表現在能源系統發展與經濟增長之間的互動關系上。兩者之間存在的是

3、一種相互影響、相互制約、互相促進的辨證關系。能源系統的發展推動了經濟增長，反過來，經濟增長又為能源系統的發展提供了必要的物質條件和經濟基礎。能源系統作為社會大系統的重要組成部分，在為社會經濟發展提供動力的同時，也需要其它社會系統的支持，其中最重要的就是經濟系統的支持。 能源系統對經濟增長的促進作用表現在：能源是社會生產的重要生產要素；能源的利用促進了社會生產力的快速發展；能源推動生產的發展和經濟規模的擴大；能源系統可以推動技術進步；能源系統可以促進新興產業的誕生與發展；能源是提高生民生活水平的主要物質保障。相對的，經濟增長對于能源系統的促進作用表現在：經濟增長產生能源需求，為能源系統的發展提供

4、市場；經濟增長為能源系統的發展提供人力、物力、財力等物質基礎；科學教育的發展為能源的開發利用提供認識工具；技術進步和社會生產發展為能源系統的發展提供物質手段。 綜合一下，可以將經濟增長與能源之間的關系為如下3點： （1）經濟增長與能源需求總量同方向變化，并且存在著一定的比例關系； （2）經濟增長與其對能源品種和結構擴大和更新的需求同方向變化； （3）經濟增長對能源質量的需求也是在不斷提高的。二、能源安全1、概念的提出。“能源安全”屬于現代發展詞匯范疇，是隨著能源消費水平的提高，能源對經濟等各個方面的威脅和影響不斷加大的情況下產生的。在20世紀70年代初，集中了世界石油約2/3資源量、1/3產量

5、和3/5出口量的中東地區爆發了所謂的第四戰爭，戰爭的結果是，基準原油價格從每桶3.011美元提高到每桶10.651美元，致使世界原油價格上漲2倍多，從而觸發了第二次世界大戰后極其嚴重的一次全球經濟危機。從此以穩定原油供應價格為中心的國家能源安全概念被正式提出。2、國際情況。自工業革命以來，能源安全問題就開始出現?；茉磁c原料鏈條的中斷，必將導致世界經濟危機和沖突的加劇。事實上，近10年來，中東及海灣地區與非洲的戰爭都是由化石能源的重新配置與分配而引發，這種軍事沖突，今后還將更猛烈、更頻繁。在全球經濟高速發展的今天，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安全為核心的能源政策。

6、在此后的二十多年里，在穩定能源供應的支持下，世界經濟規模取得了較大增長。但是，人類在享受能源帶來的經濟發展，科技進步等利益的同時，也遇到一系列無法避免的能源安全挑戰，能源短缺、資源爭奪以及過度使用能源造成的環境污染等問題威脅著人類的生存與發展。如今在全球化條件下，一國的能源安全不僅是一個經濟問題，同時它也是一個政治和軍事問題；它不僅與國內供求矛盾及其對外依存度相聯系，同時它還與該國對世界資源豐富地區的外交和軍事影響和控制力相聯系。3、我國的現狀。我國化石能源資源總量在世界上還算比較豐富，但是資源呈現多煤、少油和少氣的局面，特別是我國是人口大國，我國人均化石資源占有量很低，煤炭約占世界人均水平的

7、1/2，石油約占1/10，天然氣約占1/20。原油資源不足，隨著我國國民經濟的發展。自從1993年我國成為石油凈進口國之后，我國石油進口量逐年增加，2004年我國進口石油達到1.2億噸，預計2020年我國石油消費量將達到4.5億噸，石油進口量將達到2.5億噸左右。因此，確保石油供應安全成為我國能源安全的核心任務。緩解我國石油供應緊張的解決路徑是“開源節流”。所謂開源，一是進一步增加石油進口量，二是加大石油勘探開發力度并提高石油采收率，三是加大能替代石油的能源技術開發。所謂節流，就是節省石油消耗，開發節油型的用油設備。三、先進能源技術1、先進能源技術發展方向未來能源技術發展的主要方向是經濟、高效

8、、清潔利用和新型能源開發。第四代核能系統、先進核燃料循環以及聚變能等技術的開發越來越受到關注；氫作為可從多種途徑獲取的理想能源載體，將為能源的清潔利用帶來新的變革；具有清潔、靈活特征的燃料電池動力和分布式供能系統，將為終端能源利用提供新的重要形式。重點研究規?；臍淠芾煤头植际焦┠芟到y，先進核能及核燃料循環技術，開發高效、清潔和二氧化碳近零排放的化石能源開發利用技術，低成本、高效率的可再生能源新技術。 2、前沿能源技術當今的前沿技術呈現百花齊放的現象，各種新技術不斷出現，其中進展較大、發展前景比較好的主要有以下幾種： （1）氫能及燃料電池技術。重點研究高效低成本的化石能源和可再生能源制氫技術

9、，經濟高效氫儲存和輸配技術，燃料電池基礎關鍵部件制備和電堆集成技術，燃料電池發電及車用動力系統集成技術，形成氫能和燃料電池技術規范與標準。 （2）分布式供能技術。分布式供能系統是為終端用戶提供靈活、節能型的綜合能源服務的重要途徑。重點突破基于化石能源的微小型燃氣輪機及新型熱力循環等終端的能源轉換技術、儲能技術、熱電冷系統綜合技術，形成基于可再生能源和化石能源互補、微小型燃氣輪機與燃料電池混合的分布式終端能源供給系統。 （3）快中子堆技術。快中子堆是由快中子引起原子核裂變鏈式反應，并可實現核燃料增殖的核反應堆，能夠使鈾資源得到充分利用，還能處理熱堆核電站生產的長壽命放射性廢棄物。研究并掌握快堆設

10、計及核心技術，相關核燃料和結構材料技術，突破鈉循環等關鍵技術，建成65MW實驗快堆，實現臨界及并網發電。 （4）磁約束核聚變。以參加國際熱核聚變實驗反應堆的建設和研究為契機，重點研究大型超導磁體技術、微波加熱和驅動技術、中性束注入加熱技術、包層技術、氚的大規模實時分離提純技術、偏濾器技術、數值模擬、等離子體控制和診斷技術、示范堆所需關鍵材料技術，以及深化高溫等離子體物理研究和某些以能源為目標的非托克馬克途徑的探索研究。（5）直接碳燃料電池。直接將固體碳燃料中的化學能高效、清潔地轉化為電能，對合理利用煤炭、控制污染物以及減少CO2排放有重要意義。目前已開發出以熔融碳酸鹽、熔融氫氧化物和固體氧化物

11、作為電解質的多種DCFC，但與其它燃料電池技術相比，研究尚處于起步階段。四、可再生能源與新能源及其技術新能源是指傳統能源之外的各種能源形式，剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等?？稍偕茉捶褐付喾N取之不竭、可以永續利用的能源資源，如水能、風能、太陽能、生物質能和海洋能等，不存在資源枯竭問題。兩者有一定的差異，如核能是新能源但不是可再生的，但是絕大部分是相似的，潛力都是極大的，因此我將這兩個方面合起來，不分開來寫?？稍偕茉春托履茉粗饕腥缦路矫妫?、太陽能?？茖W家研究表明，太陽每小時輻射到地球的能量約為18萬兆瓦，相當于燃燒90兆噸

12、優質煤的熱量，其中可開發利用5001000億度；據天文物理學家的計算表明，太陽系還能存在45億年，可以說太陽能是取之不盡，用之不竭的且無污染的能源。但因其分布很分散，目前能利用的甚微，方法主要有：太陽電能池，通過光電轉換把太陽能轉化為電能；太陽能熱水器，利用太陽光加熱水；太陽能光伏發電、太陽能水泵等。2、地熱能。地熱能資源指陸地下5000米深度內的巖石和水體的總含熱量。其中全球陸地部分3公里深度內、150以上的高溫地熱能資源為140萬噸標準煤，地下10千米厚的一層，儲熱量相當于9.95×1015標準煤所釋放的熱量。地熱能在世界很多地區應用相當廣泛。3、風能。指利用風力機將風能轉化為電

13、能、熱能、機械能等各種形式的能量。風力發電是主要的風能開發利用方式。世界風能的潛力約3500億千瓦，中國的風能總儲量估計為1.6×109千瓦，列世界第三位。但是由于風的方向及大小都變幻不定，今后輸能儲能技術如有重大改進，風力利用將會增加。4、生物質能。地球上每年植物光合作用固定的碳達2×1011t，含能量達3×1021J，每年通過光合作用貯存在植物中的太陽能，相當于全世界每年耗能量的10倍。生物質遍布世界各地，其蘊藏量極大，僅地球上的植物，光合作用的年產量（包括自然生長的植物和糧食生產）目前大約是2200億噸干壞料，這大約相當于每年80億噸生化資料所提供的能量。5

14、、海洋能。海洋能通常指蘊藏于海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水溫差能、海水鹽差能等。海洋能蘊藏豐富，分布廣，清潔無污染，但能量密度低，地域性強，因而開發困難并有一定的局限。開發利用的方式主要是發電，其中潮汐發電和小型波浪發電技術已經實用化。6、核能。核能是通過轉化其質量從原子核釋放的能量，愛因斯坦的質能方程，蘊含的能量極大，釋放主要有核裂變能、核聚變能、核衰變三種形式。前景廣闊，但也存在一些問題，如利用率低，核廢料處理技術尚未完全解決，成為潛在危害因素，核電建設投資費用仍然比常規能源發電高，投資風險較大等。中國在這方面的潛力。中國除了水能的可開發裝機容量和年發電量均居世界

15、首位之外，太陽能、風能和生物質能等各種可再生能源資源也都非常豐富。中國太陽能較豐富的區域占國土面積的2/3以上，年輻射量超過6000MJ/，每年地表吸收的太陽能大約相當于1.7萬億tce的能量；風能資源量約為32億kW，初步估算可開發利用的風能資源約10億kW，按德國等風電發展迅速的國家的經驗進行類比分析，中國可供開發的風能資源量可能超過30億kW；海洋能資源技術上可利用的資源量估計約為4億-5億kW；地熱資源的遠景儲量為1353億tce，探明儲量為31.6億tce；現有生物質能源包括：秸稈、薪柴、有機垃圾和工業有機廢物等，資源總量達7億tce，通過品種改良和擴大種植，生物能的資源量可以在此水

16、平再翻一番?？傊袊稍偕茉促Y源豐富，具有大規模開發的資源條件和技術潛力，開發利用可再生能源大有可為。五、節能減排1、概念的提出“節能減排”的概念出自我國“十一五”規劃綱要，指的是減少能源浪費和降低廢氣排放。我國在“十一五”規劃綱要提出，“十一五”期間單位國內生產總值能耗降低20左右、主要污染物排放總量減少10。主要針對我國經濟快速增長，各項建設取得巨大成就的同時，付出了巨大的資源和環境代價，經濟發展與資源環境的矛盾日趨尖銳，群眾對環境污染問題反應強烈的情況提出的。2、節能減排的原因及現狀我國能源資源緊張，人均資源占有率遠低于全世界平均水平。建國50年來，我國GDP增長了十幾倍，但礦產資源消

17、耗卻上升了40多倍，能源等資源的大量消耗與GDP增長不成比例，不實施節能減排、不提高資源的利用率，經濟是不可能做到持續發展的。并且我國能源結構以煤為主，占我國一次能源約69%，并造成的生態環境惡化的壓力日益增大。如果繼續保持目前的廢水排放率和能源利用水平，到2020年我國資源短缺和生態環境的惡化影響將是目前的4倍。我國節能減排科技水平相對落后。近年來，我國雖然開發、示范、推廣了一批節能減排新技術、新工藝、新設備，節能減排新技術有了很大提高，如：潔凈煤技術、先進核能技術、氫能與燃料電池技術等，但總的說來我國投入不足、創新能力弱、技術推廣的政策和機制缺乏、推廣應用困難重重、節能減排科技水平相對落后

18、。3、相應的措施1、產業結構調整。在產業結構性調控過程中，高耗能、高污染、低技術水平的行業將繼續受到政策的抑制。政府工作報告強調，要圍繞節能降耗減污，加強和改善宏觀調控，著力調整經濟結構和轉變增長方式，淘汰落后生產能力。2、加強對高耗能產業的控制。電力、鋼鐵、有色金屬、煤炭、化工、建材、建筑等重點行業是能耗排污大戶（其中電力工業能耗占全國1/3，二氧化硫排放量占全國一半），同時也是當前節能減排潛力最大的領域，對于這些行業，調控力度將繼續加大，調控效果將更加顯著。4加快推進市場機制發展，通過實行稅費政策等“經濟杠桿”政策措施，可以有效地激勵節能環保行動，遏制污染行為，健全節能環保政策體系，發揮市

19、場機制作用，綜合運用經濟手段，以促進節能環保工作。5確立有效的約束手段。節能環保需要健全約束機制，建立科學的監督管理體系，嚴格現有法律的執行，加大懲戒力度，由原來的軟約束變成嚴懲污染行為的硬約束，強化執法監督管理，建立更為有效的節能環保監督管理體系，依法懲處各種違法違規行為。上面是針對國家來講的，對于我們自己來說，要做到節能減排，就要從小事做起，人人動起手來為節能做貢獻，結合日常生活，我們可以做到：1、注意隨手關燈，使用高效節能燈泡，來節約電能。2、廢水循環使用，節約水資源，少用洗潔精，減少水污染。3、將紙張循環再利用，節約用紙就是保護森林資源，保護環境。4、出門盡量乘坐公共汽車或出租車，還可

20、以騎自行車，盡量少乘坐私家車。從而減少廢氣污染。同時可以植樹造林，尤其是在公路旁。5、不亂扔垃圾，將垃圾分類處理，減少填埋和焚燒垃圾所消耗的能源。盡量做到“變廢為寶”。六、中國的能源問題與對策一、中國的能源問題能源是國民經濟的基本支撐，是人類社會賴以生存的基礎。對于中國來講，能源(尤其是石油)安全是關系到中國在21世紀實現全面建設小康社會、進而基本實現現代化目標的重大戰略問題。隨著經濟增長速度的加快，能源領域多年積累的矛盾和問題進一步暴露，能源供給狀況對經濟社會發展已構成嚴重制約。有結構性和管理性制度方面的問題，其中占主要的結構性方面的問題如下：一、能源結構不合理，人均占有量低。中國是世界上唯

21、一以煤為主的能源消費大國，也是世界上煤使用比例最高的國家，占世界煤消費總量的27%。在未來20年內，煤仍將是中國的主要能源。根據國際能源署(IEA)的預測，2030年，煤仍占中國能源消費總量的60%。二、能源人均占有量低，能源資源分布不均勻。雖然中國能源總量生產居世界第三位，但人均擁有量遠低于世界平均水平。中國人均能源探明儲量只有世界平均水平的33%，儲量最豐富的煤炭，人均也只為世界平均水平的57%。能源資源分布不均勻，北多南少，西富東貧；品種分布是北煤、南水和西油氣，因而形成了北煤南運、西氣東輸和西電東送等長距離輸送的基本格局。三、能源供需矛盾日益突出，石油對外依存度過大，儲備體制不健全。能源供應不足成為制約中國國民經濟發展的瓶頸，石油安全已成為中國能源安全的核心，由于中國石油消費量的增長，石油供應短缺、進口依存度飆升。美國能源信息局預測：2010年中國石油對外依存度為55%、2020年為68%、2030年將達到74%。同時，中國的石油戰略儲備還剛剛起步，石油儲備體制很不完善。四、能源利