1、低碳经济第2章,低碳能源体系,低碳能源体系,低碳能源定义 传统能源优化 绿色能源体系 低碳能源措施,2.1低碳能源定义,能源：自然界赋存的已经查明和推定的能够提供热、光、动力和电能等各种形式的能量来源。,低碳能源具备的特征,能源分类-按照成因分类,一次能源 即天然能源，在自然界现成存在的能源。 可再生能源（水能、风能及生物质能） 非再生能源（煤炭、石油、天然气、油页岩等） 其中煤炭、石油和天然气三种能源是一次能源的核心，它们成为全球能源的基础；除此以外，太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及核能等可再生能源也被包括在一次能源的范围内。 二次能源 是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的
2、能量资源，例如：电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等。,按性质分类,按使用状况分类,利用技术上成熟，使用比较普遍的能源叫做常规能源。包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。,新近利用或正在着手开发的能源叫做新型能源。新型能源是相对于常规能源而言的，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、氢能以及用于核能发电的核燃料等能源。,由于新能源的能量密度较小，或品位较低，或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段，只能因地制宜地开发和利用；但新能源大多数是再生能源。资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。,能源系统,能源开发、生
3、产、输送、加工、转换、贮存、分配和利用等诸多环节所构成的系统，按范围分有地区能源系统、部门能源系统、企业能源系统等；按能源种类分有煤炭系统、石油系统、水能系统、生物质能源系统等。,能源系统的构成,能源 经济 环境3E系统,3E系统的研究主要是指为实现社会发展系统中能源、经济、环境三个子系统之间综合平衡与协调发展,对各子系统之间交互作用程度测算方法和模型的研究。,3E系统的特征,能源挑战,需求挑战,Ton Oil Equivalent,toe,吨油当量,吨油当量（Ton Oil Equivalent，toe）是用来计算各种能源的能源计量单位。这种计算均以原油为基准。国际能源署（IEA）规定： 1
4、kgoe= 10000kcal=41868kJ 1kgce = 7000 kcal=29307 kJ 此规定世界通用。适用于经济合作与发展组织和联合国统计。 目前，国际上通常采用吨油当量。煤炭、原油和天然气换算成油当量或煤当量的系数，各国是不相同的，而且按品种和用途细分，并随时间变化。由于原油的组成是变化的，因此这是一个不精确的量度，所以在使用时都要明确实际换算值。,吨油当量换算系数,1 toe=1111m3 天然气 1 toe=1.5t煤 1 t柴油= 1.01 toe 1 m3柴油= 0.98 toe 1 t汽油=1.05toe 1 m3汽油=0.86 toe 1 t生物柴油=0.86to
5、e 1 m3生物柴油=0.78toe 1 t生物乙醇=0.64toe 1 m3生物乙醇=0.51toe 国际能源署：1MWh=0.086toe,安全挑战,能源安全(Energy Security) 能源安全是指以合理的价格提供足够的燃料和电能,支持国家经济的可持续发展,保障人民生活,并保卫本国领土. 能源安全是指一个国家或地区以石油天然气为代表的能源储量、能源生产和能源供应安全。人们往往将能源安全与石油安全混合使用,在大多数情况下,能源安全一般是指石油安全.探讨石油安全概念及其演变,分析西方主要石油消费国的石油安全战略,对于目前日益倚重海外石油的中国来说,是十分必要的。,能源安全是指我们的经济
6、、社会制度和生活方式能够以可以接受的成本依赖充足的能源供应。对能源进口的外部依赖决定了能源安全需要重视两个方面： 一是外部能源资源的可用性(accessibility)， 二是外部能源资源的可受性(affordability)。,为了保证能源安全,能源短缺的国家要谋求石油进口渠道,这就形成了全球性的“能源争夺战”。美国学者埃德温 奥康诺(Edwin OConnor)的下述论断尽管有夸大之嫌，但却代表了一种普遍的权力政治观：“谁占有石油，谁就占有了世界，因为它可以用柴油统治海洋，用高度精炼的石油统治天空，用汽油和煤油来统治陆地。除此之外，他还能在经济上统治他的同胞，因为从石油中他可以取得意想不到
7、的财富。”法国总理乔治克列孟梭（Georges Clemenceau）曾说，“一滴石油相当于我们战士的一滴鲜血”。,能源安全的四重含义,能源的供给安全。 能源的价格安全。 能源运输安全。 能源消费的环境安全。,能源的供给安全,从资源上看，我国的煤炭储量在世界排第三，次于俄罗斯和美国，产量也多年稳居全球首位。以此为基础，中国事实上也成为世界上绝无仅有的以煤炭为主的能源消费大国。,石油储量,能源的价格安全,从本质上说，能源不是一种单纯的商品，不仅任何一个地缘政治冲突都可能对能源的价格产生重要的影响，而且小到一场飓风的暴发都可能对能源的价格产生重要影响。,能源运输安全,马六甲海峡是印度洋与太平洋之间
8、的重要水道马六甲海峡是印度洋与太平洋之间的重要通道，连接了世界上人口甚多的三个大国：中国、印度与印度尼西亚。另外也是西亚到东亚的重要通道，经济大国日本常称马六甲海峡是其“生命线”。 每年约有5万艘船只通过马六甲海峡，世界四分之一的运油船经过马六甲海峡。例如：在2003年，一天估算有1千1百万桶石油（约1,700,000 m3）经过马六甲海峡。,能源消费的环境安全,产生能源消费环境安全的本质原因，根源于我国的近乎畸形的能源消费结构。,能源安全的分类,在国家经济发展的一定时期内，保障能源的持续、及时、足量地满足国民经济和社会发展的需要，并且保持价格的可接受性、发展的可持续性和国家政治的稳定性。 时
9、间上 短期能源安全、中期能源安全与长期能源安全； 空间上 区域安全、国家能源安全与全球能源安全 类别上 能源供应安全（能源的开发、运输与储备） 能源使用安全（能源的贸易、效率与环境）。,新形势下我国能源安全面临的新挑战,保障能源供应的压力不断加大 温室气体减排对能源安全的掣肘作用依然存在 国际能源合作存在诸多风险 提高能源科技自主创新能力任重道远 能源储运应急能力亟待加强。,环境挑战,2.2传统能源优化,节能增效 结构调整,节能增效,节能的定义：世界能源大会节能委员会1979年的报告认为。节能的中心思想是，采取技术上可行、经济上合理，以及环境和社会可接收的措施（也就是说采用使现有理想生活方式改
10、变最小的方法），来更有效地利用能源资源。为了达到这个目的，我们需要在使用自然资源的一切方面，从开发到使用，更好地进行管理，以获得跟高的能源利用率。 节能的目标：更充分发挥能源利用的效果，以尽可能少的能源，创造出更多社会需要的产品和产值。,节约能源（简称节能）是指以减少能源消耗的方式，保护资源，减少对环境的污染。节能可以通过提高能源使用效率，减少能源消耗，或降低传统能源的消耗量。节能可以带来更多的金融资本，环境质量，国家安全，人身安全和人体舒适度。个人和组织节约能源，降低能源成本，促进经济安全。工业和商业用户可以提高能源使用效率，使其利润得以最大化。节约能源可减少温室气体排出到大气层，减少碳足印
11、，可让大气中的温室气体含量稳定在一个适当的水平，避免剧烈的气候改变，减少恶劣气候令人类造成伤害的机会。,结构调整,2006年我国能源消费结构,各类能源产量在能源总生产量中的比例，称为能源生产结构；各类能源消费量在能源总消费量中的比例，称为能源消费结构。,措施,降低国际石油依赖，保证石油安全 降低煤电比重，保护生态环境 大力发展新能源和可再生能源 把水电开发放到重要地位,2.3绿色能源体系,水能 风能 核能 氢能 太阳能 海洋能 地热能 生物质能,“绿色”能源有两层含义,水能,水能是一种可再生能源，是清洁能源，是绿色能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。,水能利用原理,水的落差在重力作用
12、下形成动能，从河流或水库等高位水源处向低位处引水，利用水的压力或者流速冲击水轮机，使之旋转，从而将水能转化为机械能，然后再由水轮机带动发电机旋转，切割磁力线产生交流电。 而低位水通过水循环的阳光吸收而分布在地球各处，从而回复高位水源的水分布。 水不仅可以直接被人类利用，它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环，使之持续进行。地表水的流动是重要的一环，在落差大、流量大的地区，水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的替代资源。世界上水力发电还处于起步阶段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。也有部分水能用于灌溉。,水能优点,水能缺点,风能,风是地球上的一种自然现
13、象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，生温差，从而引起大气的对流运动形成风。 据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 风能是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源，特别是对沿海岛屿、边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有著十分重要的意义。即使在已开发国家，高效洁净的风能也日益受到重视。,中国有效风能分布图,核能,核能是人类最具希望的未来能源
14、。 开发核能的途径有两条： 一是重元素的裂变，如铀的裂变；重元素的裂变技术，己得到实际性的应用； 二是轻元素的聚变，如氘、氚、锂等。轻元素聚变技术，也正在积极研制之中。 铀是高能量的核燃料，1千克铀可供利用的能量相当于燃烧2050吨优质煤。然而陆地上铀适于开采的只有100万吨，总量也不超过500万吨。 在巨大的海水水体中，却含有丰富的铀矿资源。据估计，海水中溶解的铀的数量可达45亿吨，相当于陆地总储量的几千倍。,优点,缺点,氢能,氢能是一种二次能源，因为它是通过一定的方法利用其他能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采，这种能源总有枯竭的一天，而氢能若能从中生产，则可望能抒解能源
15、危机的警戒。 在自然界中，氢已和氧结合成水，必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。燃料电池即是将氢与氧直接通过电化学反应产生电与水，一个步骤就可发电，发电较传统方式有效率。商品化后，这样的发电系统不但适合一般家庭使用，其副产品所产生的热水，大约在摄氏40到60度间，相当适合家庭洗澡与厨房利用，一举两得。 如果用煤、石油和天然气等燃烧所产生的热或所转换成的电支分解水制氢，那显然是划不来的。现在看来，高效率的制氢的基本途径，是利用太阳能。如果能用太阳能来制氢，那就等於把无穷无尽的、分散的太阳能转变成了高度集中的干净能源了，其意义十分重大。,太阳能,广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳
16、能则限於太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当於500万吨煤。 太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它的资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境没有任何污染。 但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。,海洋能,海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在於海洋之中，分述如
17、下： 潮汐与潮流能来源於月球、太阳引力，其他海洋能均来源于太阳辐射，海洋面积占地球总面积的71%，太阳到达地球的能量，大部分落在海洋上空和海水中，部分转化成各种形式的海洋能。 海水温差能是热能，低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，而储存著温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比。 潮汐、潮流，海流、波浪能都是机械能，潮汐能是地球旋转所产生的能量通过太阳和月亮的引力作用而传递给海洋的，并由长周期波储存的能量，潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比；潮流、海流的能量与流速平方和通流量成正比；波浪能是一种在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能，波浪的能量与波高的平方和波动水
18、域面积成正比。 河口水域的海水盐度差能是化学能，入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差，若隔以半透膜，淡水向海水一侧渗透可生渗透压力，其能量与压力差和渗透流量成正比。因此各种能量涉及的物理过程开发技术及开发利用程度等方面存在很大的差异。,地热能,地热能是来自地球深处的可再生热能，它起源於地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变，其利用可分成地热发电和直接利用两大类。 地热能的储量比目前人们所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。 地热能在世界很多地区应用相当广泛， 不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发
19、难度较大。,生物质能,生物质是指由光合作用而产生的各种有机体，生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源於植物的光合作用。在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。 据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t，含能量达3x1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当於全世界每年耗能量的10倍。生物能是第四大能源，生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大。世界上生物质资源数量庞大，形式繁多，其中包括薪柴，农林作物，尤其是为了生产能源而种植的
20、能源作物，农业和林业残剩物，食品加工和林农业品加工的下脚料，城市固体废弃物，生活污水和水生植物等等。,2.4低碳能源措施,中国 美国 欧盟 日本,中国举措,十大重点节能工程,节约和替代石油工程 燃煤工业锅炉（窑炉）改造工程 区域热电联产工程 余热余压利用工程 电机系统节能工程 能量系统优化工程 建筑节能工程 绿色照明工程 政府机构节能工程 节能监测和技术服务体系建设工程,千家企业节能行动,千家企业是指钢铁、有色、煤炭、电力、石油石化、化工、建材、纺织、造纸等9个重点耗能行业规模以上独立核算企业， 2004年企业综合能源消费量达到18万吨标准煤以上，共1008家。由国家发展改革委会同国家统计局提
21、出，并经各省、自治区、直辖市发展改革委或经贸委（经委）核对后确定。,千家企业节能工作要求,加强组织领导，落实节能目标责任制。 建立健全能源计量、统计制度，定期报送企业能源利用状况报告。 开展能源审计，编制节能规划。 加大投入，加快节能降耗技术改造。 建立节能激励机制。 加强节能宣传与培训。,美国,大力发展清洁能源，创造绿色就业岗位 提高燃油经济性标准，发展节能汽车和电动车 发展新能源产业，减少温室气体排放 提高建筑节能标准，鼓励社会节能 加大资金投入力度，保障新能源技术研发,欧盟,统一内部市场 开发替代能源 强化管理措施,日本,经历上世纪70年代的两次石油危机后，日本一直在考虑替代石油的能源选
22、择。面对核能、煤炭、可再生能源等众多选项，日本的能源结构从石油火力发电占比过半逐渐转换为核能、煤炭和天然气发电占主导地位。进入上世纪90年代后，全球变暖成为世界课题，日本又开始以核能和可再生能源为目标，进行能源结构转变。“311”地震和福岛核事故后，日本政府和社会的能源观和能源战略出现了根本变化，开始降低对核能的依赖，加速发展安心、安全的可再生能源。,降低石油依存度,日本发展核能政策转变,推动新能源开发,到2014年投资达375亿美元，发展10万千瓦新的太阳能，这样的能量相当于三个核电站。这会使日本成为世界第三大太阳能市场。 到2014年，会有0.7万千瓦的新风电。 资助开发各种新型可再生能源。包括漂浮式海上风力发电机。,推行节能经济,
