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能源与环境

能源与环境. 罗永浩 教授 机械与动力工程学院 2011 年 12 月 20 日. 太阳能. 能源是人类社会发展的动力. 电能. 机械能. 现代社会. 热能. 工业革命. 化学能. 原始社会. 农业社会. 大自然. 现代文明依赖化石能源 存在资源短期环境污染 温室气体成为博弈焦点. 化石能源的基本知识. 能源分类. 一次能源 是从自然界取得而直接加以利用的能源，如煤炭、石油、天然气、风能、水能、天然铀矿等。 二次能源 是由一次能源经过加工、转换而来的能源，如电力、蒸汽、焦炭、煤气等，它们便于运输和使用，是相对品质高污染少的能源。

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能源与环境

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Presentation Transcript

  1. 能源与环境 罗永浩 教授 机械与动力工程学院 2011年12月20日

  2. 太阳能 能源是人类社会发展的动力 电能 机械能 现代社会 热能 工业革命 化学能 原始社会 农业社会 大自然

  3. 现代文明依赖化石能源 存在资源短期环境污染 温室气体成为博弈焦点

  4. 化石能源的基本知识

  5. 能源分类 一次能源是从自然界取得而直接加以利用的能源，如煤炭、石油、天然气、风能、水能、天然铀矿等。 二次能源是由一次能源经过加工、转换而来的能源，如电力、蒸汽、焦炭、煤气等，它们便于运输和使用，是相对品质高污染少的能源。 可再生能源包括太阳能、生物质能、水能、氢能、风能、海洋能等，可再生能源不会由于它本身的转化或人类的利用而日益减少。 化石能源一般指煤炭、石油、天然气，是不可再生能源。 近期发现非常规天然气，页岩气和可燃冰 页岩气 可燃冰 困在页岩层中的天然气 分布在深海和冻土层的天然气水合物

  6. 化石能源的特性 煤、石油及天然气的主要可燃元素是碳和氢。这些化石燃料在燃烧过程中，释放出的能量是分子组合中含有的化学能。能量的单位通常用焦耳（Joule）表示，但工程上也常用卡（calorie）表示， 1卡（cal）=4.18焦（J）。 评判煤的特性一般用元素分析和工业分析。元素分析测定煤中碳、氢、氧、氮、硫的含量，通过元素分析可以判断煤发热量的高低以及燃烧排放情况。工业分析主要测定煤的水分、灰分、挥发份、固定碳，煤中挥发份含量越高越易着火。 化石燃料在燃烧过程中排放的主要空气污染物是：颗粒物（PM）、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）。燃煤产生的NOx可分为热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。

  7. 热力学第一定律 自然界中一切物质都具有能量，能量可以从一种形态转变为另一种形态，但能的总量保持不变。（能量的形态是可以转变的，能量是守恒的。） 热力学第二定律 热不可能自发地、不付代价地、从低温物体传至高温物体。（表明能量转化过程的方向性）

  8. 卡诺循环热效率 ηk＝1－T2/T1

  9. 燃煤电厂发电原理 与排放控制

  10. 汽轮机 燃煤发电厂原理 煤和空气进入锅炉炉膛内燃烧放出热量，通过传热将锅炉内的水加热至过热蒸汽，蒸汽在汽轮机内膨胀做功推动汽轮机旋转运动，汽轮机通过连接轴带动发电机转子旋转，切割磁力线发电。蒸汽在汽轮机膨胀做功后的乏气在冷凝器中被冷凝成水，然后通过水泵压入锅炉内，开始再一次的循环。 超（超）临界发电技术主要是通过提高蒸汽温度压力来提高效率。 朗肯循环

  11. 燃煤电厂污染物排放与控制 静电除尘器 除尘 烟(粉)尘 二氧化硫 氮氧化物（NOx） 布袋除尘器 脱硫 脱硝 燃煤电站锅炉

  12. 二氧化碳捕集方法 烟气吸收 燃烧前捕获 富氧燃烧

  13. 核电 能够大规模替代燃煤发电厂

  14. 核能途径 替代锅炉

  15. 可再生能源

  16. 生物质能

  17. 什么是生物质？包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水几大类。什么是生物质？包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水几大类。 生物质能是太阳能以化学能形式储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于植物的光合作用

  18. 成型燃料 化石能源是生物质转变过来的，所以生物质能够替代煤、石油和天然气的各种应用途径，同样燃烧生物质也会产生污染物。

  19. 水力发电 从水车得到启发 利用水位差转化为动能 带动叶轮机转动发电

  20. 水电的优缺点？ 生态环境问题 建设能耗问题

  21. 移民问题

  22. 风力发电 风力发电的基础是利用风力的动能

  23. 太阳能

  24. 太阳能热发电 塔式 碟式 替 代 槽式

  25. 光伏发电 太阳电池 工作原理 晶体硅电池 薄膜电池

  26. 潮汐发电 水力发电 核电 太阳能热发电 光伏 风力发电 生物质燃烧发电

  27. 能源系统

  28. 分布式供能系统 节能基本原则：温度对口，梯级利用

  29. 智能电网

  30. 传统电网 发电厂 输配电线路 峰谷差, 分布式能源接入 变电所

  31. 智能电网 信息流 电力流

  32. 节能 工业节能 建筑节能 交通节能

  33. 工业节能 生产工艺 通用系统

  34. 建筑节能

  35. 人类建筑经历的发展阶段 • 古代建筑：低能耗阶段 • 舒适建筑：高能耗阶段筑 • 健康建筑：高能耗阶段 • 绿色建筑：低能耗阶段 傣家“竹楼” 江南民居 上海浦东

  36. 问题：墙体、门窗隔热不好 ?

  37. 节能门窗 • 建筑门窗是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，是墙体失热损失的5—6倍 • 门窗的节能约占建筑节能的40％左右，具有极其重要的地位

  38. 新型保温墙体结构 1. 大力神粘结剂 2. 绝热层 3. 蓝盔抗裂防水面层剂 4. 高强耐碱玻纤网格布 5. 隔热膨胀铆固钉 6. 涂料(弹性涂料)

  39. 生态建筑 生态建筑集成系统 地热热泵

  40. 交通节能 车 路 人

  41. 车辆节能 减少阻力 降低重量 混合动力

  42. 多元化组合模式 BRT in Bogota

  43. 选择节能的交通模式 豪华车 小型车 公交车 自行车

  44. 循环经济

  45. 循环经济的三个原则 减量化 Reduce 再利用 Reuse 再循环 Recycle 输入端 过程中 输出端 减少进入生产中和消费过程的物质量，从源头节约资源使用和减少污染物的排放。 要求物品完成使用的功能后重新变成再生资源。 原料套用、能量梯级利用、中水回用，可修复产品再利用等。 减量化应放在首位 全过程都必须做到无毒化、无害化

  46. 卡伦堡生态工业园区 炼油厂 生物厂 墙板厂 燃煤电厂 卡伦堡市区 从上世纪70年代开始，原先工厂间为节约成本，自发地利用附近工厂的废弃物，逐渐形成了以燃煤电厂为中心枢纽的生态共生网络。从生态学角度来说，卡伦堡工业园区展现了一个简单食物链的特质，即生物有机体消费彼此的废弃物质与能源，演变成彼此相依存的状态。这种跨工厂的再利用和循环模式不但降低了空气、水及土壤污染，而且通过副产品交换，节约了水和其它资源，产生了可观的经济效益。

  47. 崇明生态岛建设

  48. 可再生能源自维持的崇明岛

  49. 能源发展基本思路 三个系统 能源自维持岛屿 二个层次 供能：可再生能源 能源自维持村庄 用能：节能型 能源自维持住宅

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