2022新能源发电技术.docx

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1、新能源发电技术目 录前言第 5 章生物质能利用133第 1 章绪论 15. 1 生物质能的利用基础 1331. 1 能源问题1. 2 环境问题 1 95. 2 生物质气化技术5. 3 生物质液化技术 137 1471. 3 温室气体的排放和核算135. 4 生物质能发电技术1521. 4 新能源发电技术20思考题与习题156思考题与习题25第 6 章地热发电157第 2 章核能利用266. 1 地热资源的种类1572. 1 核反应堆的物理基础262. 2 核反应堆的热工分析382. 3 核反应堆的动力回路412. 4 核电站的安全基础516. 2 地热资源的获取方式6. 3 蒸汽型地热发电技术

2、6. 4 闪蒸型地热发电技术6. 5 双循环地热发电技术 162 166 170 1742. 5 可控核聚变及其未来的利用方式 60思考题与习题181思考题与习题66第 7 章海洋能发电182第 3 章风力发电687. 1 潮汐能蓄能发电技术1823. 1 风资源与风能利用基础683. 2 风力发电机组的构成807. 2 波浪能发电技术7. 3 海流能发电技术 191 2043. 3 储 能 电池867. 4 海洋温差能发电技术2103. 4 智 能 电网96思考题与习题104思考题与习题218第 8 章燃料电池技术219第 4 章太阳能发电1058. 1 燃料电池的工作原理及输出性能 219

3、4. 1 太阳能的利用基础与利用方式 1058. 2 燃料电池的技术分类2264. 2 太阳能集热器1158. 3 燃料电池发电系统2334. 3 太阳能光热发电技术1198. 4 燃料电池联合循环发电2404. 4 太阳能光伏发电技术125思考题与习题242思考题与习题 132参考文献244第 1章绪论能源及能源所引发的环境问题已经受到全世界的广泛重视， 很多国家都在努力尝试重新构筑能源安全与环境保护之间的新型平衡关系。 随着能源利用技术的不断进步和居民对生态环境的日趋重视， 人们更有信心建立一个广泛依靠新能源的电力生产方式， 在满足社会用电需求的同时， 还能解决当前遇到的环境问题。1. 1

4、能源问题能源是能量物质或能量资源的统称， 它是自然界中可为人类提供某种能量 （ 如电能、热能、 光能等） 的各类能量物质， 或者是可以做功的各种能量资源。举例来说， 煤炭、 石油、 天然气这些能源都能够为人类的活动提供能量， 所以它们都属于能源。 这三种能源是由埋在地下的动植物经过千百万年的地质演变而成的， 和化石的形成一样， 所以都被称为化石能源。 化石能源常以固态、 液态或气态的形式存在于地球内部， 可以通过一些技术手段进行开采和利用。 能源是人类活动的物质基础， 人们常常通过某种特定的技术， 使化石能源转变为人类所需要的电能、 机械能或冷热能量， 应用在人类活动的方方面面， 以满足人类对

5、能源的需求。能源在现代工业生产中占有重要地位， 任何生产环节都直接或间接依赖能源； 现代化的交通运输更离不了能源， 火车、 汽车、 飞机和轮船都是以强大的能源工业作为基础的。 人类社会的发展离不开品质优良的能源和先进的能源技术。 能源是人类赖以生存的基本保障， 是奠定人类社会的重要基础， 同时也是推动世界发展和社会进步的驱动力， 其重要意义不言而喻。另外， 能源问题也一直是全球的热点话题。 在当今世界， 能源安全、 能源与环境是全世界、 全人类共同关心的热点问题， 如何解决能源问题是一个国家社会经济发展的重要课题。1. 1. 1能源分类能源的种类有很多， 例如煤炭、 石油、 天然气、 生物质能

6、以及核能等， 这些都是人们所1熟知的能源。 此外， 大自然中的风、 太阳辐射、 潮汐、 地震等也蕴含着巨大的能量。 能源有多种分类方法， 根据不同的划定方式， 可以从多角度对能源进行分类。1. 一次能源和二次能源最常用的是按其形成和来源进行分类， 我们可以将能源分成一次能源和二次能源。 所谓一次能源， 是指以现存形式存在于自然界， 而不改变其基本形态的天然能源， 例如柴草、 煤炭、 原油、 天然气、 核燃料、 水能、 风能、 太阳能、 地热能以及海洋能等。 一次能源又可以分为地球以外的、 地球内部的、 地球与其他天体相互作用的三类。 二次能源是指需要经过加工转换过程， 从一次能源直接或间接转化

7、来的能源， 例如蒸汽、 焦炭、 洗精煤、 煤气、 电力、 汽油、 煤油、 柴油、 氢能等。 二次能源比一次能源具有更高的终端利用效率， 使用时更方便、 更清洁。2. 常规能源和新能源按能源的开发及利用状况进行分类， 能源可以分成常规能源和新能源。 常规能源又称作传统能源， 是指已经大规模生产和广泛利用的能源， 如煤炭、 石油、 天然气等。 新能源是相对于常规能源而言的， 要比常规能源所受关注度更高。 所谓新能源， 是指在新技术基础上， 能够开发与利用的能源。 与常规能源相比较， 新能源使用量较小， 尚未形成较大的应用规模， 一般还处在研究或小型应用阶段， 例如核能、 太阳能、 风能、 海洋能、

8、 地热能、 氢能、水能等。这里需要指出的是， 常规能源与新能源的划分并无严格界限， 会随着时间推移或地区不同而发生一定的变化。 例如核能， 在 20 世纪 50 年代核能刚开始应用时， 它被认为是一种新能源； 而到了 20 世纪 80 年代， 一些发达国家已经把它列为常规能源了。3. 可再生能源与不可再生能源按照能源是否能再生又可以将能源分为可再生能源和不可再生能源， 这是对一次能源的再一次分类。 可再生能源就是指在生态循环中能不断再生的能源， 它不会随着本身的转化或人类的利用而减少， 具有天然的自我恢复功能， 例如风能、 水能、 海洋能、 地热能、 太阳能以及生物质能等。 矿物燃料和核燃料则

9、难以再生， 它们会随着人类的使用而越来越少， 因而被称为不可再生能源。4. 其他分类方法能源还可以分为商品能源和非商品能源。 商品能源是指能够进入能源市场作为商品销售的能源， 例如煤炭、 石油、 天然气和电能等 （ 国际上的能源统计均限于商品能源）。 非商品能源主要指柴薪和农作物残余。另外， 能源还可以分为燃料能源和非燃料能源。 燃料能源是指可用于直接燃烧发出能量的物质， 例如煤、 石油、 天然气、 柴草等。 非燃料能源是指不可用于直接燃烧的能源， 例如水能、 风能、 电能等。1. 1. 2能源发展过程1. 能源发展过程综述能源作为人类社会与经济持续发展的重要物质基础， 它的发展与人类社会的发

10、展密切相关。 因此， 能源技术发展的过程， 也是人类文明和社会进步的发展历程。 人类利用能源大致经历了以柴薪、 煤炭、 石油作为主要能源的三个阶段。在远古时代， 早期人类发现了火， 掌握了火的使用技术， 开始了以柴薪作为主要能源的时代， 这一阶段一直持续到了 18 世纪。 生活在这一阶段的人类主要把柴薪作为主要燃料。随后在 18 世纪， 由于第一次工业革命的爆发， 英国发明了蒸汽机、 纺织机等工业机器， 并开始大规模代替人力， 柴薪已经不能满足人们对能源的巨大需求， 煤炭作为柴薪的替代品开始崭露头角， 逐渐成为世界第一大主导能源。19 世纪 70 年代以来， 科学技术突飞猛进， 各种新技术迅速

11、应用于工业生产中， 尤其是电力的广泛应用和内燃机的发明， 使人类由蒸汽时代迈入电气时代， 被称为第二次工业革命。 伴随着一系列新技术的出现， 汽车工业、 电力工业、 化学工业、 通信技术得以迅速发展， 石油和天然气工业也在这一时期迅速崛起， 并以其更高热值、 更易运输、 更低污染的特点， 于 20 世纪 60 年代取代了煤炭的主导能源地位， 世界能源结构又一次发生改变。此外， 随着科学技术的进步， 各类新能源开始投入运用。 随着能源效率的不断提高， 全球能源消费增速变缓。 根据 2017 年 BP 世界能源统计， 2016 年一次能源消费仅增长 1%， 几乎只有过去十年平均增长率的一半。 化石

12、燃料所释放的能量在一次能源供应中约占 85. 5%， 其中石油占 33. 3%， 煤炭占 28. 1%， 天然气占 24. 1%。 非化石能源中， 核能占 4. 5%， 水能占 6. 8%， 太阳能、 风能、 地热能等可再生能源仅占 3. 2%。12. 常规能源常规能源主要有煤炭、 石油及天然气等， 是人类历史上应用最多的能源。 下面简要介绍煤炭、 石油及天然气的发展历程。（1） 煤炭的发展 煤炭利用有着悠久的历史， 我国是世界上最早利用煤炭作为能源的国家， 早在汉代就将煤炭作为燃料， 要比欧洲早 1000 多年。 但是， 煤炭作为主要能源却花了很长时间。在第一次工业革命之前， 由于人类的生产

13、技术比较落后 （ 主要集中在手工业上） ， 所以对能源的需求不是很强烈， 仅仅使用柴薪这样的低热值能源就可以满足人类生产生活的需求。 但是， 第一次工业革命的出现改变了能源的结构。 由于蒸汽机的出现， 人类对工业能源的需求剧增， 需要具备高热值的煤炭提供所需热能， 因此煤炭取代之前的柴薪作为人类的第一大能量来源。 直到现在， 煤炭依旧在钢铁、 化工及电力工业中仍扮演着重要的角色。（2） 石油、 天然气的发展 同煤炭一样， 石油、 天然气也是常规能源。 早在公元前 10 世纪， 埃及人就把石油沥青用于建筑和防腐等。 我国也曾在公元前 3 世纪到 1 世纪用天然气作为燃料。 然而， 石油、 天然气

14、作为主导能源同样经历了漫长的过程。19 世纪 60 年代， 活塞式内燃机的发明增加了人类对石油的需求。 随后得益于柴油发动机的发明， 航空业也发展起来， 因此人类开始大规模地开采石油。 世界能源结构又一次发生改变， 从以煤炭为主过渡到以石油、 天然气为主， 而且人类社会的生产生活越来越离不开石油、 天然气。但是， 石油、 天然气作为不可再生能源， 终有枯竭的一天。 人类进入现代社会以来， 已经遭遇了三次石油危机， 油价飙升、 储量减少， 威胁着人类社会的健康发展。 由此可见， 以新能源为主的时代即将到来。253. 新能源技术除常规能源外， 人类也在积极探索新能源应用的可能性。 相比常规能源，

15、新能源具有储量丰富、 清洁低碳、 污染低甚至无污染的特点。 虽然现阶段新能源的利用仍有较大的局限性， 很多停留在研发阶段， 但可以预测的是， 现阶段所研发的新能源技术将在未来被人类普遍应用， 成为能源结构中最重要的组成部分。 下面主要介绍太阳能、 风能、 水能、 核能的利用。（1） 太阳能 太阳能蕴藏着巨大的能量， 地球上每秒钟获得的太阳能相当于燃烧 500 多万 t 优质煤所发出的热量， 并且完全清洁无污染， 被看作是最佳能量来源， 但目前的主要问题是缺乏高效利用太阳能的方法。 当前太阳能发电主要是太阳能光伏发电和太阳能光热发电： 光伏发电就是利用光生伏特效应直接将太阳能转换成电能的技术；

16、光热发电是指将太阳辐射经过热能再转换成电能的发电技术。 目前越来越多的高校与研究机构致力于探索太阳能的应用前景， 可以预测的是未来太阳能将会得到更好的应用。（2） 风能 风能也是具有广阔应用前景的可再生能源， 可以用作航行、 灌溉和发电等。早在几百年前， 人类就发明了应用风能的风车。 到目前为止， 人类已经广泛掌握了现代风力发电技术， 美国、 日本、 丹麦都设计制造了超过 6MW 的风力发电机组。 风能的清洁性、 可再生性以及大规模应用技术的成熟， 使得风能成为新能源领域技术最成熟、 最具开发条件和最有发展前景的清洁能源。（3） 水能 水能是储量巨大的可再生能源， 具有可再生性、 清洁性等优点

17、。 人类对水能的开发利用也由来已久， 早在 2000 多年前就已经在农业上使用水车。 现在人类对水能的利用主要集中在水电站上， 例如我国的长江三峡水利枢纽工程， 年发电量可达 847 亿 kWh，由此可见， 水能的应用潜力极其巨大。（4） 核能 核能是原子核发生裂变或聚变时释放出的能量， 蕴含着巨大的利用潜力。这里讨论的核能主要指核裂变。 核能的利用历史只有半个多世纪， 但是核能技术的发展极为迅速。 截至 2017 年 1 月 1 日， 全球共有 446 台在运转核电机组， 在个别国家核能发电量甚至超过了总发电量的 50%。值得注意的是， 在目前核能的开发利用过程中， 仍存在公众所担心的核安全

18、问题。由于核燃料具有极高的放射性， 一旦发生泄漏， 将对环境造成严重危害， 历史上就曾经发生过苏联切尔诺贝利核事故以及日本福岛核电站泄漏事故。 因此， 人类还需要找到更安全的核能开发利用方法， 加大对核能发电技术的研究， 保证核能在安全的环境下造福人类社会。1. 1. 3能源结构1. 能源生产结构目前来看， 石油仍是全球使用最多的燃料。 2016 年全球石油产量仅增长 40 万桶/ 日， 为 2013 年以来的最缓增速。 2016 年， 全球探明石油储量增加了 150 亿桶， 增长主要来自伊拉克和俄罗斯。 欧佩克成员国现在掌握 71. 5% 的全球探明储量， 按照 2016 年产量水平， 这足

19、够满足世界 50 年的产量1 。3天然气方面， 2016 年全球天然气产量仅增加了 210 亿 m ， 上升 0. 3%， 这是过去 34 年来 （ 除金融危机时期外） 天然气产量增速最为缓慢的一年。 截至 2016 年底， 全球天然气探明储量为 186. 6 万亿 m3 ， 和石油储量一样， 该储备足以保证 50 年以上的生产需要。 中东地区拥有世界上最大的天然气探明储量1 。煤炭方面， 2016 年全球煤炭产量下降 6. 2%， 创有记录以来最大跌幅， 其中中国煤炭产量下降 7. 9%。 全世界探明煤炭储量目前足够满足 153 年的全球产量， 是石油和天然气储产比的 3 倍以上， 其中美国

20、拥有最大储量， 占全球探明储量的 22. 1%。总的来说， 现如今的能源生产结构仍旧以化石能源为主， 但是可再生能源和核能的增速不可忽视， 可以预测在未来随着化石能源全球储量的减少， 可再生能源以及核能等新能源将会占有更加重要的战略地位。2. 能源消费结构如图 1-1 所示， 石油仍是全球最重要的燃料， 约占全球能源消费的三分之一。 经历了19992014 十五年的下滑后， 在2016 年， 石油所占市场份额连续第2 年保持上升。 全球石油消费增长160 万桶/ 日， 连续第 2 年高于其近10 年的平均增速1 。天然气方面， 2016 年全球天然气消费同比增加 630 亿 m3 。 总的来看

21、， 天然气消费量占一次能源消费量的 24. 1%， 排名第三。在煤炭的消费上， 2016 年全球煤炭消费同比下降 1. 7%， 这是煤炭消费连续第 2 年下滑。 煤炭在全图 1-1 2016 世界能源消费结构球一次能源消费中的占比降至 28. 1%， 达到 2004 年以来的最低水平。2016 年， 可再生能源的发电量 （ 不包括水电） 增长了 14. 1%。 在可再生能源的发电增长中， 超过一半源于风能的增长。 太阳能虽然在可再生能源中的占比仅为 18%， 却贡献了约三分之一的增长。 中国超过美国， 成为全球最大的可再生能源生产国。 全球核能增长1. 3%， 中国增长 24. 5%， 全球核

22、能净增长全部源自中国。 全球水电产量上升 2. 8%， 中国和美国的增长最为显著。包括太阳能、 风能等在内的新能源增长势头迅猛， 这预示着新能源将会在能源消费结构中承担越来越重要的角色。而在中国层面， 2016 年中国一次能源消费总量为 43. 6 亿 t 标准煤， 同比增长 1. 4% 左右， 其中， 石油、 天然气、 煤炭的一次能源消费量占比分别为 19. 0%、 6. 2%、 61. 8%， 可以看到， 现阶段我国仍以煤炭作为主要能源。 而核能、 水力发电、 其他可再生能源分别占1. 6%、 8. 6%、 2. 8%。 2016 年中国能源消费结构如图 1-2 所示。3. 能源弹性系数弹

23、性系数主要是指某一变量的微小增长率与另一变量的微小增长率之比， 比如说有 X、YXY 两个变量， 弹性系数就是Y X。 用弹性系数来分析变量间的关系， 这在经济学领域中应用很广泛。而在能源领域， 为了研究能源与国民经济间的关系， 则引入了能源弹性系数的概念。 能源弹性系数又分为能源生产弹性系数和能源消费弹性系数。 能源生产弹性系数可以反映能源生产与国民经济的关系， 而能源消费弹性系数则可反映能源消费与国民经济的关系。能源弹性系数是研究能源生产 （ 消费） 量与宏观经济发展指标 （ 一般采用国内生产总值 GDP） 之间关系的数值， 基本定义为能源生产 （ 消费） 增长率与经济增长率之比， 用式

24、（1-1） 表示2 。 e = =图 1-2 2016 年中国能源消费结构E / E0G / G0（1-1）式中， e 为能源生产 （ 消费） 弹性系数； 为能源生产 （ 消费） 增长率； 为国内生产总值增长率； E 为计算期间的能源生产 （ 消费） 增量； E0 为计算起始年的能源生产 （ 消费） 量； G 为计算期间的国内生产总值增量； G0 为计算起始年的国内生产总值。能源生产弹性系数实质上是国民经济变化对同期能源生产量变化的影响， 能源消费弹性系数实质上是国民经济变化对同期能源消费量变化的影响， 研究能源弹性系数对制定能源结构的优化策略有着重要意义。 中国 20072016 年能源弹性

25、系数见表 1-1， 由表可见， 能源生产弹性系数和能源消费弹性系数都有一定的波动表 1-1 中国 20072016 年能源弹性系数年份能源生产弹性系数能源消费弹性系数20070. 560. 6120080. 520. 3020090. 330. 5120100. 860. 6920110. 950. 7720120. 400. 4920130. 280. 4720140. 120. 2920150. 000. 142016-0. 590. 214. 能源结构优化调整能源结构的优化是提高能源质量和确保经济增长的重要措施。 优化能源结构需要考虑能源的资源结构、 供给结构和需求结构之间的关系。 只有

26、平衡好这三者之间的矛盾， 才能够有效提高能源的利用效率， 促进经济平稳快速发展。 2030 年我国能源发展消费架构的目标为： 非化石能源消费比重提高到 20%， 天然气消费比重力争达到 15%， 新增能源需求主要依靠清洁能源满足。 由此可见， 我国煤炭消费比重将进一步降低， 非化石能源和天然气消费比重将显著提高， 主体能源由油气 （ 石油、 天然气） 替代煤炭、 非化石能源替代化石能源的双重更替进程将加快推进。1. 1. 4能源利用效率1. 能源利用效率的定义世界能源委员会在 1995 年出版的 应用高技术提高能效 中， 将 “ 能源效率” 定义为减少提供同等能源服务的能源投入。 能源利用效率

27、可以使用两种评价指标进行评价， 分别是物理学评价指标和经济学评价指标3 。（1） 物理学评价指标 物理意义上能源利用效率的热力学指标通常用热效率来表示。联合国欧洲经济委员会的定义是在使用能源 （ 开采、 加工、 转换、 储运和终端利用） 的活动中所得到的起作用的能源量与实际消耗的能源量之比。 在设备水平上， 通过提高能源在利用过程中实际利用的能量来提高能源利用效率。 有效提高热力学意义上的能源利用效率可以降低能源利用成本， 促进经济快速增长。根据联合国欧洲经济委员会的物理能源效率评价和计算方法， 能源系统的总效率由以下三部分组成：1） 开采效率。 即能源储量的采收率。2） 中间环节效率。 包括

28、加工转换效率和储运效率。 其中， 储运效率以能源输送、 分配和储存过程中的损失来计算。3） 终端利用效率。 是指终端用户得到的有用的能源量与最初输入能源量的比值。（2） 经济学评价指标 能源效率的计算方法有两种： 一是单要素能源效率， 只把能源要素与产出进行比较而不考虑其他生产要素； 二是全要素能源效率， 即考虑各种投入要素相互作用的能源效率。 全要素能源效率更接近实际但计算复杂， 而单要素能源效率虽计算简单， 却夸大了能源效率， 且没有考虑要素之间的替代作用。 由于计算简单， 人们通常采用单要素能源效率。1） 基于单要素法的能源利用效率的定义与度量。 单要素能源效率常被定义为一个经济体的有效

29、产出 （ Useful Output） 和能源投入 （ Energy Input） 的比值， 最常用的单要素能效指标是 GDP 能耗指标。 单要素能效指标在分析能源效率上存在不可忽视的缺陷， GDP 能效指标不能反映能源利用的技术效率。 由于 GDP 能效指标反映的是社会生产的总体状况， 因而不能反映出行业间的技术差别和能效差别， 不能表征国民经济体中不同产业在能源利用效率上的不同发展变化情况。 因为一个经济体中使用的能源种类很难唯一， 很多研究都表明种类不同的能源形式在根据现有技术使用时会有不同的利用效率差异， 但 GDP 能效指标因其只是经济体总产出的货币表现与总能源投入之比， 故无法描述

30、不同能源结构经济体之间的能效差异。2） 基于全要素法的能源利用效率的定义与度量。 鉴于单要素法的缺陷， 有学者将单要素能效指标和其他生产率指标 （ 如劳动生产率、 资本生产率等指标） 结合使用， 能在一定程度上弥补单要素能效指标的不足， 但还是无法全面解决单要素能效指标的所有缺陷。 因此， 提出全要素能源效率 （ Total Factor Energy Efficiency， TFEE） 的概念， 将其定义为在其他要素保持不变的前提下， 按照最佳生产实践， 一定的产出所需的最少能源投入量与实际投入量的比值4 ， 即E实际TFEE = E目标（1-2）该定义包含了除能源要素投入以外的其他要素 （

31、 资本和劳动力） 对能源效率的影响。其中， 能源投入的目标就是最佳实践的能源投入最低水平。 由于实际能源消费总是大于或者等于目标值， 因此 TFEE 的值在 0 1 之间。我国地域辽阔， 各区域能源自然禀赋差异较大， 全要素方法能够较好地衡量生产要素间的替代效应， 相对单要素能效指标能更为准确地反映各区域在一定能源结构下的能效利用综合水平。2. 影响因素分析能源利用效率的影响因素有产业结构、 能源消费结构、 技术进步、 能源价格、 市场化水平以及对外开放水平等。（1） 产业结构 产业结构变动对能源利用效率产生影响的主要原因是不同产业的能源消耗量不同， 以及技术的发展程度不同。 三次产业的能源效

32、率存在很大差异， 其中， 我国的第一产业特性为劳动力密集型， 对能源的依赖较小， 因此能源效率显著高于第二产业和第三产业， 分别约为 5 倍和 2 倍， 但是改革开放以来， 第一产业在我国国民经济中所占比重逐年下降， 到 2016 年时仅为 8. 6%， 加上第一产业能源需求量少， 因此对总能源效率提升的贡献较小。 而第二产业主要依靠高耗能来得到产出， 第三产业则是以高技术、 低耗能、 高产出为目标的产业。 由此可见， 一个国家的第三产业比重越大， 那么能源利用效率就会越高5 。（2） 能源消费结构 不同的能源有着不同的利用效率， 比如煤的利用效率较低， 而石油、 天然气的利用效率就相对较高。

33、 煤炭在我国的一次能源消费中长期占据很大比重， 煤炭使用比例的下降会推动能源效率的提高。 我国能源结构中的优质能源 （ 如石油、 天然气） 的比重较低， 分布不均衡， 且煤炭长期占据能源消费的主要部分， 在运输和使用过程中产生了很多能源损耗。 我国煤炭消费比重从 1990 年的 76. 2%下降到 2016 年的 61. 8%， 显著提高了我国的能源利用效率。 由此可见， 能源消费结构对于能源利用效率会产生直接影响， 优质能源使用比率的上升会提高能源利用效率。（3） 技术进步 技术进步对能源利用效率的作用体现在两个方面： 一是能源技术进步。比如能源开采技术的进步可以减少能源损失， 间接提高能源

34、利用效率。 能源价格、 能源产品的竞争程度会对能源技术的发明、 创新产生影响， 如能源价格上升， 会激励企业进行技术创新， 尽可能提高单位能源投入的产出量。 能源技术进步能够应用在能源生产和使用的各个环节， 促进能源利用效率的提高。 二是非能源技术进步。 非能源技术进步表现在生产设备和运输设备的改进、 劳动者劳动能力的提高等方面。 非能源技术进步可以优化生产要素配置， 节约能源投入， 增加产出， 从而提高能源利用效率。 改进高耗能行业 （ 如钢铁和水泥行业） 的生产设备， 可以显著降低单位产品的能源强度， 提高能源利用效率6 。（4） 能源价格 能源价格被认为是影响能源效率最重要的因素之一，

35、其理论基础为能源是一种生产要素。 能源价格上涨将导致企业使用能源的成本上升， 从而引起企业的生产成本上升， 在完全竞争市场上， 当能源价格上升时， 为了降低成本， 生产者将尽可能提高能源效率， 减少能源资源的使用量。除此之外， 市场化水平和对外开放水平也被认为能够对能源利用效率产生影响。 在市场机制的作用下， 企业会更加关注生产效率和技术创新， 从而提高企业内部的能源利用效率； 同时， 市场机制的逐渐强化促使能源这一生产要素流向更加具有效率的企业， 因此在整体的资源配置上也会有所改善。 对外开放有力地推动了我国的工业化进程， 在技术转让、 管理技能和国际营销技能等方面发挥了正向促进作用， 对我

36、国制造业的能源利用效率产生了积极影响。1. 1. 5新能源渗透率1. 新能源渗透率的含义与意义新能源渗透率主要指各种新能源占全部能源用量的比重。 例如人类每年利用的太阳能占全部能源的比重就是太阳能的渗透率。新能源渗透率对人类社会的发展有着重要的意义。 由于新能源普遍绿色环保， 提高新能源渗透率有利于构建节能减排的资源节约型社会， 防止资源短缺情况的发生， 最大程度地去保护人类赖以生存的自然环境， 促进经济社会的可持续发展； 发展低碳经济， 可实现 GDP 快速可持续速增长。 此外， 提高新能源的渗透率还能够优化能源结构， 促进人类社会构建新的能源体系， 摆脱传统化石能源的束缚。2. 提高新能源

37、渗透率的主要措施提高新能源渗透率的主要措施是发展先进的多能源耦合和独立的新能源分布式发电技 术， 使新能源在能源结构中占有支配地位。 同时， 政府也应该提出相应的政策支持， 宣传新能源的优点， 优化产业结构， 为发展新能源提供有利条件。1. 2环境问题随着人们生活水平的不断提高， 每个人对自身所处环境及其与环境相关问题的关注程度越来越高。 由于人类社会活动的影响， 自然环境自身平衡被打破， 环境状态也随之发生一定变化， 从而引发各类环境问题， 比如由于大量排放二氧化碳等温室气体所造成的气候变化问题， 以及 PM2. 5、 NOx 、 SOx 、 重金属等污染物排放问题。 本节主要介绍由于能源使

38、用所造成的环境影响。1. 2. 1能源环境污染能源环境污染是指由于能源消费过程中所生成的污染物进入环境， 对其所造成的污染， 也包括因为人为疏忽所导致的能源泄漏。 而大部分能源环境污染是由于能源的浪费或者不合理使用所引发的。 能源环境污染大体上可分为大气污染、 水污染以及土壤污染。 其中， 大气污染也叫空气污染， 是指能源使用过程中的污染物排放到大气中， 从而对大气造成污染。 水污染和土壤污染与此类似， 也是指能源使用过程中的污染物排放到水或土壤中， 对水体或土壤所造成的污染。能源环境污染的影响主要有两个方面， 一是对自然生态系统的危害， 二是对人类社会的危害。 对自然生态系统的危害可以分为对

39、自然生物的危害和对气候的影响。 大气污染、 水污染和土壤污染都会威胁到地球上的动植物以及其他生物。 比如在大气污染中， 当二氧化硫等污染物的浓度过高时， 会直接造成植被的枯萎甚至死亡； 在水体污染中， 石油的泄漏会导致江河湖海中水生生物的直接死亡； 在土壤污染中， 燃烧化石能源所排放的硫化物和氮氧化物等有害气体进入大气中， 它们与其他物质相互反应从而形成酸雨， 通过自然降水进入土壤， 最后造成土壤酸化， 从而污染土壤。1. 2. 2能源环境污染的成因能源环境污染的成因将按上文中的划分， 分大气污染、 水污染、 土壤污染三个方面分别介绍。1. 大气污染的成因目前的科学证明， 与能源使用相关的大气

40、污染的成因大致可以分为以下三类：（1） 工业能源环境污染 随着工业的快速发展， 化石能源的使用量大幅度上升， 而这些化石能源会产生大量的 SOx 和 NOx ， 而这些物质几乎都被排放到大气中， 进而造成大气污染。 图 1-3 和图 1-4 中的大量烟气， 即为工业燃煤排放的。图 1-3 工 厂 排放图 1-4 火电厂排放（2） 交通运输能源环境污染 随着社会的不断发展， 汽车、 火车、 飞机、 轮船已经成为人们日常出行的主要交通工具， 它们运行时所产生的废气污染物已经不容小觑。 特别地， 汽车的数量不断增多， 其排放的 CO、 NOx 和 PM2. 5 等污染物的数量不断增多， 这些污染物进

41、入大气中， 对人体和环境造成比较大的危害， 图 1-5 和图 1-6 所示分别为汽车尾气排放和图 1-5 汽车尾气排放图 1-6 交通污染交通污染。同时， 这些交通工具所使用的油气挥发物与其他有害气体经过太阳紫外线照射后， 发生一些复杂化学反应， 也会加重大气污染程度。（3） 日常生活能源环境污染 日常生活能源环境污染的主要来源是生活炉灶与采暖锅炉。 特别是在北方地区的冬季采暖季节， 使用这类炉灶和锅炉时需要消耗大量的煤炭， 煤炭在燃烧时会释放大量烟尘、 SOx 、 CO 等有害物质， 造成大气污染。2. 水污染的成因现今水污染的成因较多， 单纯由能源浪费和不合理利用造成的水污染大致可以分为两

42、类：（1） 酸雨造成的水污染 燃煤产生的 SO2 等酸性气体排入大气中， 造成局部地区 SO2 含量过高， 与云层中的水蒸气反应生成亚硫酸， 进而继续与其他污染物发生催化反应生成硫酸， 最后以酸雨的形式降下。 降下的酸雨一部分流入了江河湖海， 最后造成水污染。同时， 一些工厂排出的废水因其携带较多的热量， 也会造成水的热污染， 对周围的环境造成危害。（2） 石油造成的水污染 石油泄漏也是造成水污染的一个重要原因。 一方面， 石油泄漏污染地下水， 直接危及人类的健康， 导致各种疾病的患病率上升； 另一方面， 海上石油泄漏污染 （ 图 1-7） 会造成大面积的海洋生物死亡， 破坏生态平衡， 例如

43、BP 石油公司漏油事件就是由于石油泄漏造成的一次重大污染事件。 图 1-8 所示为清理受污染的水体。图 1-7 海上石油泄漏污染图 1-8 清理受污染的水体3. 土壤污染的成因与水污染的成因类似， 土壤污染的成因主要也可以分为两类：（1） 酸雨造成的土壤污染 酸雨的一部分渗入土壤， 造成了土壤酸化， 导致土壤污染。（2） 石油造成的土壤污染 石油泄漏也会造成土壤污染。 在开采、 存储、 使用的过程中， 石油中的重金属等污染物进入土壤导致土壤的质量下降， 无法发挥其正常作用， 被石油污染的土壤通常寸草不生， 如图 1-9 所示。1. 2. 3能源环境污染实例本小节主要介绍由能源的浪费和不合理利用

44、引起的大气污染、 水污染、 土壤污染的具体实例。图 1-9 石油造成的土壤污染1. 大气污染相关实例（1） 雾霾天气 PM 是颗粒物 （ Particulate Matter） 的缩写， 通常说的 PM2. 5 是大气中直径小于或等于 2. 5m 的颗粒物， 也叫作可吸入肺颗粒物， 通常采用每立方米空气中这种颗粒的含量来表示， 这个值的大小和当地空气污染程度直接相关。 与其他大气中的颗粒物相比， PM2. 5 的粒径更小， 还可携带大量的有害物质， 能长时间停留在大气中并且拥有较远的输送距离， 所以对人类社会和自然环境造成的破坏性更大。PM2. 5 的成因主要是工业生产过程， 例如燃煤发电、

45、汽车尾气排放以及建筑扬尘等污染物排放。 例如 2015 年 11 月 8 日， 中国某省出现了史上最严重的雾霾天气， 这次雾霾天气的特点是持续时间长、 污染面积大、 污染程度深。 在这一天， 全省 14 个城市中有 11 个处于重度污染以上。 当地 PM2. 5 值一度超过 1000g / m3 ， 局部地区更是高达 1400g / m3 。（2） 1952 年伦敦烟雾酸雨事件在 1952 年 12 月初的得奖牛展览会上， 350 头牛中有52 头出现了严重的中毒症状， 14 头处于濒死状态， 其中 1 头当场死亡。 紧接着是伦敦市民发生了不良反应： 许多人呼吸困难、 哮喘咳嗽、 眼睛刺痛。

46、在 12 月 5 日到 8 日的 4 天中，伦敦的死亡人数高达 4000 人。 紧接着是 12 月 9 日的酸雨， pH 值低至 1. 4 1. 9， 而正常雨水的 pH 值仅为 5. 6 左右。究其原因， 一方面， 伦敦当时为了发展经济， 建立的火力发电厂、 燃煤工厂等排放的二氧化硫成为酸雨主要的来源； 另一方面， 当时正处于冬季， 各家各户通过燃煤进行取暖， 所排放出来的烟气也加重了污染物的浓度。2. 水污染相关实例（1） 北美死湖酸雨事件 自 20 世纪 70 年代起， 美国东北部及加拿大东南部的湖泊水质发生酸化， 污染程度高的湖泊 pH 值已低到 1. 4， 污染程度较低的 pH 值也有 3. 5， 而正常湖泊的 p