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节能原理与技术 罗永浩 热能工程研究所

节能原理与技术 罗永浩 热能工程研究所. 能源大背景. 节能原理、技术、案例. 工业节能、建筑节能、交通节能. 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、风能、生物质能、水能、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.

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Presentation Transcript

  1. 节能原理与技术 罗永浩 热能工程研究所

  2. 能源大背景 节能原理、技术、案例 工业节能、建筑节能、交通节能

  3. 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、风能、生物质能、水能、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

  4. 人类开发利用能源的历史 能源对社会发展的推动

  5. 人类掌握火的使用，成为万物之灵，开创文明社会人类掌握火的使用，成为万物之灵，开创文明社会 狩猎 吃熟食

  6. 游牧生活 人类应用火 发明冶金术 促进了农业经济社会发展 农业社会 冶金术 刀耕火种 犁 锄

  7. 城市的兴起、人口的膨胀 给木材、秸秆为能源的社会带来危机 不断发展的城市人口 树木的生长期跟不上大量砍伐

  8. 依靠马车的城市交通 马粪污染是当时头疼的环境问题

  9. 蒸汽机的发明使人类进入化石能源时代 瓦特蒸汽机 纽可门蒸汽机 煤炭替代树木 进入化石能源时代 利用蒸汽机提水的煤矿

  10. Thomas Newcomen (1664 ~1729) 1712年发明用于煤矿提水的蒸汽机 Denis Papin （1647～1712） French-born British physicist 1688年为研究“真空”发明蒸汽汽缸

  11. 瓦特制成的第一台蒸汽机 许多主体部件是用木头制造的 James Watt (1736-1819) 1764年，University of Glascow 请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机 1769年，发明冷凝器对纽可门蒸汽机制作了革新，第一个专利 1781年底，发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置，第二个专利 1782年，试制出了一种带有双向装置的新汽缸，第三个专利 1784年，完成带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机的综合组装，第四项专利 1788年，发明了离心调速器和节气阀 1790年，发明了汽缸示工器，至此瓦特完成了蒸汽机发明的全过程

  12. 蒸汽机发明引发了工业革命和现代交通 火车 轮船 纺织厂

  13. 蒸汽机汽车

  14. 内燃机的发明促进了 交通现代化 内燃机工作原理图 马车 汽车

  15. 涡轮机的发明促进了航空业发展

  16. 涡轮机也是发电厂关键部件

  17. 电的发明进入电气化的时代也迎来信息化时代、改变了日常生活电的发明进入电气化的时代也迎来信息化时代、改变了日常生活 空调 电梯 冰箱 爱迪生发明电灯 莫尔斯发明电报机 贝尔发明电话

  18. 由化石能源生产的化工产品 合成纤维 合成橡胶 塑料 化肥

  19. 用 化 石 能 源 支 撑 的 现 代 文 明 西气东输 燃煤发电厂 炼油厂

  20. 化石能源占87％，主体地位难以动摇 世界能源消费结构 数据来源：Statistical Review of World Energy 2011

  21. 我国是一个富煤、贫油、少气的国家，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。我国是一个富煤、贫油、少气的国家，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。 2010年中国一次能源消费结构图 1952年中国一次能源消费结构图

  22. 世界煤炭、石油、天然气分布图 世界上两个最大的产油带，一个叫长科迪勒地带，北起阿拉斯加和加拿大进美国西海岸到南美委内瑞拉、阿根廷；另一个叫特提斯地带，从地中海经中东到印度尼西亚。这两个地带在地质变化过程中曾都是海槽——海相成油

  23. 中国煤炭资源分布 最近发现的新疆准东煤田蕴藏3900亿吨煤炭，是我国目前最大的整装煤田，够全国使用一百年。 我国煤炭资源在地理分布上的总格局是西多东少、北富南贫。而且主要集中分布在目前经济还不发达的山西、内蒙古、陕西、新疆、贵州、宁夏等6省(自治区)，占全国煤炭资源总量的82.8%；而我国经济最发达，工业产值最高，需要能源最多，耗用煤量最大的京、津、冀等14个东南沿海省(市、区) 仅占全国煤炭资源总量的5.3%。

  24. 化石能源面临的问题 环境污染 能源短缺 气候变化 资源集中 资源集中、能源短缺和环境污染同学们思考 资源集中：国际问题？国内问题？ 能源短缺：品种？区域？技术？需求？发展模式？ 环境污染：PM2.5是如何产生？为什么有的同学回家觉得看到蓝天的日子越来越少？

  25. 气候变化？

  26. 气候变暖？ 气候骗局？

  27. 温室效应和温室气体

  28. 先要搞清楚地球在太阳照耀下为什么能保持适宜的气温先要搞清楚地球在太阳照耀下为什么能保持适宜的气温 热量 地球 太阳

  29. 辐射特性 不同的介质辐射特性不一样

  30. 进出大气层的能量是平衡的

  31. 温室效应 温室气体能吸收地表长波辐射，使大气变暖，与“温室”作用相似。若无“温室效应”，地球表面平均温度是 -18℃，而非现在的15 ℃。

  32. 温室气体 温室气体包括大气层中的水蒸气、二氧化碳、甲烷、氮氧化物，也包括近几十年来人类活动排放的氯氟甲烷（HFCs）、氢氟化物、全氟化物（PFCs）、硫氟化物（SF6）、氯氟化物（CFCs）等 。其中CO2、CH4、N2O等被政府间气候变化委员会（IPCC,2007）称为长寿命的温室气体（LLGHGs）。

  33. 各种温室气体在大气中相对二氧化碳影响的时间各种温室气体在大气中相对二氧化碳影响的时间

  34. 2009年CO2排放量前10位国家

  35. 中国CO2排放量历史轨迹

  36. 气候变暖观点由来与争议

  37. 早期的科学研究 1824年发表了《地球及其表层空间温度概述》 首先提出温室效应的观点。 让·巴普蒂斯·约瑟夫·傅立叶 Jean Baptiste Joseph Fourier （1768年3月21日－1830年5月16日） 法国数学家、物理学家 1896年发表了《大气中的二氧化碳对地球温度的影响》提出人类所排放的CO2气体会使大气变暖，当时认为是一个好消息，冬天会暖和一些。 斯万特·奥古斯特·阿累尼乌斯 Svante August Arrhenius （ 1859年2月19日－ 1927年10月2日） 瑞典物理化学家 1903年获诺贝尔化学奖

  38. 基林曲线 加州大学斯克里普斯海洋研究所的2位科学家罗格•雷维尔（Roger Revelle，1950-1964年海洋所所长）和汉斯•聚斯（Hans Suess）最早认识到，海洋作为CO2汇的能力是有限的，对大气中CO2含量升高产生了兴趣，雷维尔希望考察一下阿累尼乌斯的观点。为此，需观测大气中CO2含量。雷维尔于是在1956年将基林招入海洋所，在夏威夷海拔5000米的茂纳罗亚火山顶上建立了一个观测站，基林每天到那里测量大气中CO2的含量。基林曲线引起了世界的关注。 查里斯•大卫•基林 Charles David Keeling （1928年4月20日－2005年6月20日） 美国地理化学家 Atmospheric CO2 concentrations measured at Mauna Loa Observatory: The Keeling Curve.

  39. 古气候演变的研究 N2O CO2 CH4 冰中氘 冰芯研究 冰川学家研究南极大陆冰盖的年龄及其形成的历史过程时，发现从冰川的冰芯样品中，不仅能测定冰川的年龄及其形成过程，还可以得到相应历史年代的气温和降水资料，以及相应年代的二氧化碳等大气化学成分含量，从而开辟了恢复古气候和古环境的新的道路。 距今时间（千年）/2005年前 由于同位素较轻的水更容易从海洋中蒸发而形成大陆冰页，生存在冰河纪时期的海洋生物贝壳中18O的含量会相对较多，其相对浓度可以用来表征陆地冰川的容量变化。从图中可以看出，过去几十万年间地球的气候大多是寒冷的，只是间或有相对较短的温暖期。图中的阴影部分用来表示现在及以前的4个间冰期的时间跨度。

  40. 大气中CO2浓度变化 65万年来CO2浓度变化 1751年来每年碳排放 大气中CO2浓度变化很大，从25万年前的380ppm到冰河期最低的180ppm，CO2浓度变化大约10万年为一周期，在1750年前大约有一千年CO2浓度维持在280ppm。从1750年开始CO2浓度持续上升，到2005年已达到377ppm。这和人类活动有关。

  41. 全球气温变化 有没有对应关系？ 1880年来气温变化

  42. 气侯变化历史重建 温度 CO2 1998年，美国宾州大学 Michael Mann教授通过对树木年轮的研究，提出了“曲棍球棒曲线”形状的1000年来北半球气温变化图，这和CO2的历史变化曲线相吻合。1999年“曲棍球棒曲线”被联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）引用而被广泛关注，并引起强烈争议。

  43. 争议 2002年， Jan Esper 同样采用树木年轮的办法得出截然不同的结果，有人分析Michael Mann 的统计算法有误，并认为用树木年轮的方法不合适。也有历史学家从文献分析提出存在中世纪温暖期和随后的小冰川时代。2008年， Michael Mann等为应对质疑，采用树轮、冰芯和海洋沉积物等综合方法得出和“曲棍球棒曲线”相同的结果。分歧集中在对远期的气温变化，对近期是一致，这正是CO2是否引起气温变化的争议焦点。

  44. 戈尔对“气候变暖”推波助澜 美国前副总统戈尔投资并参与拍摄纪录片《难以忽视的真相》，并于2007年与联合国政府间气候变化专家小组（IPCC）共获诺贝尔和平奖。 政治人物加入使问题更复杂了

  45. 气候变暖？ 气候骗局？ 你的观点？

  46. 为什么温室气体 成为世界各国博弈的焦点 政治？经济？技术？

  47. 总结

  48. 化石能源发展总趋势：脱碳、高效、清洁。煤炭资源最丰富，发展方向：燃烧→超高参数超临界发电，气化→多联产及IGCC发电，CO2捕获与封存是未来煤炭利用关键。化石能源发展总趋势：脱碳、高效、清洁。煤炭资源最丰富，发展方向：燃烧→超高参数超临界发电，气化→多联产及IGCC发电，CO2捕获与封存是未来煤炭利用关键。

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