物理:《能源与可持续发展》素材(鲁科版必修2)

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物理:《能源与可持续发展》素材(鲁科版必修2)

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节约能源与可持续发展
黄其励 国家电网公司东北电网有限公司
一、我国能源现状——能源工作的挑战与机遇:
党的十六大提出了到2020年我国经济翻两番、全面实现小康的伟大战略目标,能源作为经济发展列车的巨大动力和人民生活的光明使者,是首先必须充分考虑和万无一失确保的。胡锦涛总书记在2003年3月召开的中央人口资源环境工作座谈会上指出:“切实做好人口资源环境工作,对保持国民经济持续快速健康发展,不断提高经济增长的质量和效益,对不断提高人民群众的生活质量,促进人与自然的和谐,都是有十分重大的意义”。
从我国能源的状况、可持续发展的要求和与国际先进水平比较的综合观点看,我国能源工业的特点是:总量丰富、人均贫乏;分布不均,耗能量大;污染严重,效率低下;发展之必须、需量大幅度增加,见表1-5。
我国能源状况(表1)
资源种类
能源数量
世界排序
统计年份
水能资源
理论蕴藏量6.76亿kW[来源:21世纪教育网]
1[来源:21世纪教育网]
1980年21世纪教育网[来源:21世纪教育网]21世纪教育网
可开发的装机容量3.78亿kW
1
1980年
煤炭探明可采储量
1661亿t
3
1991年
2002年电力装机容量
3.56亿kW
2
2002年
我国能源消费量(表2)
项 目
数 量
世界排序
统计年份
一次能源消费量
14.8亿tce
2
2002年
煤炭产量
13.8亿t
1
2002年
发电量
16542亿kWh
2
2002年
原油消费量
2.45亿t
2
2002年
我国人均能源情况(表3)
项 目
人均能源
为世界均值,%
统计年份
人均一次能源消费量
1050kgce
49
2000年
人均用电量
1074kWh
42
2000年
我国能源利用效率(表4)
项 目
数 值
比国际平均值
统计年份
加工、贮运到终端利用效率,%
33.4
-10%
2000年
开采到利用的总效率,%
11.2
2000年
发电用煤比例,%
51.47
-(30-40)
1999年
单位产值能耗
1274tce/百万
世界均值3.38倍
2000年
污染排放物的排放情况(表5)
项 目
数 值
世界排序
统计年份
SO2排放量
1995万t
2000年
酸雨面积
30%全国面积
SO2造成经济损失
1100亿元
2002年
CO2排放量
33.635亿t
2
1996年
在今后的20年内,要实现“经济翻两番、全面达小康”的宏伟目标,要继续发展治海,要大力开发西部,要努力振兴东北,其必然的结果是:工业化对能源的需求增加,城镇化速度加快,生活水平大幅提高,这一切都需要能源的支撑,经济发展对能源的需求必将大幅增加。如果按照世界过去30年平均增加值能耗平均下降1.1%的能效提高水平,到2020年我国能源需求将高达40亿吨标煤以上,这是不可能的,也是不应该的。为了实现“能源翻一番、经济翻两番”的目标,必须通过强化节约能源的途径,解决经济发展与能源供应的矛盾。2020年前我国经济发展对能源的需求见表6。
预计未来20年我国的能源需求(表6)
项目 年代
2000
2002
2005
2010
2020
煤炭消费总量,亿t
12.06
13.9
14.9
16.5
20
石油需求量,亿t
2.24
3.35-3.57
4.3-4.75
石油进口依存度,%
31
46-52
59-62
电力装机容量,亿kW
3.56
5.8
9-9.5
全社会用电量,亿kWh
13508
16542
27580
42900
燃煤发电容量,亿kW
2.52
3.07
4.19
5.36
发电用煤量,亿t
5.9
7.2
8.3
9.8
14
二、节能方针的思考:
节能是一举多得的益举,有人说她是第六能源,确实是名副其实。
首先,节能是实现“能源翻一番,经济翻两番”的必由之路;
其次,节能关系到我国的能源安全。我国从1993年开始,成为石油净进口国,对国外石油资源的依赖程度将逐年增加,直到2020年的60%左右(表7),这意味着我国在未来将承担很大的经济风险、政治风险和国家安全风险,必须认真加以解决。
我国石油资源的需求及进口预测(表7)
项目 年代
2000
2010
2020
石油需求量,亿t
2.24
3.35-3.57
4.3-4.35
净进口量,Mt
69.6
155-187
240-295
进口依存度,%
31.0
46-52
59-62
第三,节能有利于保护环境,实现可持续发展
过去20年节能的环境效果和今后20年预计节能的减排污染物效果的预测见表8。
节能的减排污染物效果(表8)
年代 项目
累计节能,tce
减排SO2,万t
减排CO2,亿t碳
1980-2000
11.45
2080
7.22
2000-2020
10.4
1880
6.56
第四,提高我国的国际竞争力
2001年11月10日我国加入了WTO,正式参加到全球经济的大家庭中,参与国际分工。全球经济一体化给我国经济发展带来了挑战、机遇和新的思考:国内国际经济规则的融合、发展速度的较量、质量成本的比赛、技术与管理的竞争和对全民素质的挑战,要求我国各企业都要努力降低成本与能耗,战胜国际上的“绿色技术壁垒”。为此,要走新型工业化之路,实现高效率、高效益、低成本、低污染,节约投资、提高技术水平,而节约能源就是一支不可缺少的主力军。
第五,节能有利于提高人民生活质量,使实施“翻两番”的广大人民可以享受到绿色环境、绿色住宅、绿色照明的小康生活。
节能方针的思考:
1、开发与节约并重,节约优先:
化石燃料是几亿年形成的能源,要让她不仅服务于当代人的发展,还要服务于子子孙孙的发展。
2、树立“大节约”的观念:
节约能源活动指一切可节约消耗能源的物质和人类活动的总称,包括能源、物质、矿藏、水源、土地和人类的社会活动等,举例见表9。
节约物资资源的节能效果举例(表9)
节约项目
节煤量,tce
1t钢
0.781
1t水泥
0.181
1t乙烯
1.212
1t合成氨
1.200
3、节能工作,人人受益;全民节能,人人有责;节能潜力无处不在、无时不有。
节能工作四有利:有利于国家,有利于企业,有利于家庭,有利于子孙。人们都在被消耗能源所生产的物质所包围着,点滴节约,举手之劳(表10)。
每人每年节约效果举例(表10)
节能 节约项目
10kWh电
0.5kg纸
城市家电不待机
节电,亿kWh
130
25
54
节煤,万t
507
100
210
减少发电装机,MW(5000h)
2600
514
1080
4、技术是基础,政策是保证;企业是主体,政府要调控;
5、建议把节约能源与资源纳入我国的基本国策:
现在我国的基本国策有计划生育政策和保护环境政策,如果把节约能源与资源也列入基本国策,可达到即节约能源总量,又提高人均能源用能的目的,确保发展经济和全面小康的双赢。
经“大卫与露茜·派克德基金会”与我国“能源基金会”合盟资助,由我国有关部门预测与计算,我国2000—2020年工业部门节能潜力如下:累计节能310—390 Mtce,其中调整行业结构、产品结构所占比重为70—80%,降低单位产品能耗所占比重为20—30%。主要工业部门节能潜力为:钢铁工业24%,建材工业13—22%,石化工业10—24%,合成氨6—18%,有色金属4—10%;交通部门中公路为20—50%,铁路10—30%,民航16—34%;政府机构节能潜力15—20%。
电力工业用能的数量大,与国民经济发展和人民生活水平的关系密切。电力是经济发展的先行官,电力是小康生活的忠实伴侣,电力是主要的燃煤大户,而且今后20年,电力装机容量要大幅度增加,为此电力使用的能源,主要是燃用煤炭量将逐年增加。经过多年的努力,我国电力工业的技术水平和经济指标有了很大提高,但与国际先进国家比,仍有很大差距,电力生产仍有较大的节能潜力(表11)。
电力工业的节能责任(表11)
年代
项目
2000
2002
2005
2010
2020
煤炭消费量,亿t
12.06
13.9
14.9
16.5
20
发电用煤量,亿t
5.9
7.2
8.3
9.8
14
电煤比例, %
49
52
56
59
70
供电煤耗,-gce/kWh
392
381
360
330
线损率, %
7.55(2001年)
6.5
6

以预测的2020年全社会供电量42900亿kWh计,今后20年电力工业的节能目标为(比2000年):由于供电煤耗的降低,可节煤2.66亿tce;由于线损率的降低,可节电665亿kWh,折算为节煤2194万tce。
三、电力行业的节能技术:
——高效、洁净、节资源的电力新技术
1、发电部分:
发电部分节能技术(表12)
节能效果
项目
供电效率 %
节煤量 亿t
年发电量
亿kWh
其他效益
高参数
大容量
火电机组
亚临界
39-41
超临界
41-42
超超临界
42-45
联合循环
燃气
55-60
节水1/3
燃煤
43-50
节水1/3
热电联产
热点联产
70-80
1.2(50%工业锅炉)
联合循环
80-90
洁净煤燃烧发电技术
1GCC
40-45(50)
节水50%,洁净排放,适于高硫煤
CFBC,PFBC
40
适于中低硫煤,洁净排放
煤气化为核心多联产发电(vision21)
燃煤
60
合成气,煤化工产品,粉尘、SO2 O ,CO2 50%
燃气
75
提高煤炭质量
入选1亿t原煤
SO2 150-200万t
灰份减10%
60万tce
节运力525亿t-km
水电
三峡电站
0.28亿tce
847
SO2 100万t,
CO2 1亿t
2.2亿kw
(2020年)
2.3亿tce
7000
SO2 826万t
SO2 8.26亿t
核电
0.4亿kw
(2020年)
0.85-1亿tce
2600-3000
SO2 307-354万t
CO2 3.07-3.54亿t
可再生能源2000万kw(2020年)
风电1600万kw
太阳能160万kw
生物质500万kw
0.174亿tce
530
SO2 60万t
CO2 0.6亿t
关停中少凝汽机组(3000万kw),用超临界机组代替
0.400
2、输变电节能技术:
a、电网安全稳定运行技术
b、更高一级电压输电技术
c、紧凑型输电和同杆多回送电技术
d、紧凑型变电站技术
e、提高输电能力技术
f、灵活交流输电技术
g、直流输电技术
k、安全、经济、灵活输电网目标网驾设计技术配电用电节能技术:
a、高效电动机,每年节电3.8亿kWh
b、变频调速:可节电20—50%
c、高效风机、水泵
d、高效节能电光源:节电60——80%

e、高效节能家电
f、超导材料
g、节能变压器
h、热泵、热管技术
k、生产工艺的余热、排汽利用
l、新材料、新工艺的应甲管理环节的节能技术
a、DSM——需方管理
b、能量平衡、水平衡等管理技术
c、节油、节水技术
d、能量梯阶利用的综合能量管理系统
f、热能的热量、质量评价技术
g、生产过程自动控制技术
h、计算机网络与信息技术
k、电视电话会议系统等
四、结语
节约能源与资源是走新型工业化道路、实现经济可持续发展的必须,是应对进入WTO后提高企业国际竞争力的必须,是保护环境、实现全面小康的必须,节约能源人人有责。
政府实施引导性政策,全国大力推广先进技术,不断提高全面素质,依靠现代信息和管理技术全面加强管理,必能实现节约目标,确保党的“十六大”伟大目标的全面实现。

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