能源-环境调控

节选

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bsp; 《(环境调控丛书)》序
    《 环境调控丛书 》(以下简称《丛书 》)是国内运用环境学原理开拓
我国宏观环境调控研究领域的首部系列专著,包括《 环境调控总论 》、
《 人口一环境调控 》、《 经济一环境调控》、《 能源一环境调控》 、《 土地资源
调控》、《 水资源调控——大西线调水解析 》、《 农村环境调控》和《 海
岸带资源环境调控二》。《 丛书》主张,我国实现科学发展需要经济调控、
社会调控、环境调控协调同步,其理论主线是五律解析与五律协同。
《 丛书》就人口、经济、资源与环境四个领域的环境调控空间、调控时
机和调控策略进行了系统研究,并提出了一批富有创意的见解和建议,
希望为我国实现科学发展提供新理论、新视野、新策略。
    《 丛书》的撰写与出版得到李文华院士、唐孝炎院士、金鉴明院
士、任阵海院士、郝吉明院士、张懿院士、孙铁珩院士、张全兴院士、
叶文虎教授、张远航教授和李爱民教授的热情支持与学术指导,得到
南京大学和“污染控制与资源化研究”国家重点实验室的资助与大力
支持,在此谨表诚挚谢意。
    左玉辉
    2008年1月于南京大学
 前言
    能源安全是关系经济社会发展全局的一个重大战略问题。单位产品的能耗是
对技术水平的衡量,而一个国家的人均能耗是对社会经济发展水平的衡量。目
前,我国人均能源消费水平仅相当于日本、英国的1/4,美国的1/8。以日本和
英国目前的人均能耗作为我国21世纪中叶能耗水平的参考指标,我国的能耗总
量至少还要增长2~3倍。能源短缺与能源环境问题是我国发展面临的首要资源
环境瓶颈。
    本书对化石能源、核裂变能、核聚变能、水能、太阳能、风能、氢能、生物
质能等主要能源逐一进行了五律解析,系统评价各类能源短期和长期的五律协
同度。
    化石能源是目前人类使用的主要能源。*新研究成果表明,它对环境的影响
有可能通过零排放技术得到有效控制,因此化石能源在资源耗竭之前,与人类的
能源目标总体上是五律协同的。但问题在于,化石能源不可再生,它总有耗竭的
一天。
    核燃料资源近期有富裕、中期有保证、远期有潜力。核裂变技术越来越成
熟,目前的主要问题在于其建设成本偏高,核废料的*终安全处置问题有待解
决。从长远看,核裂变能是五律协同的。
    核聚变原料的理论资源储量是无限的。但是,核聚变技术还处于实验阶段,一
它能否成功、什么时候能够成功都是未知数。因此,它的经济可行性、社会可行
性、环境可行性都是不确定的。五律解析结果表明,核聚变能只有其自然规律是
协同的,其他要素都是偏离的。研究认为,核聚变技术值得研究,但将13亿人
口大国的远期能源需求寄希望于这样一个具有众多不确定性的技术,风险将会
太大。
    水能开发引起诸多争议,但本书作者通过研究认为,水能的五律协同度非常
高。太阳能和风能的开发,其存在的问题主要是资源分散、不稳定,开发成本
高。氢能不是一次能源,它的开发瓶颈在于技术要求复杂、成本高。
    生物质能可储存、可转化为液体燃料、可作为化工原料,是可再生的绿色能
 源,能够实现碳的当代循环。本书作者认为,生物质能具有很高的五律协同度,
它的开发瓶颈主要是水资源和土地资源。《 环境调控丛书》 认为,通过大西线调
水,开发西北、华北土地资源,建设生物质能生产基地,实现西北、华北生态修
复,是五律协同度很高的一个战略性基础工程,具有多重效益。
    本书作者认为,我国近期的主导能源仍然是化石能源,远期的能源主力将是
生物质能、太阳能、风能、核能、水能等。
    本书所用数据、资料力求权威、新鲜、合理,参考文献列于书末,在此向这
些文献的作者深表谢意。
    由于作者水平有限,对部分新观点、新思路的研究不免有诸多疏漏之处,在
此谨向广大读者和同仁深表歉意,敬请不吝指正为感。
    左玉辉
    2008年1月于南京大学

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  第5章风能五律解析
    空气流动形成风能,风能资源取之不尽、用之不竭,不污染环境、不破坏生
态,周而复始可以再生。风电是现有可再生能源中发展*快、技术*为成熟、具
有大规模开发和商业化潜力的产业,有能力成为主流电源之一。
    5.1  自然解析
5.1.1风能资源
    风能来自太阳辐射造成地球各部分受热不均匀形成的大气环流。可用于发电
的风能资源包括陆地资源和近海岸资源两个部分。我国幅员辽阔,海岸线长,风
能资源比较丰富。据我国气象科学研究院的估算,我国lOm高度层的风能总储
量为32.26亿kW,实际可开发量为陆地2.53亿kW,海上约7.5亿kW,总计
可开发的风能资源可达10亿kW。海、陆风能资源可开发量,按2004年全国平
均风电等效满负荷2000h估算,可发电20 000亿kW·h,按2004年全国发电煤
耗o.349kgce/(kW·h)计,折合7亿tce。我国风能资源丰富区主要集中在东南
沿海、广东沿海及其岛屿。这些地区的有效风能功率密度在300W/m。以上,超
过3.5m/s风速全年为7000~8000h。风能资源较丰富区包括:东北、华北和西
北北部地区;黑龙江、吉林省的东部及辽宁和山东半岛的沿海地区;青藏高原的
北部地区;东南沿海距海岸线50~lOOkm的内陆地区、海南岛西部。这些地区
有效风能功率密度为150W/m2以上,全年超过3.5m/s风速为4000h以上。风
能资源可利用区分布较广,包括黄河、长江中下游、东北、华北和西北除上述丰
富区以外的地区、青藏高原东部地区等。目前,我国公布的风能资源量是一个粗
略的估算,为了进一步摸清我国风能资源状况,国家发展和改革委员会正在组织
开展全国风能资源评价工作。这项工作完成后,全国风能资源情况会更清楚和
准确。
    目前,国内外多选择lOm高度年平均风速为6m/s或以上的高风速区(即风
能资源丰富IX),安装并网型风力发电机组,即大型风力发电机组。离网型风力
发电机组可在风能丰富区、较丰富区和可利用区安装使用,这一地区的面积约占
我国国土面积的76%。
 5.1.2  自然属性
    风能资源的形成受到气候和地形等多种因素的复杂影响,使其在空间分布上
是分散的,在时间分布上是不稳定和不连续的,因此风力发电的主要问题是风力
的很不规律这一固有特点。由于风速、风向变化的不稳定性,导致风电不能连续
供电,如果大规模进入电网会给电力系统的安全和可靠运行带来一些问题。由于
风电的间隙性,有风才有电,一般很难将风电作为唯一的能源,开发风能时必须
要配合一个补充能源的生产系统,如天然气发电站,这一点在风能开发过程中是
必须要考虑的问题。此外,建设风电场需要大面积的土地,欧洲国家陆地上土地
面积很有限,而且经济发达、人口密度较高,陆地上可安装风电机组的面积受到
限制,所以大力发展海上风电。目前,全球海上风电场基本都在欧洲。
    5.2技术解析
    现代风电技术的发展已经日趋成熟。风电技术总体发展趋势是通过技术升
级、换代,不断扩增单台机组容量,改善风机性能,提高风能利用率,降低风电
成本,更加重视风机的安全性和系统可靠控制。风电机组容量越大,就越能充分
利用较高处的风能资源,如600kW风机轮毂高度为40m,1500kW风机轮毂高
度为70m,70m高度处比40m高度处风速增大8%,风能功率密度增大27%。
    国外风电发展非常迅速,20世纪90年代,基本上是600kW左右的风机,
2001年新装机基本上是兆瓦级以上的风机,2000年新装单机容量大致平均为
800kW,2002年平均单机容量达1400kW,2004年增大到1715kW,而且在2005
年兆瓦级以上单机装机容量占当年容量的75%,其中包括2MW级和3MW级的
机组。2004年9月在德国安装的世界上当前*大单机容量的发电机组,是由德
国Repower公司生产的5MW级风电机组,叶轮直径124m,塔架安装高度
120m,额定风速为13m/s,预计2010年将开发出10MW级的风电机组。
    我国已建成的风电场单机容量1996年以前基本上是150~300kW,2000年
以后,以600~750kW为主流机型。2001年开始引进的4台1.3MW风电场机组
安装在辽宁营口仙人路风电场,2003年在山东(即墨风电场)安装了12台
1.3MW的单机容量的风电机组。2005年安装了69台1.5MW风电机组,风轮直
径70~77m,塔架高65~70m。2006年几个风电场已安装2MW风电机组,风轮
直径80m,塔架高80m。
    从2003年开始,我国连续组织四期风电特许权项目,以上网电价和设备的
本地化率为条件,通过招标选择投资者。四期项目确定了300万kW建设规模,
 同时有效地降低了风电的上网电价,促进了风电投资多元化,提高了风电装备国
产化和本地化的能力及活力。目前,我国已经基本掌握单机容量750kW以下大
型风力发电设备的制造技术,2005年自主研发的直驱和引进技术消化吸收研制
的1200kw风电机组已经投入试运行,1500kw和2000kw级风电机组正进入研
制阶段。在国家风电设备国产化政策的有力推动下,风电设备零部件制造水平也
有了较大提高,具备了齿轮箱、叶片、电机等关键零部件制造能力,外商已开始
在我国采购风电设备零部件。2005年在风电新增市场份额中,国内产品占
29.4%,进口产品占70.6%;在累计市场份额中,国内产品占22.7%,进口产
品占77.3%。此外,我国已经建成了60多个风电场,掌握了风电场运行管理的
技术和经验,培养和锻炼了一批风电设计和施工的技术人才,为风电的大规模开
发和利用奠定了良好的基础。总之,我国的并网风电已经开始进入规模化发展
阶段。
    在离网型小风电方面,我国已经形成了世界上*大的小风机产业和市场,到
2005年,已经推广了32万台小型风机(总容量约6.5万kW)用于边远地区居
民用电,估计目前有约25万台小风机正在使用中。我国已经形成了单个系统容
量从lOOW~lokW的系列成熟的小风机产品,在2005年生产的33 000多台小风
机中,有5800多台出口到世界20多个国家,创造了很好的经济效益和社会效益
(朱瑞兆等,2007)。
    5.3经济解析
5.3.1产业规模
    世界风电蓬勃发展,截至2006年底,风电装机容量已达7422万kW,比
2005年增加1520万kW,增长了25.6%。到2006年底,风电发展已涵盖世界各
大洲,并呈快速增长态势。风电装机超过100万kW的国家已由2005年的11个
增加到13个,其中8个欧洲国家(德国、西班牙、意大利、丹麦、英国、荷兰、
葡萄牙、法国)、3个亚洲国家(印度、中国、日本)和2个美洲国家(美国、
加拿大)。欧洲继续保持其领先地位,亚洲正成为全球风电产业发展的新生力量,
预计在不远的将来还会有更大的增长。与此同时,世界前五位风电市场的德国、
西班牙、美国、印度以及丹麦风电装机占世界份额呈下滑趋势,由2003年的
82%降至2006年的71%,新增份额由79%降至53%。
    中国风电发展已取得了巨大进步,风电装机由2005年的126万kW增加到
260万kW,增长106.7%;2006年新增装机135万kW。世界排名由2005年的
第8位[升至2006年的第6位。

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内容简介

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本书是《环境调控丛书》之四。
能源安全是关系社会经济发展全局的一个重大战略问题,能源短缺与能源环境问题是我国发展面临的首要资源环境瓶颈。本书对化石能源、核裂变能、核聚变能、水能、太阳能、风能、氢能、生物质能等主要能源逐一进行五律解析,系统评价各类能源短期和长期的五律协同度。研究认为,我国近期的主导能源仍然是化石能源,远期到远景的能源主力将是生物质能、太阳能、风能、核能、水能等。
本书可供政府工作人员、科研人员和相关专业研究生参阅,也可作为环境学课程的辅助教材供环境科学专业学生使用,还可作为大学生环境通识教育课程辅助教材和国民科学素质教育读物供大学生和一般读者阅读。

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目录

《环境调控丛书》序前言第1章 能源一环境调控概述 1.1 能源资源的利用及其开发 1.1.1 能源概念 1.1.2 常规能源的开发和利用 1.1.3 新能源和可再生能源的开发利用 1.1.4 能源生产与消费 1.2 能源利用前瞻 1.2.1 中国未来能源需求情景分析 1.2.2 我国能源发展面临的主要问题 1.2.3 能源资源开发利用前瞻第2章 化石能源五律解析 2.1 自然解析 2.1.1 资源量 2.1.2 自然属性 2.1.3 对其他自然资源的需求 2.2 技术解析 2.2.1 洁净煤技术 2.2.2 油气 2.2.3 电力 2.3 经济解析 2.3.1 价格 2.3.2 产业规模 2.4 社会解析 2.4.1 能源安全 2.4.2 就业容量 2.4.3 煤矿安全生产 2.5 环境解析 2.5.1 污染物和温室气体排放 2.5.2 化石能源开发的生态环境影响第3章 核能五律解析 3.1 自然解析 3.1.1 核能产生的自然机理 3.1.2 核燃料资源量 3.1.3 自然属性 3.2 技术解析 3.2.1 核裂变 3.2.2 核聚变 3.3 经济解析 3.3.1 产业规模 3.3.2 成本价格比较 3.4 社会解析 3.4.1 社会接受度 3.4.2 能源安全 3.5 环境解析 3.5.1 核裂变 3.5.2 核聚变第4章 水能五律解析 4.1 自然解析 4.1.1 水能资源 4.1.2 自然属性 4.2 技术解析 4.2.1 电站总体设计 4.2.2 水电设备加工制造 4.2.3 水电建设技术 4.3 经济解析 4.4 社会解析 4.4.1 社会接受度 4.4.2 能源安全 4.5 环境解析 4.5.1 水电对环境的正面影响 4.5.2 水电对环境的负面影响第5章 风能五律解析 5.1 自然解析 5.1.1 风能资源 5.1.2 自然属性 5.2 技术解析 5.3 经济解析 5.3.1 产业规模 5.3.2 并网风电价格 5.4 社会解析 5.4.1 能源安全 5.4.2 提供就业 5.5 环境解析 5.5.1 风电对环境的正面影响 5.5.2 风电对环境的负面影响第6章 太阳能五律解析 6.1 自然解析 6.1.1 太阳能资源 6.1.2 自然属性 6.2 技术解析 6.2.1 太阳能热利用技术 6.2.2 太阳能发电技术 6.3 经济解析 6.4 社会解析 6.5 环境解析第7章 氢能五律解析 7.1 自然解析 7.1.1 氢的储量 7.1.2 自然属性 7.2 技术解析 7.2.1 制氢技术 7.2.2 储氢技术 7.2.3 氢能利用技术 7.3 经济解析 7.4 社会解析 7.5 环境解析 7.5.1 对环境的正面影响 7.5.2 对环境的负面影响第8章 生物质能五律解析 8.1 自然解析 8.1.1 能源植物 8.1.2 资源量 8.1.3 对水资源的需求 8.2 技术解析 8.2.1 生物质能生产技术 8.2.2 生物质能利用技术 8.3 经济解析 8.3.1 石油的价格 8.3.2 生物质液体燃料成本价格分析 8.3.3 生物质产业 8.4 社会解析 8.4.1 能源安全 8.4.2 能源安全与粮食安全 8.4.3 就业 8.5 环境解析 8.5.1 正面影响 8.5.2 负面影响第9章 中国能源一环境调控策略 9.1 主要能源五律解析小结 9.1.1 自然解析 9.1.2 技术解析 9.1.3 经济解析 9.1.4 社会解析 9.1.5 环境解析 9.1.6 小结 9.2 未来能源供给策略 9.2.1 煤炭资源供应前景 9.2.2 油气资源供应前景 9.2.3 核电资源开发前景 9.2.4 可再生能源开发前景 9.2.5 能源供给策略 9.3 节能策略 9.3.1 充分挖掘工业部门节能潜力 9.3.2 大力加强建筑节能 9.3.3 电力系统应推行需求侧管理 9.3.4 交通运输部门应大力发展轨道交通,加强公路运输节能主要参考文献

封面

能源-环境调控

书名:能源-环境调控

作者:左玉辉

页数:186

定价:¥31.0

出版社:科学出版社

出版日期:2008-04-01

ISBN:9787030213860

PDF电子书大小:69MB 高清扫描完整版

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