五年级下册科学课件－《18常规能源》　首师大版 (共188张PPT) 188页

第二章 常规能源 煤、油、气：一次能源三大支柱 国家发改委副主任、国家能源局局长张国宝在 2009 年 9 月 25 日上午在国新办发布会上表示，新中国成立 60 年以来，中国一次能源生产总量从 1949 年的 2334 万吨标准煤，增长到 2008 年的 26 亿吨标准煤，增长 110 倍，成为世界上第一大能源生产国。 2009 年数据 年 份 能源生产总量 ( 万吨标准煤 ) 1978 62770 1980 63735 1985 85546 1990 103922 1991 104844 1992 107256 1993 111059 1994 118729 1995 129034 1996 132616 1997 132410 1998 124250 1999 125935 2000 128978 2001 137445 2002 143810 2003 163842 2004 187341 2005 205876 2006 221056 2007 235445 年 份 能源消费总量 占能源消费总量的比重 (%) ( 万吨标准煤 ) 煤 炭 石 油 天然气 水电、核电、风电 1978 57144 70.7 22.7 3.2 3.4 1980 60275 72.2 20.7 3.1 4.0 1985 76682 75.8 17.1 2.2 4.9 1990 98703 76.2 16.6 2.1 5.1 1991 103783 76.1 17.1 2.0 4.8 1992 109170 75.7 17.5 1.9 4.9 1993 115993 74.7 18.2 1.9 5.2 1994 122737 75.0 17.4 1.9 5.7 1995 131176 74.6 17.5 1.8 6.1 1996 138948 74.7 18.0 1.8 5.5 1997 137798 71.7 20.4 1.7 6.2 1998 132214 69.6 21.5 2.2 6.7 1999 133831 69.1 22.6 2.1 6.2 2000 138553 67.8 23.2 2.4 6.7 2001 143199 66.7 22.9 2.6 7.9 2002 151797 66.3 23.4 2.6 7.7 2003 174990 68.4 22.2 2.6 6.8 2004 203227 68.0 22.3 2.6 7.1 2005 224682 69.1 21.0 2.8 7.1 2006 246270 69.4 20.4 3.0 7.2 2007 265583 69.5 19.7 3.5 7.3 原 煤 原 油 天然气 水电、核电、风电 73.66 17.69 2.505 6.15 中国能源构成（占能源生产总量的比重 ， % ） 火电厂 煤气 国内传统能源的极 限供应量 2020 年，国内常规能源生产将达到上限，但 2020 年不是能源消费的顶峰，以后仍然要持续增加，提高能效和探索新的消费模式将是长期战略任务。 酸雨的危害 臭氧层破坏对健康的危害 0.8 ℃ Global Warming and CO 2 Atmospheric Concentration 加拿大冰山区域不断缩小 由于温室效应造成海平面上升，大洋洲岛国图瓦卢的居民将被迫举国搬迁。 气温上升、冰川熔化、海平面上升。 有必要深入了解常规能源基本知识！ 人类一直生活 在空气清新，风景 如画的美好世界里 。可是工业革命以 后，人类突然发现 ，在我们生活的世 界里，天不再是那 么湛蓝，水不再绿 ，鸟儿也不再欢叫。 造成这种现象的原因是什么？ ξ1 煤 —— 世界工业革命的动力基础 煤炭的利用历史 公元前几世纪，中国已开始利用煤炭； 4 世纪，罗马人在英国使用煤炭； 1665 年德国 J.J.Becher 将煤干馏取出焦油得到沥青、香精、盐； 1769 年，瓦特发明了以煤为动力的蒸汽机； 18 世纪，用煤制造 — 苯、苯胺、酚、染料等化工产品。 一、煤的有关知识 煤是古代的植物体因为地壳运动而埋没地下，在适宜的地质环境中经过漫长年代的演变而成的，含碳量一般为 46% ～ 97% 。 煤是化石燃料，是太阳能的一种积蓄物。 1、煤的形成 被泥沙掩埋的植物，长期受压力、地心热力和细菌的作用，所含的氧气、氮气及其他挥发物等都慢慢跑掉，剩余的大部分是“炭”，这就是最先形成的泥炭。 在压力和温度的继续作用下，泥炭中碳质增高，逐渐变为褐煤、烟煤和无烟煤。 煤变质程度越高，光泽越强，密度和硬度也越高，依次为无烟煤、烟煤和褐煤。 2. 煤的主要性质 煤的组成 : 煤是由有机物质和无机物质混合组成的。煤中有机物质主要由碳、氢、氧、氮四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有硫、磷以及稀有元素等。 常用的煤质指标 水分 挥发分 固定碳 灰分 发热量 二、煤的资源和开采使用 1 、我国能源资源 水能、煤炭资源较丰富，油、气贫乏。我国的水能资源总量和经济可开发量均居世界第一，煤炭远景储量和可开采储量均居世界第二。石油和天然气资源比较贫乏，分列世界第 10 位和第 22 位。 总体上我国今后的电源结构仍将以煤电和水电为主，并适度发展核电。发展特高压电网有利于大煤电基地、大水电基地和大型核电站群的开发及电力外送。 我国能源资源的地区分布 : 2 、我国的煤炭资源 在我国，煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙古、黑龙江等几个省区，著名的大型煤矿有大同煤矿、东胜煤矿、神府煤矿等。 中国煤炭资源总量虽然较多，但探明程度低，人均占有储量较少。 中国煤炭资源和现有生产力呈逆向分布，造成了 “ 北煤南运 ” 和 “ 西煤东调 ” 的被动局面。 3 、煤的开采 中国是世界最早认识、开采和利用煤炭的国家。 西方有关煤炭的最早文字记载始于公元 315 年，比中国晚了几百年。 世界近代煤炭工业的兴起是从 18 世纪 60 年代的英国工业革命开始的。 19 世纪 80 年代三相感应电动机的发明，促进了煤矿生产的机械化。 现代煤炭工业始于 20 世纪 20 年代。 1973 年第一次石油危机以后，煤炭利用和生产迅速发展，新技术革命的成果迅速渗透到煤炭领域。 《 开物天工 》 中的采煤图 采煤方法 露天开采： 露天开采的优点是开采效率高，生产成本低，建设周期短，劳动条件好，安全性高。缺点是易受气候和季节影响，矸石占地面积大。 矿井开采： 不适合露天开采的煤田就采用矿井开采。 凿井： 巷道掘井，岩巷仍以爆破为主。 矿井地面建设与施工普遍实行机械化和装配化。在矿井设计上使用数学模型和电子计算机。 西方各国研制出采煤机程序控制装置。 煤的燃烧 煤的燃烧是煤中可燃有机物分子与空气中的氧分子相接触，在一定的温度和氧浓度的条件下，发生激烈的氧化反应，伴随着放出一定的热量的一种现象。 通常煤粉燃烧特性的研究主要集中在四个方面 : 热解特性、着火特性、燃尽特性及结渣特性。 近年来，从煤显微组分角度出发，寻找煤燃烧特性的普遍规律，也成为一个重要的研究内容。 煤的热解 煤的热解是指煤在加热过程中释放气体 ( 挥发分 ) 的过程。当煤被加热到一定的温度时，就会发生热分解和挥发分的析出，热分解一般指煤中有机质在隔绝空气的情况下加热时所发生的变化。 热解研究应包括两个方面 : 气态物质的生成过程，固态物质的孔隙结构及形态变化。 煤粉的着火、燃尽特性 煤的着火及燃尽特性是燃烧安全经济的基础，经常用可见火焰来鉴别着火。但也能在低温下很慢地进行，没有可见火焰。有时着火被说成是 : 当一个可燃物容积中热产生速率超过热损失速率时，则着火便发生。 从无化学反应向稳定的强烈放热反应的过渡过程即为着火过程 ; 相反，从强烈的放热反应向无反应状况的过渡即可定义为熄火过程。 近年来提出一些参数，积极地开展能反映着火、燃尽状况的研究，如着火温度、着火指数、燃尽指数等 。 煤的结渣特性研究 近年来，国内外发展并得到广泛应用的结渣判别指标大致可分为煤的灰熔点、灰成分及灰粘度三种类型的煤质指标。其中以煤的碱酸比、硅铝比、硅比和软化温度四项指标较适合于我国煤种。 煤岩学 把煤看作主要由微成分组成的岩石进行研究的学科称为煤岩学。 按照煤岩学理论 : 煤是由各种在光学显微镜下可辨别的微细颗粒 — 显微组分构成。这些显微组分从化学性质上可分为两大部分 : 有机显微组分和无机显微组分。前者来源于成煤植物，后者则主要来源于地壳的岩石。 三、洁净煤技术 洁净煤技术（ clean coal technology ）是旨在减少污染和提高效益的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称。 它包括煤炭使用环节的净化和防治污染的技术。主要为洁净生产技术、洁净加工技术、高效洁净转化技术、高效洁净燃烧与发电技术、燃煤污染排放治理技术等。 火 电 厂 1 、燃烧前的处理和净化技术 燃烧前的处理主要是选煤、型煤和水煤浆三项措施。 （ 1 ）洗选处理： 选煤的目的是降低原煤中的灰分、硫分等杂质的含量，并将原煤加工成质量均匀、能适应用户需要的不同品种及规格的商品煤。 采用的脱硫方法 热解法脱硫 碱法脱硫 气体脱硫 氧化脱硫 就选煤能力而言，中国仅次于美国，居世界第 2 位，但总的来说煤炭入洗率很低，仅有 1/4 煤炭入洗。 脱硫流程图 脱硫流程图 （ 2 ）型煤加工 型煤是用机械方法将粉煤或低品位煤加工成具有一定粒度和形状和有一定理化性能的煤 。 各种洁净煤技术中投资小、见效快、适宜推广的技术 一般是在煤粉中掺入一定量的粘结剂，混合后压制成型。 热压煤球无需添加粘结剂。烟煤中的胶质在快速加热时产生胶质体使煤粉具有粘塑性，在一定外界压力作用下成型。 型煤加工的优点 型煤制气的优点： 可使用粉煤、碎煤，可降低使用成本 采用配煤技术，可利用部分不能单独作气化的煤种，扩大气化用煤范围 可控制型煤的大小、形状和强度，便于发生炉操作。 通过加入添加剂调整煤的粘结性、灰分软化温度提高煤的化学活性，获得良好的气化指标。 （ 3 ）水煤浆 水煤浆是 20 世纪 70 年代兴起的煤基液态燃料。它是由煤粉、水和少量添加剂组成。 水煤浆的制备以浮选精煤为原料，经脱水、脱灰、磨制，加添加剂后与水混合成浆。 把灰分很低而挥发分高的煤，研磨 成 250-300μm 的细煤粉，按煤 / 水 =7/3 加入 0.5-1.0% 分散剂和 0.02-0.1% 稳定剂配制而成。 制备水煤浆的方法 ： 干法、湿法、混合法 水煤浆是一种煤基流体燃料，可在工业锅炉和工业窑炉中代煤油气燃烧，与固体煤炭相比，具有储运方便、燃烧效率高、污染小的特点，是我国洁净煤技术的重要分支。目前，水煤浆燃烧效率可达 98% 以上。 我国是富煤、贫油、少气国家，与天然气、石油相比，水煤浆具有供给稳定、成本低廉的优势。一台 670 蒸吨的小型电站锅炉，燃烧水煤浆可比燃油每年节约燃料费用 8.3 亿元左右。 我国水煤浆技术经历 30 余年的科技攻关与生产实践，生产与应用规模均已高居世界首位。截至 2012 年，全国燃料水煤浆的生产和使用量已达到 3000 万吨 / 年。 2 、燃烧中的净化装置 炉内脱硫、脱硝 （ 1 ）先进的燃烧器 改进电站锅炉和工业锅炉 改进工业窑炉和设计 采用先进燃烧技术 （ 2 ）流化床燃烧器 （ fluidized bed combustion ） 把煤吸附剂加入燃烧室的床层中，从炉底鼓风使床层悬浮进行流化燃烧。 原理： 颗粒受到与进入下层气体和从上层流出的气体这两部分气体动量差成正比的向上力的作用。当颗粒的重力与向上力平衡时，颗粒处于悬浮态 —— 临界流化状态。 空气速度增加时，颗粒所受到向上力会克服重力而使颗粒飞出，床层无法再形成，超过颗粒悬浮所需的气流的空气，则形成气泡穿过床层。气泡的形成和颗粒同时显现流体状态 —— 流化床。 流化床的概念 流化开始前 流化开始状态 流化床 气泡相 乳化相 流化床燃烧的特点 流化形成湍流混合，提高燃烧效率 石灰石固硫减少 SO 2 的排放； 较低的燃烧温度（ 830 ～ 900℃ ）使低氮氧物生成量大大减少。 与采用煤粉炉和烟气净化装置的电站相比， SO 2 和氮氧化物可减少 50% ，无需烟气脱硫装置。 3 、燃烧后净化 燃烧后处理主要是烟气净化和除尘。 CO 2 、低氮氧化物和颗粒物的控制 （ 1 ）烟气脱硫 用浆状脱硫剂（石灰石）喷雾，与烟气中的 SO 2 反应，水分被蒸发，干燥颗粒用集尘器收集。 处理温度高，不用浪费大量水。 脱硫率相对低。 发电站锅炉，烟气用水冷却到 50~60℃ ，由纯度大于 95% 的 350 目的石灰石制成的石灰浆送入吸收塔。 在石灰石固液混合流体中通过从而清洗烟气的方法，在清除烟气中 SO 2 的同时，将除尘器中不能捕捉到的煤尘一起清除。 （ 2 ）低 NO X 的控制技术（烟气脱硝 ) 改善燃烧技术，使炉内 NO X 的生成量减少 煤粉燃烧时产生的 NO X ， 80% 由煤的氮燃烧生成， 20% 是由空气中氮由于高温反应转变为温度型 NO X 。 保持适当的一次空气量，以便控制燃烧速度。 防止 NH 3 、 HCN 等转变为 NO X ，减少挥发分中的氮化合物转变为 NO X 。 烟气再循环技术。在气体燃烧的情况下，降低燃烧温度，减少温度型 NO X 的生成。 排烟脱硝技术 湿法：在溶液中进行反应。与湿式排烟脱硫法联合使用 干法：在气相中进行反应。 用 NH 3 为还原剂的选择性还原法 用 CO 、氢、碳氢化合物进行分解的非选择性还原法 烟气除尘 燃煤产生的大气污染物占我国烟尘排放总量的 60% ，粉尘的 70% 以上，因此烟气除尘是一个突出的问题。 常用的烟气除尘器 离心分离除尘器 洗涤式除尘器 袋式过滤除尘器 静电除尘器 四、煤的液化和气化 1 、煤的汽化 将煤放入设备中，用蒸汽、氧气或空气为汽化剂，在高温下与煤发生化学反应，生成 H 2 、 CO 、 CH 4 等可燃的混合气体的过程 气化技术可将各类煤转化为各种气体产品，包括民用和工业用燃料气、发电燃料气、化工原料气等。 进行气化的基本条件； 气化剂、气化燃料和设备、保持一定的温度和压力 众所周知，固体煤的使用和运输都很麻烦。直接烧不仅热效率低，浪费大，还会放出二氧化硫、氮氧化物等有害气体，严重污染环境。为了预防或减少危害，要大力开展煤的液化和汽化技术。 煤的汽化主要包括高热值汽化和低热值汽化。所谓高热值汽化是指生产发热量为每立方米 2 万千焦以上的煤气，特别是指每立方米 3.6 万 -4 万千焦的代用天然气；而低热值汽化则是指生产每立方米 4 千 -6 千千焦的煤气，用以发电、加热，以及化工合成等。 目前我国洁净煤技术产生重大突破，已研究出脱硫、脱氮、除尘以及煤炭汽化等技术，将使煤炭的应用基本上能达到环保要求。 三种汽化反应方式 氢化分解反应（加氢汽化法） 完全汽化法 焦碳燃烧 — 热量 — 干馏和焦碳汽化反应 接触气化法：用触媒促进反应，用最低的反应热将煤一次制造成甲烷。 煤气发生炉内气化过程示意图 空气和水蒸气入口 2 、煤炭液化 （ 1 ）煤的液化反应 煤是芳香烃缩合环作为骨架，由环烷基环和脂肪族链以及氧官能基组织而成的结构单元。 是用 -CH 2 - 、 -O- 连结起来的立体聚合体 芳香族环骨架越大，煤化程度越高 煤的液化可以分为直接液化和间接液化。 煤气化实例 中国科学院山西煤炭化学研究所 从气化和热解两条基础技术路线出发，发展非石油依赖型能源技术，同时解决其所涉及的污染物控制的三个单元问题，实现能源 - 环境 - 经济最优化。 煤的液化反应是低分子化反应 煤的一次液化 组成环结构的 -C- 坚固，而连结结构单元的 -CH 2 - 、 -O- 、 -S-CH 2 - 的离解能较小（ 25.2-29.4kj/mol ），热分解时切断这种弱结合，煤就会低分子化，从而液化。 煤的二次液化 切断一切离解能较大的化学结构，在严格的反应条件下使之开环 经过二次开环，制造出与汽油、发动机油等同等的石油产品。 （ 2 ）煤的液化方法 间接法： 以煤为原料，先制成合成气，然后通过催化剂作用将合成气转化为烃炼燃料、醇类燃料和化学品的过程。 Fischer-Tropsch 法：从煤炭中提取轻质油 Mobil 法：甲醇合成以及甲醇的汽油合成 直接法： 直接加氢法、介质萃取法、干馏法 可在不同阶段采取不同的方法进行液化，以达到完全液化 上世纪 50 年代，煤炭在中国一次能源消费结构中的比重为 90 ％以上， 60 年代以来，由于石油工业的发展，煤炭的比重总体呈下降趋势， 1999 年降至 67.1 ％，近年随着国际石油和天然气价格攀升以及经济快速增长的需要，煤炭比重又略有回升， 2011 年煤炭占能源消费比重为 68 ． 4 ％。 根据中国的能源资源条件、开发情况和供需变化，有研究者预测到 2020 年中国的能源结构不会有根本性改变，煤炭比重仍将维持在 60 ％以上。 转变能源结构，除了要加快不同能源之间的结构性调整，加大清洁能源、可再生能源比重，还要解决能源内部的问题，对中国来说最关键是要解决煤的利用问题。 一是要提高煤的使用效率。 二是加快煤炭循环利用和新型煤化工业发展。煤炭发电等生产过程会产生大量的环境污染，若能加以循环利用，不仅可减少环境污染，还能创造很高的经济价值。 三是加快洁净煤技术开发，减少煤炭开发利用全过程中污染排放和提高利用效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制，也是国际高技术竞争的一个重要领域。 我国在洁净煤技术开发方面进行了有力引导和支持，如出台 《 中国洁净煤技术“九五”计划和 2010 年发展纲要 》 、 《 洁净煤技术科技发展“十二五”专项规划 》 、国家 863 计划设立洁净煤技术主题等，取得了一批具有自主知识产权的关键技术成果。 ξ2 石油 -- 现代工业的血液 石油是一种黑褐色粘稠液体，主要由烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃所组成，并含有少量硫化物、氧化物、氮化物、水分和矿物杂质。 石油也称为“原油”。它可以被加工成各种馏分，包括天然气、汽油、石脑油、煤油、柴油、润滑油、石蜡以及其他许多种衍生产品， 石油作为一种战略物质，与半个多世纪以来的全球的政治、军事斗争紧密交织。 石油工业的发展 中国是世界上最早发现和利用石油的国家之一。 英国科学家李约瑟在《中国科学技术史》中写到：今天在勘探油田时所用的这种钻探井和凿洞技术，肯定是中国人发明的…… 至少在元朝时我国就有了油田产油， 美国于1859年打了第一口油井，被认为是世界上第一口油井，以此作为近代石油工业的开始 。 一、石油的本质与成因 1、石油的本质 石油由于是一种由多种化合物组成的复杂的混合物，因此成分随产地不同而变化很大。 成分 元素成分：没有经过加工提炼的原油： C 、 H 95 ～ 99% O 、 N 、 S 1 ～ 5% 化合物成分：烃类化合物（ C 、 H 化合物） 非烃类化合物（含 O 、 N 、 S ） 2 、石油成因 油气是由无机物变来的 —— 无机成因说 碳氢化合物被岩浆吸收，在高温高压和复杂的化学反应作用下，使分散的碳氢化合物聚集，当岩浆上升时冷凝，分离出石油。 世界上几乎所有的油气田都产于有机物丰富的沉积岩中。 油气是由有机物变来的 —— 有机成因说 细菌使生物体分解，有机质腐烂，生成母岩。母岩早期由于细菌作用产生分散状态的石油，晚期，将油水一起挤入多孔地层。 指导油气勘探实践的基本理论之一 既可由无机物也可由有机物转变而来 —— 石油成因二元论。 目前在已经开发的油气田中，找到了无机成因的石油和天然气 油气田的形成 大量的生物在它们死亡后，其有机质一部分被氧化变成 CO 2 逸散，一部分随着泥沙沉积下来成为生成油、气的物质来源。 长期接受富含有机质的沉积物的地层叫生油层。 若要保证有机质很好地保持下来必须具备的地质条件 —— 缺氧的还原环境 生物大量 大量死亡 有机质 其它有机质 繁殖 并被埋葬 干酪根 —— 油、气 油田开发示意图 有机质在向石油和天然气的 转化过程中的阶段性 生物化学生气阶段： 未成熟（低成熟）阶段 深度~1500 m ， 10~60℃ ，以细菌活动为主，生物体分解，干酪根形成。 该阶段生成的生物化学气可聚集起来形成大型的气藏，由于埋藏浅容易 开发，有一定经济价值。 热催化生油气阶段： 主要生油阶段 1500~3500 m ， 60~180℃ 干酪根降解，迅速大量地转化为石油和湿气。 该阶段对应的深度称为生油窗，产生的烃类已经成熟 热裂解生凝析气阶段： 高成熟阶段 3500 ～ 4000m ， 180 ～ 250℃ ，液态烃类裂解，生成湿气，以甲烷和凝析油为主。 深层高温生气阶段： 过成熟阶段 ＞4000 ～ 7000 m ，＞ 250℃ ，以高温高压为特征。 液态烃和湿气强烈裂解。生成甲烷后，形成碳沥青和石墨，生烃的能力殆尽。 有机质向油气转化的过程 油气的运移 油气具有运移的特征 是因为油气是一种流体矿藏，对温度和压力等地质条件较敏感，而地球有处于不停地运动中。 初次运移： 分散状态的油气从生油层中向有相对大的孔隙、裂缝或地层中运移——运载层 方向是多方位的 将分散的石油和天然气初步集中 运移的动力：不断增加的上覆地层负荷 因温度升高使生油层中的水和成熟的油气膨胀产生的压力 二次运移： 油气在运载层、断层或不整合面内的运移，在初次运移的继续。 运移的方向，向着压力减少的方向进行。一般是从低部位向高部位移动 运移的主要动力：浮力。浮力来自于油气本身，油在水中有浮升作用。 二、石油的勘探开发 1、先进的勘探技术 遥感技术： 卫星高瞻远瞩进行侦察 卫星地质照片记录不同地质体的不同反射电磁波的性质 油气中挥发成分在各种地质条件下—周围自然景观的变异 地震勘探技术： 利用地层和流体物理性质以及地震波的变化来寻找，是最重要的物探技术 地球化学勘探： —— 没有不透风的墙，没有不透油气的地层。 利用化学、物理化学和生物化学来研究与油气藏有关的气体成分、烃类含有量、稀有金属、细菌种类等异常的方法 异常区 地表距离 目前世界上已找到近 3 万个油田和 7500 个气田，这些油气田遍布于地壳上六大稳定板块及其周围的大陆架地区。在 156 个较大的盆地内几乎均有油气田发现， 2 、石油的开采 自喷采油： 自喷油井、自喷采油 机械采油： 抽油机采油：与手压式抽水机相似 潜油电泵采采油：与地面电动机原理一样 水力活塞泵采油：利用注入井下的高压液体驱动井下的液马达 气举采油：把天然气注入井内，加大压差，将原油举升到地面 向油层补充能量开采： 向油层注水或注汽，提高油层的压力 石油钻井示意图 石油的综合利用就是：石油炼制的产物，经过化工过程精制成种种实用、美观的物质。 石油取代煤、动植物油脂、蜜和某些农副产品为原料而制取产品的这一过程 —— 石油化工工业。 二、石油加工及利用 1 、石油加工炼油厂的加工流程 燃料型：以汽油、煤油、柴油等燃料油为主要产品。 燃料－润滑油型：除生产燃料油外，还生产各种润滑油。 石油化工类：它是提供石脑油、轻油、渣油用作生产石油化工产品的原料。 炼油厂的组成单元 2 、石油的利用 透明的汽油： 0.7 ～ 0.78g/cm 3 淡黄色的煤油：洗涤剂、杀虫剂、航空煤油 褐色的柴油：轻柴油、重柴油 多功能的润滑油：冷却、清洗、密封等 默默无闻的黑色沥青：柏来式石油沥青 —— 柏油。铺路、油漆、橡胶等 石蜡：防水、防锈、添加剂 燃料油：以粘度大小分为不同牌号 石油溶剂：香精、试剂、涂料工业溶剂等 石油焦：冶金、化工（电石）行业做电极 塑料制品：生活用品、工农业生产、国防工业等 五彩缤纷的新衣料：锦纶、涤纶，腈纶、维纶、丙纶等 合成橡胶：工农业与国防工业的主要靠山 化肥：农田、果园的营养品 中国石油资源现状 中国石油远景资源量 1086 亿吨，因技术和成本制约可开采资源为 140 亿吨至 150 亿吨。刨去建国来已开采的 50 亿吨，还可开采 100 亿吨。 据国家统计局资料， 2009 年中国原油消费量达到 3.8811 亿吨。按此计算，即使这 100 亿吨静态可开采油都能出来，中国的石油家底只能够再用 25 年。 《 全国矿产资源规划 (2008 － 2015)》 中指出，如果不加强勘探，并转变经济发展方式，到 2020 年，石油对外依存度将上升至 60% 。 石油工业的发展 1 、中国的石油工业 中国是世界上最早发现和利用石油的国家之一，石油的挖掘、钻凿、采油的技术在相当一 段时间内一直在世界遥遥领先。 旧中国遗留下的石油地质人员 20 余人，钻探工程技术人员 10 余人，我国的现代石油工业几乎是解放后采平地上发展起来。 中国石油工业的发展三阶段 第一阶段 （ 1949 ～ 1959 年）：西北地区先后发现了克拉玛依、青海冷湖、玉门段等。 第二阶段 （ 1960 ～ 1978 年）：以大庆油田的发现和大规模开采为标志。在渤海湾地区相继发现胜利油田、大港油田等。 第三阶段 （ 1978 年 ～ 今）：积极进行海域石油资源的开发，建成并投产海上 20 个油气田。在世界屋脊海拔 4700m 的伦坡拉盆地也获得了工业油气田。 石油工业在国家建设中的重要作用 资料 显示，我国原油产量迅速增长， 2002 年 1.6 亿吨， 2011 年 2.03 亿吨， 2012 年全国石油产量 2.05 亿吨，其中大庆石油产量仍稳产在 4000 万吨；胜利 2755.0 万吨；中国海油天津 2619.8 万吨；中国石油长庆 2261.0 万吨。 基本保障了工农业 、国防建设和人民生活的需要。 石油工业的布局发生了显著的变化。目前在 25 个省、市、自治区发现并开发了 400 多个油田，修建了 1.5 万 km 长距离输油输气管道。 我国石油科学与世界先进水平的差距明显缩小。工艺技术水平有的已经接近世界先进行列。 2 、世界石油工业的发展 俄国（ 1848 年）和美国（ 1859 年）相继钻成各自的第一口油井，标志着世界石油工业的开始 在以后的 150 年的发展历史中，世界石油工业经历了煤油时代、汽油时代、燃料及化工原料时代三个发展阶段。 1895 年 ～ 1995 年的 100 年间，世界原油产量几乎以每十年增加一倍的速度增长， 世界石油资源主要分布在中东、拉丁美洲、北美洲、西欧、非洲、东南亚和中国。现在，产油的国家和地区已有 150 多个，发现的油气田已有四万多个 . 中东的沙特阿拉伯、伊朗、科威特、伊拉克和阿拉伯联合酋长国是世界最大的石油产地和输出地区。 据统计，世界常规石油最终可采储量为 4563 亿吨，非常规石油资源约为 6000 亿吨 ～ 9795 亿吨。 世界石油消费 目前在世界一次能源的消费中，石油仍处在第 1 位。根据 2001 年的统计资料，世界一次性能源消费约为 69.95 亿吨标准油，其中石油消费量占 43.0% 。 在石油消费中，交通运输占 57.0% ，工业占 19.7% ，其他行业占 17.1% ，非能源行业占 6.2% 。 石油消费偏重于经济发达地区，经济越发展，越需要更多的石油，美国是世界第一大石油消费国。 据 BP2011 年 6 月发布的 《 世界能源统计回顾 2011》 报告数据显示： 2010 年，世界石油消费总量为 40.28 亿吨。美国仍然是世界最大的石油消费国，中国是世界第二大石油消费国，但仅相当于美国消费量的一半。 亚太地区是世界石油消费量最高的地区，年消费石油 12.68 亿吨，占世界消费总量的 31.5% 。北美地区是世界第二大石油消费区，年消费石油 10.40 亿吨，占世界总量的 25.8% 。欧洲和欧亚地区是世界第三大石油消费区，年消费石油 9.23 亿吨，占世界总量的 22.9% 。非洲是石油消费量最少的地区， 2010 年仅消费石油 1.56 亿吨，占世界消费总量的 3.9% 。 2010 年，金砖国家石油消费总量合计 8.74 亿吨，占世界的比重为 21.7% 。其中，中国 4.29 亿吨，印度 1.56 亿吨，俄罗斯 1.48 亿吨，巴西 1.17 亿吨，南非 2533 万吨。 据英国石油公司（ BP ）发布的 2012 年 《BP 世界能源统计 》 称，中国再次成为全球石油消费增长的最大来源（增长 5.5% ，即 50.5 万桶 / 日）。 这份统计年鉴显示， 2011 年全球石油消费增长 0.7% ，达到 8800 万桶 / 日。 2011 年，约三分之二的石油贸易量增长源自中国，而中国的石油净进口量增长 13% （ 600 万桶 / 日）。 墨西哥湾漏油浩劫： 1/4 漏油变油珠混入海水 2010 年 10 月 28 日  09:14   新浪环球地理 在“深水地平线”井喷现场，清污人员焚烧浮油带来滚滚浓烟。油井喷出了近 500 万桶原油，在海洋油井漏油事故中成为世界第一。 这次漏油事件对于虾、蟹和鱼的卵和幼虫的影响还不得而知，这些动物是当地经济的支柱。 ξ3 天然气 — 天生丽质的能源新星 是蕴藏在地层中烃和非烃气体的混合物，主要成分为甲烷，碳氢比远高于石油，是目前世界上公认的高效优质能源和可贵的化工原料。 从广义上说，除了碳氢化合物组成的可燃气体外，凡是地下产生的任何气体都可称天然气。 天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较 煤炭 、 石油 等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。 天然气开采 一、天然气的种类和性质 1 、种类 人们已经发现和利用的天然气有六大类： 油型气、煤成气、生物成因气、无机成因气、水合物成因气和深海水合物成因气 日常所说的天然气是指常规天然气， 包括油型气和煤成气，主要成分是甲烷等烃类气体 天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烃类组成，其中甲烷占 80%-90% 。 2 、性质 不需重复加工可直接作为能源 加热速度快，易控制、易运输 燃烧均匀、清洁、少污染、 CO 2 排放可减少 1/3 密度小，有较大的压缩性和膨胀性。 热值和热效率均高于煤炭和石油 二、天然气的形成 生成天然气的条件比生成石油的范围宽得多： 在低温条件下，有机质可由细菌作用形成生物生成气； 还有与石油共生的伴生气，在超成熟阶段的高温变质作用下，可生成大量的甲烷气； 在煤系地层中可产生大量的煤层气。 天然气是如何形成的 天然气勘探方式与石油勘探相似，两者很难区分。寻找油藏与油层试钻的技术基本上可用于天然气，对天然气勘探评价的内容和方法也与石油基本相同。 采气工艺与自喷采油法基本相似，都是在油气田上钻井，并诱导气流，使气流依靠自身能量由井内自喷到井口。 天然气加工比较简单，只需要简单处理就可作为燃料及化工原料。 天然气开采注意事项 因为气井压力一般较高加上天然气属于易燃易爆气体，对采气井口装置的承压能力和密封性能比对采油要求要高的多。 伴随天然气的开采进程，水体的弹性 能量 会驱使水沿高渗透带窜入气藏。由于岩石本身的亲水性和 毛细管压力 的作用，水的侵入不是有效地驱替气体，而是封闭缝缝洞洞或空隙中未排出的气体，形成死气区。这部分被 圈闭 在水侵带的高压气，数量可以高达岩石孔隙体积的 30% ～ 50% ，从而大大地降低了气藏的最终采收率。 气井产水后，气流入井底的 渗流阻力 会增加，随着水侵影响的日益加剧，气井的自喷能力减弱，单井产量迅速递减，直至井底严重积水而停产。 天然气勘探方法 1、先进的勘探技术 遥感技术—— 卫星高瞻远瞩进行侦察 卫星地质照片记录不同地质体的不同反射电磁波的性质 天然气在各种地质条件下——周围自然景观的变异 地震勘探技术： 利用地层和流体物理性质以及地震波的变化来寻找，是最重要的物探技术 地球化学勘探 — 没有不透风的墙，没有不透油气的地层。 利用化学、物理化学和生物化学来研究与油气藏有关的气体成分、烃类含有量、稀有金属、细菌种类等异常的方法 异常区 地表距离 天然气勘探新方法－大庆油田 步骤一：用色谱分析检测钻进中油气显示井段钻井液罐顶气中有机和无机气态组分相对含量，确定天然气中主要烃类组分和非烃组分，进行天然气评价； 步骤二：对天然气主要组分来源分别进行分析，确定其所成生的烃源岩层位； 步骤三：依据天然气成生的烃源岩层位和天然气评价结果指导区域天然气勘探。 其中，步骤一中能够检测的有机和无机气态组分为甲烷到正庚烷烃类组分、氮气、二氧化碳、氦气、氢气和硫化氢。 天然气的发展前景 据 《 中国矿产资源报告 》 显示： 2006-2010 年，我国天然气剩余技术可采储量由 3.0 万亿立方米增至 3.8 万亿立方米，增长 25.90% ；天然气产量从 586 亿立方米增至 968 亿立方米，增长 65% 。 据发改委统计， 2010 年，我国天然气消费量为 1072 亿立方米，消费总量居世界第四位。 2011 年 1-10 月,中国天然气产量达到 826 亿立方米 ，进口天然气约 250 亿立方米 。 国家发改委2012年 12 月发布的 《 天然气发展“十二五”规划 》 显示，中国到 2015 年，国产天然气供应能力将达到 1760 亿立方米左右。 2013年 10 月 21 日，通用电气 ( 简称 GE) 公司发布白皮书 《 中国的天然气时代：能源发展的创新与变革 》 ，提出天然气将是中国满足日益增长的能源需求和解决迫切环境挑战的最佳选择。 据 GE 公司估计，中国的天然气需求将以每年 8% 的速度增长，到 2025 年，整个天然气市场的规模将是目前的 2.5 倍。 目前中国的天然气仅占一次能源供应总量的 4% 左右，煤炭在能源消耗中的比重接近 66% ，石油为 18% 。 天然气的价格因素制约了其发展。 GE 公司的研究表明，如果天然气在一次能源消费总量中所占的比例从 2012 年的 4% 增长到 2025 年的 8% ，由此导致的煤炭消费减少可以在 13 年内节约 5 万亿元人民币的环境成本，这意味着平均每年节约 3800 亿元，约占年度 GDP 的 0.5% 。 三、天然气水合物 —— 可燃冰 ——21 世纪的新能源 天然气水合物（ gas hydrate ）是一种新发现的能源。 天然气水合物由水分子和燃气分子构成，外层是水分子构架，核心是燃气分子。其中燃气分子绝大多数是甲烷，所以天然气水合物也称为甲烷水合物。                                               天然气水合物分子结构示意图 天然气水合物（ gas hydrate ） 一种形似笼状的独特的冰结晶体，里面含有气体分子，通常是天然气，生成条件为低温高压下甲烷被包进水分子中冻成固态，形成一种冰冷的白色透明结晶，点火即可燃烧。 形成天然气水合物的必要条件是： 0℃时2634.5 kPa （ 26atm ）； 10℃ 时 7707.7kPa （ 76atm ） 当温度上升或压力下降时，水合物立即分化，释放出可燃气体 一单位体积水合物，包含 200 倍的天然气。 勘探技术和开采 目前最常用最重要的方法是地震勘探法。海底沉积物中存在天然气水化合物的最直接证据是具有异常地震反射层，亦称为拟海底反射层（ bottom simulating reflector, BSR ） .BSR 的产生是 BSR 上部沉积物中释放的大量甲烷游离气体所造成。 地球物理测井法也是有效的勘探手段，包括井径，射线，自然电位，声波，电阻率以及中子孔隙度等测井方法。 天然气水化合物的开采是先将水合物分解成甲烷气体和水，然后再收集甲烷气体。目前的主要方法有热激发法，化学试剂法，减压法三类。 图 1—— 北美东南大陆边缘的海底地图 天然气水合物的位置，通过地震海底反射层 (BSR) 确认，均以浅红色的阴影表示。标号表示海上科学钻井井场。 天然气水合物的分布 天然气水化合物是一种能量密度高，分布广的能源矿产，储存在地球上永久的冰冻地带或者是一种海底深处。它主要存在于北极地区的永久冰冻地带。勘探研究证明，海洋大陆架也是天然气水化合物形成的最佳场所，海底可燃冰分布的范围约占海洋总面积的 10% 。 1965 年，前苏联在西西伯利亚北部首次发现天然气水化合物矿藏， 1979 年也于美国深海钻探计划中在中美洲被发现。 世界上已发现的海底天然气水合物主要分布区有大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美洲东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东岸外的布莱克海台等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、日本海、苏拉威西海和新西兰北部海域等。 2008 年 9 月，俄罗斯科学院西伯利亚分院伊尔库茨克科学中心湖沼研究所实验室负责人阿列克 · 赫雷斯多夫表示，由甲烷和水组成的固态化合物 — 天然气水合物一般在海洋和北方的冻土带区域被发现，而目前在贝加尔湖湖底也发现了这样的天然气水合物蕴藏。 天然气水合物开采并非易事，主要开采困难在于天然气水合物的特性，只有当冰块状的天然气水合物温度升高，冰块融化，天然气才从水中分离出来。而目前因没有适合这样的天然气水合物开采的工业技术水平，在全球至今仍没有一处天然气水合物矿藏被开采。 他还表示，对天然气水合物科学原理的研究，是针对天然气水合物开采技术进行的。预计在 2009 年，俄湖沼研究所工作人员将联合日本科学家进行天然气水合物的科研实验。 我国天然气水合物的勘探 我国天然气水化合物的研究和调查起步比较晚。 1999 年 10 月，广州海洋地质调查局采用高分辨率的地震调查首次证实在中国南海北部存在天然气水化合物。 2003 年 12 月，广州海洋地质调查局在南海北部海域利用海底摄像技术，在 3000 米水深的海底首次获得了灰白色团块状的沉积物质影象记录。这种灰白色团块状物质是深部地层中的可燃冰分解后的甲烷气体所形成的冷泉。 我国陆域发现可燃冰 远景资源量 350 亿吨油当量 国土资源部 2009 年 9 月 25 日公布我国在青海省祁连山南缘永久冻土带成功钻获天然气水合物实物样品，并对样品进行了室内鉴定，获得一系列原始数据，这是我国继 2007 年 5 月在南海北部钻获天然气水合物之后的又一重大突破。 “我国成为世界上第一次在中低纬度冻土区发现天然气水合物的国家，也是继加拿大 1992 年在北美麦肯齐三角洲、美国 2007 年在阿拉斯加北坡通过国家计划钻探发现天然气水合物之后，在陆域通过钻探获得天然气水合物样品的第三个国家。”国土资源部总工程师张洪涛表示，这一重大突破，证明了我国冻土区存在丰富的天然气水合物资源，对认识天然气水合物成藏规律、寻找新能源具有重大意义。 中国成功钻获高纯度可燃冰 储量相当于特大气田 2013 年 6 月至 9 月在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物（俗称“ 可燃冰 ”）样品。 1 立方米的天然气水合物分解后可生成约 164-180 立方米的天然气，是一种高效清洁能源，被誉为 21 世纪的绿色能源。此次发现的天然气水合物样品具有埋藏浅、厚度大、类型多、纯度高四个主要特点。 国土部将全面组织实施中国海域、陆域天然气水合物资源勘查评价，做好三项主要工作，一是加快天然气水合物勘查评价和重点靶区钻探取芯工作；二是开展成藏机理和富集规律等理论研究；三是加大试开采及环境评价等关键技术攻关力度，力争早日实现开发利用。 天然气水合物的前景 天然气水合物给人类带来了新的能源希望，但它也可对全球气候和生态环境甚至人类的生存环境造成严重的威胁。 这种资源的开发可能导致大量的甲烷气体溢散到大气层，而甲烷气体的温室效应作用要远高于二氧化碳。 基于天然气水合物是 21 世纪的重要后续能源，并可能对人类生存环境及海底工程设施产生灾害性影响，全球科学家和各国政府都予以高度关注。 四、我国的煤层气资源 煤炭形成过程中，在高压厌氧的条件下产生的大量以甲烷为主要成分的瓦斯气体称为煤层气，俗称“ 瓦斯 ” 。 在煤炭开采过程中，煤层气在煤基质上的吸附平衡条件改变，大量的煤层气就会释放出来。井下瓦斯气体达到一定浓度时就会引起瓦斯气体爆炸的发生，所以瓦斯被认为时对煤矿开采最危险的有害气体，甲烷气体还会产生强烈的温室效应，所以煤层气大量排入大气将会促进全球气候的变暖。 加以利用则是洁净高效的天然气能源。 煤层气资源分布及储量 我国煤层气资源分布广泛，他们分布在不同的含煤盆地、不同的成煤时代，其埋藏深度和勘探程度也相差很大。 据初步预测我国煤层气的资源量为 31 万亿 m 3 ，高于我国陆上常规天然气的资源量，居世界第 2 位。 煤层气开采的环境效应 资料显示，对于浅层煤层气，全国平均每开采一吨煤将造成一到 1.1 立方米的甲烷排放，因采煤每年排放到大气中的甲烷量是十分可观的。 煤层气是造成煤矿瓦斯爆炸的主要隐患。 充分利用煤层气，既可开发新的气体能源，防止煤矿事故，又可减少向大气中的甲烷排放，减少温室气体效应。 俄罗斯煤矿瓦斯爆炸事件 导致 102 人死亡 遇难矿工亲属表情悲痛 平顶山市新华四矿 09 年 9 月 8 日凌晨发生瓦斯爆炸。    抢险队员在发生瓦斯爆炸事故的平顶山新华四矿矿口准备进行救援。 新华网郑州 9 月 8 日电 （记者古文洪、梁鹏）记者从河南省安全生产监督管理局获悉， 8 日平顶山市新华区新华四矿发生的瓦斯爆炸事故，经现场初步核查，已有 35 人遇难，目前仍有 44 人被困井下，救援工作正在全力进行。 国家能源局长称矿难令煤炭工业成就苍白 2010 年 10 月 28 日   第一财经日报 中国的煤炭产量从 2005 年时的约 22 亿吨，到今年预测可达 32 亿吨。若按此趋势继续发展，“十二五”期间中国的煤炭年产量有望突破 40 亿吨。 中国煤炭工业的成就其实非常大，装备水平和许多矿井都已经是世界一流水平。 张国宝在 2010 中国国际煤炭发展高层论坛上说，中国至今仍不时发生几十人死亡的煤炭矿难事故，让“我们去谈自己的煤炭成就就有点说不出口，感到苍白无力”。 煤炭工业发展不能光是量的增加，还包括结构调整、科学开发、安全开采，煤炭利用等多个环节。 2013 年 3 月 11 日，国家能源局发布 《 煤层气产业政策 》 ，明确了当前和今后一个时期煤层气产业发展的政策导向。包括煤层气产业发展目标、市场准入条件、勘探开发布局、技术装备研发、资源协调开发、安全节能环保等内容。 规划到 2015 年，建成沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘煤层气产业化基地，再用 5–10 年时间，新建 3–5 个产业化基地，把煤层气产业发展成为重要的新兴能源产业。 《 煤层气产业政策 》 提出了针对性保障措施 : 一是增加勘探区块投放数量 , 提高资源保障程度。二是加大资金投入。三是加强投资监管。四是加强对外合作管理。五是创新人才培养模式。六是落实完善扶持政策。七是加强煤层气行业统计等基础管理工作，完善煤层气开发利用考核机制。 煤层气开采的经济效应 勘探费用低，获利大，风险小。 1987 年美国一口抽样煤层气井的勘探费用只占开采总成本的 0.6% 。 生产成本低，生产周期长。煤层气埋藏浅，并且产气量稳定，因此煤层气生产成本较低。美国黑勇士盆地和圣胡安盆地的煤层气成本为每立方米四美分。我国沁水盆地晋城地区投入开发，预计煤层气成本也仅为每立方米 0.25 元。 煤层气井经济效益好。国内外煤层气勘探实践表明，达到工业性开发的煤层气井产量一般每天在 2000 立方米至 8000 立方米，在一定地质条件下，煤层气井还可形成较高产能。 国外煤层气开发利用情况 美国是世界上最早开始煤层气地面开发的国家，也是目前开发规模最大、最为成功的国家。 美国从上世纪 70 年代开始研究煤层气， 80 年代开始大规模商业性开发，目前的煤层气生产基地主要有圣胡安盆地、黑勇士盆地、拉顿盆地、阿巴拉契亚、粉河、尤因塔等地。 2001 年全国的煤层气产量就达到了 437 亿立方米。 加拿大煤层气资源量占世界第二位，主要得益于连续油管施工技术和煤层气液氮压裂技术在加拿大的煤层气开发中起到关键作用。生产区域主要在西部的阿尔伯特省。 瓦斯发电在德国利用较为成功，鲁尔集团在萨尔洲每年获取甲烷浓度为 50% 的煤矿瓦斯，用于热电经营，发电技术采用燃气轮机和蒸汽机发电联合运行 . 页岩气 国家能源局 2013 年 10 月 30 日发布我国首个 《 页岩气产业政策 》 ，明确纳入国家战略性新兴产业。 重申了 《 页岩气开发利用补贴政策 》 中的条款，表示国家将对生产企业直接进行补贴，还可给予减免矿产资源补偿费、矿权使用费等政策 。 鼓励各种投资主体进入页岩气销售市场，以期逐步形成以页岩气开采企业、销售企业及城镇燃气经营企业等多种主体并存的市场格局。 鼓励页岩气就近利用和接入管网，以促进页岩开发利用，并高度重视页岩气的环保开发和节约利用 。 美国页岩气革命影响深远 美国的页岩气革命始于上世纪九十年代末，现已开始改变美国乃至世界的能源市场格局。美国页岩气产量从 2000 年的 0.39 万亿立方英尺提高到 2012 年的 850 万亿立方英尺。 页岩气革命的爆发基于油气开采技术出现两大创新 —— 水力压裂法和水平钻井技术。 目前，埃克森美孚、康菲石油、英国石油、壳牌等石油巨头都在想方设法把液化天然气销往利润更丰厚的国际市场，特别是亚洲市场。必和必拓也计划把美国页岩气运往亚洲，代替产自西澳的天然气供应。 美媒：页岩气革命其实是个骗局 【 美国 《 外交政策聚焦 》 网站 2013 年 1 月 10 日文章 】 题： 石油 大骗局（作者哈菲兹 · 艾哈迈德） 国际能源机构 (lEA) 2012 年的 《 世界能源展望 》 预测，到 2017 年，美国将超过沙特阿拉伯，成为世界上最大的石油生产国。 埃克森美孚公司的 《2013 年能源展望 》 预测，到 2040 年，天然气的需求将增长 65% ，全球产量的 20% 将来自北美，大部分来自非传统来源。报告得出结论：到 2025 年， 页岩 气革命将使美国成为净出口国。美国国家情报委员会也预测，到 2030 年，美国将实现能源独立。 页岩气可解决能源危机？ 页岩气可解决能源危机？ 2012 年英国政府前首席科学家戴维 · 金爵士发表在 《 自然 》 的论文说，世界上现有油气田的耗尽以每年 4.5% 至 6.7% 的速度增长。并指出，页岩气井产量在运作的第一年下降了 60% 至 90% 之多。 金爵士的牛津大学史密斯企业与环境学院团队发表论文的结论是，该行业将世界石油储量高估了约三分之一。 页岩气产业或是虚假繁荣，繁荣出现时会发生什么事？ 科研报告并非表明 IEA 对页岩气产量和随之而来的经济繁荣的前景的评估极其错误的仅有迹象。事实上，商业内幕网报告说，页岩气产业不但离盈利差得很远，而且正面临着巨大的金融障碍。 美国金融记者沃尔夫 · 里奇特说：“水力压裂法的经济原理是可怕的。产量从第一天起就跌下悬崖，这种下跌持续了一年左右的时间，直到在占初始产量 10% 左右的水平上跌停为止。”其结果是，“钻探正以惊人的速度摧毁资本，钻井公司留下了堆积如山的债务，而下降幅度则开始造成浩劫。为了避免下降率打乱收入报表，公司不得不钻探更多的新井，老井的产量下降。该计划碰了壁，这堵墙壁就是现实”。 石油工业积极和故意地试图掩盖页岩气生产所面临的挑战。 《 纽约时报 》2011 年的一项调查发现，尽管美国石油工业在公开场合采取极乐观的立场，但“在私下里却持怀疑态度”。 换言之，目前的天然气过剩最终的后果可能是不可持续的页岩气泡沫在自身的重力下崩溃，从而使供应崩溃和价格上涨加速。页岩气革命不会刺激繁荣，而是掩盖着更深层次的结构不稳定性。这种不稳定性必然会发生碰撞，以致留给我们一个更大的金融烂摊子，更快地滑向代价高昂的环境破坏轨道。 中国应冷静对待页岩气革命（中国青年报） 2013 年争论最热烈的能源话题，莫过于“页岩气革命”。 据报道，近年来美国公司收益持续恶化，能源公司都在下调页岩气产量计划。 美国天然气巨头 XTO Energy 的 CEO 对外透露，“页岩气生意根本不赚钱，所有人都在亏钱。” 俄罗斯专家说，即便美国页岩气已规模化开采，其成本相比传统天然气还是偏高，而且不适合远距离运输，采气区资源消耗过快，再加上生态破坏等难题，都将使得这场“革命”越发显得虚幻。 由于担心地质灾害，美国纽约州和特拉华盆地已叫停了页岩气项目。 页岩气在全球范围开发还有众多障碍：首先，地质条件的极大差异使页岩气开采受阻；其次，页岩气在使用过程中要消耗大量水资源，而它必须使用的化学品可能对蓄水层造成污染；第三，天然气价格的持续低迷会打击企业的投资热情；第四，在北美以外市场，普遍缺乏足够的储存、液化和传输等非常规天然气的基础设施，这将大大限制市场开发进程。 美对华输出页岩气革命被指阴谋：美国人自己都不信 2013 年 08 月 20 日  07:42   中国经济周刊 1998 年， 80 岁高龄的米歇尔在水力压裂技术上取得了成功，为美国页岩气革命奠定了基础。 据我国国土资源部的数据，目前我国页岩气技术可开采资源潜力为 25 万亿立方米。“去年我国天然气的消费量为 1500 亿立方米，国内的产量是 1000 多亿立方米，进口 400 多亿立方米，现在我们还有 500 亿立方米的缺口。”一位国土资源部油气战略负责人告诉 《 中国经济周刊 》 ，“页岩气的开发是在为中国提供一次能源结构调整的机会。” 美能源安全委员会高级顾问盖尔 . 拉夫特建议：“页岩气或许不是中国最好的选择。因为有很多的天然气开采成本更低，比如煤层气。其次，中国在附近就有很多传统天然气的选择，比如巴基斯坦、俄罗斯、缅甸等，价格甚至更低。所以不一定要‘超前’地开采页岩气。” 盖尔认为，中国能源的未来在核电。基于此，有专家认为此前秘而不宣的美国前几年突然向中国兜售页岩气，意在让中国把眼光都集中在页岩气上，就放过了对未来领先的核裂变等高科技清洁能源的研发。 但也有专家认为，页岩气成本和价格的问题，应该被视为正常的商业风险，虽然开采技术还不完善、不成熟，但页岩气本身的颠覆性意义不容忽视 ——“ 页岩气不仅在油气领域撼动了传统统治地位的有机生成学说，为未来油气生产开拓了更为广阔的领域，而且冲击了全球固有的能源经济和政治版图，使得油气成为更加丰富且分布更加均匀的资源。” 那么，中国发展页岩气，就必须在能源结构、新能源革命和风险控制之间寻找到最有利于自己的平衡。 美国页岩油革命神话破灭 开采重地储量预测值降 96% 2014 年 05 月 26 日 来源：第一财经日报 作者：江旋 来自外媒的消息称，美国能源信息署（ EIA ）近日将页岩油重地 —— 加利福尼亚蒙特利的可采储量预测值猛砍 96% 。在此之前，蒙特利的页岩油储量被认为占到了美国的 2/3 。 EIA 说，使用现有的技术，仅仅 6 亿桶页岩油能够从蒙特利页岩地层中开采出来，远远低于以前曾经以为的 137 亿桶页岩油的量。评论人士称， 6 亿桶的储量仅够美国用 33 天。 这一消息让美国能源业哗然。媒体纷纷用“美国页岩革命及能源的新黄金时代神话濒临破灭”来形容这一新数据。 EIA 对此最新的研究结果将于 6 月份对外发布。 ξ4 、火电和水电 电 力 继蒸汽机发明和应用之后，近代史上第二次工业革命的核心 电能是由其他一次能源转换而来的二次能源。 由于电能输送、控制、转换和使用都非常方便，又不污染环境，因此是一种非常优质的二次能源。 推广绿色能源的意义 大多数人认为电力是一种清洁的能源，当使用电视、电冰箱等电器时，我们并没有意识到电力对环境造成的破坏，实际燃煤发电对环境的破坏是很大的。我国现在是世界上第二号温室气体的排放大国，而常规电力生产已成为我国二氧化碳等温室气体和二氧化硫等有害气体的主要排放源之一。 因为电力的需求才产生供给，电力供给间接污染了环境，而我们就是污染的受害者。 悉尼绿色奥运会在环境保护方面所做的努力为世人所称道，能源保护和可更新能源的利用被他们列为环保的首要目标。在悉尼奥运村，建设者采用了太阳能技术，使奥运村成为真正的绿色村落。 电力发展的文化意义 解决一部分人群的文化缺失 : 截至 2005 年底，我国仍有 3500 万人口未用上电。这就是说，一切由电带来或产生的文明，诸如电灯、电视，他们都无法利用和享受到，电力发展可以让他们同样享受到这些文化。再者，很大部分用上电的人也因电力消费水平不高，而不能完全利用和享受到电力带来的文化成果，诸如计算机、网络等。电力发展将改变这种文化缺失，从而让人们可以享受到更多样、更精彩的文化生活。 电力构筑新的文化观念 : 电力本身体现的是科学文化，改变了一些旧的文化观念。我国电力兴办之初就可看到这种新旧文化观念的碰撞，如当初清政府在禁止使用电灯时，就说电灯是妖术，容易产生灾祸，一不留神，就会伤人烧房。相反，史履晋等人在申办华商电灯公司时却说：京师人烟稠密，火患尤须预防 …… 若改用电灯，自无失慎之虑。 电力发展的文化意义 电力构筑新的文化基础，产生新的文化模式 : 电力已经渗透到几乎所有的公共文化领域，产生了新的多样的文化载体、文化模式。人们在记录、复制、传播文化时，有了快捷、方便、准确的制作工艺和安全、可靠、高效的保护手段。电力给人类带来更广阔的文化视野，让人类享受到新的文化成果。 电力构筑新的文化内容 : 在现代文化内容中，用电力制造的声色光影已构成现代都市生活中的重要文化内容；在文化项目中，当电力成为不可或缺，甚至不能替代时，它就直接构成了文化内容本身；在当今社会，自动化、信息化已然构成一种全新的社会文化，而且已深深渗入到人们的工作、生活中，电力是这种文化中的重要构成内容。 电能 电能指 电 以各种形式 做功 的 能力 。有 直流电 能、 交流电 能等，可相互转换。 日常生活中使用的电能主要来自其他其他形式能量的转换，包括 水能 （水力发电）、 热能 （火力发电）、 原子能 （原子能发电）、 风能 、及 光能 等。 电能可转换成其他所需能量形式。它可以有线或 无线 的形式作远距离的传输。电能被广泛应用在 动力 、 照明 、 冶金 、 通信 等各个领域，是技术发展、 经济 飞跃的主要动力。 电能的单位是“ 焦耳 ”，简称“焦”，以字母 J 表示。 电能在现代社会中的广泛来源与应用 三峡工程 一 、能量转化的基本规律 1 、热力学第一定律 —— 能量守恒定律 能量之间可相互转化，总量保持不变 经过一个热力过程。对体系输入总热量等于体系总输出功加上体系内的内能增值： Q=W+△E 只是规定了能量转化的数量关系，而未指出能量转化的方向及难易程度 2 、热力学第二定律 热机不可能把热源传给工质的热量全部转化为功。 高温热源传给工质的热量 Q 1 必然有一 部分热量 Q 2 传给了另一低温热源， 热机的输出功： W= Q 1 –Q 2 用热效率表示热量转化为机械功的程度： 热效率指出了热机改进工作效率的方向，在工程上具有重大的指导意义。 二、电能的开发利用 1 、电能及利用 电能： 是以电磁场为载体，以光速传播的一种特殊形式的二次能源 电力： 由一次能源通过电磁感应转换而来，也可通过燃料电池将氢、煤气、天然气、甲醇等燃料的化学能直接转换而来，还可利用光效应将太阳能直接转换而成。 火电站操作流程图 电能的优点 可高速度、远距离输送 方便经济，其技术设备要求不高 输送时的电能损耗比输送机械能和热能要小得多 生产、传送和使用过程中容易控制 在电能显著优点后面存在一个致命的缺陷 —— 不能大规模增加储存，电的生产和消费必须同时完成 发展电能是新能源的广泛应用和建立可持续发展能源系统的必然结果。 电的利用 电照明是较早开发的电能利用。 为电力应用奠定了最广泛的社会基础。 电传动是范围最广、形式最多的电能应用领域 从根本上改变 了 19 世纪以蒸汽为基础的初级工业化的面貌 电加热可以作用到物体内部 ，具有加热均匀、热效率高和容易控制等优点 电物理装置的研制成为电力应用的新领域。 各种能级和不同用途的加速器、大功率的电脉冲装置、激光装置 —— 电源技术、磁体技术等 2 、电能开发新技术 燃料电池：利用物质发生化学反应时释放出的能量，直接将其变成电能 磁流体发电：是将热能转换为电能的发电形式 原理：利用导体切割磁力线产生感应电动势的方法。 种类：化学燃料磁流体发电和和燃料磁流体发电 牛粪燃料发电、步行发电装置、汽车重量发电 我国电力工业存在的问题 电力供应不能适应国民经济的发展； 人均装机容量和发电量低； 电源结构不合理； 电力技术装备水平低，经济性较差； 电网的建设滞后于电源的建设，供电的自动化水平低； 环境污染严重。 我国电网分布 三、火 电 大型火力发电厂的主要动力装置 燃料化学能——热能——机械能——线圈的电磁感应 水蒸气的压力、温度直接影响热机的效率 适当采用高参数可提高电站运行的经济性 1 、蒸汽轮机 2 、热电联产 —— 热电合供 高参数蒸汽：转变为机械能在热机中做功发电。 低参数蒸汽：供热。 热电联产方式是世界上一致公认可大量节约能源的有效途径。 3 、新型发电装置 —— 燃气、蒸汽联合循环机组 燃气轮机的初始温度较高，排放燃气的温度也高，如果把排出的燃气送入余热锅炉中产生水蒸气，再到蒸汽轮机中做功，就可增加输出功率，发电功率提高 5-10% 。 联合循环装置电站，投资比纯蒸汽电站少 15% ，发电成本低 10% 。是目前世界少火电发展的方向之一。 类型：燃气轮机余热利用型、排气助燃型、增压锅炉型 燃料：轻质油、天然气 烧煤联合循环装置 煤气化联合循环： 煤炭首先气化再用于常规燃气轮机中 增压沸腾炉联合循环装置； 从压气机出来的8 ～ 10 atm 的空气在沸腾炉中与煤一起燃烧，高温烟气进入燃气轮机作功，排出的高温烟气进入余热锅炉，产生的蒸汽再进入蒸汽机中做功。 但必须解决高压下加料除渣及高温除尘等难题 以煤为主的能源结构决定了火电仍将在相当长的时期内在电力结构中占据主导地位。 我国已向世界做出承诺，争取到 2020 年非化石能源占一次能源消费比重达到 15% ，单位 GDP 温室气体排放量比 2005 年减少 40% ～ 45% 。无疑将加快电力结构调整的步伐。 我国煤碳消费量居世界第一，在一次能源消费中，煤碳消费所占比重约为 70% 。 从 2009 年开展，电力投资和新增能力的结构继续优化，电源基本建设投资呈现继续加快结构调整的态势，水电、核电、风电基本建设投资完成额同比分别增长 2.33% 、 74.91% 和 43.90% ，火电基本建设投资完成额同比下降 11.11% 。 四、水 能 —— 源远流长的动力之源 1 、水能资源 水能资源又称为水利资源，是指天然水流的位能和动能所蕴藏的可再生能源。 它可以通过水力发电站方便地转换为优质的二次能源 —— 电能 水能资源作为一个水力学的概念，分为理论水能蕴藏量、技术可开发水能资源和经济可开发水能资源三种级别。 水在地球上流动和分配的三种方式 依托大气流动的输送 海洋中的海洋流 陆地江河的排水 大循环：海洋与陆地间的循环 海洋蒸发 — 大气流动 — 降水 — 陆地 — 江河 — 大海 小循环：海洋 蒸发 云 雨 海洋 陆地 陆地 水能资源三个最显著的特点 是循环不息的可再生能源。在许多可再生资源能源中，水能资源利用历史最长，技术最成熟。 利用水能资源发电，可节省火电所需要煤炭、石油、天然气和核电所需铀等宝贵的不可再生能源 水能资源是清洁能源。 我国的水能资源 我国土地辽阔，河流众多，径流丰沛，落差巨大，蕴藏着丰富的水能资源。据估计，我国河流水能资源的理论蕴藏量为 6.76 亿 kW ，年发电量为 59 200 亿 kW•h 。 中国水资源总量排在巴西，俄罗斯，美国，印尼，加拿大之后居世界第六。但中国的水资源有时间和空间上分布严重不均的特点。空间上，西南和南方水资源丰富，而华北和西北严重缺水。时间上，夏秋季丰沛，冬春季缺乏。 水能资源蕴藏量 可能开发的水能资源 水能资源 三峡工地俯瞰 三峡工程二期大坝全景 长江三峡水利工程 2013 年 10 月 19 日三峡集团透露，三峡电站累计发电量已突破 7000 亿千瓦时 。据测算，三峡电站现在的年发电量，相当于减排二氧化碳 7514 万吨、二氧化硫 90 万吨。 10 年发电量相当于减少使用约 3 亿吨标准煤。 全世界理论水能蕴藏量为 346 900 亿 kw.h/ 年，可开发水能资源为 139 700 亿 kw.h/ 年 中国、前苏联和巴西技术可开发的水电年发电量都在 10 000 亿 kw.h 以上。 水能资源取决于地形和河流。中国地势西高东低，是水能资源丰富的主要原因。 水能资源取决于降水和径流。全国平均降水量为 638mm ，并不很大，且分别不均匀。全国河川年径流总量为 27115 亿 kw 。 2 、水能利用 （ 1 ）水力发电的基本原理 利用水力 ( 具有水头 ) 推动水力机械 ( 水轮机 ) 转动，将水能转换为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械 ( 发电机 ), 随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转换为电能 广州抽水蓄能电站 （ 2 ）水力资源的开发方式 按照集中落差而选定： 堤坝式 、 引水式 和 混合式 按不同的开发方式修建起来的水电站，其枢纽布置、建筑物组成等也截然不同，水电站 分为 堤坝式 、 引水式 和 混合式 三种基本类型。 储水发电 径流式：直接利用流经发电厂的水发电 储水式： 发电设备安装在储水坝内或坝基处 水库与发电厂分开，通过隧道或管道引水发电 抽水蓄能发电： 用其他能源产生的电能把水抽到高处的水库 3 、水电开发 法国于 1878 年建成世界上第一座水电站，开创了利用水能转换为电能的先河 世界上已经建成的最大的水电站为巴西和巴拉圭共建的伊泰普水电站，装机容量为 1260kw 水电已经成为世界现代电力工业三大主要发电方式（水电、火电、核电）之一。 世界上可开发水能资源较多的 10 大河流 中国长江流域：水能资源最多， 11000 亿 kw.h 南美洲的亚马逊流域： 10200 亿 kw.h 非洲的刚果河流域： 7200 亿 kw.h 南美洲的巴拉那河流域：至今开发最多 中国的雅鲁藏布江及下游流域 俄罗斯的叶塞河流域 恒河流域 澜沧江 —— 湄公河流域 勒拿河流域、哥伦比亚河流域：开发利用率最高 水电开发的主要特点 水力发电就是利用水车原理使发电机发电，效率较高 生产成本低廉。 水电站和抽水蓄能电站的动态效益较大。 水力发电受流量变化的影响，常与用电需求不相适应 水电站的水库可以综合利用。 建设坚强智能电网 推动能源生产与消费革命 4 月 23 日至 24 日， 2013 年国际公用事业与能源大会在京召开。 中国能源资源与生产力逆向分布，能源结构以煤为主，油、气资源较少，水能、风能、太阳能资源丰富，能源基地大都远离负荷中心。全国水能、风能、太阳能资源可开发规模分别超过 5.7 亿千瓦、 25 亿千瓦、 27 亿千瓦，其中约 80% 的资源集中在西部地区，只能转换为电能来利用。 实施“一特四大”发展战略，即建设 特高压 电网，促进大煤电、大水电、大 核电 和大型 可再生能源 基地集约化、大规模开发。 2012 年，中国电力投资集团公司全年新增装机 408 万千瓦，电力装机突破 8000 万千瓦，煤炭产能 7410 万吨。全年完成发电量 3493.93 亿千瓦时。自“十二五”以来，中电投集团的清洁能源发电量达到 2050 亿千瓦时，相当于节约标煤 6447 万吨，减排二氧化碳 1.72 亿吨。 预计到 2015 年，清洁能源发电装机将达到 4000 万千瓦，比例达到 40% ；到 2020 年，清洁能源发电装机将达到 7000 万千瓦，其中水电、核电、风电装机容量将分别达到 4000 万千瓦、 1400 万千瓦和 1600 万千瓦，届时，中电投集团清洁能源比例将达到 50% 以上。