能源与环境
《能源及其利用》课程论文
论文题目：能源与环境
班级：轮机1003班学号：0121005200320 姓名：宛江明
课程论文评分标准
评阅点评分标准分值
论点正确、有新意、有创见20 正确、有一定新意15 基本正确10 错误明显 5 完全错误0
内容充分、翔实、可靠20 较充分、翔实15 一般10 较少 5 空乏无力0
结构思路结构严谨、思路清晰、逻辑性强、有说服力、引文准确40 较严谨、符合逻辑、有一定说服力、引文准确30 思路较清晰、引文较恰当20 有一定的说服力10 结构混乱、有严重抄袭现象0
规范化格式符合规范字数满足要求20 格式比较规范、字数偏少15 基本符合规范、字数较少10 格式规范性尚可，不足之处较多，字数太少 5 格式不规范，字数严重不足0
总分：
能源与环境
摘要：能源是人类进行生产和赖以生存的物质基础，它和材料、信息一起被认为是现代社会发展的三个要素。能源的消费水平是衡量一个国家经济状况、科学技术进步和人民生活水平的重要标志。解决能源问题对于发展国民能经济、提高人民生活水平、稳定社会秩序等方面，都有重要的意义。随着现代社会的发展，世界总人口的增长，对能源的需求量越来越大，世界各国十分重视合理地开发和利用能源。能源同时也是现代文明的支柱，给人类带来了光明和幸福，但同时也给人类带来了环境污染，带来了灾祸。目前的环境问题，很大部分是由于能源发展，特别是能源矿产的利用引起的。利用多种能源资源和发展高效、清洁的能源技术是现代世界各国能源发展的目标。
关键词：能源；能源发展；能源利用；环境污染
正文
能源问题由来已久，但随着世界经济的飞速发展，人口数量的急剧增加，世界对能源的需求量与日俱增，随之带来的经济、社会和政治问题也日渐凸显。能源是国家经济发展的基础，能源的持续稳定的供应影响并限制国家经济的发展，切实的关系到人民的日常生活水平和一个国家的综合实力。由于一次能源的储量有限，且可代替能源的研制开发尚处小规模的实验阶段，各国对于能源的争夺也渐进入白热化，引发诸多社会和政治问题，能源问题已经上升到关系国家安全的战略问题，能源外交也从简单的能源的输入和输出衍变成多国利益的政治博弈。近几年我国出现了油荒煤荒和电荒以及前段时间国际是市场的高油价加重了人们对于能源危机的担心，能源的现状和发展趋势如何，如何应对目前的能源紧缺形势等问题已引起各国的普遍关注。能源的紧缺固然是一方面，但能源利用带来的环境问题也不容忽视。环境问题的出现源于能源密集型的开发和利用，已从局部地区蔓延至全球范围，酸雨、温室效应和臭氧层空洞已成为最典型全球环境问题，另外突发性的人为灾害事故频发，如化学药品的泄露、地下水污染等现象使人忧虑。值得一提的是环境问题已成为制约我国经济发展的重要因素，也屡次成为某些发达国家对我国设置经济壁垒的借口。因此在对待能源和环境这两个问题上，决不可偏废一方，应综合考虑两者同时作用和影响国家经济的发展。
1 世界能源与环境发展现状
1.1化石能源探明储量小幅攀升，全球分配不平衡
截止到2009末，世界石油的探明储量为1.33万亿桶（181.7亿吨），不含加拿大油砂，同比增长0.1%。其中欧佩克占70%左右，合1万亿桶，前苏联和经合组织国家各占约7%。石油储采比也从42.0上升至45.6。天然气的探明储量为187.49万亿立方米，同比增长1.2%。中东地区和前苏联国家共占约70%。天然气储采比由60.4上升至62.8。数据显示，已探明的石油和天然气在各地区都有所增长，但也可以看出化石资源的分布极不平衡。石油资源主要集中在中东地区，沙特阿拉伯、伊朗、伊拉克等国家的石油储量约占全球石油探明储量的50%。天然气主要集中在中东、俄罗斯和中亚地区，其中俄罗斯一国储量就占世界天然气总量的30%以上。煤炭资源主要分布在美国、俄罗斯、中国、印度等国家。
1.2化石能源消费需求继续上升，且消费呈现不同增长模式
能源的持续稳定供应是全球经济规模不断发展壮大的保障，在这个前提下，能源消费需求总量上升不可避免，而且在相当长的一段时间内，能源消耗仍是遵循以化石燃料为主，可再生资源与新能源并存的结构模式。1973年世界一次能源消费量仅为57.3亿吨油当量，2003年已达到97.4亿吨油当量，2006年则达到108.8亿吨油当量。虽然化石能源在能源结构中的比例有所下降，不可否认其总量仍会增加，对于可再生能源和新能源，受到技术经济等诸多因素制约，短时间内在整体能源结构中不会占一定分量的比重。据2001年至2009年全球化石消费量数据显示，较2001年北美地区石油消费量增加26.42%，天然气消费量增加27.76%；欧洲及欧亚大陆石油消费增加23.54%，天然气增加35.91%；亚太地区石油消费增加31.07%，天然气16.84%。在中国和印度煤炭的消费持续上升，分别达到15.37亿吨油当量和2.46亿吨油当量。虽然北美、欧洲和亚太三大地区的能源消费总量均有所增加，但是经济科技和社会比较发达的北美和欧洲两大地区增长速度缓慢，其消费量占世界总消费量的比例也逐年下降，亚太地区的消费需求加快增长。据统计，1996~2006年，欧美26国能源消费年平均增长率为0.62%，同期发展中国家能源消费年平均增长率为4.36%。其原因主要是发达国家工业已进入后工业化阶段，经济向低能耗高产出的产业结构发展，高能耗低的制造业逐步转向发展中国家，发达国家具备经济和技术优势，重视节能和提高能源使用效率。
1.3非常规能源投入加大，比例不断上升
非常规能源包括非常规油气能源、可再生能源和新能源。以非常规油气能源
为例，油砂油、页岩油、页岩气、天然气水合物等储量十分丰富，已探明的加拿大油砂储量约为0.15万亿桶，占石油总储量的10%。美国非常规天然气特别是页岩气的开采已经改变了美国的天然气市场格局，水平钻井和水平压裂技术使页岩气得到大量开发，2009年美国天然气产量增长了189.4亿立方米，至5933.8亿立方米，首次取代俄罗斯成为世界最大的天然气生产国。目前页岩气已经成为美国最便宜的天然气供应。其他能源如水力、太阳能、风能、核能、生物质能等也日渐受到重视，2009年全球水力发电量增长至7.40亿吨油当量，风能太阳能贡献了1.7%的全球发电量，风电装机总量增长了31%，太阳能发电量增长达到47%，燃料乙醇增长8%，达到77万桶/日油当量，相当于全球石油产量的1%，只美国就占了全球燃料乙醇供应量的52.9%。在常规能源供应紧张，对外依赖性增强，政治形势敏感的情况下，非常规能源投入加大已成为必然趋势。
1.4环境压力增大，环境问题制约经济发展
近十几年来，环境污染和破坏逐步引起世界性关注，在能源消耗经济发展背后隐藏的环境问题日益凸显，直接或间接影响经济发展的规模和速度。环境污染和破坏在发展中国家尤其突出，经济发展初期主要依靠能源的大量投入，多是高能耗低效率低产出的低技术基础工业，能源利用率低，且鲜有余力有效控制环境污染，然而环境容量的有限性和自净性使其对污染物的承受能力局限在一定范围内，多数的环境污染与破坏是不可逆的。另外一些突发性事故频发，如伦敦烟雾、日本水俣病、切尔诺贝利核泄漏等，引发人们对于环境安全问题的思考。在地球环境的众多问题中，最令人瞩目的当属即温室效应。根据《京都议定书》的规定，各国纷纷制定了减排二氧化碳的计划，重点是限制化石能源消费，鼓励能源节约和清洁能源使用。约束性协议有助于二氧化碳减排，但同时也对经济发展方式提出较高的要求，能源结构面临调整，高能耗附加值低的产品将受到淘汰，产业结构也要升级，环境问题对经济的制约越来越明显。
2我国能源与环境发展现状
2.1能源需求总量持续增大
“十一五”期间，我国能源消费年均增加1.68亿吨标准煤，按照这个速度，到“十二五”末，我国一次能源消费总量将超过40亿吨标准煤，这样的消费模式肯定是难以为继的。我国一次能源生产总量从“十五”末的21.6亿吨标准煤，上升到2010年的29.6亿吨标准煤，年均增长6.5%。一次能源消费总量从23.6亿吨标准煤上升到32亿吨标准煤，年均增长6.3%。其中，我国能源消费第一大品种煤炭2010年的产量为32亿吨（实物量），是2005年的1.5倍，占世界煤炭产量
的45%，产量居世界第一。第二大品种原油2010年的产量稳定在1.9亿吨左右，而消费量突破4亿吨，原油对外依存度超过55%。2000~2020国家规划GDP增加4倍，能源消耗增加1倍，能源系数为0.5，而近几年的能源系数均超过1，从发展趋势看我国工业已进入重化阶段。因此在“十二五”期间，我国石油和化工行业要把合理控制能源消费总量作为转变发展方式的重要着力点。按照我国确定的“十二五”能源总量控制目标：一次能源年消费总量控制在40亿吨标准煤。其中，煤炭年消费总量控制在40亿吨左右，净进口2亿吨；石油年消费总量控制在5亿吨左右，净进口3亿吨。因此，“十二五”期间，国内能源、资源对石油和化工行业的发展制约将会表现得越来越突出，合理控制能源消费总量是转变发展方式的关键【1】。
2.2能源结构问题突出
我国能源主要以煤炭为主，可以预见未来十几年甚至2050年，煤炭仍是我国主力能源，虽然煤炭在能源结构中的比例有所下降（75%~60%），但其总量仍会增加。2009年，中国国内煤炭产量上升了9.2%，达到15.5亿吨油当量，然而也首次成为仅次于日本的第二大煤炭进口国，煤炭进口量激增了211%。煤炭能源具有诸多问题：首先，环境污染严重，煤炭直接燃烧产生了70%~80%的SO2、NO、Hg、CO2、颗粒物，对空气质量和地表生态地下水破坏大，在生产和使用过程中存在回收率低、浪费严重、安全事故多发等问题。其次，煤炭热值低，燃烧利用率低。煤炭热值为33MJ/Kg，汽油为46 MJ/Kg，天然气为56 MJ/Kg，氢气为123 MJ/Kg，相同热量的煤炭总量大，利用不方便；煤炭成分复杂，燃烧后产生大量固体废弃物，不适合一些对燃料纯度要求较高的装置使用。最后，不考虑热能因素，从动力角度来说，作为固体燃料，是无法被汽车，飞机等直接利用的，液体燃料短缺直接限制了交通运输的运行发展，50%的机动车燃料依赖进口。
另一方面，可再生能源比重低，2009年全国的水电、风电、核电、太阳能、生物能在整体能源结构中仅占7.35%。这与其他欧洲国家在国情上有很大区别，一些欧洲国家总能耗已趋于稳定，可再生能源逐步替代现有的化石能源。而我国正处于能耗急剧增长阶段，在高速增长量中，可再生能源的作用很有限，更不用说替代现有的化石能源。
2.3能耗强度高，效率低
由于我国产业结构的不合理性与管理技术上的落后，尽管在能源消耗上有了很大的改善，但是与发达国家比还是存在很大的差距。中围产业生产和居民生活中大量使用高耗能的落后技术和产品，现有的近400亿立方米建筑中，99%属于高能耗建筑【2】。中国发电、冶金、建材、化工等产业消耗全部一次能源的80%左右，单位产品能耗平均高于国际先进水平20%~30%。传统的火力发电厂，煤
燃烧发电的利用率是35%左右，用煤做燃料发电并供热的热电厂，能源利用率在45%左右。在这种情况下，节能减排势在必行。根据“十一五”节能减排目标到2010年，中国万元国内生产总值能耗将由2005年的1.2吨标准煤下降到1吨标准煤以下，降低20%左右；单位工业增加值用水量降低30%。“十一五”期间，中国主要污染物排放总量减少10%，到2010年，二氧化硫排放量由2005年的2549万吨减少到2295万吨，化学需氧量（COD）由1414万吨减少到1273万吨；全国设市城市污水处理率不低于70%，工业固体废物综合利用率达到60%以上。
2.4环境污染问题严重
据统计在中国七大江河水系中，完全没有使用价值的水质已超过40%。全国668座城市，有400多个处于缺水状态，其中有不少是由水质污染引起的。中国每创造1亿元GDP就要排放28.8万吨废水。全国1/3的城市人口呼吸着严重污染的空气，有1/3的国土被酸雨侵蚀。经济发达的浙江省，酸雨覆盖率已达到100%。酸雨发生的频率，上海达11%，江苏大概为12%。华中地区以及部分南方城市，如宜宾、怀化、绍兴、遵义、宁波、温州等，酸雨频率超过了90%。在中国，基本消除酸雨污染所允许的最大二氧化硫排放量为1200万~1400万吨。而2003年，全国二氧化硫排放量就达到2158.7万吨，比2002年增长12%，其中工业排放量增加了14.7%。按照目前的经济发展速度。以及污染控制方式和力度，到2020年，全国仅火电厂排放的二氧化硫就将达2100万吨以上，全部排放量将超过大气环境容量1倍以上，这对生态环境和民众健康将是一场严重灾难。据中科院测算，目前由环境污染和生态破坏造成的损失已占到GDP总值的15%，这意味着一边是9%的经济增长，一边是15%的损失率。有人算过，云南滇池周边的企业在过去20年间，总共只创造了几十亿元产值，但要初步恢复滇池水质，至少得花几百亿元，这是全云南省一年的财政收入。淮河流域的小造纸厂，20年累计产值不过500亿元。但要治理其带来的污染，即使是干流达到起码的灌溉用水标准也需要投入3000亿元。要恢复到20世纪70年代的三类水质，不仅花费是个可怕的数字，时间也至少需要100年。世界各国的历史已经表明，在经济增长与环境变化之间有一个共同的规律：一个国家在工业化进程中，会有一个环境污染随国内生产总值同步高速增长的时期，尤其是重化工业时代；但当GDP 增长到一定程度，随着产业结构高级化，以及居民环境支付意愿的增强，污染水平在到达转折点后就会随着GDP的增长反而戛然向下，直至污染水平重新回到环境容量之下，此即所谓环境库兹涅茨曲线，当年日本的发展过程就是这一规律。
2.5温室气体的排放
目前，全球每年排放250多亿吨CO2，空气中的CO2浓度，从工业化150多年以来，已从百万分之二百八十增至百万分之三百八十，目前仍以百万分之三每
年的速度增。1970~1994年间年均0.43 GtCO2e，1995~2004年间年0.92GtCO2e。温室气体对地球将形成的灾难性后果，在经历了长期的争论后，全世界的学者已有共识，所以，全世界都在采取多种措施减排CO2。我国已于2002年成为《京都议定书》的第三十七个签约国。2012年我国要承担一定量、甚至大幅度温室气体的减排任务。因而，从现在开始就应该认真考虑我国CO2如何分阶段减排的有关战略技术和政策问题，否则的话，在今后几十年我国将会为此付出更多的代价。
3 我国的能源发展战略
中国正处于经济快速发展时期，不可能以牺牲经济发展来减少碳排放，因此更需要采取积极有效的途径。中国发展低碳能源技术，必须正视以煤为主的能源结构，注重化石能源的洁净高效转化利用和节能减排技术；但战略上必须坚持以新能源代替传统能源，优势能源代替稀缺能源，可再生能源代替化石能源的方向，逐步提高替代能源的比重【3】。政策措施方面积极拓展制度创新，为低碳技术道路提供有力保障。
3.1节能为本，提高能源利用率
目前我国人均能源消费量比较低，人均资源短缺，供应压力大，总量仍会继续扩大。但中国不能照搬发达国家依靠大量消耗世界资源、实行能源高消费的传统发展模式，而要坚持实施节能优先战略。首先我国技术相对落后，发电、水泥、炼钢、电解铝等的单位能耗都比先进技术高20%～30%，对节能的要求极为迫切。其次，节能潜力巨大。国内电视机的普及与迅速发展，使得全国电视机的总体能耗还会增大，而能耗较低的变频空调和节能冰箱，市场占有率仍然较低，而往往空调的能耗几乎占到家电消耗的40%~60%。从上述分析看出，空调中的变频节能技术、电视机工作功耗的降低以及供电电源管理和电源控制方案等，都存在很大的节能空间，为节能产品生产的厂家提供了巨大的商机。所以我国应加快新的节能技术，新的节能产品的开发和利用。最后，节约能源，提高能源利用率可有效减缓能源需求快增长，使我国能源需求总量控制在资源环境约范围之内，使经济社会在高效低耗中实现发展。
3.2化石能源的高效利用【4】
在常规能源的利用中，存在资源浪费，能源利用率低的特点，近几年针对常规能源新工艺新技术的研究取得一定成果，传统能源的利用趋于多样化，优质化。
首先是煤炭的现代化利用。煤的现代化利用—以煤的气化为龙头的多联产系统是对应我国能源问题严重挑战的战略方向。煤的气化后产生的合成气
（CO+H2），经过脱汞硫净化后，用于热电冷联产，生产化工产品和液体燃料，汽、液体燃料和化工产品等。同时，可以实现SO2、NO、粉尘、微量元素和有机物的近零排放；而且，去除CO2比煤炭直接燃烧从烟气中捕集CO2相对容易，是未来温室气体减排一条重要途径。煤炭多联产与分别生产电力、液体燃料、化工产品等相比，其燃料综合利用效率可以提高10%~20%，若耦合现在比较热门的固体氧化物燃料电池（SOFC），发电效率可达到60%~65%。另外煤炭多联产技术产生的甲醇和二甲醚是绝好的煤基车替代燃料【5】。用于替代汽油的甲醇有很高的辛烷值，在汽油机车应用可提高压缩比（9至12甚至14），从而提高发动机的热效率；用于替代柴油的二甲醚（DME）有很高的十六烷值，燃烧后可满足欧Ⅲ标准，优化处理后可满足欧Ⅳ标准。
其次是石油开采与回收利用。我国陆上和海域油气资源还有很大潜力，保持石油产量长期稳定并有所增加，对确保能源安全十分关键。增加国内石油产能，需要确保资金投入，加大地质勘查力度，力争在勘查技术和地质理论上取得突破。经过长期探索，以陆相成油为代表的石油地质理论体系已经形成，还需要建立和完善海相成油地质理论，完善油气资源评价系统，提高低渗油气藏、深海油气勘探开采等技术与装备水平，积极开展国际合作，更多地利用境外资源，多渠道增加石油供给能力。清洁生产日益受到重视，石油的开采加工过程中污染控制的主要技术包括：含煤含油污水资源化技术；矿井废水、采油污水经深度处理后回用于生产过程或生活杂用；含煤含油污泥的综合利用技术；将含油或含煤污泥处理后制成含煤添加剂，作为锅炉等加热设备的燃料；煤矿油田大气综合治理技术；收集采煤过程中产生的粉尘、采油期间释放的油气，进一步处理后作为燃料等。
3.3加速核能的发展
人们对核能的顾虑主要有两点，基本投资高和安全隐患大，其中后者是很多西方国家曾一度放弃核计划的主要原因。但是近几年核能重新走进人们视线，我国应应加速自主创新，建造百万千瓦级的先进压水堆核电站，形成统一类型和规模化，避免多种堆型杂糅，加速发展快中子堆和快中子燃烧器，缓解核燃料缺乏的现状。我国核电设备成套供应能力正在形成，已掌握第二代核电技术，自主走向第三代核电技术；已建成高温气冷试验堆，正在建设快中子实验堆闭式核燃料循环系统，在热核聚变方面亦取得了较好的研究成果，清华大学核能设计研究院已建成10 MW的模块式高温气冷试验堆。
3.4清洁能源的开发利用
清洁能源能源品种较多，资源条件、技术成熟度、经济可行性差异较大，其开发利用需要因地制宜、分类指导，有区别、有重点地推动。对我国来说，虽然都在谈论可再生能源的重点发展，但从各种能源(煤、水、油、气、核)的配合，
可再生能源应该有的地位并不清楚，没有一个和其他能源取长补短、相互配合、发挥各自优势的战略布局，因此可再生能源的利用相对分散并具有明显的地区差异性。可再生能源种类繁多，从其所能提供的能量，在总的能源平衡可以起相当份额作用的角度看，一般是指风能、太阳能和生物质能。
风能利用方面主要是集中有关力量，研制出具有自己自主知识产权的大型风力发电组(1.5~3.0MW)。在风机整体优化、气动设计、强度疲劳、振动、长期可靠运行控制、材料制造等方面掌握关键技术，在3～5年后给市场提供和国外机组相当水平的大型风电机组。
太阳能利用主要有光伏电池，太阳能热发电，太阳能热利用。太阳能光伏(PV)利用肯定是一个有十分广阔前景的长的道路要走。太阳能热利用是一种最现实、最有前途、最能够有份额的替代化石能消耗的太阳能利用方式。我国在真空集热管的高吸收率涂层和工艺处于世界领先，在应用方面也居世界首位，已有6000万平方米的太阳能集热管在全国和世界各地应用。目前热利用的主要研究问题是怎样使本质上分布式的建筑用能和大自然中分布式的太阳热能更紧密结合起来。
生物质能利用，从总体上看，具有品种多、分散性强、收集成本高的特点，宜于发展多种利用技术，开辟不同用户市场。由于土地资源稀缺、农业用地有限、生态环境脆弱，利用农业种植作物生产燃料存在较多限制因素。
3.5新能源的开发
在新能源的开发方面，受经济与技术限制我国尚处于摸索阶段，目前国际上比较热门的新能源主要有氢能，燃料电池的利用，天然气水合物的研究，核聚变等目前，我国已将天然气水合物开发技术纳入中长期科技发展规划，需要深化资源调查，开展应用研究，对天然气水合物开发技术进行探索。地球上可用的聚变材料数量巨大，受控热核聚变技术一旦成功，将会开辟人类能源应用的新篇章。3.6加强宏观调控，整体规划
一个国家的能源系统是一个整体，是一个各种不同能源的转换，各种不同能源的输送，以各种不同形式(交流电、直流电、高温热、低温热、机械能等)服务于不同的终端用户的庞大复杂系统。必须对整个能源系统作相应的调整，使之各得其所，发挥各自的长处。
典型的例子是2002年，国家在固定资产投资增加，房地产发展以及高耗能行业的失控，导致了电力短缺，进而引发了煤炭短缺，煤荒、电荒，而在2005年一向紧缺的煤炭被列入过剩行业中，电力方面尤其国内局部出现电力过剩现象。因此在调控和科学的发展观上，应避免和杜绝当电力供应不足时，上下就一起砍高能耗产业；而当电力有富余时，大家又一窝蜂地发展高耗能产业。这就需国家制订和加强产业政策，并将其列入中、长期的科学规划，并严格执行使其规划能
落到实处。
4 总结
世界能源与环境发展形势严峻，各国都针对本国情形制定了相关的能源战略，应对目前的全球能源危机。可以看出粗犷型发展模式已难以为继，高效的与自然和谐相处的发展模式逐渐受到热捧。低碳经济的核心是能源技术创新和制度创新，中国发展低碳能源技术，必须正视以煤为主的能源结构，注重化石能源的洁净高效转化利用、节能减排，提高污染控制技术；对可再生能源一定要结合我国具体情况，探索这些能源在我国整体能源系统中的最佳“位置”，发挥它们的长处，使它们各得其所。多渠道增加能源开发和科技创新资金投入。能源科技创新决定未来能源发展，在国家科技创新中占有重要地位。能源科技项目规模大，基础性强，其研发、验证、示范项目和配套工程，都需要加大资金投入力度。进一步加强能源资源国际合作。在努力增加国内能源供给的同时，应统筹国内能源发展和能源对外开放，进一步加强国际能源资源合作，充分利用国际国内两个市场、两种资源。在能源、资源、环境领域的对外交往中，应体现和平、发展、合作的要求，奉行互利共赢的开放战略，本着平等相待、互利互惠的原则，增进能源技术、管理、人才交流，促进世界各国资源优势互补、能源保障供应、经济共同发展。
5参考文献
【1】丛威，周凤起，康磊．我国能源发展现状及对“十二五”能源发展的思考．应用能源技术，2010。
【2】周志强．中国能源现状、发展趋势及对策. 能源与环境，2008。
【3】陈冠益，邓娜，李学斌等．中国低碳能源与环境污染控制研究现状．中国能源，2010。
【4】赵芳．能源发展政策及借鉴意义．经济纵横，2008。
【5】朱剑明，彭代勇．世界能源现状与内燃机节能减排的战略意义．现代车用动力，2009。