能源工程概論

第1篇 常規(guī)概論

第1章 常規(guī)能源和中國(guó)的能源工業(yè)

1.1 煤炭

1.1.1 煤的成分和煤質(zhì)指標(biāo)

1.1.2 煤的分類

1.1.3 中國(guó)的煤炭資源

1.1.4 工業(yè)用戶對(duì)煤質(zhì)的要求和主要煤質(zhì)指標(biāo)

1.2 燃料油

1.3 燃料氣

1.4 能源利用設(shè)備——鍋爐

1.5 中國(guó)能源發(fā)展?fàn)顩r

1.5.1 能源問題

1.5.2 能源現(xiàn)實(shí)

1.5.3 可持續(xù)的能源系統(tǒng)

1.5.4 中國(guó)能源供應(yīng)形勢(shì)

第2章 能源工程的環(huán)境評(píng)價(jià)

2.1 項(xiàng)能源目環(huán)境評(píng)價(jià)的依據(jù)

2.1.1 國(guó)家法律法規(guī)、條例和地方政策、規(guī)劃

2.1 2環(huán)評(píng)報(bào)告編制的規(guī)范和技術(shù)導(dǎo)則

2.1.3 建設(shè)項(xiàng)目的有關(guān)批文

2.1.4 項(xiàng)目可行性研究

2.1.5 環(huán)評(píng)工作委托書及環(huán)評(píng)資料

2.1.6 環(huán)境保護(hù)目標(biāo)

2.1.7 環(huán)境評(píng)價(jià)等級(jí)、范圍及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.1.8 能源項(xiàng)目的環(huán)保狀況

2.1.9 主要污染物排放總量分析

2.1.10 工程項(xiàng)目對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響

2.1.11 評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)介

2.2 環(huán)境空氣影響預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)

2.2.1 各種污染物排放計(jì)算

2.2.2 污染防治措施可行性論證

2.2.3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.3 環(huán)境評(píng)價(jià)案例

2.2.1 環(huán)評(píng)依據(jù)

2.3.2 環(huán)境敏感區(qū)域和保護(hù)對(duì)象

2.3.3 環(huán)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)

2.3.4 環(huán)境評(píng)價(jià)因子

2.3.5 工程概況

第3章 能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)

3.1 導(dǎo)言

3.1.1 電力儲(chǔ)能

3.1.2 熱力儲(chǔ)能

3.2 能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)

3.2.1 轉(zhuǎn)化成水壓頭儲(chǔ)能

3.2.2 壓縮空氣儲(chǔ)能

3.2.3 飛輪儲(chǔ)能

3.2.4 電池儲(chǔ)能

3.2.5 超導(dǎo)磁流體儲(chǔ)能

3.2.6 顯熱儲(chǔ)能

3.2.7 潛熱儲(chǔ)能

3.2.8 化學(xué)儲(chǔ)能

3.2.9 儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展

第4章 聯(lián)合發(fā)電工程及其設(shè)計(jì)

4.1 基本熱力循環(huán)

4.1.1 基本熱力循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性

4.1.2 典型不可逆過程的做功損失

4.2 凝汽式熱電廠的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4.2.1 汽輪發(fā)電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4.2.2 鍋爐設(shè)備的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4.2.3 管道效率

4.2.4 全廠熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4.2.5 發(fā)電廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

4.3 聯(lián)合發(fā)電循環(huán)

4.3.1 高效低污染的超.臨界凝汽式發(fā)電

4.3.2 大型循環(huán)流化床電站

4.3.3 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電

4.3.4 燃煤燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)

4.3.5 燃料電池清潔發(fā)電

第5章 工業(yè)企業(yè)自備電廠及其蒸汽系統(tǒng)

5.1 工業(yè)企業(yè)的供汽參數(shù)

5.1.1 過程耗汽

5.1.2 參數(shù)選擇

5.2 動(dòng)力機(jī)械的驅(qū)動(dòng)方式

5.2.1 泵和壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)

5.2.2 汽動(dòng)泵的選擇

5.3 蒸汽平衡和平衡追蹤

5.3.1 蒸汽平衡

5.3.2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)檢驗(yàn)

5.3.3 典型的蒸汽平衡工況

5.3.4 復(fù)位時(shí)的母管控制

5.3.5 蒸汽平衡追蹤

5.3.6 商務(wù)投資

5.4 蒸汽管網(wǎng)

5.4.1 設(shè)計(jì)考慮

5.4.2 蒸汽壓力分級(jí)

5.4.3 蒸汽系統(tǒng)控制總述

5.4.4 管網(wǎng)大小

5.4.5 凝結(jié)水收集

5.4.6 替代蒸汽源

5.4.7 動(dòng)態(tài)模擬

第6章火電廠投資——評(píng)估和使用81

61火力發(fā)電廠的投資要素81

611電廠投資要素81

612一次投資82

62影響電廠投資的主要因子83

621機(jī)組容量83

622燃料種類84

623電廠復(fù)雜程度84

624蒸汽參數(shù)對(duì)汽輪機(jī)投資的影響85

625壓頭對(duì)水輪機(jī)投資的影響85

626冷卻塔86

627建筑時(shí)間86

63建筑期間的主要投資項(xiàng)目和資金追加87

631主要一次投資項(xiàng)目的相對(duì)份額87

632每周工作時(shí)間延長(zhǎng)的影響87

633新型電廠的一次投資87

634某電廠擴(kuò)建工程投資簡(jiǎn)介89

第2篇新能源概論

第7章緒論94

71能源危機(jī)導(dǎo)致常規(guī)能源變革94

72中國(guó)清潔能源發(fā)展現(xiàn)狀95

第8章潔凈煤技術(shù)及煤的清潔燃料生產(chǎn)97

81潔凈煤技術(shù)及煤的清潔燃料生產(chǎn)97

811煤炭洗選與加工97

812煤炭轉(zhuǎn)換97

813潔凈煤發(fā)電技術(shù)98

82煤基生產(chǎn)清潔燃料100

821煤直接液化制燃料100

822煤間接液化制燃料100

83未來(lái)煤炭能源系統(tǒng)101

831煤基多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)101

832美國(guó)“前景21”多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)102

833Shell合成氣園新概念102

第9章新能源與可再生能源104

91新能源和可再生能源含義和分類104

92太陽(yáng)能及其利用104

921概述104

922太陽(yáng)能基本特性105

923太陽(yáng)能利用分類106

924太陽(yáng)能熱發(fā)電106

925太陽(yáng)能制冷、空調(diào)動(dòng)力系統(tǒng)114

926太陽(yáng)能光伏發(fā)電116

93生物質(zhì)能及其利用119

931生物質(zhì)能含義119

932植物能源121

933石油植物123

934生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的能源形式124

935生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化技術(shù)130

94地?zé)崮?50

941地?zé)豳Y源分類151

942中國(guó)地?zé)豳Y源152

943中國(guó)地?zé)豳Y源的開發(fā)153

944地?zé)岚l(fā)電技術(shù)154

945地?zé)峋?59

946世界地?zé)岚l(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展前景160

95海洋能及其發(fā)電技術(shù)161

951潮汐能161

952波浪能162

953冷熱交替海洋溫差熱能163

954海水鹽差能165

96風(fēng)能及風(fēng)力發(fā)電165

961風(fēng)的產(chǎn)生與風(fēng)能定義166

962風(fēng)能特征及風(fēng)能估算166

963風(fēng)力發(fā)電167

964中國(guó)的風(fēng)能資源171

965風(fēng)能政策設(shè)計(jì)和主要風(fēng)能政策174

97氫能與燃料電池178

971氫的基本性質(zhì)及氫能特點(diǎn)178

972氫的制取180

973氫的儲(chǔ)存182

974氫能利用184

975氫安全185

98燃料電池概述186

981燃料電池的主要特點(diǎn)186

982燃料電池的分類187

983燃料電池應(yīng)用189

984燃料電池的發(fā)展前景191

99核能192

991概述192

992核電站193

993核反應(yīng)堆194

994核供熱技術(shù)198

995核廢棄物處理與核安全199

996核能利用的未來(lái)201

910可燃冰201

9101可燃冰的形成201

9102可燃冰的分布201

9103可燃冰的性質(zhì)202

9104可燃冰開采202

第10章清潔能源促進(jìn)政策204

101清潔能源政策類型和特點(diǎn)204

1011政策和清潔能源政策204

1012政策的法律基礎(chǔ)204

1013政策的基本類型和特點(diǎn)205

102清潔能源政策的決策步驟和分析方法207

1021政策決策原則207

1022政策決策分析步驟207

1023政策決策的分析方法208

103各類政策在清潔能源行動(dòng)中的應(yīng)用211

1031在能源替代方面的應(yīng)用211

1032在熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱方面的應(yīng)用211

1033在潔凈煤技術(shù)推廣中的應(yīng)用211

1034在可再生能源方面的應(yīng)用214

1035試點(diǎn)城市的政策類型匯總214

104政策實(shí)施效果和評(píng)價(jià)214

1041衡量標(biāo)準(zhǔn)214

1042政策實(shí)施效果評(píng)價(jià)215

附錄220

附錄1中國(guó)能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃220

附錄2節(jié)能減排專項(xiàng)行動(dòng)221

附錄3有關(guān)名詞解釋223

參考文獻(xiàn)225

全書分為兩篇，在常規(guī)能源篇中介紹了常規(guī)能源、能量?jī)?chǔ)存技術(shù)、工業(yè)企業(yè)自備電廠及其蒸汽管道系統(tǒng)、聯(lián)合發(fā)電工程、火電廠投資評(píng)估和能源工程的環(huán)境評(píng)估；在新能源篇中介紹了潔凈煤技術(shù)和煤的潔凈料生產(chǎn)、新能源和可再生能源（包括太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能、風(fēng)能及風(fēng)力發(fā)電、氫能與燃料電池、氫能、燃料電池、核能、可燃冰）、清潔能源促進(jìn)技術(shù)等內(nèi)容。

《能源與環(huán)境系統(tǒng)工程概論》為普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。全書共分6章，第1章介紹系統(tǒng)工程的基本知識(shí)和環(huán)境與能源系統(tǒng)的基本理論，第2章介紹各種能源資源利用技術(shù)和現(xiàn)狀，第3章介紹制冷技術(shù)和引起的能源環(huán)境問題，第4章介紹目前各種環(huán)境污染物和控制技術(shù)，第5章介紹采用系統(tǒng)工程的方法分析能源與環(huán)境問題，第6章介紹能源需求和供應(yīng)預(yù)測(cè)?！赌茉磁c環(huán)境系統(tǒng)工程概論》在內(nèi)容上覆蓋面廣，涉及能源工程、環(huán)境工程和系統(tǒng)工程等方面的知識(shí)，有助于拓展學(xué)生的知識(shí)面，同時(shí)也有助于樹立科學(xué)用能的觀念和關(guān)注環(huán)保的社會(huì)意識(shí)。

《能源與環(huán)境系統(tǒng)工程概論》可作為普通高等院校能源與環(huán)境專業(yè)研究生和本科生的教材，也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考用書。

能源問題已成為當(dāng)今世界面臨的主要問題之一。隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于化石能源高度依賴和大量消耗，能源短缺成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大潛在風(fēng)險(xiǎn)，也使人類社會(huì)面臨戰(zhàn)爭(zhēng)和饑荒等重大威脅。生物質(zhì)能源與核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能共同構(gòu)成新能源的初步格局，其總量已成為世界第四大能源，排位僅次于煤炭、石油和天然氣，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位，是替代化石能源的主力軍之一。

在眾多的生物質(zhì)原料中，草本能源作物以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)占據(jù)重要地位。能源草不僅具有高光效、高生物產(chǎn)量，相對(duì)于其他生物質(zhì)原料，能源草更易于在種植、收獲、運(yùn)輸、儲(chǔ)藏等生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化操作，達(dá)到常年連續(xù)生產(chǎn)。此外，能源草品種多具有較強(qiáng)的抗逆性，可在邊際和荒棄土地種植，在土地利用上同樣擁有較大優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)階段，我國(guó)仍屬于發(fā)展中國(guó)家，能源發(fā)展需完全建立在糧食安全的基礎(chǔ)上，能源草作為非糧能源作物保證了“不與人爭(zhēng)糧、不與糧爭(zhēng)地”的發(fā)展前提。種植能源草還可減少土壤侵蝕，增加貧瘠土壤有機(jī)成分，提高天然有機(jī)碳儲(chǔ)量，吸收空氣中的CO2，直接影響氣候變化。

能源草作為第二代新型能源作物，已在世界各國(guó)能源發(fā)展計(jì)劃中占據(jù)重要部分。目前，能源草的利用形式主要包括生物液體燃料、生物燃?xì)?、成型燃料以及直接燃燒利用。現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)能源草的研究開發(fā)利用，包括品種選育、邊際土地適應(yīng)性、穩(wěn)定性、種植示范、田間管理與收集運(yùn)輸、燃料開發(fā)示范等方面，仍處于初始或空白階段，企業(yè)及社會(huì)對(duì)能源草的了解也非常有限。

本書編寫是在“十二五”國(guó)家863計(jì)劃課題“邊際土地能源草分子育種與新種質(zhì)創(chuàng)制(2012AA101801)”及“能源草高效制備生物天然氣關(guān)鍵技術(shù)研究(2012AA101802)”，“十二五”國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目“草本能源植物培育及化學(xué)催化制備先進(jìn)液體燃料的基礎(chǔ)研究(2012CB215300)”，國(guó)家自然科學(xué)基金“割手蜜蔗糖磷酸合成酶基因(SPS)的克隆與表達(dá)調(diào)控研究(31272493)”、“斑茅關(guān)鍵木質(zhì)素合成酶基因克隆、RNA干擾及抗逆性表達(dá)研究(31302026)”及“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“耐鹽堿能源草篩選與新品種培育(2009BADA7B04)”等項(xiàng)目課題的研究基礎(chǔ)上，不斷吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和最新的科研成果，從基本概念、主要草種、利用技術(shù)、政策法規(guī)等方面對(duì)能源草及主要能源植物進(jìn)行較為詳盡的介紹，確保全書各章節(jié)的相關(guān)性，知識(shí)點(diǎn)清晰，重點(diǎn)內(nèi)容論述全面。

本書共分五章，即緒論、主要能源草、其他主要非糧能源植物、能源草開發(fā)利用技術(shù)、生物能源政策法規(guī)及規(guī)劃。本書由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所、四川省草原科學(xué)研究院等單位的專家學(xué)者共同完成。第一章由馬隆龍、楊富裕、孫永明、王亞梅和田雪編寫，第二章由張?zhí)N薇、白史且、鄢家俊、楊富裕、劉斯佳、李洪超、徐然、龐帝瓊、吳春會(huì)、黃艷華、汪輝、張妍娜、高鳳芹編寫，第三章由高鳳芹、張妍娜、杜娟、林炎麗編寫，第四章由袁振宏、孫永明、李連華、孔曉英、施晨璐編寫，第五章由康利平編寫。本書可作為大專院校選修課參考教材，也可供草業(yè)、生物質(zhì)能等相關(guān)專業(yè)學(xué)者閱讀參考，同時(shí)可作為相關(guān)企業(yè)進(jìn)行培訓(xùn)的指導(dǎo)用書。

本書力求立論準(zhǔn)確，語(yǔ)言流暢，但編者水平有限，書中難免有疏漏之處，懇請(qǐng)讀者見諒并不吝賜教，使得本書日臻完善，造福行業(yè)。

編著者

2014年2月

第一章緒論/1

第一節(jié)生物能源相關(guān)概念1

第二節(jié)能源草概念及基本特征1

一、生物質(zhì)資源和能源植物分類1

二、能源草基本概念2

三、能源草基本特征2

第三節(jié)發(fā)展生物能源的意義2

一、緩解能源危機(jī)2

二、促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化3

三、保護(hù)生態(tài)環(huán)境3

四、推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)3

五、提高土地利用率4

第四節(jié)國(guó)內(nèi)外生物能源的發(fā)展及現(xiàn)狀4

一、國(guó)內(nèi)外沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展及現(xiàn)狀4

二、國(guó)內(nèi)外燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展及現(xiàn)狀12

三、生物質(zhì)成型燃料技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀16

第五節(jié)能源草的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景18

一、國(guó)際上能源草發(fā)展現(xiàn)狀18

二、中國(guó)能源草發(fā)展現(xiàn)狀19

三、能源草產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題20

四、未來(lái)能源草發(fā)展重點(diǎn)與發(fā)展前景21

五、加快我國(guó)能源草科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)、發(fā)展的建議22

參考文獻(xiàn)22

第二章主要能源草/24

第一節(jié)柳枝稷24

一、形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特性24

二、遺傳育種研究30

三、生理生化特征37

四、栽培及管理技術(shù)43

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景47

第二節(jié)狼尾草屬能源草57

一、雜交狼尾草57

二、象草62

三、生理生化特征66

四、遺傳育種研究67

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景67

第三節(jié)芒屬能源草70

一、種類及生態(tài)分布71

二、形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特征72

三、生理生化特征84

四、栽培及管理技術(shù)86

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景89

第四節(jié)荻屬能源草96

一、種類及生態(tài)分布97

二、形態(tài)學(xué)及生物學(xué)特征98

三、生理生化特征102

四、栽培及管理技術(shù)104

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景107

第五節(jié)草屬能源草109

一、種類及生態(tài)分布109

二、形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特征109

三、生理生化特征111

四、遺傳育種研究113

五、栽培及管理技術(shù)114

六、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景115

第六節(jié)甘蔗屬能源草117

一、割手密117

二、斑茅120

三、種質(zhì)資源收集和新品種培育122

四、栽培與管理技術(shù)126

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景126

第七節(jié)蘆竹屬能源草128

一、形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特征128

二、生理生化特征131

三、栽培及管理技術(shù)133

四、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景136

第八節(jié)芨芨草屬能源草139

一、種類及生態(tài)分布139

二、形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特征139

三、遺傳多樣性研究140

四、栽培及管理技術(shù)140

五、開發(fā)利用現(xiàn)狀與前景141

參考文獻(xiàn)142

第三章其他主要非糧能源植物/179

第一節(jié)富糖能源植物179

一、甜高粱179

二、甘蔗197

三、甜菜201

第二節(jié)富淀粉能源植物204

一、葛根204

二、木薯211

三、甘薯214

四、菊芋218

第三節(jié)富烴能源植物221

一、文冠果221

二、光皮樹225

三、黃連木228

四、山蒼子231

五、山桐子233

六、無(wú)患子236

七、小桐子239

八、鹽膚木242

九、油棕243

第四節(jié)富木質(zhì)纖維能源植物246

一、楊樹246

二、速生柳248

三、桉樹251

四、櫟樹254

五、檉柳257

六、錦雞兒260

七、沙柳263

八、羊柴264

九、胡枝子266

十、梭梭268

參考文獻(xiàn)271

第四章能源草開發(fā)利用技術(shù)/284

第一節(jié)生物燃?xì)庵苽?84

一、發(fā)酵產(chǎn)沼氣的基本原理284

二、木質(zhì)纖維素類原料發(fā)酵產(chǎn)沼氣的工藝流程285

三、制備生物燃?xì)獾挠绊懸蛩?89

第二節(jié)液體燃料制備293

一、發(fā)酵乙醇轉(zhuǎn)化過程的基本原理293

二、木質(zhì)纖維素類原料乙醇的工藝流程293

三、能源草制備燃料乙醇的影響因素297

第三節(jié)成型燃料制備302

一、木質(zhì)纖維素原料制備成型燃料的基本原理302

二、木質(zhì)纖維素類原料制備成型燃料的工藝流程303

三、能源草制備成型燃料的影響因素305

第四節(jié)能源草本植物在能源領(lǐng)域的前沿技術(shù)306

一、燃燒技術(shù)306

二、熱裂解制生物油技術(shù)307

三、生產(chǎn)生物航空燃料308

參考文獻(xiàn)308

第五章生物能源政策法規(guī)及規(guī)劃/311

第一節(jié)生物能源法律法規(guī)311

一、可再生能源法311

二、節(jié)約能源法312

三、循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法312

四、其他相關(guān)法律312

第二節(jié)生物能源戰(zhàn)略規(guī)劃312

一、國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展規(guī)劃312

二、可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃313

三、生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃315

四、專項(xiàng)與地方規(guī)劃315

第三節(jié)生物能源行政監(jiān)管316

一、燃料乙醇316

二、生物柴油317

三、生物質(zhì)發(fā)電317

四、沼氣318

五、固體成型燃料318

第四節(jié)生物能源財(cái)稅扶持318

一、綜合政策318

二、生物液體燃料320

三、生物質(zhì)發(fā)電321

四、沼氣322

五、固體燃料322

第五節(jié)國(guó)際生物液體燃料政策323

一、美國(guó)323

二、歐盟325

三、巴西326

四、加拿大327

五、日本327

參考文獻(xiàn)330