图书名称：《微藻生物柴油全生命周期“2EW”分析》【作者】谢晓敏，张庭婷，黄震著【丛书名】能源与环境出版工程【页数】282【出版社】上海：上海交通大学出版社,2016.03【ISBN号】7-313-14196-5【价格】98.00【分类】微藻-生物燃料-柴油-研究【参考文献】谢晓敏，张庭婷，黄震著.微藻生物柴油全生命周期“2EamW”分析.上海：上海交通大学出版社,2016.03.图书目录：柴油全生命周期“2EW”分析》内容提要：本书可作为高等学校能源与环境专业教学与科研参考书，也可供从事能源政策和环境评估等工作的相关研究人员和管理人员参考。《微藻生物柴油全生命周期“2EW”分析》内容试读第1章中国能源形势与生物燃料发展1.1引言能源是人类社会生存和发展的重要支柱。它存在于自然界中，并随着人类智力的发展而不断被开发利用，强有力地推动了人类文明的发展。人类利用能源的历史可分为五大阶段：第一是火的发现和利用；第二是畜力、风力、水力等自然动力的利用；第三是化石燃料的开发和热的利用；第四是电的发现及开发利用；第五是原子核能的发现及开发利用。每一种能源利用方式的发明使用都与人类的文明程度息息相关。AlfredW.Croy在《人类能源史：危机与希望》四一书中总结了人类发展经历的三次能源大转换：第一次是因太阳赏赐而得来的主要原料一木材的漫长使用期；第二次是18世纪第一次工业革命因蒸汽机的出现而带来的化石能源时代；第三次是未来第三个千年之交因核而起的核裂变和核聚变使用时期。目前，人类正处在化石燃料使用的主导阶段，石油、天然气和煤成为世界的主要能源。据统计[，2014年全球主要能源消费达到12928.4百万吨油当量(milliotoeoilequivalet,Mtoe),其中，石油、天然气和煤的消费量占总消费量的比例分别是32.6%、23.7%和30.0%，核能、水电和可再生能源的消费比例仅分别是4.4%、6.8%和2.5%。随着人类社会的发展，未来对能源的需求量还会进一步增加。尽管化石燃料主导着现今的能源消费格局，但是，人们已经意识到不可再生的化石燃料是有缺陷的。一方面，地球上石油等化石燃料的储量有限。如表1-1所示，2014年全球化石燃料的已探明储量中，煤、石油和天然气的可采年限分别是110、52.5和54.1年[2]。随着开采的深人，煤、石油、天然气等化石能源的开采难度越来越大，成本越来越高，开采得到的产品品质也在大幅降低。以煤为例，全球已探明煤储量中，大约有45.2%的探明量是品质较好的无烟煤，剩余的54.8%均是品质相对较差的烟煤和褐煤②]。燃烧这些品质较差的煤将会给环境带来更加严重的污染。石油是工业的血液，也是各国争夺的重要战略资源。石油的大量消费，加上石油资源分布的不均衡，使得各经济体的能源安全受到严峻挑战，这就驱动世界能源向石油以外的能源物质转移。世界能源正面临一个新的转折点。在能源消001微藻生物柴油全生命周期“2EW”分析费结构中，已开始从石油为主的能源结构逐步向多元能源结构过渡。人类已经开始将目光投向了各种形式的新能源，如地热、低品位放射性矿物、地磁等地下能源；潮汐、海浪、海流、海水温差、海水盐差、海水重氢等海洋能、风能、生物能等地面能源；以及太阳能、宇宙射线等太空能源。从近期和中期来看，在这些能源中，生物质能、风能、太阳能等都具有可规模化应用的潜值，从长远来看，核能是最有希望取代石油的重要能源。表1-1全球主要化石燃料已探明储量及储采比能源种类2013年已探明储量储采比/a煤891531Mtoe0110石油239840.4Mtoe52.5天然气187.1×1012m354.1①toe为吨石油当量。另一方面，化石能源的粗放利用给人类生存环境和人类自身安全带来了灾难性的破坏和威胁。化石燃料燃烧产生的无机污染物主要包括CO、CO2、SO2、H2S、NO、COS、CS2、C4H4S、CH3SH、C2HSH、C2H3SH、CH3C4H3等，此外，还包括飞灰、各种微量金属元素、放射性微粒3)。据统计，每年由于人类原因排人大气环境的污染物达六亿多吨，仅美国就约占两亿吨，其中毒害有机污染物含量超过三千万吨3]。研究表明，这些由化石燃料燃烧而产生的污染物引发了温室效应、酸雨、破坏臭氧层、雾霾频发等环境问题。例如，燃煤产生的S○2等有害气体可转化成酸雨，污染江河湖泊，危急水生生物和农作物生长，严重破坏生态环境；燃烧化石燃料产生的直链烷烃可引起神经系统障碍，并强烈刺激呼吸器官，甚至有产生皮肤癌的风险；产生的芳香烃毒性极大，可使皮肤、肺产生肿瘤和癌症，使生物产生畸变和突变；产生的酚类可使蛋白质变性，对皮肤黏膜有腐蚀性；动力发电、冶金焦化等工业过程及汽车尾气排放产生的二噁英类具有强烈的致癌性3)。除化石燃料的使用过程外，大量化石能源的开采、加工、运输过程也对生态环境造成了破坏)。为此，国际社会都在加大对可再生能源的开发利用力度，寻求实现能源消费结构的革命性变革，力图从根本上解决人类能源永续安全的问题。近十年来，可再生能源表现出了高速增长的势头，生产规模不断扩张，生产能力迅速增长，生产成本不断下降)。据统计，全球累计安装的太阳能光伏发电容量从2004年的2217兆瓦(megawatt,MW)增加到2014年的71869MW,增长率超过了30倍；全球风电的累计安装容量从2004年5473MW增长到2014年的146577MW,增长了近26倍；全球生物燃料产量也从2004年的16.445Mtoe增加到2014年的70.792Mtoe,增长了约3倍)。除此之外，地热等其他清洁能源的发展也得到了重视。据国际能源署(IteratioalEergyAgecy.,EA)预测],到2035年，全球清洁能源的消耗量将002第1章中国能源形势与生物燃料发展会在现有基础上增加一倍。清洁能源克服了传统化石能源的枯竭和地理分布的不均衡性，这也会催生以能源技术为焦点的全球能源互联网的形成。1.1.1中国经济发展和能源需求间的平衡自2007一2009年金融海啸爆发以后，全球经济一直处于衰退和低速增长阶段。据世界银行统计[]，全球2011一2014年的年经济增长率分别是2.8%、2.3%、2.2%和2.5%，低于20世纪90年代4%左右的增长速度。图1-1绘制了全球主要国家在过去l0来年间的国内生产总值(grodometicroduct,GDP)增长趋势[)。可以看出，主要国家中，美国和中国在受到2009年金融危机之后，经济逐渐复苏，保持中高速增长，其他国家则受经济危机的影响较大，经济增长趋于平缓。中国的GDP总量于2010年左右超过日本，成为继美国之后的第二大经济体)。自改革开放以来的35年中，中国经济发展一直保持快速增长，其GDP值从1978年的3650.2亿元提高到2014年的636138.7亿元，增长了约160倍。由于中国人口众多，基础薄弱，2014年人均GDP仅为7593.9美元[)，如图1-2所示，虽然人均GDP较2013年有所增加，但相比其他发达国家还存在较大的差距。18.016.014.012.0-USA一CHN◆-JPN-★一DEU10.0X—FRA◆一GBR--BRA-IND8.0RUS----TA406.04.02.00.0200320042005200620072008200920102011201220132014年份图1-1全球主要国家近10年来GDP变化趋势USA一美国；CHN一中国；JPN一日本；DEU一德国；FRA一法国；GBR一英国；BRA一巴西；IND一印度；RUS一俄罗斯；ITA一意大利经济的发展需要能源作为助推的动力，而人口的增长则给全球能源供给带来新的要求。BP石油公司的能源统计资料显示]，在过去的近50年中(19652014),全球的一次能源总消耗从3728.0Mtoe增长到12928.4Mtoe,增长了约2.5倍。据预测町，世界人口到2030年将达到83亿，这意味着有13亿新增人口需要能源。其中，新增人口中超过90%的增长将出现在经济合作与发展组织(OrgaizatioforEcoomicCo-oeratioadDevelomet,.OECD)外的低、中等003微藻生物柴油全生命周期“2EW"分析6000050000400003000020000100000USACHNJPNDEUFRAGBRBRAINDRUSITA国家图1-2全球主要国家2014年人均GDP对比USA一美国：CHN一中国；JPN一日本；DEU一德国；FRA一法国；GBR一英国；BRA一巴西；IND一印度；RUS一俄罗斯；ITA一意大利收入经济体，因其工业化、城市化和机动化发展迅猛，这些经济体除贡献70%的全球GDP增长外，还将贡献90%以上的全球能源需求增长)。中国是一个人口大国，也是能源需求大国。自1978年实行改革开放以来，中国的能源消费总量从当年的396.6Mtoe增加到2014年的2972.1Mtoe2,占了全球2014年总能耗的23.0%2。人均能源使用量也从2000年的920千克石油当量(kg0)增加到2012年的2142.8kgo)。随着经济的发展，未来中国对能源的需求还将持续增加。图1-3为2014年全球及中国的一次能源消费构成[)。在世界总能源消费构成中，原油、煤和天然气(aturalga,NG)依然占据主导地位，比例分别为32.6%、30.0%和23.7%，水电、核电和可再生能源占据的比例较小，分别为6.8%、4.4%和2.5%。也就是说，非化石能源占当今全球能源消费结构的比例大约是13.7%。相比之下，中国的能源消费结构则是仍保持以煤为主导地位，煤的比例占据了总消费的66.0%，但煤的消费比例正在逐年减少，相比2012年，煤占中国能源消费结构可再生能源水电可再生能源核电68%2.5%水电1.8%天然气核电8.1%门5.6%4.4%1.0%煤3269%30.09%天然气煤23.7%66.0%(a)()图1-32014年全球及中国一次能源消费构成(a)全球；()中国004第1章中国能源形势与生物燃料发展的比例下降了约2.5%。除煤之外，石油、水电、天然气占中国能源消费结构的比例分别为17.5%、8.1%和5.6%，核电和其他可再生能源的比例为2.8%左右。该消费结构主要是由中国“富煤、贫油、少气”的基本国情所决定的。据预测)，未来20年内，全球的能源消费结构有望朝着降低化石燃料比例的方向发展，其中增长最快的燃料类型是可再生能源（包括生物质燃料），年均增幅约为7.6%，而核电和水电都会分别保持在2.6%和2.0%的增速发展。1.1.2能源需求与能源安全能源需求的大幅度增加标志着中国经济充满活力，人民生活水平进一步提高，但同时也给中国的能源供应和环境保护带来较大压力。2014年6月发布的《世界能源蓝皮书：世界能源发展报告(2014)1o指出，作为世界上最大的能源生产国和消费国，中国的能源安全面临严峻挑战。这些挑战突出表现在我国能源供应与经济发展模式和环境保护之间存在的突出矛盾。这些矛盾主要表现在如下几个方面：①能源安全；②全球气候变化；③大气环境污染；④水资源安全。1.1.2.1能源安全问题1)原油据国际能源署EA预测)，以化石能源为主的能源消费体系在未来20年间不会发生实质性改变，其中原油消费比例到2035年仍维持在24.7%~27.4%。截至2014年底，全球原油已探明储量17001亿桶，但原油储量分布不均，石油输出国组织(OrgaizatioofPetroleumExortigCoutrie,OPEC)的原油已探明储量占了全球原油储量的71.6%，欧盟成员国的原油已探明储量约占全球的20.1%，而中国的原油已探明储量仅占世界的1.1%。如果按照当前的开采速度计算，中国的原油现已探明储量仅可开采11.9年②。据统计8,2013年，中国的原油生产总量为30260万吨标煤，但石油总消费量达到69000万吨标煤，很大一部分消耗量都需要对外进口。自1993年中国成为石油净进口国以来，中国对外进口的原油量持续攀升，如图1-4所60061%四产量口消费量50059%★一依存度57.6%■59.4%56.7%57%40055.4%55%30053.6%53%51.8920051%10049%47%200920102011201220132014图1-4中国原油2009一2014年产量、消费量及对外依存度005微藻生物柴油全生命周期“2EW"分析示，2014年对外进口原油309.2百万吨，原油对外依存度达到了59.4%)图1-5列出了中国原油进口来源构成②。2014年中国对外进口的原油主要集中在中东和西非等地区，两者的比例分别是46.1%和15.4%。其次，前苏联地区进口的原油比例也相对较高，大约占了12.3%。持续攀升的对外依存度也给能源运输带来高风险。首先，中国石油进口来源集中于中东、非洲这些局势动荡地区，如图1-5所示，中东和西非两地2014年的总进口量已经超过了60%。其次，中国石油海路运输80%以上途经霍尔木兹海峡和马六甲海峡，这些地区海盗及海上恐怖主义活动猖獗，导致经过该海域的货船频频受到威胁。第三，中国海上运输能力相对不足，90%以上的原油运输份额都依赖于海外油轮公司，这不但增加了运输成本，还容易受制于人，是能源运输安全的重大隐患。新加坡，1.8%其他亚美国，1.5%太地加拿大，0.2%日本，0.5%区，7.2%印度，0.1%墨西哥，0.2%澳大利亚，0.8%中南美，10.0%东南非，2.2%一欧洲，1.0%西非.15.前苏联地区，12.3%北非，0.8%中东，46.1%图1-52014年中国原油进口来源构成2)天然气中国的天然气资源稀少，在消费结构中所占的比例相对较低。2014年的已探明储量为3.5×1013m3,占世界已探明储量的1.8%。全球天然气资源丰富的地区主要集中在伊朗、俄罗斯联邦、卡塔尔、土库曼斯坦等地区，占全球已探明储量的比例分别是18.2%、17.4%、13.1%、9.3%2。图1-6给出了中国2009一2014年天然气的年产量、消费量与对外依存度的变化趋势。2014年，中国天然气产量约为1.345×1012m3,消费量约为1.855×1012m3,对外进口天然气数量从2009年的7.6×1010m3上升至2014年的5.84×101m3,天然气对外依存度也从2009年的8.2%急速增长至2013年的30.7%，2014年对外依存度略有回落)。随着天然气进口量的增长和国家用能政策的转变，我国天然气消费占总能源消费的比例逐年上升。2014年的天然气消费比例约为5.8%8]。我国正准备推进能源改革，将大力推广天然气的使用，在国家颁布的《能源发展战略行动计划(2014一2020年)》中提出了到2020年将天然气的比重提高到10%的战略目标。中国本身就是“少气”的国家，这将使得天然气的进口量进一步增加。006···试读结束···...
2022-07-11
