总人口 (亿）
15.71 25.01 60.50
人均能耗 [t 标准煤/(人.年)]
0.493 1.026 3.300
探明的化石燃料藏量有限，而工业与生活所需数 值不断增长， 这是世界能源所面临的主要问题之一。
1kg标准煤的发热值=29308kJ
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六、中国的能源特点
4 水泥/百万吨 810
1776 45.6% 第一
5 淡水/10亿m3 525.3 3325 15.8% 第一
6 CO2排放/** 3719.4 24983 14.9% 第二
*百万吨当量石油; ** 百万吨
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3、能源环境问题日趋严重，制约了经济社会 发展
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四、能源与环境
联合国最新公布的研究结果显示:在过去30年 中，虽然国际社会在环保领域取得了一定成绩， 但全球整体环境状况持续恶化。
全球环境恶化主要表现在:大气和江海污染 加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减少、淡 水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩大、生物多 样化受到威胁等多方面;
➢常规能源：
开发利用时间长、技术成熟、大量生产并广泛使 用，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等
➢新能源：
开发利用较少或正在研究开发之中，太阳能、地 热能、潮汐能、生物质能，核能
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按对环境的污染情况分：
➢ 清洁能源
对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、 水能、海洋能、风能、氢能等；
$5,000
$10,000
$15,000 $20,000 $25,000
人均 GDP，US$ 1995 ppp
$30,000 $35,000 $40,000
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• 世界各国经济发展的实践证明，在经济正 常发展的情况下，能源消耗总量和能源消 耗增长速度与国民经济生产总值和国民经 济生产总值增长率成正比例关系。
②只反映了能量数量的关系，没有反映能量品位的高低。 ③只能反映能量的损失，但不能指出能量损失的原因，但不 能指出损失得这部分能量的利用价值。
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2、熵分析法： 实质：通过求熵产生：Sg 求损耗功 WL T0Sg 。确定
有效能损失和热力学效率。
优点：此方法不但能够找到能量在数量上的损失，还可以确定 由于过程的不可逆引起的损失功的数量。
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能量系统的热力学分析方法
主讲人：刘迎文 副教授
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办公地点：东三楼乙203室 Email: ywliu@
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教 材：能量系统的热力学分析方法” 傅秦生编 著
根据BP世界能源统计，全球化石燃料可用情况如下：
储量
储采比
1636亿吨
40.6年
179.8万亿立方米
65.1年
9091亿吨
《BP世界能源统计2006》
164年
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而世界人均的能量消耗则不断上升，在过去一世 纪中总能耗增长到25.8倍！
年份
1900 1950 2000
其中能源有直接关系的温室效应、酸雨、臭 氧层破坏、热污染、放射性污染，等等。
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0.8 C
Global Warming and CO2 Atmospheric Concentration
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加拿大冰山区域不断缩小
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二、能源利用与社会历史发展
人类利用能源的历史，也就是人类认识和 征服自然的历史。 (1)火的发现和利用 (2)畜力、风力、水力等自然动力的利用 (3)化石燃料的开发和热的利用 (4)电的发现及开发利用 (5)原子核能的发现及开发利用
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平均每人每年消耗(GJ)
按地球上的能量来源分：
➢ 来自地球外天体的能源
直接获得：宇宙射线、太阳能
间接获得：水力能、风能、波浪能、生物质能、
海洋温差能、化石燃料（煤炭、石油、天然气）
➢ 地球本身蕴藏的能源
核能（核燃料）、地热能（温泉、岩浆等）
➢ 地球与其它天体（月球等）相互作用的能源
海洋的潮汐能
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以城市为中心的环境污染进一步加剧，并开始向农 村蔓延，生态破坏的范围仍在继续扩大。目前，在污 染环境的各因素中，70%以上的总悬浮颗粒物，90% 以上的二氧化硫，60%以上的氮氧化合物，85%以上 的矿物燃料产生的二氧化碳均来自煤炭。
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4、从能源安全角度考虑，面临严重挑战
15
25
25
20
25
80
30
70
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2003年我国主要资源消耗及环境状况
No 资源名称 中国 世界 比例 排序
1 石油/ * 266.4 3641.8 7.3% 第二
2 煤炭/ * 834.7 2613.5 31.9
第一
3 钢材/亿吨 2.71 10.037 27% 第一
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世界经济的现代化，得益于化石能源， 如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广 泛应用。因而它是建筑在化石能源基础 之上的一种经济。 然而，由于这一经济 的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接 近枯竭。
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化石燃料面临枯竭危险
2、能耗水平高，能源利用率低下
据有关部门的调查测算，我国能源系统的总效 率不及发达国家的一半。产业结构的不合理、能源 品质低下，管理落后等是造成能耗水平较高的重要 原因。
各国能源利用效率
项目 总的能源利用效率
其中：工业 电力 交通 民用
中国
日本
美国
英国
30
57
51
40
35
78
77
67
24
30
30
27
酸雨的危害
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臭氧层破坏对健康的危害
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五、能源现状
能源是国民经济的命脉，与人民生活和人 类的生存环境休戚相关，在社会可持续发展中 起着举足轻重的作用。从70年代以来，能源 就与人口、粮食、环境、资源被列为世界上的 五大问题。人们要在愈来愈恶劣的环境下求得 发展，并让子孙后代生活得更好，首先就要解 决这五大问题。
（2）从计算结果得到的信息量：能量衡算法最少，只能求出能 量的排出损失；有效能分析法最大，通过对每一个物流的有效能 分析，还能得到各部能量的有效能级，找到过程有效能损失的大 小，原因和有效能的分布情况，从而制定有效的节能措施。
➢ 非清洁能源
对环境污染较大的能源，如煤、石油等。
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按能源本身性质分：
➢ 含能体能源
集中储存于物质本身的能量 如石油、煤、天然气、地热、氢等
➢ 过程性能源
通过物质运动过程而产生的能量，其无法直接 储存并随过程结束而消失。
如水能、风能、潮汐能、电能等。
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热力学分析的三种方法
1、能量衡算法： 实质：通过物料与能量的衡算。确定过程的进出的能量。
求出能量利用率。
如果仅从能量的收益和付出的差别找节能方法，找出改进 的途径，应用此方法较多，但此方法的不足在于：
①只能说明各种能量可以互相转化，但不能指出各种能量转 化的方向和限度。
绪论
350 300 250 200
交通耗用 农工业 生活服务 食物消耗
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150
100
50
0
原始时期 狩猎-采集 早期农业 文明兴起 工业时代 科技时代
公元前 十万年
公元前 一万年
公元前 七千年
1400
1875
1950
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三、能源与经济、日常生活
能源领域面临的一项重大挑战。
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§0.2 热能利用，节能和热力学分析
能量系统的热力学分析的任务
① 确定系统中能量损失或有效能损失的大小、原因及其 分布
②确定系统的效率
能量系统的分析方法
能量平衡分析法 熵平衡分析法
层次要求越来越高
有效能平衡分析法
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以提高能量利用完善程度的一门技术基础课。
课程目的：掌握能量系统热力学的基本分析方法，奠
定较深厚的热力学理论基础，以提高分析问题、解决 问题的能力，从而满足未来科研工作的需要。
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自然界的能源及其利用
➢《大英百科全书》对能源的解释为“能源是 一个包括所有燃料、流水、阳光和风的术语， 人类采用适当的转换手段，给人类自己提供 所需的能量”。