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新能源又稱非常規(guī)能源,是指?jìng)鹘y(tǒng)能源之外的各種能源形式。同時(shí)也是指剛開(kāi)始開(kāi)發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源。
新能源種類繁多,而且經(jīng)過(guò)人類不斷的開(kāi)發(fā)與研究,更多新型能源已經(jīng)開(kāi)始能夠滿足人類需求。根據(jù)能源來(lái)源、基本形態(tài)、性質(zhì)、對(duì)環(huán)境影響、使用的類型、形態(tài)特征或轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的層次、商品能源等不同的劃分方式,可分為不同的類型。
根據(jù)能源使用的類型,右劃分為非常規(guī)油氣、再生能源、其他能源等三大類。
一、非常規(guī)油氣
非常規(guī)油氣是指在成藏機(jī)理、賦存狀態(tài)、分布規(guī)律或勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)等方面有別于常規(guī)油氣資源的烴類資源。它又可分為非常規(guī)石油資源和非常規(guī)天然氣資源。非常規(guī)石油資源包括油頁(yè)巖、油砂等,非常規(guī)天然氣資源包括煤層氣、頁(yè)巖氣、致密砂巖氣、天然氣水合物等。
油頁(yè)巖又稱母頁(yè)巖,是一種高灰分的含可燃有機(jī)質(zhì)的沉積巖。它和煤的主要區(qū)別是灰分超過(guò)40%,與炭質(zhì)頁(yè)巖的主要區(qū)別是含油率大于3.5%。油頁(yè)巖經(jīng)過(guò)低溫干餾可以得到頁(yè)巖油。頁(yè)巖油類似原油,可以制成汽油、柴油或作為燃料油。除單獨(dú)成藏外,油頁(yè)巖還經(jīng)常與煤形成伴生藏,一起被開(kāi)采出來(lái)。
油砂指富含天然氣瀝青的沉積砂,實(shí)質(zhì)上是一種瀝青、砂、富礦黏土和水的混合物。其中瀝青儲(chǔ)量為10%~12%,砂和黏土等礦物占80%~85%,余下為3%~5%的水,具有高密度、高黏度、高碳?xì)浔群透呓饘俸康挠蜕盀r青油。
煤層氣俗稱瓦斯,是指賦存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體,是煤的伴生礦產(chǎn)資源。1立方米純煤層氣的熱值相當(dāng)于1.13千克汽油、1.21千克標(biāo)準(zhǔn)煤,與天然氣熱值相當(dāng),可以與天然氣混輸混用,而且燃燒后很潔凈,幾乎不產(chǎn)生任何廢氣,是工業(yè)、化工、發(fā)電和居民生活燃料。煤層氣在空氣中深度達(dá)到5%~16%時(shí),遇明火就會(huì)爆炸,這就是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。煤層氣直接排放到大氣中,其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的21倍,對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞性極強(qiáng)。在采煤之前,如果先開(kāi)采煤層氣,煤礦瓦斯爆炸率將降低70%~85%。煤層氣的開(kāi)發(fā)利用具有一舉多得的功效:提高瓦斯事故防范水平,具有安全效應(yīng);有效減排溫室氣體,產(chǎn)生良好的環(huán)保效應(yīng);作為一種高效、潔凈能源,商業(yè)化能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
頁(yè)巖氣是從頁(yè)巖層中開(kāi)采出來(lái)的天然氣,主要位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖。頁(yè)巖氣是主體上以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁(yè)巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中的天然氣。它可以生成于有機(jī)成因的各種階段天然氣主體上,以游離相態(tài)(大約50%)存在于裂縫、孔隙及其他儲(chǔ)集空間,以吸附態(tài)(大約50%)存在于干酪根、黏土顆粒及孔隙表面,極少量以溶解狀態(tài)儲(chǔ)存于干酪根、瀝青質(zhì)及石油天然氣中,也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖,甚至砂巖地層中,是天然氣生成之后在源巖層內(nèi)的就近聚集表現(xiàn),為典型的原地成藏模式,與油頁(yè)巖、油砂、地瀝青等差別較大。與常規(guī)儲(chǔ)層氣藏不同,頁(yè)巖既是天然氣生成的源巖,也是聚集和保存天然氣的儲(chǔ)層和蓋層。因此,有機(jī)質(zhì)含量高的黑色頁(yè)巖、高碳泥巖等,常是最好的頁(yè)巖氣發(fā)育條件。
致密砂巖氣是指以滲透率小于0.1毫達(dá)西的砂巖地層天然氣。致密砂巖氣可以埋藏很深,也可以埋藏很淺;可以高壓,也可以是低壓;可以是低溫,也可以是高溫;可以是單層,也可以是多層;可以是均質(zhì),也可以是非均質(zhì)的。按照我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn),有效滲透率小于或等于0.1毫達(dá)西、孔隙度小于或等于10%的氣藏為致密氣藏。可見(jiàn),世界上對(duì)致密砂巖氣并無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和界限,不同的國(guó)家是根據(jù)不同時(shí)期的石油資源狀況和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件來(lái)制定其標(biāo)準(zhǔn)和界限的,而在同一國(guó)家、同一地區(qū),隨著認(rèn)識(shí)程度的提高,致密砂巖氣的概念也在不斷地發(fā)展和完善。
天然氣水合物因其外觀像冰一樣而且遇火可燃,所以又被稱為“可燃冰”或者“固體瓦斯”和“氣冰”。它是在一定條件(合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等)下由水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時(shí)組成的類冰的、非化學(xué)計(jì)量的、籠形結(jié)晶化合物。天然氣水合物被譽(yù)為21世紀(jì)具有商業(yè)開(kāi)發(fā)前景的戰(zhàn)略資源。天然氣水合物是一種新型高效能源,其成分與人們平時(shí)所使用的天然氣成分相近,但更為純凈,開(kāi)采時(shí)只需要將固體的“天然氣水合物”升溫減壓,就可釋放出大量的甲烷氣體。天然氣水合物使用方便,熱值高,清潔無(wú)污染。據(jù)了解,全球天然氣水合物的儲(chǔ)量是現(xiàn)有天然氣、石油儲(chǔ)量的兩倍,具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。美國(guó)、日本等國(guó)均已在各自海域發(fā)現(xiàn)并開(kāi)采出天然氣水合物。據(jù)測(cè)算,中國(guó)南海天然氣水合物的資源量為700億噸油當(dāng)量,約相當(dāng)中國(guó)目前陸上石油、天然氣資源量總數(shù)的二分之一。
二、再生能源
再生能源是指在自然界中可以不斷再生、永續(xù)利用的能源,具有取之不盡、用之不竭的特點(diǎn),主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎秃Q竽艿???稍偕茉磳?duì)環(huán)境無(wú)害或危害極小,而且資源分布廣泛,適宜就地開(kāi)發(fā)利用。
太陽(yáng)能是來(lái)自地球外部天體的能源,人類所需能量的絕大部分,都直接或間接地來(lái)自太陽(yáng)。正是各種植物通過(guò)光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能,在植物體內(nèi)儲(chǔ)存下來(lái)。太陽(yáng)能的利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽(yáng)能發(fā)電是一種新興的可再生能源。
風(fēng)能是由地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。由于地面各處受太陽(yáng)輻照后,氣溫變化不同以及空氣中水蒸氣的含量不同,因而引起各地氣壓的差異,在水平方向高壓空氣向低壓地區(qū)流動(dòng),即形成風(fēng)。風(fēng)能資源決定于風(fēng)能密度和可利用的風(fēng)能年累積小時(shí)數(shù)。風(fēng)能密度是單位迎風(fēng)面積可獲得的風(fēng)的功率,與風(fēng)速的三次方和空氣密度成正比關(guān)系。
水能是指水體的動(dòng)能、勢(shì)能和壓力能等能量資源,是清潔能源、綠色能源,。廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源;狹義的水能資源指河流的水能資源,是常規(guī)、一次能源。人們目前最易開(kāi)發(fā)和利用的比較成熟的水能也是河流能源。水能主要用于水力發(fā)電,其優(yōu)點(diǎn)是成本低、可連續(xù)再生、無(wú)污染,缺點(diǎn)是分布受水文、氣候、地貌等自然條件的限制。水容易受到污染,也容易被地形、氣候等多方面的因素所影響。
生物質(zhì)能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存在生物質(zhì)中的能量形式,即以生物質(zhì)為載體的能量。對(duì)于石油行業(yè)來(lái)說(shuō),目前最為關(guān)切的是生物柴油。它是生物質(zhì)能的一種,是指以油料作物、野生油料植物和水生植物油脂以及動(dòng)物油脂、餐飲等為原料油,通過(guò)酯交換工藝制成的可以代替柴油的再生性燃料。另外,燃料乙醇也越來(lái)越受到關(guān)注。
地?zé)崮苁琴x存于地球內(nèi)部巖石的流體中的熱能。它是驅(qū)動(dòng)地球內(nèi)部一切熱過(guò)程的動(dòng)力源,其熱能以傳導(dǎo)形式向外輸送。地球內(nèi)部溫度高達(dá)7000℃,這些巨大的熱能透過(guò)地下水的流動(dòng)和熔巖涌動(dòng)至離地面1~5千米的地殼,熱力得以被轉(zhuǎn)送至接近地面的地方。高溫的熔巖將附近的地下水加熱。這些加熱了的水,最終會(huì)滲出地面,運(yùn)用地?zé)崮茏詈?jiǎn)單和最合乎成本效益的方法,就是直接取用這些熱源,并抽取其能量。
海洋能指依附在海水中的可再生能源。海洋通過(guò)各種物理過(guò)程接收、儲(chǔ)存和散發(fā)能量。這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式,存在于海洋之中。地球表面積約為5.1億平方千米,其中陸地表面積為1.49億平方千米,占29%;海洋面積達(dá)3.61平方千米,占71%。以海平面計(jì),全部陸地的平均海拔約為840米,而海洋的平均深度卻為380米。整個(gè)海水的容積多達(dá)13.7億立方千米。一望無(wú)際的大海,不僅為人類提供航運(yùn)、水源和豐富的礦藏,而且還蘊(yùn)藏著巨大的能量。它將太陽(yáng)能以及派生的風(fēng)能等,以熱能、機(jī)械能等形式蓄在海水里,不像在陸地和空中那樣容易散失。
三、其他能源
除非常規(guī)油氣、可再生能源之外的能源,稱為其他能源。主要有核能、煤制氣、煤制油等。
核能是通過(guò)轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量。核電就是利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出兵熱能進(jìn)行發(fā)電的方式。它與火力發(fā)電極其相似,只是以核反應(yīng)堆及核能發(fā)電站蒸汽發(fā)生器來(lái)代替火力發(fā)電的鍋爐,以核裂變能代替礦物燃料的化學(xué)能。
煤制氣是以煤炭為原料加工制得的含有可燃組分的氣體。煤氣化得到的是水煤氣、半水煤氣、空氣煤氣。這些煤氣的發(fā)熱值較低,故又統(tǒng)稱為低熱值煤氣。煤干餾法中焦化得到的氣體稱為焦?fàn)t煤氣,屬于中熱值煤氣,可供城市作民用燃料。煤氣中的一氧化碳和氫氣是重要的化工原料,可用合成氨、合成甲醇等。
煤制油是以煤炭為原料,通過(guò)化學(xué)加工過(guò)程生產(chǎn)出來(lái)的油品。煤制油技術(shù)包含煤直接液化和煤間接液化兩種技術(shù)路線。煤的直接液化是將煤在高溫高壓條件下,通過(guò)催化加氫直接液化合成液態(tài)烴類燃料,并脫除硫、氮等元素。煤的直接液化首先把煤氣化,再通過(guò)費(fèi)托合成轉(zhuǎn)化烴類燃料。
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