能源环境工程

能源的开发利用与生态环境是一个矛盾的共同体，能源的开发利用过程中不可避免的会对环境造成破坏。 一本书读懂煤炭、石油、天然气等传统能源及太阳能、风能、生物质能、水能、海洋能、地热能等新能源的开发利用过程，并提出了能源开发利用过程中产生的环境问题的解决对策。 ★能源的分类、性质与评价、利用、输送与储存。 ★煤炭的开发利用与环境问题及对策。 ★石油的开发利用与环境问题及对策。 ★天然气的开发利用与环境问题及对策。 ★太阳能的开发利用与环境问题及对策。 ★风能的开发利用与环境问题及对策。 ★生物质能的开发利用与环境问题及对策。 ★水能的开发利用与环境问题及对策。 ★海洋能的开发利用与环境问题及对策。 ★地热能的开发利用与环境问题及对策。 ★氢能的开发利用与环境问题及对策。 ★核能的开发利用与环境问题及对策。 ★绿色发展与能源安全。

廖传华，南京工业大学，教授，湖北洪湖人。浙江大学化工过程机械专业硕士，南京工业大学化学工程专业博士，教授。主要从事本科生《过程装备成套技术》、课程设计、毕业设计等环节的教学工作，编写教材2部。2005年获江苏省普通高校教学成果一等奖。主要从事以下方向的研究工作（1）高浓度难降解有机废水深度治理与资源化利用采用超临界水氧化技术对高浓度难降解工业废水和有机污泥进行深度治理，不仅满足达标排放，还能实现能源的综合利用。已发表论文10多篇，出版专著4部，申报发明专利15项（获授权3项）。研究成分果于2011年和2013年分别获中国石油和化学工业联合会技术发明三等奖和二等奖各一项。（2）天然产物有效成分的高效提取采用超临界萃取技术对天然产物中的有效成份进行高效提取，既提高有效成分的提取率，又降低产物中的化学溶剂残留。已发表论文20多篇，出版专著5部，获授权发明专利1项。（3）超细粉体的制备采用超临界膨胀法制备超细粉体。已发表论文多篇，出版专著1部，获授权发明专利1项。（4）热力干燥主要从事喷雾干燥、喷雾造粒、半干法喷雾烟气脱硫等方面的研究工作，已发表论文10多篇，获授权专利1项。现为中国化工学会化学工程专业委员会干燥专业组理事、中国通用机械干燥协会技术委员会委员、中国通用机械干燥协会标准化委员会委员。（5）可再生能源与低碳技术研究主要从事中硬质秸秆的气化、生物质超临界水部分氧化制甲烷、中高温太阳能热利用、城市型风机等方面的研究工作，已发表论文10余篇，出版专著1部，申请发明专利8项。（6）工业节水减排技术针对高耗水行业，采用夹点技术，在对用水节点进行分析的基础上，进行工艺流程的优化与新型设备的开发，通过循环用水和废水处理再生回用而实现节约用水。研究成果获2011年江苏省水利科技成果二等奖。出版专著《工业节水案例与技术集成》获中国石油和化学工业图书二等奖。

能源和环境是当前发展的两大主题，如何在科学合理地开发利用各种能源的同时，以循环经济模式为指导，尽可能减缓或消除其对环境的污染，是促进国民经济发展，打赢“绿水蓝天保卫战”的重要措施。 本书主要针对化石能源以及可再生能源，分别对其开采（开发）和利用方式、技术方法、工艺过程及主要设备进行了详细介绍，在此基础上，结合工艺路线对开发利用过程中可能产生的环境问题进行剖析，并有针对性地提出了相应的环境保护对策。本书全面介绍了煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、生物质能、水能、海洋能、地热能、氢能、核能的开发利用及产生的环境问题和相应的对策，最后从绿色发展和能源安全的角度进行了详细的阐述，助力实现能源工业绿色发展。 本书可供从事煤炭、石油等传统能源及太阳能、风能、生物质能、海洋能等新能源行业，以及环境污染治理及保护行业的科研人员、工程技术人员和管理人员阅读参考，也可供高等学校能源与环境系统工程、能源工程、新能源、环境工程、环境科学、化学工程等相关专业的师生参考使用。

第1章绪论/001
1.1能源的分类、性质与评价/001
1.1.1能源的分类/001
1.1.2能源的性质/003
1.1.3能源的评价/007
1.2能源的利用、输送与储存/009
1.2.1能源的利用/009
1.2.2能源的输送/018
1.2.3能源的储存/020
1.3能源开发利用导致的主要环境灾害/021
1.3.1酸雨污染/021
1.3.2荒漠化加剧/022
1.3.3温室效应/023
1.3.4生物多样性减少/024
1.4控制环境问题的主要对策/024
1.4.1酸雨的控制对策/025
1.4.2荒漠化的防治对策/026
1.4.3温室效应的控制对策/027
1.4.4生物多样性减少的控制对策/027
1.5本书的主要任务和内容/028
参考文献/028

第2章煤炭的开发利用与环境问题及对策/030
2.1煤炭的分类及其组成/030
2.1.1煤炭的分类/030
2.1.2煤炭的组成/031
2.2煤炭的开采与利用技术/033
2.2.1煤炭开采技术/033
2.2.2煤炭利用技术/034
2.3煤炭清洁加工技术/035
2.3.1洗选/035
2.3.2型煤/035
2.3.3水煤浆/037
2.4煤炭的燃烧方法/041
2.4.1块煤的层状燃烧/042
2.4.2碎煤的沸腾燃烧/042
2.4.3粒煤的流化燃烧/044
2.4.4粉煤的悬浮燃烧/048
2.4.5水煤浆燃烧技术/049
2.5煤炭气化技术/049
2.5.1煤炭气化的基本原理/049
2.5.2煤炭气化过程的影响因素/051
2.5.3煤炭气化方法的分类/054
2.5.4煤气的净化/062
2.6煤炭液化技术/065
2.6.1煤炭直接液化/065
2.6.2煤炭间接液化/073
2.7先进煤炭利用技术/077
2.7.1整体气化联合循环发电技术/078
2.7.2燃料电池和IGCC组合的联合循环/080
2.7.3燃气-蒸汽-电力多联产系统/080
2.8煤炭开发利用过程中的环境问题/081
2.8.1煤炭开采过程产生的环境问题/081
2.8.2煤炭运输过程产生的环境问题/084
2.8.3煤炭加工过程产生的环境问题/085
2.8.4煤炭利用过程产生的环境问题/089
2.9煤炭开发利用过程中环境问题的对策/093
2.9.1煤炭开采过程中环境问题的对策/094
2.9.2煤炭运输过程中环境问题的对策/097
2.9.3煤炭加工过程中环境问题的对策/098
2.9.4煤炭利用过程中环境问题的对策/099
参考文献/104

第3章石油的开发利用与环境问题及对策/111
3.1石油开采/112
3.1.1陆上石油开采/112
3.1.2海上石油开采/115
3.2原油输送/115
3.2.1管道输送/115
3.2.2油轮运输/116
3.2.3铁路运输/116
3.3石油加工/116
3.3.1原油预处理/116
3.3.2石油炼制/117
3.4石油的利用/125
3.4.1石油的能源利用/125
3.4.2石油的化工利用/127
3.5石油开发利用过程中的环境问题/139
3.5.1石油开采过程产生的环境问题/139
3.5.2石油输送过程产生的环境问题/144
3.5.3原油加工过程产生的环境问题/146
3.5.4石油利用过程产生的环境问题/150
3.6石油开发利用过程中环境问题的对策/157
3.6.1石油开采过程中环境问题的对策/158
3.6.2石油输送过程中环境问题的对策/161
3.6.3原油加工过程中环境问题的对策/163
3.6.4油品利用过程中环境问题的对策/167
参考文献/172

第4章天然气的开发利用与环境问题及对策/177
4.1天然气的性质和开采方法/177
4.1.1油气田天然气的性质和开采方法/177
4.1.2天然气水合物的性质和开采方法/178
4.1.3煤层气的性质和开采方法/179
4.1.4页岩气的性质和开采方法/180
4.2天然气的加工/181
4.2.1天然气脱硫脱碳/182
4.2.2天然气脱水/182
4.2.3天然气凝液回收/184
4.3天然气的输送/184
4.3.1天然气的管道输送/184
4.3.2液化天然气的输送/185
4.4天然气的利用/186
4.4.1天然气的能源利用/186
4.4.2天然气的化工利用/188
4.5天然气开发利用过程中的环境问题/192
4.5.1天然气开采过程中的环境问题/193
4.5.2天然气加工过程中的环境问题/196
4.5.3天然气输送过程中的环境问题/199
4.5.4天然气利用过程中的环境问题/202
4.6天然气开发利用过程中环境问题的对策/206
4.6.1天然气开采过程中环境问题的对策/206
4.6.2天然气加工过程中环境问题的对策/210
4.6.3天然气输送过程中环境问题的对策/212
4.6.4天然气利用过程中环境问题的对策/215
参考文献/217

第5章太阳能的开发利用与环境问题及对策/221
5.1太阳辐射与太阳能/221
5.1.1太阳的结构/221
5.1.2太阳常数/222
5.1.3到达地面的太阳辐射/223
5.1.4太阳能资源的分布/223
5.1.5太阳能的特点/224
5.2太阳能的光热利用/224
5.2.1太阳能集热器/225
5.2.2太阳能供暖/226
5.2.3太阳能热发电技术/230
5.2.4太阳能热气流发电技术/237
5.2.5太阳能热利用的其他应用/239
5.3太阳能的光电利用/243
5.3.1太阳能光伏发电的原理/243
5.3.2太阳能光伏发电系统分类/244
5.3.3太阳能电池的分类/245
5.3.4太阳能光伏发电系统的设计/245
5.4太阳能光热利用过程中的环境问题/249
5.4.1太阳能镜场建设施工期的环境问题/249
5.4.2太阳能镜场运营期内的环境问题/251
5.5太阳能光热利用过程中环境问题的对策/252
5.5.1太阳能镜场建设施工期环境问题的对策/252
5.5.2太阳能镜场运营期内环境问题的对策/254
5.6太阳能光电利用过程中的环境问题/255
5.6.1太阳能电池生产过程中的环境问题/255
5.6.2光伏电站建设施工过程中的环境问题/256
5.6.3光伏电站运营过程中的环境问题/256
5.7太阳能光电利用过程中环境问题的对策/258
5.7.1太阳能电池生产过程中环境问题的对策/258
5.7.2光伏电站运营过程中环境问题的对策/258
参考文献/260

第6章风能的开发利用与环境问题及对策/264
6.1风及风能资源/264
6.1.1风的形成/264
6.1.2风的变化/264
6.1.3风能的基本特征/266
6.1.4风能的特点/267
6.1.5风能资源分布/267
6.2风能的利用方式/269
6.2.1风力发电/269
6.2.2风力泵水/269
6.2.3风力助航/270
6.2.4风力致热/270
6.3风力发电技术/271
6.3.1风力机/271
6.3.2风力发电系统的类型/273
6.3.3风力发电的发展趋势/277
6.4风能利用过程中的环境问题/278
6.4.1风电场施工期间的环境问题/279
6.4.2风电场运营期间的环境问题/280
6.5风能利用过程中环境问题的对策/285
6.5.1风电场施工期间环境问题的对策/285
6.5.2风电场运营期间环境问题的对策/287
参考文献/289

第7章生物质能的开发利用与环境问题及对策/294
7.1生物质的分类及生物质能的特点/294
7.1.1生物质的分类/294
7.1.2生物质能的特点/296
7.2生物质能的转化利用途径/297
7.2.1热化学转化/297
7.2.2生物转化/298
7.3生物质的预处理/298
7.3.1生物质的收集/298
7.3.2生物质的运输/299
7.3.3生物质粉碎/300
7.3.4生物质干燥/301
7.3.5生物质成型/302
7.4生物质的燃烧/303
7.4.1生物质的燃烧过程/304
7.4.2生物质直接燃烧技术/304
7.4.3生物质成型燃料燃烧技术/308
7.5生物质热化学液化制液体燃料/309
7.5.1生物质快速热解液化/309
7.5.2生物质水热液化/314
7.6生物质热化学气化制气体燃料/321
7.6.1生物质气化剂气化/321
7.6.2生物质水热气化/326
7.7生物质热化学炭化制固体燃料/329
7.7.1生物质热解炭化/329
7.7.2生物质水热炭化/332
7.8生物质生物转化技术/335
7.8.1生物质生物液化/335
7.8.2生物质生物气化/343
7.9生物质能开发利用过程中的环境问题/351
7.9.1生物质能源植物种植过程中的环境问题/351
7.9.2生物质原料预处理过程中的环境问题/352
7.9.3生物质燃烧过程中的环境问题/356
7.9.4生物质热化学液化过程中的环境问题/358
7.9.5生物质热化学气化过程中的环境问题/361
7.9.6生物质热化学炭化过程中的环境问题/364
7.9.7生物质生物转化过程中的环境问题/366
7.10生物质能开发利用过程中环境问题的对策/368
7.10.1生物质能源植物种植过程中环境问题的对策/368
7.10.2生物质原料预处理过程中环境问题的对策/371
7.10.3生物质燃烧过程中环境问题的对策/373
7.10.4生物质热化学液化过程中环境问题的对策/374
7.10.5生物质热化学气化过程中环境问题的对策/376
7.10.6生物质热化学炭化过程中环境问题的对策/379
7.10.7生物质生物转化过程中环境问题的对策/380
参考文献/383

第8章水能的开发利用与环境问题及对策/387
8.1水能开发利用的原理与原则/387
8.1.1水能开发利用的原理/387
8.1.2水资源开发利用的原则/387
8.2径流调节/388
8.2.1径流的形成/388
8.2.2河川径流的基本特性/389
8.2.3径流调节的涵义/390
8.2.4径流调节的作用/390
8.2.5径流调节的分类/390
8.3水力发电技术/392
8.3.1水力发电系统/392
8.3.2水电资源开发的方式/393
8.3.3水电站的类型/395
8.4水电站的机电设备/400
8.4.1水轮机/400
8.4.2水轮发电机/405
8.5水能计算/406
8.5.1水能计算的目的和任务/406
8.5.2水能计算的基本方程/407
8.6水能开发利用过程中的环境问题/408
8.6.1水库修建过程中的环境问题/409
8.6.2水库建成后的环境问题/410
8.7水能开发利用过程中环境问题的对策/412
8.7.1水库修建过程中环境问题的对策/413
8.7.2水库建成后环境问题的对策/415
参考文献/417

第9章海洋能的开发利用与环境问题及对策/419
9.1海洋能的分类及其特点/419
9.1.1海洋能的分类/419
9.1.2海洋能资源的特点/421
9.1.3海洋能开发利用的意义/421
9.2潮汐能发电技术/421
9.2.1潮汐能发电技术的原理/422
9.2.2潮汐能发电的方式/422
9.2.3潮汐电站的组成/425
9.3波浪能发电技术/428
9.3.1波浪能发电技术的原理/428
9.3.2波浪能发电的类型/431
9.3.3波浪能发电装置/432
9.3.4波浪能发电的应用/435
9.4温差能发电技术/436
9.4.1温差能发电技术的原理和方式/436
9.4.2温差能发电技术的优缺点/439
9.5其他海洋能利用技术/439
9.5.1盐差能发电/440
9.5.2潮流能发电/440
9.5.3海流能发电/441
9.5.4能源岛/442
9.6海洋能开发利用过程中的环境问题/442
9.6.1潮汐能开发利用过程中的环境问题/442
9.6.2波浪能开发利用过程中的环境问题/446
9.6.3海流能开发利用过程中的环境问题/447
9.6.4温差能开发利用过程中的环境问题/448
9.7海洋能开发利用过程中环境问题的对策/451
9.7.1潮汐能开发利用过程中环境问题的对策/451
9.7.2波浪能开发利用过程中环境问题的对策/453
9.7.3海流能开发利用过程中环境问题的对策/453
9.7.4温差能开发利用过程中环境问题的对策/453
参考文献/454

第10章地热能的开发利用与环境问题及对策/459
10.1地热的产生/459
10.1.1地球内部的结构/459
10.1.2地球内部的能源/460
10.2地热能的分类和分布/460
10.2.1地热能的分类/461
10.2.2地热能的分布/463
10.3地热能开发利用的方式/466
10.3.1地热发电/466
10.3.2地热直接利用/469
10.3.3地热发电的进展/471
10.4地热能开发利用过程中的环境问题/474
10.4.1地热资源的开发利用过程/474
10.4.2对地下水环境的影响/475
10.4.3对大气环境的影响/476
10.4.4对地质环境的影响/476
10.4.5对地表水生态环境的影响/477
10.4.6对土壤环境的影响/478
10.4.7地质灾害问题/479
10.4.8其他环境问题/479
10.5地热能开发利用过程中环境问题的对策/479
10.5.1地下水环境问题的对策/480
10.5.2热污染问题的对策/480
10.5.3生态环境问题的对策/480
10.5.4大气环境问题的对策/480
10.5.5政策层面的对策/480
参考文献/481

第11章氢能的开发利用与环境问题及对策/484
11.1氢气的性质及氢能的特点/484
11.1.1氢气的性质/484
11.1.2氢能的特点/486
11.1.3氢的制备方法/486
11.2化石燃料制氢/487
11.2.1煤制氢/487
11.2.2气态化石燃料制氢/489
11.2.3液体燃料制氢/490
11.3电解水制氢/499
11.3.1电解水制氢的原理/500
11.3.2电解水制氢的工艺流程/500
11.3.3电解水制氢的主要设备/501
11.4太阳能分解水制氢/505
11.4.1太阳能热化学分解水制氢/505
11.4.2太阳能热化学循环制氢/505
11.4.3太阳能光伏发电电解水制氢/506
11.4.4太阳能光电化学过程制氢/506
11.4.5太阳能光催化水解制氢/507
11.4.6太阳能光生物化学制氢/507
11.4.7太阳能光电热复合耦合制氢/508
11.5生物质热化学制氢/508
11.5.1生物质热解制氢/508
11.5.2生物质气化制氢/510
11.5.3生物质超临界水气化制氢/511
11.5.4固体热载体法生物质气化制氢/513
11.6生物质生物法制氢/515
11.6.1直接生物光解水制氢/515
11.6.2间接生物光解制氢/515
11.6.3光发酵制氢/515
11.6.4暗发酵制氢/516
11.6.5生物法水气转换制氢/517
11.7氨分解制氢/517
11.7.1氨分解制氢的优点/517
11.7.2氨分解制氢的工艺流程/518
11.7.3氨分解制氢的主要装置/518
11.8氢气的纯化、储存、运输和安全性/520
11.8.1氢气的纯化/520
11.8.2氢气的储存/520
11.8.3氢气的运输/522
11.8.4氢的安全性/522
11.9氢能的利用/523
11.9.1氢能在工业中的应用/524
11.9.2氢能在航空器上的应用/524
11.9.3氢能在交通运输领域的应用/524
11.9.4氢能在生活中的应用/525
11.9.5氢能在储能发电中的应用/526
11.10氢燃料电池/526
11.10.1氢燃料电池的主要特点/526
11.10.2燃料电池的分类/527
11.11氢能开发利用过程中的环境问题/532
11.11.1化石燃料制氢过程中的环境问题/532
11.11.2水分解制氢过程中的环境问题/533
11.11.3生物质热化学制氢过程中的环境问题/534
11.11.4生物质生物法制氢过程中的环境问题/534
11.11.5氢气储运和使用过程中的环境问题/534
11.12氢能开发利用过程中环境问题的对策/535
11.12.1化石燃料制氢过程中环境问题的对策/535
11.12.2水分解制氢过程中环境问题的对策/536
11.12.3生物质热化学制氢过程中环境问题的对策/536
11.12.4生物质生物法制氢过程中环境问题的对策/536
11.12.5氢气储运和使用过程中环境问题的对策/536
参考文献/537

第12章核能的开发利用与环境问题及对策/543
12.1核燃料/543
12.1.1裂变核燃料/544
12.1.2聚变核燃料/545
12.1.3乏燃料/546
12.2核反应堆/546
12.2.1核反应堆的类型/546
12.2.2核反应堆的工作原理/546
12.2.3核反应堆的核心组件/547
12.2.4核反应堆的发展/548
12.2.5核反应堆的用途/548
12.3核能与核技术的应用/549
12.3.1核反应堆发电/549
12.3.2核能的军事利用/551
12.3.3核能用作动力/551
12.3.4核技术的日常应用/551
12.3.5核能的发展前景/551
12.4核废料的处理/552
12.4.1核废料的类型/552
12.4.2核废料的特征/552
12.4.3核废料的管理原则/552
12.4.4处理核废料的必要条件/552
12.4.5核废料的处理方法/552
12.5核能开发利用过程中的环境问题及对策/553
12.5.1环境影响/553
12.5.2环境保护/554
12.5.3核电站的安全及防护/555
参考文献/555

第13章绿色发展与能源安全/557
13.1绿色发展/557
13.2新时期能源政策/558
13.3能源管理/559
13.4节能减排的主要措施/561
参考文献/565