《新能源与船舶节能技术》内容丰富、覆盖全面，既有传统的船舶节能方法，又有**的研究成果，可以作为理工科院校的本科生、研究生教材，也可供广大从事节能减排研究的科研人员和应用开发的工程技术人员参考，特别是为船舶高校和航海院校的广大师生提供帮助。
第1章概述
1.1我国的能源现状
我国地大物博、资源丰富，自然资源总量排世界第七位，能源资源总量约4万亿吨标准煤，居世界第三位。煤炭保有储量为10024.9亿吨，可采储量893亿吨；石油的资源量为930亿吨，天然气的资源量为38万亿m3；水力的可开发装机容量为3.78亿kW，居世界首位［1］。另外，新能源和可再生能源资源丰富，风能资源量约为16亿kW，可开发利用的风能资源约2.53亿kW；地热资源的远景储量为1353.5亿吨标准煤，探明储量为31.6亿吨标准煤；太阳能、生物质能、海洋能等储量更是居于领先地位。但我国人口众多，能源资源仍相对匮乏。我国人口占世界总人口的21％，但已探明的煤炭储量占世界的11％、原油占2.4％、天然气仅占1.2％，人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，石油仅为1/10。我国1997年一次能源生产量为13.34亿吨标准煤，人均能源消费量仅为1.165吨标准煤，人均电量为893kW？h，不足世界人均能源消费水平(2.4吨标准煤)的一半，居世界第89位。北美人均能源消费量超过10吨标准煤，欧洲及苏联人均能源消费量为5吨标准煤。我国是世界上能源消耗增长*快的国家，20世纪90年代我国GDP平均年增长率为8％～9％，经济的快速增长导致我国能源消耗急剧增长。但我国人均能源可采储量远低于世界平均水平，2000年人均石油可采储量只有2.6吨，人均天然气可采储量为1074m3，人均煤炭可采储量为90吨，分别为世界平均值的11.1％、4.3％和55.4％［2］。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国年人均能源消费将逐年增加，2050年将达到2.38吨标准煤左右，相当于目前世界平均值，远低于发达国家目前的水平。人均能源资源相对不足，是我国经济、社会可持续发展的一个限制因素，这也是发展新能源和可再生能源、开辟新的能源供应渠道的一个重要原因。
我国目前能源形势非常严峻，我国自1993年成为石油净进口国以来，进口石油不断增加。2004年达到1.2亿吨，到2010年我国石油消费超过3亿吨。短短几年时间，我国已跃升为世界第二大能源消费国和世界第二原油、电力消耗大国。2003年我国能源消费总量已达16.8亿吨标准煤，其中石油达到2.52亿吨，成为仅次于美国的世界第二大石油净进口国。能源短缺不但阻碍整个国民经济的可持续发展，而且拉闸限电、油价暴涨，老百姓的生活也受到了严重影响。
目前我国的重化工比例持续居高不下，产业增长表现出对投资和资源高度依赖的特征，固定资产投资迅速增加。按照与国际可比的支出法计算，我国资本形成占GDP的比例，2000～2002年分别为36.4%、38%、39.4%，2006年已高达53.9%，呈不断攀升的趋势，说明产业增长越来越依赖资本投入的拉动［3］。重工业比例出现了增大趋势，钢铁、建材、电解铝等高能耗产业迅速扩张，由此导致了能源消费量的急剧增加，甚至超过了经济增长速度。2002～2005年能源消耗量的增长速度分别为9.9%、15.3%、15.2%和12.7％，同期经济增长速度则分别为7.5%、8.3%、9.5%和9.5%。2006年我国GDP总量占世界总量的比例约为5.5%，但为此消耗的重要能源资源占世界的比例却高得多。消耗标准煤24.6亿吨，占世界的15%左右；消耗钢材3.88亿吨，占30%；消耗水泥12亿吨，占54%。
我国是世界能源生产大国和消费大国，2004年我国能源消费量超过19.7亿吨标准煤，全球能源消费总量是102亿吨标准油，我国占世界能源消费量的13.5%左右。但GDP按美元计算，2004年全球为4万亿，我国只有0.164万亿，仅占世界GDP的4.1%［4］。
2004年以来世界原油价格进入疯狂状态，国际原油市场的价格一年之内就从28美元涨到了50多美元。截至10月中旬，纽约、伦敦原油期货价格已达到55美元，分别是其近21年、23年的**点。油价上涨会促使企业的生产与销售增加成本，紧缩开支、减少员工、增加失业，从而严重影响世界经济发展。有人担心，油价飙升会使20世纪70年代初世界石油危机和西方经济衰退的情况卷土重来。据专家分析，国际原油价格疯涨对我国的贸易平衡、工业生产、运输成本和国民经济运行都将带来负面影响。美国花旗银行环球金融集团亚洲首席经济学家黄益平估计，原油价格每上涨10美元，我国GDP将回落0.3个百分点。
在我国能源发展战略中，降低对国际石油的依赖是出于对石油安全的考虑。据统计，2007年我国生产原油18665.7万吨，同比增长1.6％；2007年我国进口原油15928万吨，同比增长14.7％。2007年我国原油表观消费量约为3.46亿吨，同比增长7.3％，达历史高位，原油对外依存度达到46.05％。我国原油需求对外依存度的提高，无疑会给我国石油安全带来很大压力。
我国计划到2020年GDP达到4万亿美元。按照我国现在的需求增长速度，已探明的世界储油量全部供我国消费也只有50年。所以，国际石油大鳄拼命炒作“中国饿虎论”，认为“全世界的资源将喂不饱一条中国饿龙”，保证石油的供应已成为国家经济安全的重大问题。我国现在还只是一个发展中国家，经济实力、军事实力、政治实力都没有强大到可以左右世界的程度。把国家经济安全系在需要有强大的经济实力、军事实力、政治实力来保证的原油、矿产进口上，不是很悬吗？因此，减少对石油、煤炭等不可再生资源的依赖，同时采取措施为其他替代能源的公平竞争创造条件，将是我国能源发展战略的**选择。
另外，我国工业原料进口也呈大幅增长，仅2003年就进口钢材3717万吨、氧化铝561万吨、铁矿砂及精矿14813万吨、锰矿石286万吨、铬铁矿178万吨、铜矿石267万吨、钾肥657万吨。今后20年我国还将缺铁30亿吨、铜5～6亿吨、铅1亿吨，都需大量进口。我国45种主要矿产的现有储量，能保证2010年需求的只有24种，能保证2020年需求的只有6种，矿产资源紧缺矛盾日益突出。据说，我国有经济效益的矿只够继续开采50年；水利资源的潜能只剩下2亿kW。到2020年，不但石油的对外依存度将超过60％，铁矿石也将达到57％，铜将达到70％，铝将达到80％。这就再一次向我们敲响了警钟，要高度重视矿产资源的开发和利用。
一方面，当今世界日趋紧张的供需形势、不断攀升的国际油价、对能源地产和运输通道的战略竞争，以及与能源相关的污染和排放等问题使得能源安全问题成为全球**政治会晤的首要议题，能源安全是影响全球推引低碳经济发展的重要驱动诉求。石油、天然气价格不断上涨，中东地区、俄罗斯等能源生产地区的能源供应安全得不到保障。受一些政治和经济原因的影响，世界能源生产及供应已经出现了一些问题，表现出油气行业勘探和开采不足、海运及管道运输能力遭遇瓶颈、炼油能力迟滞不前等。国际能源机构指出，当前世界能源体系正面临实现向低碳、高效、环保的能源供应体系的转变，能否解决这个问题，将决定未来人类社会的繁荣与否，可以说现在继续的是一场能源革命［5］。
而另一方面，一批新兴国家的经济高速增长，导致全球能源需求量和消耗量急剧增加。根据英国石油公司的研究报告，2001～2006年，全球的能源价格经历了急剧上升，世界一次能源消费量逐年增加。平均年增长率达到3%，而且增长主要来自非经合组织国家。根据美国能源部能源信息署(EIA)发表的《2007年国际能源展望》报告预测，到2030年，世界能源的总消耗量将会比2004年的水平增长57％。其中，经合组织国家能源消耗量将增长24％，而非经合组织国家的总能源需求增长更为迅猛，几乎比2004年翻一番(增长95％)。因此，发展低碳经济、转变能源利用模式、节能降耗、开发替代能源和可再生能源是保障未来能源安全的必由之路［5］。
美国能源专家保罗？罗伯茨2004年发表了一篇文章“全球能源争夺不宣而战”，他说：“我们正处于一种新战争的前沿。”现在看来，争夺*后的丰富油气资源的斗争很可能成为21世纪地缘政治的主题。现在全世界的石油储藏量2003年已探明的大概为11500亿桶(1734亿吨，其中中东995.88亿吨)。以目前的开采速度计算，全世界现在每天消耗石油8000万桶，地球上的石油储量大约只够满足全世界石油消费需要41年。世界将在2040年后进入“石油枯竭时代”，我们已看到了竞争的轮廓。美国正在不遗余力地全面遏制中国获得资源的能力。日本则表示，随着中国的迅速工业化，需要大量能源，一场与中国争夺海上自然资源和世界能源资源的斗争变得日趋激烈和残酷。目前世界上凡是有石油的地方，日本人与中国人几乎是如影随形。在中日两国就东海大陆架石油开发出现争议的情况下，韩国也悄悄加入黄海大陆架石油资源竞争者的行列，欲“浑水摸鱼”，因此中国平等利用世界资源的努力将会遇到越来越大的阻力［6］。亚洲未经宣战的石油战争再次提醒我们：在全球经济基本只依赖石油一种燃料的情况下，能源安全得不到保障则意味着工业化和现代化失去动力而被迫屈服。石油安全面临的真正困境是，以石油为主的能源经济内部的不稳定因素越明显，世界就越难摆脱石油的束缚，因此人类必须开发石油以外的可持续发展的新能源，以摆脱石油的束缚。
同时，全球变暖给社会经济发展也带来了严重损害，深度触及能源安全、生态安全、水资源安全和粮食安全，甚至威胁到人类的生存。由此引发了国际社会对环境问题的极度关注和对现有经济发展模式的深刻反思，人类社会迫切需要探索出一条新的经济发展模式［7］。
我国能源结构以煤为主，煤炭消耗占能源总消耗的60％以上。随着煤炭消耗量的增加，二氧化硫排放量以每年3％～4％的速度不断增长，使我国酸雨发展迅速，重酸雨区从“**”期间的西南、华南局部地区已扩大到华中、华南、长江以南大部分地区，年平均降水pH已低于4.5，并向长江以北发展。虽然我国单位GDP的二氧化碳排放量从1990年到2001年下降了52％，但二氧化碳排放总量却从1980年的3.94亿吨碳增加到2001年的8.32亿吨碳。另外，随着我国城市化进程的加快，我国汽车总数以13％的年增长率增加，城市中汽车和摩托车数量剧增，导致城市空气污染加剧，造成巨大的经济损失［8］。
从能源利用效率来看，我国单位产品的能耗水平较高。2001年，我国终端能源用户能源消费的支出为1.25万亿元，占GDP总量的比例为13％，而美国仅为7％。我国单位产品的能耗水平较高，目前8个高耗能行业的单位产品能耗平均比世界先进水平高47％，而这8个行业的能源消费占工业部门能源消费总量的73％。
根据“十六大”提出的到2020年我国GDP翻两番达到4万亿美元的经济发展目标估计，届时全国需发电装机容量为8亿～9亿kW。目前国内已有装机容量为3.5亿kW，需要新增量为4.5亿～5.5亿kW。实现上述目标，如果全部用煤就必须新增12亿吨以上电力用煤，由此将对资源、采掘、运输及环境带来难以承受的负担。
当前我国在能源安全方面*突出的是石油问题。我国自1993年从石油净出口国变为净进口国以来，石油进口依存度(净进口量占消费量的比例)大幅上升，2000年石油进口已超过30％，2010年达45％以上，2020年将超过60％。当今世界风云变幻，保障石油的可靠供应对国家安全至关重要，这是我国能源领域面临的一项重大挑战。
我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一，是煤炭消费大国，燃煤造成的环境问题日益明显。据我国新能源和可再生能源1999年白皮书估计，目前我国已探明的煤炭可开采蕴藏量为1145亿吨，按目前的开采速度可供开采不足百年；已探明的石油剩余可开采储量为32.735亿吨，可供开采不足20年；天然气可开采储量为11704亿m3，可供开采不足60年。到时，我国面临严峻的能源短缺问题，同时化石燃料的燃烧所造成的污染使我国每年损失约1000多亿元，这就是我国的能源现状。
1.2常规能源的特点
1.常规能源的有限性柴薪是人类**代主体能源。人类发现用火之后首先用树枝、杂草等作为燃料，用于燃烧煮食和取暖，用草饲
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