第1篇 常規概論

第1章 常規能源和中國的能源工業

1.1 煤炭

1.1.1 煤的成分和煤質指標

1.1.2 煤的分類

1.1.3 中國的煤炭資源

1.1.4 工業用戶對煤質的要求和主要煤質指標

1.2 燃料油

1.3 燃料氣

1.4 能源利用設備——鍋爐

1.5 中國能源發展狀況

1.5.1 能源問題

1.5.2 能源現實

1.5.3 可持續的能源系統

1.5.4 中國能源供應形勢

第2章 能源工程的環境評價

2.1 項能源目環境評價的依據

2.1.1 國家法律法規、條例和地方政策、規劃

2.1 2環評報告編制的規范和技術導則

2.1.3 建設項目的有關批文

2.1.4 項目可行性研究

2.1.5 環評工作委托書及環評資料

2.1.6 環境保護目標

2.1.7 環境評價等級、范圍及評價標準

2.1.8 能源項目的環保狀況

2.1.9 主要污染物排放總量分析

2.1.10 工程項目對區域環境的影響

2.1.11 評價方法簡介

2.2 環境空氣影響預測及評價

2.2.1 各種污染物排放計算

2.2.2 污染防治措施可行性論證

2.2.3 環境風險評價

2.3 環境評價案例

2.2.1 環評依據

2.3.2 環境敏感區域和保護對象

2.3.3 環評標準

2.3.4 環境評價因子

2.3.5 工程概況

第3章 能量儲存系統

3.1 導言

3.1.1 電力儲能

3.1.2 熱力儲能

3.2 能量儲存系統

3.2.1 轉化成水壓頭儲能

3.2.2 壓縮空氣儲能

3.2.3 飛輪儲能

3.2.4 電池儲能

3.2.5 超導磁流體儲能

3.2.6 顯熱儲能

3.2.7 潛熱儲能

3.2.8 化學儲能

3.2.9 儲能技術發展

第4章 聯合發電工程及其設計

4.1 基本熱力循環

4.1.1 基本熱力循環的熱經濟性

4.1.2 典型不可逆過程的做功損失

4.2 凝汽式熱電廠的熱經濟指標

4.2.1 汽輪發電機組的熱經濟指標

4.2.2 鍋爐設備的熱經濟指標

4.2.3 管道效率

4.2.4 全廠熱經濟指標

4.2.5 發電廠的技術經濟比較

4.3 聯合發電循環

4.3.1 高效低污染的超.臨界凝汽式發電

4.3.2 大型循環流化床電站

4.3.3 燃氣輪機發電

4.3.4 燃煤燃氣－蒸汽聯合循環

4.3.5 燃料電池清潔發電

第5章 工業企業自備電廠及其蒸汽系統

5.1 工業企業的供汽參數

5.1.1 過程耗汽

5.1.2 參數選擇

5.2 動力機械的驅動方式

5.2.1 泵和壓縮機的驅動

5.2.2 汽動泵的選擇

5.3 蒸汽平衡和平衡追蹤

5.3.1 蒸汽平衡

5.3.2 設計基礎檢驗

5.3.3 典型的蒸汽平衡工況

5.3.4 復位時的母管控制

5.3.5 蒸汽平衡追蹤

5.3.6 商務投資

5.4 蒸汽管網

5.4.1 設計考慮

5.4.2 蒸汽壓力分級

5.4.3 蒸汽系統控制總述

5.4.4 管網大小

5.4.5 凝結水收集

5.4.6 替代蒸汽源

5.4.7 動態模擬

第6章火電廠投資——評估和使用81

61火力發電廠的投資要素81

611電廠投資要素81

612一次投資82

62影響電廠投資的主要因子83

621機組容量83

622燃料種類84

623電廠復雜程度84

624蒸汽參數對汽輪機投資的影響85

625壓頭對水輪機投資的影響85

626冷卻塔86

627建筑時間86

63建筑期間的主要投資項目和資金追加87

631主要一次投資項目的相對份額87

632每周工作時間延長的影響87

633新型電廠的一次投資87

634某電廠擴建工程投資簡介89

第2篇新能源概論

第7章緒論94

71能源危機導致常規能源變革94

72中國清潔能源發展現狀95

第8章潔凈煤技術及煤的清潔燃料生產97

81潔凈煤技術及煤的清潔燃料生產97

811煤炭洗選與加工97

812煤炭轉換97

813潔凈煤發電技術98

82煤基生產清潔燃料100

821煤直接液化制燃料100

822煤間接液化制燃料100

83未來煤炭能源系統101

831煤基多聯產能源系統101

832美國“前景21”多聯產系統102

833Shell合成氣園新概念102

第9章新能源與可再生能源104

91新能源和可再生能源含義和分類104

92太陽能及其利用104

921概述104

922太陽能基本特性105

923太陽能利用分類106

924太陽能熱發電106

925太陽能制冷、空調動力系統114

926太陽能光伏發電116

93生物質能及其利用119

931生物質能含義119

932植物能源121

933石油植物123

934生物質轉化的能源形式124

935生物質能的轉化技術130

94地熱能150

941地熱資源分類151

942中國地熱資源152

943中國地熱資源的開發153

944地熱發電技術154

945地熱井159

946世界地熱發電現狀與發展前景160

95海洋能及其發電技術161

951潮汐能161

952波浪能162

953冷熱交替海洋溫差熱能163

954海水鹽差能165

96風能及風力發電165

961風的產生與風能定義166

962風能特征及風能估算166

963風力發電167

964中國的風能資源171

965風能政策設計和主要風能政策174

97氫能與燃料電池178

971氫的基本性質及氫能特點178

972氫的制取180

973氫的儲存182

974氫能利用184

975氫安全185

98燃料電池概述186

981燃料電池的主要特點186

982燃料電池的分類187

983燃料電池應用189

984燃料電池的發展前景191

99核能192

991概述192

992核電站193

993核反應堆194

994核供熱技術198

995核廢棄物處理與核安全199

996核能利用的未來201

910可燃冰201

9101可燃冰的形成201

9102可燃冰的分布201

9103可燃冰的性質202

9104可燃冰開采202

第10章清潔能源促進政策204

101清潔能源政策類型和特點204

1011政策和清潔能源政策204

1012政策的法律基礎204

1013政策的基本類型和特點205

102清潔能源政策的決策步驟和分析方法207

1021政策決策原則207

1022政策決策分析步驟207

1023政策決策的分析方法208

103各類政策在清潔能源行動中的應用211

1031在能源替代方面的應用211

1032在熱電聯產、集中供熱方面的應用211

1033在潔凈煤技術推廣中的應用211

1034在可再生能源方面的應用214

1035試點城市的政策類型匯總214

104政策實施效果和評價214

1041衡量標準214

1042政策實施效果評價215

附錄220

附錄1中國能源中長期發展規劃220

附錄2節能減排專項行動221

附錄3有關名詞解釋223

參考文獻225

全書分為兩篇，在常規能源篇中介紹了常規能源、能量儲存技術、工業企業自備電廠及其蒸汽管道系統、聯合發電工程、火電廠投資評估和能源工程的環境評估；在新能源篇中介紹了潔凈煤技術和煤的潔凈料生產、新能源和可再生能源（包括太陽能、生物質能、地熱能、海洋能、風能及風力發電、氫能與燃料電池、氫能、燃料電池、核能、可燃冰）、清潔能源促進技術等內容。

《能源與環境系統工程概論》為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。全書共分6章，第1章介紹系統工程的基本知識和環境與能源系統的基本理論，第2章介紹各種能源資源利用技術和現狀，第3章介紹制冷技術和引起的能源環境問題，第4章介紹目前各種環境污染物和控制技術，第5章介紹采用系統工程的方法分析能源與環境問題，第6章介紹能源需求和供應預測。《能源與環境系統工程概論》在內容上覆蓋面廣，涉及能源工程、環境工程和系統工程等方面的知識，有助于拓展學生的知識面，同時也有助于樹立科學用能的觀念和關注環保的社會意識。

《能源與環境系統工程概論》可作為普通高等院校能源與環境專業研究生和本科生的教材，也可作為相關工程技術人員的參考用書。

能源問題已成為當今世界面臨的主要問題之一。隨著現代社會對于化石能源高度依賴和大量消耗，能源短缺成為經濟發展的重大潛在風險，也使人類社會面臨戰爭和饑荒等重大威脅。生物質能源與核能、風能、太陽能共同構成新能源的初步格局，其總量已成為世界第四大能源，排位僅次于煤炭、石油和天然氣，在整個能源系統中占有重要地位，是替代化石能源的主力軍之一。

在眾多的生物質原料中，草本能源作物以其獨特優勢占據重要地位。能源草不僅具有高光效、高生物產量，相對于其他生物質原料，能源草更易于在種植、收獲、運輸、儲藏等生產過程中實現全程機械化操作，達到常年連續生產。此外，能源草品種多具有較強的抗逆性，可在邊際和荒棄土地種植，在土地利用上同樣擁有較大優勢。現階段，我國仍屬于發展中國家，能源發展需完全建立在糧食安全的基礎上，能源草作為非糧能源作物保證了“不與人爭糧、不與糧爭地”的發展前提。種植能源草還可減少土壤侵蝕，增加貧瘠土壤有機成分，提高天然有機碳儲量，吸收空氣中的CO2，直接影響氣候變化。

能源草作為第二代新型能源作物，已在世界各國能源發展計劃中占據重要部分。目前，能源草的利用形式主要包括生物液體燃料、生物燃氣、成型燃料以及直接燃燒利用。現階段，我國對能源草的研究開發利用，包括品種選育、邊際土地適應性、穩定性、種植示范、田間管理與收集運輸、燃料開發示范等方面，仍處于初始或空白階段，企業及社會對能源草的了解也非常有限。

本書編寫是在“十二五”國家863計劃課題“邊際土地能源草分子育種與新種質創制(2012AA101801)”及“能源草高效制備生物天然氣關鍵技術研究(2012AA101802)”，“十二五”國家973計劃項目“草本能源植物培育及化學催化制備先進液體燃料的基礎研究(2012CB215300)”，國家自然科學基金“割手蜜蔗糖磷酸合成酶基因(SPS)的克隆與表達調控研究(31272493)”、“斑茅關鍵木質素合成酶基因克隆、RNA干擾及抗逆性表達研究(31302026)”及“十一五”國家科技支撐計劃課題“耐鹽堿能源草篩選與新品種培育(2009BADA7B04)”等項目課題的研究基礎上，不斷吸收國內外先進技術和最新的科研成果，從基本概念、主要草種、利用技術、政策法規等方面對能源草及主要能源植物進行較為詳盡的介紹，確保全書各章節的相關性，知識點清晰，重點內容論述全面。

本書共分五章，即緒論、主要能源草、其他主要非糧能源植物、能源草開發利用技術、生物能源政策法規及規劃。本書由中國農業大學、中國科學院廣州能源研究所、四川省草原科學研究院等單位的專家學者共同完成。第一章由馬隆龍、楊富裕、孫永明、王亞梅和田雪編寫，第二章由張蘊薇、白史且、鄢家俊、楊富裕、劉斯佳、李洪超、徐然、龐帝瓊、吳春會、黃艷華、汪輝、張妍娜、高鳳芹編寫，第三章由高鳳芹、張妍娜、杜娟、林炎麗編寫，第四章由袁振宏、孫永明、李連華、孔曉英、施晨璐編寫，第五章由康利平編寫。本書可作為大專院校選修課參考教材，也可供草業、生物質能等相關專業學者閱讀參考，同時可作為相關企業進行培訓的指導用書。

本書力求立論準確，語言流暢，但編者水平有限，書中難免有疏漏之處，懇請讀者見諒并不吝賜教，使得本書日臻完善，造福行業。

編著者

2014年2月

第一章緒論/1

第一節生物能源相關概念1

第二節能源草概念及基本特征1

一、生物質資源和能源植物分類1

二、能源草基本概念2

三、能源草基本特征2

第三節發展生物能源的意義2

一、緩解能源危機2

二、促進能源結構優化3

三、保護生態環境3

四、推進社會主義新農村建設3

五、提高土地利用率4

第四節國內外生物能源的發展及現狀4

一、國內外沼氣產業發展及現狀4

二、國內外燃料乙醇產業發展及現狀12

三、生物質成型燃料技術產業發展現狀16

第五節能源草的發展現狀及發展前景18

一、國際上能源草發展現狀18

二、中國能源草發展現狀19

三、能源草產業發展存在的問題20

四、未來能源草發展重點與發展前景21

五、加快我國能源草科學研究和產業、發展的建議22

參考文獻22

第二章主要能源草/24

第一節柳枝稷24

一、形態學和生物學特性24

二、遺傳育種研究30

三、生理生化特征37

四、栽培及管理技術43

五、開發利用現狀與前景47

第二節狼尾草屬能源草57

一、雜交狼尾草57

二、象草62

三、生理生化特征66

四、遺傳育種研究67

五、開發利用現狀與前景67

第三節芒屬能源草70

一、種類及生態分布71

二、形態學和生物學特征72

三、生理生化特征84

四、栽培及管理技術86

五、開發利用現狀與前景89

第四節荻屬能源草96

一、種類及生態分布97

二、形態學及生物學特征98

三、生理生化特征102

四、栽培及管理技術104

五、開發利用現狀與前景107

第五節草屬能源草109

一、種類及生態分布109

二、形態學和生物學特征109

三、生理生化特征111

四、遺傳育種研究113

五、栽培及管理技術114

六、開發利用現狀與前景115

第六節甘蔗屬能源草117

一、割手密117

二、斑茅120

三、種質資源收集和新品種培育122

四、栽培與管理技術126

五、開發利用現狀與前景126

第七節蘆竹屬能源草128

一、形態學和生物學特征128

二、生理生化特征131

三、栽培及管理技術133

四、開發利用現狀與前景136

第八節芨芨草屬能源草139

一、種類及生態分布139

二、形態學和生物學特征139

三、遺傳多樣性研究140

四、栽培及管理技術140

五、開發利用現狀與前景141

參考文獻142

第三章其他主要非糧能源植物/179

第一節富糖能源植物179

一、甜高粱179

二、甘蔗197

三、甜菜201

第二節富淀粉能源植物204

一、葛根204

二、木薯211

三、甘薯214

四、菊芋218

第三節富烴能源植物221

一、文冠果221

二、光皮樹225

三、黃連木228

四、山蒼子231

五、山桐子233

六、無患子236

七、小桐子239

八、鹽膚木242

九、油棕243

第四節富木質纖維能源植物246

一、楊樹246

二、速生柳248

三、桉樹251

四、櫟樹254

五、檉柳257

六、錦雞兒260

七、沙柳263

八、羊柴264

九、胡枝子266

十、梭梭268

參考文獻271

第四章能源草開發利用技術/284

第一節生物燃氣制備284

一、發酵產沼氣的基本原理284

二、木質纖維素類原料發酵產沼氣的工藝流程285

三、制備生物燃氣的影響因素289

第二節液體燃料制備293

一、發酵乙醇轉化過程的基本原理293

二、木質纖維素類原料乙醇的工藝流程293

三、能源草制備燃料乙醇的影響因素297

第三節成型燃料制備302

一、木質纖維素原料制備成型燃料的基本原理302

二、木質纖維素類原料制備成型燃料的工藝流程303

三、能源草制備成型燃料的影響因素305

第四節能源草本植物在能源領域的前沿技術306

一、燃燒技術306

二、熱裂解制生物油技術307

三、生產生物航空燃料308

參考文獻308

第五章生物能源政策法規及規劃/311

第一節生物能源法律法規311

一、可再生能源法311

二、節約能源法312

三、循環經濟促進法312

四、其他相關法律312

第二節生物能源戰略規劃312

一、國民經濟與社會發展規劃312

二、可再生能源產業發展規劃313

三、生物質能產業發展規劃315

四、專項與地方規劃315

第三節生物能源行政監管316

一、燃料乙醇316

二、生物柴油317

三、生物質發電317

四、沼氣318

五、固體成型燃料318

第四節生物能源財稅扶持318

一、綜合政策318

二、生物液體燃料320

三、生物質發電321

四、沼氣322

五、固體燃料322

第五節國際生物液體燃料政策323

一、美國323

二、歐盟325

三、巴西326

四、加拿大327

五、日本327

參考文獻330