能源的开发利用和环境保护.ppt

能源的开发利用和环境保护,主讲: 李文海,总纲,一、环保的重要性 二、常规能源的污染 1.化石燃料的污染 2.水力资源 对环境的破坏 三、新能源的开发利用及对环境的影响 1.核能 2.太阳能 3.风能 4.生物能 5.其它新能源:地热能、海洋能源,一、环境保护 任重而道远,近十多年来，在我国经济高速待续发展的同时，环境污染问题也表现得十分严峻。从水环境来讲，全国七大河流都受到了不同程度的污染，近一半河段污染严重，“三河”（淮河、辽河和海河）问题尤为突出；,吉林石化公司爆炸造成松花江发生重大水污染事件,人也太多点吧,“抢光了”,以“三湖”（滇池、太湖和巢湖）为代表的湖泊营养化污染也相当严重；一些地区的地下水和饮用水源受到严重污染，对人体健康造成极大影响，在一地区，因重金属污染发生的中毒事件令大触目惊心。,工业废水排入河流,伊拉克战争污染导致缺水,拍摄地点：惠阳区淡水河 拍摄时间：2005.4.10,岸边草苍苍 鱼虾死光光,拍摄地点：惠阳区淡水河 拍摄时间：2005.4.10,母亲“血液”里流的是什么？,不少大中城市的空气污浊，在世界10大空气污染最严重城市中，中国占8个(这十个城市分别为：贵阳、重庆、太原、兰州、米兰、淄博、北京、广州、墨西哥城、济南沈阳）。据国内外环境经济学专家分析，在全国范围内每年因大气污染超过国家标准而过早死亡的人数达15-20万！华中、西南和华南地区酸雨区已占国土面积的30%左右，造成的经济损失巨大。,北京市环境监测中心预测日的市区空气质量仍为五级，属重度污染。,城市被烟雾笼罩,工业废弃物累计堆积量已超过66亿吨， 2/3的城市陷入垃圾包围之中。如何在经济高速发展的同时，控制环境污染，改善环境质量，以实现社会经济可持续发展是我国今后的一项长期任务。,一粒纽扣电池可以污染600吨水,电子垃圾被填埋或焚烧都会严重污染环境,能源及分类,常规能源:,像煤、石油、天然气等矿产燃料以及水能资源，是目前人类广泛应用的能源，在技术上也比较成熟，我们称之为常规能源。,新能源:,目前人类刚开始利用或正在积极研制、有待推广的能源 .如:核能、太阳能、潮汐、地热、生物能等。,煤、石油、天然气这些能源燃烧后会给环境带来严重后果 污染环境,火力发电厂排向大气的滚滚浓烟,二、常规能源的污染,这些化石燃料的大量消费增加了大气中的二氧化碳的浓度，引起地球暖化，此外生成的二氧化硫和氮 化硫和氮氧化物会形成酸雨，严重破坏地球环境。,当今世界的能量消费的90%是依靠石油、天然气和煤炭。,(一)化石燃料的污染,化石燃料是目前世界一次能源的主要部分，其开采、燃烧耗用等方面的数量都很大，从 而对环境的影响也令人关注。,1.开采过程对环境的影响最典型的是煤炭开采，包括开采对土地的损害、对村庄的损害和对水 资源的影响。,2003年7月7日河南登封煤矿透水事故21名被困矿工全部遇难,2003年11月14日江西丰城煤矿瓦斯爆炸事故49人遇难,2004年2月5日山西灵石煤矿爆炸 29人惨死,2004年10月20日河南大平特大矿难现场已发现147名矿工遗体,据不完全统计，迄今为止平均每开采万吨煤炭塌陷农田0.2公顷，平均每年塌 陷2万公顷。我国建筑物下压煤超过48亿吨，其中村庄下压煤占2/3。,2005年黑龙江省七台河矿难遇难数166名,2005年12月10日河北唐山刘官屯矿难已有90人遇难,在山东、河北、河南、安徽和江苏五省平原地区，压煤村庄1100个，居住村民百万以上。开 采造成水资源的污染对生态环境的影响也量大面广，平均每开采1吨原煤需排放2吨污水,更严 重的是，在有些地区，由于水源和江河湖海的严重污染，造成居民用水短缺。,遇难矿工冯建国的岁儿子抱着父亲的遗像坐车离去，车上载着他父亲的遗体,不断有披麻带孝的家人认领遗体离去。,煤矿违规开采问题屡禁不止的原因 :,2.官煤勾结 ,非法小煤矿非法开采，带来严重安全隐患和生态破坏。,1.一些取得采矿权的私有老板疯狂采煤牟取暴利，至於安全设施，能免就免,而不顾矿工生死 .,3.其他,2. 化石燃料燃烧时产生的污染物对环境的影响,大量消耗石油和煤炭还带来了环境问题燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”，使得地球的气温上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海城市，海水向河流倒灌，耕地盐碱化,一是全球气候变化。,笼罩着城市的悬浮颗粒物污染,中国城市的空气污染状况严重,内燃机工作时的高温使空气中和燃料中的氮、氧、碳、氢等物质发生化学反应，产生氮氧化物和碳氢化合物。氮氧化物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生二次污染物质光化学烟雾，主要成分是臭氧二氧化硫、氮氧化物、臭氧，以及燃烧不完全时产生的一氧化碳，都是有毒气体，能引起人的多种急性和慢性疾病此外，燃烧时产生的浮尘也是一种污染,污染动画,静电除尘动画,北京市空气污染严重,温室效应,二氧化碳增多形成温室效应。由于工厂、交通运输以及家庭等大量燃烧煤、石油等化工燃料，再加上滥伐森林，使大气中的二氧化碳浓度逐年增加。,海洋中的浮游生物和陆地上的热带雨林是吸收地球表面二氧化碳的主力军,海洋中的浮游生物,陆地上的热带雨林,二氧化碳能够透过太阳短波辐射，使到达地表增加温度；同时它又能吸收地面长波辐射后使气温升高，再以逆辐射形式射向地面，如同温室玻璃一样，起保温作用。,温室效应的形成,温室效应的危害,在过去的16年间，地球环境有了明显的温度上升的变化，有10年的气温达到了历史最高点。如果地球表面温度升高的速度继续发展，科学家们预测：,到2050年，全球温度将上升24摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面上升，使一些岛屿国家和沿海城市淹没水中，其中包括国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。,大城市产生热岛效应,大城市中密集的人口和众多的工厂每天产生大量的热，使气温升高；同时，晚间工厂排出的大量烟尖微粒和二氧化碳，如同被子一样阻止城市热量的扩散，致使城市比郊区气温高，如同一个“热岛”矗立在农村较凉的“海洋”上。热岛效应的产生，不仅使人们工作效率降低，而且中暑人数增加，夏季高温导致火灾多发，加剧光化学烟雾的危害。,马路两边的多层植被有利于改善城市空气质量,砍树阔马路会增加城市的热岛效应,酸 雨,煤炭中常常含有较多的硫，燃烧时形成的二氧化硫等物质会使雨水的酸度升高，形成“酸雨”.,pH值小于5.65的雨叫酸雨； 酸性越大，pH值越低；,酸雨都有哪些危害呢？,首先是危害人体健康：由于酸雨在降落过程中可以溶解空气中的重金属粒子，使其变成对人体有害的金属盐，特别是对体弱多病、抵抗力较差的人们，酸雨可诱发出各种呼吸道疾病。,眼角膜和呼吸道粘膜对酸类却十分敏感，酸雨或酸雾对这些器官有明显刺激作用，导致红眼病和支气管炎,咳嗽不止,尚可诱发肺病,这是酸雨对人体健康的直接影响。另一方面，农田土壤酸化，使本来固定在土壤矿化物中的有害重金属,如汞、镉、铅等,再溶出,继而为粮食，蔬菜吸收和富集,人类摄取后,中毒,得病。这是酸雨对人体健康的间接影响。,二是破坏生态系统：土壤酸度增加、结构受到破坏，植物的正常生长受到危害，肥沃的土壤甚至变为贫瘠的不毛之地；森林遭受严重毁坏；河流、湖泊发生酸化，影响鱼类生长。如瑞典和挪威南部以及美国东北部的许多湖泊由于酸化而成为无鱼的死湖。,酸化土壤肥力减退、农业减产,土壤变为贫瘠的不毛之地,森林遭受严重毁坏,死湖,三是超级腐蚀剂：酸雨能腐蚀建筑材料、金属构件和油漆等，使大批建筑物包括名胜古迹遭受损害。,由此可以看出，酸雨的危害是巨大的。欧洲经济委员会报告书称，因酸雨危害造成的经济损失额相当于全世界每人损失2-10美元。为此有人将酸雨称之为“空中死神”。,我国酸雨污染日趋严重,我国是一个燃煤大国，由于对燃烧排放的二氧化硫的治理尚处于起步阶段，致使一些地区酸雨污染日趋严重。华中、西南和华南地区已成为堪与北美酸雨区、欧洲酸雨区并列的世界三大酸雨区之一。据统计，我国降水年均pH低于5.6的城市有44个，占统计城市数的 47.8%;75%的南方城市降水年均pH低于56。其中，酸雨尤为严重的有重庆、贵阳等地，降水pH在43左右，对当地的森林、植物等产生很大危害。据报道重庆南山1800公顷马尾松林，因酸雨死亡了46%。这些地区和城市已被列人国家重点酸雨控制区域。控制酸雨的根本措施是减少二氧化硫和氮氧化物的人为排放量。,二是热污染。,火电站发电所剩“余热”被排出到河流、湖 泊、大气或海洋中，在多数情况下会引起热污染。例如，这种废热水进入水域时，其温度比 水域的温度平均要高出78，以致明显改变原有的生态环境,防止、减少化石燃料污染方法,我们不能靠停止消费来解决(当今世界的能量消费的90%是依靠石油、天然气和煤炭 ) 为了解决地球环境危机和能源危机的双重压力，清洁能的导入是很重要的事项,是最佳选择 。所谓清洁能源，它包括既有的核能(核裂变能)和未来的热核受控核聚变能、水能 和地热能，及可持续开发的太阳热、太阳光、风力和海洋能，加上新型再生能的生物能(酒精燃料、甲醇燃料等)等。,采用洁净煤发电技术.所谓“洁净煤技术”就是指煤炭炭在开发和利用的过程中，旨在减少污染并提高其利用效率的加工、燃烧及污染控制的技术，是使煤炭的潜能得到最大限度的利用，而释放的污染物被控制在最低水平的一种高效、清洁利用的技术。 采用扩大二氧化碳的吸收源 等革新环境技术的开发将是不可缺少的 当然不能忘记，节能 可能是“地球再生”的最有效的方法之一。 环保立法.国家内,如国家环保总局颁布了六项禁令，要求各级环保部门依法行政，严格履行职责。 国际间如2005年2月16日京都议定书在联合国生效，并成为国际法。它被公认为是国际环境外交的里程碑，是第一个具有法律约束力的旨在防止全球变暖而要求减少温室气体排放的条约,(二)水力资源 对环境的破坏,水力资源是可以更新使用的，又不造成污染，为什么不用它来代替其他所有的能源呢？,原因:水力资源分布不均，水力资源随时间而有变化，水力资源总量也无法满足人类对能源的需要。,辽南最大的人工湖-碧流河水库,我国水能可开发资源为378亿千瓦，目前已开发利用11,水电站的大型发电机组,水库建造的过程与建成之后，对环境的影响主要包括以下几个方面：,自然方面：巨大的水库可能引起地表的活动，甚至诱发地震。此外，还会引起流域水文上的 改变，如下游水位降低或来自上游的泥沙减少等。水库建成后，由于蒸发量大，气候凉爽且 较稳定，降雨量减少。,大型水轮机,生物方面：对陆生动物而言，水库建成后，可能会造成大量的野生动植物被淹没死亡，甚至 全部灭绝。对水生动物而言，由于上游生态环境的改变，会使鱼类受到影响，导致灭绝或种 群数量减少。同时，由于上游水域面积的扩大，使某些生物(如钉螺)的栖息地点增加，为一 些地区性疾病(如血吸虫病)的蔓延创造了条件。,物理化学性质方面：流入和流出水库的水在颜色和气味等物理化学性质方面发生改变，而且 水库中各层水的密度、温度、甚至熔解氧等有所不同。深层水的水温低，而且沉积库底的有 机物不能充分氧化而处于厌氧分解，水体的二氧化碳含量明显增加。,松涛水库位于广东南渡江,长江三峡,如受淹地区城市搬迁、农村移民安置会对社会结构、地区经济发展等产 生影响。如果整体、全局计划不周，社会生产和人民生活安排不当，还会引起一系列的社会 问题。另外，自然景观和文物古迹的淹没与破坏，更是文化和经济上的一大损失。应当事先 制定保护规划和落实保护措施。,三峡工程大坝,社会经济方面：修建水库可以防洪、发电，也可以改善水的供应和管理，增加农田灌溉，但 同时亦有不利之处。,三、新能源的开发利用及对环境影响,不可更新的常规能源不断减少 许多常规能源污染环境 水力资源的利用受客观条件制约,人类正是感到了这种能源危机的威胁，许多科学家在不断地研究和寻找新能源。,石油面临枯竭,1.核能,核能主要是原子能，它是从铀矿石中提取的核燃料。1千克铀的原子核所释放的热量，相当于250O吨标准煤燃烧时放出的热量。,核反应堆动画,秦屮核电站应应堆控制棒,链式反应,核电站最大优点是什么？,秦山核电站二期,秦山核电站三期,同样的发电量，消耗的铀矿石只有煤的七万分之一。容易运输矿石，成本低。,知道核电站最需注意的是什么吗？,防止核泄漏和核污染。,过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。例如美国在1945年向日本广岛和长崎投掷的两枚原子弹不仅在当时就炸死了约10万人，在以后的50多年里因放射性污染又死去了许多无辜的平民。1987年前苏联切尔诺贝利核电站的核泄露也造成了大量的人员伤亡。,世界上发生的几次核事故,核能是污染很少的能源之一。但是当核设施发生事故时，放射物质会大量泄漏到环境中，对空气、江河海洋、地下水、土壤等造成污染，进而危害动植物和人群，这叫核污染或放射性物质污染。世界上曾几次发生核事故或放射性污染，现简介如下：,1、1957年，英国的温德斯凯尔（现称塞拉菲尔德）核综合设施，发生了西方核工业历史上最惨重的事故。大火烧毁了两个生产钚的反应堆之一的核心部分，使放射性云状尘埃进入大气层。多年后，泄漏出的辐射物引起了几十起人类的癌症死亡。,反应堆厂房的多层防护,到2010年有70个反应堆到期报废,处理这些反应堆的成本比刚进入核电时代预计的高,2、1957-1958年，前苏联在乌拉尔山脉的克什特姆城附近发生了一起严重的事故。据最先报告这一灾难的原苏联遗传学家若列斯麦德维杰夫估计，在一次爆炸后，几百人因受到核辐射而患病致死。,3、1979年，在宾夕法尼亚哈里斯堡附近的三里岛电厂发生了美国有史以来最严重的核事故，其中一个反应堆的一部分熔化，迫使居民在放射性气体漏入大气层之后撤离电厂所在地。,4、1986年4月26日，原苏联位于基辅市郊区的切尔诺贝利核电站由于4号反应堆爆炸起火，大量放射性物质外泄，死亡31人，受放射性物质严重伤害的有237人，有13万居民被迫紧急疏散，也使欧洲一些国家受到污染。,在切尔诺贝利事故中受到核污染的患者,当年发生事故后的切尔诺贝利核电站,切尔诺贝利核电站最终被关闭,5、1987年9月28日，德国巴伐利亚疾病研究所丢失的放射性同位素铯-137的铅储罐，被当作废品卖给一家废品收购站，因收购站工人将铅罐砸开，致使放射性物质外泄，造成3人死亡，20多人患放射病，200多人受到伤害。,氢弹,联邦德国核电站,不仅原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染，一些人工合成的放射性物质以及一些天然物质所放出的过量的放射线对人类和自然也会产生严重的危害。例如，在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害 .下图是北京青年报2001年9月6日的一则报道。,秦山核电站全景,昨天，本报读者打来电话反映，燕山石化公司的13名管线维修工人受到伽马源的辐射后。症状反应强烈，目前已被送进医院进行治疗,这个“钥匙链”其实是源：铱192原来燕山石化公司于9月2日凌晨开始对管线状况进行检查，使用了射线探伤仪，结果收工后把最关键的放射源落在了工作现场 小王说，病情最严重的是李师傅，他的一条腿的裤兜处已经红肿307医院现在因被辐射而住在职工医院的工人有9人据另位年轻师傅讲，他们并没有看见那个可怕的“钥匙链”，但那天下午总是莫名其妙地犯困，浑身没劲儿现在他们的主要症状是发烧、恶心、呕吐、头晕、乏力等 据内科病房副主任医师朱大夫说，这9名症状轻微的受害者估计一个月后体力就会恢复据他介绍，如果被过量的射线辐射，会造成人体内的细胞被杀死、染色体断裂等现象,动用探伤仪 落下伽马源小小“钥匙链”放倒13人,核废物,核废物是指含有、和辐射的不稳定元素并伴随有热产生的无用材料。核废物进入环境后会造成水、大气、土壤的污染，并通过各种途径进入人体，当放射性辐射超过一定水平，就能杀死生物体的细胞，妨碍正常细胞分裂和再生，引起细胞内遗传信息的突变。研究表明，母亲在怀孕初期腹部受过X光照射，她们生下的孩子与母亲不受X光照射的孩子相比，死于白血病的概率要大50%。受放射性污染的人在数年或数十年后，可能出现癌症、白内障、失明、生长迟缓、生育力降低等远期效应，还可能出现胎儿畸形、 流产、死产等遗传效应。,一台1000兆瓦核电站的年核废物中含有10公斤的镎-237和20公斤的锝-99，如以非专业人员允许的年接受辐射剂量率为标准，那么上述核废物即使贮存100万年，仍高出允许剂量的3000万倍!如果直接排放，需用6亿吨水稀释镎-237，用3000万吨水稀释锝，才符合环境要求，这是做不到的。,台電公司電光一號低放射性廢料運輸船,蘭嶼貯存場壕溝內廢料桶排列情形,目前国内外公认比较好的处理技术是深部地层埋藏，即将燃烧完的放射性废物进行玻璃固化后，冷却3050年，然后将其埋藏于数百米深的岩层中。,西班牙El Cabril 低放射性廢料最終處置場,可燃性核廢料採用焚化方式處理，廢料的體積可以減少20至25倍,核废物的存放是举世瞩目的难题。目前常见的高放射性核废物，是采用地质深埋的方法。常见的矿山式处置库，位于3001500米深处。若深部钻孔，如在花岗岩石中凿一个地下处置库，则要建在几千米深处。库的结构包括天然屏障和工程屏障，以防止废物中的放射性核素从包装物中泄漏，但很难保证在长达上百万年中包装材料不被腐蚀、地层不变动。,法国1996年建成第一座大型陆地核废料储存库，外形如一个小山丘，由140万吨砂岩、片岩、黄沙和泥土组成，第一层是植被，第二层是硬石层，第三层是沙子，第四层是防水沥青膜，第五层是排水层，第六层是覆盖在装有核废物的铁桶上的硬土石层。,2.太阳能,太阳能有哪些主要优点？,取之不尽，用之不竭的洁净能源。,你能说出哪些利用太阳能的装置或产品？,宇宙飞船、太阳能热水器、太阳灶、太阳能电池。有的国家试制了太阳能住宅、太阳能电站、太阳能汽车。,如何把分散的太阳光集中起来。,太阳能利用的关键是解决什么问题？,太阳每年辐射到地球的能量是巨大的，达到10 18千瓦时，因此太阳能的利用具有广阔的前景 在许多屋顶上都可以看到太阳热水器，比较简单的装置是一个装水的黑色橡胶袋，复杂一些的则在玻璃箱内安装水管，对流动的水加热也可以用凹面镜把阳光反射到水壶、饭锅上进行加热(见下图) 太阳电池则是利用半导体材料把太阳能直接转变成电能的元件现在多数人造卫星的电源都是太阳电池，卫星伸展开的“翅膀”就是它的集光板有些电子表和计算器也使用太阳电池相对于我们人类的历史来说，太阳能是取之不尽用之不竭的，太阳能的利用对环境不造成污染，所以是一种清洁能源,3.风能,陆地上能够利用风能的地方，主要是在常年风力较强的沿海和内陆高原。我国一些高原牧区和海岛已利用风力发电，满足照明、看电视等用电需要。,中国风力资源,我国位于亚洲大陆东南、濒临太平洋西岸，季风强盛。全国风力资源的总储量为每年16亿kw，近期可开发的约为1.6亿kw，内蒙古、青海、黑龙江、甘肃等省风能储量居我国前列。,4.生物能,人类常规利用生物能的例子有哪些？,如人们用牛、马拉车，烧柴做饭都是在利用生物能。,沼气池原理是利用植物体或粪便，经密封发酵后产生出可燃气体。在农村特别适用。,沼气池,生物质能是世界第四大能源,我国生物质能资源，包括农作物秸秆、薪柴和各种有机废物，利用量约为26亿吨标准煤，占农村生活能源消费的70，整个用能的50；,其它新能源,地热能储量约为4626亿吨标准煤，现利用的仅约十万分之一； 我国海洋能源资源亦十分丰富，其中可开发的潮汐能就有2000万千瓦以上。,重视电磁污染,今天，涉及各行各业的电磁辐射已经成为继大气污染、水污染和噪音污染后的第四污染。随着社会经济的加速发展，电磁辐射污染在不断加剧，如何减轻电磁辐射对人们特别是对孕妇和胎儿的危害，已成为一个重大的优生课题。,电磁污染源:短波发射天线,电磁污染源:高压变电站,家庭也是电磁辐射较为集中的场所,要远离微波炉、电视机和电脑等,长期在电磁辐射环境下工作,必须穿着特殊防护服装,再见!,