环境学概论-第六章-能源与环境课件

第六章第六章 能源与环境能源与环境环境学概论环境学概论第六章能源与环境环境学概论概念概念能源能源指可能为人类利用以获取有用能量指可能为人类利用以获取有用能量的各种来源。如太阳能、风力、水力、蒸气、的各种来源。如太阳能、风力、水力、蒸气、化石燃料、核能及潮汐能等。化石燃料、核能及潮汐能等。能源的分类见图能源的分类见图6 61 1。概念能源指可能为人类利用以获取有用能量的各种来源。如太 可再生能源：水力可再生能源：水力 常规能源常规能源 不可再生能源：煤炭、石油、燃气不可再生能源：煤炭、石油、燃气 一次能源一次能源 可再生能源：太阳能、生物能、风能、可再生能源：太阳能、生物能、风能、能源能源 地热能、海洋能地热能、海洋能 新能源新能源 不可再生能源：核燃料不可再生能源：核燃料 二次能源：电力、焦炭、煤气、沼气、蒸气、汽（柴）油、重油、氢、二次能源：电力、焦炭、煤气、沼气、蒸气、汽（柴）油、重油、氢、激光激光图图6 61 1 能源分类图能源分类图一、世界能源消耗现状一、世界能源消耗现状一、世界能源消耗现状当前世界能源消耗的特点当前世界能源消耗的特点l l发达国家能耗最大发达国家能耗最大l l在多种能源中，石油耗量最大在多种能源中，石油耗量最大 l l今后趋势今后趋势当前世界能源消耗的特点l发达国家能耗最大世界上，以发达国家能源消耗最大，特别是美国，其人世界上，以发达国家能源消耗最大，特别是美国，其人口占全世界的口占全世界的4.94.9，能耗占，能耗占24.424.4，（其中天然气占，（其中天然气占27.127.1，原油占，原油占27.627.6，煤炭占，煤炭占19.419.4）。）。按标准煤计，按标准煤计，19861986年我国人均能耗年我国人均能耗0.760.76吨人年吨人年 美国美国 9.439.43吨人年吨人年 日本日本 3.623.62吨人年吨人年 英国英国 5.335.33吨人年吨人年标准煤标准煤将每千克发热量为将每千克发热量为70007000大卡（大卡（1 1大卡大卡4.18684.1868千焦）的煤定义为标准煤。千焦）的煤定义为标准煤。1 1吨标准煤吨标准煤=3=3吨褐煤吨褐煤=0.68=0.68吨石油吨石油=750M3=750M3天燃气天燃气=8000=8000度度电电1、发达国家能耗最大、发达国家能耗最大世界上，以发达国家能源消耗最大，特别是美国，其人口占全世界的世界能源构成中，消耗最大是石油，其次是煤炭。世界能源构成中，消耗最大是石油，其次是煤炭。其主要原因是发达国家，如美国、日本等国，由于工其主要原因是发达国家，如美国、日本等国，由于工业发展石油消耗量增加很快的结果。业发展石油消耗量增加很快的结果。第三世界国家，仍以煤炭为主。第三世界国家，仍以煤炭为主。2、多种能源中，石油耗量最大、多种能源中，石油耗量最大世界能源构成中，消耗最大是石油，其次是煤炭。其主要原因是发达 今后有两个趋势：今后有两个趋势：一是由于石油储量减少今后能源结构有从石油重一是由于石油储量减少今后能源结构有从石油重新转向以煤为主的趋势；新转向以煤为主的趋势；二是水电不会有太大增长，而核能资源的利用将二是水电不会有太大增长，而核能资源的利用将迅速增长。目前已探明，天然可利用的核能量相当于迅速增长。目前已探明，天然可利用的核能量相当于18500-2560018500-25600亿吨标准煤，具有广阔的利用前景。亿吨标准煤，具有广阔的利用前景。3、今后趋势、今后趋势今后有两个趋势：3、今后趋势 主要是人类使用能源的数量大量增主要是人类使用能源的数量大量增主要是人类使用能源的数量大量增主要是人类使用能源的数量大量增加，而引起森林和土地的破坏、水和大加，而引起森林和土地的破坏、水和大加，而引起森林和土地的破坏、水和大加，而引起森林和土地的破坏、水和大气的污染等等。气的污染等等。气的污染等等。气的污染等等。二、能源利用对环境的影响二、能源利用对环境的影响主要是人类使用能源的数量大量增加，而引起森林和土地的破1 1）开采过程的环境影响）开采过程的环境影响2 2）运输过程的环境影响）运输过程的环境影响3 3）加工过程中的环境影响）加工过程中的环境影响4 4）利用过程中的环境污染）利用过程中的环境污染1、使用化石燃料对环境的影响、使用化石燃料对环境的影响1）开采过程的环境影响1、使用化石燃料对环境的影响 一是工人的事故和职业性的伤亡；一是工人的事故和职业性的伤亡；二是地面生态系统受到破坏，包括生成地表沉二是地面生态系统受到破坏，包括生成地表沉陷，露天开采占用大量农田、草地等；陷，露天开采占用大量农田、草地等；三是废水的影响，包括煤矿酸性矿坑水、石油三是废水的影响，包括煤矿酸性矿坑水、石油开采中的钻井泥浆水等。开采中的钻井泥浆水等。1）开采过程的环境影响）开采过程的环境影响一是工人的事故和职业性的伤亡；1）开采过程的环境影响 煤碳运输、堆存和装卸过程中产生自煤碳运输、堆存和装卸过程中产生自燃或扬尘污染大气、浸出水污染水体；燃或扬尘污染大气、浸出水污染水体；石油运输可能发生泄漏或油船事故，对石油运输可能发生泄漏或油船事故，对海洋造成污染。海洋造成污染。2）运输过程的环境影响）运输过程的环境影响2）运输过程的环境影响 洗煤洗煤煤水，干燥时煤水，干燥时产生灰尘、产生灰尘、NONOX X、SOSOX X等。等。石油加工石油加工排出排出SOSOX X、NONOX X、COCO和氨，和氨，炼油厂跑油事故也时有发生。炼油厂跑油事故也时有发生。3）加工过程中的环境影响）加工过程中的环境影响3）加工过程中的环境影响 化石燃料主要是作燃料，其环境影响主要是化石燃料主要是作燃料，其环境影响主要是燃烧时产生各种气体与固体废物以及发电时的燃烧时产生各种气体与固体废物以及发电时的余热造成的热污染。余热造成的热污染。引起温室效应引起温室效应：近百年来大气中近百年来大气中COCO2 2正以每正以每年年0.7-0.8PPM0.7-0.8PPM速度递增，从而导致全球性气候速度递增，从而导致全球性气候变暖。变暖。4）利用过程中的环境污染）利用过程中的环境污染4）利用过程中的环境污染热污染热污染：目前运转的各类火电站热能利用的平均效率目前运转的各类火电站热能利用的平均效率约为约为3333，就是说有三分之二的潜能未被利用，作，就是说有三分之二的潜能未被利用，作为为“余热余热”跑掉，从而引起热污染。跑掉，从而引起热污染。热污染的影响主要是：热污染的影响主要是：（1 1）水体中各类无机氮含量增加；）水体中各类无机氮含量增加；（2 2）藻类种群结构发生改变；）藻类种群结构发生改变；（3 3）使影响区域的昆虫提前苏醒，食物链中断，）使影响区域的昆虫提前苏醒，食物链中断，而引起死亡。而引起死亡。其他污染物及酸雨的影响其他污染物及酸雨的影响4）利用过程中的环境污染）利用过程中的环境污染热污染：目前运转的各类火电站热能利用的平均效率约为33，就2、核电利用与环境、核电利用与环境核电核电新型能源新型能源。核电的影响主要有慢性辐射、核电的影响主要有慢性辐射、放射性废物放射性废物以及反以及反应堆安全问题。应堆安全问题。应该说，现代技术下，核电站发生事故概率是很应该说，现代技术下，核电站发生事故概率是很低的。美国原子能委员会发表的报告认为，从年事低的。美国原子能委员会发表的报告认为，从年事故死亡风险看：核电站故死亡风险看：核电站1 15050亿、汽车亿、汽车1 140004000、飞、飞机机1 110001000。2、核电利用与环境核电新型能源。1）核电站种类）核电站种类轻水堆轻水堆 沸水堆沸水堆 压水堆压水堆重水堆重水堆石墨堆石墨堆1）核电站种类轻水堆2）核电与环境）核电与环境2）核电与环境3）世界核电利用状况）世界核电利用状况来自国际原子能机构的最新数据表明来自国际原子能机构的最新数据表明,核能的发展核能的发展目前出现了复苏迹象目前出现了复苏迹象.从美国到亚洲再到欧洲从美国到亚洲再到欧洲,一些一些国家正在积极制定新的核能发展计划国家正在积极制定新的核能发展计划,研究新一代核研究新一代核能技术。能技术。专家们指出，目前全球核电的发展已步入了一个专家们指出，目前全球核电的发展已步入了一个新的发展阶段。目前全世界有新的发展阶段。目前全世界有433 433 座核电机组在运座核电机组在运行，核电在全球电力生产份额中稳定保持在行，核电在全球电力生产份额中稳定保持在16%16%。而我国的核电发电量只占总发电量的而我国的核电发电量只占总发电量的1%1%，居世界拥居世界拥有核电的有核电的30 30 多个国家和地区的末位。多个国家和地区的末位。3）世界核电利用状况来自国际原子能机构的最新数据表明,核能的4）核电利用）核电利用中国中国据介绍根据国际原子能机构的预测，在未来的据介绍根据国际原子能机构的预测，在未来的20 20 年内中国的能源需求增长将占世界基本能源需求总年内中国的能源需求增长将占世界基本能源需求总增长量的增长量的23%,23%,中国将成为世界上最大的能源购买国。中国将成为世界上最大的能源购买国。专家们认为我国能源的发展离不开核能，他们呼专家们认为我国能源的发展离不开核能，他们呼吁核能界开展核能可接受性研究，提高自身的透明吁核能界开展核能可接受性研究，提高自身的透明度，加强与社会和媒体的沟通，研究和改善沟通方度，加强与社会和媒体的沟通，研究和改善沟通方式和渠道，引导公众正确认识核能与核安全，消除式和渠道，引导公众正确认识核能与核安全，消除公众的恐核心理，为我国能源的可持续发展创造一公众的恐核心理，为我国能源的可持续发展创造一个良好的社会环境。个良好的社会环境。4）核电利用中国据介绍根据国际原子能机构的预测，在未来的5）英国核电利用）英国核电利用英国贸工部一个评估小组于英国贸工部一个评估小组于20022002年年11 11 月月1515日提交日提交报告建议政府免征核能工业的能源消耗税。此举表报告建议政府免征核能工业的能源消耗税。此举表明英国政府开始认真考虑修建新一代核电站事宜，明英国政府开始认真考虑修建新一代核电站事宜，认为英国未来的核工业将很有前途。认为英国未来的核工业将很有前途。根据英国法律政府要对工业界征收能源消耗税，根据英国法律政府要对工业界征收能源消耗税，以限制温室气体排放保护环境。按照目前的规定不以限制温室气体排放保护环境。按照目前的规定不排放二氧化碳的核能工业同其它工业一样要为温室排放二氧化碳的核能工业同其它工业一样要为温室气体污染缴纳税款。如果这项建议得到实施，在与气体污染缴纳税款。如果这项建议得到实施，在与煤炭和天然气工业进行竞争时核工业将拥有更大的煤炭和天然气工业进行竞争时核工业将拥有更大的竞争力。竞争力。5）英国核电利用英国贸工部一个评估小组于2002年11月1 水电是一种经济、水电是一种经济、干净、可再生的能源，干净、可再生的能源，不会产生环境污染问不会产生环境污染问题。但是，水库建造题。但是，水库建造的过程与建成之后，的过程与建成之后，对环境还是存在一定对环境还是存在一定的影响。的影响。3、水力发电对环境的影响、水力发电对环境的影响水电是一种经济、干净、可再生的能源，不会产生环境污染图图图图6-2 6-2 6-2 6-2 水库的环境影响水库的环境影响水库的环境影响水库的环境影响 3、水力发电对环境的影响、水力发电对环境的影响自然方面自然方面降水、水文、降水、水文、小气候等小气候等生物方面生物方面社会经济方面社会经济方面人类居住、旅人类居住、旅游运输等游运输等地球化学方面地球化学方面水水质质、营营养养素素、微生物等微生物等水库水库图6-2水库的环境影响3、水力发电对环境的影响自然方面生l l自然方面自然方面l l水库水质变化水库水质变化l l生物方面生物方面l l社会经济方面社会经济方面3、水力发电对环境的影响、水力发电对环境的影响l自然方面3、水力发电对环境的影响自然方面：自然方面：可能引起地面沉降、甚至诱发地可能引起地面沉降、甚至诱发地震；或下游水位降低甚至断流，引震；或下游水位降低甚至断流，引起土壤盐碱化。或上游泥沙减少，起土壤盐碱化。或上游泥沙减少，引起河口冲刷、侵蚀等。引起河口冲刷、侵蚀等。自然方面：水库水质变化：水库水质变化：水库中各层水的密度、温度、甚至水库中各层水的密度、温度、甚至溶解氧也不同。使进出水库的水质溶解氧也不同。使进出水库的水质存在差异。存在差异。水库水质变化：生物方面：生物方面：建库后，可能淹没一些野生植物，建库后，可能淹没一些野生植物，使其灭绝，由于动植物尸体腐解，使其灭绝，由于动植物尸体腐解，又会引起鱼类死亡。由于水域面积又会引起鱼类死亡。由于水域面积扩大，使某些生物（如钉螺）的栖扩大，使某些生物（如钉螺）的栖息点增多，为血吸虫病产生创造了息点增多，为血吸虫病产生创造了条件。条件。生物方面：社会经济方面：社会经济方面：改善用水条件、增加农灌，生产改善用水条件、增加农灌，生产电力及对工农业生产是正面影响。电力及对工农业生产是正面影响。而搬迁移民，淹没一些古文物是其而搬迁移民，淹没一些古文物是其负面的影响。负面的影响。环境学概论-第六章-能源与环境课件三、未来的能源供应三、未来的能源供应三、未来的能源供应1 1）控制人口，减少能耗）控制人口，减少能耗2 2）充分利用太阳能）充分利用太阳能3 3）多渠道解决能源问题）多渠道解决能源问题4 4）节约能源，减少浪费）节约能源，减少浪费1、利用生态学原理解决能源问题、利用生态学原理解决能源问题1）控制人口，减少能耗1、利用生态学原理解决能源问题 人口发展过多过快，势必引起生态系统的崩人口发展过多过快，势必引起生态系统的崩人口发展过多过快，势必引起生态系统的崩人口发展过多过快，势必引起生态系统的崩溃。假定世界人口每溃。假定世界人口每溃。假定世界人口每溃。假定世界人口每40404040年增加一倍，经过年增加一倍，经过年增加一倍，经过年增加一倍，经过500500500500年，年，年，年，那时投射到地面上的太阳能全部用上也是不够的；那时投射到地面上的太阳能全部用上也是不够的；那时投射到地面上的太阳能全部用上也是不够的；那时投射到地面上的太阳能全部用上也是不够的；假定从假定从假定从假定从1980198019801980年起，全世界人口都过着美国式的生年起，全世界人口都过着美国式的生年起，全世界人口都过着美国式的生年起，全世界人口都过着美国式的生活，则世界人均能耗要提高活，则世界人均能耗要提高活，则世界人均能耗要提高活，则世界人均能耗要提高7 7 7 7倍，按目前储量，倍，按目前储量，倍，按目前储量，倍，按目前储量，石油和天然气只够用石油和天然气只够用石油和天然气只够用石油和天然气只够用5-10 5-10 5-10 5-10 年，煤仅够用年，煤仅够用年，煤仅够用年，煤仅够用25-4025-4025-4025-40年。年。年。年。1）控制人口，减少能耗）控制人口，减少能耗1）控制人口，减少能耗 自然生态系统所需能量，全部来自太阳自然生态系统所需能量，全部来自太阳(化石能源也是储存下来的太阳能化石能源也是储存下来的太阳能)。太。太阳能干净、是用之不尽的可再生资源。阳能干净、是用之不尽的可再生资源。应通过建立生态农场等充分的利用它。应通过建立生态农场等充分的利用它。2）充分利用太阳能）充分利用太阳能2）充分利用太阳能 没有任何一种能源可以单独满足人类没有任何一种能源可以单独满足人类的庞大要求。除了太阳能，还应大力发的庞大要求。除了太阳能，还应大力发展水电、风能、潮流能、海温差能、生展水电、风能、潮流能、海温差能、生物质能、矿物能、地热能、垃圾能等。物质能、矿物能、地热能、垃圾能等。3）多渠道解决能源问题）多渠道解决能源问题3）多渠道解决能源问题 包括各种的余热利用、沼气化、有机包括各种的余热利用、沼气化、有机和无机肥料还田等。同时减少产品一次和无机肥料还田等。同时减少产品一次性使用即废掉的做法。性使用即废掉的做法。4）节约能源，减少浪费）节约能源，减少浪费4）节约能源，减少浪费 太阳辐射不但温暖地球，带来了光明，太阳辐射不但温暖地球，带来了光明，而且转变为热和电为人们广泛利用。而且转变为热和电为人们广泛利用。2、太阳能的利用、太阳能的利用2、太阳能的利用 l l太阳能集热器太阳能集热器 l l太阳能光电系统：即利用半导体材太阳能光电系统：即利用半导体材料制成的太阳电池。其成本较高、取得能量在料制成的太阳电池。其成本较高、取得能量在1 1千瓦之内。但寿命长。千瓦之内。但寿命长。l l太阳能直接发电：设想在离地面太阳能直接发电：设想在离地面500500千米高空建立大型太阳能电站，用微波将电力千米高空建立大型太阳能电站，用微波将电力送回地球。但实现时间还遥远。送回地球。但实现时间还遥远。1）直接利用）直接利用1）直接利用l l生物质能与沼气生物质能与沼气 生物体吸收太阳能并转化成维持生命活动的能生物体吸收太阳能并转化成维持生命活动的能源。包括薪柴、木炭、农付产品的废弃物（桔杆源。包括薪柴、木炭、农付产品的废弃物（桔杆等）能源、树杂草、粪便等，还有经过一定工艺等）能源、树杂草、粪便等，还有经过一定工艺制成的沼气、醇类等。例如沼气是利用城市垃圾、制成的沼气、醇类等。例如沼气是利用城市垃圾、污水、污泥、人畜粪便、庄稼桔杆等经好氧分解污水、污泥、人畜粪便、庄稼桔杆等经好氧分解与厌氧分解二个阶段而得到的混合气体。与厌氧分解二个阶段而得到的混合气体。沼气组成如下（）：沼气组成如下（）：甲烷甲烷 COCO2 2 氮氮 氢氢 氧氧 硫化氢硫化氢 55-65 35-45 0-3 0-1 0-1 0-1 55-65 35-45 0-3 0-1 0-1 0-1 2）间接利用）间接利用2）间接利用l l风能风能直接来自太阳能。由于地球表面接受太阳辐射直接来自太阳能。由于地球表面接受太阳辐射能不同能不同,使温差和气压不同，结果形成了风。使温差和气压不同，结果形成了风。风能是通过风力机械进行开发利用。风能是通过风力机械进行开发利用。l l海洋能海洋能主要是指海洋的波浪能主要是指海洋的波浪能 、海洋温差能、潮流、海洋温差能、潮流能以及盐度梯度中的能量。能以及盐度梯度中的能量。2）间接利用）间接利用2）间接利用 快中子增殖反应堆和核聚变能都是未来快中子增殖反应堆和核聚变能都是未来的的能源能源。特别是核聚变能可能是人类未。特别是核聚变能可能是人类未来最终的能源，至少在发电方面是这样。来最终的能源，至少在发电方面是这样。但是核聚变要发出大量的电力，达到实但是核聚变要发出大量的电力，达到实用阶段还须做长期的努力。用阶段还须做长期的努力。3、核能的利用、核能的利用3、核能的利用 地热发电站基本原理与蒸气发电大体相地热发电站基本原理与蒸气发电大体相同，它是利用地下蒸气推动汽轮机同，它是利用地下蒸气推动汽轮机发电机组发电的。发电机组发电的。有人估计，有人估计，在地表在地表下下3000030000米以内，可利用地热能为米以内，可利用地热能为8.410208.41020焦耳，相当于全球煤储量的含焦耳，相当于全球煤储量的含热量。热量。4、地热能的利用、地热能的利用地热发电站基本原理与蒸气发电大体相同，它是利用地下蒸气推