第1章-能源概论-课件

第一章第一章 能源概论能源概论第一章 能源概论11.1.能源、社会与环境能源、社会与环境u能源是人类赖以生存的基础，也是人类从事任何生产和社会能源是人类赖以生存的基础，也是人类从事任何生产和社会活动的基础。活动的基础。u能源的开发利用程度标志着人类社会进化和发展的程度。能能源的开发利用程度标志着人类社会进化和发展的程度。能源对于现代社会的重要性如同粮食对于人类的重要性。源对于现代社会的重要性如同粮食对于人类的重要性。-没有粮食，人类将不能生存；没有粮食，人类将不能生存；-没有能源，现代社会将陷入瘫痪，人类只能回到远古的没有能源，现代社会将陷入瘫痪，人类只能回到远古的 刀耕火种时代。刀耕火种时代。1.能源、社会与环境能源是人类赖以生存的基础，也是人类从事任2u能源的消费水平，是衡量国民能源的消费水平，是衡量国民经济发展和人民生活水平的重要经济发展和人民生活水平的重要标志。标志。u近近200200年来，人类的能源消耗年来，人类的能源消耗增长速度大大超过了人口增长速增长速度大大超过了人口增长速度。度。u在在2020世纪的一百年中，世界人世纪的一百年中，世界人口从口从1616亿增长到亿增长到6060亿，约增长亿，约增长3 3倍；而同一时期，世界一次能源倍；而同一时期，世界一次能源的年消耗量从的年消耗量从2020亿吨标准煤增长亿吨标准煤增长到到200200亿吨，增长了亿吨，增长了1010倍。倍。能源的消费水平，是衡量国民经济发展和人民生活水平的重要标志。3人类正面临着严峻的能源危机人类正面临着严峻的能源危机n2002年世界人口年世界人口62亿，消耗的能源为亿，消耗的能源为451EJ（1EJ=1018J），其），其中化石能源占总能量的中化石能源占总能量的3/4。n据预测，以目前的消耗速度，地球上的煤储藏，大约还能维持据预测，以目前的消耗速度，地球上的煤储藏，大约还能维持200年，石油最多只有年，石油最多只有40年！天然气约年！天然气约60年！而且全世界的石年！而且全世界的石油产量，很可能在油产量，很可能在2010年左右即达到峰值。因此，人类正面临年左右即达到峰值。因此，人类正面临日益严峻的能源危机！日益严峻的能源危机！人类正面临着严峻的能源危机2002年世界人口62亿，消耗的能41.1 1.1 人类利用能源的历史人类利用能源的历史人类进化发展的历史，也人类进化发展的历史，也是一部不断地向自然界索是一部不断地向自然界索取能源的历史。取能源的历史。伴随着能源的开发利用，伴随着能源的开发利用，人类社会逐渐地从远古的人类社会逐渐地从远古的刀耕火种走向现代文明。刀耕火种走向现代文明。1.1 人类利用能源的历史5人类使用能源的四个历史时期人类使用能源的四个历史时期 1.1.柴草时期柴草时期从远古时代一直到从远古时代一直到1818世纪中叶世纪中叶 u大约大约5050万年前，人类学会了使用工具和火。此时的燃料主万年前，人类学会了使用工具和火。此时的燃料主要是树枝、杂草等，人类完成了从猿到人的进化，能源利要是树枝、杂草等，人类完成了从猿到人的进化，能源利用进入了柴草时期。用进入了柴草时期。u人类以柴草烧饭、取暖和照明，以人力、畜力和极少量水人类以柴草烧饭、取暖和照明，以人力、畜力和极少量水车、风车为动力，从事手工生产和交通运输。这一时期生车、风车为动力，从事手工生产和交通运输。这一时期生产力低下，人类受制于大自然。产力低下，人类受制于大自然。人类使用能源的四个历史时期 1.柴草时期从远古时代一直到62.2.煤炭时期煤炭时期从从1818世纪中叶到世纪中叶到2020世纪初，以蒸汽机世纪初，以蒸汽机 的发明为代表的发明为代表u17世纪开始，英国人开始大规模地开采和利用煤。煤气灯的使世纪开始，英国人开始大规模地开采和利用煤。煤气灯的使用，结束了人类的漫漫长夜。用，结束了人类的漫漫长夜。u18世纪中叶，蒸汽机的发明，使煤炭一跃成为第二代主体能源。世纪中叶，蒸汽机的发明，使煤炭一跃成为第二代主体能源。u以煤炭作燃料的蒸汽机的广泛应用，使纺织、冶金、采矿、机以煤炭作燃料的蒸汽机的广泛应用，使纺织、冶金、采矿、机械加工等产业获得迅速发展。同时，蒸汽机车、轮船的出现，械加工等产业获得迅速发展。同时，蒸汽机车、轮船的出现，使交通运输业得到巨大进步。以煤炭作为主要的动力能源，人使交通运输业得到巨大进步。以煤炭作为主要的动力能源，人类开始对大自然进行大规模的改造。类开始对大自然进行大规模的改造。2.煤炭时期从18世纪中叶到20世纪初，以蒸汽机 73.3.石油时期石油时期从从2020世纪初至今，以内燃机和电力为世纪初至今，以内燃机和电力为代表代表 u中国人很早就发现石油是一种可燃液体，宋朝的沈括对石油作中国人很早就发现石油是一种可燃液体，宋朝的沈括对石油作了详细的记载。了详细的记载。u1854年，美国宾夕法尼亚州打出世界上第一口油井，现代石油年，美国宾夕法尼亚州打出世界上第一口油井，现代石油工业由此发端。工业由此发端。u1886年，德国人本茨和戴姆勒研制成以汽油为燃料、内燃机驱年，德国人本茨和戴姆勒研制成以汽油为燃料、内燃机驱动的世界第一辆汽车，开始了利用石油的汽车时代。动的世界第一辆汽车，开始了利用石油的汽车时代。u19世纪初法拉第发现电磁感应现象，世纪初法拉第发现电磁感应现象，19世纪末爱迪生发明电灯，世纪末爱迪生发明电灯，作为一次能源的石油和煤炭被转换成更加便于输送和利用的二作为一次能源的石油和煤炭被转换成更加便于输送和利用的二次能源次能源电能。电能。u20世纪世纪60年代，全球石油的消费量超过煤炭，成为第三代主体年代，全球石油的消费量超过煤炭，成为第三代主体能源。以石油和电能为基础，汽车、轮船、飞机、电力机车、能源。以石油和电能为基础，汽车、轮船、飞机、电力机车、发电站、以及电话、电视、电子计算机等信息设备的发明和使发电站、以及电话、电视、电子计算机等信息设备的发明和使用，将人类快速推进到现代文明时代。用，将人类快速推进到现代文明时代。3.石油时期从20世纪初至今，以内燃机和电力为代表 中84.4.可再生能源时期可再生能源时期从从2121世纪中叶开始，多种能源世纪中叶开始，多种能源的联合利用的联合利用 进入进入21世纪，人类将逐渐步入可再生能源时代世纪，人类将逐渐步入可再生能源时代传统的化石能源面临枯竭，且具有环境污染，石油、煤、天传统的化石能源面临枯竭，且具有环境污染，石油、煤、天然气等化石能源将逐渐推出历史舞台然气等化石能源将逐渐推出历史舞台水力能以及太阳能、风能、海洋能、生物质能等可再生能源水力能以及太阳能、风能、海洋能、生物质能等可再生能源逐渐走上历史舞台，发挥主导作用。逐渐走上历史舞台，发挥主导作用。按照目前的发展趋势预测，到按照目前的发展趋势预测，到21世纪中叶，能源利用很可能世纪中叶，能源利用很可能是包括水力能、太阳能、风能、生物质能等可再生能源以及是包括水力能、太阳能、风能、生物质能等可再生能源以及核能（核裂变和核聚变）的多种能源联合利用的体系。核能（核裂变和核聚变）的多种能源联合利用的体系。4.可再生能源时期从21世纪中叶开始，多种能源的联合利91.3 1.3 能源的定义和分类能源的定义和分类n什么是能源？广义地讲，能源即能够向人类提供能量的什么是能源？广义地讲，能源即能够向人类提供能量的自然资源。如煤和石油等化石能源提供热能，水力和风自然资源。如煤和石油等化石能源提供热能，水力和风力提供机械能，地热提供热能，太阳提供电磁辐射能力提供机械能，地热提供热能，太阳提供电磁辐射能（可转化为热能或电能）。（可转化为热能或电能）。n许多自然过程都产生一定的能量，甚至普通的垃圾也可许多自然过程都产生一定的能量，甚至普通的垃圾也可以产生能量，但转化的数量和转化的难易程度则差异极以产生能量，但转化的数量和转化的难易程度则差异极大。大。*因此能源又可定义为较集中而又较容易转化的含能物因此能源又可定义为较集中而又较容易转化的含能物质或含能资源质或含能资源。1.3 能源的定义和分类什么是能源？广义地讲，能源即能够向人10n第一类能源第一类能源(直接或间接来自太阳辐射直接或间接来自太阳辐射)太阳能、风能、水力能、海浪能、海流能、海水温差能、生物太阳能、风能、水力能、海浪能、海流能、海水温差能、生物质能、煤、石油、天然气、油页岩、可燃冰质能、煤、石油、天然气、油页岩、可燃冰n第二类能源第二类能源(地球内部带来的能量地球内部带来的能量)地热能、火山、地震、海啸、核燃料（铀、钍、钚、氘等）地热能、火山、地震、海啸、核燃料（铀、钍、钚、氘等）n第三类能源第三类能源(地球地球天体相互作用能天体相互作用能)潮汐能潮汐能按照来源的不同，能源可分为按照来源的不同，能源可分为:来自太阳的辐射来自太阳的辐射能、地球内部固有的能、地球与其它天体相互作能、地球内部固有的能、地球与其它天体相互作用产生的能共三大类用产生的能共三大类。第一类能源(直接或间接来自太阳辐射)按照来源的不同，能源可11(2)(2)按照不同的资源形态，能源可分为按照不同的资源形态，能源可分为:n含能体能源：能量存在于物质中，易于储存。包括化石燃含能体能源：能量存在于物质中，易于储存。包括化石燃料（煤、石油、天然气）、草木秸秆、核燃料、地热水或料（煤、石油、天然气）、草木秸秆、核燃料、地热水或汽、氢能等。汽、氢能等。n过程性能源：能量存在于运动过程中，无法直接储存。包过程性能源：能量存在于运动过程中，无法直接储存。包括太阳辐射、风、河流、海流、潮汐、波浪、地震、闪电括太阳辐射、风、河流、海流、潮汐、波浪、地震、闪电等。等。(2)按照不同的资源形态，能源可分为:含能体能源：能量存在12(3)(3)按照开发和使用程度，能源可分为按照开发和使用程度，能源可分为:n常规能源：使用较普遍、技术较成熟的能源。如煤、石油、常规能源：使用较普遍、技术较成熟的能源。如煤、石油、水力等。水力等。n新能源：正在研发利用、但尚未普遍使用的能源。如太阳新能源：正在研发利用、但尚未普遍使用的能源。如太阳能、风能、海洋能等。能、风能、海洋能等。*核能曾属于新能源，但随着其广泛的开发程度，已归纳核能曾属于新能源，但随着其广泛的开发程度，已归纳为常规能源。为常规能源。(3)按照开发和使用程度，能源可分为:常规能源：使用较普遍13（4 4）按照能否反复使用，能源可分为）按照能否反复使用，能源可分为:n不可再生能源，即只能一次性使用，用完后不可再生的能不可再生能源，即只能一次性使用，用完后不可再生的能源。包括所有化石能和核能。据估计，地球上的石油最多源。包括所有化石能和核能。据估计，地球上的石油最多还可使用还可使用40年，天然气还可使用年，天然气还可使用60年，煤还可使用年，煤还可使用20年。年。n可再生能源，即可以反复使用，不断再生，不会耗尽的能可再生能源，即可以反复使用，不断再生，不会耗尽的能源。它包括太阳直接辐射能（以后即称太阳能）、水力能、源。它包括太阳直接辐射能（以后即称太阳能）、水力能、风能、海浪能、地热能等。风能、海浪能、地热能等。（4）按照能否反复使用，能源可分为:14(5)(5)按照是否经过加工或转换，能源又分为：按照是否经过加工或转换，能源又分为：n一次能源，指自然界中以天然形态存在，未经任何形式转一次能源，指自然界中以天然形态存在，未经任何形式转换的能源。如原油、原煤、天然气、薪柴、水流、核燃料，换的能源。如原油、原煤、天然气、薪柴、水流、核燃料，以及太阳辐射、地热、潮汐等。以及太阳辐射、地热、潮汐等。n二次能源，指由一次能源经过加工或转换得到的能源。如二次能源，指由一次能源经过加工或转换得到的能源。如煤气、焦炭、汽油、煤油、热水、电能、氢能等。电能是煤气、焦炭、汽油、煤油、热水、电能、氢能等。电能是最重要、也是最方便的二次能源。最重要、也是最方便的二次能源。(5)按照是否经过加工或转换，能源又分为：一次能源，指自然15（6 6）按照国际能源组织（）按照国际能源组织（IEAIEA）的推荐，新能源和可）的推荐，新能源和可 再生能源又可分为三类：再生能源又可分为三类：n 第一类第一类:大中型水电；大中型水电；n 第二类第二类:传统的生物质能利用；传统的生物质能利用；n 第三类第三类:新的可再生能源。新的可再生能源。前两类为旧的可再生能源，因为它们的开发相对较成熟，前两类为旧的可再生能源，因为它们的开发相对较成熟，而且都对环境有较大的不利影响。而且都对环境有较大的不利影响。第三类即为新的可再生能源，包括太阳能、风能、现代第三类即为新的可再生能源，包括太阳能、风能、现代生物质能、氢能、地热能、海洋能和小水电等。生物质能、氢能、地热能、海洋能和小水电等。*新的可再生能源除了不会耗尽外，也较少污染排放，新的可再生能源除了不会耗尽外，也较少污染排放，对环境最友好。对环境最友好。（6）按照国际能源组织（IEA）的推荐，新能源和可 16表表1-2.1-2.一次能源、二次能源、可再生能源、不可再生能源分一次能源、二次能源、可再生能源、不可再生能源分类表类表一次一次能源能源可再生能源可再生能源直接太阳辐射、生物质、风、流水、海浪、直接太阳辐射、生物质、风、流水、海浪、潮汐、海流、海水温差、地热水、地热蒸潮汐、海流、海水温差、地热水、地热蒸汽、热岩层汽、热岩层不可再生能源不可再生能源化石燃料（煤、石油、天然气、油页岩、化石燃料（煤、石油、天然气、油页岩、可燃冰）、核燃料（铀、钍、钚、氘等）可燃冰）、核燃料（铀、钍、钚、氘等）二次二次能源能源电能、氢能、汽油、煤油、柴油、火药、酒精、电能、氢能、汽油、煤油、柴油、火药、酒精、甲醇、丙烷、苯胺、焦炭、硝化棉、硝化甘油等甲醇、丙烷、苯胺、焦炭、硝化棉、硝化甘油等表1-2.一次能源、二次能源、可再生能源、不可再生能源分类17图图1-3.1-3.能量的各种形式和转换能量的各种形式和转换图1-3.能量的各种形式和转换181.4 1.4 能源的品质评价能源的品质评价(1)能流密度：即在单位体积或单位面积内从能源获得的功率。能流密度：即在单位体积或单位面积内从能源获得的功率。太阳能和风能的能流密度较小，只有几百瓦太阳能和风能的能流密度较小，只有几百瓦/平米；常规能源平米；常规能源和核能的能流密度大。能流密度小，是可再生能源的共性。和核能的能流密度大。能流密度小，是可再生能源的共性。因此太阳能、风能等可再生能源利用需占用较大的接收面积。因此太阳能、风能等可再生能源利用需占用较大的接收面积。(2)能源开发投资：化石能源与核燃料，从勘测、开采，到加工、能源开发投资：化石能源与核燃料，从勘测、开采，到加工、运输，需投入大量人力物力，本身即耗能。太阳能、风能等运输，需投入大量人力物力，本身即耗能。太阳能、风能等可再生能源，由大自然提供，不需能源费用，主要花费是一可再生能源，由大自然提供，不需能源费用，主要花费是一次性投资。次性投资。*可再生能源设备的一次性投资仍较贵。按目前的技术水平，可再生能源设备的一次性投资仍较贵。按目前的技术水平，太阳能、海洋能等发电设备的价格为每太阳能、海洋能等发电设备的价格为每kW上万元到几十万元，上万元到几十万元，风能则已经降到每风能则已经降到每kW1万元以下；燃烧天然气和石油的万元以下；燃烧天然气和石油的 装置以及水电设备，价格为每装置以及水电设备，价格为每kW几千元。几千元。1.4 能源的品质评价(1)能流密度：即在单位体积或单位面积19(3)(3)能源供应的连续性和存储的可能性。各种化石燃料和核燃料则能源供应的连续性和存储的可能性。各种化石燃料和核燃料则比较容易实现这两方面的要求。可再生能源如太阳能、风能则比较容易实现这两方面的要求。可再生能源如太阳能、风能则难以贮存，也难以连续供应。难以贮存，也难以连续供应。(4)(4)运输费用和损耗。太阳能、风能、地热能等难以运输；石油和运输费用和损耗。太阳能、风能、地热能等难以运输；石油和天然气可以用管道从产地输送到用户；由于煤是固体，运输则天然气可以用管道从产地输送到用户；由于煤是固体，运输则困难得多；水力发电站若远离用户，远距离输电损失也很大。困难得多；水力发电站若远离用户，远距离输电损失也很大。(5)(5)对环境的影响。环境污染已成为影响全球的重大问题。几种主对环境的影响。环境污染已成为影响全球的重大问题。几种主要能源对环境的影响：要能源对环境的影响：n核电站：放射线污染、核废料。核电站：放射线污染、核废料。n燃煤电站：温室效应、酸雨、污染物排放。燃煤电站：温室效应、酸雨、污染物排放。n水电站：淹没土地、影响水生动物生存、引发地震、土地盐碱水电站：淹没土地、影响水生动物生存、引发地震、土地盐碱化、妨碍灌溉与航运。化、妨碍灌溉与航运。n太阳能、风能、潮汐能、海浪能：对环境无直接污染，但可能太阳能、风能、潮汐能、海浪能：对环境无直接污染，但可能占用大量陆地或海面。风能对鸟类、海洋能对鱼类及航运都有占用大量陆地或海面。风能对鸟类、海洋能对鱼类及航运都有部分影响。废弃的太阳电池如不及时回收，也会造成污染。部分影响。废弃的太阳电池如不及时回收，也会造成污染。第1章-能源概论-课件20（6）存储量。我国煤炭资源和水力资源尽管丰富，但煤炭集中）存储量。我国煤炭资源和水力资源尽管丰富，但煤炭集中在北方，水力集中在西部，存在运输问题。我国煤炭储量居世在北方，水力集中在西部，存在运输问题。我国煤炭储量居世界第三，产量世界第一（约界第三，产量世界第一（约15亿吨）。水力资源居世界第一位，亿吨）。水力资源居世界第一位，但开发率不足但开发率不足5（水力发电约占（水力发电约占20总发电量，火力发电总发电量，火力发电75），而美国、加拿大、日本等国水力发电开发率为），而美国、加拿大、日本等国水力发电开发率为40以上。以上。（7）能源品位。较难转化为电能的为低品位能源，即较易转化）能源品位。较难转化为电能的为低品位能源，即较易转化为电能的为高品位能源。为电能的为高品位能源。*能源的品位高低是相对而言的，例如水力能可直接转化为机械能源的品位高低是相对而言的，例如水力能可直接转化为机械能，再转化为电能；而化石燃料须先通过燃烧转化为热能，再能，再转化为电能；而化石燃料须先通过燃烧转化为热能，再转化为机械能，进而到电能。因此水力能更容易转化。转化为机械能，进而到电能。因此水力能更容易转化。（6）存储量。我国煤炭资源和水力资源尽管丰富，但煤炭集中在北211.5 1.5 我国的能源问题我国的能源问题1.5 我国的能源问题22（1）人均能源不足。我国人均能源占有量不到世界平均水平的）人均能源不足。我国人均能源占有量不到世界平均水平的一半，人均煤炭储量只相当于世界平均值的一半，人均煤炭储量只相当于世界平均值的1/2，人均石油可采，人均石油可采储量为世界平均值的储量为世界平均值的1/10。人均用电量不足世界人均水平的一。人均用电量不足世界人均水平的一半。能源消耗总量仅低于美国，排世界第二位。半。能源消耗总量仅低于美国，排世界第二位。（2）能源分布不均。煤炭、石油和天然气主要集中在东北、华）能源分布不均。煤炭、石油和天然气主要集中在东北、华北和西北，水电集中在西南，然而经济发达、人口集中的东南北和西北，水电集中在西南，然而经济发达、人口集中的东南沿海能源却严重缺乏。因此，沿海能源却严重缺乏。因此，“北煤南运北煤南运”、“西电东送西电东送”的的不合理格局将长期存在。不合理格局将长期存在。（1）人均能源不足。我国人均能源占有量不到世界平均水平的23（3）能源构成不合理。一次能源构成中，煤炭占）能源构成不合理。一次能源构成中，煤炭占70%以上，而以上，而国际上煤炭平均仅占国际上煤炭平均仅占23%。大量燃煤造成严重的空气污染。中。大量燃煤造成严重的空气污染。中国目前温室气体排放量占全世界总排放量的国目前温室气体排放量占全世界总排放量的10以上，是仅次以上，是仅次于美国的第二大温室气体排放国。于美国的第二大温室气体排放国。（4）能源效率低。人均能耗水平仍很低，不到）能源效率低。人均能耗水平仍很低，不到1吨标准煤，为吨标准煤，为世界平均值的世界平均值的1/2，而单位产值能耗确是世界上最高的国家之，而单位产值能耗确是世界上最高的国家之一，据统计，中国每生产一美元一，据统计，中国每生产一美元GDP，消耗能源是美国的消耗能源是美国的4倍、倍、德国和法国的德国和法国的7倍、日本的倍、日本的 11倍。倍。（3）能源构成不合理。一次能源构成中，煤炭占70%以上，而24表表1-4 2004年中国主要能源与世界的对比（中国能源网）年中国主要能源与世界的对比（中国能源网）煤炭煤炭石油石油天然气天然气世界总可采储量世界总可采储量9842亿亿t1434亿亿t146.4万亿万亿m3中国可采储量中国可采储量1145亿亿t38亿亿t1.37万亿万亿m3中国所占比例中国所占比例（%）11.6%2.6%0.9%世界储采比世界储采比2184163中国储采比中国储采比922458中国产量名次中国产量名次1519表1-4 2004年中国主要能源与世界的对比（中国能源网）25表表1-5 2004年我国能源剩余储量和探明可开采年限年我国能源剩余储量和探明可开采年限（中国能源网）（中国能源网）资源种源种类煤炭（煤炭（亿吨）吨）石油（石油（亿吨）吨）天然气天然气（亿立方米）立方米）水力水力（GW装机）装机）探明可开采量探明可开采量1,14532,73611,704353可开采年限可开采年限54811520285838104可开采到可开采到20502077年年 20112016年年20242054年年20342100年年表1-5 2004年我国能源剩余储量和探明可开采年限资源种26（5）农村能源严重短缺。农村生活用能）农村能源严重短缺。农村生活用能2/3依靠薪材和秸秆。依靠薪材和秸秆。每年砍伐薪柴每年砍伐薪柴3000万吨，森林年生长率万吨，森林年生长率3亿立方米，而年消耗亿立方米，而年消耗量量4亿立方米。我国单位面积粮食作物的能源投入超过以亿立方米。我国单位面积粮食作物的能源投入超过以“石石油油农业农业”著称的美国。农业生产高能耗、低效益。著称的美国。农业生产高能耗、低效益。（6）能源过度依赖进口。从）能源过度依赖进口。从1993年起，我国就成为石油净进年起，我国就成为石油净进口国，已成为仅次于美国的第二大石油进口国，我国石油对外口国，已成为仅次于美国的第二大石油进口国，我国石油对外依存度为依存度为50以上。以上。2002 年中国进口石油达年中国进口石油达7000 多万吨。多万吨。（7）我国环境污染极为严重。生态平衡脆弱，污染排放总量）我国环境污染极为严重。生态平衡脆弱，污染排放总量远远超过环境容量和承载能力。土地荒漠化和沙化仍在扩大，远远超过环境容量和承载能力。土地荒漠化和沙化仍在扩大，大气空气质量继续降低，水污染严重。大气空气质量继续降低，水污染严重。（5）农村能源严重短缺。农村生活用能2/3依靠薪材和秸秆。271.6 1.6 能源与生态环境的关系能源与生态环境的关系1.6 能源与生态环境的关系28（1）温室效应：）温室效应：大气中的二氧化碳大气中的二氧化碳(CO2)、甲烷、甲烷(CH4)等气体允许来自太阳的等气体允许来自太阳的短波辐射通过，却能够吸收地球发出的红外长波辐射，然后短波辐射通过，却能够吸收地球发出的红外长波辐射，然后再辐射返还地球。过多的再辐射返还地球。过多的CO2等气体如同温室中的玻璃，阻等气体如同温室中的玻璃，阻挡地球的正常热量散失，这就是温室效应。挡地球的正常热量散失，这就是温室效应。研究人员发现，自研究人员发现，自1840年工业革命以来，大气中年工业革命以来，大气中CO2的浓度的浓度增加了增加了30，已经从，已经从280ppmv增加到增加到368ppmv，这可能是过，这可能是过去去42万年中的最高值。目前，万年中的最高值。目前，CO2含量每年增加含量每年增加3，每年，每年大约有大约有230亿吨亿吨 CO2被释放到地球的大气中，每秒释放的被释放到地球的大气中，每秒释放的CO2超过超过700吨。吨。如果这种趋势继续下去，将在未来如果这种趋势继续下去，将在未来50年内使全球气温将上升年内使全球气温将上升1.54.5，将使极地冰雪融化，海水升温膨胀，将淹没全，将使极地冰雪融化，海水升温膨胀，将淹没全球大多数沿海地区，气候也将发生重大变化。球大多数沿海地区，气候也将发生重大变化。（1）温室效应：29图图1-5 两千年来大气中的两千年来大气中的CO2浓度趋势浓度趋势 图1-5 两千年来大气中的CO2浓度趋势 30（2）大气污染）大气污染 大气污染包括硫氧化物大气污染包括硫氧化物(SO2)、氮氧化物、氮氧化物(NOx)、臭氧、臭氧(O3)以以及粉尘等有害物。原因主要是大量使用化石燃料、大规模烧及粉尘等有害物。原因主要是大量使用化石燃料、大规模烧毁森林、以及工业废气排放造成。毁森林、以及工业废气排放造成。据统计，据统计，1百万千瓦的煤电站年排烟尘（粉尘、百万千瓦的煤电站年排烟尘（粉尘、CO等）等）100万吨，二氧化硫万吨，二氧化硫6万吨，强致癌物苯并芘万吨，强致癌物苯并芘630kg，形成酸雨，形成酸雨，不仅破坏森林、庄稼，而且污染水源，动物和人。不仅破坏森林、庄稼，而且污染水源，动物和人。北京大气中颗粒浓度约是东京的北京大气中颗粒浓度约是东京的15倍，伦敦的倍，伦敦的2倍（倍（1990年）年），肺癌发病率是全国平均值的，肺癌发病率是全国平均值的3倍。在世界卫生组织公布的倍。在世界卫生组织公布的全世界全世界20大空气污染最严重的城市中，中国占大空气污染最严重的城市中，中国占16个。个。（2）大气污染 31中国中国世界第二大石油进口国和世界世界第二大石油进口国和世界 第二位第二位COCO2 2排放国排放国中国世界第二大石油进口国和世界 第32拥挤的交通和汽车尾气拥挤的交通和汽车尾气拥挤的交通和汽车尾气33（3）水污染）水污染 全世界都面临着严峻的水资源短缺问题，在我国尤甚。我国全世界都面临着严峻的水资源短缺问题，在我国尤甚。我国有世界第一的水力资源，却是贫水大国，人均水资源为世界有世界第一的水力资源，却是贫水大国，人均水资源为世界平均的平均的1/4，美国的，美国的1/7，俄国的，俄国的1/5。随着人口的进一步膨胀，我们的生存空间将更加狭窄，人均随着人口的进一步膨胀，我们的生存空间将更加狭窄，人均耕地为世界平均的耕地为世界平均的1/3，在世界，在世界140个国家中排个国家中排126位。位。全国全国30条主要河流，从东北的松花江、辽河，到中华民族的条主要河流，从东北的松花江、辽河，到中华民族的母亲河母亲河黄河、长江，一直到南方的长江、珠江，都已受到黄河、长江，一直到南方的长江、珠江，都已受到严重污染。严重污染。工业和生活污水排放，全国只有工业和生活污水排放，全国只有5经过处理，其它未经任经过处理，其它未经任何处理即排放到江河湖海中。以何处理即排放到江河湖海中。以“三湖三湖”（滇池、太湖和巢（滇池、太湖和巢湖）为代表的湖泊富营养化污染相当严重，许多地区的地湖）为代表的湖泊富营养化污染相当严重，许多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危害。下水和饮用水源受到严重污染，对人体健康造成极大危害。（3）水污染 34太湖蓝藻太湖蓝藻35工业和生活污水工业和生活污水36（4）森林砍伐）森林砍伐森林是人类的自然生态环境的重要组成部分，提供野生动物森林是人类的自然生态环境的重要组成部分，提供野生动物栖息地，涵养水源，防风固沙，调解气候，保持水土，净化栖息地，涵养水源，防风固沙，调解气候，保持水土，净化大气，吸收大量大气，吸收大量CO2，放出，放出O2。热带雨林被称作热带雨林被称作“地球的肺部地球的肺部”，提供全球，提供全球50的新鲜氧气，的新鲜氧气，并抵消温室效应的影响，自并抵消温室效应的影响，自1945年以来，世界上一半以上的年以来，世界上一半以上的雨林被毁坏，目前覆盖率不到地球的雨林被毁坏，目前覆盖率不到地球的10，大多数分布在南，大多数分布在南美的巴西亚马逊流域，少数分布在东南亚的印尼等国家。美的巴西亚马逊流域，少数分布在东南亚的印尼等国家。我国是贫林大国，森林砍伐的情况相当严重。森林覆盖率仅我国是贫林大国，森林砍伐的情况相当严重。森林覆盖率仅有有12，为世界平均的，为世界平均的1/2，森林总面积占世界的，森林总面积占世界的4，排在，排在140个国家中的个国家中的107位。自位。自1980年以来，我国原有森林面积减年以来，我国原有森林面积减少少23，从东北到西南，森林遭到严重破坏，东北大兴安岭，从东北到西南，森林遭到严重破坏，东北大兴安岭森林的大量砍伐，使黑龙江省年降水量由过去的森林的大量砍伐，使黑龙江省年降水量由过去的600mm降至降至380mm，过去罕见的春旱、伏旱现在常有发生。，过去罕见的春旱、伏旱现在常有发生。（4）森林砍伐37第1章-能源概论-课件38（5）臭氧空洞）臭氧空洞臭氧层位于距地面臭氧层位于距地面30公里左右的平流层内，对太阳紫外线有公里左右的平流层内，对太阳紫外线有极强的吸收作用，能够吸收极强的吸收作用，能够吸收99以上对人类有害的太阳紫外以上对人类有害的太阳紫外线，是地球上生命的天然屏障。线，是地球上生命的天然屏障。1985年一支英国南极考察队发现南极上空臭氧层出现空洞，年一支英国南极考察队发现南极上空臭氧层出现空洞，该处该处O3含量仅为正常值的含量仅为正常值的4050，面积相当于一个美国。，面积相当于一个美国。其后北极上空也发现了空洞。其后北极上空也发现了空洞。科学家认为，科学家认为，O3减少减少1，射到地面上的紫外辐射增加，射到地面上的紫外辐射增加2，皮肤癌、白内障发病率都将增加，海洋浮游生物无法进行光皮肤癌、白内障发病率都将增加，海洋浮游生物无法进行光合作用，一旦食物链受阻，海洋生物将面临灭绝。合作用，一旦食物链受阻，海洋生物将面临灭绝。臭氧层破坏的主因是人类排放的氟氯烃（臭氧层破坏的主因是人类排放的氟氯烃（CFCl）、甲烷等，）、甲烷等，上述物质存在于冰箱、空调、灭火器、喷雾剂和化工生产中。上述物质存在于冰箱、空调、灭火器、喷雾剂和化工生产中。臭氧层要完全恢复需要臭氧层要完全恢复需要100年的时间。年的时间。（5）臭氧空洞39（6）固体垃圾污染）固体垃圾污染据国家环保部门统计，全国工业固体废弃物总量（不含乡镇据国家环保部门统计，全国工业固体废弃物总量（不含乡镇企业）为每年企业）为每年7亿吨以上，综合利用率仅为亿吨以上，综合利用率仅为30左右。累计左右。累计积存量已超过积存量已超过66亿吨，亿吨，2/3的城市陷入垃圾包围之中。全国的城市陷入垃圾包围之中。全国城市生活垃圾每年一亿多吨，并且以每年城市生活垃圾每年一亿多吨，并且以每年67的速度增的速度增长，无害化处理率不足长，无害化处理率不足20%。大量未经处理的工业废渣和城。大量未经处理的工业废渣和城市垃圾堆存于城郊等地，成为严重的二次污染源。市垃圾堆存于城郊等地，成为严重的二次污染源。据世界卫生组织的报告，全世界每年死亡的据世界卫生组织的报告，全世界每年死亡的4500万人中，有万人中，有3/4是由于环境恶化所至。中国近是由于环境恶化所至。中国近20年来经济高速发展，但环年来经济高速发展，但环境恶化。因此我们每个人都应关心自己周围环境的改善！境恶化。因此我们每个人都应关心自己周围环境的改善！（6）固体垃圾污染40第1章-能源概论-课件41第1章-能源概论-课件42第1章-能源概论-课件43第1章-能源概论-课件44第1章-能源概论-课件451.7 1.7 可再生能源的应用和前景可再生能源的应用和前景n化石能源的大量开发和使用，是造成环境污染与生态破坏的主化石能源的大量开发和使用，是造成环境污染与生态破坏的主因。如何保护好我们赖以生存的地球环境与生态，已经成为一因。如何保护好我们赖以生存的地球环境与生态，已经成为一个全球性的重大课题，而大力开发和利用可再生能源是人类走个全球性的重大课题，而大力开发和利用可再生能源是人类走出困境的唯一出路。出困境的唯一出路。n在人类利用能源的历史长河中，石油、天然气、煤炭等化石燃在人类利用能源的历史长河中，石油、天然气、煤炭等化石燃料毕竟是短暂的；只有太阳能、风能、水力能、生物质能、海料毕竟是短暂的；只有太阳能、风能、水力能、生物质能、海浪能、潮汐能、地热能等可再生能源才取之不尽、用之不竭。浪能、潮汐能、地热能等可再生能源才取之不尽、用之不竭。n所有的可再生能源，除了潮汐能和地热能外，都来自太阳辐射所有的可再生能源，除了潮汐能和地热能外，都来自太阳辐射的巨大能量。太阳还能存在的巨大能量。太阳还能存在50亿年，对于人类，可以认为是不亿年，对于人类，可以认为是不会枯竭的。地球表面每年来自太阳的能量为会枯竭的。地球表面每年来自太阳的能量为5.451024 J，大约，大约为全世界目前能量消耗的为全世界目前能量消耗的2万倍。万倍。n可再生能源本质上不会耗尽，它们的使用过程中产生极低的温可再生能源本质上不会耗尽，它们的使用过程中产生极低的温室气体和其它污染气体排放，对地球上的生态系统和人类的健室气体和其它污染气体排放，对地球上的生态系统和人类的健康影响很小，因此，在国际上受到愈来愈多的重视。康影响很小，因此，在国际上受到愈来愈多的重视。1.7 可再生能源的应用和前景化石能源的大量开发和使用，是造46开发和利用可再生能源开发和利用可再生能源解决能源与环境解决能源与环境 问题的唯一途径问题的唯一途径新的可再生能源新的可再生能源=太阳能太阳能+风能风能+海洋能海洋能+小水能小水能 +生物质能生物质能+氢能氢能开发和利用可再生能源解决能源与环境 47