第十章 能源與環(huán)境

第十章能源與環(huán)境第1頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一.世界能源消費(fèi)情況2第2頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三世界能源的消耗呈逐年增加的趨勢(shì)石油是現(xiàn)代世界上消耗最多的能源課本232，表10-1、10-2、圖10-1世界能源生產(chǎn)增長(zhǎng)率大于人口增長(zhǎng)率發(fā)達(dá)國(guó)家的能源消耗占世界的絕大部分在不同的歷史階段，能源結(jié)構(gòu)具有明顯的變化能源消費(fèi)增長(zhǎng)同經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間有一定的關(guān)系2002年美國(guó)人口只占世界人口的4.6%，但能源的消耗卻占世界的24.4%3第3頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三能源探明儲(chǔ)量產(chǎn)量占能源生產(chǎn)總量的比重%數(shù)量在世界中的地位1999年2001年煤15000億t第3位68.368石油70億t第6位21.020.2天然氣33.3×104億m3第16位3.13.4水電6.8萬(wàn)億kw第1位7.68.4我國(guó)能源的探明儲(chǔ)量和生產(chǎn)情況4第4頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化年份1980198519901995200020012002能源生產(chǎn)總量6373585546103922129034106988121000128400構(gòu)成%原油23.820.919.016.621.820.218.7煤炭69.472.874.275.366.668.069.5天然氣3.02.02.01.93.43.43.4水電+核電3.84.34.86.28.28.48.4能源消費(fèi)總量6028098700131180130300132000141100構(gòu)成%石油20.816.617.524.623.623煤炭72.176.274.666.167.066.3天然氣3.12.11.82.52.53.1水電+核電4.05.16.16.86.97.65第5頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三能源消費(fèi)彈性系數(shù)=能源消費(fèi)年平均增長(zhǎng)率/國(guó)民生產(chǎn)總值年平均增長(zhǎng)率我國(guó)能源的消費(fèi)情況能源豐富而人均消耗量少能源構(gòu)成以煤為主燃煤嚴(yán)重污染環(huán)境農(nóng)村能源供應(yīng)短缺，以生物質(zhì)能為主1997年我國(guó)人均能耗僅為1.165噸標(biāo)準(zhǔn)煤，世界人均為2.4噸標(biāo)準(zhǔn)煤。北美為10噸。預(yù)計(jì)我國(guó)2050年將達(dá)到2.38噸標(biāo)準(zhǔn)煤。6第6頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.能源的基本概念與分類能源的分類

能源：指提供能量的自然資源，是機(jī)械能、熱能、化學(xué)能、原子能、生物能、光能等的總稱。一次能源二次能源一是自然界中存在的天然能源如煤炭．石油、天然氣、水力、風(fēng)力、鈾、植物燃料、太陽(yáng)能、地?zé)?、潮汐能等由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)化為的人工能源，如電力、汽油．煤油。柴油、重油、焦炭、煤氣、沼氣等稱為二次能源。二、能源的利用7第7頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三常規(guī)能源新能源可再生能源：水力不可再生能源：煤炭、石油、天然氣等可再生能源：太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能不可再生能源：核燃料二次能源電力、焦炭、煤氣、沼氣等一次能源能源分類8第8頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.1煤2.礦物燃料煤是地球上儲(chǔ)量最多的化石燃料。煤的類型主要有泥炭、褐煤、煙煤和無(wú)煙煤，其煤化程度依次增高。9第9頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三不同類型煤的性質(zhì)性質(zhì)泥煤褐煤煙煤無(wú)煙煤顏色棕褐色為主褐、黑褐色黑色灰黑色著火點(diǎn)℃225-280250-450320-400440-500燃燒熱值106kj/kg-------23-2727-3733-63揮發(fā)分%26.4435.3427.131.16含硫量%0.641.100.950.89灰分%5.997.207.117.8310第10頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三成煤作用：泥炭化

(或腐泥化)作用煤化作用11第11頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三泥炭化

(或腐泥化)作用：在地表常溫、常壓下，由堆積在停滯水體中的植物殘?bào)w轉(zhuǎn)變成泥炭或腐泥的過(guò)程，這一階段以生物化學(xué)變化為主。煤化作用：是成煤作用的第二階段，以物理化學(xué)作用為主。煤化作用包括成巖作用和變質(zhì)作用兩個(gè)階段。成巖作用以壓力為主，使泥炭被壓實(shí)、脫水、固結(jié)而轉(zhuǎn)變成褐煤；變質(zhì)作用以溫度為主，壓力為副，使褐煤轉(zhuǎn)變成煙煤、無(wú)煙煤。無(wú)煙煤進(jìn)一步變質(zhì)而轉(zhuǎn)變成石墨，但這已不屬煤化作用的范疇。在煤化過(guò)程中，煤的化學(xué)組成、工藝性質(zhì)、物理性質(zhì)和煤巖特征等都發(fā)生一系列變化。隨著煤化程度的加深，碳含量增加，氧、氫含量減少，顏色由褐色變?yōu)樯詈?、灰黑至鋼灰色，光澤由弱變?qiáng)等。12第12頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三煤的組成主要是碳、氫，還含有少量氧、氮、硫。

S--幾乎所有煤中都含有硫，即使陜西神木的出口優(yōu)質(zhì)煤仍含0.28～0.45%的硫，南方某些煤藏中含硫量高達(dá)10%。這就意味著每燃燒1噸這類煤，將會(huì)產(chǎn)生近200kgSO2。N--煤燃燒時(shí)，所含的氮幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)镹O和NO2。是大氣污染的重要成分之一。P--我國(guó)西南地區(qū)的煤以含磷為特點(diǎn)，有的煤礦層中夾有磷礦層，因此所采的煤含有較多雜質(zhì)磷，燃燒中會(huì)產(chǎn)生磷的氧化物，是西南地區(qū)酸雨危害嚴(yán)重的原因之一?；曳?-煤中的灰分主要是一些不能燃燒的礦物性雜質(zhì)，含有鈣、鎂、鐵、鉛、硅和微量或痕量砷、鋇、鈹、鉛、汞、鋅等礦物雜質(zhì)，也含有放射性元素。13第13頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三煤的開(kāi)采與環(huán)境在開(kāi)采地區(qū)，剝離大量表土和巖石，產(chǎn)生斷裂和塌陷。采煤過(guò)程中產(chǎn)生大量廢水，污染水體和土壤。礦區(qū)以煤為燃料，大氣污染嚴(yán)重。煤矸石占用大量土地。14第14頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三煤的氣化和綜合利用

通常煤作為一次能源直接燃燒利用。世界總發(fā)電量的47％來(lái)自燃煤的火力發(fā)電。我國(guó)的煤炭在一次能源消費(fèi)中的比重始終維持在70％上下。把煤轉(zhuǎn)化為氣體燃料或液體燃料,轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品,加以綜合利用,從而提高熱效率和經(jīng)濟(jì)效益,并防止污染和減輕運(yùn)輸負(fù)擔(dān)。目前的趨勢(shì)15第15頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三按照所含烴類比例的不同，石油可分為石蠟基石油、環(huán)烴基是由和混合基石油。原油中硫含量變動(dòng)范圍很大。按含硫量原油可分為低硫原油（含硫0－1％）、含硫原油和高硫原油（含硫達(dá)3－7％）。2.2石油石油的組成和分類原油及其加工所得的液體產(chǎn)品總稱為石油。石油是碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，其碳和氫分別占84－87％和12－14％，主要成分為烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴。除純烴類成分之外，原油中還有氮、氧、硫等有機(jī)雜環(huán)化合物。石油中還含有微量的V、Ni、Fe、Al、Ca、Na、Mg、Co、Cu等金屬元素。16第16頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年通過(guò)各種渠道泄入海洋的石油和石油產(chǎn)品，約占全世界石油總產(chǎn)量的0.5%，傾注到海洋的石油量達(dá)200萬(wàn)噸～1000萬(wàn)噸，由于航運(yùn)而排入海洋的石油污染物達(dá)160萬(wàn)噸～200萬(wàn)噸，其中1/3左右是油輪在海上發(fā)生事故導(dǎo)致石油泄漏造成的。我國(guó)海上各種溢油事故每年約發(fā)生500起，沿海地區(qū)海水含油量已超過(guò)國(guó)家規(guī)定的海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)2倍～8倍，海洋石油污染十分嚴(yán)重。石油對(duì)海洋的污染17第17頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.3天然氣

天然氣的主要成分是甲烷，但也含有相對(duì)分子質(zhì)量較大的烷烴，如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等。還含N2、H2、SO2和H2S等，有時(shí)還有稀有氣體氦、氬等。

優(yōu)點(diǎn)清潔方便高放熱化石燃料中天然氣是一種最佳能源是僅次于氫能的最干凈的能源18第18頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.非礦物燃料能源3.1水力討論：水力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)和對(duì)環(huán)境的影響19第19頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.2核能核電站長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效益明顯核電站安全可靠核電站對(duì)環(huán)境影響比燃燒煤、石油電站要小，是清潔的能源考慮到化石燃料的枯竭及其綜合利用價(jià)值，核燃料必將成為主要的載能體20第20頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三中國(guó)在20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始建設(shè)核電站，最初的兩座核電站分別坐落于浙江的秦山和廣東的大亞灣。目前中國(guó)共有６座核電站，9臺(tái)核電機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行，２臺(tái)在建。中國(guó)核電發(fā)電量占全國(guó)總發(fā)電量的2.3%。小資料21第21頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4新型能源太陽(yáng)是一個(gè)在高溫高壓下不斷進(jìn)行熱核聚變反應(yīng)的熾熱球體。大約太陽(yáng)能量的22億分之一照射到地球大氣上界。與常規(guī)能源相比具有如下特點(diǎn)：太陽(yáng)是個(gè)持久、普遍、巨大的能源。太陽(yáng)能是潔凈、無(wú)污染的能源太陽(yáng)能無(wú)償?shù)靥峁┙o地球的每一角落，不受市場(chǎng)的壟斷和操縱4.1太陽(yáng)能22第22頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三太陽(yáng)能的利用也有一些不利因素太陽(yáng)能的能量密度低，太陽(yáng)常數(shù)為1.37kw/m2。就每個(gè)地域來(lái)說(shuō)，能量供應(yīng)是間斷性的，受晝夜、陰晴、季節(jié)、緯度等因素影響較大，能量供應(yīng)極不穩(wěn)定，因此給太陽(yáng)能的采集和使用帶來(lái)許多技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的困難23第23頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三利用太陽(yáng)能的三種方式太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成熱能太陽(yáng)能發(fā)電太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成化學(xué)能關(guān)鍵設(shè)備是集熱器太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電站24第24頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三雖然地面上太陽(yáng)輻射的能量密度低，但大面積集熱的作用不可低估。1913年美國(guó)人F.Shuman建造了總面積1200m2的拋物面聚焦集熱器，帶動(dòng)蒸汽機(jī)的輸出功率73.5kW。平板型集熱器拋物面型反射聚光器25第25頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三世界最大的太陽(yáng)能電站

發(fā)電站位于德國(guó)萊比錫以南30公里的埃斯彭海因鎮(zhèn)，整套發(fā)電裝置由33500塊光電池板組成，占地面積21.6公頃。發(fā)電站功率為5兆瓦，可為1800戶住家提供生活用電。這一耗資2200萬(wàn)歐元的發(fā)電站是由德國(guó)太陽(yáng)能協(xié)會(huì)、西部基金以及殼牌太陽(yáng)能公司聯(lián)合興建。德國(guó)是非常重視可再生能源開(kāi)發(fā)的國(guó)家。目前水電、風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源已經(jīng)為德國(guó)提供了10％的電力。德國(guó)政府計(jì)劃到2020年全國(guó)20％的電力將來(lái)自可再生能源。目前，德國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施的總功率為500兆瓦。26第26頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

西藏措美縣哲古鎮(zhèn)光伏電站該電站裝機(jī)容量130千瓦，為當(dāng)?shù)?14戶、近4000名牧民解決了用電難問(wèn)題27第27頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三深圳市國(guó)際園林花卉博覽園的太陽(yáng)能光伏電站，2004年8月建成，電站總?cè)萘窟_(dá)1兆瓦，年發(fā)電能力約為100萬(wàn)千瓦時(shí)，是亞洲最大的太陽(yáng)能光伏電站西藏安多100kw光伏電站，安多縣地處海拔4800米的青藏高原，使之成為世界上海拔最高的大型光伏電力系統(tǒng)在太陽(yáng)能方面，我國(guó)政府制定實(shí)施了“中國(guó)光明工程”計(jì)劃。計(jì)劃到2010年，利用光伏發(fā)電技術(shù)解決2300萬(wàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)人口的用電問(wèn)題。28第28頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.2生物能源

生物質(zhì)能:指由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化并以化學(xué)能形式貯藏在生物質(zhì)中的能量。全世界每年植物所儲(chǔ)存的能量，如按人平均，相當(dāng)于目前世界上各種商品能源人均消耗量的十多倍，如折合成標(biāo)準(zhǔn)煤約為20-30t。因此，利用生物質(zhì)能就是間接的利用太陽(yáng)能。生物質(zhì)能利用方式：常見(jiàn)模式：薪柴、木炭、沼氣等新趨勢(shì)：能源樹(shù)、從植物中提取酒精代替石油、叢粒藻29第29頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三生物能---沼氣沼氣燈沼氣爐灶沼氣的綜合利用組成甲烷二氧化碳氮?dú)溲趿蚧瘹潴w積分?jǐn)?shù)%55-6535-450-30-10-10-1沼氣成分沼氣發(fā)電30第30頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三沼氣的形成過(guò)程31第31頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三影響沼氣產(chǎn)量的因素溫度密封、缺氧pH6.7-7.0保持適當(dāng)?shù)奶嫉雀邷匕l(fā)酵50-55中溫發(fā)酵30-35常溫發(fā)酵10-30氮不足，會(huì)產(chǎn)生硫化氫氣體，氮太多，則產(chǎn)生氨而抑制甲烷的生成。32第32頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三其它的新型能源地?zé)崮芎司圩兡軞淠艹毕茱L(fēng)能33第33頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.電能生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響

5.1火力發(fā)電對(duì)環(huán)境的影響

火力發(fā)電采用的燃料主要是煤炭、石油或天然氣。火力發(fā)電過(guò)程中燃料燃燒大約將88%的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，并將熱能傳遞給水管中的水，