能源科學(xué)導(dǎo)論課件

能源的可持續(xù)發(fā)展能量與能源能量——宇宙間一切運(yùn)動(dòng)著的物體，都有能量的存在和轉(zhuǎn)化，人類一切活動(dòng)都與能量及其使用緊密相關(guān)。所謂能量，也就是“產(chǎn)生某種效果（變化）的能力”。反過(guò)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生某種效果（變化）必然要伴隨能量的消耗和轉(zhuǎn)換。

人類所認(rèn)識(shí)的六種能量形式

機(jī)械能熱能電能輻射能化學(xué)能核能機(jī)械能包括固體和流體的動(dòng)能、勢(shì)能、彈性能及表面張力能等。動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為宏觀機(jī)械能——人類認(rèn)識(shí)最早的能量。熱能構(gòu)成物體的微觀分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能表現(xiàn)為熱能。它的宏觀表現(xiàn)是溫度的高低，反映了分子運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度。地球上最大的熱能資源應(yīng)為地?zé)崮?。電能它和電子流?dòng)與積累有關(guān)，通常由電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來(lái)，或通過(guò)發(fā)電機(jī)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換得到。反之，電能也可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能——電做功。在自然界中，還有雷電等電能。輻射能即物體以電磁波形式發(fā)射的能量。如太陽(yáng)能，太陽(yáng)是最大的輻射源?；瘜W(xué)能它是物質(zhì)結(jié)構(gòu)能的一種，即原子核外進(jìn)行化學(xué)變化時(shí)放出的能量。按化學(xué)熱力學(xué)定義，物質(zhì)或物系在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中以熱能形式釋放的內(nèi)能，稱為化學(xué)能。利用最普遍的化學(xué)能是燃燒碳和氫。核能它是蘊(yùn)藏在原子核內(nèi)部的物質(zhì)結(jié)構(gòu)能。釋放巨大核能的核反應(yīng)有兩種：核裂變反應(yīng)核聚變反應(yīng)能源及能源的分類所謂能源，是指能夠直接或經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換而獲取某種能量的自然資源。自然資源：煤、石油、天然氣、太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、核能等。為了便于運(yùn)輸和使用，經(jīng)上述資源加工可得到一些更符合使用要求的能量來(lái)源，如煤氣、電力、焦炭、蒸汽、沼氣、氫能等。能量及能源的分類由于可被人類利用的能源多種多樣，因此有以下6種不同的分類方法：按地球上的能量來(lái)源分按被利用的程度分按獲得的方法分按能否再生分按能源本身的性質(zhì)分按對(duì)環(huán)境的污染情況分按地球上的能量來(lái)源分來(lái)自于地球本身，如核能、地?zé)崮艿?；?lái)自于球外天體，如宇宙射線及太陽(yáng)能，以及由太陽(yáng)引起的水能、風(fēng)能、波浪能、海洋溫差能、生物質(zhì)能、光合作用等；來(lái)自于地球和其他星體的相互作用，如潮汐能。按被利用的程度分常規(guī)能源，如煤炭、石油、天然氣、薪柴燃料、水能等；新能源，如太陽(yáng)能、地?zé)崮?、潮汐能、生物質(zhì)能等，另外還有核能。按獲得的方法分一次能源，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然氣、風(fēng)能、水能等；二次能源，即由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換而來(lái)的能源，如電、蒸汽、焦炭、煤氣、氫等，它們使用方便，易于利用，是高品質(zhì)的能源。按能否再生分可再生能源，即不會(huì)隨它本身的轉(zhuǎn)化或人類的利用而越來(lái)越少，如水能、風(fēng)能、潮汐能、太陽(yáng)能等；非再生能源，它隨人類的利用而越來(lái)越少，如石油、煤、天然氣、核燃料等。按能源本身的性質(zhì)分含能體能源（燃料能源），如石油、煤、天然氣、地?zé)?、氫等，它們可以直接?chǔ)存；過(guò)程性能源（非燃料能源），它們無(wú)法直接儲(chǔ)存，如風(fēng)能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆發(fā)、雷電、電磁能和一般熱能等。按對(duì)環(huán)境的污染分清潔能源，即對(duì)環(huán)境無(wú)污染或污染很小的能源，如太陽(yáng)能、水能、海洋能等；非清潔能源，即對(duì)環(huán)境污染較大的能源，如煤、石油等。能量的轉(zhuǎn)換

廣義地說(shuō)，能量轉(zhuǎn)換應(yīng)包含三項(xiàng)內(nèi)容：能量的形態(tài)轉(zhuǎn)換，即通常所謂的能量轉(zhuǎn)換；能量的空間轉(zhuǎn)換，即能量的傳輸；能量的時(shí)間轉(zhuǎn)換，即能量的儲(chǔ)存。能量的轉(zhuǎn)換能源的評(píng)價(jià)能源多種多樣，各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了正確選擇和使用能源，必須對(duì)各種能源進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)。能源的評(píng)價(jià)通常包括以下7個(gè)方面：儲(chǔ)量?jī)?chǔ)能的可能性與供能的連續(xù)性能流密度開發(fā)費(fèi)用和利用能源的設(shè)備費(fèi)用運(yùn)輸費(fèi)用與損耗品位問(wèn)題污染問(wèn)題能源更迭與社會(huì)發(fā)展人類利用能源的歷史，也就是人類認(rèn)識(shí)和征服自然的歷史。

(1)火的發(fā)現(xiàn)和利用

(2)畜力、風(fēng)力、水力等自然動(dòng)力的利用

(3)化石燃料的開發(fā)和熱的利用

(4)電的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用

(5)原子核能的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用能源更迭與社會(huì)發(fā)展人類社會(huì)已經(jīng)歷了三個(gè)能源時(shí)期：薪柴時(shí)期；煤炭時(shí)期；石油時(shí)期。薪柴時(shí)期主要以薪柴等生物質(zhì)燃料為主要能源的時(shí)代，生產(chǎn)和生活水平極低，社會(huì)發(fā)展緩慢。煤炭時(shí)期18世紀(jì)，以煤炭取代薪柴作為主要能源，蒸汽機(jī)成為生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿?，工業(yè)迅速發(fā)展，勞動(dòng)生產(chǎn)力增長(zhǎng)很大。19世紀(jì)，電力成為工礦企業(yè)的主要?jiǎng)恿?，成為生產(chǎn)和生活照明的主要來(lái)源。但這時(shí)的電力工業(yè)主要是依靠煤炭作為主要燃料。石油時(shí)期石油資源的發(fā)展，開始了能源利用的新時(shí)期。近30年來(lái)，世界上許多國(guó)家依靠石油和天然氣，創(chuàng)造了人類歷史上空前的物資文明。進(jìn)入21世紀(jì)，核能將成為世界能源的主角，清潔能源的時(shí)代也將隨之到來(lái)。能源與國(guó)民經(jīng)濟(jì)能源是發(fā)展社會(huì)生產(chǎn)和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)半個(gè)世紀(jì)來(lái)，世界煤炭消費(fèi)比例一直呈下降的趨勢(shì)，70年代起石油已在世界能源消費(fèi)中占第一位。水能和核能的利用，主要表現(xiàn)在水電及核電的比例上。電能是現(xiàn)代化所必須的高級(jí)二次能源。煤：34.86%水電：2.29%石油：33.7%天然氣：20.75%核能：6.54%生物能：11.8%

1850年能源總耗:500Mtoes1992年能源總耗:9350Mtoes1996年能源總耗:9502.1Mtoes世界能源消費(fèi)構(gòu)成世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)表示能源消費(fèi)程度的指標(biāo)有兩個(gè)：

絕對(duì)指標(biāo)——稱年消費(fèi)量，通常用萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤/

年表示。

相對(duì)指標(biāo)——稱為人均能耗，用t標(biāo)準(zhǔn)煤/

（人·年）表示。國(guó)民經(jīng)濟(jì)人均產(chǎn)值反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平，通常認(rèn)為人均產(chǎn)值達(dá)到1000美元/（人·年）時(shí)即達(dá)到小康水平。

1994年世界化石燃料探明可采儲(chǔ)量

世界煤炭探明可采儲(chǔ)量

經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與能源消費(fèi)

96年世界各國(guó)一次能消費(fèi)量統(tǒng)計(jì)源

世界主要國(guó)家能源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展近況

化石燃料消耗遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)世界性能源問(wèn)題能源的危機(jī)——石油的危機(jī)能源消費(fèi)的費(fèi)用迅速增加——能源資源的勘探、開采越來(lái)越難，投入資金多、建設(shè)周期長(zhǎng)、科技含量高能源資源短缺能源對(duì)環(huán)境的污染我國(guó)的能源資源截止至1996年，已探明的煤炭可采儲(chǔ)量為1145億t，居世界第3位石油可采儲(chǔ)量為33億t，居世界第11位天然氣可采儲(chǔ)量為17萬(wàn)億kW，居世界第19位水能居世界第1位，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)裝機(jī)容量為2.9億kW鈾儲(chǔ)量可供4000萬(wàn)kW核電站運(yùn)行30年我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)以煤為主

我國(guó)能源利用水平低下我國(guó)能源的消費(fèi)（加圖3）我國(guó)能源生產(chǎn)在世界上的排位我國(guó)能源消費(fèi)在世界上的排位我國(guó)耗能水平在世界上的排位我國(guó)的人均能耗單位國(guó)民生產(chǎn)總值能耗，我國(guó)是日本的5倍，德國(guó)的3.6倍，美國(guó)的2.6倍，比印度還要多1倍多。與美國(guó)相比，我國(guó)的人均能耗不及美國(guó)的1/12，而單位能耗的產(chǎn)值只有它的1/5，換言之，我們?nèi)司谀茉促Y源的享受方面，只有美國(guó)的1/60。我國(guó)人均用能將不斷提高目前我國(guó)人均用能還處于相對(duì)低的水平，約1000kgce/人年，比起美國(guó)的人均用能11000kgce/人年，日本、德國(guó)、俄羅斯等國(guó)的5000-6000kgce/人年，尚有很大差距。我國(guó)人均用能將不斷提高隨著社會(huì)和技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)生活水平不斷提高的企盼，人均用能肯定要不斷增加。按不同機(jī)構(gòu)所作的預(yù)測(cè)，在2030-2050期間，我國(guó)人均用能將為2500-3000kgce/人年，這是不以人的主觀意志和行政命令為轉(zhuǎn)移的。我國(guó)能源工業(yè)面臨的問(wèn)題人均能源擁有量低、儲(chǔ)備量低；能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)依然以煤為主；能源資源分布不均勻；能源利用效率低；農(nóng)村商品能源短缺；我國(guó)能源工業(yè)面臨的問(wèn)題環(huán)境污染嚴(yán)重；人均能耗水平低；能源建設(shè)周期長(zhǎng)，耗能多；能源價(jià)格未能反映其經(jīng)濟(jì)成本和能源資源的稀缺性；能源工業(yè)裝備落后。以建材工業(yè)為例能源消耗大：耗標(biāo)煤2.3億噸（占總能源消耗的15％以上）；資源消耗大：每年粘土燒磚6000億塊，毀損良田10萬(wàn)畝；污染嚴(yán)重：排放CO2占總排放35％；技術(shù)落后、勞動(dòng)生產(chǎn)率低：發(fā)達(dá)國(guó)家的1/10～1/15；產(chǎn)品質(zhì)量與檔次不高：高標(biāo)號(hào)水泥、優(yōu)質(zhì)浮法玻璃以及深加工玻璃的比例偏低，高檔產(chǎn)品依賴進(jìn)口。中國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的對(duì)策三個(gè)手段：加強(qiáng)政府的宏觀決策和行政管理運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制的調(diào)節(jié)作用利用經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的機(jī)遇解決我國(guó)能源問(wèn)題，

應(yīng)采取的措施1、努力改善能源結(jié)構(gòu)；2、提高能源利用率；3、加速實(shí)施潔凈煤技術(shù)；4、合理利用石油和天然氣；5、加快電力發(fā)展速度；解決我國(guó)能源問(wèn)題，

應(yīng)采取的措施6、積極開發(fā)利用新能源；7、建立合理的農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)，扭轉(zhuǎn)農(nóng)村嚴(yán)嚴(yán)重缺能局面；8、改善城市民用能源結(jié)構(gòu)，提高居民生活活質(zhì)量；9、重視能源的環(huán)境保護(hù)。能量的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存主要內(nèi)容能量的基本性質(zhì)能量轉(zhuǎn)換的主要燃料熱能的產(chǎn)生機(jī)械能的獲取電能的生產(chǎn)能量的儲(chǔ)存能量的基本性質(zhì)能量的基本性質(zhì)“量”的多少能量守恒與轉(zhuǎn)換定律“質(zhì)”的高低能量貶值原理能量之間的轉(zhuǎn)換能量守恒與轉(zhuǎn)換定律自然界一切物體都具有能量，能量有各種不同形式，它能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化和傳遞中能量的總量恒定不變。能量貶值原理

一個(gè)封閉系統(tǒng)中的任何自發(fā)性變化，都必然朝著能量貶值（熵增）的方向發(fā)展，而最后的平衡狀態(tài)，則對(duì)應(yīng)于熵的最大可能值。熱力學(xué)第二定律克勞修斯說(shuō)法：“不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化?！?/p>

開爾文說(shuō)法：“不可能從單一熱源吸取熱量使之完全轉(zhuǎn)變成功而不產(chǎn)生其它影響。”第二類永動(dòng)機(jī)的例子以海洋為熱源，海洋共有6.88×1020t的海水，如果海水的溫度下降1℃，可放出2.88×1024KJ的熱量，約合9.8×1016t標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于目前全世界每年能耗的10萬(wàn)倍。能量轉(zhuǎn)換的主要燃料能量轉(zhuǎn)換的主要燃料燃料通常是指能夠通過(guò)燃燒過(guò)程而將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能的物質(zhì)。所有化石燃料及由化石燃料加工而成的其它含能體；所有生物燃料以及由生物燃料加工而成的含能體。能量轉(zhuǎn)換過(guò)程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程轉(zhuǎn)換機(jī)械或系統(tǒng)石油、煤炭、天然氣等礦物燃料氫和酒精等二次能源化學(xué)能熱能化學(xué)能熱能機(jī)械能化學(xué)能熱能機(jī)械能電能化學(xué)能電能熱能化學(xué)能電能爐子、燃燒器各種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)、發(fā)電機(jī)，磁流體發(fā)電，EGD發(fā)電（壓電效應(yīng)）熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電燃料電池能量轉(zhuǎn)換過(guò)程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程轉(zhuǎn)換機(jī)械或系統(tǒng)水力、風(fēng)力、潮汐、海流、波浪太陽(yáng)能機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械能電能光能熱能光能熱能機(jī)械能電能光能熱能電能光能電能光能化學(xué)能光能生物能電磁波電能水車、風(fēng)車。水輪機(jī)——發(fā)電機(jī)，波力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海流發(fā)電熱水器，采暖、制冷、光化學(xué)反應(yīng)，太陽(yáng)灶太陽(yáng)熱發(fā)動(dòng)機(jī)太陽(yáng)熱發(fā)電熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池、光化學(xué)電池光化學(xué)反應(yīng)（水分解）光合成能量轉(zhuǎn)換過(guò)程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程轉(zhuǎn)換機(jī)械或系統(tǒng)核能核分裂熱能機(jī)械能電能核分裂熱能核分裂熱能電能核分裂電磁能電能核聚變熱能機(jī)械能電能電能光（激光）熱能電能熱能聚變核發(fā)電，磁流體發(fā)電核能煉鋼熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池核聚變發(fā)電熱能的產(chǎn)生熱能的產(chǎn)生燃料燃燒核能轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換地?zé)犭娔苻D(zhuǎn)換有關(guān)燃燒的知識(shí)燃料燃燒的必要條件燃燒所需的空氣量燃燒產(chǎn)生的煙氣量燃燒設(shè)備燃燒設(shè)備鍋爐工業(yè)爐窯化學(xué)能

熱能機(jī)械能的獲取機(jī)械能的獲取

熱機(jī)轉(zhuǎn)換熱機(jī)效率內(nèi)燃機(jī)

——往復(fù)運(yùn)動(dòng)熱機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)

——外燃式熱機(jī)蒸汽輪機(jī)

——將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的熱機(jī)燃燒室發(fā)電機(jī)燃料空氣廢氣電機(jī)轉(zhuǎn)換電能的生產(chǎn)電能的生產(chǎn)機(jī)電轉(zhuǎn)換電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)熱電轉(zhuǎn)換磁流體發(fā)電熱電偶溫差發(fā)電熱電子發(fā)電電化學(xué)電池燃料電池

燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過(guò)電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。用于電動(dòng)自行車的金屬儲(chǔ)氫裝置光電轉(zhuǎn)換光伏效應(yīng)能量的儲(chǔ)存能量的儲(chǔ)存在機(jī)械能、熱能、化學(xué)能、輻射能、核能等六種主要類型的能量中，除輻射能外，都能儲(chǔ)存在一些普通種類的能量形式中。主要指標(biāo) 儲(chǔ)能密度儲(chǔ)存過(guò)程的能量損耗儲(chǔ)存裝置的經(jīng)濟(jì)性儲(chǔ)能和取能的速率壽命（重復(fù)使用的次數(shù)）對(duì)環(huán)境的影響能量的儲(chǔ)存機(jī)械能儲(chǔ)存電能儲(chǔ)存熱能儲(chǔ)存機(jī)械能的儲(chǔ)存 機(jī)械能能以動(dòng)能或勢(shì)能的形式儲(chǔ)存以動(dòng)能儲(chǔ)存：旋轉(zhuǎn)飛輪以勢(shì)能儲(chǔ)存：彈簧、扭力桿、重力裝置、壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣是工業(yè)中常用的氣源，除了吹灰、清砂外，還是風(fēng)動(dòng)工具和氣動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)力源。抽水儲(chǔ)能電站純抽水蓄能電站混合式抽水蓄能電站我國(guó)抽水蓄能電站開發(fā)現(xiàn)狀從上世紀(jì)80年代開始起步，到目前為止我國(guó)已在9個(gè)省、區(qū)、市建成11座抽水蓄能電站，裝機(jī)容量約為570萬(wàn)kW，占全國(guó)裝機(jī)容量的1.8％。大型電站廣州電站，裝機(jī)容量240萬(wàn)kW浙江天荒坪電站，裝機(jī)容量180萬(wàn)kW北京十三陵電站，裝機(jī)容量80萬(wàn)kW河北潘家口電站，裝機(jī)容量27萬(wàn)kW中型電站江蘇浙江安徽湖北西藏將建電站山東泰安電站，裝機(jī)容量100萬(wàn)kW浙江桐柏電站，裝機(jī)容量120萬(wàn)kW山西西龍池電站，裝機(jī)容量120萬(wàn)kW江蘇宜興電站，裝機(jī)容量100萬(wàn)kW河北張河灣電站，裝機(jī)容量100萬(wàn)kW安徽瑯琊山電站，裝機(jī)容量60萬(wàn)kW電能的儲(chǔ)存以機(jī)械能的形式儲(chǔ)存以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存于蓄電池中以電能的形式儲(chǔ)存在靜電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng)中蓄電池利用電化學(xué)原理蓄電池蓄電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜和容器等5部分組成。靜電場(chǎng)電能可用靜電場(chǎng)的形式儲(chǔ)存在電容器中。在直流電路中，廣泛用作儲(chǔ)能裝置。在交流電路中，用于提高電力系統(tǒng)或負(fù)荷的功率因素。儲(chǔ)能電容器廣泛應(yīng)用于高電壓技術(shù)、高能核物理、激光技術(shù)、地震勘探等方面。感應(yīng)電場(chǎng)電能還可以儲(chǔ)存在由電流通過(guò)電磁鐵這類大型感應(yīng)器而建立的磁場(chǎng)中。利用感應(yīng)電場(chǎng)儲(chǔ)存電能不常用，因?yàn)樗枰粋€(gè)電流流經(jīng)繞組去保持感應(yīng)磁場(chǎng)。熱能的儲(chǔ)存熱能儲(chǔ)存是把一個(gè)時(shí)期內(nèi)暫時(shí)不需要的多余熱量通過(guò)某種方式收集并儲(chǔ)存起來(lái)，等到需要時(shí)再提取使用。儲(chǔ)存時(shí)間隨時(shí)儲(chǔ)存，以小時(shí)或更短的時(shí)間為周期，隨時(shí)調(diào)整熱能供需之間的不平衡；短期儲(chǔ)存，以天或周為儲(chǔ)熱周期，維持一天（或一周）的熱能供需平衡；長(zhǎng)期儲(chǔ)存，以季節(jié)或年為儲(chǔ)存周期，調(diào)節(jié)季節(jié)（或年）的熱量供需關(guān)系。熱能儲(chǔ)存方法顯熱儲(chǔ)存潛熱儲(chǔ)存化學(xué)能儲(chǔ)存地下含水層儲(chǔ)熱熱能潛熱儲(chǔ)存利用蓄熱材料發(fā)生相變而儲(chǔ)熱固體－液體相變蓄熱液體－汽體相變蓄熱（蒸汽蓄熱器）地下含水層儲(chǔ)熱解決采暖和空調(diào)的季節(jié)性負(fù)荷問(wèn)題的重要途徑之一。利用地下巖層的空隙、裂隙、溶洞等儲(chǔ)水構(gòu)造以及地下水在含水層中流速慢和水溫變化小的特點(diǎn)，用管井回灌的方法，把冬季大氣環(huán)境中太豐富的“冷”和夏季不要錢的“熱”儲(chǔ)存在含水層中，在冷、熱不是同時(shí)需要的場(chǎng)所實(shí)現(xiàn)供冷、供熱。地下含水層儲(chǔ)能含水層儲(chǔ)熱——夏灌冬用含水層儲(chǔ)冷——冬灌夏用必須具備灌得進(jìn)、存得住、保溫好、抽得出等條件?；毓嗨矗旱乇硭?、地下水、工業(yè)排放水。用途廣泛用于紡織、化工、制藥、食品等工業(yè)部門，也用于影劇院和賓館等建筑物的夏季降溫空調(diào)、冷卻和洗滌用水，冬季采暖及鍋爐房供水等。溫室效應(yīng)——

人類面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)全球環(huán)境狀況聯(lián)合國(guó)最新公布的研究結(jié)果顯示，在過(guò)去30年中，雖然國(guó)際社會(huì)在環(huán)保領(lǐng)域取得了一定成績(jī)，但全球整體環(huán)境狀況持續(xù)惡化。國(guó)際社會(huì)普遍認(rèn)為，貧困和過(guò)度消費(fèi)導(dǎo)致人類無(wú)節(jié)制地開發(fā)和破壞自然資源，這是造成環(huán)境惡化的罪魁禍?zhǔn)住Ｈ颦h(huán)境狀況世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類賴以生存的環(huán)境是不協(xié)調(diào)的，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)給環(huán)境造成了巨大的壓力，對(duì)發(fā)展中國(guó)家這種情況尤為突出。全球環(huán)境狀況全球環(huán)境惡化主要表現(xiàn)在大氣和江海污染加劇、大面積土地退化、森林面積急劇減少、淡水資源日益短缺、大氣層臭氧空洞擴(kuò)大、生物多樣化受到威脅等多方面，同時(shí)溫室氣體的過(guò)量排放導(dǎo)致全球氣候變暖，使自然災(zāi)害發(fā)生的頻率和烈度大幅增加。算一算地球一天的污染帳地球上城市居民約有70%（15億人）呼吸受污染的空氣，每天至少有800人因此過(guò)早死亡。每天有1.5萬(wàn)人死于飲用污染的水，其中大部分是兒童。工業(yè)、各種噴霧罐、冰箱、空調(diào)機(jī)等每天把1500多噸氯氟烴排入大氣層，它們是造成臭氧層空洞的罪魁禍?zhǔn)?。算一算地球一天的污染帳每天進(jìn)入大氣層的二氧化碳為5600萬(wàn)噸，“溫室效應(yīng)”與此有關(guān)。每天有5.5萬(wàn)公頃森林被毀，161

平方公里土地荒漠化。每天有14萬(wàn)輛新汽車駛上公路，各國(guó)400多座核電站產(chǎn)生26噸核廢料，還有1.2萬(wàn)桶石油瀉入海洋。

1999年的臭氧空洞是有史以來(lái)觀測(cè)到的最大一次，達(dá)到2600萬(wàn)平方公里的面積。天空正在塌陷全球正在變暖海平面上升與陸地淹沒(méi)；

氣候帶的移動(dòng)；

颶風(fēng)的加??；

植被的遷徙與物種滅絕；

洋流的變化與厄爾尼諾；

雨型的改變；地球森林覆蓋量正在減少大氣環(huán)境的三大問(wèn)題80年代中期在南極上空發(fā)現(xiàn)了臭氧空洞，它與地球變暖及所謂溫室效應(yīng)和酸雨沉降問(wèn)題構(gòu)成全球性大氣環(huán)境問(wèn)題，明顯地危及全人類的生存和繁衍，引起了國(guó)際社會(huì)的高度關(guān)注，使當(dāng)今的世界環(huán)境問(wèn)題具有明顯的時(shí)代特征。大氣環(huán)境的三大問(wèn)題聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署日前發(fā)布的《全球環(huán)境展望》報(bào)告指出，消除貧困、發(fā)達(dá)國(guó)家改變消費(fèi)方式、加強(qiáng)環(huán)境管理、增加環(huán)保投資以及減免發(fā)展中國(guó)家的債務(wù)是遏制全球環(huán)境惡化趨勢(shì)的先決條件。我國(guó)的環(huán)境現(xiàn)狀世界十大嚴(yán)重污染城市中國(guó)占：個(gè)7嚴(yán)重局面!因二氧化硫排放每年經(jīng)濟(jì)損失1126億元(世界銀行統(tǒng)計(jì)超過(guò)5000億元)占全國(guó)排放比例：燃煤污染物SO2－85%CO2－85%NOx－60%粉塵－70%污染現(xiàn)狀1998年我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況1998年，在全國(guó)322個(gè)環(huán)境統(tǒng)計(jì)的城市中,空氣質(zhì)量達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的占27.6%；處于國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的占28.9%；超過(guò)國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)屬于嚴(yán)重污染型城市的占43.5%。在國(guó)內(nèi)47個(gè)重點(diǎn)城市中，空氣污染最為嚴(yán)重的十大城市，依次為太原、北京、烏魯木齊、蘭州、重慶、濟(jì)南、石家莊、青島、廣州、沈陽(yáng)。1998年我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況據(jù)1998年國(guó)際衛(wèi)生組織公布的一項(xiàng)報(bào)告表明，全球空氣污染嚴(yán)重的城市依此是：太原、米蘭、北京、烏魯木齊、墨西哥城、蘭州、重慶、濟(jì)南、石家莊、德黑蘭。十個(gè)污染嚴(yán)重的城市中我國(guó)占了7個(gè)，北京名列第三，蘭州名列第六。2000年我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況2000年統(tǒng)計(jì)的338個(gè)城市中，36.5%的城市達(dá)到國(guó)家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，63.5%的城市超過(guò)國(guó)家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中超過(guò)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的有112個(gè)城市，占監(jiān)測(cè)城市的33.1%。城市空氣質(zhì)量總體上比1998年度好轉(zhuǎn)，達(dá)標(biāo)城市比例上升，超過(guò)三級(jí)的城市比例下降。2000年我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況47個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市中，27個(gè)城市空氣質(zhì)量達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，7個(gè)城市空氣質(zhì)量為三級(jí)，13個(gè)城市空氣質(zhì)量超過(guò)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2000年與1995年

廢氣中主要污染物排放狀況對(duì)比單位（萬(wàn)噸）

2002年我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況2002年，全國(guó)471個(gè)城市中，有209個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，占統(tǒng)計(jì)城市的44.37%，比2001年的33.43%增加11個(gè)百分點(diǎn)；比1998年的27.64%增加了16.7個(gè)百分點(diǎn)。2002年地級(jí)以上城市達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的占32.8%，比2001年的33.4%，略有下降。2002年我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況2002年城市空氣中二氧化硫平均濃度比2001年降低9.6%，比1998年降低了17.5%；2002年總懸浮顆粒物濃度比2001年和1998年分別下降了6.6%和10.5%。2002年我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況城市空氣質(zhì)量惡化的趨勢(shì)得到遏制，但空氣污染程度仍然嚴(yán)重，尤其是人口超過(guò)百萬(wàn)的特大城市污染較為嚴(yán)重。顆粒物是影響城市空氣質(zhì)量的首要污染物，53.5%的城市顆粒物濃度未達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。一九九八~二零零二年城市空氣質(zhì)量狀況

城市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)情況對(duì)比

城市空氣中主要污染物濃度變化趨勢(shì)

重點(diǎn)城市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)情況2002年全國(guó)47個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市中，有17個(gè)城市空氣質(zhì)量達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，比1998年的12個(gè)城市增加5個(gè)，比2000年的27個(gè)減少了10個(gè)；2002年劣三級(jí)的城市有11個(gè)，比1998年的20個(gè)減少了9個(gè)，比2000年的13個(gè)減少了2個(gè)。

大氣SO2濃度最高的城市狀況

中日兩國(guó)部分城市SO2濃度比較1998年全國(guó)降水PH等值線圖年萬(wàn)噸SO2我國(guó)SO2可能排放情況的預(yù)測(cè)我們的地球 地球已有45億年的歷史。 在其形成初期，地球被氫氣層包裹著，隨后氫氣消散，氣層充滿氦氣和二氧化碳等氣體，非常類似于今天觀測(cè)到的金星大氣和火星大氣。我們的地球大約38億年前，藻類及以后進(jìn)化出現(xiàn)的各種植物，通過(guò)光合作用，逐漸改變了大氣成分，使大氣中的二氧化碳?xì)怏w降低到目的濃度，約占大氣總含量的0.03％左右，而氧氣則增加到20％左右。地球環(huán)境才逐漸變得適合生命的產(chǎn)生和生存。我們的地球

太陽(yáng)系中，在已知的其它行星上還未發(fā)現(xiàn)生命的存在，地球是唯一的。我們的地球大約50億年前，當(dāng)金星逃離太陽(yáng)的時(shí)候，它與地球的大小和組成基本相同。今天，地球是一個(gè)藍(lán)色的海洋世界，并具有富含氧氣的大氣層和豐富的生命物資，而金星卻是一個(gè)無(wú)生命的世界，十分干燥的巖石被濃密的酸雨云籠罩著，表面熱得足以將鉛融化。這是由于金星被二氧化碳所籠罩。我們的地球最近幾十年來(lái)，地球日益變暖。地球?yàn)槭裁磿?huì)變暖？這是由于人類大量使用能源而放出的熱量使地球變暖的嗎？我們的地球人類一年使用的全部能源＝80億t石油＝331016kJ如果把這些熱量全部用于加熱海洋，僅僅可以使海水溫度上升610-5℃，即加熱一萬(wàn)年，海水溫度也只上升到1℃。地球變暖的原因到底是什么？人類使用能源一天所放出的熱量＝0.11016kJ；地球一天從太陽(yáng)獲得的熱量＝15001016kJ.地球變暖的原因到底是什么？太陽(yáng)射向地球的光約1/3被云層、冰粒和空氣分子反射回去；約25％穿過(guò)大氣層時(shí)暫時(shí)被大氣吸收起到增溫作用，但以后又返回到太空；其余的大約37％則被地球表面吸收。這些被吸收的太陽(yáng)輻射能大部分在晚間又重新發(fā)射到天空。地球變暖的原因到底是什么？如果這部分熱量遇到了阻礙，不能全部被反射出去，地球表面的溫度就會(huì)增加。單原子氣體和空氣、氫氣、氧氣、氮?dú)獾确肿咏Y(jié)構(gòu)對(duì)稱的雙原子氣體實(shí)際上并無(wú)發(fā)射和吸收輻射能的能力。它們可以看作是熱輻射的透明體。二氧化碳、水蒸汽、二氧化硫、甲烷、氟利昂（制冷劑）等三原子和多原子氣體則有相當(dāng)?shù)妮椛浜臀漳芰?。氣體對(duì)包括太陽(yáng)的各種熱輻射的特性上述氣體的輻射和吸收具有明顯的選擇性，即它們對(duì)某些波長(zhǎng)段有吸收和輻射能力，對(duì)該波長(zhǎng)段以外的則不吸收。（見圖1－某些氣體的吸收波段）氣體對(duì)包括太陽(yáng)的各種熱輻射的特性圖1某些氣體的吸收波段氣體對(duì)包括太陽(yáng)的各種熱輻射的特性 太陽(yáng)表面溫度約為6000K，輻射的最強(qiáng)波段為可見光部分，地球表面溫度為288K，地表輻射波段為紅外部分。從太陽(yáng)發(fā)射出來(lái)的可見光（短波輻射）被地球吸收并變成低溫后，向宇宙空間發(fā)射的是長(zhǎng)波的紅外線。CO2不吸收短波，只吸收長(zhǎng)波，于是，地球表面吸收的太陽(yáng)輻射就散不出去，從而使地表溫度升高，地球變暖。象CO2這類會(huì)使地球變暖的氣體就稱為溫室氣體（包括水蒸汽、SO2、甲烷、氟利昂等）。氣體對(duì)包括太陽(yáng)的各種熱輻射的特性溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)溫室氣體的來(lái)源

主要溫室氣體含量與來(lái)源結(jié)論由于人類大量使用化石燃料，其排放出的CO2等溫室氣體對(duì)輻射的選擇性和吸收特性是使地球變暖的主要原因。全球氣候變化工業(yè)化時(shí)代開始以來(lái)，僅僅約200年的時(shí)間，人類的活動(dòng)已使上層大氣發(fā)生變化。全球氣候變化在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里，由于燃燒化石燃料（石油、天然氣、煤）和砍伐森林，CO2含量已經(jīng)增加了25％；大氣中N2O也增加了1/3，它主要來(lái)自化石燃料的燃燒以及肥料脫氮和破壞森林所釋放的污染物質(zhì)；全球氣候變化甲烷在上層大氣中的含量也已增加了1倍，這主要由于油氣井的噴發(fā)，而森林和原野轉(zhuǎn)變成牧場(chǎng)和耕地，以及海洋捕撈活動(dòng)中產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物腐爛也起著作用。全球氣候變化20世紀(jì)要比19世紀(jì)的溫度平均高1℃。

溫度升高1℃，就必然會(huì)加熱大量的海水和空氣。從最近一次冰河期到現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)18000年地球才升高9℉（5℃），大約每千年平均升高半度。地球過(guò)去升溫最快的時(shí)候也只是每千年3.6℉（2℃）。全球氣候變化

但近代，僅在一個(gè)世紀(jì)里就升高1℃，實(shí)際上是加快了升溫的速度，比平均數(shù)快了20倍。全球氣候變化

地球變暖實(shí)際上是一種典型的全球性問(wèn)題。全球變暖既可能帶來(lái)對(duì)人類有利的影響，也可能帶來(lái)不利的后果。全球氣候變化目前，人們還無(wú)法定量地確定出全球變暖的前景及其影響，但地球氣候變暖帶來(lái)的南、北極冰山融化，海平面升高，全世界最發(fā)達(dá)的沿海陸地的淹沒(méi)所造成的災(zāi)害性的后果，將是無(wú)可置疑的。此外海平面升高還會(huì)使鹽水向河流倒灌，侵蝕河流使土地鹽堿化。海平面升高

Globalairtemperature

一百年間的海平面水位變化

海平面上升可能受到影響的地域圖4一百年間的海平面水位變化圖5海平面上升可能受到影響的地域全球氣候變化

全球CO2濃度變化及全球氣候變化的預(yù)測(cè)是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，是全世界各國(guó)科學(xué)家研究的重點(diǎn)課題。圖6全球氣候變化的計(jì)算流程圖全球氣候變化

目前至少已有幾十個(gè)研究報(bào)告給出了這方面的結(jié)果。經(jīng)管不同模式的計(jì)算結(jié)果不盡相同，但CO2濃度倍增會(huì)導(dǎo)致全球氣候的變暖這個(gè)趨勢(shì)還是一致的。CO2與全球變暖預(yù)測(cè)結(jié)果

10年內(nèi)，全球表面平均氣溫將上升

0.3K（0.2～0.5K），海平面將上升

6cm（3～10cm）。一旦CO2濃度增加到2倍，全球表面平均氣溫將上升1.5～4.5℃。

各國(guó)CO2的排放預(yù)測(cè)氣候變化對(duì)環(huán)境的影響地球表面變暖，在遠(yuǎn)離赤道的地方變化最顯著。雖然某些地區(qū)由于蒸發(fā)迅速和風(fēng)型改變會(huì)變得更干燥，但全球降雨量增加。沿海岸的亞熱帶出現(xiàn)更潮濕的季風(fēng)。在高海拔和高緯度地區(qū)更頻繁地出現(xiàn)更大的風(fēng)雪。在內(nèi)地，大陸中部地區(qū)出現(xiàn)較早的雪融和潮濕的春季，夏季漫長(zhǎng)且來(lái)得早，干旱更加頻繁。氣候變化對(duì)環(huán)境的影響在高緯度地區(qū)，農(nóng)業(yè)條件會(huì)更好些。由于海水的邊界向北移動(dòng)，因此海洋冰量減少。沿海海平面每世紀(jì)上升幾英尺。颶風(fēng)更頻繁、更強(qiáng)大，并向高緯度地區(qū)擴(kuò)展。森林火災(zāi)更頻繁、更嚴(yán)重。大量物種迅速滅絕。由于氣候的原因，人口死亡率增加。全球的碳循環(huán)碳循環(huán)碳是一切有機(jī)物的最重要和最主要的成分之一。地球上碳的主要賦存場(chǎng)所是大氣、土壤、生物體、海水、化石燃料（石油、天然氣、煤等），CO2是上述各個(gè)碳庫(kù)之間進(jìn)行碳的輸送和循環(huán)的主要形式。碳循環(huán)

作為生物主體的耗氧生物，通過(guò)呼吸作用將食物中的碳變成CO2

呼出體外，進(jìn)入大氣，而生物就以這種方式獲得生命活動(dòng)所需的能量。碳循環(huán)生物死亡后，體內(nèi)的一部分碳被微生物分解，仍以CO2的形式進(jìn)入大氣、土壤和海水，另一部分則保存下來(lái)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的地質(zhì)過(guò)程變成化石燃料。化石燃料的一部分被人類發(fā)掘利用，氧化、燃燒后生成CO2又進(jìn)入大氣。如此往復(fù)，形成全球的碳循環(huán)。碳循環(huán)自然界每年的碳循環(huán)數(shù)量是相當(dāng)可觀的，約占大氣總碳量的1/4，其中的一半是與陸地生物群落交換，另一半則通過(guò)物理和化學(xué)過(guò)程穿過(guò)海洋表面。碳循環(huán)陸地和海洋含碳量遠(yuǎn)大于大氣中的含碳量，它們很小的變化就會(huì)對(duì)大氣中CO2濃度產(chǎn)生很大影響。例如，存儲(chǔ)于海洋中的碳只要釋放2％，就將使大氣中的CO2含量增加1倍。碳循環(huán)森林是地球上最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，是全球碳循環(huán)的重要組成部分。全球森林植被和土壤中儲(chǔ)存的碳，低緯度森林占37％，中緯度森林占14％，高緯度森林占49％。碳循環(huán)

人類活動(dòng)對(duì)陸地碳循環(huán)有很大的影響。海洋占地球表面積約71％，是一個(gè)巨大的碳存儲(chǔ)庫(kù)，每年有20～30億t碳以CO2的形式進(jìn)入海洋。人類活動(dòng)造成的碳流向