中礦大能源與環(huán)境課件01緒論

能源與環(huán)境機電學院第一章緒論

從日常生活中必需的電、煤、氣、自來水等的供應，到交通運輸、通信等現(xiàn)代社會的一切活動都離不開它。能源為人類的生產(chǎn)和生活提供各種能力和動力的物質(zhì)資源，是國民經(jīng)濟的重要物質(zhì)基礎。能源的開發(fā)和有效利用程度以及人均消費量是生產(chǎn)技術(shù)和生活水平的重要標志。第一節(jié)人類的文明與能源一、人類文明發(fā)展與能源遠古時期人類開始用火來取暖、烹調(diào)、照明甚至通信，還將這種利用能量的技術(shù)應用到玻璃加工或制作裝飾品、陶藝等方而，從而開創(chuàng)了人類文明。人類發(fā)明了蒸汽機和內(nèi)燃機，所使用的燃料也是從草木轉(zhuǎn)變成為煤炭、石油和天然氣等。這些發(fā)明使機械能的利用多樣化，同時也使電能的生產(chǎn)成為可能。能源的使用領域得以進一步擴大，從交通運輸?shù)酵ㄐ诺阮I域，賜予了人類一切文明活動的動力，推動了人類文明的進步。由圖1可知，總能源消耗量的增長率高于人口的增長率。在世界總能源消耗量中，電能所占的比例在急劇增加。在21世紀高度信息化的社會里，如何確保所需的電力，是關(guān)系到人類文明存亡的重要課題。由圖2中從原點引出的直線可見，經(jīng)濟活動與人均一次能源消耗量之間是密切相關(guān)的。因此，能源消耗量取決于人口的增長和與日俱增的文明程度之積。二、人類文明與能源利用瓦特(JamesWatt1736~1819年)發(fā)明蒸汽機(1769年專利)蒸汽機作為動力的紡織機械誕生于18世紀，但蒸汽機作為船舶和機車的動力而普及直至19世紀。19世紀中葉雷諾(EtienneLenoirl822—1900年)發(fā)明了燃氣發(fā)動機19世紀中葉又發(fā)明了內(nèi)燃機，從而開發(fā)出了汽車在1903年由汽車工人萊特兄弟制造的發(fā)動機動力飛機試飛成功20世紀初，通過火力發(fā)電和水力發(fā)電生產(chǎn)的大量電能，再通過輸配電網(wǎng)絡，使各種各樣的用電產(chǎn)業(yè)獲得驚人的進步和發(fā)展

在20世紀50年代到70年代間，從煤炭文明到石油文明的能源革命

20世紀90年代，開始使用使用液化天然氣和液化石油氣作為汽車用燃料

發(fā)達同家一次能源消耗的40％是為轉(zhuǎn)換成電能

第二節(jié)能源一、能源的定義《科學技術(shù)百科全書》：能源是可從其獲得熱、光和動力之類能量的資源《大英百科全書》：能源是一個包括著所有燃料、流水、陽光和風的術(shù)語，人類用適當?shù)霓D(zhuǎn)換手段便可讓它為自己提供所需的能量我國《能源百科全書》：能源是可以直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換提供人類所需的光、熱、動力等任一形式能量的載能體資源。能源是自然界中能為人類提供某種形式能量的自然資源及其轉(zhuǎn)化物。

自然界在一定的條件下能夠提供機械能、熱能、電能、化學能等某種形式能量的自然資源叫做能源。

二、能源的意義能源在現(xiàn)代工業(yè)中占有重要地位。任何機器進行生產(chǎn)，都必需有足夠的能源供應作保證。能源和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的關(guān)系十分密切。在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)都要直接消耗能源；能源工業(yè)的發(fā)展水平將直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展?，F(xiàn)代化的交通運輸工具更離不了能源。能源在國防建設中具有重要作用。實現(xiàn)國防現(xiàn)代化必需依靠發(fā)達的能源工業(yè)。人民日常生活和公用事業(yè)也要消耗大量能源。三、能源分類

1、根據(jù)初始來源（一次能源）（1）是與太陽有關(guān)的能源。太陽能除可直接利用它的光和熱外，它還是地球上多種能源的主要源泉。目前，人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。

太陽每秒鐘輻射到地球上的能量相當于500多萬噸煤燃燒時放出的熱量；一年就有相當于170萬億噸煤的熱量，現(xiàn)在全世界一年消耗的能量還不及它的萬分之一。但是，到達地球表面的太陽能只有千分之一二被植物吸收，并轉(zhuǎn)變成化學能貯存起來，其余絕大部分都轉(zhuǎn)換成熱，散發(fā)到宇宙空間去。

（2）與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源

從地面向下，隨著深度的增加，溫度也不斷增高。地熱能資源總量相當于世界年能源消費量的400多萬倍。

（3）與原子核反應有關(guān)的能源

這是某些物質(zhì)在發(fā)生原子核反應時釋放的能量。原子核反應主要有裂變反應和聚變反應。目前在世界各地運行的440多座核電站就是使用鈾原子核裂變時放出的熱量。

（4）與地球一月球一太陽相互聯(lián)系有關(guān)的能源

地球、月亮、太陽之間有規(guī)律的運動，造成相對位置周期性的變化，它們之間產(chǎn)生的引力使海水漲落而形成潮汐能。2．根據(jù)利用能源的形態(tài)

可將能源分成一次能源和二次能源兩類：一次能源是指自然界中本來就有的各種形式的能源。一次能源可按其初始來源的不同劃分為上述的4類。由一次能源經(jīng)過轉(zhuǎn)化或加工制造而產(chǎn)生的能源稱為二次能源，如電力、氫能、石油制品、煤制氣、煤液化油、蒸汽和壓縮空氣等。

3．根據(jù)能否從自然界中得到補充

分為可再生能源和不可再生能源：太陽輻射能、水能、生物質(zhì)能、風能、潮汐能、海洋熱能和波浪能等都是能不斷地再生和得到補充的能源，被稱為可再生能源；煤炭、石油、天然氣等化石燃料和鈾、釷等核燃料，無法得到補充，總有一天會枯竭，它們被稱為不可再生能源

4．根據(jù)應用范圍、技術(shù)成熟程度及經(jīng)濟性

分為常規(guī)能源和新能源兩大類。常規(guī)能源是指那些技術(shù)上比較成熟，已被人類廣泛利用，在生產(chǎn)和生活中起著重要作用的能源。例如煤炭、石油、天然氣、水能和核裂變能等。在今后一個相當長的時期內(nèi)，它們?nèi)詫问澜缒茉次枧_上的主角。

新能源是相對于常規(guī)能源而言的，泛指太陽能、風能、地熱能、海洋能、潮汐能和生物質(zhì)能等。新能源的能量密度較小，或品位較低，或有間歇性，按已有的技術(shù)條件轉(zhuǎn)換利用的經(jīng)濟性尚差，還處于研究、發(fā)展階段,只能因地制宜地開發(fā)和利用；新能源大多數(shù)是再生能源。資源豐富，分布廣闊，是未來的主要能源之一。

第三節(jié)當前我國及世界能源狀況

一、中國能源發(fā)展現(xiàn)狀

1.中國能源資源

化石能源是中國的主要能源，約占中國目前能源消費總量的93%。在化石能源中，按探明可采儲量比較，中國煤炭儲量占世界第3位，石油占第11位，天然氣占第21位。

表1-2中國化石能源探明可采儲量能源資源量探明地質(zhì)儲量探明可采儲量目前全國探明可采儲量的比例%（按同等發(fā)熱量）煤炭/億噸5570010421204092.7石油/億噸1021213615.9天然氣/萬億立方米47.62（估算）2.561.641.4中國煤炭資源的特點是：已發(fā)現(xiàn)資源總量最大、品種齊全，但地區(qū)分布不均勻、優(yōu)質(zhì)環(huán)保型資源少、勘探程度低、可供開發(fā)的經(jīng)濟可采量少。

煤炭資源地理分布特：北煤多于南煤。秦嶺—大別山以北煤炭保有儲量約占全國的90%，集中分布在晉陜蒙三?。▍^(qū)）；秦嶺—大別山以南煤炭儲量只占全國的約10%，集中分布在貴州和云南?。晃髅憾嘤跂|煤。經(jīng)濟相對落后的西部地區(qū)的煤炭儲量占全國煤炭儲量的61.75%；經(jīng)濟較發(fā)達東部地區(qū)的煤炭儲量約占全國保有儲量的38.25%；中國經(jīng)濟發(fā)達的東部十省市（包括北京、遼寧、天津、河北、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東）擁有的煤炭儲量，僅占全國煤炭儲量的5.05%。2、石油資源

截至2000年底，全國124個有勘探價值的盆地總計石油資源量為1021億噸。可采資源高值為123.8億噸，低值為99.7億噸。主要分布在東部的平原地區(qū)，西部的沙漠、戈壁、黃土高原地區(qū)和近海海域區(qū)。

3、天然氣資源

截至2000年底,全國探明天然氣儲量25557.25億立方米，天然氣可采儲量16402.05億立方米，平均采收率為64.2%。4、水能資源及其他中國水能資源，無論是理論蘊藏還是可開發(fā)量，均是世界五個主要水能資源豐富國家之一。全國平均水資源總量為2.81萬億立方米，其中可開發(fā)利用量約為9000億立方米左右?？晒┌l(fā)電的技術(shù)開發(fā)量平均每年為1.92萬億瓦時。2000年水力發(fā)電量為2224億千瓦時，僅占可供發(fā)電量的很小一部分?？晒┌l(fā)電的水能資源地域分布非常不均勻，主要集中在西南地區(qū)，占全國總量的67.8%，其次為中南地區(qū)和西北區(qū)，分別占15.5%和9.9%，東北、華東和華北地區(qū)僅占1%~3%中國的鈾資源居世界的第9位，儲量超過10萬噸，現(xiàn)有經(jīng)濟可采儲量可保證1000萬千瓦核電站運行30年。今后要加強核電站建設，需要考慮燃料的多元途徑供給。

二、中國能源生產(chǎn)與消費狀況

2002年全國一次能源消費總量達到14.08億tce（噸標準煤），比1980年的6.03億tce翻了一番多。成為排在美國之后的一次能源第二大消費國，占世界一次能源消費總量的10.6%。能源消費增長速度遠低于GDP總值的增長，年增長率為4.2%中國在世界能源中的份額

人均能耗與世界比較

近幾年中國煤炭消費

中國石油消費量已由1995年的1.61億噸增加到2001年的2.28億噸。年均增長率5.65%。石油在一次能源消費結(jié)構(gòu)中的比例相應地已由1995年17.5%增長到2001年的24.3%。中國石油消費中遇到的主要問題是石油的供不應求。中國自1993年成為石油凈進口國，到2000年，石油凈進口量已達6960萬噸，石油進口依存度為30%。

天然氣生產(chǎn)與消費：據(jù)《2001年中國能源發(fā)展報告》，“九五”期間，中國天然氣產(chǎn)量迅速增加，由1995年的179.47億立方米增加到2001年294.00億立方米。年均增長率高達8.67%，水資源的開發(fā)與利用2000年中國水力發(fā)電量2224億千瓦時，僅達到經(jīng)濟可開發(fā)水能水能程度的17.6%，遠遠低于水能資源豐富的發(fā)達國家水平。中國水能資源主要分布在西部，大規(guī)模的開發(fā)利用必須“西電東送”，需要發(fā)展遠距離、超高壓輸變電技術(shù)，還需要考慮季節(jié)徑流量變化引起的季節(jié)性電能波動和水庫建設引起的淹沒損失。近期大規(guī)模開發(fā)利用還受到一定的限制。

第四節(jié)環(huán)境一、環(huán)境的內(nèi)涵狹義上的環(huán)境：包括非生物環(huán)境，如土壤、光照、溫度、濕度、空氣和水份等，還包括生物環(huán)境，如生物同種個體之間和不同種生物之間的競爭、捕食與被捕食、寄生與被寄生之間的關(guān)系等。廣義的環(huán)境：我們把圍繞著某一有生命主體的外部世界統(tǒng)統(tǒng)稱之為環(huán)境。相對于人這一主體而言的外部世界，就是人類的生存環(huán)境。在《中華人民共和國環(huán)境保護法》明確指出；大氣、水、土地、礦藏、森林、草原、野生動物、野生植物、水生生物、名勝古跡、風景游覽區(qū)、溫泉、療養(yǎng)區(qū)、自然保護區(qū)等各種自然因素的總和。環(huán)境就是相對于某一類生命主體（群體或個體）周圍的外部條件總和，包括主體的生存空間、維持生命活動的能量和物質(zhì)以及對其產(chǎn)生影響的各種直接或間接因素。具體的內(nèi)涵視中心體的不同而有別。對于人類社會的生存和發(fā)展而言，環(huán)境包括自然環(huán)境和人工環(huán)境。前者可以概括為生物圈、大氣圈、水圈和巖石圈及其運動的影響，后者指人類自身活動所形成的物質(zhì)、能量、精神文明、各種社會關(guān)系及其產(chǎn)生的作用。二、環(huán)境的功能和和基本特征1、環(huán)境的功能（1）為人類生存提供所需要的資源（2）具有調(diào)節(jié)功能環(huán)境是變化著的動態(tài)系統(tǒng)和開放系統(tǒng)，在一定的時空尺度內(nèi)，環(huán)境的輸入和輸出是相等的，是一個動態(tài)的平衡過程，人們稱之為環(huán)境平衡或生態(tài)平衡。當外部的輸入大于輸出時，在一定的強度下，系統(tǒng)可通過自我調(diào)節(jié)的能力使環(huán)境的正常功能不被破壞，這就是環(huán)境系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能的作用，或稱為環(huán)境的自凈作用。（3）環(huán)境的服務功能。環(huán)境是生命的支持系統(tǒng)，如森林、草地、海洋、河流、湖泊等。它們對人類的貢獻不僅僅是提供著大量的食物、藥材、各類生產(chǎn)和生活資料，而且還為人類提供著許多服務，如氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、減緩災害等，生態(tài)系統(tǒng)的這些服務功能是人類自身所不能替代的（5）文化功能人類社會的進步是物質(zhì)文明和精神文明的統(tǒng)一，同時也是人與自然和和諧的統(tǒng)一。人類的文化、藝術(shù)素質(zhì)是對自然環(huán)境生態(tài)美的感覺和反應2、環(huán)境的特征（1）環(huán)境的整體性環(huán)境是一個系統(tǒng)，自然環(huán)境的各要素間存在著緊密的相互聯(lián)系、相互制約的關(guān)系。局部地區(qū)的污染可帶來全球的危害，例如，河流上游的污染就威脅著下游居民的安全，瑞典酸雨中有鄰國大氣污染的貢獻，南極的企鵝體內(nèi)也有DDT的積累。（2）環(huán)境資源的有限性由于受各種因素（如生存條件、繁衍速度、人類獲取的強度等）所制約，在具體時空范圍內(nèi)，對人類來說各類資源都不可能是無限的（3）環(huán)境的差異性（環(huán)境的區(qū)域性）這是自然環(huán)境的基本特征，由于緯度的差異，地球接受的太陽輻射能不同，熱量從赤道向兩極遞減，形成了不同的氣候帶。即使是同一緯度，因地形高度的不同，也會出現(xiàn)垂直帶性差異。（4）環(huán)境的變動性和穩(wěn)定性變動性是指環(huán)境要素的狀態(tài)和功能始終處于不斷的變化中，環(huán)境的變動性就是自然的、人為的或兩者共同作用的結(jié)果。但在一定的時間尺度或條件下，環(huán)境又有相對穩(wěn)定的特性。（5）危害作用的時滯性自然環(huán)境一旦被破壞或被污染，許多影響的后果是潛在、深刻和長期的。三、環(huán)境的分類按照研究對象的范圍、特性和從屬關(guān)系而劃分為以下三個層次：1、全球環(huán)境隨著科學技術(shù)的發(fā)展、生產(chǎn)力的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴大，人類的許多活動已對地球的環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生了影響，地球環(huán)境系統(tǒng)的質(zhì)量變化已成為現(xiàn)代環(huán)境科學研究的重要對象和領域。2、區(qū)域環(huán)境是環(huán)境差異性的地域體現(xiàn)。這種差異使人類與環(huán)境間的關(guān)系也隨之不同，人類對環(huán)境利用和改造的方式、程度、規(guī)模、性質(zhì)及后果也有所區(qū)別，因而造成的“環(huán)境問題”和解決對策也就不同。3、聚落環(huán)境是人類有目的、有計劃創(chuàng)造出來的以人工環(huán)境為主的環(huán)境，它既是人類聚居的地方，也是人類生產(chǎn)活動的中心。這類環(huán)境又可細分為院落環(huán)境、村落環(huán)境和城市環(huán)境。是形成許多“環(huán)境問題”產(chǎn)生的根源，一些重大“公害”都發(fā)生在聚落環(huán)境中。因此，它是環(huán)境科學十分關(guān)注的研究領域。四、人類對自然環(huán)境的作用1、推進社會的不斷發(fā)展的同時又能保護自然環(huán)境，使其變得越來越好2、不斷地向環(huán)境施加各種干擾和壓力，包括造成的污染和生態(tài)破壞，使自然環(huán)境的功能下降，甚至制約社會經(jīng)濟的發(fā)展，威脅人類的生存五、經(jīng)濟、能源、環(huán)境（3E）三者之間的關(guān)系（一）經(jīng)濟與環(huán)境1、環(huán)境是經(jīng)濟發(fā)展的基礎根