能源与环境问题

能源与环境一、能源的类型二、世界能源现状三、能源利用的危机四、新能源的开发利用五、我国能源现状一、能源的类型能源一次能源二次能源常规能源新能源可再生能源不可再生能源可再生能源不可再生能源思考：可再生能源？如何界定是否可再生？（一）、按其来源分：1、太阳能。除太阳的辐射能之外，煤炭、石油、天然气（光合作用植物使生长）、风能等都间接来自太阳能。2、地球自身产生的能量。地热能，水势能（由地球引力产生）原子核能（核燃料存在于地球自然界）3、星球间的相互作用产生的能量。由月球、太阳等天体对地球的引力而产生的能量，如潮汐能。（二）、按其是否可再性分：1、可再生能源：沼气、乙醇、氢气、柴草。水能也属于再生能源（如葛洲坝水电站和三峡水电站，只要长江水不干涸，发电也就不会停止）。2、不可再生能源：化石能源——石油、煤、天然气。（三）、按自然界中是否存在分：1、一次能源：石油、煤、天然气、地热、潮汐、太阳能等。指在自然界现成存在的，可以直接取得且不必改变其基本形态的能源。2、二次能源：油、柴油、煤气、焦炭、电力、等。由一次能源经过加工或转换得到的另一种形态的能源。（四）、按使用的频率分：1、常规能源：煤炭、石油、天然气、柴草、水能（利用水能发电）等都属常规能源（也叫传统能源）。就是指已经大规模生产和广泛利用的能源。2、非常规能源（新能源）：核能、聚变能、氢能、乙醇汽油、可燃冰等。指以新技术为基础，系统开发利用的能源。（五）、按对环境的影响分：1、环保型能源（清洁能源）：太阳能、风能、水能（潮夕能、水势能）、氢能、天燃气、乙醇等。2、非环保型能源：煤、石油。风力发电机太阳能热水器二、世界能源生产现状世界能源结构世界能源消耗趋势历史上，伴随着新的化石资源的发现和大规模开采与应用，世界的能源消费结构经历了数次变革。18世纪的以煤炭替代柴薪。19世纪中叶煤炭已经逐渐占主导地位。20世纪20年代，随着石油资源的发现与石油工业的发展，世界能源结构发生了第二次转变，即从煤炭转向石油与天然气。20世纪60年代，石油与天然气已逐渐称为主导能源，动摇了煤炭的主宰地位。20世纪70年代以来两次石油危机的爆发，开始动摇了石油在能源中的支配地位。以此同时，大部分化学能源的储量日益减少，并伴随着许多环境污染问题。能源结构的变迁而人类对能源的需求却在与日俱增。例如主要能源形式之一的电力消耗逐年增加。根据统计，人口若每30年增加一倍，电力的需求量每八年就要增加一倍。于是，20世纪末，能源结构开始经历第三次转变，即从以石油为中心的能源系统开始向以煤、核能和其它再生能源等多元化的能源结构转变。特别是随着时间的推移，核能的比例将不断增长，并将逐步替代石油和天然气而成为主要的大规模能源之一。能源结构的变迁三、能源利用面临的危机•危机之一：环境恶化•危机之二：化石燃料的耗竭（一）化石燃料利用对环境的影响•1、大气污染物浓度上升，酸雨、烟雾增加•2、温室效应加重，全球气候变暖•3、石油开采和运输影响生态环境化石燃料的燃烧使大气和水资源遭受严重污染。大气中主要的五种污染物是：氮氧化物（如NO与NO2）、二氧化硫（SO2）、各种悬浮颗粒物、一氧化碳（CO）和碳氢化合物（如CH4、C2H6、C2H4等）。目前世界上最严重的大气污染来自化石能源燃烧造成的大气中二氧化碳量的增加。带来的主要后果是：酸雨、温室效应和臭氧层破坏。其来源主要有三个方面：①煤、石油等化石燃料的燃烧；②汽车排放的废气；③工业生产（如各种化工厂、炼焦厂等）产生的废气。而其中燃烧化石燃料的火力发电厂是最大的固定污染源。（一）化石燃料利用对环境的影响世界CO2排放量统计（1995年）国名排放量（百万吨）人均（吨/人）百分比美国5228.5219.8823.7中国3006.772.5113.6俄罗斯1547.8910.447.0日本1150.949.175.2德国884.4110.834.0印度803.000.863.6英国564.849.642.6煤炭开发对环境的影响煤炭开采量的增加，首先破坏了隔水层，使得煤层上下水贯通；其次，矿坑水的排放疏干了煤层以上的地下水，破坏了上部所有的蓄水构造。另外，采空面积的扩大造成地面大面积的裂缝和塌陷，改变了地表水、地下水的径流、补给与排泄条件，对水资源也产生了极大影响。采一吨煤至少漏一吨水，大规模煤炭开采导致河川径流减少、地下水位下降、土地塌陷，造成饮水工程破坏和农村的饮水困难。（二）能源供应危机今天的世界人口已经突破60亿，比上个世纪末期增加了2倍多，而能源消费据统计却增加了16倍多。无论多少人谈论“节约”和“利用太阳能”或“打更多的油井或气井”或者“发现更多更大的煤田”，能源的供应却始终跟不上人类对能源的需求。当前世界能源消费以化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部分则是以石油与天然气为主。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。常规能源可利用年限预测（自2000年）（二）能源供应危机在校园里我们可从哪些方面节能？对策：替代能源的开发利用核能可再生能源四、新能源的开发利用（一）核能（二）水电（三）太阳能（四）其他能源：如地热，生物质能等；（一）核能核能是一种可持续的新能源。核能的和平利用是开发和利用新能源，实现能源与环境可持续发展的重要措施之一。利用核能进行发电的电厂称为核电站。简单说，核电站是用核燃料代替煤等有机燃料来发电或者供热，燃烧核燃料的原子锅炉称为反应堆。现有核电站所用的核燃料，在地球中的储量，按能量计量是有机燃料燃烧的能量的20倍，且核发电没有火力发电对环境的污染。核裂变(nuclearfission)链式反应(NuclearChainReaction)核聚变(Nuclearfusion)2H3H核能利用的诞生1939年梅特纳在研究铀核裂变时发现，当把裂变碎片的原子量相加起来时，发现其和并不等于铀的原子量，而是小于铀的原子量。弗里施在做用中子轰击铀的实验中，观察到每当中子击中铀核时，异常巨大的能量几乎把测量仪表的指针逼到刻度盘以外。铀核分裂产生的这个能量，比相同质量的化学反应放出的能量大几百万倍以上。梅特纳认为在核反应过程中，发生了质量亏损，这个质量亏损的数值正相当于反应所放出的能量，并且根据爱因斯坦的质能关系式算出了每个铀原子核裂变时会放出的能量。爱因斯坦的这个质能关系正确地解释了原子能的来源。就这样，人们发现了“原子的火花”，一种新形式的能量。这个能量就是原子核裂变能，也称核能或原子能。但当时，人们只注意到了释放出惊人的能量，却忽略了释放中子的问题。稍后，哈恩、约里奥·居里及其同事哈尔班等人又发现了更重要的一点，也是最引人注目的一点，就是：在铀核裂变释放出巨大能量的同时，还放出两、三个中子来。一个中子打碎一个铀核，产生能量，放出两个中子来；这两个中子又打中另外两个铀核，产生两倍的能量，再放出四个中子来……。以此类推，这样的链式反应，持续下去，宛如雪崩，势不可挡。这意味着：极其微小的中子，将有能力释放沉睡在大自然界中几十亿年的物质巨人。核能利用的诞生核能(nuclearenergy)•1945:第一颗原子弹爆炸•1951:第一座核电站建成•目前，31个国家拥有439座核电站，供应17%的世界电力．1945年8月6日美国向日本广岛投下原子弹。此弹重4082公斤，弹长3.05米，弹径0.711米，装料为10公斤铀235，当量为1.25万吨，因为该弹细长，被称为“小男孩”。原子弹造成了死亡7.1万人，伤6.8万人，遭到破坏的总面积达12平方公里，破坏建筑物5万余所。在距离爆炸地点约200米的半径内，高温及炫目的光线使周围的一切东西被烧毁或者褪了颜色，强烈的冲击波把烧焦的人体和物体溅到墙壁上。一座繁荣的城市瞬间变成了烟雾弥漫的废墟。1945:第一颗原子弹爆炸原子弹“小男孩”核能和平利用历程核能的和平利用始于上世纪50年代初期。1951年美国利用一座生产钚的反应堆的余热试验发电，电功率为200千瓦。1954年，苏联在莫斯科附近的奥布宁斯克建成了世界上第一座核电站，输出功率为5000千瓦。于是，人类开始了和平利用原子能的历史。之后，英国和法国相继建成一批生产钚和发电两用的气冷堆核电站，美国利用其核潜艇技术建成了电功率9万千瓦的第一座压水堆核电站。那时，各有核国家在抓紧核武器竞赛的同时也竞相建造核电站。至上世纪70年代中期进入了发展核电站的高潮，那时核电站增长的速度远高于火电和水电。前苏联、美国、法国、比利时、德国、英国、日本、加拿大等发达国家相继建造了大量核电站．核能和平利用历程我国自80年代开始，设计和建造核电站，自行设计的秦山核电站于1991年并网发电。同年大亚湾核电站并网发电。到目前为止，中国大陆正在运行和建设的共有11台核电机组，到2005年，我国核电在役装机容量将达到870万千瓦，核发电量将占全国总发电量的3%左右。国际经验表明，核电是一种经济、安全、可靠、清洁的能源，大规模核电的发电成本低于煤电。根据国际原子能机构发布的数据，截止2002年底，全世界共有441台核电机组在运行，总装机容量为3.6亿千瓦。核电约占全世界电力供应的17%。目前核电已有几十年的发展历史，核电已成为一种成熟的能源。应当指出，核能发电具有以下有优点：（１）核能是干净清洁的能源核能发电可以使燃煤用量迅速减少，使SO2和CO2等大气污染物排放减少。如美国，从1975年到1995年，20年间因为发展核电，而减少排放16亿吨CO2和6500万吨SO2。法国已把核电作为国民经济主要能源。核电站占全法国发电量的78%，法国能有一个清洁的空气环境，其中有法国发展核电的作用。由于核电站并不排放火电厂燃烧化石燃料所产生的有害气体，不会造成“温室效应”，所以与火电厂相比，它能大大改善环境质量，保护人类赖以生存的生态环境。在国外，核电站周围有人居住、游泳、放牧、钓鱼；有的核电站位于大城市附近，有的位于游览区。所以，核电站更有利于保护环境。（１）核能是干净清洁的能源此外，核电站严格遵守国际标准，对人民生活不会产生有害影响。核电站的三废治理与主体工程同时设计，同时施工，同时投产。其原则是尽量回收，把排放量减至最小。核电站的固体废物完全不向环境排放；放射性液体废物转化为固体也不排放；象工作人员淋浴水、洗涤水之类的低放射性废水，经处理、检验，合格后排放；气体废物经滞留衰变与吸附、过滤后向高空排放。所以，核电站实际排放的放射性物质量远低于标准规定的允许值，不会对人的生活与工农业生产带来有害影响。（２）核能是用之不完的能源核能储量丰富，世界上已探明的裂变燃料已足够使用到聚变能时代。而聚变燃料能供人类使用上千亿年。有些能源专家乐观地认为，只要解决了核聚变技术，人类就可从根本上解决能源问题。（３）核能是经济的能源世界上有核电国家的多年统计资料表明，虽然核电站的比投资高于燃煤电厂，但由于核燃料成本显著低于燃煤成本，以及燃料是长期起作用的因素，这就使得世界上目前核电站的总发电成本低于燃煤电厂。（４）核能是安全的能源必须强调的是，核能是一种可靠而安全的能源。核电站的基本设计和管理原则是安全第一，针对所有。设计良好，管理完善的核电站不会发生核废物泄漏污染环境的事件．切尔诺贝利核事故•10秒发生•~10天得到控制1986年，前苏联切尔诺贝利核电站发生重大爆炸后，不少人对核电站的发展和建设忧心忡忡，生怕再发生核电站爆炸事故（注意：该事故并非是核爆炸，而是超压爆炸）。实际上，现在的核电站在设计时充分考虑了核安全问题，从设计原理上彻底避免了发生类似电站爆炸事故的可能性。为了防止核泄漏，现代的核电站采用了多道防护措施，使发生重大核泄漏事故的概率降低到10－5～10－６/堆年。因此，核电被称为是“最新式、最干净、最方便、最安全、成本最低”的可持续能源，是目前唯一现实的、可大规模替代化石燃料的能源。作为一种新能源，核能的和平利用，特别是核能发电在世界范围内发展非常迅速。美国原子能委员会主席路易斯·施特劳斯曾夸口说：“我