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1、1,能源与环境,2,一.世界能源消费情况,3,世界能源的消耗呈逐年增加的趋势 石油是现代世界上消耗最多的能源,课本232，表10-1、10-2、图10-1,世界能源生产增长率大于人口增长率 发达国家的能源消耗占世界的绝大部分 在不同的历史阶段，能源结构具有明显的变化 能源消费增长同经济发展之间有一定的关系,2002年美国人口只占世界人口的4.6%，但能源的消耗却占世界的24.4%,4,我国能源的探明储量和生产情况,5,6,能源消费弹性系数=能源消费年平均增长率/国民生产总值年平均增长率,我国能源的消费情况,能源丰富而人均消耗量少 能源构成以煤为主 燃煤严重污染环境 农村能源供应短缺，以生物质能
2、为主,1997年我国人均能耗仅为1.165吨标准煤，世界人均为2.4吨标准煤。北美为10吨。预计我国2050年将达到2.38吨标准煤。,7,1.能源的基本概念与分类,能源：指提供能量的自然资源，是机械能、热能、化学能、原子能、生物能、光能等的总称 。,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、天然气、水力、风力、铀、植物燃料、太阳能、地热、潮汐能等,由一次能源直接或间接转化为的人工能源，如电力、汽油煤油。柴油、重油、焦炭、煤气、沼气等称为二次能源。,二、能源的利用,8,能源分类,9,2.1 煤,煤是地球上储量最多的化石燃料。 煤的类型主要有泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤，其煤化程度依
3、次增高。,10,不同类型煤的性质,11,12,泥炭化(或腐泥化)作用：在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物残体转变成泥炭或腐泥的过程，这一阶段以生物化学变化为主。 煤化作用：是成煤作用的第二阶段，以物理化学作用为主。煤化作用包括成岩作用和变质作用两个阶段。成岩作用以压力为主，使泥炭被压实、脱水、固结而转变成褐煤；变质作用以温度为主，压力为副，使褐煤转变成烟煤、无烟煤。无烟煤进一步变质而转变成石墨，但这已不属煤化作用的范畴。在煤化过程中，煤的化学组成、工艺性质、物理性质和煤岩特征等都发生一系列变化。随着煤化程度的加深，碳含量增加，氧、氢含量减少，颜色由褐色变为深黑、灰黑至钢灰色，光泽由弱
4、变强等。,13,主要是碳、氢，还含有少量氧、氮、硫。 S-几乎所有煤中都含有硫，即使陕西神木的出口优质煤仍含 0.280.45%的硫，南方某些煤藏中含硫量高达10%。这就意味着每燃烧1吨这类煤，将会产生近200kg SO2。 N-煤燃烧时，所含的氮几乎全部转变为NO和NO2。是大气污染的重要成分之一。 P-我国西南地区的煤以含磷为特点，有的煤矿层中夹有磷矿层，因此所采的煤含有较多杂质磷，燃烧中会产生磷的氧化物，是西南地区酸雨危害严重的原因之一。 灰分-煤中的灰分主要是一些不能燃烧的矿物性杂质，含有钙、镁、铁、铅、硅和微量或痕量砷、钡、铍、铅、汞、锌等矿物杂质，也含有放射性元素。,14,煤的开采
5、与环境,在开采地区，剥离大量表土和岩石，产生断裂和塌陷。 采煤过程中产生大量废水，污染水体和土壤。 矿区以煤为燃料，大气污染严重。 煤矸石占用大量土地。,15,煤的气化和综合利用,通常煤作为一次能源直接燃烧利用。世界总发电量的47来自燃煤的火力发电。我国的煤炭在一次能源消费中的比重始终维持在70上下。,把煤转化为气体燃料或液体燃料,转化为化工产品,加以综合利用,从而提高热效率和经济效益,并防止污染和减轻运输负担。,目前的趋势,16,2.2 石油,石 油 的 组 成 和 分 类,原油及其加工所得的液体产品总称为石油。石油是碳氢化合物的混合物，其碳和氢分别占8487和1214，主要成分为烷烃、环烷
6、烃和芳香烃。除纯烃类成分之外，原油中还有氮、氧、硫等有机杂环化合物。石油中还含有微量的V、Ni、Fe、Al、Ca、Na、Mg、Co、Cu等金属元素 。,17,据统计，每年通过各种渠道泄入海洋的石油和石油产品，约占全世界石油总产量的0.5%，倾注到海洋的石油量达200万吨1000万吨，由于航运而排入海洋的石油污染物达160万吨200万吨，其中1/3左右是油轮在海上发生事故导致石油泄漏造成的。我国海上各种溢油事故每年约发生500起，沿海地区海水含油量已超过国家规定的海水水质标准2倍8倍，海洋石油污染十分严重。,石油对海洋的污染,18,2.3 天然气,天然气的主要成分是甲烷，但也含有相对分子质量较大
7、的烷烃，如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等。还含N2、H2、SO2和H2S等，有时还有稀有气体氦、氩等。,清洁 方便 高放热,化石燃料中天然气是一种最佳能源 是仅次于氢能的最干净的能源,19,3.非矿物燃料能源,3.1 水力,讨论：水力发电的优点和对环境的影响,20,3.2 核能,核电站长期的经济效益明显 核电站安全可靠 核电站对环境影响比燃烧煤、石油电站要小，是清洁的能源 考虑到化石燃料的枯竭及其综合利用价值，核燃料必将成为主要的载能体,21,中国在20世纪80年代中期开始建设核电站，最初的两座核电站分别坐落于浙江的秦山和广东的大亚湾。目前中国共有座核电站，9台核电机组投入商业运行，台在建。中国核电
8、发电量占全国总发电量的2.3%。,小资料,22,4 新型能源,4.1 太阳能,23,24,利用太阳能的三种方式,太阳能直接转换成热能 太阳能发电 太阳能直接转换成化学能,关键设备是集热器,太阳能电池 太阳能电站,25,平板型集热器,抛物面型反射聚光器,26,27,西藏措美县哲古镇光伏电站,该电站装机容量130千瓦 ，为当地514户、近4000名牧民解决了用电难问题,28,深圳市国际园林花卉博览园的太阳能光伏电站 ，2004年8月建成，电站总容量达1兆瓦 ，年发电能力约为100万千瓦时 ，是亚洲最大的太阳能光伏电站,西藏安多100kw光伏电站 ，安多县地处海拔4800米的青藏高原，使之成为世界上
9、海拔最高的大型光伏电力系统,在太阳能方面，我国政府制定实施了“中国光明工程”计划。计划到2010年，利用光伏发电技术解决2300万边远地区人口的用电问题。,29,4.2 生物能源,生物质能:指由太阳能转化并以化学能形式贮藏在生物质中的能量。,全世界每年植物所储存的能量，如按人平均，相当于目前世界上各种商品能源人均消耗量的十多倍，如折合成标准煤约为20-30t。因此，利用生物质能就是间接的利用太阳能。,生物质能利用方式： 常见模式：薪柴、木炭、沼气等 新趋势：能源树、从植物中提取酒精代替石油、丛粒藻,30,生物能-沼气,沼气灯,沼气炉灶,沼气的综合利用,沼气成分,沼气发电,31,沼气的形成过程,
10、32,影响沼气产量的因素,温度 密封、缺氧 pH6.7-7.0 保持适当的碳氮比,高温发酵50-55 中温发酵30-35 常温发酵10-30,氮不足，会产生硫化氢气体，氮太多，则产生氨而抑制甲烷的生成。,33,其它的新型能源 地热能 核聚变能 氢能 潮汐能 风能,34,5.电能生产对环境的影响,5.1火力发电对环境的影响,火力发电采用的燃料主要是煤炭、石油或天然气。火力发电过程中燃料燃烧大约将88%的化学能转换为热能，并将热能传递给水管中的水，使之加热蒸发，水蒸气通过蒸汽管流向涡轮机并冲击叶片转动，涡轮机可把46%的热能转换成机械能，发电机能将所得到的机械能的99%转换成电能，然后通过输出系统将电能输送到用户。也就是说，只有40%的热能转化为电能。,冷却水 热辐射,热污染,35,火力发电采用煤为燃料，排向环境的污染物量大的，主要是烟尘、炉渣、SO2、NO； 若采用石油为燃料，则污染物主要是SO2、NO2； 天然气为燃料，污染物主要是NO2。,火力发电排污量大小依次为：煤、石油、天然气。,全国90的二氧化硫排放，大气中70的烟尘是燃煤造成的,36,5.2核能发电对环境的影响,37,6.解决能源与环境问题的途径,提高能源利用率 形成合理的能源结构 改革城乡能源政策,我国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.3、欧盟的16.8。,
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