第四章能源與環(huán)境

第四章能源與環(huán)境主要內(nèi)容一、能源概述二、能源利用對(duì)環(huán)境的影響三、開發(fā)利用新能源1思考題：1.什么是一次能源、二次能源？2.中國(guó)能源領(lǐng)域特點(diǎn)？3.未來的新能源供應(yīng)主要有哪些？21能源的定義和分類能源----是指可能為人類利用以獲取有用能量的各種來源。能源分類：一次能源—是從自然中直接得到的天然能源。二次能源—由一次能源加工、轉(zhuǎn)換得到。常規(guī)能源—被廣泛利用的能源。新能源—尚未被人們廣泛利用而正在研究以便推廣應(yīng)用的能源。清潔能源和污染型能源。一、能源概述3能源一次能源二次能源：可再生能源：水力不可再生的能源：煤、石油、天然氣核裂變?nèi)剂闲履茉闯Ｒ?guī)能源可再生能源：太陽能、生物能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮懿豢稍偕哪茉矗汉司圩兡芑痣?、焦炭、煤氣、沼氣、蒸汽熱水、汽油、柴油、重油等能源分類圖示42當(dāng)前世界能源的消耗情況第一，傳統(tǒng)的礦物燃料仍將是能源生產(chǎn)消費(fèi)的主體。礦物燃料開發(fā)利用的技術(shù)比較成熟，并已經(jīng)系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化；世界能源需求在2020年將達(dá)到110-352億噸標(biāo)準(zhǔn)煤；礦物燃料按目前的開發(fā)利用強(qiáng)度和回收率，可供全世界100-200年。第二，能源開發(fā)利用所造成的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重；5第三，能源生產(chǎn)消費(fèi)結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)多元化趨勢(shì)，特別是可再生能源和核能將會(huì)發(fā)揮較大的作用。

1950~2004年世界能源消費(fèi)構(gòu)成變化6目前，目前世界能源消費(fèi)構(gòu)成為：石油約40%，煤炭25%，天然氣25%，核電和水電約10%。①在石油枯竭之前，其還將是主要能源；②天然氣用量將較大幅度的增加；③煤的用量會(huì)增加，能源利用率將提高；④可再生能源開發(fā)，特別是清潔能源(太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒊毕艿?開發(fā)將加速。72、中國(guó)能源領(lǐng)域現(xiàn)狀

（1）一次能源人均占有率較低

我國(guó)能源資源人均擁有量居第53位，僅為世界人均占有量的1/2。人均石油可采儲(chǔ)量只有世界平均水平的7.69％；人均天然氣可采儲(chǔ)量只有世界平均水平的7.05％；人均煤炭可采儲(chǔ)量只有世界平均水平的58.6%；

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（2）能源消費(fèi)隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而迅猛增長(zhǎng)2004年，我國(guó)取代日本成為僅次于美國(guó)的世界第二大石油消費(fèi)國(guó)。2005年，我國(guó)能源消費(fèi)總量已達(dá)22.25億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，成為世界第二大能源消費(fèi)國(guó)。

在45種重要戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源當(dāng)中，據(jù)估計(jì)，到2020年時(shí)將有9種嚴(yán)重短缺（外貿(mào)依存度超過70%以上），有10種短缺（外貿(mào)依存度在40%～70%）。9到2030年，中國(guó)石油進(jìn)口依存度將達(dá)到73%。部分依靠進(jìn)口自給自足部分出口

增加進(jìn)口減少出口石油產(chǎn)品凈進(jìn)口國(guó)原油凈進(jìn)口國(guó)凈進(jìn)口國(guó)且進(jìn)口量逐年增加

19491963

1973

1991

1993

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現(xiàn)在Case:我國(guó)石油2004年，我國(guó)取代日本成為僅次于美國(guó)的世界第二大石油消費(fèi)國(guó)。目前，我國(guó)對(duì)進(jìn)口石油的依存度已超過40%。

侯祥麟院士指出：到2020年，我國(guó)每年需原油4.5億噸，我國(guó)到時(shí)最多只能產(chǎn)2億噸。10我國(guó)國(guó)家石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備我國(guó)于2001年正式規(guī)劃國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備建設(shè)。根據(jù)規(guī)劃，中國(guó)將用15年時(shí)間，分三期完成石油儲(chǔ)備基地的建設(shè)。中國(guó)一期國(guó)家戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備基地為：浙江的寧波鎮(zhèn)海和舟山岱山、青島黃島、大連新港。2008年底，一期國(guó)家石油儲(chǔ)備基地已基本建成，2009年3月完成注油，原油儲(chǔ)備能力為1640萬立方米（約合1.02億桶）。

11二期戰(zhàn)略儲(chǔ)備：二期戰(zhàn)略庫存總數(shù)為2680萬立方米，約合1.68億桶。8處地址：新疆獨(dú)山子、甘肅蘭州、遼寧錦州、天津、廣東惠州、江蘇金壇、廣東湛江和山東青島。二期工程預(yù)計(jì)將在2012~2013年完成，屆時(shí)國(guó)家戰(zhàn)略儲(chǔ)備總庫容將比一期增加163%,至2.71億桶，其中大多數(shù)工程將在未來兩年上線。石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地三期正在選址。12（3）能源利用效率低下

單位產(chǎn)值能耗是世界平均水平的2倍多；燃煤工業(yè)鍋爐平均運(yùn)行效率比國(guó)際先進(jìn)水平低15-20%；

占工業(yè)總能耗73％的8個(gè)行業(yè)（石化、電力、鋼鐵、有色、建材、化工、輕工、紡織）33種產(chǎn)品單位能耗平均比世界先進(jìn)水平高47％，相當(dāng)于比先進(jìn)水平多耗用能2.3億噸標(biāo)煤/年。我國(guó)建筑采暖、空調(diào)能耗均高于發(fā)達(dá)國(guó)家，其中單位建筑面積采暖能耗相當(dāng)于氣候條件相近的發(fā)達(dá)國(guó)家的2-3倍。13能源經(jīng)濟(jì)效率（GDP單耗）的國(guó)際比較世界平均每百萬美元GDP能源消耗為270噸標(biāo)準(zhǔn)油；美國(guó)265噸標(biāo)準(zhǔn)油；日本96.2噸標(biāo)準(zhǔn)油；德國(guó)130噸標(biāo)準(zhǔn)油；意大利145噸標(biāo)準(zhǔn)油；香港120噸標(biāo)準(zhǔn)油；我國(guó)908噸標(biāo)準(zhǔn)油；14（4）以煤為主的能源結(jié)構(gòu)短期難以改變我國(guó)煤炭資源占能源資源總量的75.2%。煤炭探明可利用儲(chǔ)量近2000億噸。我國(guó)礦產(chǎn)分布特征：“多煤缺油少氣”，“北多南少，西豐東缺”。煤炭?jī)?chǔ)備體系15(5)能源環(huán)境問題突出以煤為主的一次能源結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。SO2排放量的90%，NOx排放量的60%都來自于燃煤。全國(guó)SO2排放總量超過環(huán)境承載能力的70%左右。生態(tài)破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失已占GDP的8%。

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3、我國(guó)能源利用對(duì)策①把提高能源利用效率放在首位；②調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)生態(tài)、環(huán)境；Case：西氣東輸17西氣東輸一線工程——?dú)鈬[八千里，造福十省市現(xiàn)代能源絲綢之路18

西氣東輸一線工程自2005年1月1投產(chǎn)以來:改變了蘇浙滬豫皖等地長(zhǎng)期以高污染的人工煤氣為主的燃?xì)饨Y(jié)構(gòu)；天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的比例從近乎于零增至3%；東部地區(qū)煤炭消耗量驟減1800萬噸，減少粉塵排放50多萬噸，減少煤渣排放500萬噸。192008年2月22日，國(guó)家“十一五”規(guī)劃重大項(xiàng)目——西氣東輸二線工程開工儀式在北京人民大會(huì)堂舉行。西氣東輸二線作為一條我國(guó)連通中亞的能源大動(dòng)脈，是當(dāng)前我國(guó)管道建設(shè)投資最多、輸量最大、管線最長(zhǎng)、壓力最高、施工難度最大的特大工程。20西氣東輸二線工程可使中國(guó)天然氣資源在一次能源結(jié)構(gòu)中比重達(dá)到5%以上；每年可替代7680萬噸煤炭，減少二氧化硫排放144萬噸，減少二氧化碳排放1.3億噸。21調(diào)整經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，高效利用資源。能源低效消耗燃煤為主依賴外界環(huán)境生態(tài)破壞環(huán)境污染資源耗竭經(jīng)濟(jì)著重GDP結(jié)構(gòu)失衡無以為繼

粗放型經(jīng)濟(jì)：低效率、高消耗、高污染22二、化石燃料利用對(duì)環(huán)境的影響化石燃料開采、運(yùn)輸、加工和燃燒過程都有污染。（1）開采過程的影響①煤炭開采過程的影響a開采事故與職業(yè)性傷亡b礦井地表沉陷23煤礦職業(yè)病塵肺病：由于長(zhǎng)期吸入大量細(xì)微粉塵而引起的以肺組織纖維化為主的職業(yè)病。癥狀：胸悶、胸痛、氣短、咳嗽、全身無力，重者喪失勞動(dòng)能力，甚至不能平臥，連睡覺都得采取跪姿，最后肺功能衰竭而死。242010，全國(guó)煤礦安全事故死亡2433人，但每年塵肺病死亡人數(shù)卻超過了6000人，是生產(chǎn)安全事故死亡人數(shù)的2倍！從新中國(guó)成立至2009年底，已累計(jì)報(bào)告職業(yè)病72萬多例，其中塵肺病65萬多例！25①煤炭開采過程的影響c露天開采占地，對(duì)地表水和地下水產(chǎn)生不良影響d酸性礦井水—pH一般小于626采煤過程中的環(huán)境影響（以開采100萬噸煤計(jì)）環(huán)境影響項(xiàng)目礦井露天礦死亡人數(shù)/人/a0.2-0.40.1受傷人數(shù)/人/a15-305.5職業(yè)病死亡數(shù)/人/a0-0.460-0.46慢性呼吸器官疾病人數(shù)/人/a0.840.84破壞土地/hm2800排除礦坑廢水/萬t9.6-15.35.027②石油開采過程的影響鉆井泥漿—含燒堿、鐵鉻鹽和鹽酸等28②石油開采過程的影響采油污水—油、酸、堿、鹽、酚、氰等；水井油井水井勝利油田目前綜合含水率超過90%，每年產(chǎn)生2億多立方米采出污水，但污水利用率僅為80%，大量的富余污水外排環(huán)境，而油田還存在大量的欠注層。29污染源勘探過程污染源鉆井過程污染源井下作業(yè)過程污染源采油過程污染源集輸、儲(chǔ)運(yùn)過程污染源爆炸、振動(dòng)落地原油噪聲洗井水壓裂液車輛排氣放射性噪聲和振動(dòng)廢棄鉆井液井場(chǎng)污水采油機(jī)煙氣振動(dòng)及噪聲井噴事故污染油污烴類氣體含流尾氣噪聲含油污水烴類伴生氣加熱爐煙氣油砂30甲烷烴；非甲烷烴：乙、丙、丁烷等其他：H2、N2、CO2、H2S污染物廢水污染物廢氣污染物固體廢棄物原油、各種鹽類和氣體、懸浮物、有機(jī)物、細(xì)菌、破乳劑等。CO、NO2、烴類工藝廢氣燃料燃燒煙氣機(jī)動(dòng)車尾氣NO2、SO2、CO、煙塵、烴類鉆井巖屑油砂油污、活性污泥、浮渣等31③天然氣開采過程中的影響硫化氫伴生鹽水32（2）貯運(yùn)過程的環(huán)境影響①煤炭消耗大量能源；堆放和裝卸過程中發(fā)生自燃或揚(yáng)塵；浸出水的流失污染周圍水系。②石油儲(chǔ)罐的大小呼吸；油船事故；油船外排洗艙水。33（3）加工過程中的環(huán)境影響①煤炭洗選時(shí)排出大量洗煤水；干燥時(shí)產(chǎn)生灰塵、NOx、SO2；煤的氣化和液化排出大量污染物；煤矸石—占煤產(chǎn)量的15%，含碳量低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石。我國(guó)每年產(chǎn)生的煤矸石1.42億噸，全國(guó)已累計(jì)堆存煤矸石30多億噸，占地1.2萬公頃。

34②石油加工過程35②石油加工過程含油污水—油、酸、堿、鹽、酚、氰等；石油廢氣—輕烴物質(zhì)；煉廠廢渣—酸碴、堿渣、石油添加劑、廢催化劑、廢白土；油泥、浮渣等。36（4）能源利用過程中的環(huán)境污染極少數(shù)用作化工原料，基本上都用作燃料，石油制品用于交通運(yùn)輸，煤炭主要用于取暖和發(fā)電。37化石燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的污染物對(duì)環(huán)境造成的影響主要表現(xiàn)在：①全球氣候變化—溫室效應(yīng)②其它污染物及酸雨③熱污染—目前運(yùn)轉(zhuǎn)的各類火電站中熱能利用的平均效率約為33%，燃料潛能的三分之二沒有被利用，而成為“余熱”排放掉—進(jìn)入水體形成熱污染。38熱污染危害：首先使水體各類無機(jī)氮含量都增加。原因是水溫升高使藻類的繁殖加快，固氮藻的固氮速率增大,極不利于魚類的生存。其二，水溫升高使藻類種群結(jié)構(gòu)發(fā)生改變-硅藻和綠藻是魚類的良好餌料，蘭藻則因表面有一層膜，而使魚類難于消化、不便吸收。

39其三，水體溫度的增加也影響浮游動(dòng)物（如原生動(dòng)物、輪蟲、棱角類和撓足類生物）的生存。其四，在強(qiáng)增溫區(qū)內(nèi)，底棲生物的增加也十分突出。其五，由于水體周圍氣溫升高，棲息在該地區(qū)的昆蟲將提前蘇醒，而遠(yuǎn)離該地區(qū)本該先行蘇醒的昆蟲，卻仍處于冬眠狀態(tài)—造成有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈的中斷，破壞生態(tài)平衡。40三、開發(fā)利用新能源

1、太陽能

太陽能是指太陽所負(fù)載的能量，它的計(jì)量一般以陽光照射到地面的輻射總量，包括太陽的直接輻射和天空散射輻射的總和。太陽能的熱利用—太陽能灶、熱水器、溫室（花房、蔬菜大棚）、干燥、太陽能采暖等太陽能的光電利用—光電池，衛(wèi)星上，航海燈浮標(biāo)，汽車41太陽能直接利用對(duì)環(huán)境的影響：（1）無有毒氣體排出，無CO2排出。（2）占地面積與化石燃料及核能電站相當(dāng)。（3）余熱的排出低于其他熱電站。（4）太陽能集熱系統(tǒng)吸收太陽能后，減少了地面、建筑物等反射回空間的能量，結(jié)果影響了大氣的溫度梯度、大氣組成、云層、風(fēng)等。（5）巨大的集熱系統(tǒng)、聚光裝置，影響景觀，以致改變建筑風(fēng)格和建筑設(shè)計(jì)規(guī)范。422、生物質(zhì)能生物質(zhì)能：綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。包括：①木材及森林工業(yè)廢棄物；②農(nóng)業(yè)廢物；③水生植物；④油料植物；⑤城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物；⑥動(dòng)物糞便。優(yōu)點(diǎn)：清潔、廉價(jià)、可再生。缺點(diǎn):是熱值及熱效率低，體積大而不易運(yùn)輸。直接燃燒生物質(zhì)的熱效率僅為10％-30％。43生物質(zhì)能的利用方法：1．熱化學(xué)轉(zhuǎn)換法，獲得木炭、焦油和可燃?xì)怏w等品位高的能源產(chǎn)品；2．生物化學(xué)轉(zhuǎn)換法，主要指生物質(zhì)在微生物的發(fā)酵作用下，生成沼氣、酒精等能源產(chǎn)品；3．利用油料植物所產(chǎn)生的生物油；4．把生物質(zhì)壓制成成型狀燃料(如塊型、棒型燃料)，以便集中利用和提高熱效率。44Case:沼氣沼氣熱值4800-6000kcal/m3，每kg秸稈含熱量3400千卡，直接燃燒的有效熱值為340千卡，制成沼氣燃燒的有效熱值726千卡，提高了114%。優(yōu)點(diǎn)：清潔；垃圾糞便等有機(jī)廢物是產(chǎn)生沼氣的原料，投入沼氣池后，改善衛(wèi)生，殺滅病菌；提高肥效。453、風(fēng)能風(fēng)能—空氣流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能。9-10米/秒壓力為10kg/m2；20米/秒壓力為50kg/m2；50-60米/秒壓力為200kg/m2；利用形式：風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)力提水、風(fēng)帆助航優(yōu)點(diǎn)：潔凈的、取之不盡的能源；弱點(diǎn)：分散、間歇、能量密度不高、風(fēng)力不均勻。46中國(guó)陸地廣闊、海岸線漫長(zhǎng)，風(fēng)能資源十分豐富。據(jù)測(cè)算，可開發(fā)儲(chǔ)量約10億千瓦，主要集中在華北、西北、東北的草原、戈壁灘和青藏高原以及東南沿海地區(qū)。474、潮汐能白天的海水漲落稱為潮，晚上的海水漲落為汐。利用方式：潮汐磨—加工農(nóng)副產(chǎn)品；潮汐水輪泵—農(nóng)田灌溉；潮汐發(fā)電—在海灣或潮汐河口建筑閘壩，使被隔開的海灣或河口形成水庫，并在閘壩內(nèi)或其旁側(cè)的發(fā)電站廠房?jī)?nèi)安裝水輪發(fā)電機(jī)組。

48495、地?zé)崮艿厍騼?nèi)部蘊(yùn)藏的能量。這種能量來自地球內(nèi)部的熔巖，并以熱力形式存在。

據(jù)估計(jì)，每年從地球內(nèi)部傳到地表面的熱量大約相當(dāng)于1000億桶石油燃燒放出的熱量。僅地表以下10千米范圍的地?zé)醿?chǔ)量，就相當(dāng)于現(xiàn)在世界能源年消耗量的400多萬倍。50根據(jù)地?zé)豳Y源在地下的熱儲(chǔ)存形式分為蒸汽型、熱水型、地壓型、干熱巖型和巖漿型。目前主要開發(fā)的是地?zé)嵴羝?、地?zé)崴畠纱箢?。高溫?50℃中溫：90-150℃低溫：<90℃利用途徑：采暖、洗浴、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)溫室、農(nóng)田灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖、發(fā)電.缺點(diǎn)：存在熱污染.51我國(guó)地?zé)豳Y源豐富，主要分布在青藏高原、東南沿海諸省區(qū)和內(nèi)陸盆地區(qū)，我國(guó)地?zé)豳Y源潛力占全球的7.9%，分布以中低溫