第十章 能源与环境 当今人类的生活已离不开能源， 因此人类不断向自然索取能源。海上开采石油 西气东输人类利用能源，满足需要，享受着各种现 代工具带来的便捷。开发无污染的新能源；能源：人类发展的驱动力 能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质 基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的 每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。 能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类 社会的发展。 过去100多年里，发达国家先后完成了工业 化，消耗了地球上大量的自然资源，特别是能 源资源。当前，一些发展中国家正在步入工业 化阶段，能源消费增加是经济社会发展的客观 必然。一、 當前世界能源的消耗情況 世界能源生産和消耗增長都很快；尤其是發達國家 個人能源消耗水平越來越高，造成發達國家能耗很 大，因此世界能源生産的增長率遠大於人口的增長 率。 在世界各國中，能源消耗最多的是美國。世界能源消耗的特點 目前世界上消耗最多是石油 由於發達國家工業發展很快，石油消耗量很 大，致使石油消耗的比例增加，改變了本世紀 60年代前以煤爲主要能源的局面。 第三世界國家如我國、印度還是以煤炭爲主 。 由於天然氣使用方便，對環境污染也較小， 其所占比例在不斷增加 當今世界能源消耗的特點 石油是當今工業發達國家能源消耗的總趨勢 ，但隨著石油開採量過大，石油礦藏減少，預 計今後增長不會太快。考慮到各國不同的能源 資源狀況，能源結構有從石油重新轉向以煤爲 主要能源的趨勢。 當前世界能源是以化石燃料爲主，消耗核能 和水力能的比例，就是在發達國家也不高。 天然氣具有廣闊的利用前景。 全球能源资源危机与新能源发展 全球能源资源危机一百年来，全球能源消耗基本趋于稳定态势，平均每年呈3指数增加。伴随着化石燃料消耗的增加，大气中CO2的含量相应增加，地球不断变暖，生态环境恶化，自然灾害及其造成的损失逐年增加 全球能源资源危机与新能源发展将愈来愈快地消耗掉常规化石能源 储量。有数据表明，世界化石燃料耗尽 时间从现在开始只有几十年的时间 国际上通行的能源预测，石油将在 40年时间内枯竭，天然气将在60年内用 光，煤炭也只能用220年。 能源的潜在危机和生态环境的恶化迫 使世界各国积极开发可再生能源。 （一）能源的储备：自然资源总量排世界第七位能源资源总量约4万亿t标准煤，居世界第三位煤炭保有储量为10024.9亿t石油的资源量为930亿t天然气的资源量为38万亿水力的可开发装机容量为3.78亿千瓦，居世界首 位；（二）我国能源的生产与消费情 况新能源与可再生能源资源丰富：风能资源量约为16亿kW，可开发利用的风能资源约2.53亿kW地热资源的远景储量为1353.5亿t标准煤，探明储量为31.6亿t标准煤太阳能、生物质能、海洋能等储量更是属于世界领先地位 （二）我国能源的生产与消费 情况能源资源的储备资资源种类类煤炭（亿亿t ）石油（亿亿t ）天然气 （亿亿m3）水力 （GW装机 ） 探明可开采 储量114532.73611704353可开采年限 （预测-保守 ）5481年 （1.4%-96 ）1520年 （2.5%-96 ）2858年 （5%-96 ）38 104年 （5%-96）可开采到2050-20772011-20162024-20542034-2100我国能源剩余资源探明储量和可开发年限（二）我国能源的生产与消费情 况消费情况（二）我国能源的生产与消费情 况中国是目前世界上第二位能源生产国和消费国。能源 供应持续增长，为经济社会发展提供了重要的支撑。 能源消费的快速增长，为世界能源市场创造了广阔的 发展空间。中国已经成为世界能源市场不可或缺的重 要组成部分，对维护全球能源安全，正在发挥着越来 越重要的积极作用。 资源的利用率不高，浪费现象严重。据联合国 开发署公布的人类发展报告（1994）估计， 取得100美元的国内生产总值能耗量。万元产值水资源消耗国际比较-2002年二、能源的利用分为一次能源和二次能源（电能、氢能 、汽油、煤油、柴油、重油、焦炭、煤气 、甲醇、沼气、丙烷等）。一次能源又可 分为可再生能源（风、水力、潮汐能、洋 流、直接太阳辐射、自喷气泉、热水泉、 地下深部热水、火山活动、地震）和非再 生能源（化石燃料、核燃料）。二、能源的利用能源是指可能爲人類利用以獲得有用能量 的各種來源能源 一次能源 常規能源新能源二次能源：電力、焦碳、煤氣、沼氣、蒸汽、汽油 可再生能源：水力 不可再生能源：煤炭、石油 可再生能源：太陽能、風能 不可再生能源：核燃料 能源的分類 根據能源消費後是否造成污染又可分爲 污染型能源和清潔型型能源 煤炭和石油等是污染型能源 水力、電力和太陽能是清潔型能源 （二）矿物燃料（二）矿物燃料洁净煤传统能源的清洁利用传统能源的清洁利用： 发展洁净煤技术：减少污染物排 放，提高煤炭利用效率 主要的发展方向： 先进燃烧和污染处理技术 煤的气化与液化 （三）非矿物燃料能源 小水电 ：容量小于10 MW 的小型水电站 可利用专门用于发电的 水坝和引水渠也可以利用灌溉或防洪 坝 小型电站在经济上的生 命力取决于各地具体的环境 条件 HydropowerBasic components of hydropower station A pump storage system: During light power load, water is pumped from low pool to high pool. During peak power load, water flows from high pool to low pool.全国小水电的发展情况类型电站座数机组台数装机容量（MW）年发电量（TWh）微型26962293578541.5小小型1754533306536414.43小型28067391955934.92总计47313700541577750.90中国小水电历年发展情况年份装机容量（MW）年发电量（TWh） 19493.719557.01960251.41965330.019701019.019753083.2669 19806925.51272 19859521.02413 1990131803928 199415777.06090核反应的方式：核衰变、核裂变、核聚变核原料：優點：無空氣污染，無漏油問題，無露天礦坑，無酸性 礦坑水等。缺點：存在放射性污染，在正常運轉時它所具有的低水平輻射（有稱慢性輻照） 對人有多大的影響，它所産生的放射性廢物的劑量多大 ，數量多少，如何處置，以及環境不受損害等.所有的 這些都關係到核裂變能是否可以獲得充分利用的問題。 核電站與環境 核电与火电发电成本比较 崛起的核能从本世纪50年代以来， 前苏联、美国、法国、比 利时、德国、英国、日本 、加拿大等发达国家建造 了大量核电站 目前核电站的发电量已 占全世界总发电量的16%.20002000年世界核电状况年世界核电状况核电站建设与生态环境核电站的工作原理 利用原子核内部蕴藏的能量产生电 能的新型发电站。 核电站大体可分为两部分： 一部分是利用核能生产蒸汽的核 岛、包括反应堆装置和一回路系统； 另一部分是利用蒸汽发电的常规 岛，包括汽轮发电机系统。 核电站对环境和人体的影响清洁能源 -太阳能（一）太阳能： 是一种可广泛利用的清洁 能源。 无论是生物质能、风能， 还是水力、温差和潮汐能， 归根结底都是太阳能的转化 形式。 即使矿物燃料，也是通过 生物的化石形式保存下来的 亿万年以前的太阳能。 清洁能源-太阳能太阳能资源分布： 世界太阳能资源最丰富地区：美国西 南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东 等地区的全年总辐射量或日照总时数最大 。 我国： 西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内 蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国 最高，属世界太阳能资源丰富地区之一 我国各地区的太阳能资源及分布类 型地区年日照时数年辐射总量 kcal/cm2年1西藏西部、新疆东南部、青海西部、甘肃 西部280033001602002西藏东南部、新疆南部、青海东部、宁夏 南部、甘肃中部、内蒙古、山西北部、河 北西北部300032001401603新疆北部、甘肃东南部、山西南部、陕西 北部、河北东南部、山东、河南、吉林、 辽宁、云南、广东南部、福建南部、江苏 北部、安徽北部220030001201404湖南、广西、江西、浙江、湖北、福建北 部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安 徽南部、黑龙江140022001001205四川、贵州1000140080100清洁能源-生物质能 （四）生物质能 生物质包括从光合作用获得的众多的产品，它主要以化学方式贮存太阳能1990年，生物质(大部分是传统生物质)占全球能源供应总量的12，主要在印度、中国、巴西等国家使用。 清洁能源-生物质能生物质的形式： 括薪柴，农作物：尤其是为了生产能源而种植 的能源作物，农业和林业残剩物 食品加工和林产品加工的下脚料 城市固体废弃物 生活污水 水生植物等。 清洁能源-生物质能生物质能的应用技术 热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃 气体等品位高的能源产品 该方法又按其热加工的方法不同，分为 高温干馏、热解、生物质液化等方法； 生物化学转换法： 主要指生物质在微生物的发酵作用下， 生成沼气、酒精等能源产品； 利用油料植物所产生的生物油； 把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒 型燃料)，以便集中利用和提高热效率。 清洁能源-地热能是指在当前技术经济和地质环境条件 下，地壳内能够科学、合理地开发出来 的岩石中的热能量和地热流体中的热能 量及其伴生的有用组分。 清洁能源-地热能地热资源的分类 水热型： 蒸汽型 热水型地热资 源 干热岩型 地压型地热资源 地热资源温度分级温度分级温度t界限主要用途高温t150发电、烘干中温90t150工业利用、烘干、发电 、制冷热水60t90采暖、工艺流程温热水40t60医疗、洗浴、温室温水25t40农业灌溉、养殖、土壤 加工清洁能源-地热能地热利用技术 地热水淋浴，占总利用量的1/3以上 次是地热水养殖和种植约占20% 地热采暖约占13% 地热能工业利用约占2%清洁能源-地热能利用情况：世界上18个国家有地热发电，总装 机容量5827.55MW，装机容量在 100MW以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印 尼。我国的地热资源也很丰富，但开发 利用程度很低。主要分布在云南、西 藏、河北等省区。 高品質燃料，可提供汽車、熱水 器等使用。 可儲存在燃料電池 (Fuel Cells) 燃燒後產生水，不會造成污染 利用電離法(Electrolysis)從H2O或 CH4中分離出來。氢能使用 氫電池 做為燃 料的汽 車潮汐發電风能是太阳能的一种转换形 式，是一种重要的自然能源 风能的特点是能量巨大，但 能量密度低 风能受地形和天气的影响很 大，并且还有季节性变化和逐 日逐时变化。 清洁能源-风能世界风能资源估评 地区陆地面积 (103km2)风力为37级所占的比例和面积 比例()面积(103km2)北 美19 339417876 拉丁美洲和加勒比18 482183310 西 欧4 742421968 东欧和独联体23 047296783 中东和北非8 142322566 撒哈拉以南非洲7 255302209 太平洋地区21 354204188 (中国)(9 597)（11）（1056）中亚和南亚4 2996243 总 计106 6602729143清洁能源-风能我国风能资源情况：资源丰富区 山东、辽东半岛、黄海之滨 南澳岛以西的南海沿海、