能源与环境概论(卢平)教案.docx

第一次授课教学目的：全世界能源资源的现状与发展趋势教学重点： 能源资源现状与能源问题教学难点： 能源与社会发展教学内容：第一章：绪论第一节：能量与能源一、能量及其形式1、能量：就是“产生某种效果的能力”。2、分类：机械能、热能、电能、辐射能、化学能、核能。二、能源及其分类1、能源：能够直接或经过转换而提供能量的资源。2、分类：分类方式可按能源的来源、形成、使用分类等等。 第二节：能源与社会发展一、能源利用与人类文明1、时代：薪柴时代、煤炭时代、石油时代、新能源与可再生能源时代。二、能源与经济发展1、能源在经济增长中的作用。2、经济增长对能源的需求。3、能源增长与人民生活。第三节：能源资源现状与能源问题一、 全世界能源资源的现状与发展趋势1、 世界化石能源的分布。2、 多元化能源结构。3、 能源消费与需求快速增长。4、 气候变化对能源发展的影响。5、 国际能源问题的政治化。二、能源利用的现状及面临的问题1、能源结构：世界的资源分布不均匀。2、能源效率：从能源开采、加工与转换、储运和终端利用的能源系统的总效率。3、能源环境4、能源安全三、中国能源发展现状与问题1、能源资源品种多，人均占有量较少。2、资源建设不断加强。能源效率任然较低。3、能源生产迅速增长，生态环境压力明显。4、能源消费以煤为主，能源结构需要优化。5、能源需求继续增加，可持续发展面临挑战。第四节：环境与环境问题一、 环境及其组成1、环境：与体系有关的周围客观事物的总和。2、组成：自然环境、社会环境、环境要素、环境质量。二、环境的形成和发展三、环境问题的由来与发展1、环境问题的分类2、环境问题的发展四、全球性环境问题1、全球气候变暖2、臭氧层破坏3、酸性降水4、多样性锐减5、森林和草原植被减少6、土地退化7、水污染8、大气污染9、海洋生态问题10、危险性废物越境转移第五节：能源利用与环境效率一、 能源开发与环境问题1、 煤炭开发的环境问题2、 铀生产的环境问题3、 水能开发对环境的影响二、能源消费与环境污染三、环境污染对生物的影响第二次授课教学目的： 能源转换与利用技术教学重点： 能量转换的基本定理教学难点： 燃烧的基本原理教学过程：第二章：能源转换与利用技术第一节：能量的基本性质1、 状态性2、 可加性：E=E1+E2+E3+.+En3、 转换性4、 做功性5、 贬值性第二节：能量转换的基本定理一、 能量形式的转换二、能量的转换定理：能量的守恒与转换定律第三节：化学能转换成热能的技术一、 燃烧的基本原理（我们在锅炉及其锅炉房设备中已讲）二、燃烧技术1、层燃2、室燃3、流态化燃烧4、液体燃烧燃烧技术第四节：热能转换为机械能或电能一、 蒸汽轮机的结构和工作原理二、燃气轮机的结构和工作原理三、内燃机的结构和工作原理四、火力发电厂的构造和热力系统图第五节：能量的储存一、 机械能的储存：旋转飞轮二、电能的储存：蓄电池三、热能的储存：潜热储存和显热储存第六节：能源利用的评价主要从以下方面来评价能源的利用1、 储量2、 能源密度3、 储能的可能性4、 供能的连续性5、 能源的地理分布6、 能源的利用成本7、 能源的运输费和损耗8、 能源的可再生性9、 能源的品位10、对环境的影响i第四次授课教学目的： 了解能源现状教学重点： 煤的工业分析和元素组成教学难点： 洁净煤技术教学过程：第三章：化石燃料能源第一节：煤炭一、 煤炭的形成与分类根据成煤物质及条件可以分为腐植煤、腐泥煤和残植煤三大类二、煤的工业分析和元素组成1、煤的分析：水分、挥发分、固定碳和灰分2、煤的元素分析成分：C、H、S、N、O3、煤的发热量4、煤的分类：表3-1三、煤炭资源：表3-2表3-3表3-4四、煤炭的生产1、世界煤炭的生产2、中国煤炭生产与消费第二节：石油一、 石油的形成和分类石油可分为轻质石油、中质石油、重质石油和特重质石油二、石油的加工1、类型：燃料型、燃料-润滑油型、石油化工类2、石油炼制：分离法、转化法3、石油的产品：溶剂油、燃料油、润滑油、润滑脂、沥青、石油焦三、石油资源1、世界石油资源的分布：表3-82、中国石油资源分布：表3-9四、石油消费1、世界石油消费：表3-10表3-112、中国石油消费：表3-12表3-13表3-14第三节：天然气一、 天然气的分类与特性天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等构成二、天然气的用途1、发电燃料2、民用燃料3、化肥及化工原料4、工业燃料5、交通运输三、天燃气资源1、世界天燃气资源分布：表3-152、中国天燃气资源分布：表3-16四、天然气消费1、世界天然气消费2、中国天然气消费：表3-17表3-18表3-19第四节：21世纪的化石燃料一、 化石燃料使用带来的问题1、 化石能源的使用比例：表3-202、 化石能源带来的问题：环境污染、全球气候变暖、化石燃料的污染排放对比二、洁净煤技术1、煤的清洁燃料生产：煤的洗选与加工、煤炭转化煤炭液化高效洁净燃煤发电技术烟气污染排放治理技术三、21世纪煤炭能源系统如图3-7所示的煤基多联产系统概念第五次授课教学目的： 学习掌握能源现状教学重点： 风力发电的现状与前景教学难点： 水电站的工作原理教学过程：第四章：可再生能源第一节：概述可再生能源是指那些随着人类的大规模开发和长期利用，能在自然界中不断再生、永续利用的能源。第二节：太阳能一、 太阳能资源的优点：数量巨大、时间长久、获取方便、洁净安全二、太阳能的缺点：分散性、间断性和不稳定性、效率低和成本高三、我国太阳能分布图：表4-1四、利用太阳能：平板集热器、真空管集热器、聚光型集热器、太阳能热水器、太阳灶、太阳房、太阳能温室、太阳能干燥、太阳能制冷、太阳池、太阳能热力发电、太阳炉、太阳能海水淡化、太阳能热力机五、太阳能光电转换：硅太阳能电池、光伏发电系统、太阳能光伏发电技术发展状况六、推广使用太阳能的制约因素：技术、法律法规、经济、社会文化及教育等方面第三节：风能一、风能：E=1/2*pAv3风能密度：W=1/2*pv3二、风能利用的途径：主要包括风力发电、风力提水、风力助航和风力致热等三、风力发电的原理：利用风能来发电，而风力发电机组是将风能转化成电能的机械能四、风力发电对环境的影响：CO2污染排放、噪声污染、伤害鸟类、无线电通信干扰、安全问题、视觉影响、光影影响、雷击影响等等五、风力发电的现状与前景世界风力发电发展前景和状况：表4-11表4-12表4-13我国风力发电发展前景和状况：表4-14六、风力发电技术发展趋势：风电场的选址、风电机组技术、风电机组的并网第四节：水能一、水能资源世界水能资源：表4-16我国水能资源及特点：总量丰富，人均资源量不高，资源分布不均匀，江河水量变化大，水能资源可开发率较低二、我国水能发展现状与前景水能开发现状：水电装机容量逐年上升，水电装机容量和发电量较为集中，小水电资源丰富，小水电发展迅速我国水电开发的规划和前景：表4-19三、水电站的工作原理：当水体通过隧洞、压力水管流经安装在水电站厂房的水轮机带动发电机转子旋转切割磁力线，在发电的定子绕组上就产生了感应电动势。一旦与外路接通，就可发电，旋转的机械能又变成电能四、水电站的基本类型：坝式水电站、河床式水电站、引水式水电站、抽水蓄能电站、潮汐水电站等等第六次授课教学目的： 研究新能源教学重点： 生物质能及其分类教学难点： 生物质能的特点教学过程第五节：生物质能一、生物质能及其分类：（1） 农业生物质能资源（2） 林业生物质能资源（3） 城市固体废弃物（4） 生活污水和工业有机废水（5）畜禽粪便二、生物质能的特点：（1） 可再生性（2） 可储存与替换性（3） 巨大的储量（4） 碳平衡（5） 清洁三、生物质能利用途径与现状（1） 生物质能利用途径：直接燃烧 热化学法 生化法 化学法 物理法 生物质能开发利用现状：生物质发电、沼气、生物质气化、生物液体燃料四、我国生物质能源：农作物秸秆、林业及其加工废弃物、主要畜禽粪便、城市生活垃圾、生活污水与工业有机污水五、生物质能转化利用技术：生物质直接燃烧技术、生物体的燃烧过程、生物质燃烧发电技术、生物质气化技术、生物质热解和液化技术、沼气技术、城市生活垃圾处理技术。六、生物质能利用发展前景：生物质能占世界总能耗的14%，作为重要的可再生能源，具有广阔的发展前景。第六节：地热能一、 概述地热能就是地球内部蕴藏的热能，它源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。二、 地热资源 分类：按地质类型：热水型、蒸汽型、地压型、干热岩型、岩浆型 按温度分级与规模分类：高温、中温、低温、大型、小型、中型。三、 地热资源的分布主要有四个：环太平洋地热带、地中海-喜马拉雅地热带、大西洋中脊地热带、红海-亚丁湾-东非裂谷地热带我国地热资源主要分布在西藏、云南、台湾四、 地热资源的利用（1） 地热供暖（2） 地热工业应用（3） 地热农业应用（4） 地热行医（5） 地热发电：蒸汽型地热发电、热水型地热发电五、 地热资源的保护与发展前景：只有地热资源能量载体得到源源不断的补充，地热能才能成为真正意义上的可再生能源。第七节：海洋能一、 海洋能类型：潮汐能、波浪能、海水温差能、海流能、盐度差能二、海洋能的特点：可再生性、能流分布不均、密度低、能量多变、不稳定、海洋能开发对环境无污染。三、 海洋能开发的意义：(1) 海洋能可再生，在未来能源替换的时代，可作为新能源开发，保证人类的长期稳定的能源供应(2) 因为海洋能开发环境无污染，能满足保护环境的要求(3) 海洋能开发作为未来的海洋产业，将给海洋经济的发展带来新的活力。四、 潮汐发电：一般分为单库单向型、单库双向型和双库单向型五、 波浪发电三个环节：第一级转换、中间转换、中间转换和最终转换。六、 海洋温差发电原理：将海洋吸收的太阳能转换为机械能，再把机械能转化成电能。七、 海流发电八、 盐差能发电九、 海洋能发电技术发展的展望：规模大型化、产品商用化、用途综合化。第七次授课教学目的： 学习核能技术教学重点： 开发利用核能的重大意义教学难点： 核能的来源教学过程第五章：核能第一节：概述一、 原子和原子核世界是由物质构成的，物质是由元素构成的，构成元素的最小单位是原子。原子是由原子核和电子构成的，袁再和带正电，原子核又由质子和中子构成的，质子带正电，中子不带电。二、核能的来源：来源于将核子保持在原子核中的一种非常强的作用力-核力三、开发利用核能的重大意义：1、核能是高度浓集的能源2、核能是地球上储量最丰富的能源3、核电远比火电清洁4、核电的经济性优于火电5、核电站的安全是能充分保证的6、核电技术能带动国家科技水平的综合提高第二节：核燃料和核燃料循环一、 链式裂变反应三种类型：自持型、发散型、收敛型二、核燃料 定义：裂变材料和增值材料统称为核燃料三、核燃料的制取与燃料元件 核反应堆是提取核能的关键部分，而核燃料则是核反应堆的基本元件。根据不同类型的核反应堆，核燃料元件的结构、形状和组分是不同的。四、核燃料循环的过程（1）铀矿的勘探和开采（2）铀矿的加工和精制（3）铀的同位素分离（4）燃料元件的制造（5）在反应堆中使用核燃料（6）核燃料后处理（7）核废物的处理与处置五、核废料及其处理第三节：核技术应用一、核能的军事应用1、核的军事应用主要包括制造原子弹这种破坏力极大的核武器，通过铀同位素分离厂生产核武器的核材料高富集铀-235、用核反应堆生产核武器的核材料钚-239以及用核能作为动力去推动舰艇等。2、原子核：在一定条件下，在一瞬间可以进行许多代链式裂变反应，产生巨大破坏力的武器。3、原子核爆炸方式：大气层外爆炸、高空爆炸、低空爆炸、地面爆炸、地下爆炸4、氢弹：是利用核聚变能的第二代武器。 同样质量的核燃料，聚变反应要比裂变反应放出更多的能量。 H+HHe+n+Q Q=17.6MeV3、 中子弹：中子弹的杀伤半径比裂变弹要大4、 第四代核武器：是基于核聚变，但不用核裂变能点火，而是用其他高含能物质的能量对核聚变惊醒点火。它的集中含能材料如表5-4所示二、核技术的和平应用1、核技术的基本功能：获取信息、进行物质改性和材料加工、衰变能应用2、核技术的应用：工业、农业、医学、科学研究第四节：核反应堆一、 核反应堆的用途（1） 产生动力（2） 生产新的核燃料（3） 生产放射性同位素（4） 进行中子活化分析（5） 进行中子照相（6） 进行中子嬗变掺杂生产高质量的单晶硅（7） 利用中子进行基础研究及应用研究（8） 利用y射线进行辐射化学研究与辐射加工二、核反应堆的分类根据核反应堆的用途、所采用的燃料、冷却剂与慢化剂的类型及中子能量的大小进行分类三、核反应堆的组成：核燃料元件、慢化剂、反射层、控制棒、冷却剂、屏蔽层四、动力反应堆：舰船用动力堆、核电站反应堆。第五节：核电站一、 概述世界核电现状：表5-7二、核电站的组成核电站的系统和设备通常由两部分组成：核的系统和设备。三、轻水堆核电站轻水堆核电站的系统示意图如图5-17、5-18、5-19、5-20、5-21所示四、重水堆核电站重水堆核电站的系统图为图5-22所示五、石墨气冷堆核电站石墨气冷堆核电站的系统示意图如图5-23所示六、核电站的安全性核电不是核弹、核电站的放射性核电站的安全措施：核电站的设计、建造和运行，按照国际原子能机构提出的“纵深防御”原则，从设备上和措施上提供多层次的保护，确保放射性物质能有效地包容起来不发生泄露。纵深防御包括以下五道防线： 第一道防线：保证设计、制造、建造和运行、检修的质量，防止出现偏差。 第二道防线：严格执行运行规程，遵守运行技术规划，及时检测和纠正偏差，对非正常运行加以控制，防止演变成事故。 第三道防线：万一偏差未能及时纠正，发生设计基准事故时，自动启动电厂安全系统和保护系统，防止事故恶化。 第四道防线：万一事故没能得到有效控制，启动事故处理规程，保证安全壳的完整性，防止放射性物质外泄。 第五道防线：如果上述各道防线失效，立即启动场外应急响应，努力减轻事故对公众和环境的影响。 第八次授课教学目的： 氢气制备的新技术教学重点： 氢能的特点和关键问题教学难点： 氢能利用待解决的关键问题教学过程：第六章氢能第一节：概述一、 氢的基本性质1、 氢燃烧性能好，点燃快2、 氢无毒和无腐蚀性3、 氢燃烧时最清洁4、 除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的5、 氢气键能D(H-H)=436kj/mol,比一般单键如D(Cl-Cl)=239kj/mol高很多，与双键如D(O=O)=489.5kj/mol差不多，因此在常温下氢气比较稳定。二、氢能的特点和关键问题1、氢能的特点：氢的资源丰富、氢的来源多样性、氢能是最环保的能源、氢气具有可储运性、氢的可再生性、氢气是和平能源、氢气是安全的能源。2、氢能利用待解决的关键问题：廉价的制氢技术、安全可靠的储氢技术和输氢方法、大规模高效利用氢能的末端设备。第二节：氢的制取一、 实验室中制取氢气的方法1、 活泼金属与水的反应2、 金属与酸的反应3、 金属或半金属与强碱的反应4、 金属氢化物与水的反应二、氢气的工业生产1、化石燃料制氢2、氨分解制氢3、电解水制氢三、氢气制备的新技术1、高温电解水蒸汽制氢2、高温热解水制氢3、热化学循环分解水制氢4、太阳能制氢5、生物质制氢6、其他方法制氢四、氢气的提纯氢气的工业纯化方法主要有低温吸附法、低温分离法、变压吸附法和无机膜分离法第三节：氢的储运和运输一、 氢气的储存技术的方法有：1、 水封储气罐储氢2、 高压气态储氢3、 低温液氢储存4、 金属氧化物储氢5、 非金属储氢材料储氢6、 有机液体等储氢材料储氢二、氢气的输配技术1、气氢的管道输送2、液氢的管道输送第四节：氢的应用一、 氢在现代工业中的应用1、 石油化学工业2、 煤的加氢气化或液化3、 合成氨工业4、 食品加工工业5、 塑料工业和精细有机合成工业6、 冶金工业7、 其他应用二、氢作为化学能的应用 1、氢的直接燃烧 2、在交通运输上的应用 3、在航空航天上的应用 4、氢能发电 5、家庭用氢三、氢的核能应用四、氢能的利用与环境保护第五节：燃料电池一、 燃料电池的原理：燃料电池是利用水的电解的逆反应的发电机。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在正发展为直接使用固体的电解质。工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。二、 燃料电池的特点：（1）能量转化效率高他直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料电能转换效率在45%60%，而火力发电和核电的效率大约在30%40%.（2）有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低CO2排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。（3）燃料适用范围广：燃料电池既可适用于城市大型发电站，也可作为医院、商店、集体宿舍、边远山区的小型发电装置，以及日常和国防用于行走机械的动力系统。燃料电池的开发时今后电气新能晕应用的重大方向，它的研制具有重大的社会意义和经济意义。（4）积木化强规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适（5）负荷响应快，运行质量高燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电厂离负荷可以很近，从而改善了地区频燃料电池原理率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。（6）环境保护性：通过燃料电池系统释放出的污染物比直接燃烧要降低几个数量级，可有效的保护环境。（7）模块设计，结构紧凑：设备可以模块化，尺寸灵活性大，发电量易于调节。（8）位置灵活性：燃料电池是一种独立的发电体系，由于没有运动部件，所以可以没有噪声污染，可以方便使用，随意放置，不受周围环境限制。（9）可以采用多种燃料：高温操作型燃料电池不需要外部还原系统，在这一方面更具有优势。三、 燃料电池的组成和分类 1、燃料电池的主要构成组件为：电极（Electrode）、电解质隔膜（Electrolyte Membrane）与集电器（Current Collector）等。 2、燃料电池的分类：燃料电池种类繁多，除了氢氧质子交换膜燃料电池，还有熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、金属空气电池等等。燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段，燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。AFC已在宇航领域广泛应用，PEMFC已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用，PAFC作为中型电源应用进入了商业化阶段，MCFC也已完成工业试验阶段，起步较晚的作为发电最有应用前景的SOFC已有几十千瓦的装置完成了数千小时的工作考核，相信随着研究的深入还会有新的燃料电池出现。四、 燃料电池的应用1、便携式电源燃料电池一方面可用作便携式电源、小型移动电源、车载电源等。适用于军事、通讯、计算机等领域，以满足应急供电和高可靠性、高稳定性供电的需要，实际应用的产品包括高端手机电池、笔记本电脑等便携电子设备、军用背负式通讯电源、卫星通讯车载电源等；另一方面用作自行车、摩托车、汽车等交通工具的动力电源，以满足环保对车辆排放的要求。2、燃料电池无人机3、固定式电源燃料电池既可与电网系统互联用于调峰，同时也可作为独立电源，用作海岛、山区、边远地区等发供电系统电源。采用多台质子交换膜燃料电池发电机联网还可构成分散式供电系统，便可省去电网线路及配电调度控制系统，通过热电联供使燃料总利用率高达80%以上。4、军用电源电源作为军事信息技术装备的命脉，其连续性、可靠性、安全性对于新式军事战争至关重要，它是信息技术装备密不可分的一部分。目前国外先进军事装备研究机构将燃料电池应用于单兵作战动力电源（100W）、移动电站（100W-500W）和军车动力驱动电源（500W-10kW），取得了良好的反馈效果，未来燃料电池电源有望开拓这部分新兴业务。 五、 燃料电池的发展趋势目前，世界化学品生产商塞拉尼斯公司、杜邦公司、巴斯夫公司、Methanex公司，燃料电池开发商Ballard动力系统公司、国际燃料电池公司以及汽车生产商戴姆勒-克莱斯勒公司、福特汽车公司、现代汽车公司、大众汽车公司等都纷纷联手开发燃料电池和燃料电池汽车。按燃料电池所用原始燃料的类型，大致分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池和汽油燃料电池。第六节：21世纪的氢能和氢经济一、 氢能和氢经济氢能的应用不是遥远的将来，我们可望未来的经济将变成氢经济，氢能转换成动力、电能，走向家家户户，成为人类今后长期依靠的一种通用燃料。二、 氢能系统氢能系统是一种极具潜力的未来的能源系统,氢能技术与氢能系统应用的发展迫切需要开展与氢能系统评价相关的研究。 第九次授课教学目的：学习生态平衡及其破坏教学重点：地球环境的基本特征教学难点：地球的生态系统教学过程： 第七章：能源利用的环境效应第一节：能源开发与利用过程中的环境效应一、地球环境的基本特征1、地球环境及其组成：地球环境由大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈组成。：2、地球环境的演变：地球环境从地球诞生起就在演变，长期原来导致环境演变的直接动力第一是地质运动，第二是气候变化，第三是生物的改造作用。二、地球的生态系统1、生态系统的组成生产者（producer）生产者在生物学分类上主要是各种绿色植物，也包括化能合成细菌与光合细菌，它们都是自养生物，植物与光合细菌利用太阳能进行光合作用合成有机物，化能合成细菌利用某些物质氧化还原反应释放的能量合成有机物，比如，硝化细菌通过将氨氧化为硝酸盐的方式利用化学能合成有机物。生产者在生物群落中起基础性作用，它们将无机环境中的能量同化，同化量就是输入生态系统的总能量，维系着整个生态系统的稳定，其中，各种绿色植物还能为各种生物提供栖息、繁殖的场所。分解者（decomposer）分解者又称“还原者”它们是一类异养生物，以各种细菌和真菌为主，也包含屎壳郎、蚯蚓等腐生动物。分解者可以将生态系统中的各种无生命的复杂有机质（尸体、粪便等）分解成水、二氧化碳、铵盐等可以被生产者重新利用的物质，完成物质的循环，因此分解者、生产者与无机环境就可以构成一个简单的生态系统。消费者（consumer）消费者指依靠摄取其他生物为生的异养生物，消费者的范围非常广，包括了几乎所有动物和部分微生物（主要有真细菌），它们通过捕食和寄生关系在生态系统中传递能量，其中，以生产者为食的消费者被称为初级消费者，以初级消费者为食的被称为次级消费者，其后还有三级消费者与四级消费者，同一种消费者在一个复杂的生态系统中可能充当多个级别，杂食性动物尤为如此，它们可能既吃植物（充当初级消费者）又吃各种食草动物（充当次级消费者），有的生物所充当的消费者级别还会随季节而变化。一个生态系统只需生产者和分解者就可以维持运作，数量众多的消费者在生态系统中起加快能量流动和物质循环的作用，可以看成是一种催化剂。2、生态系统的特点（1）、具有能量流动、物质循环和信息传递三大功能（2）、具有自我调节的能力（3）、生态系统是一种动态系统3、生态平衡及其破坏生态平衡(ecological equilibrium)是指在一定时间内生态系统中的生物和环境之间、生物各个种群之间，通过能量流动、物质循环和信息传递，使它们相互之间达到高度适应、协调和统一的状态。也就是说当生态系统处于平衡状态时，系统内各组成成分之间保持一定的比例关系，能量、物质的输入与输出在较长时间内趋于相等，结构和功能处于相对稳定状态，在受到外来干扰时，能通过自我调节恢复到初始的稳定状态。在生态系统内部，生产者、消费者、分解者和非生物环境之间，在一定时间内保持能量与物质输入、输出动态的相对稳定状态。三、 能源开发和利用过程的环境效应1、 化石燃料化石燃料是指煤炭、石油、天然气等这些埋藏在地下和海洋下的不能再生的燃料资源。化石燃料中按埋藏的能量的数量的顺序分有煤炭类、石油、油页岩、天燃气、油砂以及海下的可燃冰等。在燃烧过程中，化石燃料中的碳转变为二氧化碳进入大气，使大气中二氧化碳浓度增大。而二氧化碳作为一种温室气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来，加重了温室效应。2、核能核能(或称原子能)是通过核反应从原子核释放的能量，符合阿尔伯特爱因斯坦的质能方程E=mc ，其中E=能量，m=质量，c=光速。核能可通过三种核反应之一释放:1、核裂变，较重的原子核分裂释放结合能。2、核聚变，较轻的原子核聚合在一起释放结合能。3、核衰变，原子核自发衰变过程中释放能量。3、生物质能生物质能(biomass energy )，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态及气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。4、 水能水能是一种能源，是清洁能源，是绿色能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。水能是一种可再生能源，水能主要用于水力发电。水力发电将水的势能和动能转换成电能。以水力发电的工厂称为水力发电厂，简称水电厂，又称水电站。水力发电的优点是成本低、可连续再生、无污染。缺点是分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制大。容易被地形、气候等多方面的因素所影响，国家还在研究如何更好的利用水能。5、 风能风能(wind energy):地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。6、 太阳能太阳能(solar energy)，是指太阳的热辐射能(参见热能传播的三种方式:辐射)，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。自地球上生命诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为制作食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。7、 地热能地热能Geothermal Energy是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达7000，而在80至100公英里的深度处，温度会降至650至1200。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳，热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。地热能是可再生资源。8、海洋能海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。中国实海况海浪发电研制商产设备。技术人员可以对各种海浪发电机进行测试，并可将海浪发电机产生的电能通过液流运送到岸上，出售给消费者。第二节：全球的主要环境问题一、 气候变化1、气候变化是指气候平均状态随时间的变化，即气候平均状态和离差(距平)两者中的一个或两个一起出现了统计意义上的显著变化。离差值越大，表明气候变化的幅度越大，气候状态越不稳定。2、温室原理：太阳辐射主要是短波辐射，地面辐射和大气辐射则为长波辐射。大气对长波辐射的吸收力较强，对短波辐射的吸收力比较弱。白天，太阳光照射到地球时，部分能量被大气吸收，部分被反射回宇宙，大约47%左右的能量被地球表面吸收。夜晚，地球表面以红外线的方式向宇宙散发白天吸收的能量，大部分被大气吸收。结果，大气层就如同覆盖着玻璃的温室一样，可以保存一定的热量，使地球不至于像月球一样，被太阳照射时温度急剧升高，不见日光时温度急剧下降。二、臭氧层破坏1、臭氧层臭氧层是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收短波紫外线。大气层的臭氧主要以紫外线打击双原子的氧气，把它分为两个原子，然后每个原子和没有分裂的氧合并成臭氧。臭氧分子不稳定，紫外线照射之后又分为氧气分子和氧原子，形成一个继续的过程臭氧氧气循环，如此产生臭氧层。自然界中的臭氧层大多分布在离地20-50千米的高空。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造。2011年11月1日，日本气象厅发布的消息称，今年以来测到的南极上空臭氧层空洞面积的最大值超过去年，已相当于过去10年的平均水平值。2、 臭氧层的破坏的原因关于臭氧层变化及破坏的原因，一般认为，太阳活动引起的太阳辐射强度变化，大气运动引起的大气温度场和压力场的变化以及与臭氧生成有关的化学成分的移动、输送都将对臭氧的光化学平衡产生影响，从而影响臭氧的浓度和分布。而化学反应物的引人，则将直接地参与反应而对臭氧浓度产生更大的影响。 人类活动的影响，主要表现为对消耗臭氧层物质的生产、消费和排放方面。大气中的臭氧可以与许多物质起反应而被消耗和破坏。在所有与臭氧起反应的物质中，最简单而又最活泼的是含碳、氢、氯和氮几种元素的化学物质，如氧化亚氮（N2O）、水蒸汽（H2O）、四氯化碳（CH4）、甲烷（CH4）和现在最受重视的氯氟烃（CFC）等。这些物质在低层大气层正常情况下是稳定的，但在平流层受紫外线照射活化后，就变成了臭氧消耗物质。这种反应消耗掉平流层中的臭氧，打破了臭氧的平衡，导致地面紫外线辐射的增加. 臭氧的平衡 在自然状态下，大气层中的臭氧是处于动态平衡状态的，当大气层中没有其它化学物质存在时，臭氧的形成和破坏速度几乎是相同的。即： 然而大气中有一些气体，例如亚硝酸、甲基氧、甲烷、四氯化碳，以及同时含有氯与氟（或溴）的化学物质，如CFC和哈龙等，它们能长期滞留在大气层中，并最终 从对流层进人平流层，在紫外线辐射下，形成含氟、氯。氮、氢、溴的活性基因，剧烈地与臭氧起反应而破坏臭氧。这类物质进人平流层的量虽然很少，但因起催化剂作用，自身消耗甚少，而对臭氧的破坏作用十分严重，导致臭氧平衡的打破，浓度下降. 氯氟烷烃与臭氧层氯氟烷烃是一类化学性质稳定的人工源物质 ，在大气对流层中不易分解，寿命可长达几十年甚至上百年。但它进人平流层后，受到强烈的紫外线照射，就会分解产生氯游离基CI，氯游离基 与臭氧分子O3作用生成氧化氯游离基。ClO和氧分子O2消耗掉臭氧进而氧化氮游离基再与臭氧分子作用生成氯游离基，如此，氯游离基不断产生，又不断与臭氧分子作用，使一个CFC分子可以消耗掉成千上万个臭氧分子。其主要反应式如下（以CFC-11为例）： CFCl3CFCl2CI CIO3CIOO2 ClOO3Cl2O3 作为臭氧层破坏元凶而被人们高度重视的CFC，有5种物质为“特定氟里昂”，它们主要用作致冷剂、发泡剂、清洗剂等。其产品一直在增加，直到知道利用CFC作气溶胶的潜在危险后才开始下降，通过实施控制措施，特定氟里昂的生产量由1986年的113万吨减少为1991年的68万吨，削弱了40。3、 臭氧层破坏的危害首先，它会影响人类的健康。臭氧层被破坏后，其吸收紫外线的能力大大降低，使得人类接受过量紫外线辐射的机会大大增加了。一方面，过量的紫外线辐射会破坏人的免疫系统，使人的自身免疫系统出现障碍，患呼吸道系统传染性疾病的人数大量增加；另一方面，过量的紫外线辐射会增加皮肤癌的发病率。据统计，全世界范围内每年大约有10万人死于皮肤癌，大多数病例与过量紫外线辐射有关。臭氧层的臭氧每损耗1，皮肤癌的发病率就会增加 2。另外，过量紫外线辐射还会诱发各种眼科疾病，如白内障、角膜肿瘤等。其次，它会影响农作物的生产。实验表明，过量的紫外线辐射会使植物叶片变小，减少了植物进行光合作用的面积，从而影响作物的产量同时，过量紫外线辐射还会影响到部分农作物种子的质量，使农作物更易受杂草和病虫害的损害。一项对大豆的初步研究表明，臭氧层厚度减少25，大豆将会减产2025。再次，它会影响水生生态系统。研究结果表明，紫外线辐射的增加会直接引起浮游植物、浮游动物、幼体鱼类以及整个水生食物链的破坏。可见，紫外线辐射的增加，对水生生态系统有较大的影响。臭氧层被破坏后，吸收紫外辐射的能力减弱，将给人体健康带来很多不利影响。紫外辐射增强将使患呼吸系统传染病的人增加，还会增加皮肤癌和白内障的发病率，促使皮肤老化和病变。臭氧层破坏对植物产生难以确定的影响，如植物的叶片变小，植物更易受杂草和病虫害的损害。紫外线的增强还会使城市内的烟雾加剧，使橡胶、塑料等有机材料加速老化，使油漆褪色等，在高温和阳光充足的热带地区，这种破坏作用更为严重。我们能为保护臭氧层做些什么呢?选用无氟冰箱，不使用含氟的发用摩丝、定型发胶、领洁净、空气清新剂等物品。臭氧在1849年首次被人类发现，臭氧层问题是美国化学家罗兰和穆连于1974年首先提出来的。他们认为，在对流层大气中极稳定的化学物质氯氟烃（CFC）被输送到平流层后，在那里分解产生的原子氯（CI）就将有可能破坏臭氧层。20世纪70年代末开始，科学家们开始每年春天在南极考察臭氧层。1994年，人们首次观察到了至今为止最大的臭氧空洞，它的面积相当于一个欧洲，有24O0万千万千米。臭氧（03）是氧气（O2）的一种异构体，在大气中的含量仅占一亿分之一，其浓度因海拔高度而异。臭氧层可以说是地球的保护层，它主要围绕在地球外部离地面2025公里高度的地方，起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UVB（UVB是紫外线的一段波长，为280315nm）的作用。同时，由于紫外线是平流层的热能来源，臭氧分子是平流层大气的重要组成部分，所以臭氧层在平流层的垂直分布对平流层的温度结构和大气运动起着决定性的作用，发挥着调节气候的重要功能。南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的，可是仅在一个世纪里就被破坏了60。氟利昂作为氯氟烃物质中的一类，是一种化学性质非常稳定，且极难被分解、不可燃、无毒的物质，被广泛应用于现代生活的各个领域。清洁溶剂、制冷剂、保温材料、喷雾剂、发泡剂等中都使用了氟利昂。氟利昂在使用中被排放到大气后，其稳定性决定它将长时间滞留于此达数十年至100年。由于氟利昂不能在对流层中自然消除，只能缓慢地从对流层流向平流层，在那里被强烈的紫外线照射后分解。分解后产生的原子氯将会破坏臭氧层。研宪表明，臭氧层被破坏后，紫外线会通过大气层长驱直入。强烈的紫外线照射会抑制人的免疫力，会使白内障和皮肤癌患者增加。如果臭氧层的总量减少1的话， UV-B就将增加2，其结果是使皮肤癌发病率提高24。此外，紫外线的增强还会影响农作物的生长，并通过对海洋中的藻类产生的影响破坏整个水生生态系统。据统计，目前全世界氟利昂的年使用量超过1O0万吨，迄今为止向大气中排放的氟利昂总量达2000万吨，大部分仍停留在对流层中，只有10左右到达了平流层。四、 生物多样性锐减一、 生物多样性生物多样性（biodiversity）是指一定范围内多种多样活的有机体(动物、植物、微生物)有规律地结合所构成稳定的生态综合体。 这种多样包括动物、植物、微生物的物种多样性，物种的遗传与变异的多样性及生态系统的多样性。其中，物种的多样性是生物多样性的关键，它既体现了生物之间及环境之间的复杂关系，又体现了生物资源的丰富性。 我们已经知道大约有200万种生物，这些形形色色的生物物种就构成了生物物种的多样性。二、生物多样性锐减的原因影响生物多样性的因素有自然因素和人为因素，其中人为因素是主要原因。生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性人类活动对于物种多样性的影响主要是对于生物资源的过度利用，所以应对措施是减少对于自然生物资源的利用。人类活动对于生态系统多样性的影响主要是破坏栖息地、污染坏境，所以人类应当保护栖息地，减少环境污染。人类活动对于遗传多样性的影响主要是使栖息地被隔离，物种间不能进行交配繁殖，使其基因交流的机会减少，此外，人类的对于农作物的选择载重，会破坏地方品种。所以总而言之，最好的应对措施就是要在不破坏自然的前提上发展经济，开展人类活动。保护栖息地、保护环境、适度利用自然资源等。三、海洋污染第十次授课教学目的： 中国环境污染的现状教学重点： 中国的主要环境问题教学难点：环境监测教学过程： 第三节：中国的主要环境问题一、 中国环境问题的特点1、 人口压力2、 不合理的工业企业构成3、 以煤为主的一次能源构成4、 环保投入不足5、 公众与决策管理层的环境意识不强二、中国环境污染的现状1、大气污染 2、水污染 3、回体废弃物污染 4、噪声污染 第四节：环境监测与环境评价一、 环境监测1、 环境监测的目的环境监测的目的是准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。具体可归纳为:（1）根据环境质量标准，评价环境质量。（2）根据污染分布情况，追踪寻找污染源，为实现监督管理、控制污染提供依据。（3）收集本底数据，积累长期监测资料，为研究环境容量、实施总量控制、目标管理、预测预报环境质量提供数据。（4）为保护人类健康、保护环境、合理使用自然资源、制订环境法规、标准、规划等服务。2、 环境监测的分类环境监测可按其监测目的或监测介质对象进行分类，也可按专业部门进行分类，如气象监测、卫生监测和资源监测等。（一）按监测目的分类1、监视性监测（又称为例行监测或常规监测）2、特定目的监测（又称为特例监测或应急监测）3、研究性监测（又称科研监测（二）按监测介质对象分类可分为水质监测、空气监测、土壤监测、固体废物监测、生物监测、噪声和振动监测、电磁辐射监测、放射性监测、热监测、光监测、卫生（病源体、病毒、寄生虫等）监测等。文章由华晨仪器整理。3、 环境监测的特点（1）环境监测的综合性（2）环境监测的连续性 由于环境污染具有时空性等特点，因此，只有坚持长期测定，才能从大量的数据中揭示其变化规律，预测其变化趋势，数据样本越多，预测的准确度就越高。因此，监测网络、监测点位的选择一定要科学，而且一旦监测点位的代表性得到确认，必须长期坚持监测，以保证前后数据的可比性。（3）环境监测的追踪性 环境监测包括监测目的的确定、监测计划的制定、采样、样品运送和保存、实验室测定到数据整理等过程，是一个复杂而又有联系的系统，任何一步的差错都将影响最终数据的质量。特别是区域性的大型监测，由于参加人员众多、实验室和仪器的不同，必然会存在技术和管理水平不同。为使监测结果具有一定的准确性，并使数据具有可比性、代表性和完整性，需要一个量值追溯体系以监督。为此，需要建立环境监测的质量保证体系。二、环境评价1、环境评价：从环境卫生学角度按照一定的评价标准和方法对一定区域范围内的环境质量进行客观的定性和定量调查分析、评价和预测。环境质量评价实质上是对环境质量优与劣的评定过程，该过程包括环境评价因子的确定、环境监测、评价标准、评价方法、环境识别，因此环境质量评价的正确性体现在上述5个环节的科学性与客观性。常用的方法有数理统计方法和环境指数方法两种。2、环境评价的目的主要是掌握和比较环境质量状况及其变化趋势;寻找污染治理重点;为环境综合治理和城市规划及环境规划提供科学依据;研究环境质量与人群健康关系;预测评价拟建的项目对周围环境可能产生的影响。3、环境评价的类型（1）折叠回顾评价（2）现状评价（3）预断评价（4）影响评价4、环境评价的程序:第一阶段为准备阶段，主要工作为研究有关文件，进行初步的工程分析和环境现状调查，筛选重点评价