《能源利用》PPT课件.ppt

第六章 能源的合理利用,6.1 能源与环境,环境是指物质环境，既人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体。 能源的生产与利用与环境问题特别是大气环境问题密切相关。伴随人口增长和生活水平的提高,能源消耗量不断增大，带来了以地球温室效应为中心的地球环境问题及其质的变化，影响到人类的生存和延续。,6.1.1 能源利用与环境问题的变迁 1、全球环境状况,联合国最新公布的研究结果显示，在过去30年中，虽然国际社会在环保领域取得了一定成绩，但全球整体环境状况持续恶化。国际社会普遍认为，贫困和过度消费导致人类无节制地开发和破坏自然资源，这是造成环境恶化的罪魁祸首。 世界经济发展和人类赖以生存的环境是不协调的，经济发展和人口增长给环境造成了巨大的压力，对发展中国家这种情况尤为突出。,全球环境恶化主要表现在大气和江海污染加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减少、淡水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩大、生物多样性受到威胁等多方面，同时温室气体的过量排放导致全球气候变暖，使自然灾害发生的频率和强度大幅增加。,天空正在塌陷 1999年发现的臭氧空洞是有史以来观测到的最大一次，达到2600万km2的面积。,全球正在变暖,海平面上升与陆地淹没； 气候带的移动； 飓风的加剧 ； 植被的迁徙与物种灭绝 ； 洋流的变化与厄尔尼诺现象； 雨型的改变。,因二氧化硫排放，每年 经济损失1126亿元(世界银行统计超过5000亿元),2、我国的污染现状,我国城市空气质量达标情况对比,我国城市空气中主要污染物浓度变化趋势,年份,我国SO2可能排放情况的预测,6.1.2 各种能源对环境的影响,1、矿物燃料燃烧造成的环境污染 天然气：天然气等气体燃料中杂质含量很少，燃烧效率高，在少量过剩空气系数的条件下可以完全燃烧，在减少大气污染上是最理想的燃料。 石油：液体燃料发热值高，运输储存容易，与煤碳燃烧相比，产生的煤尘较少。 煤碳：与石油天然气相比，煤碳中含碳的比例较大，单位发热量的CO2排放量大。从地球环境和地球环境看，煤碳是对环境污染最严重的燃料。,2、原子能发电引起的环境污染,原子能发电即使在正常运行过程中也有微量放射性物质释放到环境中，不过其影响比自然界本来就存在的放射性物质的影响还小。 一旦原子能发电站发生重大事故，放射性的伤害的非常大。,3、新能源的环境问题,从有效利用资源和 环境保护的角度出发，太阳能发电和风力发电等可再生能源的引进，城市垃圾和废弃物等再循环型生物能的利用、热电联合和燃料电池等过去能源的新利用形式等。 这些新能源作为小规模、分散型、环境负荷小的能源，有望实际应用。,6.1.3 地域范围内的大气环境问题,SOx，SO2：是含硫的煤或石油等矿物燃料燃烧时产生的。SO2易溶于水，人吸入，被上呼吸道吸收，刺激鼻逆膜、咽喉、上呼吸道，严重影响人体健康。 NOx：主要成分是NO和NO2。 NO2的毒性比NO强，环境标准是对NO2制定的。NO2难溶于水，容易侵入下呼吸道，严重影响的从支气管到肺泡的下呼吸道。此外它还是形成酸雨和光化学烟雾的原因。 CO ：容易与红血球中的血红蛋白结合，形成CO-Hb，所以，血液中O2-Hb减少，向组织供氧不足，影响人体健康。,大气中颗粒物（suspend particulate matter，SPM） 悬浮颗粒物发生源分为两种：一是土壤、海盐颗粒之类的自然起源，一是煤尘和柴油机黑烟等随燃烧而排放的人为原因。 从生成过程看，本来就是粒子，又被排放到大气中。称为一次粒子；另一种是排放时是气体，在大气中经过反应变成粒子，为二次粒子，如由SO2和NOx气体生存的硫酸盐和硝酸盐。 光化学氧化剂 碳氢化合物和氮氧化物发生光化学反应时生成的臭氧和PAN等氧化能力强的二次生成物。它刺激粘膜影响呼吸道等严重危害人体健康，对植物影响也很大。 其他气体污染物质：CO2 、氟里昂 、碳氢化合物中的甲烷 、二哦英、DDT、PCB等所谓的环境激素。,6.1.4 地球范围的环境问题,20世纪80年代中期，在南极上空发现了臭氧空洞，它与地球变暖及所谓的温室效应和酸雨沉降问题构成全球性的大气环境问题，明显地危及全人类的生存和繁衍，引起了国际社会的高度关注，使当今的世界环境问题具有明显的时代特征。,1、温室效应,温室效应及其影响 从19世纪末开始的100年间，地球表面温度平均升高0.3-0.6。 以现在温室效应气体的增加速率推算，21世纪末地球表面的平均温度将升高2（1-3.5）。这是过去一万年从未见过的剧烈变动。 由于气温升高，海水膨胀和冰川融化，21世纪末海面水位将增高50cm（1595cm）。,2、酸雨及酸性物质的沉积,矿物燃料燃烧时排放的气体状的硫氧化物和氮氧化物，或以气体状态、或在大气中变成粒子状的硫酸盐和硝酸盐进入云粒和雨滴中，成为酸度强的降雨。 酸雨对于大气层来说是自然发生的一种重要的净化作用，但对土壤和水系则是污染物质的来源。,3、臭氧空洞人类的威胁,根据调查显示，自 1978年开始的10年内，全球各纬度平流层的臭氧含量降低约 1.2%至10%不等，南极上空则是臭氧被破坏最严重的区域，甚至在春季期间更会出现所谓的“臭氧空洞” （1）臭氧空洞的产生 氯氟烃释放到大气中，再上升到高空时，会分解出氯原子。自由的氯原子遇上臭氧分子后，会夺走臭氧分子O3中的一个氧原子，使之变成为普通的氧分子O2。,（2）臭氧层被破坏的后果,如果没有臭氧层，进入大气层的紫外线就很容易被细胞核吸收，破坏生物的遗传物质DNA ，陆地上的生物便无法存在了。 据科学研究，臭氧减少10%，紫外线可能增加20%，皮肤癌患者可能增加30%，此外还会产生下列几种现象: (1)白内障罹患率增加； (2)免疫系统受到抑制； (3) 谷物的收成减少，品质降低，植物和 浮游生物减 少，破坏自然界的生物链； (4)塑料、橡胶制品加速老化； (5)紫外线直射会引起对流层臭氧的增加，致使产生光化学烟雾，造成空气污染,6.1.5 减低能源消耗， 保护大气环境,改善能源环境的基本理念 重新评价过去的大量生产、大量消耗、大量废弃型社会结构、经济活动。 保护大气环境。,6.2 能源的可持续发展,6.2.1 可持续发展的深刻内涵 “发展”是大前提，即发展是人类永恒的主题； “协调性”是核心； “公平性”是关键；追求时间和空间上的公平分配； “科学技术进步”是必要保证。为可持续发展的综合决策提供依据和手段，加深人类对自然规律的理解。,6.2.2 能源供需的长期预测,能源需要到2100年大约增加到现在的3倍。 设想最大限度利用可再生能源，煤碳、石油、天然气等矿物能源的供给在2050年出现最大值。 二次能源主力的电力需要，2100年也会达到现在的5倍。 从2040年左右开始，将主要依靠原子能和可再生能源发电，预计到2070年以后可再生能源将成为发电的主力能源。,发电方法及其单位发电量产生的各种气体的质量 单位(g/kw.h),6.2.3 向可持续发展的高度文明的社会前进,包括人在内的地球山的生态系统简单看是由三个部分组成。 CO2和水在太阳能的作用下的光合作用生长的植物。 吸入由植物的光合作用中释放出的氧气并吃食物成长的动物。 细菌等微生物，其作用是把动植物的排泄物和尸体分解厂植物和动物的营养成分，再还给生态系统。,地球上的国家可分为四类： 具有很高技术经济水平，但资源贫乏的国家； 具有很高技术、经济水平，资源也丰富的国家； 技术、经济水平还不高，资源丰富的国家； 技术、经济和资源都比较贫乏的国家。 人们需要的是一如既往地维持自然环境、不再发生公害和有机物积蓄，按着可持续发展或可持续生态循环的基本思路建设高度文明的社会。,6.2.4 解决我国能源问题应采取的措施,努力改善能源结构； 提高能源利用率； 加速实施洁净煤技术； 合理利用石油和天然气； 加快电力发展速度； 积极开发利用新能源； 建立合理的农村能源结构，扭转农村严重缺能局面 改善城市民用能源结构，提高居民生活质量； 重视能源的环境保护。,6.3 节能技术 有效地使用能源，消耗更少的能源获得更大的效益,6.3.1 个别技术开发型的节能产业： 产业: 高效率技术：高效率工业炉、高效率锅炉、高效率通用电动机 高效率设备、装置：高温连续铸造装置、流化床 民用： 个别机械的高效率化： 降低住宅、办公楼供热、制冷的负荷： 运输： 提高交通工具的效率： 提高发电机效率、减少摩擦损失、降低行走阻力。,6.3.2 系统技术开发型节能,热电联合系统（Cogeneration System）：电能和热能均可使用的发电系统。发电厂本身建在工厂区或建筑所需要的地方，使用矿物燃料燃烧推动蒸汽机和燃气轮机机发电，废水和废气成为蒸汽或空调的热源。 自然能利用系统； 混合燃料汽车； 生产系统能源使用的合理化。,6.3.3 废弃能量再利用,产业： 工厂排放热量的回收利用 其他排放热量的回收利用 民用：垃圾的能源化 利用废塑料、废轮胎、造纸以及其他可燃成分都可通过热分解成为燃料气。 超级垃圾发电 可以考虑把可燃性垃圾变化为高发热值的固体燃料，以便容易回收和运输。 利用尚未利用的能源热泵,6.3.4 社会体系结构转换型节能,产业： 高效节能-环境友好型城市 能源的阶梯式利用 新概念：生态城市、能源环境协调下城市、生态能源城市等 民用： 生活方式的变化： 节能行动：关闭无人房间的电灯、适当设置空调温度、不长时间看电视、不频繁开冰箱门等，与减少能源浪费有关的行动。 办公室节能行动： 夏时制：现在世界上已经有70多个国家实行。 运输： 模型转换 消除交通堵塞 物流高效率化：,核能利用迎来春天,2009年4月22日在北京闭幕的“面向21世纪核能部长级国际大会” 发表的主席声明认为，核电发展的积极势头正在显现，核能作为一种成熟、清洁、安全和有竞争力的技术，在21世纪及未来将对人类可持续发展做出更大贡献。 俄总理普京表示，尽管面临全球金融危机，俄罗斯仍不会放弃建设新核电站的计划，并提出在2030年前建设26台新的核电机组，使核电发电量在总发电量中的比例达到25%30%。美国总统奥巴也表示，美国已准备好为应对气候变化，在10年内建立清洁能源经济，重新走上了核电复苏的道路。目前，美国核管理委员会已经收到17个项目、26座反应堆的建设申请。英国、意大利等国家也改变了不发展核电的政策。 中国国家能源局副局长孙勤透露，中国今年内将安排5个新的核电项目开工建设。据悉，当前中国在建项目有24个机组，2500多万千瓦，到2020年，中国核电装机容量有望超过7500万千瓦。 截至2008年底，世界上共有约439座核电反应堆在运行，总共装机容量为3.72亿千瓦。核电占世界总发电量的份额约为14%，有16个国家的核能发电超过总发电量的1/4。仅2008年，全世界就有10台核电机组开工建设，全球在建核电机组增加至44台。,我国太阳能利用现状,2007年12月6日，联合国环境规划署举行的联合国气候变化大会上宣布，中国太阳能产业规模位居世界第一。 据中国太阳能产业协会统计，截至2007年底，中国太阳能热水器产量达2300万平方米，总保有量达1.08亿平方米，占世界的76，成为全球太阳能热水器生产和使用第一大国，且拥有完全自主知识产权，技术居国际领先水平。 山东是国内太阳能热水器市场启动最早的省份和产销第一大省，年产值约占全国的20。2006年，力诺瑞特、皇明等4家企业位居全国前10位，太阳能行业全国7家“中国名牌”中山东占3家。,我国太阳能利用现状,我国已成为全球第三大光伏产品制造基地。在其关键环节-太阳能电池制造上，我国已基本具备生产设备整线装备能力。 在太阳能发电方面，我国还较落后。据统计，自1990年以来，我国太阳能发电市场增长率仅17左右，远远低于世界同期30-40的年平均增长率。主要因为三大难题：发电成本高、