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第二章能源与环境 内容简介 能源概述能源开发利用对环境的影响开发利用新能源 第一节能源概述 能源分类我国能源生产和消费状况及其面临的主要问题 一 能源分类 一 一次能源和二次能源 一次能源是从自然中直接得到的 这类能源也称为天然 或初级 能源 包括一切直接使用的可再生能源和不可再生能源 二次能源是由一次能源经加工 转换而得到的 如火电与煤气等 火电厂 煤气 二次能源 二 常规能源和新能源 常规能源是指当前已被人们广泛利用的能源 常指煤炭 石油 天然气 水力等 新能源是指目前尚未被人们广泛利用而正在研究以便推广应用的 如 核能 地热能 海洋能 潮汐能和波浪能 太阳能和生物质能源等 天然气 水电站 太阳能 沼气 二 我国能源生产 消费状况及其面临的主要问题 能源生产 消费状况面临的主要问题 一 能源生产消费状况 1 能源生产 这时我国是世界上居于美国之后的能源第二大生产国 2004年数据 1千克原油 1 4286千克标准煤 国家发改委副主任 国家能源局局长张国宝在2009年9月25日上午在国新办发布会上表示 新中国成立60年以来 中国一次能源生产总量从1949年的2334万吨标准煤 增长到2008年的26亿吨标准煤 增长110倍 成为世界上第一大能源生产国 2009年的新数据 全国水电装机达到1 72亿千瓦 居世界第一风电连续三年翻番增长 居世界第四太阳能热水器集热面积超过1 25亿平方米 居世界第一核电已建成运行11个反应堆 在建核电机组24台 总装机容量2540万千瓦 是目前世界上核电在建规模最大的国家 据统计 中国能源构成 占能源生产总量的比重 我国能源资源的地区分布 2 能源消费 我国是居美国之后世界第二大能源消费国 2004年数据 1千克原油 1 4286千克标准煤 中国与世界主要国家人均耗能对比 中国人均能耗为世界平均3 4 中国的能源状况与政策 白皮书指出 中国人均能源消费水平还很低 仅相当于世界平均水平的3 4 人均石油消费只相当于世界平均水平的1 2 远低于世界发达国家水平 2004年能源消费构成 中国的煤炭消费量比重明显偏高 天然气与核能比重明显偏低 与世界平均水平相差甚远 能源生产与消费增长率 从世界来看 2004年能源生产总量及增长率均高于能源消费总量及增长率 从中国来看趋势相反 能源生产量及增长率均低于能源消费量及增长率 仅从能源消费增长率看 中国是世界唯一一个以两位数增长的国家 且增加量最大 3 中国与世界能源主要品种情况比较 1 煤炭生产与消费 2004年中国的煤炭生产量与消费量占世界比重的1 3强 均列世界第一位 2 石油生产与消费 2004年 中国石油消费量列世界第二位 世界原油生产量与增长率均高于消费量与增长率 与之相反 中国的原油生产量及增长率明显低于消费量及增长率 而且消费增量大 增长率高 对外依存度达到48 5 逼近50 3 天然气生产与消费 中国天然气的生产与消费虽然增长迅速 但由于基数小 占世界份额很小 在1 5 左右 居世界第十六位 4 发电量与水电 核电消费量 2004年 中国发电量占世界发电量的12 53 约为美国发电量的1 2强 居世界第二位 中国核电消费量在世界的排名为第十一位 核电所占比重甚小 二 我国能源生产和消费中面临的主要问题 需求量激增 利用系数低 浪费严重农村能源匮乏 生态恶化加剧丰富的水能资源未得到充分利用大量原煤直接燃烧 严重污染环境 1 需求量激增 利用系数低 浪费严重 我国的能源生产和消费 近年来都有较大发展 但由于设备陈旧 技术落后 能源利用系数远低于发达国家 权威部门的最新测算显示 我国能源利用率为33 与世界先进水平相差10个百分点 节能空间和潜力很大 如采取各种强化节能的措施 2020年我国可以节约能源8亿吨标准煤 与世界先进水平相比 我国在能源效率 单位产品能耗等方面仍然存在较大差距 目前 我国产值能耗是世界平均水平的2倍多 主要产品能耗比世界先进水平高40 小锅炉 集中供热 2 农村能源匮乏 生态恶化加剧 我国农村人口多 能源短缺 并且非常严重 据估计 目前尚有3亿多农民缺电 许多水利设施由于缺电不能很好发挥效益 尤其是广大农村的生活用煤无法保证 全国农村每年大约需要烧掉4亿多吨薪材和秸秆 900多万吨马粪 即使这样 全国农户平均缺烧约2个月 按照目前的能源供求状况 很难得到满足 这就势必使大量的秸秆和树木被砍进而被烧掉 使地表植被减少 水土流失加重 自然生态环境恶化 中国农村典型的烧柴做饭 3 丰富的水能资源未得到充分利用 水力发电是经济 无污染的能源 工业发达国家十分注重水电开发 而且世界往往把水能资源的开发程度看作是衡量一个国家发达程度的重要标志之一 水利部部长陈雷在2009年5月11日召开的第五届 今日水电论坛 上说 水电是目前第一大清洁能源 提供了全世界1 5的电力 全球有55个国家的50 以上的电力由水电提供 而中国河流众多 水能资源蕴藏量居世界首位 其中 大陆地区技术可开发量5 42亿千瓦 是仅次于煤炭的第二大常规能源 目前 中国水能资源开发程度为31 5 还有巨大的发展潜力 三峡电站 4 大量原煤直接燃烧 严重污染环境 我国的大气污染源中 燃煤是一个重要因素 每年仅燃煤就约产生1200万吨烟尘和1700万吨二氧化硫 分别占全国总污染量的60 和80 使几乎所有城市和工业区大气中的颗粒浓度超过国家标准的几倍到几十倍 为此 必须尽快研究推广煤炭的洗选技术 燃烧技术等 从长远讲 还要研究煤的气化和液化技术 以提高利用效率 减少污染 减轻运输负担 充分发挥我国煤炭蕴藏量多的优势 原煤的紧缺加大了资源的开采 为了追求利润 许多人都加入煤炭开采行业 使资源的储备量急剧减少 煤炭产量的提高直接导致了空气污染状况加剧 环境开始亮起了红灯 第二节能源开发利用对环境的影响 化石燃料对环境的影响水力发电对环境的影响核电对环境的影响 一 化石燃料对环境的影响 一 开采和加工过程对环境的影响 二 利用过程对环境的影响 一 开采和加工对环境的影响 矿井地表沉陷露天开采占地酸性矿井水矿井瓦斯煤炭贮运中的污染洗煤厂排放水煤矸石煤炭的焦化和气化 1 煤炭开采和加工对环境的影响 1 矿井地表沉陷 煤矿井下开采破坏地层力学平衡 形成采空区 引起岩层位移 变形 地表沉陷 开采面积愈大 层数愈多 沉陷愈严重 地表沉陷会破坏农田 道路 管线 建筑并会污染水源 矿区居民家中出现大洞 2 露天开采占地 煤矿露天开采要占去大量土地 对地表水和地下水会产生不良影响 露天煤矿的 圈地 运动 澳大利亚南部的莫雷尔露天采矿是世界是最大的人造矿坑之一 矿坑极大 至少得花两个小时才能绕着它的边缘走一圈 3 酸性矿井水 井下涌水大多影响生产 而抽排到地表便形成矿井水 矿井水主要含有可溶性无机物和悬浮煤粉 煤矿含硫较高时 矿井水ph值一般在6以下 通常称酸性矿井水 酸性矿井水会腐蚀井下各种设备 排出地表还会污染水体和土壤 4 矿井瓦斯 瓦斯是成煤过程中形成的天然气 主要是甲烷 约占99 还含乙 丙 丁烷和二氧化硫 一氧化碳 二氧化碳 硫化氢等气体 对人体有害 并且易发生爆炸 极限5 16 瓦斯不仅污染环境 特别是影响井下工人的身体健康 还会威胁井下作业的安全 山西介休煤矿瓦斯爆炸事故 5 煤炭贮运中的污染 煤炭在贮运中 由于设施不完善和管理不当 会造成煤炭的自然流失 飞扬 既浪费了资源 又污染了水 大气 还会影响矿区 道路沿线的环境 煤炭贮运中的污染 6 洗煤厂排放水 煤炭洗选主要是为了去掉煤中的杂质 如灰分 硫分等 这样可以提高煤的发热值 减少煤的污染 也减少运输量 但是大量的洗煤水排入周围环境 就会造成不良影响 这种水叫煤泥水 主要污染物是煤泥悬浮物 如不加工处理 可淤塞河道 影响生物的活动 同时乌黑的排水也大大影响了周围的景观 小洗煤厂流出的污水 小洗煤厂流出的污水 7 煤矸石 煤炭开采和洗选中有大量煤矸石排出 一般占原煤产量的15 左右 我国目前已存煤矸石11亿吨 占地10万亩 煤矸石的堆放不仅会占用大量土地 而且会影响景观和生态环境 煤矸石自然排出大量二氧化硫 一氧化碳等有害物质污染大气 还造成酸性水污染 在我国的很多地方发生过捡煤人中毒死亡事件 堆积如山的煤矸石 堆积如山的煤矸石 8 煤炭的焦化和气化 焦化和气化是综合利用煤炭的重要途径 焦化是在隔绝空气条件下加烧到950度左右干馏得到焦炭 煤焦油和煤气 通过焦化可得到较干净的燃料 但焦化过程对环境有较严重的污染 这是因为焦炭和煤气中含有芳香烃 碳氢化合物 硫化氢 氰 焦油 酚等有害物质 这些有毒 有害物质随废水 废气排入环境 造成污染 焦化厂 土焦炉 国有的正规焦化厂 地上气化指采出煤炭后进行热加工的一种过程 即以煤炭作为原料 以氧或氢作气化介质 控制氧化程度 使煤炭转化成为一氧化碳 氢和甲烷等可燃性气体 地下气化的原理与地上气化基本一致 区别仅在于地下气化是在未经开采的煤层中进行 通过从地面钻进的一批特定钻孔 把气化介质送进煤层 使煤炭在地下进行 发生炉煤气 反应 生成的煤气从另一批特定钻孔引出 由于地下气化工艺流程相当复杂 目前在世界上还未能广泛采用 煤炭气化 煤炭气化的目的 一方面是制取清洁的气体燃料 另一方面是制取化工合成用的气体原料 由于煤炭自身氢碳比低 含有灰分 硫分等杂质 在开采 运输 燃烧过程中会污染环境 尤其是燃烧时热效率低 为了合理利用煤炭资源 减轻运输压力 降低对环境的污染程度 提高煤炭总利用率 开展煤炭转化技术的研究非常必要 一 化石燃料开采和加工对环境的影响 2 石油开采和加工对环境的影响 钻井泥浆含油污水石油废气炼油厂废渣 1 钻井泥浆 石油勘探和开采时 需要大量泥浆循环使用 钻完井后废弃在井场 由于泥浆中加有烧碱 铁络盐和盐酸等物质 因此会对井周围的水域 农田造成不良影响 特别是在原油开采过程中发生事故时还会喷出大量含油泥浆 井喷不仅会造成人员伤亡和原油损失 而且还会污染大片农田或海域 印尼发生井喷 喷发泥浆涌入高速公路 万名居民撤离 油井井喷 2 含油污水 含油污水来源广泛 在钻井和采油过程中产生的含油废水和洗井水 在炼油过程中产生的大量含油冷却水均为含油污水 在这些污水中 除含有油外 还含有酸 碱 盐 酚 氰和一些有机污染物 钻井 采油 炼油和贮运中产生的含油污水会污染海洋 淡水水域和土壤 石油泄漏后在海面上漂浮 巴西一钻井平台爆炸 海口市受不明来源的油污污染 3 石油废气 开采原油伴有一定油气 称伴生气 石油加工过程中可产生炼油废气 石油贮运也可以有气体挥发 这些气体收集利用则是财富 但排入大气则造成污染 石油废气 4 炼油厂废渣 炼油厂在精炼石油过程中会产生酸渣 碱渣 石油添加剂废渣 废催化剂和废白土 污水处理时会产生油泥 浮渣等这些污染物通常采用坑埋 堆放或直接排入水体的方法处置 由于含有油 硫 磷 铁 酚等杂质 会造成对水体 土壤的污染 炼油废渣 一 化石燃料开采和加工对环境的影响 3 天然气开采和加工对环境的影响 天然气开采中主要有两个污染物 硫化物 为保护管道首先脱硫 但转化率不高时尾气污染严重伴生盐水 气井的废气燃烧处理 二 化石燃料利用过程中的环境污染 各类燃料燃烧过程中产生污染物的比例 化石燃料燃烧产生的污染物对环境造成的影响 温室效应酸雨热污染 1 温室效应 在大气上界 太阳辐射光谱能量最大的波长是475纳米 由此向短波方向 各波长能量急剧降低 而向长波方向 各波长所具有的能量则缓慢减弱 太阳辐射能量中 约有7 的能量在紫外线范围内 47 的能量在可见光范围内 46 的能量在红外线范围内 太阳辐射光谱 太阳的辐射能量一部分被地球表面和云层反射 一部分被大气尘埃和空气分子所散射而返回宇宙空间 剩余部分则被地球表面 陆地和水体 吸收 使地球表面增温 变暖的地球表面又向上空辐射能量 大气中的二氧化碳 氧气 甲烷等温室气体 吸收太阳辐射近远红外波段 而使自己增温 也使大气的温度呈现增高的趋势 大气愈来愈暖 这就是所谓的 温室效应 地球对太阳能的吸收与反射 2 酸雨对环境的影响 a 酸雨的概念 纯净的雨雪溶有空气中的二氧化碳 形成碳酸 h2co3 因而具有微酸性 降落的雨水ph值约为5 6 当大气中二氧化硫 氮氧化物遇到水滴或潮湿空气 即转变成硫酸 h2so4 与硝酸 hno3 溶解在雨水中 使降雨的ph值降低到5 6以下 这种雨水称为酸雨 酸雨示意图 b 酸雨对环境的影响 对水生生态系统的危害对土壤的危害对植物的危害对建筑材料和古迹的影响 酸雨对水生生态系统的危害 由于酸雨造成的湖泊 河流等水质酸化 已经消灭了许多对酸敏感的水生生物种群 并减少了第一性生产者 绿色植物 的产量和破坏了湖泊中的营养食物网络 当湖泊和河流等水体ph值降到5以下时 鱼类的生长繁殖即会受到严重影响 流域内土壤和湖底河泥中的有毒金属 如铝等即会溶解在水中 毒害鱼类 受酸雨影响的水体及其周边环境 酸雨对土壤的危害 酸性物质不仅通过降雨湿性沉降 也可通过干性沉降于土壤 使地面直接吸收二氧化硫气体并氧化为硫酸 使森林资源锐减 便破坏了自然界碳的循环 使得二氧化碳浓度增加 在这种作用下 一方面土壤中的钙 镁 钾等养分被淋溶 导致土壤日益酸化 贫瘠化 影响植物的生长 另一方面酸化的土壤也会影响土壤微生物的活动 酸雨对植物的危害 对植物的危害一方面来自酸化的土壤 另一方面酸雨可以直接侵蚀植物叶片 引起叶片萎缩 叶片畸形等 影响光合作用 使生物量下降 我国重庆市多次发生雨后大面积水稻受害事件 例如 1982年6月18日夜雨后 东南郊区0 13万公顷水稻叶片突然黄枯 受酸雨危害的针叶林 酸雨对欧洲森林的危害情况 酸雨对建筑材料和古迹的影响 酸雨加速了许多用于建筑结构 桥梁 水坝 工业装备 供水管网 水轮发电机和通讯电缆等材料的腐蚀 例如 嘉陵江大桥钢梁锈蚀速度为160微米 年 照此速度 只要再过30年 10厘米厚的碳钢梁将会锈坏 并危及大桥安全 酸雨对建筑材料和古迹的影响 另外 酸雨还严重损害历史建筑 雕刻等文化古迹 例如 世界著名的雅典城堡 由巴特农神庙 埃雷赫修庙和其他一些古建筑组成 几乎全都用洁白大理石建成 如今大理石柱遭腐蚀 表面凝结一层厚1厘米多的石膏层 全然失去了原来的光彩 神庙上端那些以古希腊神话为题材的精美绝伦的大理石浮雕和花纹图案被酸雨溶蚀得斑斑驳驳 面目全非 3 热污染 因城市地区人口集中 建筑群 街道等代替了地面的天然覆盖层 工业生产排放热量 大量机动车行驶 大量空调排放热量而形成城市气温高于郊区农村的热岛效应因热电厂 核电站 炼钢厂等冷却水所造成的水体温度升高 使溶解氧减少 某些毒物毒性提高 鱼类不能繁殖或死亡 某些细菌繁殖 破坏水生生态环境进行而引起水质恶化的水体热污染 热污染类型 火电站的效率不高 再加上能量在转换和传递过程中的损耗 致使目前运转的各类火电站中热能利用的平均效率约为33 排掉的 余热 如果作为热水 供工厂或居民使用等可以降低这部分能源的消耗 可是 目前许多火电站都通过冷却水把 余热 排入河流 湖泊或海洋中 大多数情况下会引起热污染 案例 热污染首当其冲的受害者是水生生物 由于水温升高使水中溶解氧减少 水体处于缺氧状态 同时又使水生生物代谢率增高而需要更多的氧 造成一些水生生物在热效力作用下发育受阻或死亡 从而影响环境和生态平衡由于热水源周围气温升高 栖息在该地区的动物将提前苏醒 而远离该地区的本应先行苏醒的动物却处于冬眠状态 会造成有关生态系统中食物链的中断河水水温上升给一些致病微生物造成一个人工温床 使它们得以滋生 泛滥 引起疾病流行 危害人类健康 1965年澳大利亚曾流行过一种脑膜炎 后经科学家证实 其祸根是一种变形原由 由于发电厂排出的热水使河水温度增高 这种变形原由在温水中大量孳生 造成水源污染而引起了这次脑膜炎的流行 热污染危害 热水直排造成水鸟缺食饿死 二 水力发电对环境的影响 水力发电也给自然环境和生态系统带来较大影响和一定程度的破坏 主要表现在以下几个方面 以三峡大坝为例 三峡大坝1994年12月14日 当今世界第一大的水电工程 三峡大坝工程正式动工 它位于西陵峡中段的湖北省宜昌市境内的三斗坪 距下游葛洲坝水利枢纽工程38公里 三峡大坝工程包括主体建筑物工程及导流工程两部分 三峡工程动态总投资为2039亿元人民币 水库最终将淹没耕地43 13万亩 最终将移民113 18万人 工程施工总工期自1993年到2009年共17年 分三期进行 到2009年工程全部完工 三峡大坝建成后 将会形成长达600公里的巨型水库 成为世界罕见的新景观 防洪发电航运养殖旅游保护生态净化环境开发性移民南水北调供水灌溉 十大效益 防洪 大坝为混凝土重力坝 坝顶总长3035米 坝顶高程185米 正常蓄水位175米 总库容393亿立方米 其中防洪库容221 5亿立方米 可充分发挥其长江中下游防洪体系中的关键性骨干作用 使荆江河段防洪标准由现在的十年一遇提高到百年一遇 即抵御百年一遇的特大洪水发电 配有26台发电机的两个电站年均发电量849亿度航运 显著改善长江宜昌至重庆660公里的航道 万吨级船队可直达重庆港同时运输成本也将降低35 最主要的功能 三峡工程从最初的设想 勘察 规划 论证到正式开工 经历了75年 在这漫长的梦想 企盼 争论 等待相互交织的岁月里 三峡工程载浮载沉 几起几落 在中国综合国力不断增强的20世纪90年代 经过中华人民共和国的最高权力机关 全国人民代表大会的庄严表决 三峡工程建设正式付诸实施 孙中山首倡三峡建坝1917年 孙中山先生在 建国方略 中最早提出建设三峡工程的设想 称改良此上游一段 当以水闸堰其水 使舟得溯流以行 而又可资其水力 中美合做三峡工程梦1944年 美国垦务局设计总工程师萨凡奇到三峡实地勘查后 提出了 扬子江三峡计划初步报告 即著名的萨凡奇计划 1945年 国民政府资源委员会成立了三峡水力发电计划技术研究委员会 全国水力发电工程总处及三峡勘测处 1946年 国民政府资源委员会与美国垦务局正式签订合约 由该局代为进行三峡大坝的设计 中国派遣技术人员前往美国参加设计工作 有关部门初步进行了坝址及库区测量 地质调查与钻探 经济调查 规划及设计工作等 1947年5月 面临崩溃的国民政府 中止了三峡水力发电计划的实施 撤回在美的全部技术人员 新中国领导关怀三峡工程1949年 长江流域遭遇大洪水 荆江大堤险象环生 长江中下游特别是荆江河段的防洪问题 从新中国成立伊始就引起了重视 1956年 毛主席在武汉畅游长江后写下 水调歌头 游泳 描绘出兴建三峡工程的宏伟蓝图 1953年 毛泽东主席在听取长江干流及主要支流修建水库规划的介绍时 希望在三峡修建水库 以毕其功于一役 他指着地图上的三峡说 费了那么大的力量修支流水库 还达不到控制洪水的目的 为什么不在这个总口子上卡起来 先修那个三峡大坝怎么样 民主决策兴建三峡工程1980年7月 邓小平从重庆乘船东下 视察了三峡坝址 葛洲坝工地和荆江大桥 1989年7月 中共中央总书记江泽民来到湖北宜昌 考察了三斗坪坝址 1990年7月 以邹家华为主任的国务院三峡工程审查委员会成立 至1991年8月 委员会通过了可行性研究报告 报请国务院审批 并提请第七届全国人大审议 1992年4月3日 七届全国人大第五次会议以1767票赞成 177票反对 664票弃权 25人未按表决器通过 关于兴建长江三峡工程的决议 决定将兴建三峡工程列入国民经济和社会发展十年规划 由国务院根据国民经济发展的实际情况和国家财力 物力的可能 选择适当时机组织实施 三峡工程建设1993年1月 国务院三峡工程建设委员会成立 李鹏总理兼任建设委员会主任 委员会下设三个机构 办公室 移民开发局和中国长江三峡工程开发总公司 1994年12月14日国务院总理李鹏宣布 三峡工程正式开工 对自然环境的破坏水电站施工的影响会使原有绚丽风光的峡谷 崇山峻岭之中郁郁葱葱的森林受到破坏 大坝修建后蓄水淹没大量土地 会改变当地的自然景观和风景特征 淹没名胜古迹 还可能会引起地质变动 瞿塘峡水位涨到120多米三峡古栈道将永别世人 张飞庙 张飞庙静静地迎候旧址的最后一季参观者 已有1700多年历史的张飞庙座落在三峡库区长江南岸的云阳县飞凤山麓 相传是三国名将张飞埋首级处 国家一级文物保护单位张飞庙现存建筑面积1400平方米 它以依山取势的建筑风格 丰富的书画碑藏被称为 文藻胜地 巴蜀胜景 随着三峡工程的进展 张飞庙于2002年10月8日正式拆迁 沿长江上溯32公里 在长江南岸盘石镇龙安村异地复原重建 丰都鬼城大迁徙 2002年9月6日 千年古城重庆丰都县的县委 县政府 县人大 县政协将撤离享誉世界的 鬼城 迁往新县城办公 从而拉开 鬼城 丰都五万居民大迁徙的序幕 据该县一位移民局官员介绍 搬迁涉及一百一十六万平方米的房屋 二百四十五个企业事业单位 六所学校 五万多居民 根据二期水位的要求 所有搬迁在二 二年底前全部结束 奈何桥 与 孟婆汤 相传有一条路叫黄泉路 有一条河叫忘川河 河上有一座桥叫奈何桥 走过奈何桥有一个土台叫望乡台 望乡台边有个老妇人在卖孟婆汤 忘川河边有一块石头叫三生石 孟婆汤让你忘了一切 三生石记载着你的前世今生 孟婆汤 是一个中国的古老传说 在那个传说中人是生生世世轮回反复的 这一世的终结不过是下一世的起点 生生世世循环的人无法拥有往世的记忆 只因为每个人在转世投胎之前都会在奈何桥上喝下忘记前程往事的孟婆汤 所以 走在奈何桥上时 是一个人最后拥有今世记忆的时候 这一刻 很多人还执着于前世未了的意愿 却又深深明白这些意愿终将无法实现 就会发出一声长长的叹息 丰都鬼城不再有鬼气大三峡已经没有神韵小三峡有些垃圾小小三峡太小儿科 三峡游客今日之感想 2 对库区动植物生态系统的影响 如 鱼类的洄游问题 鱼类因季节的变化 寻找食物 生殖等原因 要周期性结群作长距离的定向游动 叫做洄游 生活在淡水中的鱼 生殖时游向海洋产卵 叫降海性洄游 如鳗鱼 海洋里的鱼类 繁殖时要到淡水中产卵 这种现象叫溯河性洄游 如大马哈鱼 鱼类的洄游是鱼类运动的一种特殊形式 它与一般运动截然不同 一般的运动都是条件反射运动 常是由外界的刺激所引起的运动 洄游则是一些鱼类的主动 定期 定向 集群 具有种的特点的水平移动 洄游也是一种周期性运动 随着鱼类生命周期各个环节的推移 每年重复进行 洄游是长期以来鱼类对外界环境条件变化的适应结果 也是鱼类内部生理变化发展到一定程度 对外界刺激的一种必然反应 通过洄游 更换各生活时期的生活水域 以满足不同生活时期对生活条件的需要 顺利完成生活史中各重要生命活动 洄游的距离随种类而异 为了寻找适宜的外界条件和特定的产卵场所 有的种类要远游几千公里的距离 3 移民及其相关问题 修建水库 淹没土地需搬迁居民 会带来一系列经济等问题 需妥善处理 滑坡 崩塌等水土流失问题 如 水位的剧烈波动 承水压力等都会导致滑坡崩塌发生 5 环境污染问题 上游排入水体中的污染物由于流速的降低 水体自净能力降低 水体污染物累积 6 安全问题 三 核电对环境的影响 核动力就是利用铀235 或钚239 的核 在中子轰击下发生裂变 同时释放出核能 将水燃成蒸气 驱动汽轮机发电机组进行发电 进行核裂变反应的反应堆 就是核电站的 锅炉 由于核动力的燃料是核燃料 铀或钚 不是化石燃料 所以不具有化石燃料在开发利用过程中的环境污染问题 但它存在着放射污染 核电站和反应堆对环境的污染 核电站对环境产生的影响有非放射性影响和放射性影响 非放射性影响主要是指化学物质的排放 热污染 噪声及土地和水资源的耗用等 类似火电站对环境的影响 核电站对环境的主要影响是产生放射性 电站核反应堆在运行过程中 由于核燃料裂变和结构材料 腐蚀产物及堆内冷却水中杂质吸收中子均会产生各种放射性核素 例 切尔诺贝利核泄漏 1986年4月26日凌晨1时24分 位于今乌克兰的前苏联第一座核电站 切尔诺贝利核电站的4号机组发生爆炸 一条30多米高的火柱掀开了反应堆的外壳 致使8吨多强辐射物质泄漏 这次事故所产生的放射性尘埃 比日本广岛原子弹爆炸造成的辐射强400倍 切尔诺贝利核电站航拍图 箭头所指就是1986年4月26日发生泄漏的反应堆所在地 切尔诺贝利核泄漏是世界上最严重的核事故 成为人类利用核能史上的一大悲剧 欧洲受到核污染的区域超过了20万平方公里 其中最严重的是白俄罗斯 乌克兰和俄罗斯 部分东欧国家和北欧国家也受到一定程度的核污染 大量的放射性物质严重污染了空气 土壤和河流 破坏了自然环境和生态系统 直接导致34万人背井离乡 迁往其他安全地区 而欧洲部分最肥沃的耕地也因受到污染而成了废地 建立在白俄罗斯国家科学院研究成果上的报告说 全球共有20亿人口受切尔诺贝利事故影响 受害者约700万人 27万人因切尔诺贝利核泄漏事故患上癌症 其中致死9 3万人 例 切尔诺贝利核泄漏 事故发生后 4号机组被钢筋混凝土封闭 下面至今仍封存着约200吨核原料 由此得名 石棺 石棺 俄罗斯纪念切尔诺贝利核泄漏14周年 18年后切尔诺贝利仍在哭泣 专家称消除切尔诺贝利核泄漏事故后遗症需800年 放射性物质进入人体途径示意图 核反应堆的安全问题 利用核能是具有潜在危险的 故应用核能时 在各个运行环节均需极度小心 由于人们的高度重视 采用各种有效措施和建立各种规章制度 使得核能利用的安全性得到保证 目前运行的几百座原子能反应堆 发生事故极少 从已公布的资料看 只有三次 即 1957年10月英国的温茨开尔反应堆事故1979年3月美国的三里岛事故1986年4月前苏联切尔诺贝利核电站爆炸 放射性废物的最终处置 深地层处置投放到深海底或海床钻井处置通过核反应使长寿命核素转变为短寿命的或稳定的核素 微量污染物的处理器械 第三节开发利用新能源 目前 新能源的开发利用在满足广大农村和偏僻的草原 海岛 高山 沙漠等地少量分散的需要上起了一定作用 新能源在开发和利用过程中都要比化石燃料对环境污染少得多 清洁得多 对保护环境减少污染起到积极的作用 新能源的利用还可以满足一些特殊需要 如太阳能电池在空间科学上的应用 自60年代开始 太阳能电池在各式各样的人造卫星 宇宙飞船和星际电站中作为主电源大量应用 一 太阳能二 生物质能三 风能四 潮汐能五 地热能六 核聚变能利用技术的研究 一 太阳能 热利用光电利用 1 太阳能的直接利用有两种途径 太阳能的热利用 太阳能的热利用是通过反射 吸收或其他方式收集太阳辐射能 使太阳辐射能转换为热能并加以利用 热利用是当前太阳能利用工作中的主要方面 我国现已逐步推广应用的太阳能热利用项目主要有太阳能灶 太阳能热水器 太阳能温室 太阳能干燥 太阳能采暖等 太阳能的热利用 太阳能的光电利用 太阳能光电系统核心部件是光电池 光电池是一种直接将太阳幅射能转换成电能的半导体器件 我国在1971年成功地首次将光电池应用于我国发射的第二颗卫星工程上 通过卫星空间多年运行的考验 这一太阳能电池电源系统性能良好 保证了卫星高质量 高可靠地完成了航天任务 太阳能的光电利用 2 太阳能利用系统对环境的影响 太阳能在利用过程中既无有毒有害气体的排出 也无废弃物排出 总的来讲 太阳能是清洁无害的 但是 太阳能集热系统吸收太阳能后 减少了地面 建筑物等反射回空间的能量 其结果会影响大气中温度的梯度 云层 风等 进而影响小气候 巨大的集热系统 聚光装置会影响景观 太阳能电站 太阳能电站 生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能 最有可能成为主要的新能源之一 据估计 植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍 而作为能源的利用量还不到其总量的l 这些未加以利用的生物质 绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放 回到自然界中 二 生物质能源 我国基本上是一个农业国家 农村人口数量大 生物质一直是农村的主要能源之一 在国家能源构成中也占有主要地位 中国的生物质能源 1 生物质能资源我国现有森林 草原和耕地面积41 4亿公顷 理论上生物质资源可达650亿吨 年以上 以平均热值为15000千焦 公斤计算 折合理论资源为33亿吨标准煤 相当于我国目前年总能耗的1倍以上 2 生物质能源和利用我国生物质的能源利用绝大部分用于农村生活能源 极少部分用于乡镇企业的工业生产 利用方式长期来一直以直接燃烧为主 只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源 但规模较小 普及程度较低 在国家的能源结构中占有极小的比例 生物质直接燃烧方式不仅热效率低下 而且大量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化 严重损害了妇女 儿童的身心健康 此外 还对生态 社会和经济造成极其不利的影响 事实上 生物质能源是人类利用最早 最多 最直接的能源 至今 世界上仍有15亿以上的人口以生物质作为生活能源 生物质燃烧是传统的利用方式 不仅热效率低下 而且劳动强度大 污染严重 通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源 生产各种清洁燃料 替代煤炭 石油和天然气等燃料 生产电力 以减少对矿物能源的依赖 保护国家能源资源 减轻能源消费给环境造成的污染 专家认为 生物质能源将成为未来持续能源重要部分 到2015年 全球总能耗将有40 来自生物质能源 生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注 有许多国家都制定了相应的开发研究计划 如 日本的阳光计划印度的绿色能源工程美国的能源农场巴西的酒精能源计划 其它诸如丹麦 荷兰 德国 法国 加拿大 芬兰等国 多年来一直在进行各自的研究与开发 并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系 拥有各自的技术优势 80年代以前 发展中国家主要发展沼气池技术 以农作物秸秆和禽畜粪便为原料生产沼气作为生活炊事燃料 如印度和中国的家用沼气池 而发达国家则主要发展厌氧技术 处理禽畜粪便和高浓度有机废水 1 沼气技术 美国 英国 意大利等发达国家将沼气技术主要用于处理垃圾 美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元 采用湿法处理垃圾 日产26万m3沼气 用于发电 回收肥料 效益可观 预计10年可收回全部投资 英国以垃圾为原料实现沼气发电18mw 今后10年内还将投资1 5亿英镑 建造更多的垃圾沼气发电厂 沼气的热值视其中甲烷的含量而定 一般为4800 6200千卡 m3 沼气具有较高的热值 可用作炊事 照明 也可以驱动内燃机和发电机 据测算 1立方米沼气相当于1 2公斤煤或0 7公斤汽油的热值 1公斤作物秸秆可产生0 22立方米沼气 作物秸秆直接燃烧热能利用率只有10 沼气热能利用率可高达60 每公斤秸秆含热量3400千卡 直接燃烧的有效热值为340千卡 制成沼气燃烧的有效热值726千卡 提高了114 修建沼气池 沼气照明 沼气做饭 沼气是一种比较干净的再生能源 燃烧后的产物是二氧化碳和水 对空气的污染要小 垃圾 粪便等有机废弃物及作物秸秆是产生沼气的原料 投入沼气池后 既改善了环境卫生 又使蚊蝇失去了挛生的条件 减少了疾病的传播 生产沼气后的废液是很好的肥料 能减少化肥和农药的施用量 降低了对土壤的污染 起到了间接保护环境的作用 发展沼气有利于环境保护 早在70年代 一些发达国家 如美国 日本 加拿大 欧共体诸国 就开始了以生物质热裂解气化技术研究与开发 到80年代 美国就有19家公司和研究机构从事生物质热裂解气化技术的研究与开发 加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的研究 此外 菲律宾 马来西亚 印度 印尼等国家也先后开展了这方面的研究 芬兰坦佩雷电力公司开始在瑞典建立一座废木材气化发电厂 装机容量为60mw 产热65mw 瑞典能源中心取得世界银行贷款 计划在巴西建一座装机容量为20 30mw的发电厂 利用生物质气化 联合循环发电等先进技术处理当地丰富的蔗渣资源 2 生物质热裂解气化 生物质液体燃料 包括乙醇 植物油等 可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料 巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家 70年代中期 为了摆脱对进口石油的过度依赖 实施了世界上规模最大的乙醇开发计划 到1991年 乙醇产量达到130亿升 在980万辆汽车中 近400万辆为纯乙醇汽车 其余大部分燃用20 的乙醇 汽油混合燃料 也就是说乙醇燃料已占汽车燃料消费量的50 以上 1996年 美国可再生资源实验室已研究开发出利用纤维素废料生产酒精的技术 由美国哈斯科尔工业集团公司建立了一个1mw稻壳发电示范工程 年处理稻壳12000吨 年发电量800万度 年产酒精2500吨 具有明显的经济效益 3 生物质液体燃料 生物质压缩技术可使固体农林废弃物压缩成型 制成可代替煤炭的压块燃料 如美国曾开发了生物质颗粒成型燃料 泰国 菲律宾和马来西亚等第三世界国家发展了棒状成型燃料 4 其它技术 三 风能 风能就是空气流动所产生的动能 大风所具有的能量是很大的 风速9 10米 秒的5级风 吹到物体表面上的力 每平方米面积上约有10公斤 风速20米 秒的9级风 吹到物体表面上的力 每平方米面积可达50公斤左右 台风的风速可达50 60米 秒 它对每平方米物体表面上的压力 竟可高达200公斤以上 风力发电站 达坂城风力发电站位于乌鲁木齐附近 是亚洲最大的风力发电站 在这里风车林立 绵延数里 非常壮观 达坂城老风口 大风小风天天有 小风刮歪树 大风飞石头 这里每年大风日平均有151天之多 平均风速6 1米 秒 瞬间最大风速为40米 秒 最高风力12级 四 潮汐能 潮汐是一种自然现象 它是在月球和太阳引潮力作用下所发生的海水周期性涨落运动 一般情况下 每昼夜有两次涨落 一次在白天 一次在晚上 人们把白天的海水涨落称潮 晚上的海水涨落称夕 合起来称为潮汐 潮汐使海水每天都在不停地运动 涨潮时把海水推送向海岸 落潮时又使海水退回海中 潮汐往复不停而有规律的运动 携带着巨大的能量 潮汐电站原理 五 地热能 地热能利用分为两类 第一类是高温地热利用 温度一般在150 以上 主要用于发电 根据温度的高低有两种发电方法 即闪蒸法地热电站和双循环地热电站 第二类是地热直接利用 当地热温度较低时利用 温度一般100 以下 直接热利用效益较好 且利用范围广 原则上凡是需要热的地方都可以用 目前应用范围主要包括 生活用热水 冬季取暖 工业用热 干燥产品 农业养殖 温室种植 温泉休闲 医疗康复等 地热能源 1 高温地热利用 目前 世界上多数国家以高温发电为主 地热电站发展较好的国家如日本 美国 新西兰 墨西哥 菲律宾 印尼 意大利等 根据 世界能源导报 的数据 各主要国家地热电站的装机容量见表 各主要国家电力生产装机容量 huttrer2001 比较 羊八井地热站 高温地热利用 位于拉萨西北110公里的当雄县境内的山谷盆地中 海拔4300米 面积约100多平方公里 羊八井北临海拔5000米 6000米高的念青唐古拉山 四面山顶终年白雪皑皑 进入盆地后 整个大地被热气弥漫 蒸气灼人 到处都有地热露头点 沸泉 热泉 温泉 热水湖 水热爆炸穴等等 有的白色气柱带着刺耳的啸声直上云霄 有时热水和热气散发出巨大的声音 使人感到一种恐惧 这里的热气和高原的寒冷相遇 构成了美妙的自然奇观 盆地东北端热水湖 面积达7300多平方米 自然水温高达50 左右 是我国最大的热水湖 云谈风轻的时候 巨大的气柱飘然升起 可以直喷到100米的高空 在清澈的湖水深处 还可以看见翻涌的热水潜流 背景材料 2 地热直接利用 地热直接利用牵涉面较广 有工业 农业 生活等各方面 地热能对环境的影响 在利用过程中提取热流会引起地面下沉开发和利用过程中排放的废气主要有硫化氢 二氧化碳和氨大多数地热水都相对含有溶解物质 使水体汞和砷含量增高由于地热电站的热利用率较低 以致冷却水用量多于火电站 因此 热污染较重 六 核聚变能利用技术的研究 核聚变是指由质量小的原子 主要是指氘或氚 在一定条件下 如超高温和高压 发生原子核互相聚合作用 生成新的质量更重的原子核 并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式 原子核中蕴藏巨大的能量 原子核的变化 从一种原子核变化为另外一种原子核 往往伴随着能量的释放 如果是由重的原子核变化为轻的原子核 叫核裂变 如原子弹爆炸 如果是由轻的原子核变化为重的原子核 叫核聚变 如太阳发光发热的能量来源 相比核裂变 核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题 而且其原料可直接取自海水中的氘 来源几乎取之不尽 是理想的能源方式 1公斤海水中含有0 034克氘 通过热核反应产生的热量相当于300升汽油燃烧时释放的能量 地球上的汪洋大海里的氘 足够人类使用几十亿年 是一项无穷无尽的持久能源 目前人类已经可以实现不受控制的核聚变 如氢弹的爆炸 但是要想能量可被人类有效利用 必须能够合理的控制核聚变的速度和规模 实现持续 平稳的能量输出 核聚变需要的条件非常苛刻 比如 发生核聚变需要在1亿度的高温下才能进行 因此又叫热核反应 可以想象 没有什么材料能经受得起1亿度的高温 此外还有许多难以想象的困难需要去克服 尽管存在着许多困难 人们经过不断研究已取得了可喜的进展 科学家们设计了许多巧妙的方法 如用强大的磁场来约束反应 用强大的激光来加热原子等 可以预计 人们最终将掌握控制核聚变的方法 让核聚变为人类服务 目前主要的几种可控核聚变方式 超声波核聚变激光约束 惯性约束 核聚变磁约束核聚变 托卡马克 磁场约束法 托卡马克 是利用通过强大电流所产生的强大磁场 把等离子体约束在很小范围内以实现上述条件 这种方法在实验室条件下已成功 但要达到工业应用还差得远 惯性约束法 是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体 装入直径约几毫米的小球内 从外面均匀射入激光束或粒子束 球面因吸收能量而向外 受它的反作用 球面内层向内挤压 反作用力是一种惯性力 靠它使气体约束 所以称为惯性约束 小球内气体受挤压而压力升高 并伴随着温度的急剧升高 当温度达到所需要的点火温度 大概需要几亿度 时 小球内气体便发生爆炸 并产生大量热能 这种爆炸过程时间很短 只有几个皮秒 1皮等于1万亿分之一秒 如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去 所释放出的能量就相当于百万千瓦级的发电站 我国在四川省乐山市建设并通过国家验收的 中国环流器一号 就属于这类装置 全超导非圆截面核聚变实验装置 美 法等国在20世纪80年代中期发起了耗资46亿欧元的国际热核实验反应堆 iter 计划 旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆 为人类输送巨大的清洁能量 这一过程与太阳产生能量的过程类似 因此受控热核聚变实验装置也被俗称为 人造太阳 中国于2003年加入iter计划 位于安徽合肥的中科院等离子体所是这个国际科技合作计划的国内主要承担单位 其研究建设的east装置稳定放电能力为创记录的1000秒 超过世界上所有正在建设的同类装置 上述成果通过国家 九五 重大科学工程工艺鉴定 参与该研究合作的美国通用原子能公司盖瑞 杰克逊博士说 east成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置 它将在未来10年内保持世界先进水平 世界领先的中国新一代热核聚变装置 本章已经结束 谢谢大家 3 市场需求可以预计 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高 生物质能利用技术和装置的市场前景将会越来越广阔 主要依据 目前 绝大部分农作物秸秆因得不到有效利用而就地焚烧于农田 不仅浪费了大量的能源 而成了严重的环境污染 给社会生活和经济发展造成了一定程度的负面影响 如发生在成都双流机场和首都机场的烟尘事件 逐渐富裕起来的农民 随着生活水平的提高 迫切改变原来直接燃用秸秆薪柴烟薰火燎的炊事取暖局面 以生物质可燃气作为他们的生活能源 就会改善其卫生环境 提高生活质量 减轻劳动强度 众多粮食 木材 茶叶 果类等加工厂 每天都有大量的谷壳 锯末 木屑 果壳等废弃物产出堆放 利用生物质气化技术将其转换成可燃气 生产出优质能源 变废为宝 可谓一举两得禽畜粪便既是极为有害大环境污染源泉又是重要的生物质能资源 随着大型畜牧场的不断建成和发展 所产生的环境污染也日趋严重 应用厌氧技术处理禽畜粪便更具有能源与环境双重意义 随着我国社会经济的迅速发展 城市人口的增多和居民生活的改善 城市的垃圾处理问题便显得日益突出 我国的以北京为例 1995年 年垃圾产量均已突破400万吨 1996年北京的垃圾量则达485万吨 采用厌氧技术处理有机垃圾 不仅可获得能源 而且达到低费用治理污染的目的 我国的边远地区 生物质资源丰富 多属于缺电 少电地区 可将生物质气化发电 或供热可自产自用 事买上 生物质能源技术之所以具有广阔的市场前景 其优势在于开发利用生物质能源不仅可以获得取之不尽的能源 而且具有保护环境 节省资源的功能 4 我国生物质能技术发展现状与问题我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视 国家几位主要领导人曾多次批示和指示加强农作物秸秆的能源利用 国家科委已连续在三个国家五年计划中将生物质能技术的研究与应用列为重点研究项目 涌现出一大批优秀的科研成果和成功的应用范例 如产用沼气池 禽畜粪便沼气技术 生物质气化发电和集中供气 生物压块燃料等 取得了可观的社会效益和经济效益 同时 我国已形成一支高水平的科研队伍 包括国内有名的科研院所和大专院校 拥有一批热心从事生物质热裂解气化技术研究与开发的著名专家学者 a 沼气技术是我国发展最早 曾晋遍推厂的生物质能源利用技术 70年代 我国为解决农村能源短缺的问题 曾大力开发和推广户用沼气地技术 全国已建成525万户用沼气池 在最近的连续三个五年计划中 国家都将发展新的沼气技术列为重点科技攻关项目 计划实施了一大批沼气及其利用的研究项目和示范工程 至今 我国已建设了大中型沼气池3万多个 总容积超过137万m3 年产沼气5 500万m3 仅100m3以上规模的沼气工程就达630多处 其中集中供气站583处 用户8 3万户 年均用气量431m3 主要用于处理禽畜粪便和有机废水 这些工程都取得了一定程度的环境效益和社会效益 对发展当地经济和我国厌氧技术起到了积极作用 在 九五 计划中 应用于处理高浓度有机废水和城市垃圾的高效厌氧技术被列为科技攻关重点项目 分别由中科院成都生物研究所和杭州能源环境研究所承担实施 现已取得预期的进展 我国厌氧技术及工程中存在的主要问题 相关技术研究少 辅助设备配套性差 自动化程度低 非标设备加工粗糙 工程造价高 开放式前后处理的二次污染严重等 b 我国的生物质气化技术近年有了长足的发展 气化炉的形式从传统上吸式 下吸式到最先进的流化床 快速流化床和双床系统等 在应用上除了传统的供热之外 最主要突破是农村家庭供气和气化发电上 八五 期间 国家科委安排了 生物质热解气化及热利用技术 的科技攻关专题 取得了相当成果 采用氧气气化工艺 研制成功生物质中热值气化装置 以下吸式流化床工艺 研制成功l00户生物质气化集中供气系统与装置 以下吸式固定床工艺 研制成功食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置 以流化床干馏工艺 研制成功1000户生物质气化集中供气系统与装置 九五 期间 国家科委安排了 生物质热解气化及相关技术 的科技攻关专题 重点研究开发1mw大型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术 目前全国已建成农村气化站近200多个 谷壳气化发电100多台套 气化利用技术的影响正在逐渐扩大 c 八五 期间 我国开始了利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究 主要研究纤维素废弃物的稀酸水解及其发酵技术 并在 九五 期间进入中间试验阶段