新能源与环境污染.doc

第二节 环境与能源 高二能力自学提纲：（一）P148155自主训练：（一）1、长江三峡水利工程采取了哪些环境保护措施？2、空气污染对农作物的危害有哪些？3、京都议定书是怎么一回事？4、什么是光污染？5、乱用农药、化肥对食品安全有哪些影响？我国食品污染情况如何？6、轿车内的空气污染来源有哪些？7、家庭装修中的空气污染来源有哪些？自学提纲：（二）1、我国环境形势的现状：改革开放以来，我国经济建设取得了举世瞩目的成就，环境保护也取得了积极进展。但是，我们必须清醒地看到，我国环境形势依然严峻，主要污染物排放总量远远超过环境容量，生态恶化尚未得到有效遏制，环境污染和生态破坏造成了巨大经济损失，危害群众健康和公共安全，影响社会稳定，甚至损害国际形象，未来环境仍将受到巨大压力。因此，建设环境友好型社会，就是以人与自然和谐相处，倡导环境文明，生态文明。2、构建经济社会环境协调发展的社会体系在当今科技发展迅猛的社会，我们要意识到污染治理技术对小康社会发展的重要性，倡导绿色消费。自主训练：（二）8、你了解哪些治污新技术？9、企业防治污染有哪些措施？自学提纲：（三）1、 能源问题：P1401442、 我国能源的现状3、 我国发展新能源的举措1一、人类利用能源的历史人类利用能源的历史经历了几个阶段。18世纪以前，木材在世界一次性能源消费结构中长期居首位；到19世纪下半叶，煤炭取代木材等成为主要能源；1965年，石油首次取代煤炭在世界能源消费结构中居首位由此开始了“石油时代”。石油、煤炭等这些当前人们使用的主要能源都属不可再生的矿物燃料。现今，矿物燃料提供世界91的一次商品能源，其中煤炭占28，石油超过40。然而，地球上矿物燃料的储量是有限的，由于人类无限制地开采，它已渐趋于枯竭。据统计，人类每年要燃烧40亿吨煤、25亿吨石油，并以每年3的速度增长。照此下去，科学家们估计，地球上的煤还可维持二三百年，石油就只有五六十年的用量了。而石油、天然气、煤的形成需要数亿年的生物与地质作用。所以，燃烧这些化石燃料就等于在吃老本。而且，开发利用和不加限制地消耗大量的煤和石油等燃料，还带来严重的负面影响，如诱发温室效应、酸雨，引起疾病、农业减产等严重问题，极大地污染了人类赖以生存的环境。因此，世界能源面临着新的转折，向石油等以外的能源物质转换已势在必行。二、二十一世纪的新能源 太阳能太阳是一个炽热的气体球，内部不停地进行着由氢聚变成氦的热核反应，不停地向宇宙空间释放出巨大的能量，这就是太阳能。地球上除了地热能和核能以外，所有能源都来源于太阳能，因此可以说太阳能是人类的“能源之母”。没有太阳能，就不会有人类的一切。 太阳能，因为它是一种辐射能，不带任何化学物质，是最洁净，最可靠的巨大能源宝库。经测算表明，太阳能释放出相当于10万亿千瓦的能量，而辐射到地球表面的能量，虽然只有它22亿分之一，但 也相当于全世界目前发电总量的八万倍。自古以来，人们就注意利用太阳能。早在几千年前，我们的祖先就曾用“阳燧”这种简单的器具向太阳“取火”，开辟了人类利用太阳能的新时代。据说古希腊著名物理学家阿基米德曾用巨大的镜子聚集太阳光，一举烧毁了敌人的帆船队。然而，人们对太阳能的深刻认识和开发利用，直到最近的二、三十年内才真正开始。1945年，美国贝尔电话实验室制造出了世界上第一块实用的硅太阳能电池，开创了现代人类利用太阳能的新纪元。11111 1 风能风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 人类利用风能的历史可以追溯到公元前，但数千年来，风能技术发展缓慢，没有引起人们足够的重视。但自1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。即使在发达国家，风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视。我国位于亚洲大陆东南、濒临太平洋西岸，季风强盛。全国风力资源的总储量为每年16亿kw，近期可开发的约为1.6亿kw，内蒙古、青海、黑龙江、甘肃等省风能储量居我国前列。 生物质能生物质是讨论能源时常用的一个术语，是指由光合作用而产生的各种有机体。生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t，含能量达3x1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。生物能是第四大能源，生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大。世界上生物质资源数量庞大，形式繁多，其中包括薪柴，农林作物，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，生活污水和水生植物等等（中国生物质资源主要是农业废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴、人畜粪便、城镇生活垃圾等四个方面）地热能人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热能是指其储量比目前人们所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和 地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。地热能在世界很多地区应用相当广泛。据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PWh。不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度大。3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。潮汐与潮流能来源于月球、太阳引力，其他海洋能均来源于太阳辐射，海洋面积占地球总面积的71%，太阳到达地球的能量，大部分落在海洋上空和海水中，部分转化为各种形式的海洋能。海水温差能是热能，低纬度的海面水温较高，与深层冷水存在温度差，而储存着温差热能，其能量与温差的大小和水量成正比；潮汐、潮流，海流、波浪能都是机械能，潮汐能是地球旋转所产生的能量通过太阳和月亮的引力作用而传递给海洋的，并由长周期波储存的能量，潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比；潮流、海流的能量与流速平方和通流量成正比；波浪能是一种在风的作用下产生的，并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能，波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比；河口水域的海水盐度差能是化学能，入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差，若隔以半透膜，淡水向海水一侧渗透可产生渗透压力，其能量与压力差和渗透流量成正比。因此各种能量涉及的物理过程开发技术及开发利用程度等方面存在很大的差异。海洋能的强度较常规能源为低。海水温差小，海面与5001000米深层水之间的较大温差仅为20左右；潮汐、波浪水位差小，较大潮差仅710米，较大波高仅3米；潮流、海流速度小，较大流速仅47节。即使这样，在可再生能源中，海洋能仍具有可观的能流密度。以波浪能为例，每米海岸线平均波功率在最丰富的海域是50千瓦，一般的有56千瓦；后者相当于太阳能流密度1千瓦米2）。又如潮流能，最高流速为3米秒的舟山群岛潮流，在一个潮流周期的平均潮流功率达4.5千瓦米2。海洋能作为自然能源是随时变化着的。但海洋是个庞大的蓄能库，将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水里，不象在陆地和空中那样容易散失。海水温差、盐度差和海流都是较稳定的，24小时不间断，昼夜波动小，只稍有季节性的变化。潮汐、潮流则作恒定的周期性变化，对大潮、小潮、涨潮、落潮、潮位、潮速、方向都可以准确预测。海浪是海洋中最不稳定的，有季节性、周期性，而且相邻周期也是变化的。但海浪是风浪和涌浪的总和，而涌浪源自辽阔海域持续时日的风能，不象当地太阳和风那样容易骤起骤止和受局部气象的影响。三、我们利用新能源的现状1世界上能被利用的风能总量至少有10亿千瓦，其中中国可利用的大约有3亿千瓦。到1992年，全世界风力发电装机达27亿万千瓦。2地球上每年经太阳能光合作用生成的生物质总量约为1440-1800亿吨，大约等于现在世界能源消耗总量的10倍。(可用生物质制造乙醇甲酵，用作汽车燃料等；也可制造高效生物质燃烧炉，其热效率达85。)3全世界海洋能的理论可再生总量约为7历亿千瓦，现在技术上可以开发的起码有以亿千瓦。中国海洋能据估算可开发量约46亿千瓦。我国已建成1280千瓦时的潮汐电站。4全世界地热资源的总量约相当于州8亿吨标淮煤。中国已查明地热储量相当于316亿吨标准煤。 4 解决未来世界的能源问题成为人类社会面临的头等大事。专家们一方面呼吁发展节能技术；另一方面，从能源系统的角度提出要开发使用新能源、减少或取代对能源矿产的依赖。现在，世界上许多国家和地区都致力于用现代化的技术和新材料开发利用新能源和可再生能源，用来取代资源有限、对环境有污染的化石能源。不过风能、潮汐能、生物能、地热能等都因一定的条件限制而只适于作补充能源，相对于人类对能源的巨大需求来说，只能解决局部的一些问题。下世纪能源发展方向主要为太阳能、核能、氢能。核能为什么核能会在下个世纪能源构成中起着主角作用，其优势何在呢？核能主要是原子能，是从铀矿石中提取的核燃料，与煤炭相比，1千克铀的原子核所释放出的热量大约相当于3 570吨煤炭燃烧时放出的热量。经过刚才的比较，核电站的优势是显而易见的，突出表现为：其体积小，运输方便；而且能减少运输费用，在地壳中储量巨大，足以让人类使用很长时间；燃烧时清洁，不会对环境构成严重污染（其优点为：）储量大、体积小、清洁人类最早认识核能的威力，大概是用于军事上的原子弹、氢弹等核武器，其实在和平时期核能的利用前景更加美好。目前，世界许多发达国家已经走在开发利用核能的前列，比如美国、法国、日本等国。我国现在能源紧张、经济发达地区建有两座核电站。一座是位于浙江省杭州湾附近的秦山核电站，另一座是广东省惠州的大亚湾核电站。今后我国还将建设许多核电站来满足经济发展需要。提问：核电站最大优点是什么？提问你知道核电站最需注意的是什么吗？ 太阳能利用太阳能的另外一个优点是对环境无污染，但我们也应该看到太阳能在利用时的不足之处，即非常分散，必须制造出一些装置来收集太阳能。(1)太阳能的优点太阳能十分巨大太阳能向周围空间辐射的总功率达3.81026瓦同学们知道太阳能辐射到地球表面的总功率是多少吗？（l.71017瓦）同学们计算一下，太阳每小时辐射到地球的总能量有多少？（计算：1.71017瓦3600秒=6.11020焦）地球每小时从太阳获得的太阳能量有6.11020焦，这比目前全世界在一年内能源生产的总量还多，可见太阳能有多么巨大太阳能供应时间长久那么太阳能会不会用完呢？根据科学家推算，太阳像现在这样不停地向外辐射能量，还可以维持60亿年以上，对于人类来说，太阳能可以说是一种取之不尽，用之不竭的永久性能源太阳能分布广阔，获取方便无需挖掘开采和运输我们到哪里去取太阳能？怎样获取呢？（只要太阳能照到的地方，就有太阳能，不用专门去寻找；只要用东西接收就行了，不需要挖掘开采）使用太阳能安全、不污染环境太阳能是最干净的能源，开发、利用太阳能不会给我们带来污染 (2)人类直接利用太阳能有两条途径同学议论：如何利用太阳能？1把太阳能转化成内能以供利用（讲解：例如用太阳炉、太阳能热水器等装置把太阳能转化成内能来做饭、烧水等等，也可用集热器把水加热，产生水蒸气，再推动汽轮发电机发电这就叫太阳能热电站）2通过光电转换装置把太阳能直接转化成电能（讲解：例如用硅光电池也叫太阳能电池，把太阳能直接转化成电能太阳能电池的应用已很广泛，像人造卫星上的电源、太阳能汽车上的电源，小型电视机、计算器上的电源，城市道路路灯的电源等等都可用太阳能电池，我国还用太阳能电池做航标灯的电源，铁路信号灯的电源等等）(3)利用太阳能的困难思考：既然太阳能有那么多优点，为什么不大量推广、大范围应用呢？目前还有些技术问题没有解决（三）广泛利用太阳能的困难1太阳能虽然十分巨大，但它太分散（经计算，垂直投射到地面每平方米面积上的太阳能只有几百瓦，所以要大规模开发利用太阳能必须设置庞大的收集和转换能量的系统，目前造价还太高，影响推广）2由于地球的自转和气候、季节等原因，太阳能的功率变化大，不稳定，给正常连续地使用造成困难3目前太阳能转换器的效率不高（光热转换的效率为5060%，而光电转换的效率只有10%左右所以还要下大力气研制高转换效率的材料要大规模地直接利用太阳能还要做大量的研究工作，现在已取得一定成果，只要不断努力，必将会不断有新的进展，随着科学技术的进步，应用也将越来越广泛有人预言，到21世纪，太阳能将会成为人类的重要能源之一提问太阳能有哪些主要优点？ 提问你能说出哪些利用太阳能的装置或产品？ 氢能源的开发与利用当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然气、煤，均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。随着石化燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。 氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点： l、重量最轻的元素。标准状态下，密度为 0.8999g/l，252.7时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。 2、导热性最好的气体，比大多数气体的导热系数高出10倍。 3、自然界存在最普遍的元素。据估计它构成了宇宙质量的 75，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。 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，为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。 5、燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。 6、无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁滁生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损。 7、利用形式多。既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。 8、可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。 9、可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小。 10、氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。 11、氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。目前，世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢。利用太阳能来分解水是一个主要研究方向，在光的作用下将水分解成氢气和氧气，关键在于找到一种合适的催化剂。如今世界上有50多个实验室在进行研究，至今尚未有重大突破，但它蕴育着广阔的前景。发展氢能源，将为建立一个美好、无污染的新世界迈出重要一步。思考：氢能源的有什么缺点吗？ 可燃冰1、概念：可燃冰即天然气水合物，它是水和天然气（主要成分甲烷）在高压和低温条件下混合时产生的晶体物质，外貌极似雪，点火即可燃烧，故称“可燃冰”或“气冰”。2、可燃冰的存在：一、产于海底沉积物中，二、产于永久冻土带中。 存在方式：占据大的岩石粒间孔隙：以球粒状散布于细粒岩石中；以固体形式填充在裂缝中；大块固态水合物伴随少量沉积物。3、可燃冰的优缺点优点：杂质少、无污染、能量密度高，1立方米释放164立方米的天然气，相当于0.164吨石油或0.328吨标准煤的能量；资源量丰富，相当于地球上现有的化石能源总储量的2倍，可满足人类未来10002000年的需要。缺点：开采可燃冰，它释放出的温室气体会使地球气候变暖，生物灭亡和海底滑坡等一系列环境问题，还会毁坏海底的重要工程，甚至直接危及人类的生存环境和生命财产的安全。4、如何权衡开发可燃冰的利弊要不要开发可燃冰？开发可燃冰有什么好处与坏处？这些问题都值得我们去思考。（1）从环境角度来看，开发可燃冰会引发一系列的环境问题。例如，产生温室气体，发生温室效应，使地球气候变暖，极地冰雪融化，导致海平面上升，淹没地球上低洼地区和沿海地区；气候的异常变化，使生物的生存环境发生极大的变化，甚至引起生物变亡；开采可燃冰，可能会引起海底滑坡，海底地震，海啸等，将危及人类的生命安全。（2）从经济发展来看，随着人口日益增多，生活水平逐年的提高，各种消费都日益增多，能源资源消费也日益增多，将在40. 50年后开始逐渐枯竭。所以开采可燃冰将可以解决这一问题，也是势在必行的事了。不然，在能源枯竭今后，人类将如何面对各种随之而来的问题，例如：照明、发电、驱寒等。5、开采中需要克服的难题在开采中，关键在能否克服开发过程中的两大环境障碍：一、保证易燃的甲烷气体不泄漏，以免毒化海水，增加温室效应。二、保证海底稳定，不因为溶矿、采气造成海底结构的滑塌、滑坡、引发一系列环境问题。新能源车描绘未来未来的汽车究竟会是什么模样？它们将会使用怎样的能源？新能源车的概念新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车(BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等。只排水的氢气汽车，只喝电、不喝油的电池汽车，还有目前世界上最长的公共汽车在这里，时间仿佛被拉到了未来，各色奇幻的新能源汽车尽情演绎着一幅幅生动的“未来图景”。目前替代燃料汽车已经进入到实用阶段。其中技术较为成熟、比较容易投入使用的，则是液化石油气（LPG）汽车与压缩天然气（CNG）汽车。这两种类型的新能源汽车技术，目前在全球汽车界都开始实现商业化运作。据介绍，LPG、CNG作为清洁能源，对于城市环境问题的改善是非常有利的。事实上，早在1999年，我国就开展了“空气清洁工程清洁汽车行动”，先后确定了北京、上海、天津、重庆、西安等12个城市(地区)为首批燃气汽车试点示范城市，并于近年来在其中一些城市的公交车和出租汽车中逐步推广使用CNG和LPG，以达到治理城市大气环境污染，实现生态环境的良性循环。据悉，为实现2008年奥运会期间北京奥运场馆内“零排放”，周边实现低排放这一目标，北京市将首先在公交和出租车上推广应用压缩天然气（CNG）、液化石油气（LPG）和液化天然气（LNG），并建造30座车用天然气加气站。“未来之城”方案 形状怪异可抗地震按照IwamotoScott建筑事务所的方案，一百年后的旧金山将是一座依靠地热资源来维持日常运转的清洁城市。在设计师们的方案中，2108年的旧金山将会由一系列可自动从地下获取能源的建筑物：它们可以从地下深处提取热能和水分，而且还可通过建筑顶部的花状构造直接从空气和生长的海藻中吸收水分，再将之转变成氢气，当作燃料。而城市的交通系统则将转移至地下隧道之中：在那里运行的将是环保的悬浮轿车，它们将承担起“未来之城”大部分的运输工作，而传统的化石燃料汽车将退出历史舞台。除此之外，这些形状怪异的建