第二章走近节能减排

,第二章走近节能减排,鄂尔多斯生态环境职业学院韩润清,一能源及分类,人类社会的巨大发展与进步，都与能源消费的增长密切相关。能源利用和消费的每一次重大突破，都伴随着科学技术的重大进步，促进社会生产力的大幅度提高，加速了经济的发展，使人类社会的面貌发生根本的变化。人类从远古的钻木取火之后，薪柴燃料作为主要能源维持日常生活，并少量使用水力、风力等能源促进生产方式的变化。,一能源及分类（一)能源的利用进程,能源利用的重大突破出现在18世纪后半叶，1785年蒸气机的问世，把热能转换为机械能，推动了产业革命。机械化大工业生产的迅猛发展，促使能源由薪材燃料转向了化石燃料，首先是煤炭消耗量的迅速增加。,（一)能源的利用进程,19世纪中叶以后，内燃机的发明和火力发电厂的发展，以及钻探技术的提高，石油和天然气得到广泛应用。目前，人类社会生产和生活进入了电气化时代，对电能的需求量日益增长。由于产生电能的一次能源主要是煤和石油，都是非再生能源，长期强行开采势必使之日渐枯竭，能源的开发利用必须走多样化的道路。,（一)能源的利用进程,随着科学技术水平的提高，太阳能、风能、海洋能、地热能等新型的能源正在得到充分的开发和利用。,（一)能源的利用进程,上世纪50年代，继原子能技术在军事上应用后，实现了核裂变技术在工业中的应用。核电站的建立和核燃料的使用是能源利用发展史上一次重大的技术革命，为人类社会稳定发展打下坚实的物质基础。随着科学技术水平的提高，太阳能、风能、海洋能、地热能等新能源必将得到充分的合理开发和利用，尤其是受控核聚变若能实现的话，将为人类提供无穷无尽的能量。,第一节能源状况,（二)能源的分类按其来源分为四类1、来自太阳的能量。太阳的辐射能、化石燃料、生物质能。2、蕴藏在地球内部的能量。地热能。3、各种核燃料。原子核能。4、由月亮、太阳等天体对地球的相互吸引所产生的潮汐能。,第一节、能源状况,一次能源：能够直接被人们利用的，如煤炭、石油、天然气，太阳能。二次能源：无法从自然界中直接获得，必须由一次能源的消耗转化才能得到的。如电力，煤气、汽油、蒸汽、酒精、沼气等。,第一节能源状况,可再生能源：太阳能、风能、水能、生物质能。非可再生能源：煤炭、石油、天然气。常规能源：固体、液体和气体燃料。也叫化石能源。也叫污染型能源。新能源：尚未大规模利用，正在以新技术为基础进行研究，以便系统开发推广应用的资源。如太阳能、风能、氢能、地热能。称为清洁型能源。,二、当前我国的能源现状,中国地大物博、资源丰富，自然资源总量排世界第七位，能源资源总量约4万亿吨标准煤，居世界第三位。煤炭保有储量为10024.9亿吨，精查可采储量893亿吨；石油的资源量为930亿吨，天然气的资源量为38万亿立方米，现已探明的石油和天然气储量只占资源量的约20%和约3%；水力的可开发装机容量为3.78亿千瓦，居世界首位；,新能源与可再生能源资源丰富，风能资源量约为16亿千瓦，可开发利用的风能资源约2.53亿千瓦，地热资源的远景储量为1353.5亿吨标准煤，探明储量为31.6亿吨标准煤，太阳能、生物质能、海洋能等储量更是属于世界领先地位。但因我国人口众多，能源资源相对匮乏。我国人口占世界总人口21，已探明的煤炭储量占世界储量的11、原油占2.4、天然气仅占1.2。人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，石油、天然气仅为十五分之一。,第一节能源状况,我国1997年一次能源生产量为13.34亿吨标准煤，人均能源消费量仅为1.165吨标准煤，人均电量为893kWh，不足世界人均能源消费水平2.4吨标准煤的一半，居世界第89位。北美人均能源消费量超过10吨标准煤，欧洲及独联体人均能源消费量为5吨标准煤。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国年人均能源消费量将逐年增加，到2050年将达到2.38吨标准煤左右，相当于目前世界平均值，远低于发达国家目前的水平。人均能源资源相对不足，是中国经济、社会可持续发展的一个限制因素，这也是发展新能源与可再生能源，开辟新的能源供应渠道的一个重要原因,第一节能源状况,煤现在是、将来（直到2050年或更晚）仍是我国能源的主力，虽然煤在总能源（energymix）中所占的比例会逐渐下降（从75%下降到60%），但总量仍会不断增加。煤用于发电的比例会越来越大，从目前的50%增加到70%以上。煤的开采和直接燃烧已引起严重的生态和环境污染问题，70%80%以上的SO2、NOx、汞、颗粒物、CO2等都是由于煤炭直接燃烧所引起的。,第一节能源状况,由于我国石油短缺，车用液体燃料还是得从煤基替代燃料上找出路。我国2005年进口原油及其成品油约1.3亿吨，估计2010年将进口石油2.5亿吨，对外依存度将超过50%，这会引起一系列的能源安全问题。当然，煤炭对我国来说也是稀缺产品，但相对其他能源资源仍可“忍受”，若每年将煤炭产量的八分之一用于车用液体燃料（或甲醇，或二甲醚，或煤制油）的生产，从总的能源供应角度不会带来很大的不平衡。,第一节能源状况,前一个时期在我国广泛推广的粮食乙醇，从长远来看很难作为一个有份额的替代，因为我国的具体情况是：用世界上7%的可耕地来养活世界22%的人口，这是一个大前提。按现有的技术水平，3.5吨粮食做1吨乙醇，考虑到乙醇的热值，则5吨粮食做1吨汽油当量。此外还要消耗0.50.8吨的煤用于发酵和脱水。若有1000万吨当量汽油的替代，需用粮食5000万吨，是我国粮食总产量的十分之一，这是不可能的。当然，可以考虑用木薯和甜高粱等其他作物来生产乙醇，或是用秸秆及其他纤维素来制造（目前技术还没有商业化），但后者存在着大规模收集与运输问题。,第一节能源状况,在煤的直接燃烧条件下很难解决温室气体的减排，因为从电厂的大容积流量的烟气中收集浓度在13%14%左右的CO2将耗费很多附加的能量，使发电效率降低10个左右的百分点。目前我国温室气体排放已居世界第2位，近年来还在不断的快速增长，如此下去在10年或略长一些的时间内将超过美国，居世界第一。,第一节能源状况,可再生能源（主要是风能、太阳能和生物质能）在2020年以前很难在总能源平衡中占有一定分量的比例，这个情况和欧洲的其他国家在国情上有很大区别。一些欧洲国家，他们总能耗已经不再增长（或增长很少），可再生能源的发展逐步替代目前在用的化石能源。而我国却处于总能耗急剧增长之中，单是发电设备（其中主要是燃煤的发电），每年增长的装机容量是6080GW，超过三个长江三峡。在这个高速增长量中，可再生能源所能起的作用是很有限的，更不用说去替代原有的化石能源消耗。,第一节能源状况,譬如说，按国家规划，到2020年风力发电的装机容量将达30GW（是2005年的24倍），考虑到每单位装机容量的满负荷工作时间平均只有2500小时，则30GW的风电相当于火电12GW左右，也就是2020年我国发电总装机容量9501000GW的1.2左右。,第一节能源状况,目前我国已探明的石油可供开采只能维持13年，天然气可供开采不足30年，煤炭可供开采60年，主要矿产资源人均占有量不足世界平均水平的一半。特别是石油资源，进口量逐步上升，如不采取积极有效的措施，我国对国际石油市场的依存度以达到50以上。,第一节能源状况,2006年中国能源消耗结构图,二、当前我国的能源状况,新能源和可再生能源,（一）太阳能,太阳能，一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。自地球形成以来，生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，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。太阳能的利用有被动式利用（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。,尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨标准煤，每秒照射到地球的能量则为499,400,00,000焦。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换,光伏光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，太阳能利用由几乎全部以半导体物料（例如硅）制成的固体光伏电池组成。简单的光伏电池可为手表以及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明以及交通信号灯和监控系统，并入电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电能。天台及建筑物表面均可使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。,光热现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。海上太阳能项目新型船舶由它们反射的阳光都自动聚集到甲板中心的中央，加热锅炉里的水,产生高温高压蒸汽，推动发动机，从而产生电力,车顶型太阳能汽车发电系统,2020/5/30,太阳能灶,2020/5/30,太阳能路灯,2020/5/30,西班牙太阳能发电塔,2020/5/30,风能,风能：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。,风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量，属于可再生能源（包括水能，生物能等）。空气流具有的动能称风能。空气流速越高，动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，风能方法是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发电机。到2008年为止，全世界以风力产生的电力约有94.1百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源，但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。,现代利用涡轮叶片将气流的机械能转为电能而成为发电机。在中古与古代则利用风车将收集到的机械能用来磨碎谷物和抽水。,风力发电,2020/5/30,海上风力发电,2020/5/30,风能的利用-新概念路灯,2020/5/30,风能的利用（帆）,2020/5/30,太阳能风能二合一发电器,2020/5/30,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。空气流动所形成的动能及为风能。风能是太阳能的一种转化形式。太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，空气沿水平方向运动形成风。风的形成乃是空气流动的结果。,三、生物质能,生物质能,生物质能，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、液态和气态燃料，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。,生物质能,生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。,生物质能,有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的畜禽粪便和废弃物等物质。特点：可再生、低污染、分布广泛。,生物质能,有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。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，利用率不到3%。,生物质能,生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到下世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。,生物质能,利用途径生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。当前改造热效率仅为10%左右的传统烧柴灶，推广效率可达20%-30%的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。,生物质能,生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。,生物质能,沼气转化是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气。乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。,生物质能利用现状,2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口，畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处，年产沼气约90亿立方米，为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2,000万立方米。,生物质能,生物质炭化可燃颗粒,生物质能发电厂,四、水能和电能,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。,四、水能和电能,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。,水能,水能资源最显著的特点是可再生、无污染。开发水能对江河的综合治理和综合利用具有积极作用，对促进国民经济发展，改善能源消费结构，缓解由于消耗煤炭、石油资源所带来的环境污染有重要意义，因此世界各国都把开发水能放在能源发展战略的优先地位。,水能,优点其优点是成本低、可连续再生、无污染。1水能是可以再生的能源，能年复一年地循环使用，而煤炭。石油、天然气都是消耗性的能源，逐年开采，剩余的越来越少，甚至完全枯竭。2水能用的是不花钱的燃料，发电成本低，积累多，投资回收快，大中型水电站一般35年就可收回全部投资。,水能,3水能没有污染，是一种干净的能源。4水电站一般都有防洪启溉、航运、养殖、美化环境、旅游等综合经济效益。5水电投资跟火电投资差不多，施工工期也并不长，属于短期近利工程,6操作、管理人员少，一般不到火电的三分之一人员就足够了。7运营成本低，效率高；8可按需供电；9控制洪水泛滥10提供灌溉用水11改善河流航动12有关工程同时改善该地区的交通、电力供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。美国田纳西河的综合发展计划，是首个大型的水利工程，带动着整体的经济发展。,水电站,水能充电器,流入下水管的废水利用装置,地热能,地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47的太阳能，相当于人类一年所需能量的500多倍,地球深处热流或较深层的地热能对地表浅层也起到了加热作用。,1.地热资源的介绍地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热能形式存在，是导致火山爆发及地震的能量。地热来源：主要是地球内部长寿命放射性同位素热核反应产生的热能。,1.地热资源介绍,地热资源种类繁多，按其储存形式，可分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和熔岩型5大类；按温度可分为高温（高于150）、中温（90-150）和低温(低于90）地热资源。从总量上来看，我国主要是以中低温地热资源为主的。,2.地热资源的利用,根据地热流体的温度不同，利用范围不同：20-50:沐浴，水产养殖、饲养牲畜、土壤加温、脱水加工；50-100:供暖，温室、家庭用热水、工业干燥；10O-15O:双循环发电，供暖、制冷、工业干燥、脱水加工、回收盐类、罐头食品；150-200:双循环发电、制冷、工业干燥、工业热加工；2O0-400:直接发电及综合利用,地热发电方式,（一）蒸汽型地热发电把蒸汽中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组，但在引入发电机组前把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出来。,（二）热水型地热发电目前热水型地热电有两种方式：闪蒸式和双循环式地热发电a.闪蒸式（扩容法）从地热井输出的具有一定压力的汽水混合物，压力降低部分热水会沸腾并“闪蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽轮机做功；而分离后的热水可继续利用后排除，当然最好是再注入地层。适用于压力，温度较高的地热资源，要求地热井输出的汽水混合物温度在150以上，用过后的排水（从减压器排除的地热水）温度较高，可排入回灌井或作其他用途。,国外地热能利用现状,一.地热发电技术1904年，意大利在拉德瑞罗地热田建立了世界上第一台热力发电机组。到2002年底，世界上已有21个国家利用地热发电，总装机容量达8438MW，生产电力约50000GWh，其中以美国、菲律宾、意大利、墨西哥、印度尼西亚、日本、新西兰等国较多。估计全世界尚有热力发电站潜力97061MW。,二.地源热泵技术1912年，瑞士Zoelly首次提出利用浅层地热能作为热泵系统低温热源的概念。现今，地源热泵已在北美、欧洲等地广泛应用，技术也趋于成熟。美国正在实现每年安装40万台地源热泵的目标；在瑞士、奥地利、丹麦等北欧国家，地源热泵在家用的供暖设备中占很大比例。,国外地热能利用现状,三.地热供暖技术世界很多国家对地热供暖广泛运用。冰岛地处北极圈边缘，气候寒冷，一年中有300340天需要取暖，其主要能源中地热能占48.8%。地热是匈牙利主要资源之一，分布范围极广，总面积约为9.3104km2，占全国总面积的23.,我国地热资源现状,据2006年全国城市地热资源开发保护与经济论坛会报道，我国已发现的地热区有3200多处，其中可用以发电的高温地热有255处。初步估计，我国地热可采储量约相当于4626.5亿吨标准煤。近几年我国地热开采利用量每年以7%的速度增长。截止到2005年，我国直接利用地热资源的热能12604.6GWH（百万千瓦小时），设备容量3687MWT，分别居世界第一和第三。,。我国用于发电的地热资源主要集中在西藏、云南的横断山脉一线，全国地热发电装机容量88%集中在西藏，第一座地热电站羊八井电站总装机容量为25.18MW，年发电量超过1亿千瓦时,夏冬两季发电量分别占拉萨电网的40%和60%,我国地热资源规划的四大关键点,地热资源勘查评价要以需求带动勘查，使勘查服务于需求应以地热水动态监测数据为依据，对不同控制区实施不同规划集约化技术可应用在富热、多热源、贫热地区的地热开发对布局不合理、不进行回灌的地热井，要因地制宜进行改造,地热能,地热能,六、海洋能,地球表面71%的海洋，整个海水容积达1.37109立方千米。,海洋能,海洋能是一种蕴藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪引起的机械能和热能。海洋能同时也涉及一个更广的范畴，包括海面上空的风能、海水表面的太阳能和海里的生物质能。中国拥有18,000公里的海岸线和总面积达6,700平方公里的6,960座岛屿。这些岛屿大多远离陆地，因而缺少能源供应。因此要实现我国海岸和海岛经济的可持续发展，必须大力发展我国的海洋能资源。,海洋能,我国波力发电技术研究始于70年代，80年代以来获得较快发展，航标灯浮用微型潮汐发电装置已趋商品化，现已生产数百台，在沿海海域航标和大型灯船上推广应用。资料显示，我国从20世纪80年代开始，在沿海各地区陆续兴建了一批中小型潮汐发电站并投入运行发电。,其中最大的潮汐电站是1980年5月建成的浙江省温岭市江厦潮汐试验电站，它也是世界已建成的较大双向潮汐电站之一。总库容490万立方米，发电有效库容270万立方米。这里的最大潮差8.39米，平均潮差5.08米；电站功率3200千瓦。据了解，江厦电站每昼夜可发电1415小时，比单向潮汐电站增加发电量30%40%。江厦电站每年可为温岭、黄岩电力网提供100亿瓦/小时的电能。,海洋能,除潮汐能外，重点开发波浪能和海水热能。统计显示，海浪每秒钟在1平方千米海面上产生20万千瓦的能量，全世界海洋中可开发利用的波浪约为2730亿千瓦，而我国近海域波浪的蕴藏量约为1.5亿千瓦，可开发利用量约30003500万千瓦，一些发达国家已经开始建造小型的波浪发电站。,七、氢能,氢能是通过氢气和氧气反应所产生的能量。氢能是氢的化学能，氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，由于氢气必须从水、化石燃料等含氢物质中制得，因此属于二次能源。工业上生产氢的方式很多，常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等。,七、氢能,氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。它是一种极为优越的新能源，其主要优点有：1.燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。2.燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。3.资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。,七、氢能,是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，因此氢能被称为人类的终极能源。水是氢的大“仓库”，如把海水中的氢全部提取出来，将是地球上所有化石燃料热量的9000倍。氢的燃烧效率非常高，只要在汽油中加入4%的氢气，就可使内燃机节油40%。目前，氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。美国政府已明确提出氢计划，宣布今后4年政府将拨款17亿美元支持氢能开发。美国计划到2040年美国每天将减少使用1100万桶石油，这个数字正是现在美国每天的石油进口量。,氢能,中国对氢能的研究与发展可以追溯到20世纪60年代初，中国科学家为发展本国的航天事业，对作为火箭燃料中国氢能发展预测液氢的生产、H2/O2燃料电池的研制与开发进行了大量而有效的工作。将氢作为能源载体和新的能源系统进行开发，则是从20世纪70年代开始的。,氢能,现在，为进一步开发氢能，推动氢能利用的发展，氢能技术已被列入科技发展“十五”计划和2015年远景规划（能源领域）。,氢能,国产氢能客车,氢能发电机组,八、核能,原子核是可以改变的，而且在有些改变的过程中会释放出巨大的能量，这种能量称为核能。核能俗称原子能，它是原子核里的核子中子或质子，重新分配和组合时释放出来的能量。核能分为两类：一类叫裂变能，一类叫聚变能。,核能,核能是人类最具希望的未来能源。人们开发核能的途径有两条：一是重元素的裂变，如铀的裂变；二是轻元素的聚变，如氘、氚、锂等。重元素的裂变技术，己得到实际性的应用；而轻元素聚变技术，也正在积极研制之中。可不论是重元素铀，还是轻元素氘、氚，在海洋中都有相当巨大的储藏量。,核能发电,核能,核能,核武器,可燃冰,天然气水合物，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。,可燃冰,天然气水合物甲烷含量占80%99.9%，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且储量丰富，可燃冰的蕴藏量地球上煤、石油、天然气的总和还要多，全球储量足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油天然气的替代能源。,可燃冰,目前，30多个国家和地区已经进行“可燃冰”的研究与调查勘探，最近两年开采试验取得较大进展。我国计划于2015年在中国海域实施天然气水合物的钻探工程，将有力推动中国“可燃冰”勘探与开发的进程。在东海、南海、西沙海槽等海区已相继发现存在天然契税化合物的地球物理标志。,可燃冰,可燃冰,第二节、环境状况,一、大气污染,（一)大气结构随着距地面的高度不同，大气层的物理和化学性质有很大的变化。按气温的垂直变化特点，可将大气层自下而上分为对流层、平流层、中间层（上界为85km左右）、暖层（上界为800km左右）和逸散层（没有明显的上界）。,对流层,对流层是大气圈中最靠近地面的一层，平均厚度约12km.对流层集中了占大气总质量75%的空气和几乎全部的水蒸汽量，是天气变化最复杂的层次。该层的特点有：气温随着高度的增加而降低。这是由于对流层的大气不能直接吸收太阳辐射的能量，但能吸收地面反射的能量所致。空气具有强烈的对流运动。近地表的空气接受地面的热辐射后温度升高，与高空的冷空气形成垂直对流。,对流层,人类活动排入大气的污染物绝大多数在对流层聚集。因此，对流层的状况对人类生活的影响最大，与人类关系最密切。,平流层,平流层位于对流层之上，其上界伸展至约55km处。在平流层的上层，即3035km以上，温度随高度升高而升高。在3035km以下，温度随高度的增加而变化不大，气温趋于稳定，故该亚层又称为同温层。平流层的特点是空气气流以水平运动为主。在高约2035km处有厚约20km的臭氧层，其分布有季节性变动。臭氧层能吸收太阳的短波紫外线和宇宙射线，使地球上的生物免受这些射线的危害，能够生存繁衍。,中间层,从平流层顶至85km处的范围称为中间层。该层的气温随高度的增加而迅速降低。因此，该层也存在明显的空气垂直对流运动。,暖层,暖层位于85800km的高度之间。该层的气体在宇宙射线作用下处于电离状态。电离后的氧能强烈吸收太阳的短波辐射，使空气迅速升温，因而该层的气温随高度的增加而增加。该层能反射无线电波，对于无线电通讯有重要意义。,逸散层,800km以上的区域统称为逸散层，也称为外层大气。该层大气稀薄，气温高，分子运动速度快，地球对气体分子的吸引力小，因此气体及微粒可飞出地球引力场进入太空。,一、大气污染,（二)、大气的组成大气层又叫大气圈，地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要有氮气，占789；氧气占209；氩气占093；还有少量的二氧化碳、稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气氡气）和水蒸汽。大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。,（二)、大气的组成,大气中还含有一些可有可无的成分，如尘埃、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、煤烟、金属粉尘等。这部分成分在空气中含量变化非常大。在一些工业密集的地区含量非常高、常严重威胁人类健康,(三)大气污染源,大气污染：是指由于受自然或者是人为的因素，改变了其中某些原有成分和增加了某些有毒有害物质，致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等造成损害的现象。,(三)大气污染源,造成大气污染的污染物主要了来源于自然过程和人类活动。人类的生产和生活活动是大气污染的主要来源。通常所说的大气污染源是指由人类活动向大气输送污染物的发生源。大气的人为污染源可概括为三方面：,(三)大气污染源,1、燃料燃烧：燃料（煤、石油、天然气等）的燃烧过程是向大气输送污染物的重要发生源。煤是主要的工业和民用燃料，它的主要成分是碳，并含有氢、氧、氮、硫及金属化合物。煤燃烧时除产生大量烟尘外，在燃烧过程中还会形成一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、有机化合物及烟尘等有害物质。,(三)大气污染源,火力发电厂、钢铁厂、焦化厂、石油化工厂和有大型锅炉的工厂、用煤量最大的工矿企业，根据工业企业的性质、规模的不同，对大气产生污染的程度也不同。,(三)大气污染源,甚至更高。2、工业生产过程排放：工业生产过程中排放到大气中的污染物种类多，数量大，是城市或工业区大气的主要污染源。家庭日常生活用的炉灶，由于居住区分布广泛、密度大，排放高度又很低，再加上无任何处理，所排出的各种污染物的量往往不比大锅炉低，在有些地区,(三)大气污染源,工业生产过程中产生废气的工厂很多。例如，石油化工企业排放二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、氮氧化物；有色金属冶炼工业排出的二氧化硫、氮氧化物以及含重金属元素的烟尘；磷肥厂排出氟化物；酸咸盐化工工业排出二氧化硫、氮氧化物、氯化氢及各种酸性气体；钢铁工业在炼铁、炼钢、炼焦过程中排出粉尘、硫氧化物、氰化物、一氧化碳、硫化氢、酚、苯类、烃类等。总之，工业生产过程排放的污染物的组成与工业企业的性质密切相关。,(三)大气污染源,3、农业生产过程。农业机械运行时所排出的尾气或施用的化学农药、化肥、有机肥等物质时，逸散或从土壤中经再分解，排放于大气的有毒有害及恶臭气态污染物等，此外稻田释放的甲烷，也会对大气造成污染。,(三)大气污染源,4、交通运输过程中排放：现代化交通运输工具如汽车、飞机、船舶等排放的尾气是造成大气污染的主要来源。内燃机燃烧排放的废气中含有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、含氧有机化合物、硫氧化物和铅的化合物等多种有害物质。,（四）大气污染物,由于交通工具数量庞大在我国大气环境中，影响较大的污染物有颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物等，主要来自于燃料的燃烧。1.颗粒污染物大气中的颗粒污染物主要有粉尘、烟尘、雾等。2、气态污染物主要有硫氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、臭氧等。,（四）大气污染物,一次污染物由污染源直接排入大气的污染物。如二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、颗粒物等。二次污染物。二次污染物是指由一次污染物在大气中互相作用经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性比一次污染物还强。最常见的二次污染物如硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭氧、光化学氧化剂。,（四）大气污染物,光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染物在阳光（紫外光）作用下发生光化学反应生成生成蓝色的烟雾型混合物。特点是烟雾弥漫，大气能见度低。一般发生在大气湿度相对较低，气温在2432，阳光充足的夏季晴天。,（四）大气污染物,光化学烟雾可随气流漂移数百公里，使远离城市的农作物也受到损害。光化学烟雾多发生在阳光强烈的夏秋季节，能刺激人眼和上呼吸道，诱发各种呼吸道疾病，还能伤害植物，影响植物生长，降低它的抵抗害虫的能力，还能使橡胶制品老化、燃料褪色，并对油漆、涂料纺织纤维、尼伦制品等造成危害。,（四）大气污染物,光化学烟雾从1940年初开始，洛杉矶每年从夏季至早秋，只要是晴朗的日子，城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清。这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛。1943年以后，烟雾更加肆虐，以致远离城市100千米以外的海拔2000米高山上的大片松林也因此枯死，柑橘减产。,洛杉矶光化学烟雾事件,洛杉矶光化学烟雾事件,（四）大气污染物,洛杉矶在1940年就拥有250万辆汽车，每天大约消耗1100吨汽油，排出1000多吨碳氢化合物，300多吨氮氧化合物，700多吨一氧化碳。另外，还有炼油厂、供油站等其他石油燃烧排放，这些化合物被排放到阳光明媚的洛杉矶上空，就制造了一个毒烟雾工厂。21950年以来，光化学烟雾污染事件在美国其他城市和世界各地相继出现，如日本、加拿大、德意志联邦共和国、澳大利亚、荷兰等国的一些大城市都发生过。,光化学烟雾,20世纪70年代，在我国兰州西固石油化工区也相继出现了光化学烟雾。,2、硫酸烟雾。,最早于1873年发生在英国伦敦，因此称为伦敦型烟雾。主要是大气中未燃烧的煤尘、二氧化硫与空气中的水蒸气混合并发生化学反应形成的。危害主要是对呼吸道的影响，导致各种呼吸道疾病；缩短金属寿命；在空中可形成酸雨，造成土壤、水体酸化，影响植物、水生生物的生长，危害人类的生产和生活。,（五）大气污染的类型,（一）煤烟型大气污染主要污染物是由煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、SO2等构成的一次污染物，以及由这些污染物发生化学反应而生成的硫酸、硫酸盐类气溶胶等二次污染物。造成这类污染的污染源主要是工业企业烟气排放物，其次是家庭炉灶等取暖设备的烟气排放。,（五）大气污染的类型,（二）石油型大气污染主要污染物来自汽车尾气、石油冶炼及石油化工厂的废气排放。主要污染物是NO2、烯烃、链状烷烃、醇、羰基化合物等，以及它们在大气中形成的臭氧、大气自由基及生成的一系列中间产物与最终产物。,（五）大气污染的类型,（三）混合型大气污染主要污染物来自以煤炭为燃料的污染源排放，以石油为燃料的污染源排放，以及从工厂企业排出的各种化学物质等。例如，日本横滨、川崎等地区发生的污染事件就属于此种污染类型。,（五）大气污染的类型,（四）特殊型大气污染特殊型污染是指有关工厂企业排放的特殊气体所造成的污染。这类污染常限于局部范围之内。如生产磷肥企业排放的特殊气体引起的氟污染、铝碱工业周围形成的氯气污染等。,（五）大气污染的类型,我国的大气污染呈煤烟型污染的特点，二氧化硫严重超标，酸雨态势扩大等。,（六）大气污染的危害,（六）大气污染的危害,对人体健康的危害。人体受害有三条途径，即吸入污染空气、表面皮肤接触污染空气和食入含大气污染物的食物，降低人体的免疫功能，诱发或加重其他疾病的发生。除可引起呼吸道和肺部疾病外，还可对心血管系统、肝等产生危害，严重的可夺去人的生命。,（六）大气污染的危害,对生物的危害。动物因吸入污染空气或吃含污染物食物而发病或死亡，大气污染物可使植物抗病力下降、影响生长发育、叶面产生伤斑或枯萎死亡,（六）大气污染的危害,。对物品的危害。如对纺织衣物、皮革、金属制品、建筑材料、文化艺术品等，造成化学性损害和玷污损害。,（六）大气污染的危害,造成酸性降雨，对农业、林业、淡水养殖业等产生不利影响。破坏高空臭氧层，形成臭氧空洞，对人类和生物的生存环境产生危害。对全球气候产生影响，如二氧化碳等温室气体的增多会导致地球大气增暧，导致全球天气灾害增多，又如烟尘等气溶胶粒子增多，使大气混浊度增加，减弱太阳辐射，影响地球长波辐射，可能导致天气气候异常。,二、酸雨,二、酸雨,酸雨正式的名称是为酸性沉降，指pH值小于5.6的雨水、冻雨、雪、雹、露等大气降水。它可分为“湿沉降”与“干沉降”两大类，前者指的是所有气状污染物或粒状污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水形态而落到地面者，后者则是指在不下雨的日子，从空中降下来的落尘所带的酸性物质而言。,二、酸雨,全球有三大块酸雨地区：西欧，北美和东南亚。某地收集到酸雨样品，还不能算是酸雨区，因为一年可有数十场雨，某场雨可能是酸雨，某场雨可能不是酸雨，所以要看年平均值。在20世纪70年代，酸雨在世界上只在局部地区出现。目前，酸雨已经成为全球面临的主要环境问题之一。,（一）酸雨的形成,雨水被大气中存在的酸性气体污染。酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质造成的。我国的酸雨主要是因大量燃烧含硫量高的煤而形成的，多为硫酸雨，少为硝酸雨，此外，各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。近年来，我国一些地区已经成为酸雨多发区，酸雨污染的范围和程度已经引起人们的密切关注。酸雨具有极强的腐蚀性。我国酸沉降主要来自二氧化硫。,（二）酸雨的危害,酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失。危害的方面主要有：1)腐蚀建筑物和工业设备；2)破坏露天的文物古迹；3)损坏植物叶面，导致森林死亡；,（二）酸雨的危害,4)使湖泊中鱼虾死亡；5)破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡；6)饮用酸化造成的地下水,对人体有害。减少酸雨主要是要减少烧煤排放的二氧化硫和汽车排放的氮氧化物。,（三）酸雨的控制对策,1.开发新能源，如氢能，太阳能，水能，潮汐能，地热能等。2.使用燃煤脱硫技术，减少二氧化硫排放。3.工业生产排放气体处理后再排放。4.少开车，多乘坐公共交通工具出行。,（三）酸雨的控制对策,5.使用天然气等较清洁能源，少用煤。6.改进发动机的燃烧方式。7.通过净化装置，减少燃烧煤，石油等燃料时的污染物排放。,三、臭氧层破坏,是大气层中臭氧相对集中的层面，位于平流层内，可吸收太阳紫外线中对生物有害部分的作用，保护地球上的人类和动植物免遭紫外线的伤害，是地球的一把巨型保护伞。臭氧层也是调节气候变化的重要因素。,臭氧层破坏,臭氧层破坏的原因：制氟利昂，哈伦类物质污染大气的结果，此外工业废气、汽车和飞机的尾气、核爆炸产物、氨肥的分解物所含的氮氧化物、一氧化碳、甲烷等化学物质也能破话臭氧层。,臭氧层破坏,科学家认为，臭氧减少是由于人类活动向大气中排入氯氟烃（如氟里昂）和含溴卤代烷烃（哈龙）等气体引起的。氟里昂在自然界不会自己产生，而是人类在工业生产过程中制造、扩散出来的。它用于制冷装置的冷冻剂、气溶胶、有机溶剂和泡沫发泡。哈龙用于作灭火剂。目前，我国及世界各国正采取措施，逐步淘汰氟里昂和哈龙等破坏臭氧层的有害物质。,臭氧层耗损对人类健康及其生存环境的主要危害是：大量的紫外线直接辐射地面，导致人类皮肤癌、白内障发病率增高，并抑制人体免疫系统功能；农作物受害减产，影响粮食生产和食品供应；破坏海洋生态系统的食物链，导致生态平衡破坏。重则毁灭地球上的一切生物。,臭氧层破坏,科学家指出，随着大气臭氧越来越少，射向地面的紫外线就会越来越强，这样，将会带来以下危害：一、对人类健康危害严重，可引发和加剧眼部疾病、皮肤癌、传染疾病；二、50以上的陆生植物，如土豆、瓜类、番茄、甜菜等，产量会急剧下降；森林草地衰退，危及生态平衡和生物多样性；,臭氧层破坏,三、对水生生态系统产生影响，使浮游生物受到危害，导致海洋食物链中基础食物数量减少，使生活在浅水里的鱼类和贝类很难生存；。紫外辐射可以杀死10m水深内的单细胞海洋浮游生物。能穿透2m厚的冰层及水下。,四、使人工高分子或天然高分子材料加速老化，如建筑物、喷涂、包装等物质老化，使其变硬、变脆、缩短使用寿命，并能使接近地面的有害臭氧浓度增加，尤其在人口密集的城市中心，可引起光化学烟雾污染；,臭氧层破坏,一位美国的环境科学家曾预测：人类如果不采取措施，到2075年，全世界将有1.5亿人患皮肤癌，其中有300多万人死亡；将有1800多万人患白内障；农作物将减产7.5%；水产品将减产25；材料损失将达47亿美元；光化学烟雾的发生率将增加30。,五、全球气候变暖，产生“温室效应”，海平面上升。,臭氧层破坏,高空臭氧层是保护层，但近地低空中的臭氧却是一种污染物。低层臭氧含量的增加可以引起光化学烟雾，危害森林、作物、建筑物等，臭氧还会直接引起人的机体失调和中毒。,保护臭氧层的对策,大气中臭氧的损耗主要是由消耗臭氧层的物质引起的，因此对这些物质的生产量及消费量应加以限制，减少或停止向大气的排放，将是采取防止臭氧层损耗的有效措施。,臭氧层破坏,国家逐步削减并最终淘汰作为制冷剂、发泡剂、灭火剂、溶剂、清洗剂、杀虫剂、气雾剂、膨胀剂等用途的消耗臭氧层物质。此外，许多国家早已经开始研究ODS的替代物，并已投入实际运用。,臭氧层破坏,确定从1995年开始，每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”,四、水体污染,（一）、水体污染的概念所谓水体污染就是指大量污染物进入水体，其含量超过了水体的本底值或水体的自净能力，造成水质恶化，从而破坏了水体的正常功能。,四、水体污染,（二）、水体污染源；（1）未经处理而排放的生活污水；生活中使用的各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等，多为无毒的无机盐类，生活污水中含氮、磷、硫多，致病细菌多。据调查，1998年中国生活污水排放量184亿吨。,四、水体污染,（2）未经处理而排放的工业废水工业生产过程中排放出的废水，是目前造成水体污染的主要来源，也是主要的防治对象，多数工业废水含有大量的污染物质。,四、水体污染,（3）农业污水农业生产活动而产生的污水，由于降水，把土壤中的氮磷、农药等带入水体，农副产品加工厂有机物排入水体使水体水质恶化，规模化养殖场不断发展，其废水也成为一个新兴的污染源。,三、水体污染物与污染类型,1、水体污染物（1）需氧污染物如生活污水，牲畜污水及食品、造纸、制革、石化等工业废水。水质变化表现为：水体能见度下降；水体发黑、发臭，有气体从水中冒出；水体表面有浮渣。（2）植物营养物指促使水中植物生长，从而加速水体富营养化的各种物质。,四、水体污染,（3）重金属：如氰化物、砷、汞、铬等，具有毒性大，容易引起人类疾患的特点。（4）其他污染物如农药、石油、酚类化合物、酸碱及一些无机盐类等。,四、水体污染,2.水体污染类型及危害（1）感官性污染a色泽变化b浊度变化c泡状物d臭味,未经处理而排放的高浓度废水,（2）有机污染。指水体中富含大量有机物。城市生活污水、食品工业和造纸工业等排放所造成的污染。（3）无机污染。酸碱和无机盐类对水体的污染。使水体的PH值发生变化，同时还会增大水中无机盐类和硬度。给工业生活用水带来不利影响。,四、水体污染,（4）有毒物质污染。酚类有机农药等有毒物质，进入机体并达到一定浓度时，会杀死水中生物；低浓度时则在生物体内富集，并通过生物链逐级浓缩，最后影响到人体。,水俣病1956年水俣病事件日本熊本县水俣镇一家氮肥公司排放的废水中含有汞，这些废水排入海湾后经过某些生物的转化，形成甲基汞。这些汞在海水、底泥和鱼类中富集，又经过食物链使人中毒。当时，最先发病的是爱吃鱼的猫。中毒后的猫发疯痉挛，纷纷跳海自杀。没有几年，水俣地区连猫的踪影都不见了。1956年，出现了与猫的症状相似的病人。因为开始病因不清，所以用当地地名命名。1991年，日本环境厅公布的中毒病人仍有2248人，其中1004人死亡。,水体污染,（5）富营养化污染。含植物营养物质的废水进入水体后，会造成水体富营养化，使藻类大量繁殖，并大量消耗水中的溶解氧，从而导致鱼类等窒息和死亡。水中的硝酸根离子和亚硝酸根离子若经食物链进入人体，有致癌作用。,人们打捞由于水体富营养化导致的过量生长的水葫芦,四、水体污染,（6）油污染。沿海及河口是油的开发、油轮运输、炼油工业废水排放等，会使水体受到油污染。（7）热污染。主要来源是热力发电厂的冷却水等，排入水体可引起水温升高，造成水中溶解氧减少，同时还会使水中某些读物的毒性增强，可引起鱼类种群的改变甚至死亡，破坏水生生态系统。,（8）病原微生物污染。医院污水、生活污水及畜禽屠宰加工污水等，往往含有各类病毒细菌寄生虫等病原微生物，若流入水体回传播各种疾病,骨痛病骨痛病事件镉是人体不需要的元素。日本富山县的一些铅锌矿在采矿和冶炼中排放废水，废水在河流中积累了重金属“镉”。人长期饮用这样的河水，食用浇灌含镉河水生产的稻谷，就会得“骨痛病”。病人骨骼严重畸形、剧痛，身长缩短，骨脆