教学设计完整版：能源开发与环境保护

能源的开发和环境保护教学设计一、教学目的1.了解当前的能源危机，并能树立危机意识。2.了解新能源的开发以及提高能源利用率的新技术。3.了解一些相关环境污染并学习相应的防治措施二、教学重点1．开发新能源以及提高能源利用效率的新技术。2．环境污染问题。三、教学难点提高能源利用效率。四、教学过程热力学第二定律告诉我们，很多与热现象有关的物理过程都是不可逆的。所以我们要树立能源危机意识，开发新能源的同时提高能源利用效率，了解目前环境污染问题及其应对措施。（一）能源危机随着工业化时代的到来，人们想到了地底下的资源：煤和石油。他们提供的能量很有用，燃烧的速度和效能和木材相差无几。但是，形成煤和石油的速度比长成树木的速度，就不能同日而语了！可以这样说，人们自从使用煤和石油的第一天起，就没有想到一个可能形成循环的问题，更不用说什么平衡了。所以，煤和石油事实上是一种坐吃山空的资源：我们今天用得越多，我们的子孙将来可以使用的就越少。而我们也会面临严重的资源短缺问题。到本世纪后期首先面临的是石油资源枯竭的危机。中国能源资源的现状是：人均能源占有量偏低，人均煤炭可采储量为世界平均值的1/2，人均石油可采储量为世界平均值的1/10；优质能源资源(石油、天然气等)严重短缺，能源结构不合理；相当长的时间内还得以煤为主要能源，这将给环境和交通运输带来巨大的压力。因此研发新能源是必行之路。（二）研究开发新能源面对中国严重的资源短缺，那么人们会使用什么能源呢？巨大的市场潜力和利润空间将驱使人们去研究一种石油的替代品，缓解能源的危机。“替代品”——新能源的研发、形式层出不穷。1.核能：铀在自然界中有三种放射性同位素：U235、U238、U234，在衰变过程中放出热量。在军事上铀主要用来制造核武器和核动力燃料。铀的和平用途十分广泛，其中最主要的是用作核电反应堆的燃料。由于核电具有发电成本低、对环境污染小和安全等优点，世界各国，尤其是工业发达的国家和地区都大力发展核电，估计到2000年核电将达到世界总发电量的25%左右。我国已建成秦山、大亚湾核电站，目前还有多处正在筹建。铀裂变时产生的同位素及其射线，在工农业生产和科学技术领域中有广泛的用途。例如，在工业上利用射线实现生产自动控制，无损伤检查等；在农业上利用射线培育良种，防止病虫害等；在医学上用于灭菌消毒，临床诊断及治疗；在地质勘探工作中用来找矿等等。2.氢能氢的来源很丰富。据估计，氢构成了宇宙质量的75%。氢的热值大，为×108J/kg，是汽油热值的倍。氢的燃烧产物是水，污染极小，因此氢能是一种前景广阔的清洁能源。但是，制氢（如电解水）需消耗大量的电能，成本很高，如何开发和利用氢能是一个重大的技术课题。可再生能源新技术1．风能：利用风的机械能发电，风能是一种重要的自然能源。据有关专家估算，在全球边界层内的总能量为×1015瓦，一年中约为×1016千瓦时电力的能量，相当于目前全世界每年所燃烧能量的3000倍。其中1/10为可取用的极限量。风能的优点是：总能量巨大，利用简单、无污染、可再生。缺点是：能量密度低(当流速同为3米/秒时，风力的能量密度仅为水力的1/1000)、不稳定性大，连续性、可靠性差，时空分布不均匀。2．海洋能：由于地球受月球和太阳引力的周期性不均衡，海水发生非气候性的涨潮和落潮现象，形成潮汐。潮汐蕴含着巨大能量，既可以用来推动机械装置，又可以用来发电。此外，由于海水表层和深层间的存在很大的温差，利用这种温差也可以发电（因为水的沸点与气压有关，如果建造一个装置，用抽真空的方法使表层的海水在20摄氏度时汽化，并推动汽轮机，再将深层的冷水提上来使蒸汽冷却，如此周而复始，就可以发电了。除这种方法外，还可以用低沸点的流体如丙烷和氨来作为热机的工作介质)。法国已经建成了世界上第一座温差发电站，发电容量为14,000kW。3．生物质能：利用厌氧微生物在密闭条件下分解(废弃)有机物，产生沼气，沼气具有很高的热值，燃烧后生成二氧化碳和水，不污染空气，不危害农作物和人畜健康。生成沼气的原料本身就是各种废弃物，生产过程可以减少(有机物)垃圾的数量。在农村到处可以看到许多生物质的废弃物，如人畜粪便、秸秆、杂草和不能食用的果蔬，等等。将这些废弃物收集起来，经过细菌发酵可以产生沼气，用沼气做燃料和照明，也可以发电。4．太阳能：太阳能是一种可广泛利用的清洁能源。我们目前的利用方式主要是两种。一是将阳光聚焦，将光能转化为热能(传说阿基米德就曾经利用聚光镜反射阳光，烧毁了来犯的敌舰)。在日照充分的地方，人们在生产和生活中已大量使用太阳灶、干燥器和太阳能热水器(太阳能热水器的构造要简单的多。因为不需要它产生太高的温度。在大多数情况下，可以将太阳能热水器的集热器制成箱式、蛇型管式、直管式、平板式或枕式，通过管道与水源和储水箱相连。太阳能热水器在我国北方比较常见)。二是将太阳能转化为化学能，再用化学能发电。比较常见的光电池是硅电池(它能将13%-20%的日光能转化为电能)。许多电子计算器和其他小型电子仪器现在已经采用太阳能电池供电，人造卫星和宇宙飞船更是主要依靠太阳能电池来提供电力。但是阳光在达到地面以前要经过大气的反射、散射和吸收，能量损失较大，加上阴天、昼夜变化和雨雪等降水过程的影响，目前地面上利用日光发电受到一定限制。无论是生物质能、风能，还是水力、温差和潮汐能，归根结底都是太阳能的转化形式。即使矿物燃料，也是通过生物的化石形式保存下来的亿万年以前的太阳能。5．地热能：用地热采暖、将地热用于农业、水产养殖业、工业生产等，在全世界范围内受到关注。(从直接利用地热的规模来说，最常用的是地热水淋浴，占总利用量的1/3以上，其次是地热水养殖和种植约占20%，地热采暖约占13%，地热能工业利用约占2%)。利用地热能，占地很少，无废渣、粉尘污染，用后的弃(尾)水既可综合利用，又可回注到地下储层，达到增加压力、保护储层、保护地热资源的双重目的。*据美国地热资源委员会(GRC)1990年的调查，世界上18个国家有地热发电，总装机容量兆瓦，装机容量在100兆瓦以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印尼。我国的地热资源也很丰富，但开发利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省区。除以上利用外，从热水中还可提取盐类、有益化学组分和硫磺等。（三）如何提高能源利用效率1.提高能源利用效率的新技术（1）开发能量转换新技术，使利用效率从25%～30%提高到55%～75%；（2）煤的洁净利用技术，如制煤浆技术等；（3）先进的发电技术(包括发电技术装备、电机冷却技术、余热利用技术、输电技术、能源管理等)。2.当前我国的几大能源工程（1）西气东输”工程是我国西部开发的关键项目之一，它是把新疆、内蒙、甘肃等西部地区的天然气开发出来，通过地下输气管道送到江、浙、沪等对能源需求量大的地区。（2）南水北调”工程是继三峡工程之后，我国又一重大的国土建设工程，它对中国社会进步和经济持续发展的意义甚至超过了三峡工程，对我国提高水资源利用效率、合理配置资源、改善北方缺水地区的生态环境有重大的意义。（3）“西电东送”工程也是西部大开发的标志性工程，是把云、贵、川、陕等西部地区的电力资源输送到电力紧缺的粤、沪、江、浙和京、津等地区。把西部丰富的资源优势转化为经济优势，并为东部提供清洁的电力，以促进东、西部的共同发展。（4）“热电联产”工程，既发电，又集中供热，具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电供应等综合效应。（5）长江三峡水利枢纽工程已全面建成，它每年能提供约×1011kW·h的电能。（四）环境污染和保护煤燃烧的废渣、石油的衍生物(塑料等)却不能或很难被降解，他们燃烧的废气(二氧化硫等)是天怨人怒的有害物质(石油燃烧的废气还是城市人们致癌的罪魁祸首)。所以说，垃圾问题、大气问题，共同构成了——环境问题。污染问题城市垃圾污染汽车尾气污染水污染噪声污染等环境能源新技术垃圾分选技术研制燃料电池电动车建立污水处理厂，垃圾处理厂，循环处理系统设置测量噪声强度仪器人类要在以上环境污染问题中应该寻求一种协调与和谐，在调整需求意识、保护环境、科研开发等多个方面都有工作要做。无论今后大家会致力