能源问题与环境.ppt

1、能源问题与环境，能源与环境未来的能源供应，1。能源概述，1。能源的定义能源是指人类可以用来获取有用能量的各种资源，如太阳能、风能、水力发电、蒸汽、化石燃料、核能和潮汐能。能源和环境密不可分。能源资源，能源来源，一次能源，二次能源，新能源，常规能源，不可再生能源：煤炭，石油和天然气，可再生能源：水力发电，不可再生能源：核燃料，可再生能源：太阳能，生物能源，风能，地热能，海洋能，(2)能源1994年，世界化石燃料探明可采储量集中在发达国家，消耗了世界一次能源的62.2%，石油的64%，天然气的73.2%，核能的93.8%经合组织国家消耗了世界石油的59.2%，发展中国家仅消耗了世界能源的39.2%

2、。石油28.9%，天然气17.7%，核能6.2%。世界能源资源无法支持发达国家对高消耗能源的竞争，而只能专注于高质量的能源。世界一次能源消耗，单位：百万吨标准石油、石油、天然气、核电、水电和煤炭，世界能源需求预测(国际能源机构，2005年)，在参考方案中，石油、天然气和煤炭加起来占从现在到2030年能源需求增长的83%，第三，能源利用对环境的影响，1。化石燃料的影响(1)采矿过程对地下煤矿开采的环境影响：采矿工人的事故和职业伤亡很容易造成地面沉降，污染地下水和地表水；露天开采：占用农田、草地等。这也将污染地下水和地表水，并破坏地面或地表生态系统。“煤炭经济”繁荣背后的生态伤痕，原油开采：水和农

3、田造成的负面影响；井喷事故(人员伤亡、农田或海域污染、生态平衡破坏)。天然气开采：空气污染(硫化氢)；受污染的河流(相关盐水)；井喷事故。海底油田井喷造成的石油污染，(2)运输过程中的环境影响，煤炭运输能耗大；储存和处理(自燃或粉尘)；沥滤水的流失会造成水污染。海洋污染是由油轮事故和油轮排放的洗舱水造成的。(3)加工过程的环境影响煤炭加工：洗煤过程中排放洗煤水，干燥过程中产生粉尘、氮氧化物和硫氧化物，煤气化和液化过程中排放污染物。石油加工：废物比煤气化和液化多10倍以上；漏油事故。其他污染物和酸雨化石燃料的燃烧会向环境排放大量的空气污染物，如颗粒粉尘、硫化物、氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物，包

4、括悬浮固体硫酸、氟化物、磷酸盐、硼交通、铬酸盐和有机废水，以及固体废物如炉渣。美国输油管道破裂造成的原油泄漏污染了20多公里的河流。(4)化石能源燃烧在全球气候变化中的基本反应如下：CoO2 CO2热、温室效应、热污染，是指日益现代化的工农业生产和人类生活排放的各种余热造成的环境污染。火力发电厂、核电厂和钢铁厂冷却系统排放的热水，以及石油、化工和造纸厂排放的生产废水都含有大量的废热。热污染火力发电厂通过燃烧化石燃料获得热量，但是在两个热源中工作的热机不能完全将燃料转化为有用的功，这将排放废热并造成热污染。广州的空气污染和烟雾是中国北方常见的现象，上海的空气污染非常严重，中国的大城市如上海、广州

5、和北京的空气污染也非常严重。北京的空气质量很差。由于煤炭生产的安全性和环保性，许多发达国家的煤炭工业已经萎缩和退出。日本和法国已经停止了煤炭生产，煤炭生产成本高达150磅/吨。英国也将放弃德国高达180欧元的煤炭生产成本，大大降低其他国家的硬煤产量。2.核电厂与环境，核电的燃料是核燃料。与煤和石油相比，它具有不污染空气、不漏油、不露天开采的优点。缺点：放射性污染包括三个方面：(1)慢性辐射问题；(2)放射性废物的环境问题；(3)反应堆安全。(1)慢性辐射问题，生物圈不断受到低水平电离辐射的影响，这种辐射大部分是自然的，部分是由人类活动造成的。作为核能的心脏，反应堆在正常运行期间会产生低水平辐射

6、(也称为慢性辐射)。当反应堆正常运行时，慢性辐射对人有多大影响？各种辐射剂量，注：自然背景辐射为95-105毫雷姆/年，核电站对周围居民的辐射剂量相当于自然辐射剂量的1/5-1/6，比胸部和胃部x光照射的剂量低11倍，半年内每天看1h电视所受剂量超过核电站一年的辐射剂量。当反应堆密度不大时，核电厂对人体的慢性辐射可以暂时忽略，但反应堆和核工业的前处理和后处理车间释放的少量放射性物质会对人体造成慢性辐射。(2)放射性废物的环境问题，反应堆在运行过程中产生的大量裂变产物一般保存在燃料元件包壳中，当部件包壳损坏时，少量裂变产物会泄漏到冷却循环水中。反应堆冷却循环水中的杂质(循环系统的腐蚀产物)经中子

7、辐照后也会形成放射性活化产物，因此冷却循环水具有放射性。核燃料后处理中的大量裂变产物是核燃料后处理的主要废物。一些气体裂变产物(氪85、碘129等。)从燃料元件中释放出来，并在燃料元件被切断和溶解时进入废气系统。超过99%的裂变产物留在燃料溶液中。核电厂的主要问题是放射性核废料的处理、储存和最终处置。地下贮存放射性废物、放射性废物固化处理装置，(3)核电厂的安全问题。核电厂重大事故是指核反应堆堆芯大面积燃料包壳失效，威胁或破坏压力容器或核电厂安全壳的完整性，导致放射性物质泄漏的一系列过程。核反应堆的严重事故可分为两类：堆芯熔化事故(CMAs):堆芯暴露、升温和熔化的过程是由于堆芯冷却不足造成的

8、，其发展相对缓慢，时间尺度为小时。堆芯解体事故(CDAs):由于巨大反应性的迅速引入，导致功率增加和燃料碎裂的过程，其发展非常迅速，时间尺度为秒。核电站核泄漏事故发生在历史上：1979年3月18日，美国三里岛核电站的核心熔化；1986年4月26日，前苏联切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸。2011年3月11日，日本发生9.0级地震，引发日本福岛第一核电站核泄漏事故。前苏联切尔诺贝利核事故，前苏联切尔诺贝利核电站1986年4月26日，切尔诺贝利核电站位于乌克兰东部基辅以北130公里的大林区，第四机组发生事故，反应堆剧烈爆炸，大火扑灭后，核电站附近地区和电站周围的居民被疏散。在前苏联发生核事故和切

9、尔诺贝利核事故后，为了阻止残余核燃料在核电站4号机组废墟中扩散，有关单位堆积了一座大型多层建筑例如，在纳罗季奇，大约一半的儿童有异常的甲状腺或肿大的淋巴腺。成年癌症患者成倍增加。牲畜的先天畸形急剧增加。动植物的体积比平常大了三倍多，所以“老鼠和猪一样大。”3.水电对环境的影响、水库建设过程以及建成后对环境的影响主要包括以下几个方面：自然方面：引起地表活动甚至诱发地震。它造成流域水文变化：例如，下游水位下降，甚至断流，导致上游土壤盐碱化或泥沙减少，这无法补偿海浪对河口的侵蚀。改变库区小气候：水库建成后，由于蒸发量大，气候凉爽稳定，降雨量减少。生物学方面：对于陆地动物来说，水库建成后，大量的野生动

10、植物可能会被淹死，甚至完全灭绝。对于水生动物来说，上游生态环境的变化会影响鱼类，导致灭绝或种群减少。同时，由于上游水域的扩大，一些生物的栖息地增加，为一些区域性疾病(如血吸虫病)的传播创造了条件。例如，前苏联的伏尔加卡马河项目将其渔业产量减少了80%。埃及阿斯旺大坝建成后，钉螺孳生，血吸虫病在库区蔓延。地球化学性质：流入和流出水库的水的物理和化学性质在颜色和气味上发生变化，水库各层水的密度、温度和溶解氧也不同。深水温度低，沉积物库底部的有机物不能被充分氧化，处于厌氧分解状态。例如，在巴西的伊泰普水库，由于热带植物被淹腐烂，它们散发出强烈的硫磺气味，所以人们需要在水库附近戴上防毒面具，腐烂的杂草

11、和树木会滋生一些细菌。在它们的作用下，湖水产生硫酸，严重腐蚀船只的涡轮浆。社会和经济方面：修建水库可以预防洪水和发电，改善供水和管理，增加农田灌溉。然而，也有不利之处，例如城市在洪灾地区的重新安置和农村移民的重新安置，这将对社会结构和区域经济发展产生影响。如果整体规划不到位，社会生产和人民生活安排不当，也会引发一系列的社会问题。例如，当埃及修建阿斯旺大坝时，100，000名移民的食物安排很差，这导致他们需要世界粮食组织的救济。此外，自然景观和文物的淹没和破坏是文化和经济的巨大损失。丹江口水利枢纽建成后，给我国带来了很多效益，但也对环境产生了很大的影响：(1)河水温度从16.8上升到18，增加了

12、河流的蒸发量。夏季气候凉爽稳定，降雨量减少，而冬季降雨量增加。结果，库区的气候发生了变化。(2)地震活动增加。据记载，从16世纪到1959年的300年间，水库周围发生了43次地震，自1969年以来共检测到426次地震。(3)河流水质变化。河水增加了镉、汞、硝酸盐和养分。(四)造成社会和经济损失的。为了修建图书馆，38万人需要搬迁，3个城镇需要重建，春秋、战国和汉唐时期的古墓大多被淹没。未来能源供应：1。利用生态学原理解决能源问题，控制人口，降低能源消耗太阳能是一种重要的能源，通过多种途径平衡能源供需，充分利用能源，减少浪费。太阳能是一种可再生资源。的优点：能量大，无污染：由于昼夜和天气的影响，

13、目前的利用成本很高。太阳本身只有1/2亿的辐射能到达地球大气层。太阳能的利与弊：直接利用太阳能，利用太阳能的新技术、新材料和新设备目前，直接利用太阳辐射能量有两种方式：光热转换；光电转换；太阳能的直接利用和对环境的影响、太阳能炊具、太阳能的间接利用和对环境的影响，(1)生物质能和沼气生物直接或间接吸收太阳能，并不断将其转化为维持生命活动的能量，即生物质能。生物质能是指绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能而储存在生物质中的能量；生物质能有很多种，目前可以利用的大致有六类：(1)木材和森林工业废弃物(树枝、树叶、树根等)。)；(2)农业废弃物(秸秆、籽粒、玉米芯等)。)；(3)水生植物(藻类等

14、)。)；(4)油料作物(棉籽、大麻籽、油桐等)。)；(5)城市和工业有机废物(垃圾和食品、屠宰、酿酒和造纸工业的粪便等)。)；(6)粪便。生物质能约占世界能源消耗的14%，在不发达地区超过60%。世界上大约25亿人口的90%以上的生活能源是生物质能。生物质能源的优点是易于燃烧、污染小、灰分低。缺点是热值和热效率低，体积大，运输困难。直接燃烧生物质的热效率只有10-30。目前，世界各国正在逐步采用以下方法利用生物质能：1 .热化学转化法获得高品位的能源产品，如木炭、焦油和可燃气体；2生化转化法主要是指在微生物的发酵下产生沼气、酒精等能源产品的生物质；3.使用油料植物生产的生物油；4.将生物质压制

15、成成型燃料(如块状燃料和棒状燃料)，集中利用，提高热效率。云德村沼气发电厂的前景，用酒精替代汽油的车型，用生物酒精替代灵活燃料汽车的车型。(2)由于地球表面条件不同，风能接收的太阳辐射能量也不同，不同地区的温差和气压也形成风。风能的利用主要依靠风力涡轮机，风力涡轮机是一种将风能转换成其他形式的能量的旋转机器；风力可以用来发电、提水、辅助航行、制冷和供热。风能的优点是清洁和取之不尽的能源；风能的缺点是分散性、间歇性、能量密度低和风力不均匀。原因是中国是一个有季节性风的国家，风能老化不稳定，波动大，空间差异大。(3)海洋能海洋能是指海水在运动过程中产生的可供人类使用的能量，包括潮汐能、波浪能、海流

16、能、温差能、盐差能等。潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化，其他来源于太阳辐射。除了巨大的海洋能源外，海洋中还有丰富的海洋矿产资源、海水资源和海洋生物资源。21世纪，人类有可能进入全面、综合、立体开发海洋的“海洋经济时代”。国际上对海洋能和潮流发电的研究始于20世纪70年代中期，主要集中在美国、日本和英国等国家。到目前为止还没有关于发电实体设备的报告。中国对潮流发电的研究始于20世纪70年代末。首先，在舟山海域进行了8kW潮流发电机组的原理性试验。20世纪80年代，进行了立轴自调节直叶片水轮机潮流发电装置的试验研究，目前正在利用这一原理进行70kW潮流试验电站的研究工作。舟山海域的站址已经选定。中国已经开始开发建设实物电站，在世界上处于领先地位，但仍有一系列技术问题有待解决。未来核能(1)核聚变能源及其环境影响核聚变是指两个或两个以上的轻核聚合成一个重核的反应；核聚变燃料主要是氢及其同位素氘和氚。受控核聚变具有以下优点：(1)高质量能量核聚变能源和快中子增殖反应堆属于未来核能。(2)快中子增殖反应堆和热中子反应堆对天然铀的利用率很低(仅为0.7%)；快中子增殖反应堆使用钚239作为裂变燃料来形成堆芯，铀238作为增殖层包围着堆芯。天然铀的利用率可达60%-70%。中子能量约为2