环境保护与综合利用：第1章 能源与环境

1、第一章 能源与环境1.1 能源与环境的关系 1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.3 化石能源开发转化过程中的环境污染 1.4 可再生能源转化与污染的关系 1.5 能源与环境管理1.1 能源与环境的关系1.1.1 能源A 能源基本概念Define现实生活中人类取得能量的来源，包括已开采出来可供使用的自然资源与经过加工或转化的能源。未开采出来的能源资源只称为能源“资源”，不列入“能源”的范畴，以免混淆。31.1 能源与环境的关系1.1.1 能源B.能源储量Define在目前的经济和技术条件下，具有开采的经济价值，已准确估计的或已知的资源。能源储量又分为地质储量和探明储量地质储量是指按地质储藏

2、、形成与分布规律推算、预测的能源储量探明储量是经过地质工作探明的、有最终勘探报告的、由地质勘探报告统计计算而得到的储量可采储量是在现有生产科学技术水平和经济条件下，估算的、能从探明储量中开采的储量1.1 能源与环境的关系1.1.1 能源消耗能源是国民经济现代化和提高人们生活水平的物质基础，是经济发展的命脉。工业发展，社会进步，人口增长，人均耗能量增加，将使能源消耗成倍增加各国的经济发展事实表明，总的能源消耗量和消费增长速度与国民经济增长率成正比关系。能量总消耗量是衡量换一个国家或地区经济发展水平的重要标志51.1 能源与环境的关系1.1.2 能源消耗表1-9扫描61.1 能源与环境的关系1.1

3、.2 能源及能源消耗1.1.2.2 能源消耗表1-10扫描1.1 能源与环境的关系1.1.3 能源与环境的关系1.1.3.1 能源消费是最大的大气污染源近200年来，能源造成的环境问题极其严重。统计数据表明，大气污染物中的SOX，NOX等人为排放量的80%来源于能源的消费。特别是矿物燃料的开采、加工和使用过程，都会排放大量污染物。1.1 能源与环境的关系1.1.3 能源与环境的关系1.1.3.2 能源结构与污染类型能源对环境的影响与燃料结构有很大关系。例如，根据燃料性质及大气污染物的组成和反应，可将大气污染分为四种类型：（1）煤碳型主要特征是有煤炭燃烧排除的烟尘和二氧化硫等构成的一次污染物，以

4、及有这些污染物之间、污染物与大气之间发生化学反应而生成的硫酸及盐类、气溶胶等所构成的二次污染物。英国伦敦发生的烟雾事件揭示典型的煤碳型污染。1.1 能源与环境的关系1.1.3 能源与环境的关系1.1.3.2 能源结构与污染类型（2）石油型主要污染物是来自石油化工产品（汽油、柴油、重油等）的加工和燃烧过程，主要一次污染物为氮氧化物（NOx）和碳氢化物（HC）；一次污染物在紫外线照射下发生光化学反应，生成二次污染物，主要有过氧乙酰硝酸酯（PAN）和醛类参与光化学反应的一次污染物和二次污染物形成的混合物叫做光化学烟雾。如美国洛杉矶的烟雾事件和日本“四日市哮喘病”就属于石油型污染。1.1 能源与环境的

5、关系1.1.3 能源与环境的关系1.1.3.2 能源结构与污染类型（3）混合型包括煤炭为主要污染源排除的污染物、石油为污染源排除的污染物以及工厂排除的污染物质，其反应复杂。多诺拉事件属于混合型污染（4）特殊型包括有关工厂生产过程排出的气体以及意外事故排出的有害气体所造成的污染1.1 能源与环境的关系1.1.3 能源与环境的关系1.1.3.3 能源与环境的协调发展能源的大量使用构成了能源环境问题。在能源与环境的关系中，能源对环境既具有积极作用又具有消极作用，环境对能源也具有制约作用能源与环境必须协调发展，其实质就是以环境保护为制约条件，促使在能源开发、加工、储存、运输和利用的不断合理化、最优化，

6、达到既能满足社会经济发展对能源不断增长的需求，又能保证能源的消费对环境产生极小的影响121.1 能源与环境的关系1.1.3 能源与环境的关系1.1.3.3 能源与环境的协调发展能源与环境关系的形成可以归结于下述三个原因：（1）能源消耗的全球性增长（2）理想清洁燃料资源缺乏（3）能源开发和利用过程造成环境的破坏要处理好能源与环境的关系，世界各国须做到两个适应：要适应较高的能源代价，保证做到合理、无浪费地使用非再生能源使能源多样化，以适应环境所允许的能源构成，以此来解决能源的需求问题 环境问题将成为决定能源政策的主要支配因素之一。随着能源需求量的增大，两者的关系将更加的密切，直到清洁能源能能够充分

7、满足人类的需要第一章 能源与环境1.1 能源与环境的关系 1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.3 化石能源开发转化过程中的环境污染 1.4 可再生能源转化与污染的关系 1.5 能源与环境管理能源是现代社会文明的支柱，给人类带来了无限光明和幸福，但同时也给人类带来了环境污染，甚至带来了灾难。当前的环境问题，大部分是由于能源大量开发，特别是能源矿产的利用引起的。不同种类的能源开发和利用过程，不同的能源结构和消费方式，会对环境产生不同的影响。要探索如何解决能源开发和利用过程所造成的环境污染问题，寻找合理有效的控制途径，就必须对各种能源所造成的环境问题进行深入了解。1.2 能源的分类、储量及能源

8、消费结构1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.2.1 能源分类能源尚无统一的分类方式，可以从不同角度进行多种分类能源包括化石能源、水力能、核能、风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能和潮汐能等。一次能源和二次能源常规能源与新能源再生能源与非再生能源表2-1扫描161.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.2.1 能源分类1.2 能源的分类、储量及能源消费结构一次能源和二次能源一次能源：从自然界取得的未经加工的能源如开采出的原煤、原油、天然铀矿和天然气等二次能源：由一次能源经过加工转化得到的能源如焦炭、煤气、煤油、汽油等燃料大部分的一次能源都需要经过转换使其变成容易输送、分配和使用的二次能源

9、，以适应消费者的需求再生能源和非再生能源再生能源：在一次能源中，不会随人们的使用而减少的能源如太阳能、水能等非再生能源：会随人们的使用而减少的能源如化石燃料、核裂变燃料171.2.1 能源分类1.2 能源的分类、储量及能源消费结构常规能源和新能源常规能源：是指当前被广泛使用且量大的能源新能源：是指在新技术基础上加以开发利用的能源按照能源使用状况商品能源和非商品能源按照能源流通情况商品能源：指经过流通环节大量使用的的能源非商品能源：指未经过流通环节而就地使用的能源如薪柴、秸秆等非商品能源如薪柴、秸秆等非商品能源在发展中国家的能源供应中占有相当的比重，对环境和生态平衡的影响不可忽视181.2.2

10、能源矿产资源1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.2.2.1 世界能源资源到2009年，世界化石能源地质储量总共约819232百万吨油当量。煤约占2/3，油、天然气各占1/6。表2-2扫描国际能源署（IEA）规定：1kgoe(千克油当量)= 10000kcal(千卡)=41868kJ（千焦）191.2.2 能源矿产资源1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.2.2.1 世界能源资源世界水电资源探明到22.6108kW，目前运转中的水电装机容量是372百万千瓦，年发电量16000百万瓦。图2-2扫描201.2.2 能源矿产资源1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.2.2.1 世界能源资

11、源核电是利用前景最广阔的能源，目前利用的热中子反应堆中的核燃料是铀和钍，能使燃料资源扩大百倍以上。从远景发展来看，利用海水中丰富的重氢氘（D）和氚（T）开发核核聚变能，1吨氚相当于12百万吨标煤，具有5521012百万吨标煤的能源，可为人类提供长期使用的能源。表2-3扫描211.2.2 能源矿产资源1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.2.2.1 世界能源资源根据世界核协会（WNA），截止2010年5月1日，全球29个国家共运行着438台核电机组，总装机容量374.1百万千瓦。我国核电发展较晚，1991年12月15日我国自行设计第一期为30万千瓦的秦山核电并网发电。2009年我国在建的核电

12、站为24台。目前，我国的核电装机容量约10.82百万千瓦，在建30.97百万千瓦。已成为在建核电规模最大的国家。2010年核电发电量约为768亿度，现有装机容量只占世界装机容量的1.1%。按照国家中长期发展规划，若在2020年实现非化石能源比例高达15%的目标，核电装机容量要达到7500万千瓦以上，未来有78被倍的发展空间。221.2.2 能源矿产资源1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.2.2.1 世界能源资源可再生能源除水能资源外，其他资源也极其丰富。表2-4扫描231.2.2 能源矿产资源1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.2.2.2 我国的能源资源我国能源资源丰富，但人均占有

13、资源量比较低。对石油、天然气的地质勘探工作比较薄弱我国常规能源储量和生产量均以煤炭为主。我国水能资源可供开发容量为680百万千瓦，位居世界第一。表2-5扫描第一章 能源与环境1.1 能源与环境的关系 1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.3 化石能源开发转化过程中的环境污染 1.4 可再生能源转化与污染的关系 1.5 能源与环境管理1.3 化石能源开发转化过程中的环境污染能源的环境问题不单是指由能源使用造成的环境问题，而且包括其开采、运输、储藏加工等过程所产生的环境影响在环境科学中提出了“燃料周期”的概念。所谓的“燃料周期”，是指燃料从开采、运输、加工、储藏到使用的全过程产生的污染机器管理

14、。只有考查了燃料在整个过程中的污染，才能对某一能源做出中肯的评价。这对于制定合理的能源政策，正确选择能源构成及合理地使用能源，具有重要意义。1.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响1.3.1.1 煤炭A 煤炭开采露天开采地下矿井开采作业安全，生产规模大，机械化程度高全世界露天开采产量达到煤炭总产量的40%我国露天开采产量仅占总产量的3%左右会造成地表沉陷，沉陷深度最大可达采出煤层总厚度的80%地表陷落导致相应范围内地面建筑、供水管道、交通道路设施变形破坏，以及地表水系统状态变化，各层地下水漏失、混合和污染。271.3 化石能源开发转化过程中的环境污

15、染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响1.3.1.1 煤炭A 煤炭开采煤炭开采主要是占地和破坏地表植被，同时对地表水和地下水也有影响，破坏自然生态和环境。煤炭开采还有生产事故及职业性伤亡、粉尘及噪声等危害（下表以开采00万吨煤计算）281.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响1.3.1.1 煤炭B 洗煤水和酸性废水污染洗煤水会对水造成污染，洗煤水中的主要污染物是粒度小于0.5毫米的煤泥。据全国105个洗煤厂统计，年入洗原煤1.1亿吨，排除洗煤水50008000亿吨，流失煤泥150万吨。有浮选工艺的炼焦煤洗煤水中，还含有少量轻柴油、酚、甲醇

16、等有害物质，高硫煤洗煤水中有较多的硫化物。洗煤水排入河流，会影响水质、填高河床和影响鱼类生存。煤炭含硫量大于5%时，矿井水的pH值可能小于6，还还有有害物质，这部分水的排放会造成水体污染和土壤酸化。1.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响1.3.1.1 煤炭C 矿井瓦斯排放污染矿井瓦斯是井下煤体和围岩涌出及生产过程中产生的气体，主要成分是甲烷。还有一定浓度瓦斯的空气遇火能引起燃烧爆炸我国每年都会发生煤矿瓦斯突出的矿难事故，此外还有塌方、透水等，严重威胁井下生产安全。瓦斯排除地面不仅浪费能源且污染大气，应合理开发利用。301.3 化石能源开发转化过程

17、中的环境污染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响1.3.1.1 煤炭D 煤矸石对环境的影响固体废弃物排放量多。采煤和洗选中，排放占原煤产量10%20%的煤矸石，全国每年排放23亿吨以上占地方面大。固体排放物部分利用，历年季军数十余亿吨，再加上露天矿排矸，占有了大面积的土地。自燃造成大气污染。矸石会发生自燃，自燃会释放出大量SO2、CO和烟尘等污染物质，造成大气污染。国内外广泛开展矸石应用研究，热值高（8103kJ）的可作为沸腾炉燃烧和造气；有的可用于建材生产，在生产过程中可进一步利用其可燃成分。311.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响

18、1.3.1.1 煤炭E 煤炭贮运造成的污染煤炭贮存过程中，常在矿区、车站和码头造成自燃，细煤会随风飞扬，进而对水系产生危害。在运输过程中，若运输能力不足、运输设施不全及生产管理不善，常会造成煤炭流失。装卸还会造成大量的煤尘，污染大气，破坏景观。321.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响1.3.1.1 煤炭F 煤炭的焦化、气化和液化对环境的影响在煤炭转化过程中，煤的部分硫（焦化过程中）或绝大部分硫（气化和液化过程中）以H2S的形式被除去并制成为硫产品，能获得宝贵的化工原料。煤炭转化过程因控制水平等原因，排放气体中含有烃类、H2S、CO等污染物。其中

19、多环芳烃是危害大的致癌物质。排放的污水成分复杂，含焦油、酚、氰等毒害大的物质，应闭路循环或加以深度处理。此外，转化过程还有一定的废渣污染。331.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响1.3.1.1 煤炭F 煤炭的焦化、气化和液化对环境的影响表2-12扫描341.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响1.3.1.2 石油石油开采过程中，污染环境的有泥浆、含油污水和洗井污水。泥浆中含有碱、铬酸盐等试剂，含油污水中的酸、碱、盐、酚、氰等污染物，都需处理后才能外排。井喷会造成严重的环境污染，原油外泄会污染土地，影

20、响植物生长。在海上采油，一旦发生井喷等事故，就会对海洋环境造成严重污染，影响水生物生长，破坏海洋生态平衡。2010年4月20日夜间墨西哥湾英国石油公司（BP）的海上钻井平台“深水地平线”发生爆炸并发生大火后沉入墨西哥湾，事故造成11人工作人员死亡，7人重伤。钻井平台底部油井自24日起漏油不止，泄露的原油30日开始飘到路易斯安那州沿岸，约有7.8亿升原油写入墨西哥湾，严重破坏沿岸和海洋生态平衡，印发美国历史上最严重的漏油事故。一年后，漏油使许多地方土壤受侵蚀，植被退化，海滩上会不时出现裹满油污的海豚尸体和原油球块，某些海洋生物会因此而灭绝。BP可能因漏油事件损失629亿美金。35墨西哥湾英国石油

21、公司（BP）漏油事件（2010年）361.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响1.3.1.2 石油石油加工过程中，会排出含油、硫、碱和盐，以及酚类、硫醇等有机物的污水。炼油厂废气含烃类、CO及氧化沥青尾气等。炼油厂废渣中毒性大的主要是石油添加剂废渣。其中污水影响最大，每加工1吨原油需耗水25吨水。石油加工或炼制的三废排放比煤气化和液化时多十倍以上。表2-13扫描371.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响1.3.1.2 石油石油贮运中油品漏失。油船压舱水和清舱水、特别是油船事故泄油，会严重影响海洋环境。

22、我国近海域油类污染突出。石油输运影响比煤炭更为严重。石油海运在急剧增长，20世纪50年代最大油船3万吨，现在到达50万吨级，甚至百万吨级。石油海运量在快速攀升，1960年的海运量为4.49亿吨，1977年达到17亿吨，到2011年上升到28.3亿吨。洗舱水外排上升，海洋撞船和泄露事故频发。381.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.1 化石燃料开采和加工转化对环境的影响1.3.1.3 天然气天然气开采中的污染物主要是硫化氢和伴生盐水的污染。天然气在输运过程中若泄露至空气的含量达到一定浓度后使人窒息，当浓度达到5%15%的范围时，遇明火是容易发生爆炸。391.3 化石能源开发转化过程中的

23、环境污染1.3.2 化石燃料利用对环境的影响化石燃料的主要用途是化工厂的原料和燃料。化石燃料使用过程中的污染主要是燃烧过程中产生的气态、固态污染物和余热。它们是大气环境污染物的主要来源，引起温室效应和热污染。1.3.2.1 温室效应化石燃料的燃烧放出的CO2不仅能选择性地吸收太阳的短波长辐射能，还能大量吸收地球表面发射回来的长波辐射能，最终使大气升温，吸收热量以后的CO2还能将能量逆辐射至地面。从而干扰地球的热平衡，并使地球的平均气温升高。这种效应称为“温室效应”。“温室效应”引起气候和降雨模式变化，能导致广泛的环境危害，许多国家海拔较低的沿海地区被淹没。1.3 化石能源开发转化过程中的环境污

24、染1.3.2 化石燃料利用对环境的影响1.3.2.2 酸雨酸雨是另一个全球性的环境问题，是一种综合性的污染。它指的是pH值小于5.6的雨雪或其他方式形成的大气降水(雾、霜)，广义指酸性物质的干、湿沉降。其酸性成分主要是硫酸，也有硝酸和盐酸等。酸雨主要由化石燃料燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物等酸性气体，经过复杂的大气化学放映，被雨水吸收溶解而成。41酸雨形成过程：42年均降雨的pH值平均值高于5.65，认为酸雨率是020%，为非酸雨区年降雨的pH值在5.305.60之间，认为酸雨率是1040%，为轻酸雨区年降雨的pH值在5.005.30之间，认为酸雨率是3060%，为中度酸雨区年降雨的pH值在4.

25、705.00之间，认为酸雨率是5080%，为较重酸雨区1.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.2 化石燃料利用对环境的影响1.3.2.2 酸雨目前我国定义的酸雨区的科学定义还不统一，但一般认为：年降雨的pH值平均值小于4.70，认为酸雨率是70100%，为重酸雨区我国的酸雨主要是因大量燃烧含硫高的煤而形成的，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。431.3 化石能源开发转化过程中的环境污染1.3.2 化石燃料利用对环境的影响1.3.2.3 热污染由于材料极限，国内外火力发电效率在38%46%之间，造成大量的热量未被利用，以余热的形式排入环境，会引起环

26、境的热污染。如电站的冷却水排入水域，会使该水域的水温升高，引起水域中的鱼类生活环境的改变，严重的会导致水生物死亡，水生态系统也会发生改变。城市和工业区因大量燃料燃烧，随烟气排出的废热可使市内气温升高，改变局部气候，即形成所谓“热岛效应”，对该地区的人群健康、动植物的生存和器物寿命造成危害，对周边生态环境也带来影响。第一章 能源与环境1.1 能源与环境的关系 1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.3 化石能源开发转化过程中的环境污染 1.4 可再生能源转化与污染的关系 1.5 能源与环境管理451.4 可再生能源转化与污染的关系可再生能源按照我国的实际情况可分为下述五种：太阳能生物质能风能地

27、热能海洋能太阳能的热利用、光电利用和蓄能技术能源植物、沼气、生物质气化和液化风能发电、风能动力及其他利用技术地热发电、中低温地热水的利用潮汐发电、波浪能发电及其他利用技术一般来说，上述可再生能源的能量密度低，品位低而且分散。除生物质能、地热能外，还有随机性和间歇性特点。461.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.1 太阳能直接利用及其环境影响太阳能利用对环境的影响可归纳为：没有毒气体和CO2排除，不污染大气环境占用较大的土地，发电能力为1MW的中央接收式发电站占地34万平方米，而1000MW的核电站只占地50万平方米太阳能集热系统吸收太阳能后，会影响地面、大气的能量平衡，减少了地面、建筑物反

28、射回空间的能量，大规模使用太阳能可能对局部气候产生影响巨大的集热系统及其聚光装置影响景观，改变建筑风格和规范，增加造价，带来其他新的问题太阳能电池光电转换效率低，需要进一步开发研究，提高转换效率太阳能电池材料生产的能耗太高471.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.2 生物质能与沼气对环境的影响生物质能是指绿色植物通过叶绿色将太阳能转化为化学能储存于生物质内部的能量。地球上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量消耗总量的1020倍。但目前利用率不到3%。所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。作为能源消耗的生物质能包括薪柴、木炭、农业残余物（如谷壳、甘

29、蔗渣、秸秆等）、能源树、杂草、人畜粪便，以及由上述物质、农产品及有机废物通过一定工艺生产的醇类和沼气等。生物质的硫、氮含量低，燃烧过程中生成的SOx、Nox较少；生物质作为燃料燃烧时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似等于零，可减轻温室效应。481.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.2 生物质能与沼气对环境的影响1.4.2.1 速生薪柴林及能源树速生薪柴林的生长周期很短，在种植地区无法形成山林所应有的生态链，植被单一，对野生动物、植物、鸟类、昆虫的生存环境造成巨大的破坏。速生薪柴林的生长周期很短，在种植地区无法形成山林所应有的生态链，植

30、被单一，对野生动物、植物、鸟类、昆虫的生存环境造成巨大的破坏。速生薪柴林通常具有较强的吸水、吸肥能力，常常使得速生薪柴林周围的植物无法生存，破坏了植被的多样性。由于其吸水能力强，俗称“抽水机”，会引起大面积种植地区土质松散、沙化严重。491.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.2 生物质能与沼气对环境的影响1.4.2.2 转化为液体燃料利用生物质可生产甲醇、乙醇和生物柴油等液体燃料。如用淀粉、甘蔗等制取酒精，可以替代部分汽油。目前巴西用甘蔗酒精替代了20%以上的汽油。酒精燃烧时，污染较小。501.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.2 生物质能与沼气对环境的影响1.4.2.3 沼气沼气是动

31、植物有机体在微生物作用下，经厌氧发酵分解产生的。沼气的主要成分是CH4，约占60%70%，CO2占25%40%，还有少量的H2S、N2、H2和CO。生产和利用沼气可替代薪柴弥补农村能源的不足，保护了森林资源。沼气是一种清洁能源，减少了污染。厌氧消化生产沼气为管理好有机废物和废水提供了手段，沼气产生过程消灭了大量细菌病原体和有毒物质，有利于环境和卫生，有理由生态的良性循环。沼渣可以作为肥料，也可以作为饲料，用于开展综合养殖。使用沼气关键是注意安全，当沼气与空气混合含量达5%15%时，遇明火会发生爆炸。沼气气体和废水中含有少量的H2S，对环境有危害。1.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.3 风

32、能利用及其环境影响风能是大气沿地球表面流动而产生的动能资源。风能是由太阳辐射的小部分能量（约2%）转变成的动力能。有人估计每年有相当于电力10500亿度的能量。风能存在分散、间歇、能量密度不高和风力不均匀等弱点，利用时要因地制宜。利用风能有较好的经济效益，可以用来发电、驱动抽水机、贮存能量等。风能的利用可起到防风固沙的作用。但必须看到，风电质量差，并网困难，能效需进一步提高；对大气环流，尤其是地表污染物的扩散、迁移，有显著的影响。1.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.4 地热能开发利用对环境的影响地热能是从地壳内部抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的炽热熔岩，并以热力形式存在，是导致火山

33、喷发及地震的能量。地热能有干蒸汽、湿蒸汽和热水三种形式。干蒸汽温度在150以上，属高温热田，质量高，但储量少，可直接用于发电。湿蒸汽温度在90150之间，属中温热田，需脱水后才能发电。湿蒸汽田的储量是干蒸汽田的20倍。热水储量大，温度一般低于90，属低温地热田。西藏羊八井地热电站是我国最大的地热电站，目前装机容量2,52万千瓦531.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.4 地热能开发利用对环境的影响地热发电对环境的影响有以下几个方面：化学污染：地热水和地热蒸汽中，有污染环境的矿物质，还有CO2、SO2、H2S、NH3、Be，有时还会释放出放射性氡。个别地方的地热水中可能含有As(砷)和Sb(

34、锑)、汞之类有毒物质，会对大气和水体造成污染。最好的办法是注入地下，不要排除水体。热污染：地热蒸汽的温度和压力都不如火力发电厂高，地热电站热利用率低，不到10%，冷却水用量大于普通电站，会造成更多的热污染。对土地的影响：建设地热电站要占用大量土地，破坏地表的植被，提取地热流体后容易引起地表下沉。噪声的影响：高压地热蒸汽和水高速喷射会产生高达120dB(A声级)的噪声，且有高频的特点。总之，地热资源比化石燃料污染小得多，是一种较清洁的能源541.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.5 海洋能利用对环境的影响海洋储藏了巨大的能量，主要指潮汐能、潮流能、海流能、波浪能、温差能和盐差能等。这些能源蕴

35、藏在海上、海中、海底，属于新能源的范畴。由于海洋环境恶劣，能源密度小，开发程度较低。潮汐能。选择海湾等有利地形，围截出口建坝，蓄存涨潮海水是利用潮水涨落造成的水落差产生的潮汐能可推动水轮发电机发电。目前我国已有8座潮汐电站在运行，装机总容量7000千瓦，年发电1000多万度。我国的潮汐发电量，仅次于法国、加拿大，居世界第三位。551.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.5 海洋能利用对环境的影响波浪能。由风能衍生而来，但未找到经济有效的利用途径，其可利用的能源约为2.7亿千瓦。它不存在任何环境问题，对大气、土壤、水质均无影响；若合理利用，反而有利于港口区的保堤和安全抛锚。虽然大洋中的波浪巨大

36、，但是难以利用，因此可供利用的波浪资源仅局限于靠近海岸线的地方。波浪能是利用波浪的上下运动，推动浮筒内的活塞以带动涡轮发电机。我国已将此类发电机用于浮标航标灯，目前每台容量仅几十瓦。561.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.5 海洋能利用对环境的影响海洋温差能又称海洋热能。可利用海洋中受太阳能加热的表层水与深层较冷的水之间的温差进行发电而获得能量。在南北纬300之间的海面，表层海水和深层海水之间的温差在200左右，若每隔15千米建造一个海洋温差发电装置，理论上再打发电能力可达500亿千瓦。目前很难估计海洋能的可开发程度。海洋能开发的环境影响方面，一般认为海洋发电起了消波器作用，可能干扰海洋

37、循环和海洋-大气的转换运动，进而影响气候。海洋温差发电可能影响盐分和热量分配，局部会影响海洋生态。571.4 可再生能源转化与污染的关系1.4.6 未来可燃冰及其环境问题可燃冰也称天然气水合物、甲烷冰(methane clathrate),最早发现于20世纪60年代，存在于海底沉积物或永冻土中，蕴藏量丰富。天然气水合物的分子结构是CH48H2O，呈白色固体，外形像冰，燃点很低，极易燃烧，1m3天然气水合物在常温常压下可释放164m3天然气及0.8m3淡水。在同等条件下，天然气水合物燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要多出数十倍，而且燃烧后不产生任何残渣和废气，有优质能源。581.4 可再生能源转

38、化与污染的关系1.4.6 未来可燃冰及其环境问题可燃冰形成的条件是低温和高压。在0、3MPa条件下即可产生，27%的陆地和90%的大洋属于天然气水合物的潜在区域。天然气水合物被誉为“属于未来的能源”据科学家估计，仅海底储存的可燃冰至少可供人类使用1000年。中国在藏北高原羌塘盆地开展的大规模物理勘探成果表明：继塔里木盆地后，西藏地区有可能成为21世纪第二个石油资源战略接替区。可燃冰的开采对环境有较大的影响天然气水合物有赖以生存的温度和压力条件，若控住不好，会造成大量的甲烷气体析出，甲烷的温室效应是CO2的20倍。全球海底可燃冰储量巨大，若不慎将甲烷气体逃逸到大气中，可能诱发海啸等无法想象的自然

39、灾害开采固结在海底沉积物中的水合物，可减低海底沉积物的力学特性，是海底软化，出现滑坡、毁坏海底工程设施等事故。第一章 能源与环境1.1 能源与环境的关系 1.2 能源的分类、储量及能源消费结构1.3 化石能源开发转化过程中的环境污染 1.4 可再生能源转化与污染的关系 1.5 能源与环境管理601.5 能源与环境管理1.5.1 能源评价的一般原则能源评价是一个十分复杂的问题。从宏观方面看，涉及政治、国防、社会、资源、技术和经济等多个方面。政治方面要考虑国际国内政治和外交的影响国防方面要应考虑其与战略和战争的关系，以及国家的安全与能源安全社会方面要分析生态环境保护和群众的意愿，为社会提供充足的、

40、大众能负担得起的能源资源方面要考虑可开发的各种能源的资源状态和储量，这直接影响着国家的能源结构、能源生产和消费技术方面要考虑该项能源技术是否成熟、先进、合理、可行经济方面则要考虑是否合算，是够使用价值高而成本低前面五个方面的评价一般比较容易、明确，可能有多个方案符合要求，最后起决定作用的往往是经济方面的优劣。611.5 能源与环境管理1.5.1 能源评价的一般原则从目前的技术水平来看，评价能源品质以及开发利用可行性的技术经济指标主要有以下五个方面：1.5.1.1 储藏量储藏量是关系能源供应能否稳定持续的必要条件。化石能源和核裂变饶辽都是不可再生的能源，在自然界的储量有限，用一点少一点。发展中国

41、家的水力资源开发程度低，应加速开发。其他可再生能源资源丰富，如太阳能、风能、地热能、海洋能等，开发利用时主要要考虑技术经济问题。储量评价还应考虑能源的地理分布621.5 能源与环境管理1.5.1 能源评价的一般原则1.5.1.2 能源品位及能流密度能源品位是其做功能力的定性表述。人类利用能源的本质是利用其做功的能力，能量不但有数量的大小，而且有质量的高低。如机械能、低能可以完全转变为功，而热能只有部分做功能力。做功能力强的能源称为高品位能源，反之称为低品位能源。能流密度是指单位面积所能取得的或单位质量能源所能产生的某种能源的能量或功率，是评价能源的主要技术指标之一。能流密度大的能源容易开发利用

42、，能流密度小的能源很难成为主要能源。任何一种形式的能源都可看成由火用（或称有效能。即周围环境条件下，理论上能够转变为有用功的那部分能量）和火无（或称无效能。即不能够转变为有用功的那部分能量）两部分组成。可用火用来评价能量的质量和品位，火用大的能量具有较高的能质和品位。电能、机械能、水力能等是高质能，而化学能、热能等是较低质的能。631.5 能源与环境管理1.5.1 能源评价的一般原则1.5.1.3 对环境的影响与安全问题能源在开发利用过程中可能对环境产生一系列的影响。化石燃料燃烧时会严重污染大气，以煤最为严重。核能应用的安全问题已得到广泛关注，现代技术可以解决，但有轻微辐射污染。太阳能、风能基

43、本上无污染。但太阳能的大规模利用会改变目前地球的能量平衡关系，是否会对大气温度造成影响？风力开发是否对大气环流产生影响？641.5 能源与环境管理1.5.1 能源评价的一般原则1.5.1.4 技术成熟程度这与现代科学技术经济水平有关。除常规能源外，核裂变发电已经较广泛使用。太阳能、风能、地热、海洋能已有一定程度的利用。太阳能热利用和生物质能利用取得了较大的进展，但大规模问题未解决。核聚变技术尚未能加以控制。1.5.1.5 经济上合理可行，价格上用户能承受需要综合考虑开发费用、设备投资、环境保护费用、生产运行费用等因素。此外能源的开发周期（从设计到投产的时间）的长短也是影响经济的因素，一般来说，矿物能源的开发周期长，包括建矿到建厂完成需要数年时间，如水电站建设周期一般需十年左右。651.5 能源与环境管理1.5.2 能源的发展趋势当前，从人类社会和经济发展对能源的需求增加和迫切需要解决严重的环境问题这一实际情况出发，在现