第四章能源与环境

第四章能源与环境主要内容一、能源概述二、能源利用对环境的影响三、开发利用新能源1思考题：1.什么是一次能源、二次能源？2.中国能源领域特点？3.未来的新能源供应主要有哪些？21能源的定义和分类能源----是指可能为人类利用以获取有用能量的各种来源。能源分类：一次能源—是从自然中直接得到的天然能源。二次能源—由一次能源加工、转换得到。常规能源—被广泛利用的能源。新能源—尚未被人们广泛利用而正在研究以便推广应用的能源。清洁能源和污染型能源。一、能源概述3能源一次能源二次能源：可再生能源：水力不可再生的能源：煤、石油、天然气核裂变燃料新能源常规能源可再生能源：太阳能、生物能、风能、潮汐能、地热能不可再生的能源：核聚变能火电、焦炭、煤气、沼气、蒸汽热水、汽油、柴油、重油等能源分类图示42当前世界能源的消耗情况第一，传统的矿物燃料仍将是能源生产消费的主体。矿物燃料开发利用的技术比较成熟，并已经系统化和标准化；世界能源需求在2020年将达到110-352亿吨标准煤；矿物燃料按目前的开发利用强度和回收率，可供全世界100-200年。第二，能源开发利用所造成的环境问题日趋严重；5第三，能源生产消费结构将出现多元化趋势，特别是可再生能源和核能将会发挥较大的作用。

1950~2004年世界能源消费构成变化6目前，目前世界能源消费构成为：石油约40%，煤炭25%，天然气25%，核电和水电约10%。①在石油枯竭之前，其还将是主要能源；②天然气用量将较大幅度的增加；③煤的用量会增加，能源利用率将提高；④可再生能源开发，特别是清洁能源(太阳能、风能、地热能、潮汐能等)开发将加速。72、中国能源领域现状

（1）一次能源人均占有率较低

我国能源资源人均拥有量居第53位，仅为世界人均占有量的1/2。人均石油可采储量只有世界平均水平的7.69％；人均天然气可采储量只有世界平均水平的7.05％；人均煤炭可采储量只有世界平均水平的58.6%；

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（2）能源消费随经济发展而迅猛增长2004年，我国取代日本成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。2005年，我国能源消费总量已达22.25亿吨标准煤，成为世界第二大能源消费国。

在45种重要战略性矿产资源当中，据估计，到2020年时将有9种严重短缺（外贸依存度超过70%以上），有10种短缺（外贸依存度在40%～70%）。9到2030年，中国石油进口依存度将达到73%。部分依靠进口自给自足部分出口

增加进口减少出口石油产品净进口国原油净进口国净进口国且进口量逐年增加

19491963

1973

1991

1993

1996

现在Case:我国石油2004年，我国取代日本成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。目前，我国对进口石油的依存度已超过40%。

侯祥麟院士指出：到2020年，我国每年需原油4.5亿吨，我国到时最多只能产2亿吨。10我国国家石油战略储备我国于2001年正式规划国家战略储备建设。根据规划，中国将用15年时间，分三期完成石油储备基地的建设。中国一期国家战略石油储备基地为：浙江的宁波镇海和舟山岱山、青岛黄岛、大连新港。2008年底，一期国家石油储备基地已基本建成，2009年3月完成注油，原油储备能力为1640万立方米（约合1.02亿桶）。

11二期战略储备：二期战略库存总数为2680万立方米，约合1.68亿桶。8处地址：新疆独山子、甘肃兰州、辽宁锦州、天津、广东惠州、江苏金坛、广东湛江和山东青岛。二期工程预计将在2012~2013年完成，届时国家战略储备总库容将比一期增加163%,至2.71亿桶，其中大多数工程将在未来两年上线。石油战略储备基地三期正在选址。12（3）能源利用效率低下

单位产值能耗是世界平均水平的2倍多；燃煤工业锅炉平均运行效率比国际先进水平低15-20%；

占工业总能耗73％的8个行业（石化、电力、钢铁、有色、建材、化工、轻工、纺织）33种产品单位能耗平均比世界先进水平高47％，相当于比先进水平多耗用能2.3亿吨标煤/年。我国建筑采暖、空调能耗均高于发达国家，其中单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近的发达国家的2-3倍。13能源经济效率（GDP单耗）的国际比较世界平均每百万美元GDP能源消耗为270吨标准油；美国265吨标准油；日本96.2吨标准油；德国130吨标准油；意大利145吨标准油；香港120吨标准油；我国908吨标准油；14（4）以煤为主的能源结构短期难以改变我国煤炭资源占能源资源总量的75.2%。煤炭探明可利用储量近2000亿吨。我国矿产分布特征：“多煤缺油少气”，“北多南少，西丰东缺”。煤炭储备体系15(5)能源环境问题突出以煤为主的一次能源结构造成了严重的环境污染。SO2排放量的90%，NOx排放量的60%都来自于燃煤。全国SO2排放总量超过环境承载能力的70%左右。生态破坏造成的经济损失已占GDP的8%。

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3、我国能源利用对策①把提高能源利用效率放在首位；②调整能源结构，保护生态、环境；Case：西气东输17西气东输一线工程——气啸八千里，造福十省市现代能源丝绸之路18

西气东输一线工程自2005年1月1投产以来:改变了苏浙沪豫皖等地长期以高污染的人工煤气为主的燃气结构；天然气在能源结构中的比例从近乎于零增至3%；东部地区煤炭消耗量骤减1800万吨，减少粉尘排放50多万吨，减少煤渣排放500万吨。192008年2月22日，国家“十一五”规划重大项目——西气东输二线工程开工仪式在北京人民大会堂举行。西气东输二线作为一条我国连通中亚的能源大动脉，是当前我国管道建设投资最多、输量最大、管线最长、压力最高、施工难度最大的特大工程。20西气东输二线工程可使中国天然气资源在一次能源结构中比重达到5%以上；每年可替代7680万吨煤炭，减少二氧化硫排放144万吨，减少二氧化碳排放1.3亿吨。21调整经济、产业结构，高效利用资源。能源低效消耗燃煤为主依赖外界环境生态破坏环境污染资源耗竭经济着重GDP结构失衡无以为继

粗放型经济：低效率、高消耗、高污染22二、化石燃料利用对环境的影响化石燃料开采、运输、加工和燃烧过程都有污染。（1）开采过程的影响①煤炭开采过程的影响a开采事故与职业性伤亡b矿井地表沉陷23煤矿职业病尘肺病：由于长期吸入大量细微粉尘而引起的以肺组织纤维化为主的职业病。症状：胸闷、胸痛、气短、咳嗽、全身无力，重者丧失劳动能力，甚至不能平卧，连睡觉都得采取跪姿，最后肺功能衰竭而死。242010，全国煤矿安全事故死亡2433人，但每年尘肺病死亡人数却超过了6000人，是生产安全事故死亡人数的2倍！从新中国成立至2009年底，已累计报告职业病72万多例，其中尘肺病65万多例！25①煤炭开采过程的影响c露天开采占地，对地表水和地下水产生不良影响d酸性矿井水—pH一般小于626采煤过程中的环境影响（以开采100万吨煤计）环境影响项目矿井露天矿死亡人数/人/a0.2-0.40.1受伤人数/人/a15-305.5职业病死亡数/人/a0-0.460-0.46慢性呼吸器官疾病人数/人/a0.840.84破坏土地/hm2800排除矿坑废水/万t9.6-15.35.027②石油开采过程的影响钻井泥浆—含烧碱、铁铬盐和盐酸等28②石油开采过程的影响采油污水—油、酸、碱、盐、酚、氰等；水井油井水井胜利油田目前综合含水率超过90%，每年产生2亿多立方米采出污水，但污水利用率仅为80%，大量的富余污水外排环境，而油田还存在大量的欠注层。29污染源勘探过程污染源钻井过程污染源井下作业过程污染源采油过程污染源集输、储运过程污染源爆炸、振动落地原油噪声洗井水压裂液车辆排气放射性噪声和振动废弃钻井液井场污水采油机烟气振动及噪声井喷事故污染油污烃类气体含流尾气噪声含油污水烃类伴生气加热炉烟气油砂30甲烷烃；非甲烷烃：乙、丙、丁烷等其他：H2、N2、CO2、H2S污染物废水污染物废气污染物固体废弃物原油、各种盐类和气体、悬浮物、有机物、细菌、破乳剂等。CO、NO2、烃类工艺废气燃料燃烧烟气机动车尾气NO2、SO2、CO、烟尘、烃类钻井岩屑油砂油污、活性污泥、浮渣等31③天然气开采过程中的影响硫化氢伴生盐水32（2）贮运过程的环境影响①煤炭消耗大量能源；堆放和装卸过程中发生自燃或扬尘；浸出水的流失污染周围水系。②石油储罐的大小呼吸；油船事故；油船外排洗舱水。33（3）加工过程中的环境影响①煤炭洗选时排出大量洗煤水；干燥时产生灰尘、NOx、SO2；煤的气化和液化排出大量污染物；煤矸石—占煤产量的15%，含碳量低、比煤坚硬的黑灰色岩石。我国每年产生的煤矸石1.42亿吨，全国已累计堆存煤矸石30多亿吨，占地1.2万公顷。

34②石油加工过程35②石油加工过程含油污水—油、酸、碱、盐、酚、氰等；石油废气—轻烃物质；炼厂废渣—酸碴、碱渣、石油添加剂、废催化剂、废白土；油泥、浮渣等。36（4）能源利用过程中的环境污染极少数用作化工原料，基本上都用作燃料，石油制品用于交通运输，煤炭主要用于取暖和发电。37化石燃料燃烧时产生的污染物对环境造成的影响主要表现在：①全球气候变化—温室效应②其它污染物及酸雨③热污染—目前运转的各类火电站中热能利用的平均效率约为33%，燃料潜能的三分之二没有被利用，而成为“余热”排放掉—进入水体形成热污染。38热污染危害：首先使水体各类无机氮含量都增加。原因是水温升高使藻类的繁殖加快，固氮藻的固氮速率增大,极不利于鱼类的生存。其二，水温升高使藻类种群结构发生改变-硅藻和绿藻是鱼类的良好饵料，兰藻则因表面有一层膜，而使鱼类难于消化、不便吸收。

39其三，水体温度的增加也影响浮游动物（如原生动物、轮虫、棱角类和挠足类生物）的生存。其四，在强增温区内，底栖生物的增加也十分突出。其五，由于水体周围气温升高，栖息在该地区的昆虫将提前苏醒，而远离该地区本该先行苏醒的昆虫，却仍处于冬眠状态—造成有关生态系统中食物链的中断，破坏生态平衡。40三、开发利用新能源

1、太阳能

太阳能是指太阳所负载的能量，它的计量一般以阳光照射到地面的辐射总量，包括太阳的直接辐射和天空散射辐射的总和。太阳能的热利用—太阳能灶、热水器、温室（花房、蔬菜大棚）、干燥、太阳能采暖等太阳能的光电利用—光电池，卫星上，航海灯浮标，汽车41太阳能直接利用对环境的影响：（1）无有毒气体排出，无CO2排出。（2）占地面积与化石燃料及核能电站相当。（3）余热的排出低于其他热电站。（4）太阳能集热系统吸收太阳能后，减少了地面、建筑物等反射回空间的能量，结果影响了大气的温度梯度、大气组成、云层、风等。（5）巨大的集热系统、聚光装置，影响景观，以致改变建筑风格和建筑设计规范。422、生物质能生物质能：绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。包括：①木材及森林工业废弃物；②农业废物；③水生植物；④油料植物；⑤城市和工业有机废弃物；⑥动物粪便。优点：清洁、廉价、可再生。缺点:是热值及热效率低，体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10％-30％。43生物质能的利用方法：1．热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品；2．生物化学转换法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品；3．利用油料植物所产生的生物油；4．把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型燃料)，以便集中利用和提高热效率。44Case:沼气沼气热值4800-6000kcal/m3，每kg秸秆含热量3400千卡，直接燃烧的有效热值为340千卡，制成沼气燃烧的有效热值726千卡，提高了114%。优点：清洁；垃圾粪便等有机废物是产生沼气的原料，投入沼气池后，改善卫生，杀灭病菌；提高肥效。453、风能风能—空气流动产生的动能。9-10米/秒压力为10kg/m2；20米/秒压力为50kg/m2；50-60米/秒压力为200kg/m2；利用形式：风力发电、风力提水、风帆助航优点：洁净的、取之不尽的能源；弱点：分散、间歇、能量密度不高、风力不均匀。46中国陆地广阔、海岸线漫长，风能资源十分丰富。据测算，可开发储量约10亿千瓦，主要集中在华北、西北、东北的草原、戈壁滩和青藏高原以及东南沿海地区。474、潮汐能白天的海水涨落称为潮，晚上的海水涨落为汐。利用方式：潮汐磨—加工农副产品；潮汐水轮泵—农田灌溉；潮汐发电—在海湾或潮汐河口建筑闸坝，使被隔开的海湾或河口形成水库，并在闸坝内或其旁侧的发电站厂房内安装水轮发电机组。

48495、地热能地球内部蕴藏的能量。这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在。

据估计，每年从地球内部传到地表面的热量大约相当于1000亿桶石油燃烧放出的热量。仅地表以下10千米范围的地热储量，就相当于现在世界能源年消耗量的400多万倍。50根据地热资源在地下的热储存形式分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆型。目前主要开发的是地热蒸汽、地热水两大类。高温：150℃中温：90-150℃低温：<90℃利用途径：采暖、洗浴、医疗、农业温室、农田灌溉、水产养殖、发电.缺点：存在热污染.51我国地热资源丰富，主要分布在青藏高原、东南沿海诸省区和内陆盆地区，我国地热资源潜力占全球的7.9%，分布以中低温