第十章 能源与环境

第十章能源与环境第1页，共37页，2023年，2月20日，星期三一.世界能源消费情况2第2页，共37页，2023年，2月20日，星期三世界能源的消耗呈逐年增加的趋势石油是现代世界上消耗最多的能源课本232，表10-1、10-2、图10-1世界能源生产增长率大于人口增长率发达国家的能源消耗占世界的绝大部分在不同的历史阶段，能源结构具有明显的变化能源消费增长同经济发展之间有一定的关系2002年美国人口只占世界人口的4.6%，但能源的消耗却占世界的24.4%3第3页，共37页，2023年，2月20日，星期三能源探明储量产量占能源生产总量的比重%数量在世界中的地位1999年2001年煤15000亿t第3位68.368石油70亿t第6位21.020.2天然气33.3×104亿m3第16位3.13.4水电6.8万亿kw第1位7.68.4我国能源的探明储量和生产情况4第4页，共37页，2023年，2月20日，星期三我国能源消费结构变化年份1980198519901995200020012002能源生产总量6373585546103922129034106988121000128400构成%原油23.820.919.016.621.820.218.7煤炭69.472.874.275.366.668.069.5天然气3.02.02.01.93.43.43.4水电+核电3.84.34.86.28.28.48.4能源消费总量6028098700131180130300132000141100构成%石油20.816.617.524.623.623煤炭72.176.274.666.167.066.3天然气3.12.11.82.52.53.1水电+核电4.05.16.16.86.97.65第5页，共37页，2023年，2月20日，星期三能源消费弹性系数=能源消费年平均增长率/国民生产总值年平均增长率我国能源的消费情况能源丰富而人均消耗量少能源构成以煤为主燃煤严重污染环境农村能源供应短缺，以生物质能为主1997年我国人均能耗仅为1.165吨标准煤，世界人均为2.4吨标准煤。北美为10吨。预计我国2050年将达到2.38吨标准煤。6第6页，共37页，2023年，2月20日，星期三1.能源的基本概念与分类能源的分类

能源：指提供能量的自然资源，是机械能、热能、化学能、原子能、生物能、光能等的总称。一次能源二次能源一是自然界中存在的天然能源如煤炭．石油、天然气、水力、风力、铀、植物燃料、太阳能、地热、潮汐能等由一次能源直接或间接转化为的人工能源，如电力、汽油．煤油。柴油、重油、焦炭、煤气、沼气等称为二次能源。二、能源的利用7第7页，共37页，2023年，2月20日，星期三常规能源新能源可再生能源：水力不可再生能源：煤炭、石油、天然气等可再生能源：太阳能、风能、海洋能不可再生能源：核燃料二次能源电力、焦炭、煤气、沼气等一次能源能源分类8第8页，共37页，2023年，2月20日，星期三2.1煤2.矿物燃料煤是地球上储量最多的化石燃料。煤的类型主要有泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤，其煤化程度依次增高。9第9页，共37页，2023年，2月20日，星期三不同类型煤的性质性质泥煤褐煤烟煤无烟煤颜色棕褐色为主褐、黑褐色黑色灰黑色着火点℃225-280250-450320-400440-500燃烧热值106kj/kg-------23-2727-3733-63挥发分%26.4435.3427.131.16含硫量%0.641.100.950.89灰分%5.997.207.117.8310第10页，共37页，2023年，2月20日，星期三成煤作用：泥炭化

(或腐泥化)作用煤化作用11第11页，共37页，2023年，2月20日，星期三泥炭化

(或腐泥化)作用：在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物残体转变成泥炭或腐泥的过程，这一阶段以生物化学变化为主。煤化作用：是成煤作用的第二阶段，以物理化学作用为主。煤化作用包括成岩作用和变质作用两个阶段。成岩作用以压力为主，使泥炭被压实、脱水、固结而转变成褐煤；变质作用以温度为主，压力为副，使褐煤转变成烟煤、无烟煤。无烟煤进一步变质而转变成石墨，但这已不属煤化作用的范畴。在煤化过程中，煤的化学组成、工艺性质、物理性质和煤岩特征等都发生一系列变化。随着煤化程度的加深，碳含量增加，氧、氢含量减少，颜色由褐色变为深黑、灰黑至钢灰色，光泽由弱变强等。12第12页，共37页，2023年，2月20日，星期三煤的组成主要是碳、氢，还含有少量氧、氮、硫。

S--几乎所有煤中都含有硫，即使陕西神木的出口优质煤仍含0.28～0.45%的硫，南方某些煤藏中含硫量高达10%。这就意味着每燃烧1吨这类煤，将会产生近200kgSO2。N--煤燃烧时，所含的氮几乎全部转变为NO和NO2。是大气污染的重要成分之一。P--我国西南地区的煤以含磷为特点，有的煤矿层中夹有磷矿层，因此所采的煤含有较多杂质磷，燃烧中会产生磷的氧化物，是西南地区酸雨危害严重的原因之一。灰分--煤中的灰分主要是一些不能燃烧的矿物性杂质，含有钙、镁、铁、铅、硅和微量或痕量砷、钡、铍、铅、汞、锌等矿物杂质，也含有放射性元素。13第13页，共37页，2023年，2月20日，星期三煤的开采与环境在开采地区，剥离大量表土和岩石，产生断裂和塌陷。采煤过程中产生大量废水，污染水体和土壤。矿区以煤为燃料，大气污染严重。煤矸石占用大量土地。14第14页，共37页，2023年，2月20日，星期三煤的气化和综合利用

通常煤作为一次能源直接燃烧利用。世界总发电量的47％来自燃煤的火力发电。我国的煤炭在一次能源消费中的比重始终维持在70％上下。把煤转化为气体燃料或液体燃料,转化为化工产品,加以综合利用,从而提高热效率和经济效益,并防止污染和减轻运输负担。目前的趋势15第15页，共37页，2023年，2月20日，星期三按照所含烃类比例的不同，石油可分为石蜡基石油、环烃基是由和混合基石油。原油中硫含量变动范围很大。按含硫量原油可分为低硫原油（含硫0－1％）、含硫原油和高硫原油（含硫达3－7％）。2.2石油石油的组成和分类原油及其加工所得的液体产品总称为石油。石油是碳氢化合物的混合物，其碳和氢分别占84－87％和12－14％，主要成分为烷烃、环烷烃和芳香烃。除纯烃类成分之外，原油中还有氮、氧、硫等有机杂环化合物。石油中还含有微量的V、Ni、Fe、Al、Ca、Na、Mg、Co、Cu等金属元素。16第16页，共37页，2023年，2月20日，星期三据统计，每年通过各种渠道泄入海洋的石油和石油产品，约占全世界石油总产量的0.5%，倾注到海洋的石油量达200万吨～1000万吨，由于航运而排入海洋的石油污染物达160万吨～200万吨，其中1/3左右是油轮在海上发生事故导致石油泄漏造成的。我国海上各种溢油事故每年约发生500起，沿海地区海水含油量已超过国家规定的海水水质标准2倍～8倍，海洋石油污染十分严重。石油对海洋的污染17第17页，共37页，2023年，2月20日，星期三2.3天然气

天然气的主要成分是甲烷，但也含有相对分子质量较大的烷烃，如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等。还含N2、H2、SO2和H2S等，有时还有稀有气体氦、氩等。

优点清洁方便高放热化石燃料中天然气是一种最佳能源是仅次于氢能的最干净的能源18第18页，共37页，2023年，2月20日，星期三3.非矿物燃料能源3.1水力讨论：水力发电的优点和对环境的影响19第19页，共37页，2023年，2月20日，星期三3.2核能核电站长期的经济效益明显核电站安全可靠核电站对环境影响比燃烧煤、石油电站要小，是清洁的能源考虑到化石燃料的枯竭及其综合利用价值，核燃料必将成为主要的载能体20第20页，共37页，2023年，2月20日，星期三中国在20世纪80年代中期开始建设核电站，最初的两座核电站分别坐落于浙江的秦山和广东的大亚湾。目前中国共有６座核电站，9台核电机组投入商业运行，２台在建。中国核电发电量占全国总发电量的2.3%。小资料21第21页，共37页，2023年，2月20日，星期三4新型能源太阳是一个在高温高压下不断进行热核聚变反应的炽热球体。大约太阳能量的22亿分之一照射到地球大气上界。与常规能源相比具有如下特点：太阳是个持久、普遍、巨大的能源。太阳能是洁净、无污染的能源太阳能无偿地提供给地球的每一角落，不受市场的垄断和操纵4.1太阳能22第22页，共37页，2023年，2月20日，星期三太阳能的利用也有一些不利因素太阳能的能量密度低，太阳常数为1.37kw/m2。就每个地域来说，能量供应是间断性的，受昼夜、阴晴、季节、纬度等因素影响较大，能量供应极不稳定，因此给太阳能的采集和使用带来许多技术上和经济上的困难23第23页，共37页，2023年，2月20日，星期三利用太阳能的三种方式太阳能直接转换成热能太阳能发电太阳能直接转换成化学能关键设备是集热器太阳能电池太阳能电站24第24页，共37页，2023年，2月20日，星期三虽然地面上太阳辐射的能量密度低，但大面积集热的作用不可低估。1913年美国人F.Shuman建造了总面积1200m2的抛物面聚焦集热器，带动蒸汽机的输出功率73.5kW。平板型集热器抛物面型反射聚光器25第25页，共37页，2023年，2月20日，星期三世界最大的太阳能电站

发电站位于德国莱比锡以南30公里的埃斯彭海因镇，整套发电装置由33500块光电池板组成，占地面积21.6公顷。发电站功率为5兆瓦，可为1800户住家提供生活用电。这一耗资2200万欧元的发电站是由德国太阳能协会、西部基金以及壳牌太阳能公司联合兴建。德国是非常重视可再生能源开发的国家。目前水电、风能、太阳能等可再生能源已经为德国提供了10％的电力。德国政府计划到2020年全国20％的电力将来自可再生能源。目前，德国太阳能发电设施的总功率为500兆瓦。26第26页，共37页，2023年，2月20日，星期三

西藏措美县哲古镇光伏电站该电站装机容量130千瓦，为当地514户、近4000名牧民解决了用电难问题27第27页，共37页，2023年，2月20日，星期三深圳市国际园林花卉博览园的太阳能光伏电站，2004年8月建成，电站总容量达1兆瓦，年发电能力约为100万千瓦时，是亚洲最大的太阳能光伏电站西藏安多100kw光伏电站，安多县地处海拔4800米的青藏高原，使之成为世界上海拔最高的大型光伏电力系统在太阳能方面，我国政府制定实施了“中国光明工程”计划。计划到2010年，利用光伏发电技术解决2300万边远地区人口的用电问题。28第28页，共37页，2023年，2月20日，星期三4.2生物能源

生物质能:指由太阳能转化并以化学能形式贮藏在生物质中的能量。全世界每年植物所储存的能量，如按人平均，相当于目前世界上各种商品能源人均消耗量的十多倍，如折合成标准煤约为20-30t。因此，利用生物质能就是间接的利用太阳能。生物质能利用方式：常见模式：薪柴、木炭、沼气等新趋势：能源树、从植物中提取酒精代替石油、丛粒藻29第29页，共37页，2023年，2月20日，星期三生物能---沼气沼气灯沼气炉灶沼气的综合利用组成甲烷二氧化碳氮氢氧硫化氢体积分数%55-6535-450-30-10-10-1沼气成分沼气发电30第30页，共37页，2023年，2月20日，星期三沼气的形成过程31第31页，共37页，2023年，2月20日，星期三影响沼气产量的因素温度密封、缺氧pH6.7-7.0保持适当的碳氮比高温发酵50-55中温发酵30-35常温发酵10-30氮不足，会产生硫化氢气体，氮太多，则产生氨而抑制甲烷的生成。32第32页，共37页，2023年，2月20日，星期三其它的新型能源地热能核聚变能氢能潮汐能风能33第33页，共37页，2023年，2月20日，星期三5.电能生产对环境的影响

5.1火力发电对环境的影响

火力发电采用的燃料主要是煤炭、石油或天然气。火力发电过程中燃料燃烧大约将88%的化学能转换为热能，并将热能传递给水管中的水，