环境概论第六章能源

第六章能源人们关心这样几个问题：①地球上目前所拥有的能源和持续发展的关系。②能源对环境会产生什么影响。③应该采取何种的能源政策一、能源的分类及消费状况1、分类⑴可再生能源和不可再生能源⑵一次能源和二次能源一次能源：水、太阳能、风能、燃料、地热、潮汐等；二次能源：电能、氢能、沼气、汽油、焦碳等；※当一次能源转化为二次能源时的转换率很低，如发电时仅37%⑶清洁能源和污染型能源前者如水能、风能和太阳能；后者如固体燃料和核能等2、能源的消费⑴能源消费的特征①能源消费的增长率大于人口的增长率以70年代中期为例，我国的人口增加1.7%，煤增加3.9-4.9%;原油7.7-8.2%；天然气3.4-4.8%；②能源的消费量极不平等（以80年代为例）人口比例%人均耗能×107KJ能源消费%全球100.0041.72100.00北美5.26276.5527.46欧洲16.8981.5915.21亚洲58.1714.2023.32非洲10.8527.155.54③世界各国的能源结构差异极大％石油天然气煤水电核能全球４４１８３０６２美４３２９２１５２日本，７５３１５５２中国１７２７５６2010年１８５.6６０１０.７70年代油气在世界能源消费中的比重即达60%以上，77年后煤炭在世界能源消费中的比重就一直保持在低于30%的水平；而我国70年代以来油气在能源消费中的比重却一直徘徊在20%左右，仅75年和86年最高曾达到23.6%，而煤炭在能源消费中的比重则保持在70%以上。在能源消费的油气比上，世界总体结构约为2:1，我国是9:1。⑵中国能源消费的特点①以煤为主，主要能源人均值低煤总储量达几千亿吨，但人均仅世界一半，04年产量19亿吨石油探明可采储量32.6亿吨，人均29吨，为世界的1/10；水能3.7亿ＫＷ，世界第一，但是人均值低；②能源缺口大，发展新能源势在必行※2010年，一次能源的消费量将达到19亿吨标准煤，［其中煤18亿吨，石油2.5-2.7亿吨（产量1.6-2.1亿吨），天然气516-713亿立方米］※到2050年我国生活达到发达国家90年代水平，能源需求量达到35-45亿吨标准煤，但是石油产量4000-8000万吨，缺口6-7亿吨，③能源利用率低万元产值能耗是德国的10倍,美国的7倍,日本的11倍;附:我国主要的能源状况中国能源的后备资源严重短缺，人均可采储量（t）世界美国中国煤炭1625876.489.8石油，23513.12.6天然气24796168431074中国的石油能源状况中国对进口石油的依存度1995年，6.6%2000年，25%。在进口石油中来自中东地区的约占56%左右。研究表明，油价上涨10美元并维持一年，世界经济的年增长率会减少0.5个百分点发展中国家0.75中国超过0.5。中国的石油能源状况《石油市场报告》显示，2004年预计中国石油用量将达到每天580万桶，即每天80万吨(一吨约合7.3桶)需求，换言之，2004年中国石油用量将达3亿吨左右。目前，全球石油产量为30亿吨，美国的年耗油量约为10亿吨，日本的年耗油量接近3亿吨，我国今年的耗油量将达到全球石油产量的1/10,从而成为继美国之后世界第二大石油消费国。中国的石油能源状况我国原油产量由1949年的12万吨，上升到2002年的1.67亿吨，居世界第五位。天然气产量由1949年的0.1亿立方米，上升到2002年的316亿立方米，居世界第16位，已经成为世界石油天然气消费大国。未来20年，我国石油天然气需求增长较快，预计到2020年，我国石油需求量为4亿吨，年均递增12％。天然气消费结构中，天然气发电、城市燃气增长最快，到2020年，天然气在一次能源消费中，所占比例将由目前的2.7%增长到10%以上。为了保障油气资源的可持续发展和安全稳定供给，我国石油天然气发展必须开源节流，立足国内，加强油气勘探开发，保持石油产量持续稳定。同时，要加快建立海外油气生产基地。※世界商品能源91%为矿物燃料，（煤28%，石油40%）；亚澳矿物燃料占93.5%，（煤48.3%；石油47.3%；天然气7.9%）。※人类年耗煤40亿吨，石油25亿吨，并以3%增长。※到2020年，世界能耗将上升62%，其中92%为炭质能源，再生能源上升1-2%。附：地球上还有多少矿物燃料二、能源对环境的影响１、煤对环境的影响开采和燃烧中都会产生污染，主要是温室气体和二氧化硫2、石油对环境的影响组成：C、H、O、S、N等，C占84%-87%，H占12%-14%；微量元素为Fa、Co、Ni、V、Ca、Mg、Na等。污染：开采、燃烧和加工时都会产生；3、天然气对环境的影响组成；CH4为主，其次是C2H6和C3H8，还有N2、H2、CO2、H2S等用途：化工原料和燃料；污染：最干净的能源※三种燃料的污染（每1000千卡热值的污染物）比较污染物煤石油天然气SO2（S%）2.741.890.011NOx1.441.240.67CO22001801004、核能对环境的影响⑴优点①投资大，但是成本低；②安全、可靠；③环境影响小；⑵污染：α射线：β射线：γ射线居民安全剂量（rem）性腺、甲状腺骨骼、皮肤前臂、脚、踝0.53.07.5美国2000年一般居民全年辐射剂量，mrem/a.人可见，夜光表是1-4mrem；电视，每天1小时5mrem核电力0.5mrem是微不足道的。所以核能是安全的。且无烟无尘，无漏油，少污染。①慢性辐射天然本底医疗操作放射性降落物杂项（表，电视等）职业辐射核电力其他核能活动1308851.10.90.50.012②放射性废物废物收集：原子能反应堆每年装料一次，同时清除放射性废物。处理：※废核燃料→堆存，去除短寿命放射性元素→切碎→浓硝酸溶解→回收铀→产生钚，制造核武器→获得放射性同位素※其他放射性废物→水泥固化→贮存。为什麽要贮存：美国到2000年的放射性废物的β放射性达到209×109居里可使全世界的所有淡水污染2次。⑶核能的安全性最主要焦点是泄漏问题，其特点是：①几率低，非核事故，1次/1600人.年；核事故，按100个电站计算，1次/30亿人.年②破坏性大。如切尔诺贝利核电站事故。契尔诺贝利核电站事件电站位于乌克兰的第聂泊河上游，其发电量相当于全国的能量的5%。86年爆炸,产生的污染相当于70颗广岛原子弹，污染面积相当于两个英国，1700万居民受影响。周围76座城市和村庄成为死城死村。地下水的放射性强度高出正常值几万倍。污染物的尘埃竟散落到阿根廷和日本。当时某抢救队的队员现在还活着的只有两个人，有的直升机飞行员牙齿脱落，基普市的40万儿童，每年增加20名白血病患者。88年以来，事故的幸存者中，已经有12.5万人死亡。据估计，2005年-2010年将是事故的影响最大的爆发期。为了消除污染、环境监测、对受害者的补偿等，竟占了GDP的5%-8%。尽管核能安全，但切尔诺贝利事故后，各国对核电站普遍持保守态度：※建设中75年320亿瓦85年160亿瓦94年0日本85年前每年得2个订单，90年代仅计划建2个。※予测76年国际原子能组织预测到2000年，达到2.3万亿瓦80年7500亿瓦90年5000亿瓦98年3800亿瓦※目前94-96年，全球仅建７个，全在东亚，韩、日、中、台各1座。※化钱多，日本核能占总能源12%，但是研发费占90%。附：各国对核能发电的态度5、电能⑴火电优势①干净，②运输方便缺点①热效率低，通/热效率一般在60%左右，加上燃料转化成热的效率为80%多，发电的效率也就是40%多。②污染燃料渣，粉煤灰气体二氧化硫，二氧化碳，灰尘热污染（冷却水）热辐射和热污染对环境的影响：※占用土地※影响生态鱼回流产卵；※泥沙淤积，81年美国2000座水电站因为淤积停用，中国的官厅水库无法发电※自然、人文景观受影响特大型水电站的安全问题⑵水电附：中国的骄傲—长江的水电资源全长3300多公里的金沙江水能蕴藏量达1.12亿千瓦，约占全国16.7%。正在组织兴建金沙江上的溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩4座梯级电站。总装机3850万千瓦，相当两个三峡工程。金沙江溪洛渡水电站总装机容量1260千瓦，安装18台70万千瓦水轮发电机组，建设工期12年，建设期间的外来物资、设备、器材总运输量560万吨，四、我国的能源政策1、节能①提高技术含量降低单产电耗；节水；②避免浪费2、开发新能源①核聚变能（氢弹是由氢聚合成氦）海水中的氘可供使用几十亿年②风能能被利用的10亿千瓦左右，1992年仅270万千瓦，③生物能每年光合作用1440-1880亿吨生物质，等于世界能耗的10倍④地热地核4000-6000度，地幔1000-4000度，蕴藏的地热是煤的1.5亿倍，石油的50亿倍，相当于4948亿吨标准煤。中国的地热相当于31.6亿吨标准煤，目前已建8座地热电站，共20.88兆瓦。⑤潮汐能有766亿千瓦，现在技术上可开发64亿千瓦。中国4.6亿千瓦，目前仅开发1280千瓦⑥太阳能计有500万吨标准煤/秒，问题是如何开发。美国太阳能飞机2001年8月13日试飞成功，已飞2.2万米高。2001年的太阳能汽车展展出的新车型，美国车的时速已达112.5km，日本的“太空王”也达107.5km。附：太阳能的利用前景全球光电设备销售额30亿美圆，英国石油公司1998年在美国开设第一家光电管生产厂，期望在10年内由1亿美圆上升到10亿美圆。德国太阳能城（技术上的突破）德国的弗来堡，住房坐北朝南，3-4层高。南面台阶状，增加受光面积，北面全封闭，防止冬天冷风侵入。5月份后，原来耗电4000度，现在460度，一个四口之家，年耗电3.4万度。装太阳能电池板以后，还可余电5700度。⑦可燃冰可燃冰由46个水分子将8个CH4分子紧紧地包在一起，有白、红、桔黄、蓝、灰等各种颜色，每立方米中含有200m3的甲烷。可燃冰存在于冻土层和海底的大陆坡中。仅美国东、西海岸，就有可燃冰2000万亿m3，而美国的天然气储量才14万亿m3。我国的青藏高原的冻土层，东海、南海、黄海海底也储存着大量的可燃冰。目前的最大难度在于开采，在几百米深的海水压强和冰点低温下可以存在的这些固体物质，出水后无法保存。美国国会97年拨款4800万美圆研究。原理；非储能设备，而是发电设备，不会用尽，也不用充电；H2+O2=H2O+e直接发电H2（燃料）通入阳极，空气通入阴极，两极之间是电解质和催化剂，除电动机外，无转动部件。优点：*无燃烧过程，效率比内燃机高2-3倍*无噪声，长寿命，高可靠性，少维护，无污染。*燃料干净，可以是氢气或直接携带液体燃料（甲醇，燃油，液化石油气，压缩天然气）丰田、奔驰（燃料电池车）98年已在国际汽车博览会现身。⑧燃料电池3、发掘现有能源潜力※石油的储量远未枯竭（理论上的突破）2000年USA的康奈尔大学的托马斯·戈尔得预言，石油仍可用500年。依据：石油在地球诞生前，是被封存在地球内部的CH4，在地下100-300km稳定存在，并和其他的C、H原子结合成更大的碳-氢化合物，沿岩缝上升，形成油气。瑞典委托他在瑞典的某环型地带打6700-6500米的井，已在一口井中回收1.3万升石油。※重新回采老油田2002年10月英国北海油田10年前停止开采的一块油田,因为深部开采技术上的突破,已获准重新可开采,可采储量2100万桶,新油田改名为阿普鲁斯油田.4.积极参与能源全球化能源的来源多源化*地质科学院在报告中明确指出，中国应最大限度地分享境外资源。国外的评论则更直接：“少采多买”。为国家安全考虑，保持合理的开发与进口比例是必要的。以石油为例是50%，50%已经很高。*2002年“中石油”在海外获取的“份额油”大约可达850万吨。“中海油”实现了海外“登陆”，可获取大约350万吨“份额油”。•据统计，中国对进口石油的依存度已由1995年的6.6%上升为2000年的25%，2003年为36%，2004年为42%。2001年我国的石油进口的来源为：56.2%，中东；14.4%亚太地区；22.5%，非洲；6.9%，其他地区；5.建立我国的石油储备系统