环境工程导论第三章能源资源与环境污染ppt课件.pptx

第二章 能源资源与环境污染,第一节 能源概述一、能源及其分类,能够产生各种能量的物质资源 远古，薪柴燃料为主，少量水力、风力。18世纪后半叶，1785年蒸气机的问世，煤炭消耗量迅速增加。19世纪中叶后，内燃机的发明和火力发电厂的发展，石油和天然气得到广泛应用。上世纪50年代，核裂变技术发展，核燃料。新能源：太阳能、风能、海洋能、地热能、受控核聚变。,能源的分类,(1)以能量根本蕴藏方式的不同，可将能源分为三大类：1)第一类能源是来自地球以外的太阳能。例如目前使用最多的煤、石油、天然气等化石资源，生物质能、流水能、风能、海洋能、雷电等 2)第二类能源是地球自身蕴藏的能量。地热能资源以及原子能燃料，还包括地震、火山喷发和温泉等自然呈现出的能量。3)第三类能源是地球和其他天体引力相互作用而形成的。主要指地球和太阳、月球等天体间有规律运动而形成的潮汐能。,(2)能源还可按相对比较的方法来分类。1)一次能源与二次能源：在自然界中天然存在的，可直接取得而又不改变其基本形态的能源，称之为一次能源，由一次能源经过加工转换成另一种形态的能源产品叫做二次能源 2)可再生能源与非再生能源：在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源，称之可再生能源。经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，称之为非再生能源。3)常规能源与新能源：常规能源与新能源是相对而言的，现在的常规能源过去也曾是新能源，今天的新能源将来又成为常规能源。4)燃料能源与非燃料能源：属于燃料能源的有矿物燃料，生物燃料，化工燃料，核燃料共四类。非燃料能源多数具有机械能，有的含有热能，如地热能、海洋热能等；有的含有光能等。,能源资源,按开发利用状况分,按能量转换分,按形成和来源分,常规能源:新能源:,一次能源二次能源,来自太阳辐射的能源来自地球内部的能源来自天体引力的能源,矿物能、水能、生物能,太阳能、地热能、核能,一次能源,核裂变能,常规能源,新能源,化石燃料,固体燃料,液体燃料,气体燃料,生物质能,可再生能源,水 能,太 阳 能,风 能,地 热 能,海 洋 能,核 能,核聚变能,电 能,汽、热水,二甲醚(CH3OCH3)、乙醇,氢 能,热 能,.,二次能源,最重要应用最广,化石燃料燃料由可燃物质、不可燃成分和水分等物质组成的混合物。化石燃料动植物残骸变化而形成。由于形成的原因、地质条件与年代的不同，产生了不同种类的化石燃料。煤：深埋在地下的高等植物，在缺氧条件下被厌氧细菌生化降解，形成胶体状的腐殖酸。逐步变成含水很多、黑褐色的泥炭。泥炭层在地热和受压的作用下，被压实、失水，密度和碳含量相对增加，腐殖酸、水分、氧、氢和甲烷等挥发物逐渐减少，形成不同种类的褐煤、烟煤、无烟煤等。石油：主要是低等动、植物。生成过程与煤相似，生成条件要求较严格。天然气：的生成过程比石油容易。,能源的计量单位:,标准煤热值29.3MJ/kg(7000kcal/kg)原煤平均热值5000kcal/kg,换算系数0.714原油平均热值10000kcal/kg,换算系数1.429天然气平均热值9310 kcal/m3,换算系数1.33,第一节 能源概述二、中国的能源资源,1.一次能源资源丰富煤(世界第三)、油、气和水能(世界第一)。技术可开发总资源量超过8231亿tce（吨标准煤29300kJ/kg）。,2.人均能源资源占有量低 2000年，人均能源资源占有量，中国分别是世界平均水平：煤炭 54.9（美国的9.7）石油 11.0（美国的23.1）天然气 4.3（美国的6.3）节能为煤、油、气和水能之后的“第五能源”。3.能源资源结构以煤为主 4.能源资源地区分布不均衡 北多南少、西富东贫 北煤、南水、西油气,二、中国的能源资源,常规能源资源 1.煤炭 中国最主要的能源资源。特点:（1）煤炭储量多。煤炭资源地质总储量50592亿吨。经济可开发剩余可采储量为1145亿吨，约占世界的116。（全国原煤产量由2002年的14.15亿吨增加到2007年的25.23亿吨，增长了78.3，年均煤炭产量增长12.26）（2）分布既广泛又集中。北方煤的地质储量占全国的935，山西占全国的43。大别山-秦岭-昆仑山一线以北地区资源量约占全国总资源量的94%；以南的广大地区约占6%。其中新疆、内蒙古、山西和陕西等四省区占全国资源总量的81.3%，江南九省仅占1.6%。（3）煤种比较齐全，质量较好。低硫煤67，高硫煤仅3。高硫煤主要集中在西南和中南地区。（4）开发条件较好。煤层一般不超过1000m,二、中国的能源资源,2.石油和天然气石油和天然气探明储量占全国能源28和0.3。剩余可采储量的保证程度，石油20年，天然气49年。特点：（1）资源分布相对集中。陆上石油和天然气资源量分别占全国总量的738和781。石油主要在北部。天然气陆上主要分布在中部和西部地区，分别占陆上资源量的43.2%和39.0%。（2）质量以常规油为主。中国石油资源质量是以常规油为主，天然气资源主要是油型气，陆上天然气油型气资源占82。（3）资源埋藏深度中等，勘探难度越来越大。陆上石油埋藏深度在20003500 m为20。气田47的地质构造比较复杂，勘探开发难度较大。,(1吨=7桶),我国1990年以来石油的年产量、进口量和消费量的增长情况,我国每年的石油进口量占消费量的比重,我国的能源跨地区调配工程：,西 电 东 送,西 气 东 输,北 煤 南 运,北部通道主要集中在华北和西北两大地区。主要任务是将“三西”（即内蒙古西部、山西、陕西）的火电（坑口电站）和黄河上游的水电送往京津唐地区。,中部通道将沿长江展开。长江为深谷型河道，可开发座水电站。随着这些梯级水电站的开发建设，将有数千万千瓦的强大电力，源源不断送往华中、华东和福建以及广东等地区。,南部通道以开发云南、贵州、广西的水电为主，以开发贵州等地火电（坑口电站）为补充，向广东等东部用电负荷中心送电。,西电东送,轮南,上海,西气东输,北煤南运,我国的煤炭资源主要集中在“三西”（即山西、陕西、内蒙古西部），水力资源则有70%在西南地区。而东南沿海供电中，80%来自煤电。北煤南运，西煤东运。在京沪、京广铁路线上，货运的40%运的是发电用煤。黄金水道的30%、高速公路的四分之一运的还是发电的煤。这个比率依然满足不了需求。,大秦线,朔黄线,焦作兖州日照,地理意义,对输入地区为东部地区提供清洁、优质、可靠、廉价的能源，改善环境质量，促进东部地区经济发展和社会进步。,还能够有效地带动相关行业的发展，拉动国内需求。,煤炭、石油的全球调配,关注煤炭、石油运输线路沿线的地理事物和地理特征，关注俄罗斯、哈萨克斯坦共和国与我国的油气运输线路。,安加尔斯克大庆输油管道,第一节 能源概述二、中国的能源资源,3.水能 中国可开发的水能资源量，在全国能源资源探明总储量结构中占95。开发程度为1156。（1）水能资源量大，居世界第一。占世界总量比例：理论蕴藏量为14.3，技术可开发量为16.4，经济可开发量为17.2，均居世界第一位。（2）水能资源分布很不均匀，主要集中在西南地区，占全国总量的67.8。大部分集中在西南地区，其次在中南地区.(长江干支流、黄河上游、红水河等)而经济发达的东部沿海地区水能资源较少。（3）大型水电站的比重大，位置集中。单站规模大于200万kW的水电站资源量占50，集中在西南地区。葛洲坝水电站2715万kW，二滩水电站330万kW，三峡水电站为1820万kW。,新能源及可再生能源资源新能源：核能（核聚变）、太阳能、风能、波浪能、潮汐能、地热能、生物质能、海洋能及其所产生的二次能源氢能可再生能源：水能、太阳能、风能、波浪能、潮汐能、地热能、生物质能、海洋能等。1核能资源2可再生能源（1）太阳能。太阳内部发生高温核聚变反应所释放的辐射能。太阳的辐射能，20亿分之一到达地球大气高层，这其中30被大气层反射，23被大气层吸收，其余47%到达地球表面，其功率约为81013kW。目前，利用主要是解决城乡居民生活用能，如太阳能热水器、被动太阳房、太阳灶。未来:太阳能热发电、光伏发电,（2）风能。风能是空气流动产生的一种动能，其大小决定于风速和空气的密度。风能资源的总储量非常巨大，但它的能量密度低，且不稳定，只能在一定的技术经济条件下，作为重要的补充能源进行开发利用。全国有159万台微型和小型风力机(0.1kW至5kW)在运行，总装机容量234万kW。,第一节 能源概述二、中国的能源资源,风能发电有着广阔的市场和前景,风能是目前可再生能源中一项最有效的能源技术，风能既可以化解温室效应带来的气候危机，而且也可以解决并提供稳定的能源供应。,据专家道:地球上风能的蕴藏量是水能的10倍，只要能够将地球上 1%的风能利用好，就能满足全球的能源需要。,中国风能资源仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位。,世界风能发电居前五位的国家,德 国,美 国,西班牙,丹 麦,印 度,全球风能发电正以年增长35%的速度发展，德、美、意等国增长速度高达50%，成为发展大趋势。全球风力发电年产值已超50亿美元。欧洲风能联盟宣称到2010年，风能发电将占欧洲用电需求的5.5%；到2020年，则可达到12%。目前中国发电能源中，风能发电仅为0.11%。截至2004年底，我国已建成43个风电场，装机总容量为76万千瓦。按照规划，今后5年我国风电规模将在现有基础上增长4倍多。,中国风能分布图,新疆达板城的风力发电场,内蒙古兴安盟的风力发电场,西藏自治区 的风力发电场,（3）地热能。地球内部蕴藏的巨大热能，其分布随深度而增加。中国高温地热资源主要集中在台湾省、西藏南部和云南、四川西部。如 西藏羊八井3298，云南西部有的260；台湾达244。地热发电主要是西藏羊八井地热电站252万kW，年发电量约占拉萨电网供电量的50。,（4）潮汐能。潮汐能是海水周期性涨落，水体形成的势能或由海流潮汐形成的动能。潮汐电站造价高，现仅开发了0.3%。中国的潮汐能主要分布在浙江、福建两省，占总量的88.5。目前在沿海已建有几座小型潮汐电站，总装机容量约10800 kW。（5）波浪能。波浪能是水质点相对于静水面位移的势能和水质点运动的动能的总和。波浪能主要是以波浪的速度传播，是一种低密度不稳定的能源。开发利用目前还处于研究阶段，商业应用主要是航标灯电源。,第一节 能源概述二、中国的能源资源,能源发展的现状与特点:1.能源结构全方位调整，但结构性矛盾仍然突出 2000年比1995年，能源生产（消费）结构：煤降低8.1（7.6），油、气和水电的比例分别增加4.8（6.1）、1.5（0.7）和1.8（0.8）；但是，能源结构性矛盾仍然突出，主要体现在：石油供不应求，石油进口与能源安全形势严峻。清洁能源天然气和水能所占的比例仍然较低，新能源刚刚起步。各能源行业内部发展不平衡，结构失调严重。中国能源结构仍将以煤炭为主。2000年煤炭仍占有67的份额。,第一节 能源概述三、中国的能源现状,2电力工业发展迅速，但电力消费水平较低 2000年中国用于发电的能源占一次能源总量已达38.5，但发达国家的比重已达到4065。2000年中国人均电力消费量只有999.6度，世界2433 度，亚洲1207度，发达国家超过8000 度。非生产用电发达国家超过50。3能源利用效率低，节能潜力大 供电煤耗1995年为412g/kWh，2000年为392 g/kWh；日本1998年为322g/kWh 能源经济效率只有发达国家的1338，因为：高能耗产业（工业、运输业）的比重高达77 能源效率低，1997年为10.3，欧洲 90年代初为2030。,第一节 能源概述三、中国的能源现状,能源消费与经济发展能源生产和消费与GDP增长的关系，可用弹性系数来表示：能源生产弹性系数P能源生产年增长率/GDP年增长率能源消费弹性系数C能源消费年增长率/GDP年增长率 C1,能源消费量与GDP同步增长(或下降)C1，能源消耗的增长率GDP的增长率 C1，能源消耗的增长率GDP的增长率 C0，能源消费下降，而GDP增长 我国1977年以前，C 1；其后至1996年一直是C1。年中国平均能源消费的增长速度依然较高，能源消费弹性系数近.。而制造业规模也相对较大的日本，年的能源消费弹性系数仅为0.1。,第一节 能源概述三、中国的能源现状,第一节 能源概述四、我国主要的能源问题与重要的能源工程（1）能源问题：能源利用率低，单位产值的能耗高能源消费结构以煤炭为主，对环境影响大进口原油超过1亿吨，成为世界第二大原油消费国由于经济的快速发展，我国的能源消费量已占世界第二位，其中石油的需求量疾增，已经取代日本，成为仅次于美国的世界第二大原油消费国。从1993年起，中国成为石油净进口国，并且石油缺口不断扩大，已成为世界最大的石油进口国之一。进口原油4/5要经过马六甲海峡，过分依赖水道，不稳定因素多国内能源生产与消费地区分布不平衡,（2）解决中国能源安全问题：转变经济增长模式，提高能源利用率 开发利用可再生资源，调整优化能源结构 大力发展替代技术，降低对石油进口的依赖 建立国家战略石油储备，保护海洋权益和保障海上石油运输线的安全。（目前在建的四大石油储备基地是浙江镇海、辽宁大连、山东黄岛、浙江岱山）坚持开发与节约并举，把节能放在首要位置 开设石油期货市场，规避国际价格风险,第二节 环境污染及对生态的影响,一、环境污染与污染源（一）环境的自净及容量1.环境自净2.环境容量3环境污染的分类（二）污染源与污染物1.污染源2.污染物（三）环境污染的控制二、能源利用与环境（一）能源开发与环境问题1煤开发的环境问题2铀生产的环境污染 3水能开发对环境的影响（二）能源消费与环境污染,第二节 环境污染及对生态的影响,三、环境污染对生物的影响（一）环境污染对植物的影响（二）环境污染对动物的影响（三）环境污染对人体的影响1急性危害2慢性危害3远期危害,第二节 环境污染及对生态的影响一、环境污染与污染源,环境污染由于人类活动的干扰达到某一程度时，导致环境质量下降，产生有害于人类及其他生命体的正常生存和发展的现象。环境的自净及容量环境自净 污染：某种污染物质的浓度或其总量环境自净的能力物理净化作用：通过稀释、扩散，吸附（物理）、沉淀、淋洗，挥发，沉降等物理过程达到净化目的。化学净化作用：通过氧化、还原，化合、分解，吸附（化学），凝聚，交换等化学反应过程达到净化目的。生化净化作用：通过微生物的吸收、降解作用中的化学反应等生物化学过程达到净化目的。,第二节 环境污染及对生态的影响一、环境污染与污染源,环境容量 某一环境所能容纳的污染物（浓度）的最大负荷量。总量控制法各个污染源排放的污染物可能满足浓度控制标准，但某一地区由于污染源集中，污染物排放总量过大，仍会使环境受到严重污染。必须把各个污染源排入某一环境的污染物总量限制在环境容量允许的范围之内。环境空间越大，净化能力就越强，环境容量就越大，可接纳的污染物就越多；污染物的物理和化学性质越不稳定，环境对它的容量也就越大。包括环境绝对容量和年容量：,第二节 环境污染及对生态的影响一、环境污染与污染源,环境绝对容量Cq：某一环境所能容纳某种污染物的最大负荷量 CqCsB环境标准值环境背景值 用于：在环境中停留时间很短、非积累性的污染物的控制。环境年容量Ca：某一环境在污染物的积累浓度不超过规定的最大容许值的情况下，每年所能容纳的某污染物的最大负荷量。Ca=K Cq，K为某污染物的年净化率 用于：在环境中能产生长期有害效应、积累性污染物，应使其排放与环境的净化速率保持平衡。,第二节 环境污染及对生态的影响一、环境污染与污染源,2.污染源与污染物 污染源 造成环境污染的污染物发生源（天然和人为）。分类：按人类活动性质分：生产、生活污染源。按污染物种类分：有机、无机、热、噪声、放射性、病原体、混合污染源。按污染对象分：大气、水体、土壤污染源。按排放污染物的空间分布方式分：点源（包括固定源与移动源）、面源，扩散源。按人类活动功能分：工业、农业、交通运输、生活。,第二节 环境污染及对生态的影响一、环境污染与污染源,污染物 生产或使用中产生的有害物质，使环境的正常组成和性质发生变化，危害人类或其他生物。特定的环境中达到一定的数量或浓度，并且持续一定的时间。一次污染物直接排入环境，其物理和化学性质未发生变化。二次污染物在自然环境中通过理化反应或生化作用转变成新的、理化性状与一次污染物不同的污染物。二次污染物对环境和人体的危害要比一次污染物严重。,第二节 环境污染及对生态的影响一、环境污染与污染源,3.环境污染的控制建立和健全国家的政策、法令和标准。如中华人民共和国环境保护法等法令，水、空气质量，污水、大气污染物排放标准等标准。采取环境污染总量控制方法，把污染物在单位时间内排放的负荷总量控制在自然环境容量的承载能力范围之内。同时要附加控制浓度的措施。污染物总量受污染源分布状况、污染物排放方式和性质、环境质量标准、自然环境背景五个因素的影响和支配。其中，自然环境背景是客观因素，前三个是可以通过技术手段加以控制的人为因素。,第二节 环境污染及对生态的影响二、能源利用与环境,能源不仅是社会经济发展必要的物质基础，而且是现实的重要污染源。能源的利用过程可分为开采开发和消费应用两大过程。每一过程均对环境造成不同程度的危害，但以能源消费中化石燃料的燃烧过程造成的环境污染尤为严重。,第二节 环境污染及对生态的影响二、能源利用与环境,1.能源开发与环境问题（1）煤开发的环境问题岩层地表塌陷。塌陷体积可达开采煤炭的65，开滦沉陷为6m。治理：部分煤柱支撑煤层，但采煤效率很低；回填，代价昂贵。地层表面破坏。治理：用城市污泥或熟土回填，进行复垦和再种植等，代价昂贵。矿井酸性排水。黄铁矿(FeS2)废弃物堆积。全世界每年排矸量1012亿t，中国目前年排矸量超过1亿t。治理：综合利用 粉尘飞扬。开采、装卸、运输过程中。自燃。,第二节 环境污染及对生态的影响二、能源利用与环境,（2）铀生产的环境污染放射性污染来源：核燃料生产、使用后燃料的处理 铀的生产过程：勘探、开采、选矿、水冶加工、精制。主要污染源：铀矿山和铀水冶废气、水、固物。废气：放射性气体氡、衰变子体和粉尘。放射性水平低，排放量大，不会引起严重污染。废水：水冶中的污染物有镭226、硫酸根、硝酸根等。镭226是最危险的放射性物质，而酸性废水排放的危害比放射性更严重，是最主要的污染。固体废物：尾矿，污染设备。尾矿数量大致与原矿石相等。保留原矿石总放射性的75。核放射污染的主要危险是核反应堆突发事故和燃料的后处理。,第二节 环境污染及对生态的影响二、能源利用与环境,（3）水能开发对环境的影响 水力发电无环境污染，水是可连续再生资源。水电也存在对生态环境的影响：拦河蓄水，建大坝对生态环境的影响。植被破坏；原来的生物群落解体、消失或灭绝；水库影响鱼类与其他水生生物的生存；水库会改变区域气候。对自然环境的影响。水库蓄水将大量的土地、森林、村庄城镇、或名胜古迹永久淹没；自然景观永远消失。对社会环境的影响。移民是水电建设的社会环境问题，需要建立一个新的社会生态平衡系统。,第二节 环境污染及对生态的影响二、能源利用与环境,泥沙沉积。严重影响水库的功能，三门峡被迫改建四次，发电量只有设计的10；加剧水坝下游河流对河岸的侵蚀，破坏淤泥沿岸沉积的平衡；使下游低级微生物得不到营养大量死亡。我国每年流失近50亿t泥沙。)诱发地震。水库改变和破坏了库区岩体的应力平衡与稳定。水库地震与库区岩石特性、地质结构、应力场、水文地质条件、水库要素有关。碳酸盐岩地区易诱震，约占72%；岩浆岩区震级较高；高坝水库发震可能性较高。对水库滑坡的影响。水库水位提高，长期浸泡，使松软夹层软化，河岸岩体强度降低。,第二节 环境污染及对生态的影响二、能源利用与环境,2.能源消费与环境污染能源转换：初级形式可以消费的高级形式。能量转换过程对环境有负面影响。能量转换装置的效率低，大部分能源在转换和消费过程中以热能的形式散失，造成热污染，同时还向环境排放有害污染物。因此，提高能量资源利用效率，不仅可以减少能耗，而且减少环境污染，有利于环境保护。多数环境污染问题与能源应用直接有关。化石燃料的燃烧，排放的SO2、NOx、CO、碳氢化合物、烟尘等污染大气，形成酸雨和光化学烟雾，污染水体和土壤。,第二节 环境污染及对生态的影响三、环境污染对生物的影响,生存环境被污染后，生物体内的毒物含量富集到一定数量后，就出现受害症状。1.环境污染对植物的影响 影响植物的生理、生化作用。如SO2阻止光合作用对CO2的固定；污染物破坏植物细胞膜的透过性，并使植物的呼吸作用下降。,2.环境污染对动物的影响 影响动物正常的生理功能。如污染物明显破坏动物的内脏；有机氯农药影响鱼类、水鸟、哺乳动物的繁殖机能；重金属影响鱼类的呼吸系统，降低血液输送氧气的能力。,第二节 环境污染及对生态的影响三、环境污染对生物的影响,3.环境污染对人体的影响 污染物进入人体的“剂量”达到一定程度，即可引起异常反应或致病；随着污染物作用时间的延长，在体内蓄积量达到中毒阈值时，就会产生危害。急性危害。造成急性危害的有烟雾、有毒化学品及核反应堆泄漏等事故。烟雾使人感到胸闷、咳嗽、呼吸困难、眼结膜炎、意识障碍、直至死亡。有机磷农药引起急性神经障碍症状。慢性危害。主要有大气污染物以及重金属。大气污染引发上呼吸道慢性炎症；氟引起斑釉齿、骨质硬化症、甲状腺肿瘤等；铅中毒引起贫血；镉中毒引起骨痛；汞中毒引起中枢神经系统受损。,