能源與環(huán)境系統(tǒng)工程概論第1頁/共175頁第一章能量與能源第一節(jié)能量第二節(jié)能源的分類與評價第三節(jié)能源與人類文明第四節(jié)能源資源生產(chǎn)與消費(fèi)第五節(jié)能源與環(huán)境第六節(jié)能源的可持續(xù)發(fā)展第2頁/共175頁第一節(jié)能量第3頁/共175頁物質(zhì)、能量和信息是構(gòu)成客觀世界的基礎(chǔ)。科學(xué)史觀認(rèn)為，世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，沒有物質(zhì)，世界便虛無飄渺；運(yùn)動是物質(zhì)存在的方式，是物質(zhì)固有的屬性，能量則是物質(zhì)運(yùn)動的度量。能量：是用以衡量所有物質(zhì)運(yùn)動規(guī)模的統(tǒng)一的客觀尺度。

第4頁/共175頁宇宙間一切運(yùn)動著的物體，都具有能量，人類的一切活動都與能量及其使用緊密相關(guān)。所謂能量，也就是“產(chǎn)生某種效果（變化）的能力”。反過來說，產(chǎn)生某種效果（變化）的過程必然伴隨能量的消耗和轉(zhuǎn)化。能量在物理中的符號一般是E，其國際單位是焦耳J。第5頁/共175頁人類所認(rèn)識的六種能量形式機(jī)械能熱能電能輻射能化學(xué)能核能第6頁/共175頁機(jī)械能機(jī)械能是與物體宏觀機(jī)械運(yùn)動或空間狀態(tài)相關(guān)的能量，前者稱為動能，后者稱為勢能。機(jī)械能是動能與部分勢能的總和，是表示物體運(yùn)動狀態(tài)與高度的物理量。第7頁/共175頁機(jī)械能如果質(zhì)量為m的物體的運(yùn)動速度為v則該物體的動能Ek可以用下式計算：重力勢能Ep可以用下式計算：第8頁/共175頁機(jī)械能彈性勢能的計算式為：表面能可用下式計算：

第9頁/共175頁熱能構(gòu)成物質(zhì)的微觀分子運(yùn)動的動能和勢能總和稱為熱能。這種能量的宏觀表現(xiàn)是溫度的高低，它反映了分子運(yùn)動的激烈程度。通常熱能Eq可表述成如下的形式：

第10頁/共175頁電能電能是和電子流動與積累有關(guān)的一種能量，通常由電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換而來，或是通過發(fā)電機(jī)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換得到；反之，電能也可以通過電動機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而顯示出電做功的本領(lǐng)。第11頁/共175頁

第12頁/共175頁輻射能輻射能是物體以電磁波形式發(fā)射的能量。物體的輻射能Er可由下式計算：

第13頁/共175頁化學(xué)能化學(xué)能是物質(zhì)結(jié)構(gòu)能的一種，即原子核外進(jìn)行化學(xué)變化時放出的能量。按化學(xué)熱力學(xué)定義，物質(zhì)或物系在化學(xué)反應(yīng)過程中以熱能形式釋放的內(nèi)能稱為化學(xué)能?；瘜W(xué)能的來源是在化學(xué)反應(yīng)中由于原子最外層電子運(yùn)動狀態(tài)的改變和原子能級發(fā)生變化的結(jié)果。

第14頁/共175頁核能核能是蘊(yùn)藏在原子核內(nèi)部的物質(zhì)結(jié)構(gòu)能。輕質(zhì)量的原子核（氘、氚等）和重質(zhì)量的原子核（鈾等）核子之間的結(jié)合力比中等質(zhì)量原子核的結(jié)合力小，這兩類原子核在一定的條件下可以通過核聚變和核裂變轉(zhuǎn)變?yōu)樵谧匀唤绺€(wěn)定的中等質(zhì)量原子核，同時釋放出巨大的結(jié)合能。這種結(jié)合能就是核能。第15頁/共175頁

秦山核電站是我國自行設(shè)計、建造和運(yùn)營管理的第一座30萬千瓦壓水堆核電站，地處浙江省海鹽縣。由中國核工業(yè)集團(tuán)公司100%控股，秦山核電公司負(fù)責(zé)運(yùn)行管理。第16頁/共175頁

第17頁/共175頁能量的性質(zhì)狀態(tài)性可加性傳遞性轉(zhuǎn)換性做功性貶值性第18頁/共175頁能量的轉(zhuǎn)換能量在空間上的轉(zhuǎn)移，即能量的傳輸。能量在時間上的轉(zhuǎn)移，即能量的儲存。第19頁/共175頁能量的轉(zhuǎn)換第20頁/共175頁能量傳遞過程的特點能量傳遞是有條件的，即在有能量密度差的條件下，能量總是從能量密度大的物質(zhì)或能量集中的地方，向能量密度小的物質(zhì)或地方傳遞；總是從集中到分散并逐步達(dá)到平衡。第21頁/共175頁能量傳遞過程的特點能量傳遞遵循一定的規(guī)律，即能量傳遞的速率正比于傳遞的動力而反比于傳遞的阻力。第22頁/共175頁能量傳遞過程的特點能量的傳遞包括轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)換兩種形式。轉(zhuǎn)移是某種形態(tài)的能量從一地轉(zhuǎn)移到另一地，從一物轉(zhuǎn)移到另一物；轉(zhuǎn)換則是能量由一種形態(tài)變?yōu)榱硪恍螒B(tài)。第23頁/共175頁能量傳遞過程的特點能量傳遞的途徑主要有兩條：由物質(zhì)交換和質(zhì)量遷移而攜帶的能量稱為攜帶能；在體系邊界面上的能量交換稱為交換能。第24頁/共175頁能量傳遞過程的特點在體系邊界面上的能量交換通常以兩種方法進(jìn)行：傳熱——由溫差引起的能量交換，這是能量傳遞的微觀形式；做功——由非溫差引起的能量交換，這是能量傳遞的宏觀形式。第25頁/共175頁能量傳遞過程的特點通過能量交換而實現(xiàn)的能量傳遞，即傳熱和做功，其具體方式為：傳熱的三種基本方式是熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射；做功（這里指機(jī)械功）的三種基本方式是容積功、轉(zhuǎn)動軸功和流動功（推動功）。第26頁/共175頁能量傳遞過程的特點能量傳遞的結(jié)果主要體現(xiàn)在兩方面，即能量使用過程中所起的作用以及能量傳遞的最終去向。能量傳遞的最終去向通常只有兩條：或轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品，或散失于環(huán)境，包括直接損失和用于過程后再進(jìn)入環(huán)境這兩種情況。第27頁/共175頁能量傳遞過程的特點能量傳遞的實質(zhì)實際上就是能量利用的實質(zhì)。如果把產(chǎn)品的使用也包括在內(nèi)，能量的最終去向只能是唯一的，即最終進(jìn)入環(huán)境。第28頁/共175頁第二節(jié)能源的分類與評價第29頁/共175頁能源的分類所謂能源，是指能夠直接或經(jīng)過轉(zhuǎn)換而獲取某種能量的自然資源。自然資源包括煤、石油、天然氣、太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、核能等。為了便于運(yùn)輸和使用，上述資源經(jīng)加工可得到一些更符合使用要求的能量來源，如煤氣、電力、焦炭、蒸汽、沼氣、氫能等。第30頁/共175頁第31頁/共175頁能源的分類由于可被人類利用的能源多種多樣，因此有以下七種不同的分類方法：（1）按地球上的能量來源分；（2）按被利用的程度分；（3）按獲得的方法分；（4）按能否再生分；（5）按能源本身的性質(zhì)分；（6）按是否作為燃料分；（7）按對環(huán)境的污染情況分。第32頁/共175頁按地球上的能量來源分來自于地球本身，如核能、地?zé)崮艿龋粊碜杂诘厍蛲馓祗w，如宇宙射線及太陽能，以及由太陽能引起的水能、風(fēng)能、波浪能、海洋溫差能、生物質(zhì)能、光合作用等；來自于地球和其他星體的相互作用，如潮汐能。第33頁/共175頁按被利用的程度分常規(guī)能源，如煤炭、石油、天然氣、水能和核裂變能等；新能源，如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒊毕?、生物質(zhì)能及核聚變能等。第34頁/共175頁按獲得的方法分一次能源，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然氣、風(fēng)能、水能等；二次能源，即由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換而來的能源，如電能、蒸汽、焦炭、煤氣、氫能等，它們使用方便，是高品質(zhì)的能源。第35頁/共175頁按能源能否再生分可再生能源，即不會隨其本身的轉(zhuǎn)化或人類的利用而越來越少的能源，具有自然的恢復(fù)能力，如水能、風(fēng)能、潮汐能、太陽能等；非再生能源，它隨人類的利用而越來越少，是經(jīng)過億萬年形成而在短期內(nèi)無法恢復(fù)再生的，如石油、煤、天然氣、核燃料等。第36頁/共175頁按能源本身的性質(zhì)分含能體能源（燃料能源），如石油、煤、天然氣、地?zé)帷涞?，它們可以直接儲存；過程性能源（非燃料能源），如風(fēng)能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆發(fā)、雷電、電磁能和一般熱能等，它們無法直接儲存。第37頁/共175頁按對環(huán)境的污染情況分清潔能源，即對環(huán)境無污染或污染很小的能源，如太陽能、水能、海洋能等；狹義的清潔能源僅指可再生能源——未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。非清潔能源，即對環(huán)境污染較大的能源，如煤、石油等。第38頁/共175頁第39頁/共175頁能源的評價能源多種多樣，各有優(yōu)缺點，為了正確選擇和使用能源，必須對各種能源進(jìn)行正確的評價。第40頁/共175頁能源的評價儲量能量密度儲能的可能性與供能的連續(xù)性能源的地理分布開發(fā)費(fèi)用和利用能源的設(shè)備費(fèi)用運(yùn)輸費(fèi)用與損耗能源的可再生性能源的品位對環(huán)境的影響第41頁/共175頁第三節(jié)能源與人類文明第42頁/共175頁能源更迭與社會發(fā)展人類利用能源的歷史，也就是人類認(rèn)識和征服自然的歷史。

(1)火的發(fā)現(xiàn)和利用；

(2)畜力、風(fēng)力、水力等自然動力的利用；

(3)化石燃料的開發(fā)和熱的利用；

(4)電的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用；

(5)原子核能的發(fā)現(xiàn)及開發(fā)利用。第43頁/共175頁能源更迭與社會發(fā)展人類社會已經(jīng)經(jīng)歷了三個能源時期：薪柴時期；煤炭時期；石油時期。第44頁/共175頁薪柴時期主要以薪柴等生物質(zhì)燃料為主要能源的時代，生產(chǎn)和生活水平極低，社會發(fā)展緩慢?；鸬陌l(fā)現(xiàn)是人類歷史上自覺地利用能源的開端。第45頁/共175頁煤炭時期18世紀(jì)，以煤炭取代薪柴作為主要能源，蒸汽機(jī)成為生產(chǎn)的主要動力，工業(yè)迅速發(fā)展，勞動生產(chǎn)力增長很快。19世紀(jì)，電力成為工礦企業(yè)的主要動力，成為生產(chǎn)和生活照明的主要來源。但這時的電力工業(yè)主要是依靠煤炭作為主要燃料。第46頁/共175頁石油時期石油是一種熱值高、灰分少、使用方便、易于運(yùn)輸?shù)膬?yōu)質(zhì)化石能源。石油資源的發(fā)展，開始了能源利用的新時期。近30年來，世界上許多國家依靠石油和天然氣，創(chuàng)造了人類歷史上空前的物質(zhì)文明。進(jìn)入21世紀(jì)，核能將成為世界能源的主角，清潔能源的時代也將隨之到來。第47頁/共175頁能源與國民經(jīng)濟(jì)能源是發(fā)展社會生產(chǎn)和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是推動國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大動力。第48頁/共175頁能源與國民經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)的增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高都需要能源來支撐，因此，能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著密不可分的關(guān)系。從世界能源消費(fèi)的增長趨勢看，能源消費(fèi)與世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢是一致的。

第49頁/共175頁能源與國民經(jīng)濟(jì)世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實踐證明，在經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展的情況下，能源消耗總量和能源消耗增長速度與國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值和國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值增長率成正比例關(guān)系。第50頁/共175頁能源與國民經(jīng)濟(jì)從某種意義講，能源消費(fèi)彈性系數(shù)越大，意味著經(jīng)濟(jì)增長利用能源的效率越低，反之越高。世界經(jīng)濟(jì)和能源發(fā)展的歷史顯示，處于工業(yè)化初期的國家，經(jīng)濟(jì)的增長主要依靠能源密集型工業(yè)的發(fā)展，能源效率也較低，因此能源消費(fèi)彈性系數(shù)多大于1。

第51頁/共175頁能源與人民生活能源是人類存在和發(fā)展的重要物質(zhì)條件，與人民生活經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)。人們的日常生活處處離不開能源，不僅衣、食、住、行，而且文化娛樂、醫(yī)療衛(wèi)生等都與能源密切相關(guān)。新中國成立60年來，我國能源發(fā)展取得舉世矚目的成就，形成了煤炭為主體、電力為中心、石油天然氣和可再生能源全面發(fā)展的能源供應(yīng)格局。第52頁/共175頁能源與人民生活在能源需求總量巨大、而能源資源保有量并不十分充足的基礎(chǔ)上，能源總自給率始終保持在90%以上。目前我國一次能源消費(fèi)量已超過俄羅斯，居世界第二位，但由于人口過多，人均能耗水平仍很低，全面建設(shè)小康社會仍然是我國人民面臨的重要任務(wù)。第53頁/共175頁第四節(jié)能源資源生產(chǎn)與消費(fèi)第54頁/共175頁

1994年世界化石燃料探明可采儲量第55頁/共175頁1973年和2002年世界硬煤產(chǎn)量的地區(qū)分布圖第56頁/共175頁1973年和2002年世界石油產(chǎn)量的地區(qū)分布圖第57頁/共175頁1973年和2002年世界天然氣產(chǎn)量的地區(qū)分布圖第58頁/共175頁1971年和2001年世界一次能源供應(yīng)量的地區(qū)分布圖第59頁/共175頁能源消費(fèi)當(dāng)今世界的能源消費(fèi)仍以石油為主。第60頁/共175頁1973年和2001年世界能源終端總消費(fèi)量的構(gòu)成第61頁/共175頁1973年和2001年世界煤炭消費(fèi)的行業(yè)構(gòu)成第62頁/共175頁1973年和2001年世界石油消費(fèi)的行業(yè)構(gòu)成第63頁/共175頁1973年和2001年世界天然氣消費(fèi)的行業(yè)構(gòu)成第64頁/共175頁中國能源發(fā)展現(xiàn)狀能源資源總量比較豐富。人均能源資源擁有量較低。能源資源賦存分布不均衡。能源資源開發(fā)難度較大。供給能力明顯提高。能源節(jié)約效果顯著。消費(fèi)結(jié)構(gòu)有所優(yōu)化。第65頁/共175頁中國能源發(fā)展現(xiàn)狀科技水平迅速提高。環(huán)境保護(hù)取得進(jìn)展。市場環(huán)境逐步完善。資源約束突出，能源效率偏低。能源消費(fèi)以煤為主，環(huán)境壓力加大。市場體系不完善，應(yīng)急能力有待加強(qiáng)。第66頁/共175頁從2006年至2030年世界一次能源需求從117.3億噸油當(dāng)量增長到了170.1多億噸油當(dāng)量，增長了45％，平均每年增長1.6％。

由于中國和印度的經(jīng)濟(jì)持續(xù)強(qiáng)勁增長，在2006年至2030年期間，其一次能源需求的增長將占世界一次能源總需求增長量的一半以上。非經(jīng)合組織(Non-OECD)國家占總增長量的87％。全球石油需求（生物燃料除外）平均每年上升1％，從2007年8500萬桶/日增加到2030年1.06億桶/日。全球天然氣需求的增長更加迅速，以1.8％的速度遞增，在能源需求總額中所占比例微略上升至22％。世界煤炭需求量平均每年增長2％，其在全球能源需求量中的份額從2006年的26％攀升至2030年的29％?，F(xiàn)代可再生能源技術(shù)發(fā)展極為迅速，將于2010年后不久超過天然氣，成為僅次于煤炭的第二大電力燃料。第67頁/共175頁第五節(jié)能源與環(huán)境第68頁/共175頁環(huán)境問題聯(lián)合國最新公布的研究結(jié)果顯示，在過去30年中，雖然國際社會在環(huán)保領(lǐng)域取得了一定成績，但全球整體環(huán)境狀況持續(xù)惡化。國際社會普遍認(rèn)為，貧困和過度消費(fèi)導(dǎo)致人類無節(jié)制地開發(fā)和破壞自然資源，這是造成環(huán)境惡化的罪魁禍?zhǔn)?。?9頁/共175頁全球環(huán)境狀況世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類賴以生存的環(huán)境是不協(xié)調(diào)的，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長給環(huán)境造成了巨大的壓力，對發(fā)展中國家這種情況尤為突出。第70頁/共175頁全球環(huán)境狀況全球環(huán)境惡化主要表現(xiàn)在大氣和江海污染加劇、大面積土地退化、森林面積急劇減少、淡水資源日益短缺、大氣層臭氧空洞擴(kuò)大、生物多樣性受到威脅等多方面，同時溫室氣體的過量排放導(dǎo)致全球氣候變暖，使自然災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度大幅增加。第71頁/共175頁

天空正在塌陷1999年發(fā)現(xiàn)的臭氧空洞是有史以來觀測到的最大一次，達(dá)到2600萬km2的面積。第72頁/共175頁全球正在變暖

海平面上升與陸地淹沒；冰川消退；

氣候帶的移動；

颶風(fēng)的加劇；

植被的遷徙與物種滅絕；

洋流的變化與厄爾尼諾現(xiàn)象；荒漠化。第73頁/共175頁CO2濃度/106溫度偏差/oC年份地球表面溫度的歷史變遷資料來源：TheCarbonDioxideinformationAnalysisCenter.OakRidgeNationalLaboratory.1995CO2濃度平均溫度偏差第74頁/共175頁地球森林覆蓋量正在減少第75頁/共175頁大氣環(huán)境的三大問題20世紀(jì)80年代中期，在南極上空發(fā)現(xiàn)了臭氧空洞，它與地球變暖及所謂的溫室效應(yīng)和酸雨沉降問題構(gòu)成全球性的大氣環(huán)境問題，明顯地危及全人類的生存和繁衍，引起了國際社會的高度關(guān)注，使當(dāng)今的世界環(huán)境問題具有明顯的時代特征。第76頁/共175頁中國每排放一噸二氧化硫造成的經(jīng)濟(jì)損失約2萬元，這就意味著每年我國因二氧化硫排放造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5000億元左右。

嚴(yán)重局面!占全國排放比例：燃煤污染物SO2:85%CO2:85%NOx：60%粉塵:70%我國的污染現(xiàn)狀第77頁/共175頁第78頁/共175頁第79頁/共175頁第80頁/共175頁第81頁/共175頁我國城市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)情況對比

第82頁/共175頁我國城市空氣中主要污染物濃度變化趨勢

年份第83頁/共175頁

中日兩國部分城市SO2濃度比較第84頁/共175頁溫室效應(yīng)第85頁/共175頁大氣能使太陽短波輻射到達(dá)地面，但地表向外放出的長波熱輻射線卻被大氣吸收，這樣就使地表與低層大氣溫度增高，因其作用類似于栽培農(nóng)作物的溫室，故名溫室效應(yīng)。最近幾十年來，地球日益變暖。地球為什么會變暖？是由于人類大量使用能源而放出的熱量使地球變暖的嗎？第86頁/共175頁第87頁/共175頁第88頁/共175頁我們的地球人類一年使用的全部能源為80億t石油，相當(dāng)于331016kJ的熱量。如果把這些熱量全部用于加熱海洋，僅僅可以使海水溫度上升610-5℃，即加熱1萬年，海水溫度也只上升到1℃。第89頁/共175頁地球變暖的原因到底是什么？人類使用能源一天所放出的熱量＝0.11016kJ；地球一天從太陽獲得的熱量＝15001016kJ。第90頁/共175頁地球變暖的原因到底是什么？CO2這類氣體能讓太陽的短波輻射自由地通過，同時卻吸收地面發(fā)出的長波輻射。大部分太陽短波輻射可以通過大氣層達(dá)到地面，使地球表面溫度升高；由于CO2等氣體強(qiáng)烈地吸收地面的長波輻射，使散失到宇宙空間的熱量減少，于是地面吸收的熱量多，散失的熱量少，導(dǎo)致地球溫度升高。第91頁/共175頁溫室效應(yīng)第92頁/共175頁溫室氣體CO2不吸收短波，只吸收長波，于是，地球表面吸收的太陽輻射就散不出去，從而使地表溫度升高，地球變暖。像CO2這類會使地球變暖的氣體就稱為溫室氣體，溫室氣體還包括水蒸氣、SO2、N2O、甲烷、氟利昂等。第93頁/共175頁溫室氣體的來源第94頁/共175頁

主要溫室氣體的含量與來源第95頁/共175頁結(jié)論

由于人類大量使用化石燃料，其排放出的CO2等溫室氣體對輻射的選擇性和吸收特性是地球變暖的主要原因。第96頁/共175頁CO2與全球變暖/10-6/oC年份年份第97頁/共175頁P(yáng)artspermillion/10-6第98頁/共175頁Temp.anomary/oC第99頁/共175頁氣候變化對環(huán)境的影響地球表面變暖，在遠(yuǎn)離赤道的地方變化最顯著。雖然某些地區(qū)由于蒸發(fā)迅速和風(fēng)型改變會變得更干燥，但全球降雨量增加。沿海岸的亞熱帶出現(xiàn)更潮濕的季風(fēng)。在高海拔和高緯度地區(qū)更頻繁地出現(xiàn)更大的風(fēng)雪。在內(nèi)地，大陸中部地區(qū)出現(xiàn)較早的雪融和潮濕的春季，夏季漫長且來得早，干旱更加頻繁。第100頁/共175頁氣候變化對環(huán)境的影響在高緯度地區(qū)，農(nóng)業(yè)條件會更好些。由于海水的邊界向北移動，因此海洋冰量減少。沿海海平面每世紀(jì)上升幾英尺。颶風(fēng)更頻繁、更強(qiáng)大，并向高緯度地區(qū)擴(kuò)展。森林火災(zāi)更頻繁、更嚴(yán)重。大量物種迅速滅絕。由于氣候的原因，人口死亡率增加。第101頁/共175頁第102頁/共175頁Sealevelrise/mYear第103頁/共175頁解決溫室效應(yīng)的對策第一個層次是從能源利用的角度：（1）提高能源的利用率和轉(zhuǎn)化效率，減少化石燃料的消耗量;（2）調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力推廣節(jié)能新技術(shù)；（3）開發(fā)不產(chǎn)生CO2的新能源，如核能、太陽能、地?zé)崮?、海洋能；?）推廣植樹綠化，限制森林砍伐，制止對熱帶森林的破壞；第104頁/共175頁解決溫室效應(yīng)的對策（5）減慢世界人口增長速度，在農(nóng)村發(fā)展“能源農(nóng)場”，一方面利用種植薪柴樹木通過光合作用固定CO2，另一方面燃燒薪柴比燃用化石燃料產(chǎn)生的CO2要少得多；（6）燃料替代，采用天然氣等低含碳燃料，大力發(fā)展氫能，從源頭上減少CO2的排放。第105頁/共175頁解決溫室效應(yīng)的對策第二個層次，即從各個行業(yè)的化石燃料利用角度：（1）燃煤電站中CO2的分離回收技術(shù)燃料燃燒前分離并捕集CO2

。從常規(guī)燃燒煙氣中分離和捕集CO2

。采用O2/CO2燃燒方式直接從煙氣中捕集CO2

。第106頁/共175頁解決溫室效應(yīng)的對策（2）CO2的儲存、填埋和利用技術(shù)CO2的儲存CO2吸收固化CO2的利用①利用已經(jīng)開采至盡的天然氣氣田儲存。②將CO2注入低產(chǎn)油井并以提高油井產(chǎn)量。③將CO2注入煤層氣田中能夠永久地固化。第107頁/共175頁第108頁/共175頁酸雨第109頁/共175頁何謂酸雨簡單地說，酸雨就是酸性的雨。一般將pH小于5.65的雨叫酸雨。第110頁/共175頁酸雨的pH范圍第111頁/共175頁酸雨污染來源造成雨水酸化之污染物很多，其污染來源大致可分為兩類：一類為自然物質(zhì)，另一類為人為物質(zhì)。前者如火山爆發(fā)噴出的大量硫化物及懸浮固體物，自然水域表面釋放的硫化氫，動植物分解產(chǎn)生的有機(jī)酸，土壤微生物及海藻釋放的硫化氫、二甲基硫及氮化物等，都會使雨水的pH降至5.0左右。第112頁/共175頁酸雨污染來源后者則為工業(yè)化后，燃料的大量使用，燃燒過程中產(chǎn)生CO2、HCl、SO2、NOx及懸浮固體物，排放至大氣環(huán)境中，經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)生成硫酸、硝酸等酸性物質(zhì)使得雨水的pH降低，形成酸雨。高硫煤和石油燃燒產(chǎn)生的SO2和NOx是造成酸雨的主要禍?zhǔn)?。?13頁/共175頁濕沉降干沉降自然來源人為來源酸化污染物酸雨污染來源第114頁/共175頁第115頁/共175頁第116頁/共175頁酸雨的危害導(dǎo)致森林成片死亡，因為酸雨會損壞植物葉面和根部。使湖泊酸化，湖中魚蝦絕跡。破壞農(nóng)田的土壤成分，使農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡。造成地下水酸化，引起對人體的危害。腐蝕建筑物和工業(yè)設(shè)備，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。對露天文物起腐蝕作用，加速文物資源的破壞甚至毀滅。第117頁/共175頁酸雨對湖泊的影響酸雨因pH太低，造成泥土及巖石中的有毒金屬元素溶解，流入地下水及河流中，使水中動物如魚類等大量死亡。水生植物和以河水灌溉的農(nóng)作物，因累積有毒金屬，將經(jīng)由食物鏈進(jìn)入人體，影響人類的健康，這就是累積作用（concentrationeffect）。

第118頁/共175頁酸雨對湖泊的影響在歐洲和北美洲，酸雨所引起的湖泊酸化情形十分嚴(yán)重。瑞典85000個湖泊，其中約20000個已受到酸雨的影響。挪威有265個湖泊已經(jīng)沒有魚蝦；而加拿大已有400個“死湖”，以前有鮭魚的河川，現(xiàn)在都看不到鮭魚的蹤影了。

第119頁/共175頁第120頁/共175頁pH值對于湖中生物的影響pH影響<6<5.5<5.0<4.0食物的基本種類相繼死去，例如，魚類的重要食物來源無法在此酸堿值下生存。魚類不能繁殖。幼魚很難存活。因為缺少營養(yǎng)造成很多畸形的成魚。魚類因窒息而死。魚群會相繼死去假如有生物存活，將與之前的生物種類不相同。第121頁/共175頁酸雨對農(nóng)作物的影響酸雨會影響農(nóng)作物的葉片，酸可以溶解葉表皮上的臘質(zhì)，使植物的水分更易流失；同時土壤中的金屬礦物因被酸雨溶解，造成礦物質(zhì)流失，植物無法獲得足夠的養(yǎng)分。

第122頁/共175頁受到酸雨危害的農(nóng)作物左圖為葉子受酸雨危害的情形；右圖為顯微鏡觀察到的葉子內(nèi)部的組織第123頁/共175頁酸雨對樹木和土壤的影響第124頁/共175頁酸雨對建筑物的影響酸雨腐蝕建筑物、公共設(shè)施、古跡和金屬物質(zhì)，造成人類經(jīng)濟(jì)、財物及文化遺產(chǎn)的損失。酸雨對希臘神殿，羅馬遺跡和西德大教堂等歷史性建筑遺跡也有很大影響。第125頁/共175頁酸雨對建筑的影響第126頁/共175頁酸雨對人類的影響酸雨對人體也有不良的影響。如可引起眼睛和皮膚疼痛，甚至脫發(fā)。酸雨污染對人類最嚴(yán)重的影響就是導(dǎo)致呼吸方面問題。二氧化硫和二氧化氮會引起呼吸系統(tǒng)的疾患，如哮喘、干咳、鼻子和咽喉過敏等。第127頁/共175頁酸雨控制對策制訂酸雨和SO2污染控制區(qū)綜合防治規(guī)劃。限制高硫煤——洗煤、型煤。調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，削減SO2排放總量。做好SO2排污收費(fèi)工作，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)手段促進(jìn)治理。強(qiáng)化控制區(qū)環(huán)境監(jiān)督管理。第128頁/共175頁臭氧層破壞第129頁/共175頁臭氧層的破壞1985年，英國科學(xué)家觀測到南極上空出現(xiàn)臭氧層空洞，并證實其同氟利昂分解產(chǎn)生的氯原子有直接關(guān)系。這一消息震驚了全世界。1994年，南極上空的臭氧層破壞面積已達(dá)2400萬平方公里，北半球上空的臭氧層比以往任何時候都薄，歐洲和北美上空的臭氧層平均減少了10％－15％，西伯利亞上空甚至減少了35％。第130頁/共175頁第131頁/共175頁臭氧空洞的產(chǎn)生氯氟烴釋放到大氣中，再上升到高空時，會分解出氯原子。自由的氯原子遇上臭氧分子后，會奪走臭氧分子O3中的一個氧原子，使之變成為普通的氧分子O2。每一個氯原子可以把上萬個臭氧分子變成普通氧分子。實驗數(shù)據(jù)顯示，平均每一個氯原子可以消滅1萬個臭氧分子，其威力驚人。第132頁/共175頁臭氧空洞的產(chǎn)生其結(jié)果是高空中由臭氧分子組成的臭氧層就被大大損耗，導(dǎo)致了臭氧層變薄，甚至出現(xiàn)臭氧空洞。第133頁/共175頁臭氧空洞——人類的威脅根據(jù)調(diào)查顯示，自1978年開始的10年內(nèi)，全球各緯度平流層的臭氧含量降低約1.2%至10%不等，南極上空則是臭氧被破壞最嚴(yán)重的區(qū)域，甚至在春季期間更會出現(xiàn)所謂的“臭氧空洞”。第134頁/共175頁臭氧空洞——人類的威脅南極上空的臭氧層是在20億年的漫長歲月中形成的，可是僅在一個世紀(jì)里就被破壞了60％。目前全球臭氧層削減率正以每年2%至3%的速度在進(jìn)行，如果任其發(fā)展，在21世紀(jì)末，平流層臭氧含量將降至目前的一半以上，屆時，人類將會面臨一場空前的浩劫!第135頁/共175頁歷年的南極臭氧第136頁/共175頁臭氧層被破壞的后果地球上的生物能在陸地上生活，是因為集中在平流層中的臭氧對于陽光中的紫外線具有隔除的作用，如果沒有臭氧層，進(jìn)入大氣層的紫外線就很容易被細(xì)胞核吸收，破壞生物的遺傳物質(zhì)DNA，陸地上的生物便無法存在了。而這個臭氧層目前正受到人類持續(xù)不斷的破壞。第137頁/共175頁臭氧層被破壞的后果據(jù)科學(xué)研究，臭氧減少10%，紫外線可能增加20%，皮膚癌患者可能增加30%，此外還會產(chǎn)生下列幾種現(xiàn)象:

(1)白內(nèi)障罹患率增加；

(2)免疫系統(tǒng)受到抑制；

(3)谷物的收成減少，品質(zhì)降低，植物和浮游生物減少，破壞自然界的生物鏈；第138頁/共175頁臭氧層被破壞的后果（4）塑料、橡膠制品加速老化；（5）紫外線直射會引起對流層臭氧的增加，致使產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，造成空氣污染。第139頁/共175頁臭氧層變薄對健康的危害第140頁/共175頁第141頁/共175頁保護(hù)臭氧層人類尚未找到對已被破壞的臭氧層進(jìn)行補(bǔ)救的措施，但全世界正努力限制和停止對消耗臭氧層物質(zhì)的生產(chǎn)和使用。另一方面，人類正努力開發(fā)無害的制冷劑、發(fā)泡劑等。任何關(guān)心保護(hù)臭氧層的普通人都可以通過選擇對臭氧層無害的消費(fèi)品，來參與保護(hù)臭氧層行動。第142頁/共175頁熱污染第143頁/共175頁何謂熱污染熱污染是指日益現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活中排放的各種廢熱所造成的環(huán)境污染。熱污染會導(dǎo)致全球氣候的變化，給全球生態(tài)帶來不可預(yù)期的影響?；鹆Πl(fā)電廠、核電站和鋼鐵廠的冷卻系統(tǒng)排出的熱水以及石油、化工、造紙等工廠排出的生產(chǎn)性廢水中均含有大量廢熱。

第144頁/共175頁熱污染對水生生物的影響熱污染首當(dāng)其沖的受害者是水生生物。由于水溫升高，使水中溶解氧減少，水體處于缺氧狀態(tài)，同時又使水生生物代謝率增高而需要更多的氧，造成一些水生生物在熱效力作用下發(fā)育受阻或死亡，從而影響環(huán)境和生態(tài)平衡。水溫升高使水中藻類大量繁殖，堵塞航道，破壞自然水域的生態(tài)平衡。第145頁/共175頁熱污染對人體健康的影響河水水溫上升給一些致病微生物造成一個人工溫床，使它們得以滋生、泛濫，引起疾病流行，危害人類健康。城市氣溫過高會誘發(fā)冠心病、高血壓、中風(fēng)等，直接損害人體健康。第146頁/共175頁熱污染對大氣的影響隨著人口和耗能量的增長，城市排入大氣的熱量日益增多。使地面反射太陽熱能的反射率增高，吸收太陽輻射熱減少，沿地面空氣的熱減少，上升氣流減弱，阻礙云雨形成，造成局部地區(qū)干旱，影響農(nóng)作物生長，使土壤沙化。第147頁/共175頁熱污染對大氣的影響近一個世紀(jì)以來，地球大氣中的二氧化碳不斷增加，氣候變暖，冰川積雪融化，使海水水位上升，一些原本十分炎熱的城市，變得更熱。專家們預(yù)測，如按現(xiàn)在的能源消耗的速度計算，每10年全球溫度會升高0.1℃～0.26℃；一個世紀(jì)后即為1.0℃～2.6℃，而兩極溫度將上升3℃～7℃，對全球氣候會有重大影響。第148頁/共175頁造成熱污染的根本原因造成熱污染最根本的原因是能源未能被最有效、最合理地利用。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和人口的不斷增長，環(huán)境熱污染將日趨嚴(yán)重。第149頁/共175頁如何減少大氣熱污染?提高電廠和一切用熱設(shè)備的熱效率；廢熱的綜合利用；加強(qiáng)隔熱保溫，防止熱損失；尋找新能源。

第150頁/共175頁放射性污染第151頁/共175頁放射性污染放射性是由放射性元素不穩(wěn)定的原子核衰變產(chǎn)生的。放射性污染是由核電工業(yè)廢棄物及排出物、放射性礦（如鈾礦）的開采和利用、核試驗及航天事故、醫(yī)學(xué)和科研等部門的放射性廢棄物等產(chǎn)生的。核電站在正常運(yùn)行過程中要向環(huán)境排放

常規(guī)的氣態(tài)和液態(tài)流出物。第152頁/共175頁放射性污染管理嚴(yán)格、設(shè)計良好的核電廠在正常運(yùn)行時，產(chǎn)生的放射性污染很小。但是，核電廠等核設(shè)施從建設(shè)、運(yùn)營及退役全過程中都存在著潛在的放射性危害。若不加強(qiáng)管理，核電廠在任何環(huán)節(jié)發(fā)生事故時，都會造成嚴(yán)重的放射性污染，威脅公眾健康。核能的開發(fā)與利用是一把雙刃劍，一旦造成放射性污染，后果不堪想象。第153頁/共175頁放射性污染放射性污染有以下特殊性：與一般化學(xué)毒害物質(zhì)污染不同，放射性污染通常是無嗅無色，其放射性與物質(zhì)的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，很不容易察覺。每一種放射性核素都有一定的半衰期，不因氣壓、溫度而改變。

第154頁/共175頁放射性污染通常放射性核素都能發(fā)射出具有一定能量的一種或幾種射線（α、β、γ射線）。放射性核素被動物和人體吸收富集后，其電離輻射會引起生物組織內(nèi)分子和原子電離，破壞組織中的大分子結(jié)構(gòu)，威脅健康。第155頁/共175頁放射性污染從污染物對人和生物的危害程度看，放射性物質(zhì)污染要比其他污染嚴(yán)重得多。正因為如此，從核能開發(fā)以來，人們就對放射性污染的防治極其重視，采取了一系列嚴(yán)格的措施，并將這些措施以法律的形式明確下來。第156頁/共175頁能源對人體健康的影響第157頁/共175頁能源對人體健康的影響化石燃料燃燒時排放的大量粉塵、SO2、H2S、NOx等除了污染環(huán)境外，還會影響人體健康。過量的SO2會導(dǎo)致呼吸道疾病，最典型的例子是1952年發(fā)生的倫敦?zé)熿F事件。原煤中均含有微量重金屬元素，這些元素在燃燒過程中會隨煙塵和爐渣排出，從而對大氣、水和土壤產(chǎn)生污染，并影響人體健康。第158頁/共175頁能源對人體健康的影響砷：使人體細(xì)胞正常代謝發(fā)生障礙，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。鉛：影響神經(jīng)系統(tǒng)，抑制血紅蛋白的合成代謝。鎘中毒：引起腎功能障礙。汞中毒：引起腎功能衰竭，并損害神經(jīng)系統(tǒng)。鎳：制癌物質(zhì)。某些鉻化合物可能致肺癌。第159頁/共175頁能源對環(huán)境的影響能源對環(huán)境的影響是一種綜合的影響。我國是發(fā)展中國家，改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境污染也日趨嚴(yán)重。在