中礦大能源與環(huán)境課件01緒論

能源與環(huán)境機(jī)電學(xué)院第一章緒論

從日常生活中必需的電、煤、氣、自來水等的供應(yīng)，到交通運(yùn)輸、通信等現(xiàn)代社會(huì)的一切活動(dòng)都離不開它。能源為人類的生產(chǎn)和生活提供各種能力和動(dòng)力的物質(zhì)資源，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。能源的開發(fā)和有效利用程度以及人均消費(fèi)量是生產(chǎn)技術(shù)和生活水平的重要標(biāo)志。第一節(jié)人類的文明與能源一、人類文明發(fā)展與能源遠(yuǎn)古時(shí)期人類開始用火來取暖、烹調(diào)、照明甚至通信，還將這種利用能量的技術(shù)應(yīng)用到玻璃加工或制作裝飾品、陶藝等方而，從而開創(chuàng)了人類文明。人類發(fā)明了蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)，所使用的燃料也是從草木轉(zhuǎn)變成為煤炭、石油和天然氣等。這些發(fā)明使機(jī)械能的利用多樣化，同時(shí)也使電能的生產(chǎn)成為可能。能源的使用領(lǐng)域得以進(jìn)一步擴(kuò)大，從交通運(yùn)輸?shù)酵ㄐ诺阮I(lǐng)域，賜予了人類一切文明活動(dòng)的動(dòng)力，推動(dòng)了人類文明的進(jìn)步。由圖1可知，總能源消耗量的增長(zhǎng)率高于人口的增長(zhǎng)率。在世界總能源消耗量中，電能所占的比例在急劇增加。在21世紀(jì)高度信息化的社會(huì)里，如何確保所需的電力，是關(guān)系到人類文明存亡的重要課題。由圖2中從原點(diǎn)引出的直線可見，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與人均一次能源消耗量之間是密切相關(guān)的。因此，能源消耗量取決于人口的增長(zhǎng)和與日俱增的文明程度之積。二、人類文明與能源利用瓦特(JamesWatt1736~1819年)發(fā)明蒸汽機(jī)(1769年專利)蒸汽機(jī)作為動(dòng)力的紡織機(jī)械誕生于18世紀(jì)，但蒸汽機(jī)作為船舶和機(jī)車的動(dòng)力而普及直至19世紀(jì)。19世紀(jì)中葉雷諾(EtienneLenoirl822—1900年)發(fā)明了燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)19世紀(jì)中葉又發(fā)明了內(nèi)燃機(jī)，從而開發(fā)出了汽車在1903年由汽車工人萊特兄弟制造的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力飛機(jī)試飛成功20世紀(jì)初，通過火力發(fā)電和水力發(fā)電生產(chǎn)的大量電能，再通過輸配電網(wǎng)絡(luò)，使各種各樣的用電產(chǎn)業(yè)獲得驚人的進(jìn)步和發(fā)展

在20世紀(jì)50年代到70年代間，從煤炭文明到石油文明的能源革命

20世紀(jì)90年代，開始使用使用液化天然氣和液化石油氣作為汽車用燃料

發(fā)達(dá)同家一次能源消耗的40％是為轉(zhuǎn)換成電能

第二節(jié)能源一、能源的定義《科學(xué)技術(shù)百科全書》：能源是可從其獲得熱、光和動(dòng)力之類能量的資源《大英百科全書》：能源是一個(gè)包括著所有燃料、流水、陽光和風(fēng)的術(shù)語，人類用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換手段便可讓它為自己提供所需的能量我國(guó)《能源百科全書》：能源是可以直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換提供人類所需的光、熱、動(dòng)力等任一形式能量的載能體資源。能源是自然界中能為人類提供某種形式能量的自然資源及其轉(zhuǎn)化物。

自然界在一定的條件下能夠提供機(jī)械能、熱能、電能、化學(xué)能等某種形式能量的自然資源叫做能源。

二、能源的意義能源在現(xiàn)代工業(yè)中占有重要地位。任何機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)，都必需有足夠的能源供應(yīng)作保證。能源和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的關(guān)系十分密切。在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)都要直接消耗能源；能源工業(yè)的發(fā)展水平將直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。現(xiàn)代化的交通運(yùn)輸工具更離不了能源。能源在國(guó)防建設(shè)中具有重要作用。實(shí)現(xiàn)國(guó)防現(xiàn)代化必需依靠發(fā)達(dá)的能源工業(yè)。人民日常生活和公用事業(yè)也要消耗大量能源。三、能源分類

1、根據(jù)初始來源（一次能源）（1）是與太陽有關(guān)的能源。太陽能除可直接利用它的光和熱外，它還是地球上多種能源的主要源泉。目前，人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。

太陽每秒鐘輻射到地球上的能量相當(dāng)于500多萬噸煤燃燒時(shí)放出的熱量；一年就有相當(dāng)于170萬億噸煤的熱量，現(xiàn)在全世界一年消耗的能量還不及它的萬分之一。但是，到達(dá)地球表面的太陽能只有千分之一二被植物吸收，并轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯存起來，其余絕大部分都轉(zhuǎn)換成熱，散發(fā)到宇宙空間去。

（2）與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源

從地面向下，隨著深度的增加，溫度也不斷增高。地?zé)崮苜Y源總量相當(dāng)于世界年能源消費(fèi)量的400多萬倍。

（3）與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源

這是某些物質(zhì)在發(fā)生原子核反應(yīng)時(shí)釋放的能量。原子核反應(yīng)主要有裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)。目前在世界各地運(yùn)行的440多座核電站就是使用鈾原子核裂變時(shí)放出的熱量。

（4）與地球一月球一太陽相互聯(lián)系有關(guān)的能源

地球、月亮、太陽之間有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，造成相對(duì)位置周期性的變化，它們之間產(chǎn)生的引力使海水漲落而形成潮汐能。2．根據(jù)利用能源的形態(tài)

可將能源分成一次能源和二次能源兩類：一次能源是指自然界中本來就有的各種形式的能源。一次能源可按其初始來源的不同劃分為上述的4類。由一次能源經(jīng)過轉(zhuǎn)化或加工制造而產(chǎn)生的能源稱為二次能源，如電力、氫能、石油制品、煤制氣、煤液化油、蒸汽和壓縮空氣等。

3．根據(jù)能否從自然界中得到補(bǔ)充

分為可再生能源和不可再生能源：太陽輻射能、水能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、潮汐能、海洋熱能和波浪能等都是能不斷地再生和得到補(bǔ)充的能源，被稱為可再生能源；煤炭、石油、天然氣等化石燃料和鈾、釷等核燃料，無法得到補(bǔ)充，總有一天會(huì)枯竭，它們被稱為不可再生能源

4．根據(jù)應(yīng)用范圍、技術(shù)成熟程度及經(jīng)濟(jì)性

分為常規(guī)能源和新能源兩大類。常規(guī)能源是指那些技術(shù)上比較成熟，已被人類廣泛利用，在生產(chǎn)和生活中起著重要作用的能源。例如煤炭、石油、天然氣、水能和核裂變能等。在今后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，它們?nèi)詫?dān)任世界能源舞臺(tái)上的主角。

新能源是相對(duì)于常規(guī)能源而言的，泛指太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、潮汐能和生物質(zhì)能等。新能源的能量密度較小，或品位較低，或有間歇性，按已有的技術(shù)條件轉(zhuǎn)換利用的經(jīng)濟(jì)性尚差，還處于研究、發(fā)展階段,只能因地制宜地開發(fā)和利用；新能源大多數(shù)是再生能源。資源豐富，分布廣闊，是未來的主要能源之一。

第三節(jié)當(dāng)前我國(guó)及世界能源狀況

一、中國(guó)能源發(fā)展現(xiàn)狀

1.中國(guó)能源資源

化石能源是中國(guó)的主要能源，約占中國(guó)目前能源消費(fèi)總量的93%。在化石能源中，按探明可采儲(chǔ)量比較，中國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量占世界第3位，石油占第11位，天然氣占第21位。

表1-2中國(guó)化石能源探明可采儲(chǔ)量能源資源量探明地質(zhì)儲(chǔ)量探明可采儲(chǔ)量目前全國(guó)探明可采儲(chǔ)量的比例%（按同等發(fā)熱量）煤炭/億噸5570010421204092.7石油/億噸1021213615.9天然氣/萬億立方米47.62（估算）2.561.641.4中國(guó)煤炭資源的特點(diǎn)是：已發(fā)現(xiàn)資源總量最大、品種齊全，但地區(qū)分布不均勻、優(yōu)質(zhì)環(huán)保型資源少、勘探程度低、可供開發(fā)的經(jīng)濟(jì)可采量少。

煤炭資源地理分布特：北煤多于南煤。秦嶺—大別山以北煤炭保有儲(chǔ)量約占全國(guó)的90%，集中分布在晉陜蒙三?。▍^(qū)）；秦嶺—大別山以南煤炭?jī)?chǔ)量只占全國(guó)的約10%，集中分布在貴州和云南??；西煤多于東煤。經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的西部地區(qū)的煤炭?jī)?chǔ)量占全國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量的61.75%；經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)東部地區(qū)的煤炭?jī)?chǔ)量約占全國(guó)保有儲(chǔ)量的38.25%；中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部十省市（包括北京、遼寧、天津、河北、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東）擁有的煤炭?jī)?chǔ)量，僅占全國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量的5.05%。2、石油資源

截至2000年底，全國(guó)124個(gè)有勘探價(jià)值的盆地總計(jì)石油資源量為1021億噸?？刹少Y源高值為123.8億噸，低值為99.7億噸。主要分布在東部的平原地區(qū)，西部的沙漠、戈壁、黃土高原地區(qū)和近海海域區(qū)。

3、天然氣資源

截至2000年底,全國(guó)探明天然氣儲(chǔ)量25557.25億立方米，天然氣可采儲(chǔ)量16402.05億立方米，平均采收率為64.2%。4、水能資源及其他中國(guó)水能資源，無論是理論蘊(yùn)藏還是可開發(fā)量，均是世界五個(gè)主要水能資源豐富國(guó)家之一。全國(guó)平均水資源總量為2.81萬億立方米，其中可開發(fā)利用量約為9000億立方米左右。可供發(fā)電的技術(shù)開發(fā)量平均每年為1.92萬億瓦時(shí)。2000年水力發(fā)電量為2224億千瓦時(shí)，僅占可供發(fā)電量的很小一部分?？晒┌l(fā)電的水能資源地域分布非常不均勻，主要集中在西南地區(qū)，占全國(guó)總量的67.8%，其次為中南地區(qū)和西北區(qū)，分別占15.5%和9.9%，東北、華東和華北地區(qū)僅占1%~3%中國(guó)的鈾資源居世界的第9位，儲(chǔ)量超過10萬噸，現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量可保證1000萬千瓦核電站運(yùn)行30年。今后要加強(qiáng)核電站建設(shè)，需要考慮燃料的多元途徑供給。

二、中國(guó)能源生產(chǎn)與消費(fèi)狀況

2002年全國(guó)一次能源消費(fèi)總量達(dá)到14.08億tce（噸標(biāo)準(zhǔn)煤），比1980年的6.03億tce翻了一番多。成為排在美國(guó)之后的一次能源第二大消費(fèi)國(guó)，占世界一次能源消費(fèi)總量的10.6%。能源消費(fèi)增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)低于GDP總值的增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)率為4.2%中國(guó)在世界能源中的份額

人均能耗與世界比較

近幾年中國(guó)煤炭消費(fèi)

中國(guó)石油消費(fèi)量已由1995年的1.61億噸增加到2001年的2.28億噸。年均增長(zhǎng)率5.65%。石油在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例相應(yīng)地已由1995年17.5%增長(zhǎng)到2001年的24.3%。中國(guó)石油消費(fèi)中遇到的主要問題是石油的供不應(yīng)求。中國(guó)自1993年成為石油凈進(jìn)口國(guó)，到2000年，石油凈進(jìn)口量已達(dá)6960萬噸，石油進(jìn)口依存度為30%。

天然氣生產(chǎn)與消費(fèi)：據(jù)《2001年中國(guó)能源發(fā)展報(bào)告》，“九五”期間，中國(guó)天然氣產(chǎn)量迅速增加，由1995年的179.47億立方米增加到2001年294.00億立方米。年均增長(zhǎng)率高達(dá)8.67%，水資源的開發(fā)與利用2000年中國(guó)水力發(fā)電量2224億千瓦時(shí)，僅達(dá)到經(jīng)濟(jì)可開發(fā)水能水能程度的17.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水能資源豐富的發(fā)達(dá)國(guó)家水平。中國(guó)水能資源主要分布在西部，大規(guī)模的開發(fā)利用必須“西電東送”，需要發(fā)展遠(yuǎn)距離、超高壓輸變電技術(shù)，還需要考慮季節(jié)徑流量變化引起的季節(jié)性電能波動(dòng)和水庫建設(shè)引起的淹沒損失。近期大規(guī)模開發(fā)利用還受到一定的限制。

第四節(jié)環(huán)境一、環(huán)境的內(nèi)涵狹義上的環(huán)境：包括非生物環(huán)境，如土壤、光照、溫度、濕度、空氣和水份等，還包括生物環(huán)境，如生物同種個(gè)體之間和不同種生物之間的競(jìng)爭(zhēng)、捕食與被捕食、寄生與被寄生之間的關(guān)系等。廣義的環(huán)境：我們把圍繞著某一有生命主體的外部世界統(tǒng)統(tǒng)稱之為環(huán)境。相對(duì)于人這一主體而言的外部世界，就是人類的生存環(huán)境。在《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》明確指出；大氣、水、土地、礦藏、森林、草原、野生動(dòng)物、野生植物、水生生物、名勝古跡、風(fēng)景游覽區(qū)、溫泉、療養(yǎng)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等各種自然因素的總和。環(huán)境就是相對(duì)于某一類生命主體（群體或個(gè)體）周圍的外部條件總和，包括主體的生存空間、維持生命活動(dòng)的能量和物質(zhì)以及對(duì)其產(chǎn)生影響的各種直接或間接因素。具體的內(nèi)涵視中心體的不同而有別。對(duì)于人類社會(huì)的生存和發(fā)展而言，環(huán)境包括自然環(huán)境和人工環(huán)境。前者可以概括為生物圈、大氣圈、水圈和巖石圈及其運(yùn)動(dòng)的影響，后者指人類自身活動(dòng)所形成的物質(zhì)、能量、精神文明、各種社會(huì)關(guān)系及其產(chǎn)生的作用。二、環(huán)境的功能和和基本特征1、環(huán)境的功能（1）為人類生存提供所需要的資源（2）具有調(diào)節(jié)功能環(huán)境是變化著的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和開放系統(tǒng)，在一定的時(shí)空尺度內(nèi)，環(huán)境的輸入和輸出是相等的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡過程，人們稱之為環(huán)境平衡或生態(tài)平衡。當(dāng)外部的輸入大于輸出時(shí)，在一定的強(qiáng)度下，系統(tǒng)可通過自我調(diào)節(jié)的能力使環(huán)境的正常功能不被破壞，這就是環(huán)境系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能的作用，或稱為環(huán)境的自凈作用。（3）環(huán)境的服務(wù)功能。環(huán)境是生命的支持系統(tǒng)，如森林、草地、海洋、河流、湖泊等。它們對(duì)人類的貢獻(xiàn)不僅僅是提供著大量的食物、藥材、各類生產(chǎn)和生活資料，而且還為人類提供著許多服務(wù)，如氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、減緩災(zāi)害等，生態(tài)系統(tǒng)的這些服務(wù)功能是人類自身所不能替代的（5）文化功能人類社會(huì)的進(jìn)步是物質(zhì)文明和精神文明的統(tǒng)一，同時(shí)也是人與自然和和諧的統(tǒng)一。人類的文化、藝術(shù)素質(zhì)是對(duì)自然環(huán)境生態(tài)美的感覺和反應(yīng)2、環(huán)境的特征（1）環(huán)境的整體性環(huán)境是一個(gè)系統(tǒng)，自然環(huán)境的各要素間存在著緊密的相互聯(lián)系、相互制約的關(guān)系。局部地區(qū)的污染可帶來全球的危害，例如，河流上游的污染就威脅著下游居民的安全，瑞典酸雨中有鄰國(guó)大氣污染的貢獻(xiàn)，南極的企鵝體內(nèi)也有DDT的積累。（2）環(huán)境資源的有限性由于受各種因素（如生存條件、繁衍速度、人類獲取的強(qiáng)度等）所制約，在具體時(shí)空范圍內(nèi)，對(duì)人類來說各類資源都不可能是無限的（3）環(huán)境的差異性（環(huán)境的區(qū)域性）這是自然環(huán)境的基本特征，由于緯度的差異，地球接受的太陽輻射能不同，熱量從赤道向兩極遞減，形成了不同的氣候帶。即使是同一緯度，因地形高度的不同，也會(huì)出現(xiàn)垂直帶性差異。（4）環(huán)境的變動(dòng)性和穩(wěn)定性變動(dòng)性是指環(huán)境要素的狀態(tài)和功能始終處于不斷的變化中，環(huán)境的變動(dòng)性就是自然的、人為的或兩者共同作用的結(jié)果。但在一定的時(shí)間尺度或條件下，環(huán)境又有相對(duì)穩(wěn)定的特性。（5）危害作用的時(shí)滯性自然環(huán)境一旦被破壞或被污染，許多影響的后果是潛在、深刻和長(zhǎng)期的。三、環(huán)境的分類按照研究對(duì)象的范圍、特性和從屬關(guān)系而劃分為以下三個(gè)層次：1、全球環(huán)境隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、生產(chǎn)力的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，人類的許多活動(dòng)已對(duì)地球的環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生了影響，地球環(huán)境系統(tǒng)的質(zhì)量變化已成為現(xiàn)代環(huán)境科學(xué)研究的重要對(duì)象和領(lǐng)域。2、區(qū)域環(huán)境是環(huán)境差異性的地域體現(xiàn)。這種差異使人類與環(huán)境間的關(guān)系也隨之不同，人類對(duì)環(huán)境利用和改造的方式、程度、規(guī)模、性質(zhì)及后果也有所區(qū)別，因而造成的“環(huán)境問題”和解決對(duì)策也就不同。3、聚落環(huán)境是人類有目的、有計(jì)劃創(chuàng)造出來的以人工環(huán)境為主的環(huán)境，它既是人類聚居的地方，也是人類生產(chǎn)活動(dòng)的中心。這類環(huán)境又可細(xì)分為院落環(huán)境、村落環(huán)境和城市環(huán)境。是形成許多“環(huán)境問題”產(chǎn)生的根源，一些重大“公害”都發(fā)生在聚落環(huán)境中。因此，它是環(huán)境科學(xué)十分關(guān)注的研究領(lǐng)域。四、人類對(duì)自然環(huán)境的作用1、推進(jìn)社會(huì)的不斷發(fā)展的同時(shí)又能保護(hù)自然環(huán)境，使其變得越來越好2、不斷地向環(huán)境施加各種干擾和壓力，包括造成的污染和生態(tài)破壞，使自然環(huán)境的功能下降，甚至制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，威脅人類的生存五、經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境（3E）三者之間的關(guān)系（一）經(jīng)濟(jì)與環(huán)境1、環(huán)境是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)根