能源人类与环境

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1、第一章 能源、人类与环境,资源: 资源就是指自然界和人类社会中一种可以用以创造物质财富和精神财富的具有一定量的积累的客观存在形态，如土地资源、矿产资源、森林资源、海洋资源、石油资源、人力资源、信息资源等。 也就是说： 在座各位你和我，都是资源。 我们的人生如果理解成资源有效化利用的过程也未尝不可。,思考：我们属于哪种资源？ A? B? 难道是C？,按资源可利用状况分类 A. 现实资源：即已经被认识和开发的资源。 B. 潜在资源：即尚未被认识，或虽已认识却因技术等条件不具备还不能被开发利用的资源。 C. 废物资源：即传统被认为是废物，而由于科学技术的使用，又使其转化为可被开发利用的资源。,能源：

2、 宏观： 什么是最高级的运动？-社会运动 什么是最高级的科学？-社会科学 能源的开发利用程度标志人类社会进化好发展的程度 能源与粮食的重要性相当 国民生产总值和能源消费的关系常常成正比，因而、当一个国家的国民生产总值实际值不断增长时，其能源消费也就随之上升。,按现今能源的消耗速度，地球上已探明的储量，煤大约可以维持200年，石油大约40年，天然气60年。而且全世界的石油产量，大约在2010年左右达到峰值，并从此后开始下降，人类面临日益严峻的能源危机， 大量使用化石燃料发展经济的同时， 带来了严重的环境污染和生态系统 破坏，主要表现为大气污染、水污 染、土地荒漠化、绿色屏障锐减、 臭氧层破坏、温

3、室效应、酸雨侵害、 物种濒危、垃圾积留、人口激增等十大环境问题， 国际上概括为“3P”和“3E”问题：Population(人口）、Poverty（贫穷）、Pollution（污染）、Energy（能源）、Ecology（生态）、Environment（环境）。,石油作为重要的战略物资，与国家的繁荣和安全紧密地联系在一起。 由于世界上的石油资源分布存在着严重的不均衡，而且石油是不可再生的资源，数量有限，获得和控制足够的石油资源成为国家能源安全战略的重要目标之一，因此石油作为一次能源成为许多战争的焦点。100多年来，多次武装冲突和战争都与石油问题有关。 在节约现有一次能源的同时，有必要开发和利用

4、新能源和可再生能源，寻求一种新的、清洁、安全、可靠的可持续能源系统，走能源、环境、经济和谐发展的道路。,1.1 人类利用能源的基础,柴草阶段 煤炭阶段 石油时期 可再生能源时期,蒸汽机,内燃机和电力,百花齐放，百家争鸣 （真正角逐的舞台）,1.2 能量的各种形式与转换,什么是能：按照物理学的定义，能即物体（或系统）对外做功的能力。 根据能量守恒定律：物体对外界做功W，则外界能量增加W，而物体本身能量则减少W。 热力学第一定律：能量既不能创造也不能被消灭，它只能从一种形式转变为另一种形式。,能源单位,能源的量和单位时间内的能源量的计量单位。具有确切定义和当量值的能源(能量)单位主要有焦耳（J）、

5、千瓦时（kWh）、卡(cal)和英热单位（Btu）。 油当量和煤当量（oil equivalent and coal equivalent） 按石油或煤的热当量值计算各种能源的能源计量单位。 1kg油当量（1kgoe）=10000kcal/kg=41868kJ/kg或41.9GJ/t; 1Kg煤当量（1kgce）=7000kcal/kg=29307kJ/kg或29.3GJ/t。 目前国际上通常采用油当量。我国仍采用煤当量（即标准煤）作为计算各种能源的计量单位。1kgce=29.3MJ/kg。,能量的各种形式,机械能：水力能，波浪能和风能（动能） 化学反应：化学键能、热能和光能 生化反应：光合作

6、用、无氧发酵、酶催化等 势能：重力势能、弹性势能、温度差能、化学势能、电磁能、核能等,1.3 能源的基本概念和分类,能源是指能向人类提供能量的自然资源，它可以直接或间接提供人们所需要的电能、热能、机械能、光能、声能等。 能源资源是指已探明或估计的自然赋存的富集能源。已探明或估计可经济开采的能源资源称为能源储量。 各种可利用的能源资源包括煤炭、石油、大然气、水能、风能、核能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能等。,能源的分类,问题：水力属于以上哪种能源？,水能属于太阳能资源，在水循环过程中，海水吸收太阳能，受热蒸发为水蒸气，上升到高空，具有了势能，水汽输送到陆地上空，形成降水，水往低处流，流动过程

7、中，势能逐渐转化为动能，可以用于发电。所以，归根到底，水能来自太阳辐射能。,按开发利 用程度,常规能源,新能源,煤、石油、天然气、 水能、生物能。,核能、地热、 海洋能、太阳能、 生物质能源、风能。,按属性分类,可再生,不可再生,太阳能、地热、 水能、风能、 生物能、海洋能。,煤、石油、 天然气、 核能。,按转换传递过程分类,已经被人类长期广泛利用的能源，称为常规能源，如煤炭、石油、天然气、水力、电力等。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，现在的新能源将来也会成为常规能源。 从使用能源时对环境污染的大小，可把无污染或污染小的能源称为清洁能源，如太阳能、水能、氢能等；对

8、环境污染较大的能源称为非清洁能源，如煤炭、油页岩等。石油的污染比煤炭小些，但也产生氧化氮、氧化硫等有害物质，所以清洁能源与非清洁能源的划分也是相对的。 在商品经济时代，按照能源在流通领域的地位分为商品能源和非商品能源，如煤炭、石油、焦炭、电力等均属商品能源。非商品能源是指不通过市场买卖而获得的能源，如农村能源中的秸秆、薪柴、牲口粪便等。,新能源分类,第二类：传统生物质利用,能量的各种形式和转换,参见教材第8页图1-3.,新能源和可再生能源简介,太阳能是地球接受到的太阳辐射能。光热转换是太阳能热利用的基本方式。 风能是太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起各地温差和气压不同，导致空气运动而产生的

9、能量。 地热能是指地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热量和地热流体中的热量。 海洋能是指蕴藏在海洋中的可再生能源，它包括潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、海水温度差能和海水盐度差能等不同的能源形式。,生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过光合作用将大阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。有机物中除矿物燃料以外的所有源于动植物的能源物质均属于生物质能。 小水电通常是小型水电站及其相配套的小容量电网的统称。（0.112MW装机容量） 氢能是世界新能源和可再生能源领域正在积极研究开发的一种二次能源，氢能具有清洁、无污染、高效率、储存及输送性能好等诸多优点，赢得了全世界各国的广泛关注。

10、氢能在21世纪有望成为占主导地位的新能源，起到战赂能源的作用。,1.4 能源的品质评价,评价各种能源的技术指标： 能流密度（单位体积或单位面积内从能源获得的功率）注意单位的多样性。 投资大小 能源供应的连续性和存贮的可能性 运输费用和损耗 对环境的影响 存储量 能源品位,1.5 我国的能源问题,人均能源不足 能源分布不均 能源构成不合理 人均能耗少，但能源效率低 农村能源严重短缺 能源过度依赖进口 环境问题极为严重,1.6 能源与生态环境的关系,温室效应 大气污染 水污染 森林砍伐 臭氧空洞 固体垃圾污染,1.7 可再生能源的应用和前景,意义： 自从20世纪70年代出现能源危机以来，世界各国逐

11、渐认识到能源对人类的重要性，同时也认识到常规能源利用过程中对环境造成的污染和对生态造成的破坏。 为了保持经济与环境的和谐可持续发展，人们逐渐重视能源战略的可持续性。因此，加大了新能源与可再生能源的投入。,许多国家制定了新能源与可再生能源的发展规划，使新能源与可再生能源在全球总能源耗费中的比例由目前的5%，提高到2020年的15左右。 新能源与可再生能源将成为能源可持续战略中的重点之一，也为能源的可持续发展提供了新的增长点和商机，促使各国政府和具有能源战略眼光的大公司投入到新能源与可再生能源研究中，加快了新能源和可再生能源的推广应用进程。,可再生能源在我国的情况,太阳能资源丰富（西藏、青海、新疆

12、等省区） 风能资源丰富（共约有10亿千瓦资源储量） 小水电资源看开发量1.25亿Kw 地热资源远景储量1353.5亿吨标准煤 生物质能发展潜力巨大 优相当部分的海洋能,2005年我国通过可再生能源法，从法律上确立了可再生能源开发利用的地位。 大力开发我国的可再生能源，保护生态环境，是保持我国经济可持续发展，建设经济、环境、能源好生态和谐社会的唯一途径，也是顺应世界发展趋势的唯一道路。,附录 世界能源供需现状与发展趋势,一、世界能源消费现状及特点,1.受经济发展和人口增长的影响，世界一次能源消费量不断增加 随着世界经济规模的不断增大，世界能源消费量持续增长。1990年世界国内生产总值为26.5万

13、亿美元（按1995年不变价格计算），2000年达到34.3万亿美元，年均增长2.7%。根据2004年BP能源统计，1973年世界一次能源消费量仅为57.3亿吨油当量，2003年已达到97.4亿吨油当量。过去30年来，世界能源消费量年均增长率为1.8%左右。,2.世界能源消费呈现不同的增长模式，发达国家增长速率明显低于发展中国家过去30年来，北美、中南美洲、欧洲、中东、非洲及亚太等六大地区的能源消费总量均有所增加，但是经济、科技与社会比较发达的北美洲和欧洲两大地区的增长速度非常缓慢，其消费量占世界总消费量的比例也逐年下降，北美由1973年的35.1%下降到2003年的28.0%，欧洲地区则由19

14、73年的42.8%下降到2003年的29.9%。OECD（经济合作与发展组织）成员国能源消费占世界的比例由1973年的68.0%下降到2003年的55.4%。 其主要原因，一是发达国家的经济发展已进入到后工业化阶段，经济向低能耗、高产出的产业结构发展，高能耗的制造业逐步转向发展中国家；二是发达国家高度重视节能与提高能源使用效率。,3.世界能源消费结构趋向优质化，但地区差异仍然很大自19世纪70年代的产业革命以来，化石燃料的消费量急剧增长。初期主要是以煤炭为主，进入20世纪以后，特别是第二次世界大战以来，石油和天然气的生产与消费持续上升，石油于20世纪60年代首次超过煤炭，跃居一次能源的主导地位

15、。虽然20世纪70年代世界经历了两次石油危机，但世界石油消费量却没有丝毫减少的趋势。此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气的比例上升。同时，核能、风能、水力、地热等其他形式的新能源逐渐被开发和利用，形成了目前以化石燃料为主和可再生能源、新能源并存的能源结构格局。到2003年底，化石能源仍是世界的主要能源，在世界一次能源供应中约占87.7%，其中，石油占37.3%、煤炭占26.5%、天然气占23.9%。非化石能源和可再生能源虽然增长很快，但仍保持较低的比例，约为12.3%。,由于中东地区油气资源最为丰富、开采成本极低，故中东能源消费的97%左右为石油和天然气，该比例明显高于世界平均水平，居世界

16、之首。在亚太地区，中国、印度等国家煤炭资源丰富，煤炭在能源消费结构中所占比例相对较高，其中中国能源结构中煤炭所占比例高达68%左右，故在亚太地区的能源结构中，石油和天然气的比例偏低（约为47%），明显低于世界平均水平。除亚太地区以外，其他地区石油、天然气所占比例均高于60%。,4.世界能源资源仍比较丰富，但能源贸易及运输压力增大根据2004年BP世界能源统计，截止到2003年底，全世界剩余石油探明可采储量为1565.8亿吨，其中，中东地区占63.3%，北美洲占5.5%，中，南美洲占8.9%，欧洲占9.2%，非洲占8.9%，亚太地区占4.2%。2003年世界石油产量为36.97亿吨，比上年度增加3.8%。通过对比各地区石油产量与消费量可以发现，中东地区需要向外输出约8.8亿吨，非洲和中南美洲的石油产量也大于消费量，而亚太、北美和欧洲的产消缺口分别为6.7亿、4.2亿和1.2亿吨。,煤炭资源的分布也存在巨大的不均衡性。截止到2003年底，世界煤炭剩余可采储量为9844.5亿吨，储采比高达192