能源科学导论

目录 第一章 能量与能源 第二章 能源的转换与利用 第三章 常规能源 第四章 新能源 第五章 节能 第六章 能源系统工程

第一章 能量与能源 第一节 能量 第二节 能源的分类与评价 第三节 能源与人类文明 第四节 能源资源生产与消费 第五节 能源与环境 第一章 能量与能源 第一节 能量 第二节 能源的分类与评价 第三节 能源与人类文明 第四节 能源资源生产与消费 第五节 能源与环境 第六节 能源的可持续发展

物质和能量是构成客观世界的基础。 科学史观认为，世界是由物质构成的，没有物质，世界便虚无飘渺，运动是物质存在的形式，是物质固有的属性，能量则是物质运动的度量。

能量与能源 能量——宇宙间一切运动着的物体，都有能量的存在和转化，人类一切活动都与能量及其使用紧密相关。 所谓能量，也就是“产生某种效果（变 化）的能力”。反过来说，产生某种效果（变化）必然要伴随能量的消耗和转换。

第一节 能量

人类所认识的六种能量形式 机械能 热 能 电 能 辐射能 化学能 核 能

机械能 机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量，前者称之为动能，后者称之为势能。

机械能 如果质量为m的物体的运动速度为v,则该物体的动能Ek可以用下式计算： 重力势能E可以用下式计算：

机械能 弹性势能 的计算式为： 表面能 可用下式计算：

热能 构成物质的微观分子运动的动能和势能总和称之为热能。这种能量的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运动的激烈程度。通常热能Eq可表述成如下的形式：

电能 电能是和电子流动与积累有关的一种能量，通常是由电池中的化学能转换而来，或是通过发电机由机械能转换得到；反之电能也可以通过电动机转换为机械能，从而显示出电做功的本领。

辐射能 辐射能是物体以电磁波形式发射的能量。 物体的辐射能 可由下式计算：

化学能 化学能是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量。 按化学热力学定义，物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的内能成为化学能。

核能 核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。 轻质量的原子核（氘、氚等）和重质量的原子核（铀等）其核子之间的结合力比中等质量原子核的结合力小，这两类原子核在一定的条件下可以通过核聚变和核裂变转变为在自然界更稳定的中等质量原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结合能就是核能。

能量的性质 状态性 可加性 传递性 转换性 作功性 贬值性

能量的转换 1）能量在空间上的转移，即能量的传输 2）能量在时间上的转移，即能量的储存

能量的转换 这是不同能量之间转换关系图。正如前述，自然界存在多种能量形式。在一定条件下，它们之间可以被此互相转化。例如煤(化学能)转变成电能的过程是：煤在锅炉内燃烧一一蒸汽(热能)——汽轮机(机械能)一一发电机(电能)，而通过电动机又可把电能转变为机械能；通过电热器把电能转变为热能；通过蓄电池把电能转变为化学能；通过电灯把电能转换成光能，通过原子能反应堆把原子能转变成热能等等。这些锅炉、汽轮机、发电机、电动机、电热器、蓄电池、电灯、原子能反应堆就是能量转换装置。 可见，能量转换装置就是把一种能量转换成另一种能量的装置。能量转换的关键在于换能器，因为它影响输出能量的效率和品质。开发能源的第二个任务就是改进能量转换装置。 能量转化必须遵守能量守恒和转化定律，即能量只能从一种形式转化成另一种形式，既不能创生，也不能捎灭。据此，对能量转换有如下要求：尽可能提高转换效率，以便减少损失．获得更多的有用能量；要求换能器体积小，转换速度快，以便在短时间内转换更多的能量，达到高功率和高能量密度；可按需能的要求，多用多供，少用少供；要求不污 染或少污染环境；尽可能造价低，经济合算。

能量的传递

能量传递过程的特点 能量传递是有条件的，即在有能量密度差的条件下，能量总是从能量密度大的物质或能量集中的地方，向能量密度小的物质或地方传递；总是从集中到分散并逐步达到平衡。

能量传递过程的特点 能量传递遵循一定的规律，即能量传递的速率正比于传递的动力而反比于传递的阻力。

能量传递过程的特点 能量的传递，包括转移与转换两种形式。转移是某种形态的能，从一地到另一地，从一物到另一物；转换则是由一种形态变为另一形态。

能量传递过程的特点 能量传递的途径基本有两条：由物质交换和质量迁移而携带的能量称为携带能，在体系边界面上的能量交换称为交换能。

能量传递过程的特点 在体系边界面上的能量交换，通常主要以两种方法进行：传热——有温差引起的能量交换，这是能量传递的微观形式；作功——由非温差引起的能量交换，这是能量传递的宏观形式。

能量传递过程的特点 通过能量交换而实现的能量传递，即传热和作功，其具体方式为：传热的三种基本方式是热传导、热对流和热辐射；作功（这里指机械功）的三种基本方式是容积功、转动轴功和流动功（推动功）。

能量传递过程的特点 能量传递的结果主要体现在两方面，即能量使用过程中所起的作用以及能量传递的最终去向。 能量传递的最终去向通常只有两条：或转移到产品，或散失于环境，包括直接损失和用于过程后再进入环境这两种情况。

能量传递过程的特点 能量传递的实质实际上就是能量利用的实质。如果把产品的使用也包括在内，能量的最终去向只能是唯一的，即最终进入环境。

第二节 能源的分类与评价

能源的分类 所谓能源，是指能够直接或经过转换而获取某种能量的自然资源。 自然资源：煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等。 为了便于运输和使用，经上述资源加工可得到一些更符合使用要求的能量来源，如煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。

能源的分类 由于可被人类利用的能源多种多样，因此有以下 6种不同的分类方法： 按地球上的能量来源分 按被利用的程度分 按获得的方法分 按能否再生分 按能源本身的性质分 按对环境的污染情况分

按地球上的能量来源分 来自于地球本身，如核能、地热能等； 来自于球外天体，如宇宙射线及太阳能，以及由太阳引起的水能、风能、波浪能、海洋温差能、生物质能、光合作用等； 来自于地球和其他星体的相互作用，如潮汐能。

按被利用的程度分 常规能源，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等； 新能源，如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，另外还有核能。

按获得的方法分 一次能源，即可供直接利用的能源，如煤、石油、天然气、风能、水能等； 二次能源，即由一次能源直接或间接转换而来的能源，如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等，它们使用方便，易于利用，是高品质的能源。

按能否再生分 可再生能源，即不会随它本身的转化或人类的利用而越来越少，如水能、风能、潮汐能、太阳能等； 非再生能源，它随人类的利用而越来越少，如石油、煤、天然气、核燃料等。

按能源本身的性质分 含能体能源（燃料能源），如石油、煤、天然气、地热、氢等，它们可以直接储存； 过程性能源（非燃料能源），它们无法直接储存，如风能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆发、雷电、电磁能和一般热能等。

按对环境的污染分 清洁能源，即对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等； 非清洁能源，即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。

能源的评价 能源多种多样，各有优缺点，为了正 确选择和使用能源，必须对各种能源 进行正确的评价。

能源的评价 储量 能量密度 储能的可能性与供能的连续性 能源的地理分布 开发费用和利用能源的设备费用 运输费用与损耗 能源的可再生性 能源的品位 对环境的影响

第三节 能源与人类文明

能源更迭与社会发展 人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。 (1)火的发现和利用 (2)畜力、风力、水力等自然动力的利用 (3)化石燃料的开发和热的利用 (4)电的发现及开发利用 (5)原子核能的发现及开发利用 人类利用能源的历史．也就是人类认识和征服自然的历史。人类利用能源的历史可分为五大阶段： (1)火的发现和利用， (2)畜力、风力、水力等自然动力的利用； (3)化石燃料的开发和热的利用， (4)电的发现及开发利用； (5)原子核能的发现及开发利用。

能源更迭与社会发展 人类社会已经历了三个能源时期： 薪柴时期； 煤炭时期； 石油时期。

薪柴时期 主要以薪柴等生物质燃料为主要能源的 时代，生产和生活水平极低，社会发展 缓慢。

煤炭时期 18世纪，以煤炭取代薪柴作为主要能源，蒸汽机成为生产的主要动力，工业迅速发展，劳动生产力增长很大。 19世纪，电力成为工矿企业的主要动力，成为生产和生活照明的主要来源。但这时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要燃料。 18世纪出现了蒸气机，19世纪出现了电动机，电灯代替了油灯和蜡烛。

石油时期 石油资源的发展，开始了能源利用的新时期。近30年来，世界上许多国家依靠石油和天然气，创造了人类历史上空前的物资文明。 进入21世纪，核能将成为世界能源的主角，清洁能源的时代也将随之到来。 人类在能源的利用史上主要有过三次大的转换：第一次是煤炭取代木材等成为主要能源；第二次是石油取代煤炭而 居主导地位；第三次是目前正在出现的向多能源结构的过渡，这一转换现在还没有完成。

能源与国民经济 能源是发展社会生产和提高人民生活 水平的重要物质基础，是推动国民经 济发展的强大动力。 能源是发展社会生产和提高人民生活 水平的重要物质基础，是推动国民经 济发展的强大动力。 通过能源与社会发展的关系，我们可以很明显地认识到，能源是发展社会生产和提高人民生活水平的重要物质基础，是推动国民经 济发展的强大动力。

能源与国民经济 由于经济的增长以及经济发展水平的提高，都需要能源来支撑，因此能源消费与经济发展有着密不可分的关系。从世界能源消费的增长趋势看，与世界经济发展的趋势是一致的。

能源与国民经济 世界各国经济发展的实践证明，在经济正常发展的情况下，能源消耗总量和能源消耗增长速度与国民经济生产总值和国民经济生产总值增长率成正比例关系。

能源与国民经济 世界经济和能源发展的历史显示，处于工业化初期的国家，经济的增长主要依靠能源密集工业的发展，能源效率也较低，因此能源弹性系数通常多大于1。

能源与人民生活 人们的日常生活处处离不开能源，不仅是衣、食、住、行，而且文化娱乐、医疗卫生都与能源密切相关。

能源与人民生活 目前我国一次能源消费量已超过俄罗斯居世界第二位，但由于人口过多，人均能耗水平仍很低，全面建设小康社会仍然是我国人民面临的重要任务。

第四节 能源资源生产与消费

世界化石燃料探明可采储量 1994年

世界煤炭探明可采储量

1973年和2002年世界硬煤产量的地区分布图

1973年和2002年世界石油产量的地区分布图

1973年和2002年世界天然气产量的地区分布图

1971年至2001年世界一次能源供应量的地区分布图

能源消费 当今世界的能源消费仍以石油为主。

1973年和2001年世界能源终端总消费量的构成

1973年和2001年世界煤炭消费的行业构成

1973年和2001年世界石油消费的行业构成

1973年和2001年世界天然气消费的行业构成

化石燃料消耗远景预测

第五节 能源与环境

全球环境状况 联合国最新公布的研究结果显示，在过去30年中，虽然国际社会在环保领域取得了一定成绩，但全球整体环境状况持续恶化。国际社会普遍认为，贫困和过度消费导致人类无节制地开发和破坏自然资源，这是造成环境恶化的罪魁祸首。 目前，全世界61亿人口中有35亿居住在低收入国家。在许多发展中国家，过度开发自然资源，造成环境不断恶化，进一步加剧了贫困。另一方面，占世界总人口1/5的发达国家，个人消费占全球的90%，同时还消费着世界58%的能源、45%的鱼肉和84%的纸张。这种消费方式不仅给地球资源带来了沉重压力，而且消费所产生的大量温室气体和废弃物等也对全球环境构成了巨大威胁。     　　

全球环境状况 世界经济发展和人类赖以生存的环境是不协调的，经济发展和人口增长给环境造成了巨大的压力，对发展中国家这种情况尤为突出。

全球环境状况 全球环境恶化主要表现在大气和江海污染加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减少、淡水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩大、生物多样化受到威胁等多方面，同时温室气体的过量排放导致全球气候变暖，使自然灾害发生的频率和烈度大幅增加。 　　 联合国报告表明，森林作为地球上最大、最复杂的生态系统，其面积在过去30年内急剧减少。仅在20世纪90年代，全球森林面积就减少9400万公顷，占森林总面积的2.4%。乱砍滥伐、过度耕作使世界23%的耕地严重退化，全球1/3以上的土地面临沙漠化威胁。全球的淡水供应也亮起了红灯。目前，全球一半的江河水流量大幅减少或被严重污染，80个国家严重缺水。调查显示，人类所患疾病有四分之一与环境恶化直接相关。     

天空正在塌陷 1999年的臭氧空洞是有史以来观测到的最大一次，达到2600万平方公里的面积。

世界气象组织：今年5月全球气温创百多年新高 全球正在变暖 海平面上升与陆地淹没； 气候带的移动； 飓风的加剧 ； 植被的迁徙与物种灭绝 ； 洋流的变化与厄尔尼诺； 雨型的改变； 世界气象组织：今年5月全球气温创百多年新高 　　新华社巴黎７月７日电（记者杨骏）世界气象组织在最新的一份公告中称，今年５月份是自１８８０年世界有确切气象记录以来最热的一个月，全球地表平均温度达１１．２摄氏度，今后全球极端气候的出现频率和强度还可能增加。 　　公告称，２００３年５月全球地球表面的平均温度创造了新的高温记录，达到１１．２摄氏度，比自１８８０年以来的全球同期平均气温高出近１％。５月前后的炎热气候使许多地方出现了异常的气候现象。比如美国，今年５月龙卷风的次数是其建国２００多年来同期最多的。从３月到５月，整个欧洲大陆的气温比常年同期平均气温高出３至５摄氏度，法国南部出现了罕见的干旱，意大利等地酷热难耐，森林火灾频发。 　　世界气象组织认为，龙卷风、洪水、干旱等极端气候现象的发生频率近百年来有增无减。尤其这几年，这些灾害的强度前所未有。该组织警告说，全球变暖引起的气候变化可能会使极端气候的出现频率和强度不断增加。

地球森林覆盖量正在减少

大气环境的三大问题 80年代中期在南极上空发现了臭氧空洞，它与地球变暖及所谓温室效应和酸雨沉降问题构成全球性大气环境问题，明显地危及全人类的生存和繁衍，引起了国际社会的高度关注，使当今的世界环境问题具有明显的时代特征。 　　

! 7 我国的污染现状 SO2－85% CO2 －85% NOx－60% 粉尘－70% 个 严重局面 燃煤污染物 因二氧化硫排放 占全国排放比例： 燃煤污染物 SO2－85% CO2 －85% NOx－60% 粉尘－70% 因二氧化硫排放 每年经济损失1126亿元 (世界银行统计超过5000亿元) 世界十大严重污染城市 中国占： 个 7

我国城市空气污染综合指数的比较

我国城市空气质量达标情况对比

我国城市空气中主要污染物浓度变化趋势

我国大气SO2浓度最高的城市状况

中日两国部分城市SO2浓度比较

我国SO2可能排放情况的预测 年 万吨 SO2

温室效应

我们的地球 最近几十年来，地球日益变暖。 地球为什么会变暖？ 这是由于人类大量使用能源而 放出的热量使地球变暖的吗？

我们的地球 人类一年使用的全部能源 ＝80亿t 石油 ＝331016 kJ 如果把这些热量全部用于加热海洋，仅仅 可以使海水温度上升610-5℃，即加热一 万年，海水温度也只上升到1℃。

地球变暖的原因到底是什么？ 人类使用能源一天所放出的热量 ＝0.1 1016kJ； 地球一天从太阳获得的热量 ＝1500 1016kJ.

地球变暖的原因到底是什么？ 太阳射向地球的光约1/3被云层、冰粒和空气分子反射回去； 约25％穿过大气层时暂时被大气吸收起到增温作用，但以后又返回到太空； 其余的大约37％则被地球表面吸收。这些被吸收的太阳辐射能大部分在晚间又重新发射到天空。

地球变暖的原因到底是什么？ 如果这部分热量遇 到了阻碍，不能全 部被反射出去，地 球表面的温度就会 增加。

温室效应

温室气体 CO2不吸收短波，只吸收长波，于是， 地球表面吸收的太阳辐射就散不出去，从 而使地表温度升高，地球变暖。 温室气体（包括水蒸汽、SO2、甲烷、氟 利昂等）。

温室气体的来源

主要温室气体含量与来源

结论 由于人类大量使用化石 燃料，其排放出的CO2等 温室气体对辐射的选择 性和吸收特性是使地球 变暖的主要原因。

CO2与全球变暖

气候变化对环境的影响 地球表面变暖，在远离赤道的地方变化最显著。 虽然某些地区由于蒸发迅速和风型改变会变得更干燥，但全球降雨量增加。 沿海岸的亚热带出现更潮湿的季风。 在高海拔和高纬度地区更频繁地出现更大的风雪。 在内地，大陆中部地区出现较早的雪融和潮湿的春季，夏季漫长且来得早，干旱更加频繁。

气候变化对环境的影响 在高纬度地区，农业条件会更好些。 由于海水的边界向北移动，因此海洋冰量减少。 沿海海平面每世纪上升几英尺。 飓风更频繁、更强大，并向高纬度地区扩展。 森林火灾更频繁、更严重。 大量物种迅速灭绝。 由于气候的原因，人口死亡率增加。

解决温室效应的对策 1）提高能源的利用率，减少化石燃料的消耗量，大力推广节能新技术； 2）开发不产生CO2的新能源，如核能、太阳能、地热能、海洋能； 3）推广植树绿化，限制森林砍伐，制止对热带森林的破坏；

解决温室效应的对策 4）减慢世界人口增长速度，在农村发展“能源农场”，一方面利用种植薪柴树木通过光合作用固定CO2，另一方面燃烧薪柴比燃用化石燃料产生的CO2要少得多； 5）采用天然气等低含碳燃料，大力发展氢能。

酸雨

何谓酸雨 简单地说，酸雨就是酸性的雨。 被大气中存在的酸性气体污染,pH值小于5.65的雨叫酸雨。 pH值小于5.65的雪叫酸雪。

酸雨的PH范围

酸雨的形成 现代工业、农业和交通排放更大量，种类更多的污染物(包括酸碱性物质),且与尘埃一起升到高空,与天上的水蒸气相遇，就会形成硫酸或硝酸小滴，使雨水酸化。这时，落到地面的雨水就成了酸雨。 高硫煤和石油燃烧产生的SO2和NOx是造成酸雨的主要祸首。 自然活动和人类活动向大气排放若干物质形成酸雨；其中有的物质是中性的,如风吹浪沫漂向空中的海盐,NaCl,KCl 等；有的物质是酸性的，如SOx 和NOx 及酸性尘埃(火山灰)等；有的是碱性的，如 NH3及来自风扫沙漠和碱性土壤扬起的颗粒；有的本身并无酸碱性,但在酸碱物质的的迁移转化中可起催化作用，如CO和臭氧；降水的pH值是它们在雨水冲刷过程中相互作用和彼此中和的结果。自然活动和人类活动的排放规律完全不同：在较长时间内,如一个世纪以至几个世纪，前者的排放量大致不变；而后者,在某些经济正在腾飞地区几十年甚至十年内就有明显增加。因此，应该分开认识,使问题变得清晰化并便于提出针性的污染控制方案。

酸雨污染来源 造成雨水酸化之污染物很多，其污染来源大致可分为两类： 其一为自然物质，其二为人为物质。前者如：火山爆发喷出大量的硫化物及悬浮固体物，自然水域表面释放的硫化氢，动植物分解产生有机酸，土壤微生物及海藻释放的硫化氢、二甲基硫及氮化物等，都会使雨水的pH值降至5.0左右。

酸雨污染来源 后者则为工业化后，燃料的大量使用，燃烧过程中产生CO、 HCL、SO2、NOX及悬浮固体物，排放至大气环境中，经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质使得雨水的pH值降低，形成酸雨。

酸雨污染来源

酸雨的危害 会导致森林成片死亡，因为酸雨会损坏植物叶面和根部。 会使湖泊酸化，湖中鱼虾绝迹。 会破坏农田的土壤成分，使农作物减产甚至死亡。 会造成地下水酸化，引起对人体的危害。 会腐蚀建筑物和工业设备，造成重大的经济损失。 会对露天文物起腐蚀作用，加速文物资源的破坏甚至毁灭。

酸雨对湖泊的影响 酸雨因pH太低，造成泥土及岩石中的有毒金属元素溶解，流入地下水及河流中，使水中动物如魚类等大量死亡。水生植物和以河水灌溉的农作物，因累积有毒金属，将经由食物链进入人体，影响人类的健康，这就是累积作用（Concentration effect）。

酸雨对湖泊的影响 在欧洲和北美洲，酸雨所引起的湖泊酸化情形十分严重。瑞典內湖泊共有八万五千个，其中有约两万个已受到酸雨的影响。挪威有二百六十五个湖泊已经没有魚虾；而加拿大已有四百个「死湖」，以前有鮭魚的河川，現在都看不到鮭的踪影了。

湖和它的生态系统

酸雨对农作物的影响 酸雨会影响农作物的叶片，酸可以溶解叶表皮上的腊质，使植物的水份更易流失；同使土壤中的金属矿物因被酸雨溶解，造成矿物质流失，植物无法获得足够的养份。

受到酸雨危害的农作物 左图为叶子受酸雨危害的情形 右图为显微镜观察叶子內部的组织

酸雨对森林的影响 酸雨破坏农作物之外，对森林的树木也是一样，阿尔卑斯山和西德黑森林，西德，瑞士、英国等的森林中，半数以上的树木也呈枯黃，枝叶掉落。在加拿大魁北克，在受损严重的山区，绝大部份的树木已经枯萎。另外，美国的针叶林也遭受伤害。

酸雨对树木和土壤的影响

酸雨对建筑物的影响 酸雨腐蚀建筑物、公共设施、古迹和金属物质，造成人类经济、财物及文化遗产的损失。酸雨对希腊神殿，罗马遗迹和西德大教堂等历史性建筑遗迹也有很大影响。 酸性粒子也會沈積在建築物和雕像上，造成侵蝕。例如,建在渥太華的美國國會大廈一直被大氣中過量的二氧化硫瓦解。石灰岩和大理石跟酸接觸後會轉變為一種粉碎物質，稱為石膏。此外，橋樑以更快的速度被腐蝕，鐵路工業和飛機工業同樣的必須花費更多的錢來修補由酸雨造成的損害。酸雨不僅造成了經濟負擔上的問題，而且也對一般大眾的安全產生危險。舉一個實例，1967年俄亥俄河上的橋倒塌，造成46人死亡。原因為何？由於酸雨的腐蝕。

酸雨对建筑的影响

酸雨对人类的影响 酸雨对人体也有不良的影响。酸雨引起眼睛和皮肤疼痛，甚至令人脱发，对人体造成伤害。 酸雨污染对人类最严重的 副作用就是呼吸方面的 问题。二氧化硫和二氧 化氮会引起呼吸方面的 问题，例如哮喘、干咳、 头痛、和眼睛、鼻子、喉咙的过敏。 酸雨對人類的影響，我們最直接的反應就是會〝禿頭〞，但是否真正會導致禿頭，科學家們仍再努力研究，但大家還是少淋雨為妙。 酸污染對人類最嚴重的副作用就是呼吸方面的問題。二氧化硫和二氧化氮的射出物會引起呼吸方面的問題，例如哮喘、乾咳、頭痛、和眼睛、鼻子、喉嚨的過敏。對人類而言，酸雨的一個間接影響就是溶解在水中的有毒金屬被水果，菜蔬和動物的組織吸收。雖然這些有毒金屬不直接影響這些動物，但是吃下這些動物卻對人類的產生嚴重影響。例如，累積在動物器官和組織中的汞與腦損傷和神經混亂有關聯的。同樣地，在動物器官中的另一種金屬，鋁，與腎臟的問題有關，近來也被懷疑與老年癡呆症的疾病有關。

我国酸雨分布 我国覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区， 面积达200多万 平方公里的酸雨 区是世界三大酸 雨区之一。

酸雨 和 SO2控制区

我国SO2可能排放情况的预测 年

酸雨控制对策 1.制定酸雨和SO2污染控制区综合防治规划 2.针对煤炭：限制高硫煤，洗煤，型煤 3.针对用煤：削减排放总量，能源结构调整 5.强化控制区环境监督管理

臭氧层的破坏

臭氧层的破坏 根据最新的卫星和地面观测网的资料，今年臭氧空洞的面积已经达到2500万平方公里，预计可能达到或超过去年创纪录的2800万平方公里。

臭氧层的破坏 近几十年来，由于人类大量使用含氯、氟等化学合成物质作为制冷剂，导致臭氧空洞的出现和不断扩大。

臭氧空洞的产生 氯氟烃释放到大气中，再上升到高空时，会分解出氯原子。自由的氯原子遇上臭氧分子后，会夺走臭氧分子O3中的一个氧原子，使之变成为普通的氧分子O2。每一个氯原子可以把上万个臭氧分子变成普通氧分子。根据实验数据显示，平均每一个氯原子，可以消灭10000个臭氧分子，其威力惊人。

臭氧空洞的产生 其结果是，高空中由臭氧分子组成的臭氧层就被大大损耗了，出现了臭氧层变薄，甚至臭氧空洞的现象。

臭氧空洞—人类的威胁 根据调查显示，自 1978年开始的十年內，全球各纬度平流层的 臭氧含量降低约 1.2%至10%不等，南极上空则是臭氧被破坏最严重的地区，甚至在春季期间更会出现所谓的「臭氧洞」。

臭氧空洞—人类的威胁 南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的，可是仅在一个世纪里就被破坏了60％。 目前全球臭氧层削减率正以每年2%至3%的速度在进行，如果任其发展，在二十一世紀末，平流层臭氧含量将降至目前的一半以上，届时，人类将会面临一场空前的浩劫 !

历年的南极臭氧

破坏臭氧层的后果 地球上的生物能在陆地上生活，是因为集中在平流层中的臭氧，对于阳光中的紫外线具有隔除的作用，如果沒有臭氧层的话，进入大气层的紫外线很容易被细胞核吸收，破坏生物的遗传物质DNA ，陆地上的生物便无法存在了、而保护所有生物的臭氧层，目前正受到人类持续不断的破坏。

破坏臭氧层的后果 据科学研究，臭氧減少10%。紫外线可能增加20%，同時皮肤癌患者可能增加30%，此外还会产生下列几种现象: (1)白內障罹患率增加。 (2)免疫系统受到抑制。 (3)谷物的收成减少，品质降低。植物和浮游生物減少，破坏自然界的生物链。

破坏臭氧层的后果 (4)塑膠、橡膠制品加速老化。 (5)紫外线直射会引起对流层臭氧的增加，致使产生光化学烟雾，造成空气污染。

臭氧层变薄对健康的危害

保护臭氧层 目前，最早使用CFC的24个发达国家已于1985年和1987年分别签署了限制使用CFC的《维也纳公约》和《蒙特利尔议定书》。1993年2月，中国政府批准了忡国消耗臭氧层物质逐步淘汰方案》，确定在2010年完全淘汰消耗臭氧层物质。

保护臭氧层 人类尚未找到对已破坏了的臭氧层进行补救的措施，但全世界正努力限制和停止对消耗臭氧层物质的生产。另一方面，人类正努力开发无害的制冷剂、发泡剂等。任何关心保护臭氧层的普通人都可以通过选择对臭氧层无害的消费品，来参与保护臭氧层行动。

热污染

何谓热污染 热污染是指日益现代化的工农业生产和人类生活中排放的各种废热所造成的环境污染。 热污染可以污染大气和水。 火力发电厂、核电站和钢铁厂的冷却系统排出的热水，以及石油、化工、造纸等工厂排出的生产性废水中均含有大量废热。

热污染对水生物的影响 热污染首当其冲的受害者是水生物，由于水温升高使水中溶解氧减少，水体处于缺氧状态，同时又使水生生物代谢率增高而需要更多的氧，造成一些水生生物在热效力作用下发育受阻或死亡，从而影响环境和生态平衡。

热污染对人体健康的影响 河水水温上升给一些致病微生物造成一个人工温床，使它们得以滋生、泛滥，引起疾病流行，危害人类健康。

热污染对人体健康的影响 随着人口和耗能量的增长，城市排入大气的热量日益增多。按照热力学定律，人类使用的全部能量终将转化为热，传入大气，逸向太空。

热污染对大气的影响 这样，使地面反射太阳热能的反射率增高，吸收太阳辐射热减少，沿地面空气的热减少，上升气流减弱，阻碍云雨形成，造成局部地区干旱，影响农作物生长，使土壤沙化，严重时会造成的灾害，使人类生命财产受到威胁。

热污染对大气的影响 近一个世纪以来，地球大气中的二氧化碳不断增加，气候变暖，冰川积雪融化，使海水水位上升，一些原本十分炎热的城市，变得更热。

热污染对大气的影响 专家们预测，如按现在的能源消耗的速度计算，每10年全球温度会升高0.1℃～0.26℃；一个世纪后即为1.0℃～2.6℃，而两极温度将上升3℃～7℃，对全球气候会有重大影响。

造成热污染的根本原因 造成热污染最根本的原因是能源未能被最有效、最合理地利用。随着现代工业的发展和人口的不断增长，环境热污染将日趋严重。

如何减少大气热污染? 1.提高热效率可减少热污染。 2.利用废热也可减少热污染。 3.利用降温冷却减少大气热污染。

放射性污染

放射性污染 放射性现象的发现，核能的开发带给人类的另一巨大福利是核技术在科研、教育、医疗、工业、农业等许多领域中的广泛应用，这种应用也伴随着现实的或潜在的放射性污染。

放射性污染 在和平利用核能的过程中，放射性污染主要是在核电厂等核设施营运、放射性同位素和射线装置应用等过程中产生的。 管理严格、设计良好的核电厂在正常运行时，产生的放射性污染很小。

放射性污染 但是，核电厂等核设施从建设、运营及退役全过程中都存在着潜在的放射性危害。若不加强管理，核电厂在任何环节发生事故时，都会造成严重的放射性污染，威胁公众健康。

放射性污染 从污染物对人和生物的危害程度看，放射性物质要比其它污染物严重得多。 正因为如此，从核能开发以来，人们就对放射性污染的防治极其重视，采取了一系列严格的措施，并将这些措施以法律的形式明确下来。

能源对人体健康的影响

能源对人体健康的影响 化石燃料燃烧时排放的大量粉尘、SO2、H2S、Nox等除了污染环境外，还会影响人体健康。

Emission Trend of SO2 and Dust

TSP年均浓度

能源对人体健康的影响 1.过量的SO2会导致呼吸道疾病，最典型的例子是1952年发生的伦敦烟雾事件。 2.原煤中均含有微量重金属元素，这些元素在燃烧过程中会随烟尘和炉渣排出，从而对大气、水和土壤产生污染，并影响人体健康。

能源对人体健康的影响 砷：使人体细胞正常代谢发生障碍，导致 细胞死亡 铅：影响神经系统，抑制血红蛋白的合成 代谢 镉中毒：引起肾功能障碍 汞中毒：引起肾功能衰竭，并损害神经系统 镍：制癌物质，某些铬化合物可能致肺癌

能源对环境的影响 能源对环境的影响是一种综合的影响。 我国是发展中国家，改革开放以来随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高，环境污染也日趋严重。

第六节 能源的可持续发展

可持续发展的深刻内涵 （1）“发展”是大前提，即发展是人类永恒的主题。 （2）“协调性”是核心。 （3）“公平性”是关键。 （4）“科学技术进步”是必要保证。

世界能源问题 世界性的能源问题主要反映在能源短缺及供需矛盾所造成的能源危机。 世界能源面临的另一问题是，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对环境质量的要求也越来越高，相应的环保标准和环保法规也越来越严格。

我国能源问题 1）人均能源资源相对不足，资源质量较差，探明程度低。 2）能源生产消费以煤为主。 3）能源工业技术水平低下，劳动生产率较低。 4）能源资源分布不均，交通运力不足，制约了能源工业发展。

我国能源问题 5）能源供需形势依然紧张。 6）能耗水平高，能源利用率低下。 7）农村能源问题日趋突出，影响越来越大。 8）能源环境问题日趋严重，制约了经济社会发展。

我国能源问题 9）能源开发逐步西移，开发难度和费用增加。 10）从能源安全角度考虑，面临严重挑战。 11）能源建设周期长，投资超预算。 12）能源价格未能反映其经济成本和能源资源的稀缺性。

中国能源可持续发展的对策 三个手段： 加强政府的宏观决策和行政管理 运用市场机制的调节作用 利用经济增长的机遇

解决我国能源问题，应采取的措施 1、努力改善能源结构； 2、提高能源利用率； 3、加速实施洁净煤技术； 4、合理利用石油和天然气； 5、加快电力发展速度；

解决我国能源问题，应采取的措施 6、积极开发利用新能源； 7、建立合理的农村能源结构，扭转农村 严重缺能局面； 8、改善城市民用能源结构，提高居民生 活质量； 9、重视能源的环境保护。

“地球是宇宙中唯一已知的可以维持生命的星球” “人类寻求经济发展及享用自然界丰富的资源，必须符合资源有限的事实及生态系统的支持能力，还必须考虑子孙后代的需要” ——《世界自然资源保护大纲》