何强环境学导论课件-第6章

9.4 地热能
西藏羊八井地热发电厂
1 地热的来源与分类
地热蒸汽是地下水在某种地质条件下受地热的作用而产生的(见 图9－4)。
2 地热发电站
截至2001年底，全世界地热发电站约有300座，总装机容量接近 1×104MW，分布在20多个国家，其中美国占40％。
3 地热发电与环境
应用地热发电对环境的影响有下述几方面： （1）地热蒸汽的温度和压力都不如火力发电站高，因此地热利用 率低，象盖塞斯老发电机组的热效率只有14.3％，以致冷却水用 量多于普通电站，热污染也比较严重。 （2）地热电站也可利用冷却塔将余热释放到大气中，以避免上 述的热污染。 （3）从冷却塔排出的废蒸汽和废水产可能含有H2S等有毒气体， 应予重视并及时加以处理，以免污染厂区附近的空气。 （4）地热属于再生比较慢的一种资源。
9 未来的能源供应
• 9.1 利用生态学原理解决能源问题 • 9.2 太阳能的利用 • 9.3 未来的核能 • 9.4 地热能 • 思考题与习题
9.1 利用生态学原理解决Leabharlann Baidu源问题
1 控制人口，减少能源消耗 必须控制人口的增长，同时也要控制个人的 能量消耗，不能无节制地提高生活水平或追 求个人舒适与方便，这样才能使能耗与环境 所能提供的能量相协调。
0
500
1000 深 度 /m 7～15km 0 100 200 300 400 500 图9－4 地表水的蒸汽来源
思考题与习题
1）你认为该如何利用生态学原理解决人类的能源供应 问题？ 2）你认为人类未来的能源主要有哪些？这些能源的开 发利用对环境有什么影响？ 3）增殖反应堆为什么能使“燃料”增殖？ 4）试述获取核聚变能的基本原理。 5）试举几种利用生物质能的例子，并分析其在人类能 源供应与解决环境问题中的地位与作用。 6）试计算1L海水中蕴藏的核聚变能，相当于多少升石 油燃油产生的能量？
3）海洋能

海洋能
波浪能
海洋 温差能
潮流能
盐浓度梯度 中的能量
9.3未来的核能
1 快中子增殖反应堆（fast-breeder- reactors）及其环境影 响
（1）增殖堆的核反应过程 利用中子轰击产生裂变同位素的反应式如下：
238
U n U 239Np239Pu 92 93 94
2 太阳能是重要的能源
自然生态系统维持正常运转所需要的能量，全部来自太阳。 太阳能是洁净的、用之不尽的可再生能源。因此它仍不失 为人类社会极其重要的能源。但是太阳能也有其缺点。首 先，它的能量分散，能量密度平均仅约1kW／m2；而且其 数值还因地而异，变化辐度很大。最有利于收集和开发太 阳能的地方限于南、北纬35°之间，这些地区太阳能的入 射量是1.25～2.5×104KJ/（m2·d），每年接受日照的时 间是2000～2500h。此外，太阳能投射到地表的过程中， 还常受到不可预测的因素的干扰，具有不连续和不稳定的 性质。
太阳能利用系统对环境的影响


（1）无有毒气体排出，也无可能影响地球气 候的二氧化碳排出。 （2）占地面积与化石燃料及核能电站相当。 （3）余热的排出低干其他热电站。 （4）太阳能集热系统吸收太阳能后，减少了 地面、建筑物等反射回空间的能量，结果影响了 大气中的温度梯度、大气组成、云层、风等。 （5） 巨大的集热系统、聚光装置，严重影响 景观，以致改变建筑风格和建筑设计规范。
在城市也可以利用有机废物产生沼气。
图9－3是城市制取沼气的流程图。
污水 混 污泥 合 粪便 垃 圾 食物下 脚 其他
预 处 理 设 施
好 氧 消 化
厌 氧 消 化
沼 气
能 量 转 换 装 置
加温装臵 其他耗 能
肥 料
图9－3 城市制取沼气流程图
2）
风能
（1）优点：洁净；取之不尽 （2）缺点：分散、间歇、能量密度不高，风力不均匀 （3）风能利用的环境影响：噪声；风车布置不当时， 也会影响景观，甚至造成鸟类撞击伤亡而破坏生态平 衡。巨型风车会因桨叶强度不够，或受飓风袭击，部 件外抛造成事故等。这些情况均需加以周密考虑。
3 多渠道解决能源供求的平衡
4 充分利用能源并减少浪费
9.2太阳能的直接利用
太阳辐射
自然过程 植 物
生物 质能 大 气 风 能 水 海 圈 洋 水 海流 能 波浪 温差
工艺技术 热 光电
工艺技术
有用能 图9－1 太阳能利用形式概念图
1 太阳能的直接利用与环境影响
太阳辐射是地球上生物得以存在得重要因素。 直接利用太阳能的主要设备有太阳能集热器、蓄热水箱、 太阳灶、太阳屋、太阳能热电转换系统和光电转换系统 等。
239 93
23.5min β 2.35d β 90
（2）增殖堆的操作特点与安全问题 （1）燃料堆芯需用不同的冷却剂 （2）轻水堆在水冷却剂发生流失事故时，因缺少慢化剂， 堆便自动停车 （3）生产和处理大量钚－239的操作特别危险 （4）钚的生产是原子弹制造中最重要的一个步骤，大约 7～10kg钚即足够制造一颗原子弹
2 太阳能的间接利用与环境影响
1）生物质能与沼气
（1）生物质能。生物体直接或间接吸收太阳能并不断进行 转化，成为维持生命活动的能源，就是生物质能。通常 作能源消耗掉的生物质能，包括薪柴、木炭、农副产品 的下脚料或废弃物（如谷壳、甘蔗渣、秸杆）、能源树、 杂草、人畜粪便，以及上述物质经过一定的工艺过程而 制成的醇类、沼气等。
氢
氧
硫化氢
体积分数/％
55～65 35～45
0～3 0～1 0～1 0～1
厌氧分解
淀粉
麦芽糖 葡萄糖 乙醛
乳酸 丙酸 乙酸 甲酸
甲烷
有 机 废 物
脂肪
甘油低级脂肪酸 乙醛 脂肪酸 乙酸 二氧化碳
丙酸
水
蛋白质
尿素 氨基酸 乙酸 亚胺酸 丙 酮醋酸
图9－2 沼气的形成过程
影响生酸菌与甲烷菌平衡的参数有4个： ① 温度：分中温和高温两种沼气化过程。 ② 密封、缺氧。 ③ pH6.7～7.0 ④ 要有足够的营养素氮与磷。 除上述因素外，沼气的产量还受其原 材料的影响。
（2）沼气。它是利用城市垃圾、污水、污泥、 人畜粪便、庄稼秸杆、杂草等废弃物经好 氧分解和厌氧分解二个阶段而得到的混合 气体(见表9-3 )。沼气的热值视其中甲烷的 含量而定，一般为（2～2.6)×107J/m3。 图9-2 表示出沼气的形成过程。
组成
甲烷
二氧化碳 氮
表9－3 沼气的组成
好氧分解
2 核聚变能及其环境影响
1）核聚变反应
1
2
62 D
4He+2p+2n+43.1MeV
2）核聚变的优点
聚变能对环境也有影响。聚变反应不产生裂变碎片。所以
其放射性问题不如裂变反应那样严重。 在安全方面，聚变反应堆不象裂变反应堆那样存在着偏离 额定值的所谓功率聚增事故，





也不存在象钚那样转变为核武器材料的问题。 更不存在来自阴谋破坏和天然灾难所造成的危险。 由于氘－氚聚变反应的热利用率为50％～60％， 它的热污染问题较其它任何发电方法为少。此外， 还可以不通过蒸汽回路直接利用聚变能发电。 综上所述，由此看来，聚变反应也是较有希望的 一种新的能源。核聚变能极可能成为未来的最终 能源，至少在发电方面是这样的。 聚变能发电不但在燃料供应上不受限制，而且对 环境的影响也较少。不过，通过核聚变能发出的 电量，已经在当今电力供应中占有越来越大的比 重。