能源与环境问题

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能源与环境问题
核能 (nuclear energy)
• 1945: 第一颗原子弹爆炸 • 1951: 第一座核电站建成
• 目前，31个国家拥有439 座核电站，供应17%的世 界电力．
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•1945: 第一颗原子弹爆炸
1945年8月6日美国向日本广岛投下原子弹。此弹 重4082公斤，弹长3.05米，弹径0.711米，装料为10公 斤铀235，当量为1.25万吨，因为该弹细长，被称为 “小男孩”。原子弹造成了死亡7.1万人，伤6.8万人， 遭到破坏的总面积达12平方公里，破坏建筑物5万余所。 在距离爆炸地点约200米的半径内，高温及炫目的光线 使周围的一切东西被烧毁或者褪了颜色，强烈的冲击波 把烧焦的人体和物体溅到墙壁上。一座繁荣的城市瞬间 变成了烟雾弥漫的废墟。
• 危机之一：环境恶化 • 危机之二：化石燃料的耗竭
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能源与环境问题
（一）化石燃料利用对环境的影响 • 1、大气污染物浓度上升，酸雨、烟雾增加 • 2 、温室效应加重，全球气候变暖 • 3 、石油开采和运输影响生态环境
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（一）化石燃料利用对环境的影响
化石燃料的燃烧使大气和水资源遭受严重污染。大气 中主要的五种污染物是：氮氧化物（如NO与NO2）、二氧 化硫（SO2）、各种悬浮颗粒物、一氧化碳（CO）和碳氢 化合物（如CH4、C2H6、C2H4等）。
核能 水电 太阳能 其他能源：如地热，生物质能等；
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（一） 核能
核能是一种可持续的新能源。核能的和平利用是 开发和利用新能源，实现能源与环境可持续发展的重要 措施之一。
利用核能进行发电的电厂称为核电站。简单说，核 电站是用核燃料代替煤等有机燃料来发电或者供热，燃 烧核燃料的原子锅炉称为反应堆。现有核电站所用的核 燃料，在地球中的储量，按能量计量是有机燃料燃烧的 能量的20倍，且核发电没有火力发电对环境的污染。
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常规能源可利用年限预测（自2000年）
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•（二） 能源供应危机
•讨论
在校园里我们可从哪些方面节能？
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•对策：替代能源的开发利用
核能 可再生能源
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•四、新能源的开发利用
（一） （二） （三） （四）
23.7 13.6 7.0 5.2 4.0 3.6 2.6
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煤炭开发对环境的影响
煤炭开采量的增加，首先破坏了隔水层，使得煤层 上下水贯通；其次，矿坑水的排放疏干了煤层以上的地 下水，破坏了上部所有的蓄水构造。另外，采空面积的 扩大造成地面大面积的裂缝和塌陷，改变了地表水、地 下水的径流、补给与排泄条件，对水资源也产生了极大 影响。采一吨煤至少漏一吨水，大规模煤炭开采导致河 川径流减少、地下水位下降、土地塌陷，造成饮水工程 破坏和农村的饮水困难。
目前世界上最严重的大气污染来自化石能源燃烧造 成的大气中二氧化碳量的增加。带来的主要后果是：酸雨、 温室效应和臭氧层破坏。
其来源主要有三个方面：
① 煤、石油等化石燃料的燃烧；
② 汽车排放的废气；
③ 工业生产（如各种化工厂、炼焦厂等）产生的废气。 而其中燃烧化石燃料的火力发电厂是最大的固定污染源。
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•原子弹“小男孩”
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核能和平利用历程
核能的和平利用始于上世纪50年代初期。1951年美国 利用一座生产钚的反应堆的余热试验发电，电功率为200 千瓦。1954年，苏联在莫斯科附近的奥布宁斯克建成了世 界上第一座核电站，输出功率为5000千瓦。于是，人类开 始了和平利用原子能的历史。
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应当指出，核能发电具有以下有优点：
（１）核能是干净清洁的能源
核能发电可以使燃煤用量迅速减少，使SO2和CO2等 大气污染物排放减少。如美国，从1975年到1995年，20 年间因为发展核电，而减少排放16亿吨CO2和6500万吨SO2。 法国已把核电作为国民经济主要能源。核电站占全法国 发电量的78%，法国能有一个清洁的空气环境，其中有法 国发展核电的作用。由于核电站并不排放火电厂燃烧化 石燃料所产生的有害气体，不会造成“温室效应”，所 以与火电厂相比，它能大大改善环境质量，保护人类赖 以生存的生态环境。在国外，核电站周围有人居住、游 泳、放牧、钓鱼；有的核电站位于大城市附近，有的位 于游览区。所以，核电站更有利于保护环境。
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•世界CO2排放量统计（1995年）
国名 美国 中国 俄罗斯 日本 德国 印度 英国
排放量（百万吨） 人均（吨/人） 百分比
5228.52 3006.77 1547.89 1150.94 884.41 803.00 564.84
19.88 2.51 10.44 9.17 10.83 0.86 9.64
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（五）、按对环境的影响分： 1、环保型能源（清洁能源）：太阳能、风能、水能
（潮夕能、水势能）、氢能、天燃气、乙醇等。 2、非环保型能源：煤、石油。
•风力发电机
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•太阳能热水器
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•二、世界能源生产现状
•世界能源结构
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能源与环境问题
国际经验表明，核电是一种经济、安全、可靠、清洁 的能源，大规模核电的发电成本低于煤电。根据国际原子 能机构发布的数据，截止2002年底，全世界共有441台核 电机组在运行，总装机容量为3.6亿千瓦。核电约占全世 界电力供应的17%。目前核电已有几十年的发展历史，核 电已成为一种成熟的能源。
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之后，英国和法国相继建成一批生产钚和发电两用的 气冷堆核电站，美国利用其核潜艇技术建成了电功率9万 千瓦的第一座压水堆核电站。那时，各有核国家在抓紧核 武器竞赛的同时也竞相建造核电站。至上世纪70年代中期 进入了发展核电站的高潮，那时核电站增长的速度远高于 火电和水电。前苏联、美国、法国、比利时、德国、英国、 日本、加拿大等发达国家相继建造了大量核电站．
然气（光合作用植物使生长）、风能等都间接来自太阳能。 2、地球自身产生的能量。地热能，水势能（由地球引
力产生）原子核能（核燃料存在于地球自然界） 3、星球间的相互作用产生的能量。由月球、太阳等天
体对地球的引力而产生的能量，如潮汐能。
（二）、按其是否可再性分： 1、可再生能源：沼气、乙醇、氢气、柴草。水能也属
•世界能源消耗趋势
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能源与环境问题
•能源结构的变迁
历史上，伴随着新的化石资源的发现和大规模开采与 应用，世界的能源消费结构经历了数次变革。
18世纪的以煤炭替代柴薪。
19世纪中叶煤炭已经逐渐占主导地位。
20世纪20年代，随着石油资源的发现与石油工业的发 展，世界能源结构发生了第二次转变，即从煤炭转向石油 与天然气。
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能源与环境问题
核能和平利用历程
我国自80年代开始，设计和建造核电站，自行设计的 秦山核电站于1991年并网发电。同年大亚湾核电站并网发 电。到目前为止，中国大陆正在运行和建设的共有11台核 电机组，到2005年，我国核电在役装机容量将达到870万 千瓦，核发电量将占全国总发电量的3%左右。
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•核裂变(nuclear fission)
•链式反应(Nuclear Chain Reaction)
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核聚变 (Nuclear fusion)
•2H
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•3H
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核能利用的诞生
1939年梅特纳在研究铀核裂变时发现，当把裂变碎 片的原子量相加起来时，发现其和并不等于铀的原子量， 而是小于铀的原子量。弗里施在做用中子轰击铀的实验 中，观察到每当中子击中铀核时，异常巨大的能量几乎 把测量仪表的指针逼到刻度盘以外。铀核分裂产生的这 个能量，比相同质量的化学反应放出的能量大几百万倍 以上。梅特纳认为在核反应过程中，发生了质量亏损， 这个质量亏损的数值正相当于反应所放出的能量，并且 根据爱因斯坦的质能关系式算出了每个铀原子核裂变时 会放出的能量。爱因斯坦的这个质能关系正确地解释了 原子能的来源。就这样，人们发现了“原子的火花”， 一种新形式的能量。这个能量就是原子核裂变能，也称 核能或原子能。
8能源与环境问题
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2020/12/16
能源与环境问题
一、能源的类型
•可再生能源
•一次能源 •常规能源 •不可再生能源
•能 源
•二次能源
•新能源
•可再生能源
•不可再生能 源
•思考：可再生能源？ 如何界定是否可再生？
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能源与环境问题
（一）、按其来源分： 1、太阳能。除太阳的辐射能之外，煤炭、石油、天
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（二） 能源供应危机
今天的世界人口已经突破60亿，比上个世纪末期增 加了2倍多，而能源消费据统计却增加了16倍多。无论多 少人谈论“节约”和“利用太阳能”或“打更多的油井或 气井”或者“发现更多更大的煤田”，能源的供应却始终 跟不上人类对能源的需求。当前世界能源消费以化石资源 为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部 分则是以石油与天然气为主。按目前的消耗量，专家预测 石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维 持一二百年。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临 的能源危机都日趋严重。
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能源与环境问题
（１）核能是干净清洁的能源
此外，核电站严格遵守国际标准，对人民生活不 会产生有害影响。核电站的三废治理与主体工程同时设 计，同时施工，同时投产。其原则是尽量回收，把排放 量减至最小。核电站的固体废物完全不向环境排放；放 射性液体废物转化为固体也不排放；象工作人员淋浴水、 洗涤水之类的低放射性废水，经处理、检验，合格后排 放；气体废物经滞留衰变与吸附、过滤后向高空排放。 所以，核电站实际排放的放射性物质量远低于标准规定 的允许值，不会对人的生活与工农业生产带来有害影响。
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•核能利用的诞生
但当时，人们只注意到了释放出惊人的能量，却忽 略了释放中子的问题。稍后，哈恩、约里奥·居里及其同 事哈尔班等人又发现了更重要的一点，也是最引人注目的 一点，就是：在铀核裂变释放出巨大能量的同时，还放出 两、三个中子来。一个中子打碎一个铀核，产生能量，放 出两个中子来；这两个中子又打中另外两个铀核，产生两 倍的能量，再放出四个中子来……。以此类推，这样的链 式反应，持续下去，宛如雪崩，势不可挡。这意味着：极 其微小的中子，将有能力释放沉睡在大自然界中几十亿年 的物质巨人。
于是，20世纪末，能源结构开始经历第三次转变， 即从以石油为中心的能源系统开始向以煤、核能和其它 再生能源等多元化的能源结构转变。特别是随着时间的 推移，核能的比例将不断增长，并将逐步替代石油和天 然气而成为主要的大规模能源之一。
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能源与环境问题
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能源与环境问题
三、能源利用面临的危机
2、二次能源：油、柴油、煤气、焦炭、电力、等。 由一次能源经过加工或转换得到的另一种形态的能源。
（四）、按使用的频率分： 1、常规能源：煤炭、石油、天然气、柴草、水能
（利用水能发电）等都属常规能源（也叫传统能源）。 就是指已经大规模生产和广泛利用的能源。
2、非常规能源（新能源）：核能、聚变能、氢能、 乙醇汽油、可燃冰等。指以新技术为基础，系统开发利 用的能源。
于再生能源（如葛洲坝水电站和三峡水电站，只要长江水 不干涸，发电也就不会停止）。
2、不可再生能源：化石能源——石油、煤、天然气。
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能源与环境问题
（三）、按自然界中是否存在分： 1、一次能源： 石油、煤、天然气、地热、潮汐、
太阳能等。指在自然界现成存在的，可以直接取得且不 必改变其基本形态的能源。
20世纪60年代，石油与天然气已逐渐称为主导能源， 动摇了煤炭的主宰地位。
20世纪70年代以来两次石油危机的爆发，开始动摇了 石油在能源中的支配地位。以此同时，大部分化学能源的 储量日益减少，并伴随着许多环境污染问题。
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能源与环境问题
•能源结构的变迁
而人类对能源的需求却在与日俱增。例如主要能 源形式之一的电力消耗逐年增加。根据统计，人口若每 30年增加一倍，电力的需求量每八年就要增加一倍。