能源與環(huán)境論文

1、能源與環(huán)境論文一、能源能源作為新世紀(jì)發(fā)展的動力，是制約經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，這關(guān)系著一個國家 的經(jīng)濟安全和國家安全。在過去近100年中，由于煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源占 據(jù)著主要地位。而由于20世紀(jì)中葉以前，人類對能源影響環(huán)境的嚴(yán)重性沒有給予 足夠的重視，導(dǎo)致了溫室氣體的急劇增加，極端氣候增加，酸雨區(qū)增多等，嚴(yán)重影 響了人類的生存環(huán)境和日常生活質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計我國的能源蘊藏量位居世界前列，但同時也是世界第二大能源生產(chǎn)國與 消費國。中國一次能源資源總儲量估計為4萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。但是人均能源資源占有 量和消費量遠(yuǎn)低于世界平均水平。1990年，中國人均探明煤炭儲量147噸，為世 界平均數(shù)的41.4%;人均探

2、明石油儲量2.9噸，為世界平均數(shù)的11%;人均探明天然 氣為世界平均數(shù)的4%;探明可開發(fā)水能資源按人口平均也低于世界人均數(shù)。從人均 能源消費看，1994年世界平均為1433千克油當(dāng)量，發(fā)達(dá)國家為5066千克油當(dāng) 量，中國大約為670千克油當(dāng)量。1997年中國人均擁有電力裝機容量0.21千瓦、 人均用電量900kWh，僅相當(dāng)于世界平均水平的1/3。中國能源開發(fā)利用呈現(xiàn)出以下 主要特點：一是能源以煤炭為主，可再生資源開發(fā)利用程度很低。中國探明的煤炭資源占 煤炭、石油、天然氣、水能和核能等一次能源總量的90%以上，煤炭在中國能源生 產(chǎn)與消費中占支配地位。20世紀(jì)60年代以前中國煤炭的生產(chǎn)與消費占能源

3、總量的 90%以上，70年代占80%以上，80年代以來煤炭在能源生產(chǎn)與消費中的比例占75% 左右，其他種類的能源增長速度較快，但仍處于附屬地位。1995年，世界能源生 產(chǎn)總量達(dá)到123萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，固體、液體、氣體、水電和核電的比重分別為28.3%、38.4%、23.5%和9.8%。在世界能源由煤炭為主向油氣為主的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程 中，中國仍是世界上極少數(shù)幾個能源以煤為主的國家之一。二是能源消費總量不斷增長，能源利用效率較低。隨著經(jīng)濟規(guī)模的不斷擴大， 中國的能源消費呈持續(xù)上升趨勢。19571989年中國能源消費總量從9644萬噸標(biāo) 準(zhǔn)煤(SCE)增加到96934萬噸，增加了 9倍。19891999

4、年，中國能源消費，從 96394萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤增加到122000萬噸，增長26%。受資金、技術(shù)、能源價格等因素 的影響，中國能源利用效率比發(fā)達(dá)國家低很多。能源綜合利用效率為32%，能源系統(tǒng)總效率為9.3%，只有發(fā)達(dá)國家的50%左右。1994年單位GNP能耗(噸標(biāo) 準(zhǔn)煤/千美元)比較，中國分別是瑞士、意大利、日本、法國、德國、英國、美國、 加拿大的14.4倍、11.3倍、10.6倍、8.8倍、8.3倍、7.2倍、4.6倍、4.2倍。三是能源消費以國內(nèi)供應(yīng)為主，環(huán)境污染狀況加劇，優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)不足。中國 經(jīng)濟發(fā)展主要建立在國產(chǎn)能源生產(chǎn)與供應(yīng)基礎(chǔ)之上，能源技術(shù)裝備也主要依靠國內(nèi) 供應(yīng)。90年代中期以前，中

5、國能源供應(yīng)的自給率達(dá)98%以上。隨著能源消費量的持 續(xù)上升，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)造成城市大氣污染，過度消耗生物質(zhì)能引起生態(tài)破 壞，生態(tài)環(huán)境壓力越來越大。世界銀行認(rèn)為，中國空氣和水污染所造成的經(jīng)濟損 失，大體占國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%8%。中國有的學(xué)者甚至認(rèn)為中國環(huán)境破壞經(jīng)濟損失 占到國民生產(chǎn)總值的10%。以上這幾點對我國能源環(huán)境問題提出了嚴(yán)峻的要求，要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就要提 高能源利用率，減低環(huán)境的破壞，加大新能源的開發(fā)利用力度。二、環(huán)境地球上不同種類的能源對環(huán)境會產(chǎn)生各種影響。隨著全球經(jīng)濟發(fā)展對能源需求 的不斷增加以及石油價格攀升，煤炭成為緩解全球能源緊張的重要資源，煤炭的消 費量占全球能源消費總量

6、的26%。煤炭開采時要空出相當(dāng)多的廢碎石及砰石，砰石 中的硫化物緩慢氧化發(fā)熱，如散熱不良或未隔絕空氣就會自燃，目前有9%的砰石 堆正在自燃，釋放出二氧化碳、二氧化硫及其它有害物質(zhì)。煤礦可能伴生硫、砷、 銘、鎘、鉛、汞等元素與苯并芘之類的有機物，燃燒中進(jìn)入氣灰或渣，有的部分分 解。每噸煤會產(chǎn)生13KG的煙塵，同時氡也隨氣體排出。煤炭燃燒后灰渣中雜質(zhì)的濃度將增高許多倍，經(jīng)過煅燒與粉碎有害物質(zhì)將變?yōu)?更容易進(jìn)入水或空氣的形態(tài)，從而增加環(huán)境的負(fù)擔(dān)，以至火電站釋放出的放射性物 質(zhì)比核電站多。因此煤炭使用的關(guān)鍵問題是將加劇環(huán)境的污染，導(dǎo)致全球氣候變暖 以及煤炭中產(chǎn)生的廢氣將造成呼吸系統(tǒng)疾病增加、汞中毒等不

7、良后果。對于煤炭污 染的緩解辦法是，通常二氧化碳需通過提高利用效率與節(jié)能減少污染，其它有害物 質(zhì)在燃燒前可采用潔凈煤技術(shù)首先去掉無用有害雜質(zhì)雜物等，燃燒中可采用沸騰床 加石灰以固定硫，選用適當(dāng)爐溫以減少氮氧化物。我國政府目前對于解決環(huán)境問題非常迫切，而環(huán)境問題已經(jīng)導(dǎo)致中國經(jīng)濟正在 失去持續(xù)性增長的潛能。國際環(huán)境保護(hù)專家指出中國需要提高能源利用率，強化最低能耗標(biāo)準(zhǔn)，改善環(huán)保執(zhí)法和管理。自1980年起，提高能效始終是中國 的國策，在1980年到2000年期間，中國的能耗增加的速度一直是經(jīng)濟增長速度的 一半;但1990年代末期，能源需求增加的速度是經(jīng)濟增長速度的一倍半，每生產(chǎn)一 美元的GDP中國所消

8、耗的能源超過世界平均水平的三倍。由于煤炭是一直以來都是我國的主要能源，推動著經(jīng)濟的發(fā)展。但是由于機械 化程度較低，煤炭的綜合利用率較低，同時，有關(guān)部門的統(tǒng)計，煤炭使用過程產(chǎn)生 的污染是中國最大的大氣環(huán)境污染問題。全國煙塵排放量的70,、二氧化硫排放量 的90,、氮氧化物的67,、二氧化碳的70,都來自于燃煤。在大氣污染物排放中，SO排放與電力行業(yè)發(fā)展密切相關(guān)。燃煤電廠是煤炭2的主要用戶，電力耗煤占煤炭總產(chǎn)量的60,，同時也是SO排放大戶。除了能2源消費過程中的污染物排放外，能源在開采、煉制及供應(yīng)過程中，也會產(chǎn)生大 量有害氣體，嚴(yán)重影響著大氣環(huán)境質(zhì)量。2000年，能源生產(chǎn)相關(guān)行業(yè)煙塵排放量 占全

9、國煙塵總排放量的29.8,，對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。中國煤礦每年產(chǎn)生的各種廢污水約占全國總廢污水量的25,。2000年，全國煤礦的廢污水排放量達(dá)到27.5億噸，其中，礦井水23億噸，工業(yè)廢水3.5億噸，洗 煤廢水5000萬噸，其他廢水4500萬噸。二氧化碳排放與能源結(jié)構(gòu)、消費量和能源效率等密切相關(guān)。中國是世界上僅次 于美國的CO排放量大國，1990年至2000年中國CO排放量由6.66億噸碳22增至8.81億噸碳，由占全球排放量的11.6,增至13.7,。圖1是世界CO排放2 量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。能源（尤其是煤炭）的使用過程排放出大量的污染物，導(dǎo)致大氣污染和酸雨污 染，造成了中國城市空氣質(zhì)量的嚴(yán)重

10、惡化。2001年世界銀行發(fā)展報告列舉的世界 污染最嚴(yán)重的20個城市中，中國占了 16個。中國1990年代的酸雨屬硫酸型。燃 煤等人為活動所排放二氧化硫是造成酸雨的主要原因。1990年代中期酸雨區(qū)面積 比1980年代擴大了 100多萬平方公里，年均降水PH值低于5.6的區(qū)域面積已占全 國面積的30，左右。大氣污染嚴(yán)重的地區(qū)，呼吸道疾病總死亡率和發(fā)病率都高于輕 污染區(qū)。慢性支氣管炎癥狀隨大氣污染程度的增高而加重。在中國11個最大城市 中，空氣中的煙塵和細(xì)顆粒物每年使5萬人夭折，40萬人感染上慢性支氣管炎。 世界銀行根據(jù)目前發(fā)展趨勢預(yù)計，2020年中國燃煤污染導(dǎo)致的疾病需付出經(jīng)濟代價達(dá)3900億美元

11、，占國內(nèi)生產(chǎn)總值的13,。這應(yīng)該引起中 國政府的高度重視。20世紀(jì)70年代以來，全球各國普遍發(fā)生氣候異常的現(xiàn)象，包括1980年夏季亞 洲大陸洪水泛濫，印度北方大水淹沒2/3的土地，非洲西部的長期干旱使若干地區(qū) 饑荒遍野。分析造成這些異常氣候的原因，人類活動的影響是不可忽視的因素。從 全球歷年氣溫的變化、化石燃料的消耗量及大氣中CO的濃度三者之2間的關(guān)系 看，大氣中CO的含量已成為人類環(huán)境惡化的隱憂。2全球工業(yè)進(jìn)步帶動經(jīng)濟繁榮，生活質(zhì)量改善，人口加速增長，同時為了保持經(jīng) 濟的高速發(fā)展，人類仍在過度開發(fā)地球的天然資源，大規(guī)?？撤ド忠匀〉酶?， 大量開采煤、石油和天然氣等化石燃料以取得能源，而上述

12、這些人類活動將會使大 氣中的二氧化碳含量增加，促使大氣的溫室效應(yīng)加強，導(dǎo)致全球溫度上升。地球的大氣是由氮、氧及一些微量氣體組成，太陽輻射進(jìn)入地球時，大氣層幾 乎可以讓它穿透過去，地球也放出長波輻射，但地球的長波輻射卻會遭到大氣層中 某些微量氣體的選擇吸收;這些微量氣體選擇吸收地球的輻射能后會再反射回到地 球，因而使大氣保存部分輻射能，于是造成地球的溫度比其輻射平衡時的溫度高。 大氣中因為有這些微量氣體選擇吸收地球的長波輻射，并能夠保存部分輻射能，因 而可以使地球溫度升高，這種作用稱為大氣的溫室效應(yīng)，而會吸收地球長波輻射的 氣體則稱為溫室效應(yīng)氣體。大氣中最重要的溫室效應(yīng)氣體有水汽、一氧化碳、臭氧

13、、甲烷、氮氧化物及氟 氡碳化物等。大氣中若溫室效應(yīng)氣體含量增加，則大氣的溫室效應(yīng)即會增強，當(dāng)然 大氣保存的能量也隨著增加，因而會造成溫度上升。地球增溫將會對人類造成惡劣 影響，根據(jù)預(yù)測，兩極氣溫的增高會導(dǎo)致格陵蘭與南極冰帽融化，造成全球海平面 上升0.2到1.4公尺，海水上升又會淹沒沿海低洼地區(qū)，陸地將變成茫茫大海，許 多城市將被淹沒，破壞農(nóng)地、港灣及交通設(shè)施，而居住在海岸線60公里以內(nèi)的占 世界人口 1/3的居民將蒙受其害;另外中緯度地區(qū)將面臨干旱的威脅，許多農(nóng)業(yè)地 區(qū)將變成沙漠。圖2是世界溫室氣體的變化情況。石油開采尤其是注水采油通常會影響地面升降，所注水可能在地下受到污染， 有時甚至有少

14、量放射性物質(zhì)聚集在采油管道的某些部位;同時采煉中燒掉廢氣將產(chǎn) 生濃煙，對環(huán)境將產(chǎn)生一定程度的影響;而儲運中的燃爆與泄漏可引起嚴(yán)重污染。天然氣除燃燒產(chǎn)物外，在使用與傳輸中甲烷也會發(fā)生損失與泄漏，其 中還有一些氡隨之進(jìn)入室內(nèi)。生物質(zhì)燃料原屬再生能源，金屬元素很少，但在較差 的爐灶中燃燒易生一氧化碳、煙及有機化合物。如果煙囪排煙能力差或處于嚴(yán)寒地 帶室內(nèi)換氣不良，室內(nèi)有害物質(zhì)可達(dá)很高濃度。各種能源中電力控制方便并易于傳 輸，用燃料或核能經(jīng)熱機發(fā)電熱效率有限，但通常會有相當(dāng)發(fā)電量的一至兩倍的熱 能需要就地耗散，可用冷卻塔或傳給水體，冬季可以利用余熱，但夏季將會成為熱 污染。水體的溫升應(yīng)嚴(yán)格限制以防發(fā)生

15、有害生態(tài)影響。輸電效率高，但也要防止使人 受到過強的電磁場，電暈放電產(chǎn)生離子也會有不良效應(yīng);而配送用的電力電容器含 多氯聯(lián)苯，包裹蒸汽管道用的石棉，退役不用時如不妥善處置也會造成嚴(yán)重污染。 水力能源發(fā)電效率高，產(chǎn)生的少量熱能影響很少。太陽能資源豐富，既可免費使 用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染，屬于環(huán)保能源。太陽能熱水器等作為節(jié)約生 活燃料的輔助手段非常有效，集熱熱機發(fā)電除需排出余熱與占地面積較大外，并未 發(fā)生重要的環(huán)境問題，太陽能電池在制造過程中會產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，但在使用時 并無污染。在地?zé)崂弥?，溫泉水中會溶有石中的有害物質(zhì)，特別是高溫溫泉流出 后隨溫度與成分的變化將集聚在水流或系統(tǒng)的某

16、些部位，氡是其中一種。地?zé)岚l(fā)電 目前效率不高，并且會帶出地下有害物質(zhì)。在地?zé)崮茉吹拈_發(fā)和技術(shù)轉(zhuǎn)讓方面未來 的發(fā)展空間與潛力巨大，但由于利用地?zé)崮茉催M(jìn)行發(fā)電的成本較高，因此亟需進(jìn)行 更多的技術(shù)研究以解決這一問題。隨著對地?zé)豳Y源的不斷開發(fā)與研究，地?zé)崮茉幢?將成為繼水力、風(fēng)力和太陽能之后又一種重要的新能源。三、新能源開發(fā)利用可再生環(huán)保能源對建立可持續(xù)發(fā)展的能源體系，改變能源生產(chǎn)和消費 方式，促進(jìn)全球經(jīng)濟發(fā)展和保護(hù)環(huán)境具有深遠(yuǎn)意義。隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展，對 于優(yōu)質(zhì)燃料的需求日益增加，但是傳統(tǒng)能源的利用方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展 的需求，因此開發(fā)更多可再生能源對于加快能源現(xiàn)代化進(jìn)程，滿足對優(yōu)質(zhì)能源

17、的迫 切需求，實施能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略都具有重要意義，并且是人類目前亟需努力的目 標(biāo)。目前主要的一些人類能利用的新能源一一太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、?汐能和生物質(zhì)能等。中國作為能源的生產(chǎn)消費大國，政府非常重視新能源的發(fā)展。2005年頒布中國新能源法，2007年發(fā)布中國新能源中長期發(fā)展規(guī)劃，2008年實施中國應(yīng)對氣候變化的政策與行動，2009年即將出 臺中國新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃。目前，中國政府已經(jīng)明確了新能源的戰(zhàn)略定 位:2010年前后，新能源爭取占到能源消費的10%左右，戰(zhàn)略定位是補充能源;2020 年前后，新能源占到能源消費的15%左右，戰(zhàn)略定位是替代能源;2030年前后，新 能源占到能源

18、消費的25%左右，戰(zhàn)略定位是主流能源;2050年前后，新能源占到能 源消費的40%左右，戰(zhàn)略定位是主導(dǎo)能源。1、太陽能太陽能利用指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用。利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理，把 太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能稱太陽能光伏技術(shù)。由于太陽能本身的分散性、隨機性和間 歇性等特點，也由于太陽能光伏電池的理論、材料和器件研究的難度，使其在近 50年的發(fā)展中與原子能發(fā)電拉開了距離。目前光伏發(fā)電的瓶頸在于電池轉(zhuǎn)換效率 和成本。資料顯示，國際上高效聚光光伏電池效率可達(dá)32,，高效平板電池效率也 達(dá)到25-28,。我國實驗室光伏電池的效率已達(dá)21,，商業(yè)化光伏組件效率達(dá)14- 15,，而一般商業(yè)電池效率僅為10

19、-13,，落后國際發(fā)達(dá)國家10-15年。目前世界上 最大的光伏工廠年產(chǎn)36MW，成本約為0.2美元,kWh?，F(xiàn)在正在設(shè)計制造年產(chǎn)500MW 的大工廠，屆時光伏發(fā)電的成本當(dāng)達(dá)到0.06美元,kWh，即可以與火電相競爭。把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的屬于太陽能利用技術(shù)，再利用熱能進(jìn)行發(fā)電的稱為 太陽能熱發(fā)電，也屬于太陽能技術(shù)領(lǐng)域。我國陸地面積每年接收的太陽輻射總2量在3.3X1038.4X106 kJ/ (m?a)之間，相當(dāng)于2.4X104億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，屬 太陽能資源豐富的國家之一。西藏、青海、新疆、甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古高原屬太陽 能資源豐富地區(qū)，東部、南部及東北等其它地區(qū)為資源較富和中等區(qū)。世界現(xiàn)有的 太

20、陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有三類:槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。中國的太 陽能熱利用技術(shù)研究開發(fā)始于20世紀(jì)70年代末，重點是簡單的、價廉的、適用 于農(nóng)村的低溫?zé)崂玫倪m用技術(shù)，如太陽能溫室、太陽灶、被動太陽房、太陽熱水 器和太陽干燥器等，水平較低。2、風(fēng)能太陽輻射的能量在地球表面約有2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，其中可利用的風(fēng)能資源儲量估 計約96億kW。中國風(fēng)能豐富的地區(qū)主要分布在西北、華北和東北的草原或戈壁及東部、東南沿海島嶼，其中中國東部的淺海海域面積遼闊，風(fēng)能資源 更豐富，風(fēng)速較穩(wěn)定，靠近我國東部主要用電負(fù)荷區(qū)域，具有建設(shè)海上風(fēng)電場的巨 大潛力。風(fēng)力發(fā)電機組（簡稱風(fēng)電機）是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機械。理

21、論上最好的 風(fēng)輪轉(zhuǎn)換效率約為60%，現(xiàn)代風(fēng)電機風(fēng)輪效率可達(dá)40%。由于風(fēng)速隨時在變化，風(fēng) 電機常年在野外運行，承受十分復(fù)雜惡劣的交變載荷。風(fēng)電機輸出達(dá)到額定功率 前，功率與風(fēng)速的立方成正比，所以風(fēng)力發(fā)電的效益與當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速關(guān)系極大。在目 前電力緊張的情況下，國家通過政策扶持，大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。中國政府風(fēng)電特許 項目的推出以及國家發(fā)改委制定的風(fēng)電發(fā)展中長期規(guī)劃的出臺，風(fēng)力發(fā)電在中國迅 猛發(fā)展的勢頭已日趨明朗。3、地?zé)崮艿責(zé)崮苤竷Υ嬗诘厍騼?nèi)部的熱量，一方面來源于地球深處的高溫融溶體，另一 方面源于放射性元素如U、TU、40K的衰變。按其屬性地?zé)崮芸煞譃?種類型:水熱 型地?zé)崮?、地壓地?zé)崮?、干熱巖地?zé)崮芎蛶r漿熱能，其中只有水熱型地?zé)豳Y源已達(dá) 到商業(yè)開發(fā)利用階段。我國高溫地?zé)豳Y源主要分布在滇、藏、川西一帶（喜馬拉雅 地?zé)釒Щ虻岵氐責(zé)釒В┘芭_灣。4、生物質(zhì)能生物質(zhì)包括植物、動物及其排泄物、垃圾及有機廢水等幾大類。從廣義上講， 生物質(zhì)是植物通過光合作用生成的有機物，它的能量最初來源于太陽能，所以生物 質(zhì)能是太陽能的一種，它的生成過程如下：CO2+H2O+太陽能（CH2O）+O2生物質(zhì)能是蘊藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化 學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。煤、石油和天然氣等化石能源也是由生物質(zhì)能轉(zhuǎn) 變而來的。生物質(zhì)能通常包括以下幾類:木材及森林工