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自然环境、社会环境、环境要素、环境质量。
二、环境的形成和发展
三、环境问题的由来与发展
1、环境问题的分类
2、环境问题的发展
四、全球性环境问题
1、全球气候变暖
2、臭氧层破坏
3、酸性降水
4、多样性锐减
5、森林和草原植被减少
6、土地退化
7、水污染
8、大气污染
9、海洋生态问题
10、危险性废物越境转移
第五节:
能源利用与环境效率
一、能源开发与环境问题
1、煤炭开发的环境问题
2、铀生产的环境问题
3、水能开发对环境的影响
二、能源消费与环境污染
三、环境污染对生物的影响
第二次授课
能源转换与利用技术
能量转换的基本定理
燃烧的基本原理
教学过程:
第二章:
能量的基本性质
1、状态性
2、可加性:
E=E1+E2+E3+….+En
3、转换性
4、做功性
5、贬值性
一、能量形式的转换
二、能量的转换定理:
能量的守恒与转换定律
化学能转换成热能的技术
一、燃烧的基本原理(我们在锅炉及其锅炉房设备中已讲)
二、燃烧技术
1、层燃
2、室燃
3、流态化燃烧
4、液体燃烧燃烧技术
热能转换为机械能或电能
一、蒸汽轮机的结构和工作原理
二、燃气轮机的结构和工作原理
三、内燃机的结构和工作原理
四、火力发电厂的构造和热力系统图
能量的储存
一、机械能的储存:
旋转飞轮
二、电能的储存:
蓄电池
三、热能的储存:
潜热储存和显热储存
第六节:
能源利用的评价
主要从以下方面来评价能源的利用
1、储量
2、能源密度
3、储能的可能性
4、供能的连续性
5、能源的地理分布
6、能源的利用成本
7、能源的运输费和损耗
8、能源的可再生性
9、能源的品位
10、对环境的影响
i
第四次授课
了解能源现状
煤的工业分析和元素组成
洁净煤技术
第三章:
化石燃料能源
煤炭
一、煤炭的形成与分类
根据成煤物质及条件可以分为腐植煤、腐泥煤和残植煤三大类
二、煤的工业分析和元素组成
1、煤的分析:
水分、挥发分、固定碳和灰分
2、煤的元素分析成分:
C、H、S、N、O
3、煤的发热量
4、煤的分类:
表3-1
三、煤炭资源:
表3-2表3-3表3-4
四、煤炭的生产
1、世界煤炭的生产
2、中国煤炭生产与消费
石油
一、石油的形成和分类
石油可分为轻质石油、中质石油、重质石油和特重质石油
二、石油的加工
1、类型:
燃料型、燃料-润滑油型、石油化工类
2、石油炼制:
分离法、转化法
3、石油的产品:
溶剂油、燃料油、润滑油、润滑脂、沥青、石油焦
三、石油资源
1、世界石油资源的分布:
表3-8
2、中国石油资源分布:
表3-9
四、石油消费
1、世界石油消费:
表3-10表3-11
2、中国石油消费:
表3-12表3-13表3-14
天然气
一、天然气的分类与特性
天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等构成
二、天然气的用途
1、发电燃料
2、民用燃料
3、化肥及化工原料
4、工业燃料
5、交通运输
三、天燃气资源
1、世界天燃气资源分布:
表3-15
2、中国天燃气资源分布:
表3-16
四、天然气消费
1、世界天然气消费
2、中国天然气消费:
表3-17表3-18表3-19
21世纪的化石燃料
一、化石燃料使用带来的问题
1、化石能源的使用比例:
表3-20
2、化石能源带来的问题:
环境污染、全球气候变暖、化石燃料的污染排放对比
二、洁净煤技术
1、煤的清洁燃料生产:
煤的洗选与加工、
煤炭转化
煤炭液化
高效洁净燃煤发电技术
烟气污染排放治理技术
三、21世纪煤炭能源系统
如图3-7所示的煤基多联产系统概念
第五次授课
学习掌握能源现状
风力发电的现状与前景
水电站的工作原理
第四章:
可再生能源
概述
可再生能源是指那些随着人类的大规模开发和长期利用,能在自然界中不断再生、永续利用的能源。
太阳能
一、太阳能资源的优点:
数量巨大、时间长久、获取方便、洁净安全
二、太阳能的缺点:
分散性、间断性和不稳定性、效率低和成本高
三、我国太阳能分布图:
表4-1
四、利用太阳能:
平板集热器、真空管集热器、聚光型集热器、太阳能热水器、太阳灶、太阳房、太阳能温室、太阳能干燥、太阳能制冷、太阳池、太阳能热力发电、太阳炉、太阳能海水淡化、太阳能热力机
五、太阳能光电转换:
硅太阳能电池、光伏发电系统、太阳能光伏发电技术发展状况
六、推广使用太阳能的制约因素:
技术、法律法规、经济、社会文化及教育等方面
风能
一、风能:
E=1/2*pAv3
风能密度:
W=1/2*pv3
二、风能利用的途径:
主要包括风力发电、风力提水、风力助航和风力致热等
三、风力发电的原理:
利用风能来发电,而风力发电机组是将风能转化成电能的机械能
四、风力发电对环境的影响:
CO2污染排放、噪声污染、伤害鸟类、无线电通信干扰、安全问题、视觉影响、光影影响、雷击影响等等
五、风力发电的现状与前景
世界风力发电发展前景和状况:
表4-11表4-12表4-13
我国风力发电发展前景和状况:
表4-14
六、风力发电技术发展趋势:
风电场的选址、风电机组技术、风电机组的并网
水能
一、水能资源
世界水能资源:
表4-16
我国水能资源及特点:
总量丰富,人均资源量不高,资源分布不均匀,江河水量变化大,水能资源可开发率较低
二、我国水能发展现状与前景
水能开发现状:
水电装机容量逐年上升,水电装机容量和发电量较为集中,小水电资源丰富,小水电发展迅速
我国水电开发的规划和前景:
表4-19
三、水电站的工作原理:
当水体通过隧洞、压力水管流经安装在水电站厂房的水轮机带动发电机转子旋转切割磁力线,在发电的定子绕组上就产生了感应电动势。
一旦与外路接通,就可发电,旋转的机械能又变成电能
四、水电站的基本类型:
坝式水电站、河床式水电站、引水式水电站、抽水蓄能电站、潮汐水电站等等
第六次授课
研究新能源
生物质能及其分类
生物质能的特点
教学过程
生物质能
一、生物质能及其分类:
(1)农业生物质能资源
(2)林业生物质能资源
(3)城市固体废弃物
(4)生活污水和工业有机废水
(5)畜禽粪便
二、生物质能的特点:
(1)可再生性
(2)可储存与替换性
(3)巨大的储量
(4)碳平衡
(5)清洁
三、生物质能利用途径与现状
(1)生物质能利用途径:
直接燃烧
热化学法
生化法
化学法
物理法
生物质能开发利用现状:
生物质发电、沼气、生物质气化、生物液体燃料
四、我国生物质能源:
农作物秸秆、林业及其加工废弃物、主要畜禽粪便、城市生活垃圾、生活污水与工业有机污水
五、生物质能转化利用技术:
生物质直接燃烧技术、生物体的燃烧过程、生物质燃烧发电技术、生物质气化技术、生物质热解和液化技术、沼气技术、城市生活垃圾处理技术。
六、生物质能利用发展前景:
生物质能占世界总能耗的14%,作为重要的可再生能源,具有广阔的发展前景。
地热能
一、概述
地热能就是地球内部蕴藏的热能,它源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。
二、地热资源
分类:
按地质类型:
热水型、蒸汽型、地压型、干热岩型、岩浆型
按温度分级与规模分类:
高温、中温、低温、大型、小型、中型。
三、地热资源的分布
主要有四个:
环太平洋地热带、地中海-喜马拉雅地热带、大西洋中脊地热带、红海-亚丁湾-东非裂谷地热带
我国地热资源主要分布在西藏、云南、台湾
四、地热资源的利用
(1)地热供暖
(2)地热工业应用
(3)地热农业应用
(4)地热行医
(5)地热发电:
蒸汽型地热发电、热水型地热发电
五、地热资源的保护与发展前景:
只有地热资源能量载体得到源源不断的补充,地热能才能成为真正意义上的可再生能源。
第七节:
海洋能
一、海洋能类型:
潮汐能、波浪能、海水温差能、海流能、盐度差能
二、海洋能的特点:
可再生性、能流分布不均、密度低、能量多变、不稳定、海洋能开发对环境无污染。
三、海洋能开发的意义:
(1)海洋能可再生,在未来能源替换的时代,可作为新能源开发,保证人类的长期稳定的能源供应
(2)因为海洋能开发环境无污染,能满足保护环境的要求
(3)海洋能开发作为未来的海洋产业,将给海洋经济的发展带来新的活力。
四、潮汐发电:
一般分为单库单向型、单库双向型和双库单向型
五、波浪发电
三个环节:
第一级转换、中间转换、中间转换和最终转换。
六、海洋温差发电
原理:
将海洋吸收的太阳能转换为机械能,再把机械能转化成电能。
七、海流发电
八、盐差能发电
九、海洋能发电技术发展的展望:
规模大型化、产品商用化、用途综合化。
第七次授课
学习核能技术
开发利用核能的重大意义
核能的来源
第五章:
核能
一、原子和原子核
世界是由物质构成的,物质是由元素构成的,构成元素的最小单位是原子。
原子是由原子核和电子构成的,袁再和带正电,原子核又由质子和中子构成的,质子带正电,中子不带电。
二、核能的来源:
来源于将核子保持在原子核中的一种非常强的作用力---核力
三、开发利用核能的重大意义:
1、核能是高度浓集的能源
2、核能是地球上储量最丰富的能源
3、核电远比火电清洁
4、核电的经济性优于火电
5、核电站的安全是能充分保证的
6、核电技术能带动国家科技水平的综合提高
核燃料和核燃料循环
一、链式裂变反应
三种类型:
自持型、发散型、收敛型
二、核燃料
定义:
裂变材料和增值材料统称为核燃料
三、核燃料的制取与燃料元件
核反应堆是提取核能的关键部分,而核燃料则是核反应堆的基本元件。
根据不同类型的核反应堆,核燃料元件的结构、形状和组分是不同的。
四、核燃料循环的过程
(1)铀矿的勘探和开采
(2)铀矿的加工和精制
(3)铀的同位素分离
(4)燃料元件的制造
(5)在反应堆中使用核燃料
(6)核燃料后处理
(7)核废物的处理与处置
五、核废料及其处理
核技术应用
一、核能的军事应用
1、核的军事应用主要包括制造原子弹这种破坏力极大的核武器,通过铀同位素分离厂生产核武器的核材料高富集铀-235、用核反应堆生产核武器的核材料钚-239以及用核能作为动力去推动舰艇等。
2、原子核:
在一定条件下,在一瞬间可以进行许多代链式裂变反应,产生巨大破坏力的武器。
3、原子核爆炸方式:
大气层外爆炸、高空爆炸、低空爆炸、地面爆炸、地下爆炸
4、氢弹:
是利用核聚变能的第二代武器。
同样质量的核燃料,聚变反应要比裂变反应放出更多的能量。
H+H→He+n+QQ=17.6MeV
3、中子弹:
中子弹的杀伤半径比裂变弹要大
4、第四代核武器:
是基于核聚变,但不用核裂变能点火,而是用其他高含能物质的能量对核聚变惊醒点火。
它的集中含能材料如表5-4所示
二、核技术的和平应用
1、核技术的基本功能:
获取信息、进行物质改性和材料加工、衰变能应用
2、核技术的应用:
工业、农业、医学、科学研究
核反应堆
一、核反应堆的用途
(1)产生动力
(2)生产新的核燃料
(3)生产放射性同位素
(4)进行中子活化分析
(5)进行中子照相
(6)进行中子嬗变掺杂生产高质量的单晶硅
(7)利用中子进行基础研究及应用研究
(8)利用y射线进行辐射化学研究与辐射加工
二、核反应堆的分类
根据核反应堆的用途、所采用的燃料、冷却剂与慢化剂的类型及中子能量的大小进行分类
三、核反应堆的组成:
核燃料元件、慢化剂、反射层、控制棒、冷却剂、屏蔽层
四、动力反应堆:
舰船用动力堆、核电站反应堆。
核电站
世界核电现状:
表5-7
二、核电站的组成
核电站的系统和设备通常由两部分组成:
核的系统和设备。
三、轻水堆核电站
轻水堆核电站的系统示意图如图5-17、5-18、5-19、5-20、5-21所示
四、重水堆核电站
重水堆核电站的系统图为图5-22所示
五、石墨气冷堆核电站
石墨气冷堆核电站的系统示意图如图5-23所示
六、核电站的安全性
核电不是核弹、核电站的放射性
核电站的安全措施:
核电站的设计、建造和运行,按照国际原子能机构提出的“纵深防御”原则,从设备上和措施上提供多层次的保护,确保放射性物质能有效地包容起来不发生泄露。
纵深防御包括以下五道防线:
第一道防线:
保证设计、制造、建造和运行、检修的质量,防止出现偏差。
第二道防线:
严格执行运行规程,遵守运行技术规划,及时检测和纠正偏差,对非正常运行加以控制,防止演变成事故。
第三道防线:
万一偏差未能及时纠正,发生设计基准事故时,自动启动电厂安全系统和保护系统,防止事故恶化。
第四道防线:
万一事故没能得到有效控制,启动事故处理规程,保证安全壳的完整性,防止放射性物质外泄。
第五道防线:
如果上述各道防线失效,立即启动场外应急响应,努力减轻事故对公众和环境的影响。
第八次授课
氢气制备的新技术
氢能的特点和关键问题
氢能利用待解决的关键问题
第六章氢能
一、氢的基本性质
1、氢燃烧性能好,点燃快
2、氢无毒和无腐蚀性
3、氢燃烧时最清洁
4、除核燃料外,氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的
5、氢气键能D(H-H)=436kj/mol,比一般单键如D(Cl-Cl)=239kj/mol高很多,与双键如D(O=O)=489.5kj/mol差不多,因此在常温下氢气比较稳定。
二、氢能的特点和关键问题
1、氢能的特点:
氢的资源丰富、氢的来源多样性、氢能是最环保的能源、氢气具有可储运性、氢的可再生性、氢气是和平能源、氢气是安全的能源。
2、氢能利用待解决的关键问题:
廉价的制氢技术、安全可靠的储氢技术和输氢方法、大规模高效利用氢能的末端设备。
氢的制取
一、实验室中制取氢气的方法
1、活泼金属与水的反应
2、金属与酸的反应
3、金属或半金属与强碱的反应
4、金属氢化物与水的反应
二、氢气的工业生产
1、化石燃料制氢
2、氨分解制氢
3、电解水制氢
三、氢气制备的新技术
1、高温电解水蒸汽制氢
2、高温热解水制氢
3、热化学循环分解水制氢
4、太阳能制氢
5、生物质制氢
6、其他方法制氢
四、氢气的提纯
氢气的工业纯化方法主要有低温吸附法、低温分离法、变压吸附法和无机膜分离法
氢的储运和运输
一、氢气的储存技术的方法有:
1、水封储气罐储氢
2、高压气态储氢
3、低温液氢储存
4、金属氧化物储氢
5、非金属储氢材料储氢
6、有机液体等储氢材料储氢
二、氢气的输配技术
1、气氢的管道输送
2、液氢的管道输送
氢的应用
一、氢在现代工业中的应用
1、石油化学工业
2、煤的加氢气化或液化
3、合成氨工业
4、食品加工工业
5、塑料工业和精细有机合成工业
6、冶金工业
7、其他应用
二、氢作为化学能的应用
1、氢的直接燃烧
2、在交通运输上的应用
3、在航空航天上的应用
4、氢能发电
5、家庭用氢
三、氢的核能应用
四、氢能的利用与环境保护
燃料电池
一、燃料电池的原理:
燃料电池是利用水的电解的逆反应的"
发电机"
。
它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。
最初,电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成,现在正发展为直接使用固体的电解质。
工作时向负极供给燃料(氢),向正极供给氧化剂(空气)。
氢在负极分解成正离子H+和电子e-。
氢离子进入电解液中,而电子则沿外部电路移向正极。
用电的负载就接在外部电路中。
在正极上,空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。
这正是水的电解反应的逆过程。
二、燃料电池的特点:
(1)能量转化效率高他直接将燃料的化学能转化为电能,中间不经过燃烧过程,因而不受卡诺循环的限制。
目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%~60%,而火力发电和核电的效率大约在30%~40%.
(2)有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低CO2排放因能量转换效率高而大幅度降低,无机械振动。
(3)燃料适用范围广:
燃料电池既可适用于城市大型发电站,也可作为医院、商店、集体宿舍、边远山区的小型发电装置,以及日常和国防用于行走机械的动力系统。
燃料电池的开发时今后电气新能晕应用的重大方向,它的研制具有重大的社会意义和经济意义。
(4)积木化强规模及安装地点灵活,燃料电池电站占地面积小,建设周期短,电站功率可根据需要由电池堆组装,十分方便。
燃料电池无论作为集中电站还是分布式电,或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适
(5)负荷响应快,运行质量高燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率,而且电厂离负荷可以很近,从而改善了地区频燃料电池原理率偏移和电压波动,降低了现有变电设备和电流载波容量,减少了输变线路投资和线路损失。
(6)环境保护性:
通过燃料电池系统释放出的污染物比直接燃烧要降低几个数量级,可有效的保护环境。
(7)模块设计,结构紧凑:
设备可以模块化,尺寸灵活性大,发电量易于调节。
(8)位置灵活性:
燃料电池是一种独立的发电体系,由于没有运动部件,所以可以没有噪声污染,可以方便使用,随意放置,不受周围环境限制。
(9)可以采用多种燃料:
高温操作型燃料电池不需要外部还原系统,在这一方面更具有优势。
三、燃料电池的组成和分类
1、燃料电池的主要构成组件为:
电极(Electrode)、电解质隔膜(ElectrolyteMembrane)与集电器(CurrentCollector)等。
2、燃料电池的分类:
燃料电池种类繁多,除了氢氧质子交换膜燃料电池,还有熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、金属空气电池等等。
燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段,燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展。
AFC已在宇航领域广泛应用,PEMFC已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用,PAFC作为中型电源应用进入了商业化阶段,MCFC也已完成工业试验阶段,起步较晚的作为发电最有应用前景的SOFC已有几十千瓦的装置完成了数千小时的工作考核,相信随着研究的深入还会有新的燃料电池出现。
四、燃料电池的应用
1、便携式电源
燃料电池一方面可用作便携式电源、小型移动电源、车载电源等。
适用于军事、通讯、计算机等领域,以满足应急供电和高可靠性、高稳定性供电的需要,实际应用的产品包括高端手机电池、笔记本电脑等便携电子设备、军用背负式通讯电源、卫星通讯车载电源等;
另一方面用作自行车、摩托车、汽车等交通工具的动力电源,以满足环保对车辆排放的要求。
2、燃料电池无人机
3、固定式电源
燃料电池既可与电网系统互联用于调峰,同时也可作为独立电源,用作海岛、山区、边远地区等发供电系统电源。
采用多台质子交换膜燃料电池发电机联网还可构成分散式供电系统,便可省去电网线路及配电调度控制系统,通过热电联供使燃料总利用率高达80%以上。
4、军用电源
电源作为军事信息技术装备的命脉,其连续性、可靠性、安全性对于新式军事战争至关重要,它是信息技术装备密不可分的一部分。
目前国外先进军事装备研究机构将燃料电池应用于单兵作战动力电源(<
100W)、移动电站(100W-500W)和军车动力驱动电源(500W-10kW),取得了良好的反馈效果,未来燃料电池电源有望开拓这部分新兴业务。
五、燃料电池的发展趋势
目前,世界化学品生产商塞拉尼斯公司、杜邦公司、巴斯夫公司、Methanex公司,燃料电池开发商Ballard动力系统公司、国际燃料电池公司以及汽车生产商戴姆勒-克莱斯勒公司、福特汽车公司、现代汽车公司、大众汽车公司等都纷纷联手开发燃料电池和燃料电池汽车。
按燃料电池所用原始燃料的类型,大致分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池和汽油燃料电池。
21世纪的氢能和氢经济
一、氢能和氢经济
氢能的应用不是遥远的将来,我们可望未来的经济将变成氢经济,氢能转换成动力、电能,走向家家户户,成为人类今后长期依靠的一种通用燃料。
二、氢能系统
氢能系统是一种极具潜力的未来的能源系统,氢能技术与氢能系统应用的发展迫切需要开展与氢能系统评价相关的研究。
第九次授课
学习生态平衡及其破坏
地球环境的基本特征
地球的生态系统
第七章:
能源利用的环境效应
能源开发与利用过程中的环境效应
一、地球环境的基本特征
1、地球环境及其组成:
地球环境由大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈组成。
:
2、地球环境的演变:
地球环境从地球诞生起就在演变,长期原来导致环境演变的直接动力第一是地质运动,第二是气候变化,第三是生物的改造作用。
二、地球的生态系统
1、生态系统的组成
生产者(producer)
生产者在生物学分类上主要是各种绿色植物,也包括化能合成细菌与光合细菌,它们都是自养生物,植物与光合细菌利用太阳能进行光合作用合成有机物,化能合成细菌利用某些物质氧化还原反应释放的能量合成有机物,比如,硝化细菌通过将氨氧化为硝酸盐的方式利用化学能合成有机物。
生产者在生物群落中起基础性作用,它们将无机环境中的能量同化,同化量就是输入生态系统的总能量,维系着整个生态系统的稳定,其中,各种绿色植物还能为各种
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