能源开发利用对环境的影响有哪些?
能源为经济发展、提高人类生活质量、改造整个环境作出了积极的贡献,但一些落后的不尽合理的能源开发利用方式给环境带来的破坏也十分严重,其危害程度因能源类别和开发利用方式的不同而差异甚大。
1.煤
煤的开采会导致地面下沉(地下开采)和地表破坏(露天开采),污染和破坏地下蓄水层,产生粉煤灰等大量固体废弃物,侵占土地。煤炭运输过程中还不可避免地排放粉尘,污染当地大气。最严重的是煤炭燃烧所致的大气污染,无论是发电用煤还是工业终端用煤,都将向大气中排放二氧化碳、二氧化硫和烟尘等有害物质。煤炭燃烧是温室气体二氧化碳的最大来源。按单位有效能所排放的大气污染物计算,煤炭是对环境危害最严重的化石燃料。
2.石油和天然气
石油和天然气的开采对环境的影响与开采方式有关。陆上油气开采会导致土地破坏、地下水污染,海上油气开采会影响渔业和海洋生物环境,两者都会排放液态和固态废物。石油在生产、储存、运输过程中如果发生泄漏,将会对环境造成较大的影响。石油和天然气也同属化石矿物燃料,燃烧时都会向大气中排放碳,但因不同矿物燃料的含碳量不同,燃用同量的煤、石油和天然气,各自排放的二氧化碳量也不同,燃石油较燃煤少30%,燃天然气则较燃煤少50%,故燃天然气相对比较清洁。
3.水电
水电是一种洁净的二次能源,但在大型水电工程的建设过程中,仍会对环境产生影响。修建水库会淹没大片土地,吞没森林,损害动植物物种,需要大规模安置移民。大坝会扰乱河流的自然流量,造成河床破坏,伤害水中生态系统,干扰鱼类和其他水生动物的产卵和迁徙方式,也将引起湿度变化和降雨等气候变化。
4.生物质能
生物质燃料是一种传统能源,也是许多国家农村的主要能源。生物质燃烧会产生大量烟尘,造成区域性大气污染;过度消耗薪柴,会使植被遭到破坏,加剧森林的退化,加大“温室效应”的压力。大量使用秸秆和畜粪代替薪柴,会导致秸秆不能还田,使土壤有机质减少,肥力降低,生态环境恶化。
5.核能
核能对环境的影响具有很大的不确定性,铀矿的开采与加工、燃料循环与发电、核废料与废弃核电站的处置,其中每一个环节都有可能向周围环境泄漏有毒或放射性物质。尽管核事故发生的概率很低,核能的安全性不比其他能源差,与化石燃料相比,对环境的损害也较小,但公众对核安全的忧虑仍是核能发展的一大障碍,所以评估核能对环境的影响是比较困难的。
6.太阳能、风能、地热和潮汐能
太阳能、风能、地热和潮汐能都是可再生能源,对环境影响较小。地热对环境的不利影响包括排放二氧化碳等气体、污染地下水、废弃地热井的地面塌陷等;太阳能的大规模利用需占用大片土地;潮汐电站的设计中要考虑海洋鱼类的生态环境问题。但这些新能源同属清洁能源,它们的大量开发利用,有利于改善环境状况。
综上所述,矿物能源传统的开发利用方式需要付出巨大的环境代价,对温室效应贡献突出,其中尤以燃煤带来的危害最大。积极寻求各种替代矿物燃料的清洁能源,如发展水电、核电及各类新能源,以改善能源结构,减轻环境污染,势在必行。鉴于矿物燃料在近期内仍将作为能源结构中的重要组成部分,不断研究应用矿物燃料,开发利用更为合理的新技术,以缓解环境危机是十分必要的。
能源的使用对环境的影响:
1、煤炭的开发利用对环境的不利影响。
煤炭消费过程中产生大量二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物、一氧化碳、烟尘和汞等污染物,是造成大气污染和酸雨的主要原因。煤炭消费过程也排放温室气体,造成全球性环境问题。煤炭在开采过程中会造成矿山生态环境的破坏, 威胁生物栖息环境。主要包括对地表的破坏、引起岩层的移动、矿井酸性排水、煤矸石堆积、煤层甲烷排放等。
2、石油和天然气勘探开采和加工利用对环境的不利影响。
油田勘探开采过程中的井喷事故、采油废水、钻井废水、洗井废水、处理人工注水产生的污水的排放;气田开采过程中产生的地层水,含有硫、卤素以及锂、钾、溴、铯等元素,其主要危害是使土壤盐渍化;油气田开采过程中的硫化氢排放;炼油废水、废气(含二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、烃类、一氧化碳和颗粒物)、废渣(催化剂、吸附剂反应后产物)排放;海上采油影响海洋生态系统,石油因井喷、漏油、海上采油平台倾覆、油轮事故和战争破坏等原因泄入海洋,对海洋生态系统产生严重影响;在交通运输业,机动车尾气等造成大气污染,排放一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、铅等污染物;等等。
3、水电开发对环境的不利影响。
水电是一种相对清洁的能源,但其对生态环境仍有多方面的不利影响,主要表现在:截流造成污染物质扩散能力减弱,水体自净能力受影响;淹没土地、地面设施和古迹,影响自然景观,尤其是风景区;泥沙淤积会使上游河道截面缩小,河床抬高,下游河岸被冲刷,引起河道变化;改变地下水的流量和方向,使下游地下水位升高,造成土壤盐碱化,甚至形成沼泽,导致环境卫生条件恶化而引起疾病流行;建设过程采挖石料和填土,破坏自然环境;泄洪道变流装置的安装造成对鱼类等水生生物的破坏,截流阻断鱼类洄游等;会改变河流水深、水温、流速及库区小气候,对库区水生和陆生生物产生不利影响;可能会诱发地震;小水电站还会向生物圈排放一些温室气体(特别是由于水库中生物质的腐烂而产生的甲烷);等等。
4、核能开发利用对环境的影响。
核能对环境的影响主要来自两个阶段:核燃料生产和辐射后燃料的处理。由于人类无论何时何地都处于各种来源的天然放射性辐射之中,通常燃料生产过程的放射性污染较轻,一般不构成严重危害。但它毕竟对人体有害,故仍须予以充分注意。
5、可再生能源开发利用对环境影响的不利影响。
可再生能源开发利用整体上较传统化石能源来说,更加清洁安全,但是开发利用可再生能源仍然会带来一些环境问题。如风能开发中,风机会产生噪声和电磁干扰,并对景观和鸟类产生负面影响等。太阳能开发也会产生不利环境影响,主要是占用土地、影响景观等。此外,制造光伏电池需要高纯度硅,属能源密集产品,本身需要消耗大量能源。含镉光伏电池(CdTe, CIGS)的有毒物质排放虽然在安全范围之内,但公众仍担心对健康的危害。生物质能利用对环境的不利影响,主要是占用大量土地,可能导致土壤养分损失和侵蚀,生物多样性减少,以及用水量增加。用汽车运输生物质会排放污染物。另外,农村居民使用薪柴和秸杆等生物质能作炊事和供热燃料的传统利用方式引起的室内空气污染,对居民健康产生严重危害。地热资源开发利用的环境影响主要是地热水直接排放造成地表水热污染;含有害元素或盐分较高的地热水污染水源和土壤;地热水中的CO2 和H2 S等有害气体排放到大气中;地热水超采造成地面沉降等。海洋能是洁净的能源,对环境不会产生大的不利影响。但潮汐电站会对海岸线生态环境带来一定影响;波浪能发电装置能起到使海洋平静的消波作用,有利于船舶安全抛锚和减缓海岸受海浪冲刷,但波浪能发电装置给许多水生物提供了栖息场所,促使其繁殖生长,可能会堵塞发电装置;海洋温差发电装置的热交换器采用氨作工质,氨可能会污染海洋环境;建在河口的盐差能发电装置,还要解决河水中的沉淀物和保护海洋生物的问题。
水力发电,是由水力发电产生的电能。水力发电的成本相对较低,因此也是非常重要的可再生能源。不过,水电站的建设会对环境造成重大影响,主要是造成耕地流失和人口流离失所。它们还破坏了相关河流的自然生态,影响了栖息地和生态系统,以及淤积和侵蚀模式。
主要生态危害1.生态系统破坏
修建大型水坝和水库往往涉及到人员和野生动物的流离失所。而且水库会造成周围地区栖息地破碎化,往往加剧土地损失。
2.对环境影响
相比于太阳能等较为不环保,而且水库对环境有相当及不可逆转的影响及破坏。不过相对于化学能源来说还是很环保的。
3.排放温室气体
由于水坝一般很深,容易造成缺氧环境,例如坝底,生物的厌氧分解,以及动植物分解后形成甲烷,也有少量二氧化碳。这些都会加剧全球变暖。
不过水力发电消除了化石燃料燃烧产生的烟气排放,包括二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳、灰尘和煤中的汞等污染物。水力发电还避免了煤矿开采的危害和煤炭排放对健康的间接影响。也就是说,水力发电仍然有很大的优势。
世界各国使用情况2015年,水电发电量占世界总发电量的16.6%,占所有可再生能源发电量的70%。150个国家生产水电,2010年亚太地区的水电发电量占全球的32%。中国是最大的水力发电国,2010年的发电量为721太瓦时,约占国内用电量的17%。
总结
水力发电整体上是性价比很高的,并且水力发电在运作时几乎全无污染物排放,但是也会对环境造成不可逆的伤害。所以在使用水利发电的时候,各国都会根据自身情况来权衡。
占地,太阳能发电占地较大,直接影响土地利用价值;林木毁坏。太阳能发电板的安装布置必须要砍伐掉林木,对当地林木有一定破坏,并且电板下面也不。对鸟类有影响。有些迁徙鸟类会将沿途的地貌作为他们迁徙的标志物,太阳能发电站建设后可能改变。
生产过程的污染。太阳能发电的电板生产工艺有几种,只有一种是全程无污染的,但是这种技术门槛高。
太阳能的能源是来自地球外部天体的能源(主要是太阳能),是太阳中的氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量,人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。
我们生活所需的煤炭、石油、天然气等化石燃料都是因为各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来后,再由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成。此外,水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。
随着经济的发展、社会的进步,人们对能源提出越来越高的要求,寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。现有电力能源的来源主要有4种,即火电、水电、核电和风力发电。
火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面,化石燃料蕴藏量有限、越烧越少,正面临着枯竭的危险;另一方面燃烧将排出二氧化碳和硫的氧化物,因此会导致温室效应和酸雨,恶化地球环境。
水电要淹没大量土地,有可能导致生态环境破坏,而且大型水库一旦塌崩,后果将不堪设想。另外,一个国家的水力资源也是有限的,而且还要受季节的影响。
核电在正常情况下固然是干净的,但万一发生核泄漏,后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故已使900万人受到了不同程度的损害。
2011年3月11日13时46分,日本福岛发生9.0级地震,引发震惊国际的福岛核电站事故,造成核电站附近30公里成为无人区;方圆5公里的海洋资源将受到不同程度的影响或是海洋生物变异。
风力发电作为一种清洁的可再生能源,具有广泛的发展前景。风能储量大,广泛发展风力发电是解决中国能源供应不足的有效途径;风力发电属于清洁能源的应用,是减少温室气体排放的有效途径。
土壤属可再生资源,是因为土壤肥力可以通过人工措施和自然过程而不断更新。但土壤又有不可再生的一面,人们对土壤的不合理的开发和利用,会造成土壤资源的流失;尤其是土壤被污染,会造成土壤成分、结构、性质和功能的变化,如失去肥力和净化能力,或是发生沙漠化。这些都是在短期内不能恢复的。
土地资源
土地资源指可供农、林、牧业或其它各利用的土地,是人类生存的基本资料和劳动对象,具有质和量两个内容。
在其利用过程中,可能需要采取不同类别和不同程度的改造措施。土地资源具有一定的时空性,即在不同地区和不同历史时期的技术经济条件下,所包含的内容可能不一致。如大面积沼泽因渍水难以治理,在小农经济的历史时期,不适宜农业利用,不能视为农业土地资源。
但在已具备治理和开发技术条件的今天,即为农业土地资源。由此,有的学者认为土地资源包括土地的自然属性和经济属性两个方面。
自然综合体,也是人类生产劳动的产物。因此,土地资源既具有自然属性,也具有社会属性,是“财富之母”。
大部分的可再生能源其实都是太阳能的储存。可再生的意思并非提供十年的能源,而是百年甚至千年的。
随着能源危机的出现,人们开始发现可再生能源的重要性。
·太阳能
·地热能
·水能
·风能
·生物质能
·潮汐能
所有人类活动的基本能源都来自太阳,透过植物的光合作用而被吸收。
木材
柴是最早使用的能源,透过燃烧成为加热的能源。烧柴在煮食和提供热力很重要,它让人们在寒冷的环境下仍可生存。
动物牵动
传统的农家动物如牛、马和骡除了会运输货物之外,亦可以拉磨、推动一些机械以产生能源。
生物质燃料
此种燃料原为可再生能源,如能产出与消耗平衡则不会增加二氧化碳。但如消耗过量而毁林与耗竭可返还土壤的有机物,就会破坏产耗平衡。用生物质在沼气池中产生沼气供炊事照明用,残渣还是良好的有机肥。用生物质制造乙醇甲醇可用作汽车燃料。
水力
磨坊就是采用水力的好例子。而水力发电更是现代的重要能源,尤其是中国这样满是河流的国家。此外,中国有很长的海岸线,也很适合用来作潮汐发电。
风力
人类已经使用了风力几百年了。
太阳能
太阳直接提供了能源给人类已经很久了,但使用机械来将太阳能转成其他能量形式还是近代的事。
潮汐能
潮汐发电利用潮水涨落,世界已有电站容量16GW。
从地球蕴藏的能源数量来看,自然界存在有无限的能源资源。仅就太阳能而言,太阳每秒钟通过电磁波传至地球的能量达到相当于500多吨煤燃烧放出的热量。这相当于一年中仅太阳能就有130万亿吨煤的热量,大约为全世界目前一年耗能的一万多倍。不过,由于人类开发与利用地球能源尚受到社会生产力,科学技术、地理原因及世界经济、政治等多方面因素的影响与制约。包括太阳能、风能、水能在内的巨大数量的能源,可以利用的仅占微乎其微的比例,因而,继续发展的潜力巨大。人类能源消费的剧增、化石燃料的匮乏至枯竭以及生态环境的日趋恶化,逼迫使人们不得不思考人类社会的能源问题。国民经济的可持续发展,依仗能源的可持续供给,这就必须研究开发新能源和可再生能源。
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.05×1018千瓦时(3.78×1024J),相当于1.3×106亿吨标准煤。按目前太阳的质量消耗速率计,可维持6×1010年。所以可以说它是“取之不尽,用之不竭”的能源。但如何合理利用太阳能,降低开发和转化的成本,是新能源开发中面临的重要问题。
风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量,用于发电、提水、助航、制冷和致热等。风力发电是主要的风能开发利用方式。中国的风能总储量估计为1.6×109千瓦,列世界第三位,有广阔的开发前景。风能是一种自然能源,由于风的方向及大小都变幻不定,因此其经济性和实用性由风车的安装地点、方向、风速等多种因素综合决定。
对于核电站,人们有许多误解,其实核能发电是一种清洁、高效的能源获取方式。对于核裂变,核燃料是铀、钚等元素,核聚变的燃料则是氘、氚等物质。有些物质,例如钍,本身并非核燃料,但经过核反应可以转化为核燃料。我们把核燃料和可以转化为核燃料的物质总称为核资源。
近年来,许多发展中国家虽然都制订了一系列鼓励民企投资小水电的政策。由于小水电站投资小、风险低、效益稳、运营成本比较低,在国家各种优惠政策的鼓励下,全国掀起了一股投资建设小水电站的热潮,尤其是近年来,由于全国性缺电严重,民企投资小水电如雨后春笋,悄然兴起。国家鼓励合理开发和利用小水电资源的总方针是确定的,2003年开始,特大水电投资项目也开始向民资开放。2005年,根据国务院和水利部的“十一五”计划和2015年发展规划,中国将对民资投资小水电以及小水电发展给予更多优惠政策。
氢是一种二次能源,一种理想的新的含能体能源,在人类生存的地球上,虽然氢是最丰富的元素,但自然氢的存在极少。因此必需将含氢物质加工后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水,其次就是各种矿物燃料(煤、石油、天然气)及各种生物质等。氢不但是一种优质燃料,还是石油、化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精炼需要氢,如烃的增氢、煤的气化、重油的精炼等;化工中制氨、制甲醇也需要氢。氢还用来还原铁矿石。用氢制成燃料电池可直接发电。采用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电,其能量转换效率将远高于现有的火电厂。随着制氢技术的进步和贮氢手段的完善,氢能将在21世纪的能源舞台上大展风采。
地热是指来自地下的热能资源。我们生活的地球是一个巨大的地热库,仅地下10千米厚的一层,储热量就达1.05×1026焦耳,相当于9.95×1015标准煤所释放的热量。地热能在世界很多地区应用相当广泛。老的技术现在依然富有生命力,新技术业已成熟,并且在不断地完善。在能源的开发和技术转让方面,未来的发展潜力相当大。地热能是天生就储存在地下的,不受天气状况的影响,既可作为基本负荷能使用,也可根据需要提供使用。
海洋能通常指蕴藏于海洋中的可再生能源,主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。海洋能蕴藏丰富,分布广,清洁无污染,但能量密度低,地域性强,因而开发困难并有一定的局限。开发利用的方式主要是发电,其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。波浪能发电利用的是海面波浪上下运动的动能。1910年,法国的普莱西克发明了利用海水波浪的垂直运动压缩空气,推动风力发动机组发电的装置,把1千瓦的电力送到岸上,开创了人类把海洋能转变为电能的先河。目前已开发出60-450千瓦的多种类型波浪发动装置。
此外,还有生物质能,是指植物叶绿素将太阳能转化为化学能贮存在生物质内部的能量,目前发展中的开发利用技术主要是,通过热化学转换技术将固体生物质转换成可燃气体、焦油等,通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等,通过压块细蜜成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。