能源开发利用对环境的影响有哪些

可再生能源泛指多种取之不竭的能源，严谨来说，是人类有生之年都不会耗尽的能源。可再生能源不包含现时有限的能源，如化石燃料和核能。

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。

随着经济的持续增长，能源引起的环境问题日益受到重视。按照人类开发利用能源活动作用于周围环境所引起的环境质量变化，将环境污染问题分为以下三大类。

1．对大气环境的影响

大气环境是指生物赖以生存的空气的物理、化学和生物学特性。能源开发利用过程排出的CO2、SO2、CO、NOx（氮氧化物）等有害气体可改变原有空气组成，并引起污染，造成全球气候变化。燃烧煤炭、石油、天然气等化石燃料，会导致二氧化碳排放量增加，加剧“温室效应”，同时排放的二氧化硫和氮氧化物会形成“酸雨”，破坏森林植被，造成土壤酸化、农业减产。燃煤造成的粉尘、烟雾等对人体呼吸系统和自然景物都有不利的影响。

1）空气污染

空气污染的主要污染物有SO2、CO2、NOx（氮氧化物）和烟尘等。

(1)SO2:

我国SO2污染物85%来自燃煤，其余的来自炼油厂、冶金工业和自然界。在大气中的SO2会转化为SO3，成为硫酸气溶胶或硫酸根，并再化合为硫酸盐。这些污染物弥散在大气中，可减少农作物的光合作用并使植物产生病变；形成酸雨，导致河水酸度增加、土地酸化；SO2和粉尘在冬季早晨还会形成烟雾，直接影响人们的健康。同时，SO2对金属，特别是对钢结构的腐蚀，每年给国民经济带来很大的损失。

(2)CO2:

地球上植物和动物的呼吸作用可使CO2和O2的循环达到平衡，但由于全球人口的增加和工业的发展，烧去了大量含碳矿物燃料并生成CO2，再加上滥伐森林，结果使全球大气中的CO2含量正以每年0.4%的速率增加。按此速率增长，预计会出现由于温室效应而引起的全球气候变暖，导致世界降雨分布量变化，使两极冰雪融化、海平面上升。

（3）NOx（氮氧化物）：

NOx是高温燃烧过程中的产物，如排烟中产生的NOx。NOx会形成光化学烟雾，这种污染对人体健康极为不利。

（4）烟尘：

燃烧煤炭时，烟尘的排放量最大，分别是燃油和燃气的6.15倍和9.76倍。当烟尘的颗粒直径在5～10μm（PM10）时会直达人的支气管区，而直径小于5μm的微粒可以到达人的肺泡区，导致人的心血管疾病和哮喘病增加。

2）温室效应

由于大气中的CO2容易吸收长波辐射，所以太阳的短波辐射可以透过大气层射入地面，而地面温度增高所放出的长波热辐射却被大气中逐年增加的CO2气体吸收，无法逸散出高空，地球就像盖上了一层“厚厚的毯子”，处于“温室”之中，这就是所谓的“温室效应”，如图1.5所示。

图1.5　温室效应示意图

由温室效应导致全球气候变暖所引起的危害性是多方面的。首先，全球气候变暖会引起地球两极部分冰雪消融（图1.6），造成海平面上升，沿海人口密集、工农业发达的大陆低地地区将会被淹没，一些海滨城市如上海、纽约、东京等将不复存在，部分岛屿将成为暗礁。一部分沿海城市可能被迫迁入内地，大部分沿海平原将发生盐化或沼泽化（图1.7和图1.8），不适于粮食生产。同时，海平面的上升也将会给江河中下游地区带来灾害，造成江水水位抬高、泥沙淤积加速、洪水威胁加剧，使江河下游的环境急剧恶化。其次，全球气候变暖将导致全球气候变化出现异常，使某些地区出现干旱，某些地区降雨量增加，海洋风暴增多，飓风力量增强，风源向北扩展，出现频率也将提高，自然灾害加剧。再者，全球气候变暖使得地球上的病虫害增加，还会引起和加剧传染病的流行，使以前的致命病毒复活，威胁人类健康。

图1.6　冰雪消融

图1.7　盐化

图1.8　沼泽化

3）酸雨

酸雨是大气受到污染的一种表现，其成分极其复杂，含有多种无机酸和有机酸，但绝大部分是硫酸和硝酸，多数情况下以硫酸为主。酸雨的形成是一种复杂的大气化学和物理现象。能源在燃烧时，首先产生酸性气体，酸性气体经化学反应后形成酸性物质。酸雨的形成如图1.9所示。

图1.9　酸雨形成示意图

酸雨可溶解地面中的矿物质，供植物吸收。但如果酸度过高，pH值降到5.6以下时，就会产生严重危害。它可以使大片森林直接死亡（图1.10），农作物枯萎（图1.11）；也会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗与土壤离子结合的钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化；而且还可使湖泊、河流酸化，并溶解土壤和水体底泥中的重金属进入水中，进而毒害鱼类；加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程（图1.12）；危及人体健康。

图1.10　酸雨危害森林

图1.11　酸雨危害农作物

图1.12　酸雨危害文物古迹

2．对生态环境的影响

生态环境是指与人类密切相关的，影响人类生活和生产活动的各种自然力量的总和。能源引起的生态环境问题是指人类为其自身生存和发展，不合理地开发利用能源的过程中所造成的生态破坏，具体包括对动物、植物、微生物、土地、矿物、海洋、河流等天然物质要素以及地面、地下的各种建筑物和相关设施等人工物质要素的负面影响。滥伐森林烧柴、过度采集薪草、乱采滥挖矿产造成的生物多样性减少、水土流失、土地退化和沙漠化等都属于能源开发引起的生态环境问题。

化石能源的开发对生态环境造成的影响不可忽视。煤炭开采会引发矿区土体坍塌、地表沉陷（图1.13）、地质灾害、洗煤水污染（图1.14）等；煤矿大量抽排地下水，会引发地下水位下降，导致居民和牲畜发生水荒，进而造成土地贫瘠和植被破坏。陆地石油生产时，产油区地面上的油井、集输站等生产设施如果发生原油泄漏，这些石油类物质进入土壤会造成污染。水利资源开发不当也会造成库区淹没、农田毁坏。开矿产生的重金属被植物叶面、土壤和水产品吸收后，通过食物链进入人体，严重危害人类的健康。核能则会产生放射性污染（图1.15）。生物质能的过度采集和砍伐会导致森林植被破坏，造成水土流失加剧，土壤沙化，土地肥力减退，农作物减产等，最终陷入能源短缺和生态破坏的恶性循环。

图1.13　地表沉陷

图1.14　水污染

图1.15　核能产生的放射性污染

3．对人居环境的影响

人居环境主要指人类工作劳动、生活居住、休息游乐和社会交往的空间场所。能源开发利用引起的人居环境问题是指能源的开发和利用干扰了人类生活的空间场所，造成居住环境偏离人们理想中的居住环境。破坏大气环境和生态环境最终都会导致人类生存环境的恶化。

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。

可再生能源是指非化石能源，有取之不尽用之不竭之意，如风能、太阳能、水能、地热能等等。可再生能源对环境污染无危害或者危害小，资源分布广泛，受到各国青睐。目前，各国都在大力推广可再生能源的开发。比如我国一直在探索在燃用汽油中添加酒精，通过试点看有着很高的推广价值，一方面可以减少化石燃料的开发，另外一方面酒精属于可再生能源，可以通过高粱、玉米、红薯等酿制。

相对于可再生能源，新能源是指非常规能源，是指传统能源之外的各种能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、核能等。一般来说，新能源具有可再生特性，可供人类开发利用。新能源的新体现在非常规上面，如煤、石油、天然气等化石燃料就是传统能源，不属于新能源，同时三大化石燃料也属于不可再生能源，用了就没有了。同时，我们也应该看到在一些发达国家太阳能、风能等启用早，在国家能够结构占据了主要能源，在这部分国家太阳能、风能等已经不算新能源了。在比如地热能对我们来说很少开发算新能源，但是在肯尼亚地热能使用占了一大半，对他们来说就算不上新能源了。

从上面的分析我们可以看到，新能源大多是可再生能源，但是不能说可再生能源就是新能源。如核能是原子结构发生变化而释放出来的能源，属于新能源范畴，但是核能用到的核矿石是不可再生的资源，那么核能是不可再生能源。

能源，是人类延续必不可少的资源，随着大量的化石燃料的开采，人类面临的能源枯竭是一个世界性的难题。如何开发新能源、可替代能源是全世界科学界为之不断努力和探索的课题，随着陆地资源的越来越少，人类将能源开发的未来寄希望予海洋，海洋越来越受到各国的重视，如可燃冰、海洋石油资源等。