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能源开发与环境保护归类例析

http://www.newdu.com 2018-12-01 人民教育出版社 佚名 参加讨论

    能源开发与环境保护归类例析
    江西省都昌县第一中学 李一新
    能源与环境问题是人类生存与生活的永恒主题。能源是现代生活的重要物质基础,目前,人类消耗的能源主要是煤、石油、天然气这几种常规能源,大量消耗常规能源带来了环境问题,环境保护是每个公民应尽的职责。
    一、环境污染与保护
     温室效应
     石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量,由此产生了“温室效应”,使得地面的气温上升,两极的冰雪融化,海平面上升,淹没沿海城市,海水向河流倒灌,耕地盐碱化……
    例1 为了控制温室效应,各国科学家提出了不少方法和设想,有人根据液态CO2密度大于海水密度的事实,设想将CO2液化后,送入深海海底,以减少大气中CO2的浓度。为使CO2液化,可采用的措施是(  )
    A.减压、升温
    B.增压、升温
    C.减压、降温
    D.增压、降温
    答案选D。
    ●酸雨
     煤炭中常常含有较多的硫,燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高,形成“酸雨”。内燃机工作时的高温使空气中和燃料中的氮、氧、碳、氢等物质发生化学反应,产生氮氧化物和碳氢化合物。氮氧化物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生二次污染物质──光化学烟雾,主要成分是臭氧。二氧化硫、氮氧化物、臭氧,以及燃烧不完全时产生的一氧化碳,都是有毒气体,能引起为的多种疾病。此外燃烧时产生的浮尘也是一种污染。
    例2 据《中国环境报》报道:从一份简单科技攻关研究结果显示,我国酸雨区已占国土面积的40%以上,研究结果还表明,我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿多元。为了有效控制酸雨,目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规。
    在英国进行的一项研究结果表明:高烟囱可有效地降低地面SO2的浓度。在20世纪的60~70年代的10年间,由发电厂排放的SO2增加了35%,但由于建造高烟囱的结果,地面浓度降低了30%之多。请你从全球环境保护的角度,分析这种做法是否可取?说明其理由。
    解析:这种做法不可取。建造高烟囱只能降低地面SO2的浓度,不能从根本上降低大气中SO2的浓度。控制酸雨的途径主要有三个,一是对煤、石油等常规能源进行处理,使其燃烧过程不产生SO2;二是对SO2回收;三是开辟“绿色能源”。
    二、能源的开发利用与环境保护
     常规能源的短缺和由这类能源利用所带来的环境污染,使得新能源的开发成为当务之急。
    风能
     风是由于空气的流动而形成的,风具有能量,是一种天然能源。风能蕴藏量丰富,可以再生,永不枯竭,没有污染,随处都可以开发利用。风的能量很大,全世界每年燃烧煤炭得到的能量还不到一年内刮风能量的1%。风能是地球上可利用的重要的能源之一。风能突出弱点是密度低、不稳定、地区差异大。但是,在重视环境保护的时代,使用风能这种“绿色”能源,对改善地球生态环境、减少空气污染有着非常积极的价值。
    例3 由于气候寒冷,南极大陆成为强大的高压中心,形成由大陆中心吹向边缘的风暴,有世界“风极”之称,年平均风速为17~18m/s,若以最小平均风速吹动一个直径为10m的风车发电,风车将20%的风能转化为电能,试计算风车的发电功率。(已知空气密度为1.29×103kg/m3
    解析:设经历的时间为t。
    在此时间内吹向风车的空气的质量为:
    风的动能为:
    发电机的功率为:
    水流能
     水的流动(河流、潮汐),也能提供可利用的能量。利用水流来发电,是把水流的机械能转化为电能。现在水力发电的技术已经十分成熟。我国有丰富的水力资源,已经建设了很多水力发电站,如三峡工程、小浪底工程等。水流能也是“可再生能源”。
    例4 有一座瀑布的高度h=50m,流量Q=10m3/s,在瀑布底部利用水流发电,设在瀑布顶端处的水流的速率与从发电机水轮机处流出水的速率相等,发电机的效率为50%,求安装的发电机功率至少要多大?
    解析:经时间t 冲击水轮机的水的质量为m=Qt,
    用于发电的能量为E=50%mgh=50%Qght,
    故安装的发电机功率至少为
    P=E/t=50%Qgh=50%×10×10×50W=2.5×103W
    太阳能
     太阳辐射到地球的能量是巨大的,每年可以达到1024J;相对于我们人类的历史来说,太阳能的取之不尽用这不竭的。同时太阳能是一种清洁能源,它的利用不污染环境。
    例5 横截面积为3dm2的圆筒内有0.6kg的水,太阳光垂直照射了2min,水温升高1℃。由于大气层的吸收与反射,设太阳能只有45%到达地面,试估算出太阳的全部辐射功率为多少?(保留1位有效数字,设太阳与地球之间平均距离为.5×1011m)
    解析:圆筒内的水经太阳的照射内能增加,在2min内所获得的太阳能量为
    J
    每平方米所获得的太阳能为
    J
    每平方米所获得的太阳能功率为
    W
    太阳的全部辐射功率为
    W。
    生物质能
     由生物体产生的能量就是生物质能。生物质能是以化学能原形式储存在生物体中的太阳能,来源于植物的光合作用。地球上的植物进行光合作用所消费能量,占太阳照射至地球总射量的0.2%。虽然比例很小,但它是目前人类能源消费总量的40倍。可见,生物质能是一个巨大的能源,是仅次于煤、石油、天然气的第四位的能源。
    生物质能主要来源于柴薪、人畜粪便、城市垃圾和水生植物等。除柴薪可以直接燃烧外,利用生物质能的技术还有沼气生产、酒精制取、人造石油的制造、生物质能发电等。现在全世界家用沼气池大约530万个,中国占了其中的92%。农村沼气的主要填料是秸杆、牲畜粪便、污泥和水。建立以沼气为中心的农村新能源和物质循环系统,在解决我国农村能源方面具有巨大潜力。我国许多现代化的农村,由于很好地开发了沼气的生产和利用,有仅提高了生活质量、改善了农田,还很好地保护生态环境,形成了农业生产的良性循环。
    核能
     核能是重核裂变或轻核聚变时所释放出的巨大能量。核电站就是利用核能发电,目前,我国浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站已经运行发电,几个新的核电站正在积极建设之中。建造核电站时需要特别注意的一个问题是防止放射线和放射性物质的泄漏,以避免射线对人体的伤害和放射性物质对水源、空气和工作场所造成放射性污染。
    例6 一个铀235原子核完全裂变时放出的能量约为200MeV,试计算1kg铀完全裂变时能释放出多少能量?它相当于燃烧多少煤释放的能量?(煤的燃烧值为2。9×107J/kg)
    解析:1kg铀完全裂变时能释放出的能量为:
    MeV MeV
    相当于燃烧的煤质量为
    氢能
     氢和其他能源载体(如电、蒸汽)相比,具有更多的优势。电、热和氢的最大差别在于氢气可以大规模储存,而且储存方式多种多样。氢气既可以像天然气一样,以气体的形式储存在压力容器中,也可以方便地储存在金属合金中,当然还可以以液体的形式储存。更新更有效的储氢方法有待继续开发。所有这些,使氢能在未来可再生能源体系中处于非常重要的位置。氢能是最环保的能源。利用低温燃料电池,由电化学反应将氢转化为电能、热能和水。不排放CO2和NOx,没有任何污染。氢使用时和氧化合生成水,而水又可由电解转化成同样数量的氢和氧;对大气中氧的浓度没有影响。氢—水—氢如此循环,永无止尽,所以“氢矿”不会枯竭。氢来自“氢矿”:水。淡水、海水;地表水、地下水都行,地球各处都有水,而不像化石燃料有太强的地域不均匀性,不会引起纷争。氢同位素是最好的核聚变的原料。从长远看,人类的能源既可以像太阳一样,来自核聚变;也可以来自地球上的可再生能源,而这二者都与氢密不可分。在核聚变中,氢同位素参加反应;在可再生能源中,氢以能源载体的形式为人类服务。由于氢具有以上特点,所以氢能同时满足资源、环境和经济持续发展的要求,可以无限期地为人类所用。 (责任编辑:admin)
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