本文作者：夏鵬 姜小敏 蔡穎玲 單位：上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

能源環(huán)境學(xué)是講述能源與環(huán)境關(guān)系的一門新興學(xué)科。課程內(nèi)容包括幾個(gè)方面:首先是能源的轉(zhuǎn)換、利用;其次是由于能源利用過程當(dāng)中引起的環(huán)境問題,以及如何協(xié)調(diào)能源利用、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的辯證關(guān)系[1]。本文針對(duì)能源環(huán)境學(xué)中的能源部分教學(xué),進(jìn)行了一些思考。能源是比較集中的含能體或能量過程。我國是煤能源占主導(dǎo)地位,油氣資源不夠豐富的國家。我國能源消耗總量居世界前列,但人均能源消耗量很低,加之經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低,單位GDP能耗較高,因此節(jié)能減排的形式嚴(yán)峻。

一、能源轉(zhuǎn)換利用的教學(xué)

機(jī)械能、熱能、化學(xué)能、電能、核能、太陽能、風(fēng)能、潮汐能這些能源的形式,相互之間是可以轉(zhuǎn)換的。其中,將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能是目前獲得機(jī)械能的最主要的方式。將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置稱為熱機(jī)。因?yàn)闊釞C(jī)可以為各種機(jī)械提供動(dòng)力,故通常又將其稱為動(dòng)力機(jī)械。蒸汽輪機(jī),簡(jiǎn)稱汽輪機(jī),是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的熱機(jī)。對(duì)于汽輪機(jī)的講解,我們一般采用“模型教學(xué)”的方法,結(jié)合汽輪機(jī)模型,加深同學(xué)對(duì)汽輪機(jī)的直觀了解。在此基礎(chǔ)上,再對(duì)汽輪機(jī)的工作原理進(jìn)行講解。另外,通過對(duì)燃煤電廠的講解,讓學(xué)生了解從煤的化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)換成熱能,以蒸汽的形式進(jìn)行流動(dòng),再將蒸汽通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換成動(dòng)能,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。整個(gè)過程通過豐富的圖片和真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)將全過程展示給學(xué)生,一方面?zhèn)魇趯I(yè)知識(shí),另一方面也激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,讓他們感覺到能源工程的魅力。

二、能源系統(tǒng)工程教育

首先,能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)教育在于培養(yǎng)學(xué)生的能源利用視野,突出能源與環(huán)境,發(fā)展與節(jié)能等的辨證關(guān)系,著力拓寬學(xué)生的能源利用全球視野,使其關(guān)注新能源的利用。現(xiàn)在比較有前景的新能源有風(fēng)能、太陽能、核能和生物質(zhì)能。其中,太陽能是一種優(yōu)質(zhì)的新能源,太陽輻射到地球表面的能量遠(yuǎn)大于人類所需,而且太陽能清潔,無污染,對(duì)環(huán)境友好。但是從能源的轉(zhuǎn)換、利用的角度看,太陽能的能流密度比較低。跟常規(guī)能源,如煤、石油、天然氣等相比,太陽能的利用還有待進(jìn)一步研究開發(fā)。風(fēng)能同樣是清潔能源,但是風(fēng)能受氣候的影響比較大,不能夠提供穩(wěn)定、有效的高品質(zhì)能量;核能是一種快速發(fā)展的戰(zhàn)略性新能源,通過核裂變,核反應(yīng)堆可以提供巨量能量,但是,核材料特別是核廢料對(duì)環(huán)境的影響卻有待進(jìn)一步評(píng)估,而且核能裝備投資大,技術(shù)要求特別高。因此,在常規(guī)能源日益枯竭的情況下,我們需要拓寬視野,緊跟新能源技術(shù)的研究。

其次,需要培養(yǎng)學(xué)生綜合利用能源的意識(shí)和節(jié)約能源的觀念。近年來,隨著新能源技術(shù)的發(fā)展,生物質(zhì)能源技術(shù)有了很大提高,而其中沼氣的綜合利用是能源技術(shù)的一個(gè)重要方向,特別是隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展,集約化農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖的形成,大量的沼氣發(fā)酵而成。而養(yǎng)殖場(chǎng),比如養(yǎng)豬場(chǎng),在飼養(yǎng)種豬時(shí),豬圈需要維持一定的溫度,如果通過其它的能源方式,比如燃燒液化石油氣來為豬圈取暖,則需耗費(fèi)大量液化石油氣,而同時(shí),豬場(chǎng)發(fā)酵而成的沼氣則白白浪費(fèi)。這正需要我們進(jìn)行綜合處理,以達(dá)到綜合利用的目的。當(dāng)然,沼氣的著火點(diǎn)、火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊扰c液化石油氣不同,如果需要利用原有的加熱設(shè)備,則需要進(jìn)行改造。而沼氣的產(chǎn)生,也具有季節(jié)性,春、夏季節(jié)的沼氣產(chǎn)生量要比秋、冬季節(jié)要大;沼氣的產(chǎn)生量也同時(shí)受豬場(chǎng)在圈生豬頭數(shù)的影響。而秋冬的采暖負(fù)荷又較春夏要大,所以,在采用燃燒沼氣的方法進(jìn)行豬圈采暖時(shí),需要綜合考慮如何設(shè)計(jì)采暖設(shè)備,有兩種方式:一、燃燒沼氣,產(chǎn)生熱風(fēng),同時(shí)輔以LPG(液化石油氣)空氣加熱器;二、用沼氣鍋爐,產(chǎn)生熱水,將熱水通過風(fēng)機(jī)盤管,產(chǎn)生熱風(fēng),同時(shí)輔以小型LPG鍋爐,進(jìn)行容量調(diào)節(jié)。在綜合利用能源的技術(shù)選擇中,應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于能源利用與環(huán)境保護(hù)的綜合考慮。近年來,隨著我國對(duì)能源立法的重視,多部能源相關(guān)法律產(chǎn)生,其中《能源法》,《節(jié)能環(huán)保法》等對(duì)我們專業(yè)的指導(dǎo)性明顯。《能源法》和《節(jié)能環(huán)保法》當(dāng)中,都對(duì)大型工礦企業(yè)的節(jié)電、節(jié)水、節(jié)汽提出了明確的要求。因而,我們對(duì)一些大型的企業(yè)進(jìn)行了水平衡、熱平衡測(cè)試,通過對(duì)設(shè)備、流程等的改造,以找出節(jié)約能源的途徑。水平衡就是通過對(duì)企業(yè)進(jìn)水、出水計(jì)量,水管道、用水設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)水平衡計(jì)算。對(duì)工業(yè)水、純水、自來水、蒸汽等分別進(jìn)行水平衡計(jì)算,找出漏水點(diǎn)以及耗水量異常的設(shè)備,進(jìn)行相應(yīng)改造。同時(shí),對(duì)于污水的排放量以及污水的排放去向進(jìn)行測(cè)量和查找。同時(shí),根據(jù)《能源法》和《節(jié)能環(huán)保法》的要求,對(duì)企業(yè)進(jìn)行相應(yīng)的熱平衡,對(duì)于用熱設(shè)備進(jìn)行衡算,找出漏熱點(diǎn)以及耗熱量異常或者不符合國家法律法規(guī)的高耗能設(shè)備進(jìn)行改造。而各地方法規(guī)同樣也是需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行宣講,讓他們牢固樹立節(jié)約能源的意識(shí),這不僅是專業(yè)的素養(yǎng),同時(shí),也是國家、地方法律、法規(guī)對(duì)我們的要求。具體到我們能源行業(yè),就是,在法律的框架下,綜合利用能源,節(jié)約能源。我們要以法制的觀念去看待節(jié)能的事業(yè),培養(yǎng)學(xué)生懂“能源法”,利用“能源法”,來為我們的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

再次,需培養(yǎng)學(xué)生能源利用的倫理道德觀念[2]。值得注意的是,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對(duì)能源資源的需求量越來越大。但是,按照目前的開采速度,全球的煤的剩余可開采儲(chǔ)量只能維持240多年,石油和天然氣可供開采的年限僅分別為40年和50年[3]。而隨著大量的礦物燃料的使用,我國的大氣環(huán)境受到了嚴(yán)重的污染,空氣中的CO,NO,NO2,SO2等在很多城市嚴(yán)重超標(biāo)。而空調(diào)、冰箱等制冷設(shè)備中大量使用對(duì)臭氧層有害的氟里昂工質(zhì),使得臭氧層空洞越來越大。

三、結(jié)語

是不是一如既往地片面追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展,而忽視對(duì)能源的節(jié)約利用?是不是只追求眼前利益,而放棄對(duì)能源利用過程進(jìn)行環(huán)境的處理和保護(hù)?是不是只追求自身的發(fā)展,而忽視“地球村”的觀念?這些都是我們?cè)谀茉蠢眠^程中,需要考慮的問題,因?yàn)?能源利用關(guān)系到我們的子孫后代的生存和發(fā)展。當(dāng)意識(shí)到無休止的采掘,會(huì)導(dǎo)致能源的日益枯竭,這時(shí)我們會(huì)擔(dān)心子孫后代的生存和發(fā)展。當(dāng)環(huán)境受到了肆無忌憚的破壞,各種疾病頻發(fā),受害的不僅是我們自己,也會(huì)禍及我們的子孫;當(dāng)我們只追求自身的發(fā)展,而忽視“地球村”的觀念,去破壞我們賴以生存的地球的資源和環(huán)境,那么,我們必然會(huì)受到相應(yīng)的懲罰。因而,在學(xué)習(xí)能源利用的時(shí)候,需要時(shí)刻警醒自己要時(shí)刻注意資源的有效利用和對(duì)環(huán)境的保護(hù),唯有如此,才能夠可持續(xù)地利用能源,才能利及千秋。