本文作者：夏鵬 姜小敏 蔡穎玲 單位：上海工程技術大學機械工程學院

能源環(huán)境學是講述能源與環(huán)境關系的一門新興學科。課程內容包括幾個方面:首先是能源的轉換、利用;其次是由于能源利用過程當中引起的環(huán)境問題,以及如何協(xié)調能源利用、經濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的辯證關系[1]。本文針對能源環(huán)境學中的能源部分教學,進行了一些思考。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,加之經濟發(fā)展水平低,單位GDP能耗較高,因此節(jié)能減排的形式嚴峻。

一、能源轉換利用的教學

機械能、熱能、化學能、電能、核能、太陽能、風能、潮汐能這些能源的形式,相互之間是可以轉換的。其中,將熱能轉換為機械能是目前獲得機械能的最主要的方式。將熱能轉換成機械能的裝置稱為熱機。因為熱機可以為各種機械提供動力,故通常又將其稱為動力機械。蒸汽輪機,簡稱汽輪機,是將蒸汽的熱能轉換為機械功的熱機。對于汽輪機的講解,我們一般采用“模型教學”的方法,結合汽輪機模型,加深同學對汽輪機的直觀了解。在此基礎上,再對汽輪機的工作原理進行講解。另外,通過對燃煤電廠的講解,讓學生了解從煤的化學能通過燃燒轉換成熱能,以蒸汽的形式進行流動,再將蒸汽通過汽輪機轉換成動能,帶動發(fā)電機發(fā)電。整個過程通過豐富的圖片和真實的現場將全過程展示給學生,一方面?zhèn)魇趯I(yè)知識,另一方面也激發(fā)學生的學習熱情,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)能等的辨證關系,著力拓寬學生的能源利用全球視野,使其關注新能源的利用。現在比較有前景的新能源有風能、太陽能、核能和生物質能。其中,太陽能是一種優(yōu)質的新能源,太陽輻射到地球表面的能量遠大于人類所需,而且太陽能清潔,無污染,對環(huán)境友好。但是從能源的轉換、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一步研究開發(fā)。風能同樣是清潔能源,但是風能受氣候的影響比較大,不能夠提供穩(wěn)定、有效的高品質能量;核能是一種快速發(fā)展的戰(zhàn)略性新能源,通過核裂變,核反應堆可以提供巨量能量,但是,核材料特別是核廢料對環(huán)境的影響卻有待進一步評估,而且核能裝備投資大,技術要求特別高。因此,在常規(guī)能源日益枯竭的情況下,我們需要拓寬視野,緊跟新能源技術的研究。

其次,需要培養(yǎng)學生綜合利用能源的意識和節(jié)約能源的觀念。近年來,隨著新能源技術的發(fā)展,生物質能源技術有了很大提高,而其中沼氣的綜合利用是能源技術的一個重要方向,特別是隨著生態(tài)農業(yè)的發(fā)展,集約化農業(yè)養(yǎng)殖的形成,大量的沼氣發(fā)酵而成。而養(yǎng)殖場,比如養(yǎng)豬場,在飼養(yǎng)種豬時,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,則需耗費大量液化石油氣,而同時,豬場發(fā)酵而成的沼氣則白白浪費。這正需要我們進行綜合處理,以達到綜合利用的目的。當然,沼氣的著火點、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備,則需要進行改造。而沼氣的產生,也具有季節(jié)性,春、夏季節(jié)的沼氣產生量要比秋、冬季節(jié)要大;沼氣的產生量也同時受豬場在圈生豬頭數的影響。而秋冬的采暖負荷又較春夏要大,所以,在采用燃燒沼氣的方法進行豬圈采暖時,需要綜合考慮如何設計采暖設備,有兩種方式:一、燃燒沼氣,產生熱風,同時輔以LPG(液化石油氣)空氣加熱器;二、用沼氣鍋爐,產生熱水,將熱水通過風機盤管,產生熱風,同時輔以小型LPG鍋爐,進行容量調節(jié)。在綜合利用能源的技術選擇中,應培養(yǎng)學生對于能源利用與環(huán)境保護的綜合考慮。近年來,隨著我國對能源立法的重視,多部能源相關法律產生,其中《能源法》,《節(jié)能環(huán)保法》等對我們專業(yè)的指導性明顯。《能源法》和《節(jié)能環(huán)保法》當中,都對大型工礦企業(yè)的節(jié)電、節(jié)水、節(jié)汽提出了明確的要求。因而,我們對一些大型的企業(yè)進行了水平衡、熱平衡測試,通過對設備、流程等的改造,以找出節(jié)約能源的途徑。水平衡就是通過對企業(yè)進水、出水計量,水管道、用水設備進行相應水平衡計算。對工業(yè)水、純水、自來水、蒸汽等分別進行水平衡計算,找出漏水點以及耗水量異常的設備,進行相應改造。同時,對于污水的排放量以及污水的排放去向進行測量和查找。同時,根據《能源法》和《節(jié)能環(huán)保法》的要求,對企業(yè)進行相應的熱平衡,對于用熱設備進行衡算,找出漏熱點以及耗熱量異常或者不符合國家法律法規(guī)的高耗能設備進行改造。而各地方法規(guī)同樣也是需要對學生進行宣講,讓他們牢固樹立節(jié)約能源的意識,這不僅是專業(yè)的素養(yǎng),同時,也是國家、地方法律、法規(guī)對我們的要求。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)學生懂“能源法”,利用“能源法”,來為我們的可持續(xù)發(fā)展服務。

再次,需培養(yǎng)學生能源利用的倫理道德觀念[2]。值得注意的是,隨著經濟的發(fā)展,對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)境受到了嚴重的污染,空氣中的CO,NO,NO2,SO2等在很多城市嚴重超標。而空調、冰箱等制冷設備中大量使用對臭氧層有害的氟里昂工質,使得臭氧層空洞越來越大。

三、結語

是不是一如既往地片面追求經濟發(fā)展,而忽視對能源的節(jié)約利用?是不是只追求眼前利益,而放棄對能源利用過程進行環(huán)境的處理和保護?是不是只追求自身的發(fā)展,而忽視“地球村”的觀念?這些都是我們在能源利用過程中,需要考慮的問題,因為,能源利用關系到我們的子孫后代的生存和發(fā)展。當意識到無休止的采掘,會導致能源的日益枯竭,這時我們會擔心子孫后代的生存和發(fā)展。當環(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,也會禍及我們的子孫;當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,我們必然會受到相應的懲罰。因而,在學習能源利用的時候,需要時刻警醒自己要時刻注意資源的有效利用和對環(huán)境的保護,唯有如此,才能夠可持續(xù)地利用能源,才能利及千秋。