能源与环境 能源是人类进行生产和赖以生存的物质 基础，它和材料、信总一起被认为是现代社 会发展的三个要素。能源的消费水平是衡量 一个国家经济状况、科学技术进步和人民生 活水平的重要标志。解决能源问题对于发展 国民能经济、提高人民生活水平、稳定社会 秩序等方面，都有重要的意义。 图1电能的利用给人类带来了现代文明之光 随着现代社会的发展，世界总人口的增长，对能源的需求量越来越大，世界各国十分重 视合理地开发和利用能源。 能源是现代文明的支柱，给人类带来了光明和幸福，但同时也给人类带来了环境污染， 带来了灾祸。目前的环境问题，很大部分是由于能源发展，特别是能源矿产的利用引起的。 利用多种能源资源和发展高效、清洁的能源技术是现代世界各国能源发展的目标。 能量的定义 物体具有作功的能力称为物体的能量。 能量是物质的属性，任何物质都具有能量，即使物质处于静止状态也有能量，但一般情 况下只有当物质的静止能量转化为动能释放出来时才能作功。虽然任何物质都具有静止能 量，但不同的物质其静止能量转化为动能的难易程度及转化的数量差别是很大的。比较集中 而又较易转化的物质和可以直接利用的能量资源（如太阳能）才能 用作能源。 能量的形式能量有各种形式，各种形式的能量之间可以相互 转化。能量的形式有以下几类： ()机械能。包括动能和势能，是人类最早认识的能 (②)热能。 (3)电能。 望尝胬臻
能源是人类进行生产和赖以生存的物质 基础，它和材料、信息一起被认为是现代社 会发展的三个要素。能源的消费水平是衡量 一个国家经济状况、科学技术进步和人民生 活水平的重要标志。解决能源问题对于发展 国民能经济、提高人民生活水平、稳定社会 秩序等方面，都有重要的意义。 随着现代社会的发展，世界总人口的增长，对能源的需求量越来越大，世界各国十分重 视合理地开发和利用能源。 能源是现代文明的支柱，给人类带来了光明和幸福，但同时也给人类带来了环境污染， 带来了灾祸。目前的环境问题，很大部分是由于能源发展，特别是能源矿产的利用引起的。 利用多种能源资源和发展高效、清洁的能源技术是现代世界各国能源发展的目标。 能量的定义 物体具有作功的能力称为物体的能量。 能量是物质的属性，任何物质都具有能量，即使物质处于静止状态也有能量，但一般情 况下只有当物质的静止能量转化为动能释放出来时才能作功。 虽然任何物质都具有静止能 量，但不同的物质其静止能量转化为动能的难易程度及转化的数量差别是很大的。比较集中 而又较易转化的物质和可以直接利用的能量资源(如太阳能)才能 用作能源。 能量的形式 能量有各种形式，各种形式的能量之间可以相互 转化。能量的形式有以下几类： (1) 机械能。包括动能和势能，是人类最早认识的能 量。 (2) 热能。 (3) 电能
(④)辐射能。 (⑤)化学能。 能量贬值 运动是多种多样的，就其运动形态而论，运动可分为有序运动和无序运动，因此能量也 可分为有序能和无序能。一切宏观整体运动的能量和大量电子定向运动的电能都是有序能： 而物质内部分子杂乱无章的热运动所具有的能量是无序能。根据热力学第二定律，有序能可 以完全地、无条件地转换为无序能，但无序能不能自动地全部转化为有序能，无序能不能全 部被利用，总有一部分要转移到环境中去，无序能转换为有序能是有条件的、不完全的。因 此能量的转换特性，导致了能量不仅有“量“的多少，还有“质“的高低 自发进行的能量转换过程是有方向性的，当能量转换或传递过程中有无序能参与时就会 产生转换的方向性和不可逆问题。因此可以说有序能比无序能更有价值。具有更高的品质。 有一种普遍的自然现象：摩擦生热。由于摩擦机械能转换为热能，即有序能转换为无序能。 能量的转化从量级上看没有变化，但从品质上看却降低了，即它的使用价值变小了，能量使 用价值的降低称为能量贬值。摩擦使高品质能量贬值为低品质能量。能量贬值是自然界的普 遍现象。 能源 凡是能直接或者经过转换而获取某种能量的自然资源都称为能源。能源形式多样，有不 同的分类方法。 按地球上的能量来源分类 (1)地球本身蕴藏的能源，如：核能 地热能等。 (2)来自地球外天体的能源，如：宇 宙射线及太阳能以及由太阳能引起的水 能、风能、波浪能、海洋温差能等。 (3)地球与其它天体相互作用的能 源，如：潮汐能等。 图4婆态程龄能鼎装蛋用塔式焦光方式接收太阳能，用差汽涡 按被利用的程度分类
(4) 辐射能。 (5) 化学能。 (6) 核能。 (7) 生物能。 运动是多种多样的，就其运动形态而论，运动可分为有序运动和无序运动，因此能量也 可分为有序能和无序能。一切宏观整体运动的能量和大量电子定向运动的电能都是有序能； 而物质内部分子杂乱无章的热运动所具有的能量是无序能。根据热力学第二定律，有序能可 以完全地、无条件地转换为无序能，但无序能不能自动地全部转化为有序能，无序能不能全 部被利用，总有一部分要转移到环境中去，无序能转换为有序能是有条件的、不完全的。因 此能量的转换特性，导致了能量不仅有"量"的多少，还有"质"的高低。 自发进行的能量转换过程是有方向性的，当能量转换或传递过程中有无序能参与时就会 产生转换的方向性和不可逆问题。因此可以说有序能比无序能更有价值。具有更高的品质。 有一种普遍的自然现象：摩擦生热。由于摩擦机械能转换为热能，即有序能转换为无序能。 能量的转化从量级上看没有变化，但从品质上看却降低了，即它的使用价值变小了，能量使 用价值的降低称为能量贬值。摩擦使高品质能量贬值为低品质能量。能量贬值是自然界的普 遍现象。 凡是能直接或者经过转换而获取某种能量的自然资源都称为能源。能源形式多样，有不 同的分类方法。 按地球上的能量来源分类： (1) 地球本身蕴藏的能源，如：核能、 地热能等。 (2) 来自地球外天体的能源，如：宇 宙射线及太阳能以及由太阳能引起的水 能、风能、波浪能、海洋温差能等。 (3) 地球与其它天体相互作用的能 源，如：潮汐能等。 按被利用的程度分类：
()常规能源，如：煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等。 (②)新能源，如：太阳能、地热能、潮汐能、生物质能、核能等。 获得的方法分类： ()一次能源，即可供直接利用的能源 如煤、石油、天然气等。 (2)二次能源，即由一次能源直接或间接 转换而来的能源，如：电、燕气、焦炭、煤气 等。 按能否再生分类： 西5馨鞋斋术使人再次领略到 (1)可再生能源，即不会随它本身的转化或人类的利用而日益减少，如：水能、风能、潮 汐能、太阳能等。 (②)非再生能源，它随人类的利用而越来越少，如：石油、煤、天然气、核燃料等。 按能源本身的性质分类： (1)含能体能源，如：石油、煤、天然气、地热等，它们可以直接存储： (②)过程性能源，它们无法直接存储，如水风能、潮汐能、电能等。 按对环境的污染情况分类： (1)清洁能源，对环境无污染或污染很小的能源，如：太阳能、水能、海洋能等。 (2)非清洁能源，对环境污染较大的能源，如：煤、石油等。 能源的评价指标 1.储量 作为能源的一个必要条件是储量要足够丰富。在考察储量的同时还要对能源的可再生性 和地理分布作出评价。比如太阳能、风能、水能等都可再生，而煤、石油、天然气则不可再 生。能源的地理分布和使用关系密切，例如我国煤炭资源多在西北，水能资源多在西南，而 工业区却分布在东南沿海，因此能源 的地理分布对能源的使用很不利。 2.储能的可能性与供能的连续性 储能的可能性是指能源不用时是否可
(1)常规能源，如：煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等。 (2)新能源，如：太阳能、地热能、潮汐能、生物质能、核能等。 获得的方法分类： (1) 一次能源，即可供直接利用的能源， 如煤、石油、天然气等。 (2) 二次能源，即由一次能源直接或间接 转换而来的能源，如：电、蒸气、焦炭、煤气 等。 按能否再生分类： (1) 可再生能源，即不会随它本身的转化或人类的利用而日益减少，如：水能、风能、潮 汐能、太阳能等。 (2) 非再生能源，它随人类的利用而越来越少，如：石油、煤、天然气、核燃料等。 按能源本身的性质分类： (1) 含能体能源，如：石油、煤、天然气、地热等，它们可以直接存储。 (2) 过程性能源，它们无法直接存储，如水风能、潮汐能、电能等。 按对环境的污染情况分类： (1) 清洁能源，对环境无污染或污染很小的能源，如：太阳能、水能、海洋能等。 (2) 非清洁能源，对环境污染较大的能源，如：煤、石油等。 1. 储量 作为能源的一个必要条件是储量要足够丰富。在考察储量的同时还要对能源的可再生性 和地理分布作出评价。比如太阳能、风能、水能等都可再生，而煤、石油、天然气则不可再 生。能源的地理分布和使用关系密切，例如我国煤炭资源多在西北，水能资源多在西南，而 工业区却分布在东南沿海，因此能源 的地理分布对能源的使用很不利。 2. 储能的可能性与供能的连续性 储能的可能性是指能源不用时是否可
以储存起来，需要时是否又能立即供应。在这方面，化石燃料容易做到，而太阳能、风能则 比较困难。供能的连续性，是指能否按需要和所需的速度连续不断地供给能量。 3。能量密度和能流密度能量密度是指单位质量的物质释放的能量。煤的能量密度为 24x10'Jkg,石油的能量密度为432×10'g,裂变物质的能量密度要比常规燃料 大上百万倍，如轴235的能量密度为749×10出g。能流密度是单位时间内通过单位面 积的能量。主要用来评价可直接利用的能源如太阳能、风能等。 4.开发费用和利用能源的设备费用太阳能、风能不需要任何成本即可得到。各种化石 燃料从勘探、开采到加工都需要大量投资。但利用能源的设备费用则正好相反，太阳能、风 能、海洋能的利用设备费用按每千瓦计远高于利用化石燃料的设备费用。核电站的核燃料费 用远低于燃油电站，但其设备费用却高得多。 5。运输费用与损耗太阳能、风能和地热能等很难输送出去，但化石燃料却很容易从产 地输送至用户。核电站核燃料的运输费用极少，因为核燃料的能量密度是煤的几百万倍，而 燃煤电站的输煤就是一笔很大的费用。 6.品质能源的品位有高低之分，例如：水能能够直接转变为机械能和电能，它的品位要 比由化学能转变为热能，再由热能转换为机械能的化石燃料的品位要高些。另外热机中，热 源的温度越高、冷源的温度越低，则循环的热效率就越高，因此温度高的热源品位比温度低 的热源品位要高。在使用能源时，要适当安排不同品位的能源。 ?.对环境的影响对环境的影响不仅是指对环境的污染，还包括开采和开发过程中对生态 平衡方面的影响。化石燃料对环境的污染大：太阳能、风能、氢能对环境基本没有污染。优 良的能源是干净、安全、不破坏生态平衡的能源。 能源形势 由于生产力的发展和能源有着极为密切的关系，因此能源问题是现实社会中一个具有战 略意义的重要问题。一个国家经济发展的快慢在很大程度上取决于这个问题的解决
以储存起来，需要时是否又能立即供应。在这方面，化石燃料容易做到，而太阳能、风能则 比较困难。供能的连续性，是指能否按需要和所需的速度连续不断地供给能量。 3. 能量密度和能流密度 能量密度是指单位质量的物质释放的能量。煤的能量密度为 ，石油的能量密度为 ，裂变物质的能量密度要比常规燃料 大上百万倍，如铀 235 的能量密度为 。能流密度是单位时间内通过单位面 积的能量。主要用来评价可直接利用的能源如太阳能、风能等。 4. 开发费用和利用能源的设备费用太阳能、风能不需要任何成本即可得到。各种化石 燃料从勘探、开采到加工都需要大量投资。但利用能源的设备费用则正好相反，太阳能、风 能、海洋能的利用设备费用按每千瓦计远高于利用化石燃料的设备费用。核电站的核燃料费 用远低于燃油电站，但其设备费用却高得多。 5. 运输费用与损耗太阳能、风能和地热能等很难输送出去，但化石燃料却很容易从产 地输送至用户。核电站核燃料的运输费用极少，因为核燃料的能量密度是煤的几百万倍，而 燃煤电站的输煤就是一笔很大的费用。 6.品质能源的品位有高低之分，例如：水能能够直接转变为机械能和电能，它的品位要 比由化学能转变为热能，再由热能转换为机械能的化石燃料的品位要高些。另外热机中，热 源的温度越高、冷源的温度越低，则循环的热效率就越高，因此温度高的热源品位比温度低 的热源品位要高。在使用能源时，要适当安排不同品位的能源。 7.对环境的影响对环境的影响不仅是指对环境的污染，还包括开采和开发过程中对生态 平衡方面的影响。化石燃料对环境的污染大；太阳能、风能、氢能对环境基本没有污染。优 良的能源是干净、安全、不破坏生态平衡的能源。 由于生产力的发展和能源有着极为密切的关系，因此能源问题是现实社会中一个具有战 略意义的重要问题。一个国家经济发展的快慢在很大程度上取决于这个问题的解决
自从进入20世纪，世界能源消费增长很快，1900年全世界能源的总消费量相当于7.75 亿吨标准煤，到1980年就达到了大约100亿吨标准煤。从能源结构来看，20世纪60年代 以前大量应用的能源是煤、石油、天然气。由于石油的开发和利用，60年代石油用量急剧 增加，在20世纪70年代末，石油和天然气的消耗量接近全世界能源消耗总量的70%左右。 世界已探明的石油储量约为3000亿吨，按现在每年开采40亿吨的水平计算，现有储量只够 开采70年。煤的可开采储量为6800吨，以目前每年消耗煤炭35亿吨计算，可供全世界使 用20年。煤、石油、天然气等常规能源日趋枯竭，开发、研究新能源己是世界各国亟待解 决的问题。 个国家的国民生产总值和能源消耗量大致成线性关系，据统计，1987年我国能源消耗 量相当于10.8亿吨标准煤，按21世纪的50年内国民经济总产值翻两番的构想和专家的预 测，到050年我国能源的总需求量大约是50亿吨标淮煤，而我国的能源资源和生产能力大 致只能提供总需求量的8%左右。同时随着人民生活水平的提高、汽车工业的发展，对液 体燃料的需求量将大大增加，而我国石油储备量不足，共需矛盾将更加突出。发展新能源和 新能源转化技术对我国经济建设也是一个非常重要的问题。 能源与环境 世界经济发展和人类赖以生存的环境是不协调的，经济的发展和人口的增长给环境造成 了巨大的压力，对发展中国家这种情况尤为突出。从引起环境问题的根源考虑，环境问题可 分为两类：由自然力引起的环境问题和由人类活动引起的次生环境问题。第一类环境向题， 主要指地震、洪涝、干早、滑坡等自然灾害所引起的环境问题，对这类环境问题，目前人类 的抵御能力还很薄弱。第二类环境问题，又可分为环境污染和生态破坏两大类。 环境问题是一个全球性的问题。污染物可以在生物圈中停留相当长的时间，并且通过 扩散或漂移输送到离污染源很远的地方。联合国环境署的报告表明，整个地球的环境正在全 面恶化，其主要表现为： ()南极的臭氧层空洞正 以每年一个美国陆地面积的速度扩 大，受臭氧空洞的影响，太阳紫外线 辐射使人类皮肤癌的发病率不断上 升： 图7以煤为燃料的火力发电厂外景
自从进入 20 世纪，世界能源消费增长很快，1900 年全世界能源的总消费量相当于 7.75 亿吨标准煤，到 1980 年就达到了大约 100 亿吨标准煤。从能源结构来看，20 世纪 60 年代 以前大量应用的能源是煤、石油、天然气。由于石油的开发和利用，60 年代石油用量急剧 增加，在 20 世纪 70 年代末，石油和天然气的消耗量接近全世界能源消耗总量的 70%左右。 世界已探明的石油储量约为 3000 亿吨，按现在每年开采 40 亿吨的水平计算，现有储量只够 开采 70 年。煤的可开采储量为 6800 吨，以目前每年消耗煤炭 35 亿吨计算，可供全世界使 用 200 年。煤、石油、天然气等常规能源日趋枯竭，开发、研究新能源已是世界各国亟待解 决的问题。 一个国家的国民生产总值和能源消耗量大致成线性关系，据统计，1987 年我国能源消耗 量相当于 10.8 亿吨标准煤，按 21 世纪的 50 年内国民经济总产值翻两番的构想和专家的预 测，到 2050 年我国能源的总需求量大约是 50 亿吨标准煤，而我国的能源资源和生产能力大 致只能提供总需求量的 80%左右。同时随着人民生活水平的提高、汽车工业的发展，对液 体燃料的需求量将大大增加，而我国石油储备量不足，共需矛盾将更加突出。发展新能源和 新能源转化技术对我国经济建设也是一个非常重要的问题。 世界经济发展和人类赖以生存的环境是不协调的，经济的发展和人口的增长给环境造成 了巨大的压力，对发展中国家这种情况尤为突出。从引起环境问题的根源考虑，环境问题可 分为两类：由自然力引起的环境问题和由人类活动引起的次生环境问题。第一类环境问题， 主要指地震、洪涝、干旱、滑坡等自然灾害所引起的环境问题，对这类环境问题，目前人类 的抵御能力还很薄弱。第二类环境问题，又可分为环境污染和生态破坏两大类。 环境问题是一个全球性的问题。污染物可以在生物圈中停留相当长的时间，并且通过 扩散或漂移输送到离污染源很远的地方。联合国环境署的报告表明，整个地球的环境正在全 面恶化，其主要表现为： (1) 南极的臭氧层空洞正 以每年一个美国陆地面积的速度扩 大，受臭氧空洞的影响，太阳紫外线 辐射使人类皮肤癌的发病率不断上 升；