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能源基础知识
1、能源的概念
能源指煤炭、石油、天然气、生物质能和电力、热力以及其他直接或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源。
●能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲,人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。
●能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力,是人类赖以生存的基础。自工业革命以来,能源问题就开始出现。在全球经济高速发展的今天,国际能源安全已上升到了国家的高度,各国都制定了以能源供应安全为核心的能源政策。在此后的几十年里,在稳定能源供应的支持下,世界经济规模取得了较大增长。但是,人类在享受能源带来的经济发展,科技进步等利益的同时,也遇到一系列无法避免的能源安全挑战,能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题威胁着人类的生存与发展。 2、能源的分类
能源种类繁多,而且经过人类不断的开发与研究,更多新型能源已经开始能够满足人类需求。根据不同的划分方式,能源也可分为不同的类型。主要有以下八种分法。 (1)按能源的来源分
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①来自地球外部天体的能源(主要是太阳能)。除直接辐射外,并为风能、水能、生物能和矿物能源等的产生提供基础。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外,水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。
②地球本身蕴藏的能量。通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源,如原子核能、地热能等。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球可分为地壳、地幔和地核三层,它是一个大热库。地壳就是地球表面的一层,一般厚度为几公里至70公里不等。地壳下面是地幔,它大部分是熔融状的岩浆,厚度为2900公里。火山爆发一般是这部分岩浆喷出。地球内部为地核,地核中心温度为2000度。可见,地球上的地热资源贮量也很大。
③地球和其他天体相互作用而产生的能量。如潮汐能。
(2)按能源的基本形态分
①一次能源
从自然界直接取得而不改变其基本形态的能源。如煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等。
②二次能源。
由一次能源经过加工转换而取得的另一形态的能源。如电力、焦
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炭、煤气、蒸汽、热水 以及成品油、燃料油、液化气等。在生产过程中产生的余热、余能也属于二次能源。如:高温烟气、可燃气体(高、焦、转煤气)、水蒸汽、热水等。
一次能源无论几次转换而得到的另一种能源都是二次能源。如:用电加热水产生的蒸汽。
(3)按能源的性质分
①燃料型能源(煤炭、石油、天然气、泥炭、木材) ②非燃料型能源(水能、风能、地热能、海洋能)。
人类利用自己体力以外的能源是从用火开始的,最早的燃料是木材,以后用各种化石燃料,如煤炭、石油、天然气、泥炭等。现正研究利用太阳能、地热能、风能、潮汐能等新能源。当前化石燃料消耗量很大,而且地球上这些燃料的储量有限。未来铀和钍将提供世界所需的大部分能量。一旦控制核聚变的技术问题得到解决,人类实际上将获得无尽的能源。
(4)按能源使用后是否造成环境污染分
①污染型能源:包括煤炭、石油等,
②清洁型能源:包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等。
(5)按使用类型分
①常规能源:利用技术上成熟,使用比较普遍的能源叫做常规能
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源。包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。
②新能源:新近利用或正在着手开发的能源叫做新能源,又称非常规能源。
新能源是相对于常规能源而言的,包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、氢能以及用于核能发电的核燃料等能源。
(6)按形态特征或转换与应用的层次分
固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中,前三个类型统称化石燃料或化石能源。
(7)按是否进入市场分
①商品能源:进入能源市场作为商品销售的能源。如煤、石油、天然气和电等。
②非商品能源:主要指风能、太阳能等。
(8)按是否可以不断得到补充或能在较短周期内再产生分 ①再生能源:可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为再生能源。包括风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等。
②非再生能源:如煤、石油和天然气等
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3、耗能工质
在生产过程中所消耗的那种不作原料使用,也不进入产品,制取时又需要消耗能源的工作物质,这些工作物质被称为耗能工质。 它是由能源经过一次或多次转换而成的非热 性属性的载能体,例如工业水、压缩空气、 氧气、氮气、氩气、保护气等。消耗这些物 质也间接地消耗了能源。
从能量利用角度观察耗能工质可分两类: 一类通常称为能量形式来使用(如压缩空气、 电石、乙炔、氧气等),另一类通常不用作 为能量使用的耗能工质(如自来水、冷却水 等)。
耗能工质的消耗也属于综合能耗计算种类。 4、能量 (1)能量的定义
能量是物质运动的度量。
物质存在着不同的运动形态,因此对于每一种具有的物质运动形态存在相应的能量形式。例如:与宏观物体的机械运动对应的能量形式是动能;与分子运动对应的能量形式是热能;与原子运动对应的能量形式是化学能;与带电粒子的定向运动对应的能量形式是电能;与光子运动对应的能量形式是光能。 (2)能量的分类
对能量的分类没有同意的标准,到目前为止,人类认识的能量有
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