节能原理与技术全套课件

节能原理与技术

今天我们聚焦的主题是节能原理与技术。节能在当今社会具有极其重要的意义，它不仅关系到资源的有效利用，还对环境保护和可持续发展起着关键作用。

从资源角度看，地球上的能源并非取之不尽、用之不竭。随着经济的快速发展，能源需求不断增长，节能能够减少对有限资源的过度消耗，延长资源的使用年限。

在环境保护方面，许多传统能源的使用会产生大量的污染物，如二氧化碳、二氧化硫等，这些污染物会导致气候变化、空气污染等问题。通过节能技术的应用，可以降低能源消耗，减少污染物的排放，从而改善环境质量。

而从可持续发展的层面来讲，节能是实现经济、社会和环境协调发展的重要手段。它可以促进能源结构的优化，推动新能源和可再生能源的发展，为未来的发展奠定坚实的基础。

接下来，我们将深入探讨节能的原理以及相关的技术，了解如何在实际生活和生产中更好地实现节能目标。

本次节能原理与技术相关的学习，为大家准备了几本非常有价值的参考书目。《能源与节能技术》涵盖了能源的基础理论以及多种节能技术的原理，从宏观层面为我们构建了能源与节能的知识框架，能让我们对能源系统有全面的认识，明白节能在整个能源体系中的重要地位。

《节能技术及工程实例》则侧重于实践，它通过大量的实际工程案例，详细阐述了各种节能技术在实际项目中的应用和效果。这些案例能让我们更加直观地看到节能技术如何落地实施，以及实施后能带来怎样的经济效益和环境效益。

《锅炉机组节能》聚焦于锅炉这一重要的能源设备，深入探讨了锅炉机组的节能原理和技术。锅炉在工业生产和日常生活中广泛应用，其节能效果对能源消耗和环境影响巨大，这本书为我们提供了专门针对锅炉节能的专业知识和方法。

这三本书从不同角度为我们学习节能原理与技术提供了丰富的资料，希望大家能好好利用这些资源，深入学习节能知识。

第一章绪论主要涵盖四个关键部分，为后续的节能原理与技术学习奠定基础。

首先是能量与能源，能量作为构成客观世界的基础之一，有多种形式，如机械能、热能、电能等。能源则是含有能量的资源，有多种分类方式和评价指标。了解能量与能源的概念，能让我们明白能源的本质和特点。

其次是能源资源、供应与消费，这涉及到能源的来源、如何获取以及在社会中的使用情况。只有清楚能源的供应和消费状况，才能更好地规划能源的利用。

能源与环境保护也是重要的一环。能源的开发和利用会对环境产生影响，比如煤炭燃烧会带来空气污染。因此，在追求能源发展的同时，必须考虑环境保护，实现能源与环境的和谐共生。

最后是能源与可持续发展，随着能源的不断消耗，可持续发展成为必然要求。我们需要寻找可再生能源，提高能源利用效率，以确保能源的长期稳定供应，实现经济、社会和环境的可持续发展。这四个部分相互关联，共同构成了节能原理与技术的绪论框架。

在第一章绪论的第一节中，我们聚焦能量与能源，这是理解后续节能原理与技术的基础。

首先，探讨什么是能量。物质、能量和信息构成了客观世界，广义上能量是产生某种效果变化的能力。科学史观表明物质既定，不能被创造或消灭，而能量和物质质量存在紧密关系。了解能量的本质，能让我们更好地认识世界的运行规律。

接着，关注能量的形式。机械能与物体宏观机械运动或空间状态相关，分为动能和势能；热能体现物体微观上的能量，是内部微观部分热运动的动能和势能总和；电能是电做功产生能量的能力；辐射能以电磁波形式存在；化学能是物质结构能，常见于化学反应，如燃烧碳和氢；核能则蕴藏在原子核内部。不同形式的能量在生活和生产中都有重要应用。

然后，涉及能源的分类。能源可按能量来源、获得方法、利用程度、能否再生、本身性质、是否作为燃料以及对环境的污染情况等多种方式进行划分。通过分类，能更清晰地了解不同能源的特点和适用场景。

最后，是能源的评价。评价指标包括储量、能量密度、储能可能性、供能连续性、地理分布、开发和设备费用、运输费用与损耗、可再生性、品位以及对环境的影响等。这些指标有助于我们综合评估能源的价值和可行性。

客观世界由物质、能量和信息三大要素构成，这三者相互依存、相互作用，共同塑造了我们所感知的世界。物质是实体，信息是对物质和能量的描述，而能量则是驱动物质变化和信息传递的动力。

广义而言，能量是产生某种效果变化的能力。这种能力无处不在，它可以使物体移动、改变形态、产生化学反应等。从微观的原子运动到宏观的天体运行，能量都在其中发挥着关键作用。

科学史观认为，物质既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。这一观点深刻地揭示了物质和能量的守恒性。能量和物质质量之间存在着紧密的联系，爱因斯坦的质能方程E=mc²就精准地阐述了这种关系，它表明质量和能量是可以相互转换的。

理解能量的本质和特性，有助于我们更好地认识世界，合理利用能源，推动科技进步和社会发展。

在我们周围的世界里，能量以多种形式存在。首先来看机械能，它与物体的宏观机械运动或空间状态紧密相关。当物体处于运动状态时，所具有的能量就是动能，比如飞驰的汽车、奔跑的运动员，他们都因运动而具备了动能。而势能则是与物体空间状态有关的能量，像被举高的重物、拉满的弓，它们都储存着势能，一旦条件合适，势能就可能转化为动能。

接着是热能，也被称为内能。物体的内能代表了微观层面的能量形式，它是物体内部各个微观部分，如原子、分子或离子等进行热运动的动能和势能的总和。我们可以想象，在一杯热水中，水分子在不断地做无规则运动，这种运动所具有的能量就是内能的一部分。温度越高，分子运动越剧烈，内能也就越大。

最后是电能，它是指电以各种形式做功，也就是产生能量的能力。在现代社会，电能无处不在，它让我们的电器设备正常运转，为我们的生活和生产带来便利。比如，电灯发光、电脑运行，都是电能在发挥作用。电能可以通过多种方式产生，如火力发电、水力发电、风力发电等，并且能够方便地进行传输和转化。

总之，机械能、热能和电能这三种能量形式在我们的生活中都扮演着重要的角色，它们相互转化，共同构成了我们丰富多彩的世界。

接下来探讨能量的另外几种形式。辐射能，是物体以电磁波形式发射的能量。它在我们生活中无处不在，像太阳就是通过辐射能将光和热传递到地球，为地球上的生命提供了必要的能量来源。辐射能的应用也十分广泛，比如医学上的X光检查，工业中的辐射加工等。

化学能是物质结构能的一种，源于原子核外进行化学变化时放出的能量。人类应用最普遍的化学能是燃烧碳和氢，像煤炭、石油、天然气的燃烧，本质上都是化学能的释放。这些能源在人类历史上长期扮演着重要角色，推动了工业革命和社会发展。但它们的燃烧也带来了环境污染等问题，促使我们去寻找更清洁的能源。

核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。它的能量密度极高，一小部分核燃料就能产生巨大的能量。核能发电是核能的重要应用之一，相较于传统能源，核能发电具有高效、清洁等优点。然而，核能的利用也伴随着一定风险，如核泄漏等问题，所以在开发和利用核能时，必须确保安全万无一失。

能源的定义是一个复杂且多元的概念，目前关于能源的定义约有20种。简单来说，能源可以理解为含有能量的资源。

《大英百科全书》对能源的解释形象且具体，它指出能源涵盖了所有燃料、流水、阳光和风等，人类借助适当的转换手段，就能让这些能源为自身提供所需的能量。比如，我们可以通过水力发电站将流水的能量转化为电能，利用太阳能板把阳光的能量转化为电能。

我国的《能源百科全书》则从更专业的角度定义能源，认为能源是能够直接或经转换为人类提供光、热、动力等任一形式能量的载能体资源，这既包括物质，也包括物质的运动。例如，煤炭作为一种物质能源，燃烧时能释放出热能；而风能作为物质的运动形式，也能通过风力发电机转化为电能。

这些不同的定义从不同角度揭示了能源的本质和特点，让我们对能源有了更全面、更深入的认识。

能源分类是认识和利用能源的重要基础，有着多种不同的分类方式。按能量的来源分类，能让我们追根溯源，了解能源最初的出处，比如太阳能、地热能等，这有助于我们从源头去研究和开发能源。

按能源获得的方法分类，可以区分是直接获取的能源，如直接开采的煤炭，还是经过转换得到的能源，如由煤炭发电得到的电能，这对于规划能源产业链有着重要意义。

根据能源利用的程度分类，能明确哪些是已经大规模使用的成熟能源，哪些是尚在开发探索阶段的新兴能源，从而合理分配资源进行能源的开发和利用。

按照能否再生分，可分为可再生能源和不可再生能源。可再生能源如风能、水能等取之不尽、用之不竭，是未来能源发展的重要方向；不可再生能源如石油、天然气等储量有限，需要合理节约使用。

按能源本身的性质分，能了解到能源的物理和化学特性，以便更好地选择合适的利用方式。

按是否作为燃料分，能区分出燃料型能源和非燃料型能源，满足不同的生产生活需求。

按对能源污染的情况分，则提醒我们在利用能源时要关注其对环境的影响，尽量选择清洁能源，实现能源与环境的可持续发展。

评价能源需要综合考量多个关键因素。首先是储量，它是能源可持续供应的基础，储量丰富的能源能保障长期的使用。能量密度也至关重要，高能量密度的能源意味着在相同体积或质量下能释放更多能量，使用起来更高效。

储能的可能性决定了能源能否在合适的时间和地点被使用，有效的储能可以平衡能源供应与需求的波动。供能的连续性则关系到能源能否稳定、不间断地供应，对于依赖能源的生产和生活至关重要。

能源的地理分布影响着获取和利用的便利性，分布不均可能导致运输成本增加和供应困难。开发费用和利用能源的设备费用直接影响能源的经济性，合理控制成本才能使能源更具竞争力。

运输费用与损耗也是不可忽视的因素，降低运输成本和损耗能提高能源的利用效率。能源的可再生性体现了其可持续发展的潜力，可再生能源是未来能源发展的方向。

能源的品位反映了能源的质量和可用性，高品位能源通常更易于利用。对环境的影响则涉及到能源的可持续性和社会责任感，选择对环境友好的能源是实现绿色发展的关键。第11页

接下来我们聚焦能源资源、供应与消费这一重要板块。这部分内容涵盖了能源领域的多个关键层面，从整体概述到具体能源资源的分析。

首先是概述，它能帮助我们从宏观层面了解能源的总体情况，比如人类主要使用的能源类型，世界能源资源的分布状况，以及我国能源生产的发展态势等。这就像是为我们构建了一个能源世界的大框架，让我们对能源领域有一个初步的、全面的认识。

然后我们会深入探讨煤炭、石油和天然气这三种具体的能源资源。煤炭在我国能源结构中占据着重要地位，但大量使用煤炭也带来了能源利用效率低和环境污染等问题。石油作为世界能源消费的主要组成部分，在未来十几年仍将占据较大比例，不过其消费地区不均衡。天然气作为一种相对清洁的能源，在能源供应和消费中也有着不可忽视的作用。

对这三种能源资源的供应与消费进行详细分析，有助于我们了解能源市场的现状和未来发展趋势，从而更好地制定能源战略和政策，保障能源的稳定供应和可持续发展。第12页

人类目前使用的能源主要是非再生能源，这一现状反映出我们对有限资源的高度依赖。非再生能源的使用不仅面临着资源枯竭的风险，也会产生一系列的环境问题。

世界能源资源的不平衡分布给能源的分配和利用带来了巨大挑战。一些地区能源丰富，而另一些地区则极度匮乏，这种不平衡加剧了能源市场的不稳定。

近30年来，我国能源生产取得了显著成就。从1973年占世界能源供应总量的7.0%，提升到2020年的14.5%，这表明我国在能源领域的实力不断增强。这一成就的取得得益于我国对能源产业的大力投入和技术创新。

展望未来十几年，世界能源消费将以石油为主，占比约40%。然而，能源消费地区的不均衡状况依旧严峻。这意味着部分地区需要大量进口石油以满足需求，而这种依赖可能会给这些地区带来能源安全隐患。我们需要共同努力，探索更加可持续、公平的能源发展之路。第13页

我们现在关注的是1982年至2007年全球一次能源消费量，数据来源于BP公司统计。这一时间段跨度近三十年，是全球经济快速发展、能源格局深刻变化的时期。

从这期间能源消费量的变化中，我们能洞察到全球经济发展与能源需求之间的紧密联系。经济的增长往往伴随着能源消费的增加，但不同阶段增长的速度和趋势有所不同。比如在某些年份，可能由于科技进步、产业结构调整等因素，能源消费的增速会有所放缓。

同时，分析不同能源类型在这一时期的消费占比变化也很有意义。随着环保意识的增强和对清洁能源的重视，传统化石能源的消费量占比可能逐渐下降，而可再生能源的消费量占比会逐步上升。这不仅反映了能源结构的调整，也体现了全球对可持续发展的追求。

此外，不同地区在这一时期的能源消费量差异也值得探讨。发达国家和发展中国家由于经济发展水平、产业结构等不同，能源消费模式也存在显著差异。通过对这些数据的深入分析，我们可以更好地了解全球能源消费的现状和未来趋势，为制定能源政策和发展战略提供依据。第14页

今天要探讨的是2007年各地区的能源消费格局，数据来源于BP公司的统计。此数据能让我们清晰洞察当时各地区能源消费情况。

回顾之前内容，我们了解到能源有多种分类方式，评价能源也有诸多指标，并且全球能源资源分布不均衡，消费也不均衡。在这样的背景下，2007年各地区能源消费格局就显得尤为重要。

不同地区由于地理环境、经济发展水平、产业结构等因素的差异，能源消费格局也各不相同。经济发达地区可能对优质能源的需求更大，如石油、天然气等；而一些发展中地区可能仍以煤炭等传统能源为主。

通过分析2007年各地区的能源消费格局，我们可以预测未来能源消费的趋势，为能源政策的制定提供依据。同时，也能促使各地区根据自身情况调整能源消费结构，提高能源利用效率，减少对环境的影响。第15页

我国能源领域在过去几十年发生了显著变化。自1995年起，我国在煤炭产量上跃居世界第一，发电规模位列世界第二，原油产量也位居世界第五，展现出强大的能源生产能力。

从1985-2008年，我国生活能源消费情况有了很大改变。一方面，生活能源消费总量大幅增长，这体现了人民生活水平的提升和经济的发展；另一方面，能源消费品种出现巨大变化，煤炭消费量下降近一半，而电力、热力、煤气、液化石油气等与生活密切相关的能源消费急剧增长。这反映出居民对能源品质和便利性的要求在提高。

然而，目前我国能源结构仍以煤为主。与发达国家更多采用油、气、水力等优质资源相比，大量使用煤炭存在明显弊端。煤炭能源利用效率低，意味着在能源转化和使用过程中存在较大浪费。而且煤炭燃烧会给环境带来极大污染，如产生大量的粉尘、二氧化硫等污染物，对空气质量和生态环境造成负面影响。所以，优化我国能源结构，提高能源利用效率，减少对环境的污染，是我国能源发展亟待解决的问题。第16页

煤炭作为世界上最重要的能源，在能源领域占据着关键地位。中国煤炭储量位居世界第三，这是一个相当可观的成绩，体现了我国丰富的煤炭资源储备。从1978-2000年，煤炭储量增加了54%，这一显著的增长表明我国在煤炭资源勘探和开发方面取得了积极进展。同时，煤炭证实储量的分布也发生了较大变化，这可能与不同地区的勘探力度、资源开发程度等因素有关。

在煤炭消费方面，世界各地区呈现出不同的趋势。总体而言，煤炭消费量在能源构成中所占比例趋于下降，这反映出全球能源结构正在逐渐多元化，人们对清洁能源的需求不断增加。发达国家的煤炭主要用于发电，而我国仅有1/3的煤炭用于发电，工业用煤超过发电用煤。这种煤炭消费结构导致我国煤炭利用率低下，不仅造成了资源的浪费，还对环境产生了较大的压力。因此，优化煤炭消费结构，提高煤炭利用效率，是我国能源发展中亟待解决的问题。第17页2007年底的煤探明储量是一个关键的数据节点，它反映了当时全球煤炭资源的可开采规模。结合之前提到的内容，煤炭作为世界上最重要的能源之一，中国煤炭储量居世界第三位，且从1978-2000年，煤炭储量增加了54%。这表明煤炭资源在全球能源格局中占据着重要地位。

了解2007年底的煤探明储量，有助于我们分析煤炭资源的供应与消费情况。从全球来看，煤炭消费量在2007年增长了4.5%，高于过去十年平均水平，且世界煤炭消费量预计将从2000年的43亿吨增加到2020年的58亿吨。这说明煤炭的需求在不断增加。

然而，煤炭在世界一次能源消费构成中所占比例将从1999年的22%下降为2020年的20%，这反映出能源结构正在逐渐发生变化。同时，不同地区煤炭消费趋势大相径庭，发达国家主要将煤炭用于发电，而我国工业用煤超过发电用煤，导致煤炭利用率低下。2007年底的煤探明储量为我们研究煤炭资源的现状和未来发展提供了重要依据，也提醒我们要合理利用煤炭资源，提高能源利用效率，推动能源结构的优化升级。第18页

世界煤炭消费量的预测变化呈现出多方面的趋势。2007年，全球煤炭消费增长态势强劲，增长率达到4.5%，显著高于过去十年3.2%的平均水平，这表明煤炭在当时的能源需求中仍占据着重要地位。

从长期来看，世界煤炭消费量将从2000年的43亿吨攀升至2020年的58亿吨，这一增长反映出全球经济发展对煤炭能源仍有较大的依赖。其中，亚洲地区表现尤为突出，消费量预计增加13.2亿吨，这可能与亚洲经济的快速发展以及大规模的工业建设有关。

不过，煤炭在世界一次能源消费构成中所占比例却呈下降趋势，将从1999年的22%降至2020年的20%。这意味着全球能源结构正在逐渐优化，其他能源如石油、天然气、可再生能源等的使用比例可能在不断提高。

与此同时，世界煤炭的交易量也将有所增加，从1999年的5.48亿吨提升至2020年的7.04亿吨。这可能是由于不同地区煤炭资源分布不均，以及一些国家对煤炭的进口需求增加所致。总体而言，这些变化趋势反映了全球煤炭市场的动态发展以及能源结构调整的大方向。第19页

石油作为全球重要的能源，其资源现状值得关注。从目前探明的可采储量来看，石油资源还可持续开发70余年。不过，我国石油资源的情况较为特殊。2006年统计显示，我国石油资源地质储量位居世界第13位，但人均储量却不到世界人均的1/15，这凸显了我国人均石油资源的匮乏。

在石油构成方面，除了常规石油，非常规石油——重油已成为我国原油产量的重要组成部分。这表明我国在石油开发上不断拓展资源类型，以保障原油产量的稳定。

我国石油产量占世界的4.7%，而在消费构成中，交通运输是石油消费的第一大户，2000年约占总消费量的1/3。这反映出我国交通运输业对石油的高度依赖。

鉴于石油资源的有限性以及我国人均资源的不足，寻找能替代石油的代用燃料成为全球共同努力的目标。这不仅是缓解石油供应压力的需要，也是实现能源可持续发展的必然选择。第20页

我们来看1987、1997、2007年探明储量的分布情况。这三个时间节点跨度较大，能清晰反映出能源储量分布的动态变化。在能源领域，储量分布的变化至关重要，它不仅影响着能源的供应格局，还与国家的能源战略和经济发展紧密相连。

从之前的幻灯片我们了解到，我国能源结构以煤为主，煤炭储量居世界第三位且储量有增长。而石油资源地质储量居世界第13位，人均不到世界的1/15。天然气方面，我国探明储量与世界水平有差距，但煤层气资源居世界第二位。1987-2007年期间，随着时间推移和勘探技术的进步，不同能源的探明储量分布可能会发生显著变化。比如煤炭，证实储量的分布在1978-2000年就有较大变化，那么在这三个年份间，其分布很可能也有新的调整。石油和天然气同样如此，储量分布的改变会影响到能源的开采、运输和消费等各个环节。我们需要关注这些变化，以便更好地制定能源政策，保障能源供应的稳定和安全。第21页

我们来看1982-2007年世界石油的分区域产量。石油作为重要的能源，其分区域产量的变化能反映出全球能源格局的动态演变。

在这25年期间，不同区域的石油产量有着显著差异。一些石油资源丰富的地区，可能凭借自身的资源优势，产量持续处于高位。而部分区域或许由于技术、政策等因素，产量增长较为缓慢，甚至可能出现产量下滑的情况。

从产量的变化趋势来看，某些区域可能在技术革新的推动下，石油开采效率大幅提升，从而使得产量稳步上升。而另一些区域可能受到地缘政治、市场需求等因素的影响，产量波动较大。

分析这些分区域的产量数据，有助于我们了解各地区在全球石油供应体系中的地位和作用。也能让我们预测未来石油供应的趋势，为能源政策的制定、企业的战略规划提供重要的参考依据。总之，这25年的分区域石油产量数据，蕴含着丰富的信息，对全球能源市场的发展有着深远的意义。第22页

天然气作为一种重要能源，在全球能源格局中占据着关键地位。2007年，世界天然气探明可采储量达177.36万亿m³，按照当前的开发速度，可持续开发100多年。在储量分布上，俄罗斯占据最多，其次是中东地区，这两地在全球天然气供应中具有举足轻重的地位。

再看我国的情况，2006年数据显示，我国天然气探明储量为2.45万亿m³。而且我国能源消费结构以煤为主，占比达70%，天然气仅占2.5%，远远低于世界25%的水平。这反映出我国能源消费结构的优化还有很大空间。

除了常规天然气，煤层气这种非常规天然气也是重要资源。我国拥有31.4万亿m³煤层气资源，居世界第二位。这为我国天然气供应提供了新的增长点。随着科学技术的发展，油气资源的探明程度会越来越高，未来或许会有更多的天然气资源被发现，这将为全球能源供应带来新的变化。第23页

我们聚焦1987、1997与2007年这三个关键时间节点的探明储量分布。这三个时间跨度内，能源领域经历了显著的变化。结合附近页内容，我们知道在这段时间里，煤炭、石油、天然气等能源的消费、供应情况都在动态演变。

从1987到2007年，随着时间推移，世界对能源的需求不断增长，这必然促使对能源储量的勘探力度加大。不同能源的探明储量分布也会因为勘探技术的进步、资源开发利用的程度而发生改变。比如天然气，2007年世界天然气探明可采储量为177.36万亿m³，可持续开发100多年，储量分布上俄罗斯和中东地区占比较大。

分析这三个时间点的探明储量分布，能让我们清晰看到能源资源的动态变化趋势。这有助于我们预测未来能源的供应情况，提前做好能源战略规划，合理分配资源，以应对不断变化的能源需求和市场环境。同时，也能为环境保护、可持续发展等相关决策提供重要依据。第24页

能源与环境保护是当今社会极为重要的议题。环境概述方面，地球是人类生存的环境，可分为自然环境、社会和经济环境。然而，世界经济发展与环境不协调，贫困和过度消费导致人类无节制开发破坏自然资源，造成全球环境恶化，我国环境状况也不容乐观。

温室效应已成为不争的事实，自1860年有气象仪表观测以来，全球平均温度上升，我国也连续出现多个暖冬，预计到2100年全球平均地表气温还将大幅上升。

酸雨会对土壤、水体、植被等造成严重损害，影响生态平衡。

臭氧层保护至关重要，臭氧层的破坏会使更多紫外线到达地面，危害人类健康和生态系统。

热污染会改变水体和大气的温度，影响生物生存和生态环境。

放射性污染具有潜在的长期危害，可能导致基因突变、癌症等疾病。

能源对人体健康的影响也是多方面的，比如空气污染可能引发呼吸道疾病等。我们必须重视能源与环境保护的关系，采取有效措施减少能源对环境的污染，保障人类的健康和可持续发展。第25页

地球是人类生存的根基，人类环境主要分为自然环境、社会和经济环境。然而，世界经济发展与人类生存环境之间存在严重不协调。贫困使人们为了基本生存而过度开发资源，过度消费则促使人们无节制地索取自然资源，这二者共同导致了环境的恶化。

全球环境恶化的表现是多方面的。大气和江海污染的加剧，让我们呼吸的空气不再清新，水资源也受到严重威胁；大面积土地退化使得可耕种土地减少，影响粮食安全；森林面积急剧减少，破坏了生态平衡，许多生物失去了栖息地；淡水资源日益短缺，直接影响人类的日常生活和生产；大气层臭氧空洞扩大，削弱了对紫外线的阻挡，危害人类健康；生物多样化受到威胁，生态系统的稳定性降低。

尤为严重的是，温室气体的过量排放导致全球气候变暖，这使得自然灾害发生的频率和烈度大幅增加。飓风、暴雨、干旱等极端天气频繁出现，给人类的生命和财产带来巨大损失。我们必须深刻认识到环境问题的严重性，采取有效措施来保护我们的地球家园。第26页

我国环境形势严峻，不容乐观。从资源层面看，国内资源已难以支撑传统工业文明的持续增长。传统工业文明依赖大量资源投入，而我国资源储量有限且部分资源面临过度开发，长此以往难以为继。从生产方式看，高污染、高消耗、低效益的生产方式，对环境造成了巨大压力，这种生产方式的持续扩张，超出了我国环境的承载能力。

如今，人类对生存环境所受威胁的感知达到前所未有的程度。雾霾天气、水污染等环境问题，直接影响人们的生活质量和身体健康，社会对改善生活空间的期盼也空前强烈。

能源对环境的污染是多方面的。温室效应使全球气候变暖，冰川融化、海平面上升等问题接踵而至；酸雨会破坏土壤和植被，影响生态平衡；破坏臭氧层会使紫外线辐射增强，危害生物健康；热污染会影响水体生态和局部气候；放射性污染则对人体和环境造成长期的潜在危害。我们必须重视这些问题，采取有效措施应对环境挑战。第27页

全球变暖是一个确凿无疑的事实，温室效应正以不可忽视的态势影响着地球的气候。自1860年有气象仪表观测以来，全球平均温度已上升了0.6±0.2摄氏度，且最暖的年份都出现在1983年以后，这清晰地展示了气温上升的趋势。

在我国，自1985年以来，已经连续出现了16个全国范围内的暖冬，这表明温室效应在我国也有明显体现，其影响正逐渐渗透到我们的日常生活中。

更为严峻的是，据预测，到2100年，全球平均地表气温将比1990年上升1.4-5.8摄氏度。这一巨大的温度变化将给地球生态系统带来不可估量的影响，比如改变植被群落的结构、导致冰川融化、影响农业生产和水资源分布等。我们必须高度重视温室效应这一现象，积极采取措施应对气候变化，以保护我们的地球家园。第28页“Temp.anomary/ºC”指的是温度异常，以摄氏度为单位。结合前后文来看，这与温室效应密切相关。我们已经知晓全球变暖是不争的事实，自1860年有气象仪表观测以来，全球平均温度上升了0.6±0.2摄氏度，且最暖的年份出现在1983年以后。我国自1985年以来也连续出现了16个全国范围内的暖冬，预计到2100年，全球平均地表气温将比1990年上升1.4-5.8摄氏度。

温度异常所带来的影响是多方面的。它会改变植被群落的结构、组成及生物量，使冰川条数和面积减少，湖泊水位下降和面积减少。还会对农业、水资源产生影响，增加传染性疾病的危害，甚至影响人类居住环境。所以，关注“Temp.anomary/ºC”背后的温度异常情况，对于我们认识温室效应的危害以及采取相应的对策至关重要。我们需要积极行动起来，采取提高能源利用率、开发新能源、推广植树绿化等措施，来减少温室效应的影响，缓解温度异常的状况。第29页

要理解温室效应的原理，就得先明白太阳辐射和地球热量散发的过程。二氧化碳等气体在其中扮演了极为关键的角色。

太阳发出的短波辐射，能够自由地穿透二氧化碳这类气体组成的大气层，顺利到达地球表面。大量的太阳短波辐射使得地球表面温度不断升高，就如同给地球盖上了一层“加热毯”。

而地球在吸收太阳热量后，会以长波辐射的形式向宇宙空间散失热量。然而，二氧化碳等气体却像一个“热量捕捉器”，强烈地吸收地面发出的长波辐射。这就导致原本要散失到宇宙空间的热量被拦截下来，使得地球散失的热量大幅减少。

这样一来，地球表面吸收的热量多，散失的热量少，就像一个不断加热却难以散热的“温室”，地球的温度自然就逐渐升高了。可以说，二氧化碳等气体的这种特性，是导致温室效应产生并不断加剧的根本原因。第30页

温室效应带来的危害广泛且深远。从生态层面来看，它会改变植被群落的结构、组成及生物量。不同植物对温度变化的适应能力不同，温度升高可能导致一些植物难以生存，从而打破原有的生态平衡。冰川条数和面积减少也是显著危害之一，冰川是地球上重要的淡水储存库，冰川消融速度加快，不仅会使海平面上升，还会影响内陆地区的水资源供应。

湖泊水位下降和面积减少同样不容忽视。这会破坏湖泊生态系统，影响水生生物的生存和繁衍，还可能引发周边地区的干旱和土地沙化。

从农业方面讲，温室效应导致的气温升高、降水模式改变等，会影响农作物的生长周期和产量，增加病虫害的发生几率，威胁粮食安全。

在水资源方面，一方面冰川融化短期内会使河流径流量增加，但长期来看，随着冰川资源耗尽，水资源将面临短缺危机。

此外，温室效应还会增加传染性疾病的传播风险。温度和湿度的变化有利于病菌和媒介生物的生存和繁殖，使得一些原本局限于特定地区的疾病可能扩散到更广泛的区域。

最后，这些危害综合起来会影响人类的居住环境，导致居住环境变得更加恶劣，甚至可能迫使一些人离开原有的家园。第31页

面对温室效应带来的诸多危害，我们必须采取有效的对策来减少其影响。

提高能源的利用率是关键一环。通过推广节能技术，减少化石燃料的使用，能大大降低二氧化碳的排放。比如在工业生产中采用更先进的节能设备和工艺，就能在满足生产需求的同时，减少能源消耗。

开发不产生二氧化碳的新能源也十分重要。像太阳能、风能、水能等清洁能源，取之不尽、用之不竭，且对环境友好。加大对这些新能源的研发和利用，能从源头上减少温室气体的排放。

推广植树绿化同样不可忽视。树木能吸收二氧化碳，释放氧气，起到调节气候的作用。大规模的植树造林可以增加森林面积，增强生态系统对二氧化碳的吸收能力。

减慢世界人口增长速度，在农村发展“能源农场”也是可行的办法。人口增长会带来更多的能源需求和温室气体排放，控制人口增长能缓解环境压力。而“能源农场”可以利用农村的资源，生产可再生能源。

此外，采用天然气等低含碳资源也有助于减少温室效应。天然气相对煤炭等化石燃料，含碳量较低，燃烧产生的二氧化碳也较少。

总之，减少温室效应需要我们从多个方面入手，采取综合措施，共同努力，才能有效应对这一全球性的环境问题。第32页

在探讨环境问题时，酸雨是一个不可忽视的方面。天然降水本底的pH值为6.55，这是自然界中降水原本的酸碱度状态。而当降水的pH值小于5.6时，就被定义为酸雨。

这一界定并非随意为之，它有着重要的意义。pH值的变化反映了降水成分的改变，当酸雨出现，意味着大气中存在过多的酸性物质。酸雨的形成往往与人类活动密切相关，比如化石燃料的燃烧，尤其是煤炭燃烧所产生的SO₂和NOₓ等物质，这些物质排放到大气中，与水汽结合形成酸性降水。

酸雨的危害是多方面的，它会危害水生生态系统，影响水生生物的生存；对陆生生态系统也有破坏，影响植物的生长；还会腐蚀材料，对建筑物等造成损害；甚至会影响人体健康。所以，了解酸雨的定义，是我们认识和应对酸雨问题的第一步。第33页

酸雨形成的主要“元凶”是SO2和NOx，它们在引起雨水酸化的物质中占比超90%。化石燃料燃烧，特别是煤炭燃烧，是产生这两种物质的主要源头。煤炭作为常见的化石燃料，在燃烧过程中会大量释放SO2和NOx，进而导致酸雨的形成。

酸雨带来的危害是多方面的。在水生生态系统中，酸雨会使水体酸化，影响鱼类等水生生物的生存，破坏整个水生生态的平衡。对于陆生生态系统，它会损害植物的叶片，影响植物的光合作用和生长发育，导致植被群落的结构和组成发生改变。酸雨还具有腐蚀性，会对建筑物、桥梁等材料造成损害，缩短其使用寿命。此外，酸雨还会影响人体健康，例如通过污染水源和食物，间接对人体产生危害。

因此，我们必须重视酸雨问题，采取有效措施控制SO2和NOx的排放，以减少酸雨的形成和危害。第34页

我们现在看到的这张图是酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分图。划分这两个区域意义重大，它是控制酸雨和二氧化硫污染的关键一步。

酸雨的危害广泛且严重，会损害水生生态系统、陆生生态系统，还会腐蚀材料、影响人体健康。而二氧化硫是形成酸雨的主要物质之一，其排放主要源于化石燃料的燃烧，尤其是煤炭燃烧。通过划分控制区，能够更有针对性地对这些区域的二氧化硫排放进行严格管控。

这张划分图明确了需要重点治理的区域，有助于相关部门集中资源，采取有效的防治措施。比如在控制区内，可以加大对高硫煤的限制，推广洗煤、型煤技术，调整能源结构，削减二氧化硫排放总量。同时，也便于强化环境监督管理，做好二氧化硫排污收费工作，运用经济手段促进治理。总之，这张划分图是我们治理酸雨和二氧化硫污染的重要依据和有力工具。节能原理与技术参考书目：《能源与节能技术》《节能技术及工程实例》《锅炉机组节能》第一章绪论第一节能量与能源第二节能源资源、供应与消费第三节能源与环境保护第四节能源与可持续发展第一节能量与能源一、什么是能量二、能量的形式三、能源的分类四、能源的评价什么是能量？物质、能量和信息是构成客观世界的基础；广义上的能量是指“产生某种效果变化的能力”；科学史观认为，物质是某种既定的东西，不能被创造，也不能被消灭。能量和物质质量的关系：能量的形式（一）机械能：机械能是与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量，前者称之为动能，后者称之为势能。热能（内能）：物体的内能代表了物体微观上的能量形式，物体内部各个微观部分（原子、分子或离子等等）进行热运动的动能和势能的总和。电能：是指电以各种形式做功(即产生能量)的能力。能量的形式（二）辐射能：物体以电磁波形式发射的能量；化学能：化学能是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量；人类应用最普遍的化学能是燃烧碳和氢。核能：核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。什么是能源？关于能源的定义，目前约有20种；能源简单地可以理解为含有能量的资源；《大英百科全书》说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”；我国的《能源百科全书》说：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。”包括物质或者物质的运动。能源分类按能量的来源；按能源获得的方法；根据能源利用的程度；按照能否再生分；按能源本身的性质分；按是否作为燃料分；按对能源污染的情况分。能源的评价储量能量密度储能的可能性供能的连续性能源的地理分布开发费用和利用能源的设备费用运输费用与损耗能源的可再生性能源的品位对环境的影响第二节能源资源、供应与消费一、概述二、煤炭资源、供应与消费三、石油资源、供应与消费四、天然气资源、供应与消费概述（一）人类使用的能源最主要的是非再生能源；世界能源资源是不平衡的；近30年来，我国能源生产发展非常迅速，从1973年世界能源供应总量的7.0%上升到2020年的14.5%；未来十几年中，世界能源的消费是以石油为主，占据40%左右，但消费地区很不均衡。1982年-2007年全球一次能源消费量(BP公司统计)2007年各地区的能源消费格局(BP公司统计)概述（二）我国从1995年开始，煤炭世界第一、发电世界第二，原油为世界第五；从1985-2008年，我国生活能源消费量有很大的增长，但消费的能源品种却有很大的变化，煤炭的消费量下降了近一半，相反与生活息息相关的电力、热力、煤气、液化石油气的消费急剧增长；我国的能源结构以煤为主，而发达国家则更多地采用了油、气、水力等优质资源；大量使用煤炭不但能源利用效率低，而且给环境带来了极大的污染。煤炭资源、供应与消费煤炭是世界上最重要的能源。中国煤炭的储量居世界第三位；从1978-2000年，煤炭的储量增加了54%；煤炭证实储量的分布发生了较大的变化；世界地区煤炭消费的趋势大相径庭，总趋势是消费量在能源构成中所占比例趋于下降；发达国家的煤炭主要用于发电，我国1/3的煤炭用于发电，工业用煤超过发电用煤，致使煤炭利用率低下。2007年底的煤探明储量世界煤炭消费量的预测变化趋势2007年全球煤炭消费增长了4.5%，高于3.2%的过去十年平均水平；世界煤炭消费量将从2000年43亿吨增加到2020年58亿吨，其中亚洲的消费量将增加13.2亿吨；煤炭在世界一次能源消费构成所占比例将从1999年22%下降为2020年的20%；世界煤炭的交易量将由1999年的5.48亿吨增加到2020年的7.04亿吨。石油资源、供应与消费根据目前探明的可采储量，石油资源可持续开发70余年。根据2006年的统计资料，我国石油资源的地质储量居世界第13位，人均不到世界的1/15；除了常规石油外，还有非常规石油，即重油，重油已经成为我国原油产量的重要组成；我国的石油产量占世界的4.7%，在石油消费的构成方面，交通运输仍然是石油消费的第一大户，2000年约占总消费量的1/3；寻找能替代石油的代用燃料是全球努力的目标。1987、1997、2007探明储量的分布1982-2007世界石油的分区域产量天然气资源、供应与消费天然气是另一种最重要的能源。2007年，世界天然气探明可采储量为177.36万亿m3，可持续开发100多年，天然气储量中俄罗斯的占有量最多，其次为中东地区；据2006年数据，我国天然气的探明储量为2.45万亿m3，我国能源消费以煤为主（70%），天然气仅占2.5%，远低于世界25%的水平；除了常规天然气外，以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气（煤层气）也是重要的资源。我国拥有31.4万亿m3煤层气资源，居世界第二位。随着科学技术的发展，油气资源探明程度越来越高。1987、1997与2007年探明储量的分布第三节能源与环境保护一、环境概述二、温室效应三、酸雨四、臭氧层保护五、热污染六、放射性污染七、能源对人体健康的影响环境概述（一）地球是人类赖以生存的环境。人类环境习惯上分为自然环境、社会和经济环境。世界经济的发展和人类赖以生存的环境是不协调的，贫困和过度消费导致人类无节制地开发和破坏自然资源，是造成环境恶化的主要原因；全球环境恶化主要表现在大气和江海污染加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减少、淡水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩大、生物多样化受到威胁，同时温室气体的过量排放导致全球气候变暖，使得自然灾害发生的频率和烈度大幅增加。环境概述（二）我国的环境概况也不容乐观，除了国内资源难以支撑传统工业文明的持续增长外，我国的环境难以支撑这种高污染、高消耗、低效益生产方式的持续扩张。人类从来没有像今天这样意识到和感受到生存环境所受到威胁，社会也从未没有像现在这样期盼生活空间的改善。能源对环境的污染主要变现在：温室效应、酸雨、破坏臭氧层、热污染、放射性污染等。温室效应的现象全球变暖已经是不争的事实；1860年有气象仪表观测以来，全球平均温度上升了0.6±0.2摄氏度，最暖的年份出现在1983年以后；自1985以来，我国已经连续出现了16个全国范围内的暖冬；全球平均地表气温到2100年将比1990年上升1.4-5.8摄氏度。Temp.anomary/ºC温室效应的原理二氧化碳这类气体能够让太阳的短波辐射自由通过，同时却吸收地面发出的长波辐射。大部分的太阳短波辐射可以通过大气层达到地面，使地球表面温度升高；与此同时，由于二氧化碳等气体强烈地吸收地面的长波辐射，使得散失到宇宙空间的热量减少，于是地面吸收的热量多，散失的热量少，导致地球温度升高。温室效应的危害改变植被群落的结构、组成及生物量；冰川条数和面积减少；湖泊水位下降和面积减少；农业的影响；水资源的影响；传染性疾病的危害；影响人类居住环境。减少温室效应的对策提高能源的利用率，减少化石燃料，推广节能技术；开发不产生CO2的新能源；推广植树绿化；减慢世界人口增长速度，在农村发展“能源农场”；采用天然气等低含碳资源。酸雨天然降水的本底的pH为6.55，一般将pH值小于5.6称为酸雨；引起雨水酸化的主要物质是SO2和NOx,它们占的比例在90%以上；化石燃料的燃烧，特别是煤炭燃烧所产生的SO2和NOx是产生酸雨的主要原因；酸雨会以不同的方式危害水生生态系统，陆生生态系统，腐蚀材料和影响人体健康。酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分图酸雨控制对策制订酸雨和SO2污染控制区综合防治规划。限制高硫煤，洗煤，型煤。调整能源结构，削减SO2排放总量。做好SO2排污收费工作，运用经济手段促进治理。强化控制区环境监督管理。臭氧层破坏1984年英国科学家首次发现南极上空出现了臭氧空洞；臭氧空洞迅速扩大，不仅在南极，而且在北极也出现了臭氧层减少的现象；造成臭氧层破坏的主要原因是氟氯烃类物质和N2O所致。臭氧空洞的产生氯氟烃释放到大气中，再上升到高空时，会分解出氯原子。自由的氯原子遇上臭氧分子后，会夺走臭氧分子O3中的一个氧原子，使之变成为普通的氧分子O2。每一个氯原子可以把上万个臭氧分子变成普通氧分子。实验数据显示，平均每一个氯原子可以消灭1万个臭氧分子，其威力惊人。臭氧空洞的产生其结果是高空中由臭氧分子组成的臭氧层就被大大损耗，导致了臭氧层变薄，甚至出现臭氧空洞。臭氧空洞——人类的威胁根据调查显示，自1978年开始的10年内，全球各纬度平流层的臭氧含量降低约1.2%至10%不等，南极上空则是臭氧被破坏最严重的区域，甚至在春季期间更会出现所谓的“臭氧空洞”。臭氧空洞——人类的威胁南极上空的臭氧层是在20亿年的漫长岁月中形成的，可是仅在一个世纪里就被破坏了60％。目前全球臭氧层削减率正以每年2%至3%的速度在进行，如果任其发展，在21世纪末，平流层臭氧含量将降至目前的一半以上，届时，人类将会面临一场空前的浩劫!臭氧层被破坏的后果地球上的生物能在陆地上生活，是因为集中在平流层中的臭氧对于阳光中的紫外线具有隔除的作用，如果没有臭氧层，进入大气层的紫外线就很容易被细胞核吸收，破坏生物的遗传物质DNA，陆地上的生物便无法存在了。而这个臭氧层目前正受到人类持续不断的破坏。臭氧层被破坏的后果据科学研究，臭氧减少10%，紫外线可能增加20%，皮肤癌患者可能增加30%，此外还会产生下列几种现象:白内障罹患率增加；免疫系统受到抑制；谷物的收成减少，品质降低，植物和浮游生物减少，破坏自然界的生物链；臭氧层被破坏的后果

塑料、橡胶制品加速老化；紫外线直射会引起对流层臭氧的增加，致使产生光化学烟雾，造成空气污染。臭氧层变薄对健康的危害保护臭氧层目前，最早使用CFCs的24个发达国家已于1985年和1987年分别签署了限制使用CFCs的《维也纳公约》和《蒙特利尔议定书》。1993年2月，中国政府批准了《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰方案》，确定在2010年完全淘汰消耗臭氧层物质。保护臭氧层人类尚未找到对已被破坏的臭氧层进行补救的措施，但全世界正努力限制和停止对消耗臭氧层物质的生产和使用。另一方面，人类正努力开发无害的制冷剂、发泡剂等。任何关心保护臭氧层的普通人都可以通过选择对臭氧层无害的消费品，来参与保护臭氧层行动热污染热污染是指日益现代化的工农业生产和人类生活中排放的各种废热所造成的环境污染；热污染可以污染大气和水；火力发电厂、核电站和钢铁厂的冷却系统排出的热水以及石油、化工、造纸等工厂排出的生产性废水中均含有大量废热。

热污染对水生生物的影响热污染首当其冲的受害者是水生生物。由于水温升高，使水中溶解氧减少，水体处于缺氧状态，同时又使水生生物代谢率增高而需要更多的氧，造成一些水生生物在热效力作用下发育受阻或死亡，从而影响环境和生态平衡。热污染对人体健康的影响河水水温上升给一些致病微生物造成一个人工温床，使它们得以滋生、泛滥，引起疾病流行，危害人类健康；随着人口和耗能量的增长，城市排入大气的热量日益增多。按照热力学定律，人类使用的全部能量终将转化为热，传入大气，逸向太空。热污染对大气的影响使地面反射太阳热能的反射率增高，吸收太阳辐射热减少，沿地面空气的热减少，上升气流减弱，阻碍云雨形成，造成局部地区干旱，影响农作物生长，使土壤沙化；近一个世纪以来，地球大气中的二氧化碳不断增加，气候变暖，冰川积雪融化，使海水水位上升，一些原本十分炎热的城市，变得更热。造成热污染的根本原因造成热污染最根本的原因是能源未能被最有效、最合理地利用。随着现代工业的发展和人口的不断增长，环境热污染将日趋严重。如何减少大气热污染?提高热效率可减少热污染；利用废热也可减少热污染；利用降温冷却减少大气热污染。放射性污染放射性现象的发现，核能的开发带给人类的另一巨大福利是核技术在科研、教育、医疗、工业、农业等许多领域中的广泛应用，这种应用也伴随着现实的或潜在的放射性污染。放射性污染在和平利用核能的过程中，放射性污染主要是在核电厂等核设施营运、放射性同位素和射线装置应用等过程中产生的。管理严格、设计良好的核电厂在正常运行时，产生的放射性污染很小。放射性污染核电厂等核设施从建设、运营及退役全过程中都存在着潜在的放射性危害。若不加强管理，核电厂在任何环节发生事故时，都会造成严重的放射性污染，威胁公众健康。从污染物对人和生物的危害程度看，放射性物质污染要比其他污染严重得多。正因为如此，从核能开发以来，人们就对放射性污染的防治极其重视，采取了一系列严格的措施，并将这些措施以法律的形式明确下来。能源对人体健康的影响化石燃料燃烧时排放的大量粉尘、SO2、H2S、Nox等除了污染环境外，还会影响人体健康。过量的SO2会导致呼吸道疾病，最典型的例子是1952年发生的伦敦烟雾事件。1952年12月5～8日，英国伦敦由于冬季染煤引起的煤烟性烟雾，导致4天时间4000多人死亡，两月后又有8000多人死亡。原煤中均含有微量重金属元素，这些元素在燃烧过程中会随烟尘和炉渣排出，从而对大气、水和土壤产生污染，并影响人体健康。能源对人体健康的影响（煤燃烧）砷：使人体细胞正常代谢发生障碍，导致细胞死亡。铅：影响神经系统，抑制血红蛋白的合成代谢。镉中毒：引起肾功能障碍。汞中毒：引起肾功能衰竭，并损害神经系统。镍：制癌物质。我国空气污染治理情况1998年，322个城市中，空气质量达到国家二级标准的为27.6%，三级标准的占28.9%，剩余的为严重污染城市；2000年，338个城市中，达到二级标准的标准为36.5%；2002年，471个城市中，209个达到二级标准，占44.3%。城市空气中SO2的浓度比1998年降低了17.5%，总悬浮颗粒物浓度比1998年低了10.5%。我国目前的空气污染状况得到了遏制，但空气污染程度依然严重，尤其是人口超过百万的特大城市；目前颗粒物是影响城市空气质量的首要污染物，尚有53.5%未达国家二级标准；在提高能源利用率同时大力治理能源所造成的环境污染，是当务之急。第四节能源与可持续发展一、能源在国民经济中的地位二、可持续发展的概念三、能源问题四、中国能源可持续发展的对策能源在国民经济中地位人类社会经历的能源时期：薪材时期煤炭时期石油时期薪材时期以薪材等生物质燃料为主要能源的时代，延续了很长时间，生产和生活水平都很低，社会发展迟缓。煤炭时期18世纪的产业革命，以煤炭取代薪材作为主要能源，蒸汽机成为生产的主要动力。19世纪末，电力开始进入社会的各个领域，电动机代替了蒸汽机。但此时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要燃料。石油时期进入20世纪50年代，西方发达国家很快地从以煤为主的主要能源转换到以石油和天然气为主要能源。汽车、飞机、内燃机车和远洋客货轮得到了迅猛的发展。极大地缩短了地区和国家之间的距离，促进了经济繁荣。创造了人类历史上空前的物质文明。进入21世纪，核能将成为世界能源的主角，清洁能源的时代也将随之到来能源与经济的关系在经济发展正常情况下，能源消耗的总量和能源消耗增长速度与国民经济生产总值增长率成正比例关系；能源消费弹性系数是指能源消费的年增长率与国民经济增长率之比，这个数值越大，说明国民经济产值每增加1%，能源消费的增长率越高。处于工业化初期的国家，经济增长主要依靠能源密集工业的发展，能源效率也较低，因此能源弹性系数通常大于1。能源与生活的关系人们的衣食住行出处离不开能源，而且文化娱乐、医疗卫生都与能源有着密切的关系。随着生活水平的提高，所需的能源也越多。从一个国家人民的能耗量可以看出一个国家人民的生活水平。我国目前一次能源的消费量已经超过俄罗斯居世界第二位，但人口总多，人均能耗很低。可持续发展传统的工业文明比农业文明的发展性高，但持续性差；通俗的定义：可持续发展是既满足当让人的需求又不危害后代人满足自身需求能力的发展；朴素的可持续发展思想：春秋战国时期，“永续利用”的思想和封山育林、定期开禁的法令。可持续发展的内涵“发展”是大前提，即发展是人类永恒的主题；“协调性”是核心，可持续发展是由于人与环境、资源间的矛盾引出的，因此可持续发展的基本目标是协调人口、经济、社会、环境、资源的协调发展。“公平性”是关键，可持续发展的关键问题是资源分配和福利分享，它追求在时间和空间上的公平分配。“科学技术进步”是必要保证。世界能源所面临的问题世界上的能源问题主要反映在能源短缺及供需矛盾所造成的能源危机。第一次能源危机是70年代世界上的一次经济大危机（石油危机），严重影响国家的政治、经济和人民生活。随着经济的发展和生活水平的提高，人们对环境质量的要求也越来越高，相应的环保标准和环保法规也越来越严格。在能源开发、运输、转换、利用的各个环节上投入更多的资金和科技力量，从而使得能源消费的费用迅速增加。易于探明和开采的燃料，尤其是石油和天然气，已逐渐减少。能源资源的勘探、开采也越来越难，投入资金多，建设周期长。我国能源所面临的问题人均能源资源相对不足，资源质量较差，探明程度低。能源生产消费以煤为主能源工业技术水平低下，劳动生产率较低能源资源分布不均，交通运力不足，制约了能源工业发展能源供需形势依然紧张能耗水平高我国能源所面临的问题农村能源问题日益突出能源环境问题日趋严重，制约了经济社会的发展能源开发逐步西移，开发难度和费用增加从能源安全角度考虑，面临严重挑战能源建设周期长，投资超预算能源价格未能反映其经济成本和能源资源的稀缺性中国能源可持续发展的对策加强政府的宏观管理和行政管理；运用市场机制的调节作用；利用经济增长的机遇。中国能源可持续发展的对策政府行为在能源可持续发展中起着关键的作用，它包括制定科学的能源政策和颁布相应的法规，采用行政手段进行管理。运用市场机制的调节作用包括很多方面，例如取消煤炭运输补贴，降低铁路运输分配量的比例。利用经济增长的关键在于，保证新的增长是由能源集约型投资和低污染的清洁投资所推动。中国能源可持续发展的对策努力改善能源结构提高能源利用率加速实施洁净煤技术合理利用石油和天然气加快电力发展速度积极开发利用新能源建立合理的农村能源结构改善城市用能源结构重视能源的环境保护。第二章能源的转换与利用第一节能源的基本性质第二节能量转换的基本原理第三节主要的能源转换过程第四节能量利用分析第五节能量的储存第一节能源的基本性质基本性质状态性可加性传递性转换性作功性贬值性状态性能量取决于物质所处的状态，物质所处的状态不同，所具有的能量也不太。基本状态参数可以分为两类：强度量（不具有可加性）（温度、压力、速度、电势和化学势）、广延量（具有可加性），体积、动量、电荷量和物质的量。能量利用中常用的工质，其状态参数为温度T、压力p和体积V。E=f(pT)可加性物质的量不同，所具有的能量也不同，可相加；不同物质的所具有的能量亦可相加，即一个体系所获得的总能量为输入该体系各种能量之和。传递性能量可以从一个地方传递到另外一个地方，也可以从一种物质传递到另外一种物质。转换性各种形式的能量可以互相转换，其转换方式、转换数量、难易程度都不尽相同。作功性利用能量来作功，是利用能量的基本手段和主要目的。通常是针对机械功而言的。按照转换程度，可以把能量分为无限制转换、有限制转换和不转换，又分别称为高质能、低质能和废能。以转换为功的程度来衡量，以能级ε来表示。在式中，Ex为（火用）。贬值性能量在传递与转换等过程中，由于多种不可逆因素的存在，总伴随着能量的损失，表现为能源质量和品位的降低，即作功能力的下降，直至达到与环境状态平衡而失去作功本领，成为废能，这就是能量的贬值。能量的转换能量的转换是能量最重要的属性，也是能量利用的最重要的环节。能量的转换是指能量形态上的转换；如化学能-热能，热能-机械能等（书图2-1）。广义上的转换还包括：能量在空间上的转移，即能量的传输；能量在时间上的转移，即能量的储存；能量转换和守恒定律：能量的传递能量的利用是通过能量传递来实现的，因此能量的利用过程通常也是一个能量的传递过程。能量的传递条件能量的传递是有条件的，其传递的推动力是所谓“势差”。能量传递的规律能量传递的速率正比于传递的动力而反比于传递的阻力。能量传递的形式能量的传递，包括转移与转换两种形式。转移是某种形态的能，从一地到另一地，从一物到另一物；转换则是由一种形态变为另一形态。能量转换的途径能量传递的途径基本有两条：由物质交换和质量迁移而携带的能量称为携带能，在体系边界面上的能量称为交换能。能量的传递的方法在体系边界面上的能量交换，通常主要以两种方法进行：1）传热-由温差引起的能量的转换，这是能量传递的微观形式；作功-由非温差引起的能量交换，这是能量传递的宏观方式。能量传递的方式通过能量交换而实现的能量传递，即传热和做功，其具体方式为；传热的三种基本方式是热传导、热对流和热辐射；作功的三种基本形式是容积功、转动轴功和流动功。能量与传递的结果能量的传递的最终去向通常只有两条：或转移到产品，或散失于环境。能量传递的实质能量传递的实质就是能量利用的实质。能量的利用本质：作为能量而言，它是守恒的，不会消失。人类用的不是能量的数量，而是能量的质量（品质、品位），即能量的质量急剧降低，直至进入环境，最终成为废能。第二节能量转换的基本原理概述研究能量属性及其转换规律的科学是热力学。物质的运动可以分为宏观运动和微观运动。度量物质宏观运动能量是宏观动能和位能。度量物质微观运动能量的是所谓“热力学能”。物质的运动状态一定，物质拥有的能量就一定。所以物质的能量的仅仅取决于物质的状态。物质的运动多种多样，但就其形态而论只有有序（有规则）和无序（无规则）运动两类。人们通常将量度有序运动的能量称为有序能，量度无序运动的能量称为无序能。能量守恒和转换定律自然界的一切物质都具有能量；能量既不能创造，也不能消灭，而只能从一种形式转换为另一种形式，从一个物体传递到另一个物体；在能量转换与传递过程中能量的总量恒定变。”能量相互转换热力学第一定律：能量守恒。热能作为能量，可以与其他形式的能量相互转换，在转换过程中能量的总量保持不变。JamesJoule(1818~1889)能量贬值原理能量不仅有量的多少，还有质的高低。热力学第一定律只说明了能量在量上要守恒，并没有说明能量在“质”方面的高低。自然界的进行能量转换过程是有方向的。热量只能自发（即不花代价）从高温物体传向低温物体，却不能自发地由低温物体传向高温物体。水总是从高处向低处流动气体总是从高压向低压膨胀热量总是从高温物体向低温物体传递热量传递有方向性热力学第二定律热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。(不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化,这是按照热传导的方向来表述的)不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的。）热力学第二定律的实质就是能量贬值原理。热力学第二定律深刻地指明了能量转换过程的方向、条件及限度。热力学第一定律和热力学第二定律是两条相互独立的基本定律。前者表示在能源转换和传递过程中在数量上必定守恒。后者指出在能量转换和传递过程中，能量在品质上必然贬值。能量转换的效率根据能量贬值原理，不是每一种能量都可以连续地、完全地转换为任何一种其他形式的能量。各种不同形式的能量，按其转换能力可分为三大类：（1）无限转换能（全部转换能-高质能），如电能、机械能、水能、风能等；（2）有限转换能（部分转换能-低质能），如热能、流动体系的总能；（3）非转换能（废能）。由于存在着耗散作用、不可逆过程以及可用能损失，在能量转换和传递过程中，各种热力循环、热力设备和能量利用装置的效率都不可能达到100%。Energyefficiencyofsomecommonenergyconversiondevice火电站的能量转换效率是多少？MechanicalenergyInturbineChemicalenergyIncoalThermalenergyinsteamelectricitycombustion88%Steamturbine88%46%98%Overallefficiency:88%×46%×98%=40%第三节主要的能量转换过程概述在能源利用中最重要的能量转换过程是将燃料的化学能通过燃烧转换为热能，热能再通过热机转换为机械能。将热能转换为机械能是目前获得机械能的主要方式，这一过程通常是在热机中完成的。应用最广的热机有内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机。根据能量贬值原理，热能不可能全部转换为机械能，任何企图制造一种将热能100%地转换为机械能是不可能实现的。所有的热机都是工作在一个高温热源和一个低温热源之间，高温热源的温度越高，低温冷源的温度越低，热机的效率越高。化学能转换为热能燃料燃烧是化学能转换为热能的最主要方式。能在空气中燃烧的物质称为可燃物，但不能把所有的可燃物都称作燃料（如米和沙糖之类的食品）。所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放出大量热能的气体、液体或固体物质，是能在经济上值得利用其发热量的物质的总称。燃料通常按形态分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。燃料天然的固体燃料有煤炭和木材；人工的固体燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭应用最为普遍，是我国最基本的能源。天然的液体燃料有石油（原油）；人工的液体燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。天然的气体燃料有天然气，人工的气体燃料则有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石油气等。固体燃料液体燃料气体燃料燃料燃烧必须具备的条件必须有可能燃烧的可燃物（燃料）；必须有使可燃物着火的能量（或称热源），即使可燃物的温度达到着火温度以上；必须供给足够的氧气或空气（因为空气中也含有助燃的氧气）。通过燃料燃烧将化学能转换为热能的装置称为燃烧设备（主要是锅炉）联合发电装置锅炉将燃料的化学能转换为热能的设备除锅炉外还有工业窑炉。炼铁窑炉、炼钢平窑、转炉、水泥回转窑；我国目前工业窑炉技术落后、热效率低，节能潜力大，是技术改造的重点。热能转换为机械能热能转换为机械能是目前获得机械能的最主要的方式。热能转换为机械能是在热机中完成的。应用最广泛的热机有内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等。蒸汽轮机蒸汽轮机，简称汽轮机，是将蒸汽的热能转换为机械功的热机。汽轮机单机功率大、效率高、运行平稳，在现代火力发电厂和核电站中都用它驱动发电机。汽轮发电机组所发的电量占总发电量的80%以上。此外汽轮机还用来驱动大型鼓风机、水泵和气体压缩机，也用作舰船的动力。汽轮机发电过程汽轮机示意图燃汽轮机燃汽轮机和蒸汽轮机最大的不同是，它不是以水蒸气作工质而是以气体作工质。燃料燃烧时所产生的高温气体直接推动燃汽轮机的叶轮对外做功，因此以燃汽轮机作为热机的火力发电厂不需要锅炉。它包括三个主要部件：压气机、燃烧室和燃气轮机。compressorCombustionchamberturbine优点重量轻、体积小、投资省；启动快、操作方便；水、电、润滑油消耗少，只需少量的冷却水或者不用水。因此可以在缺水的地区运行；辅助设备用电少，润滑油消耗少，通常只占燃料费的1%左右，而汽轮机要占6%左右。适用场合以燃气轮机作热机的火力发电厂主要用于尖峰负荷，对电网起调峰作用。但燃气轮机在航空和舰船领域却是最主要的动力机械。由于燃气轮机的平均吸热温度远高于汽轮机，因此其热转换功率也比蒸汽轮机高许多。但燃气轮机的功率却远远小于蒸汽轮机，而且可靠性也不够高，难以成为火力发电的主要机组。内燃机内燃机包括汽油机和柴油机，是应用最广泛的热机。大多数内燃机是往复式，有气缸和活塞。内燃机有很多分类方法，但常用的是根据点火顺序分类或根据气缸排列方式分类。按点火或着火顺序可将内燃机分成四冲程发动机和二冲程发动机。应用广泛四冲程发动机四冲程发动机完成一个循环要求有四个完全的活塞冲程：

(1)进气冲程；

(2)压