《初中物理能源分类｜可再生能源不可再生能源》

1能源分类的前置判定逻辑演讲人能源分类的前置判定逻辑01可再生能源的定义、分类与应用特征02不可再生能源的定义、分类与应用特征03初中物理阶段该知识点的核心考查方向与生活实践要求04目录《初中物理能源分类｜可再生能源不可再生能源》各位同学好，我是从事初中物理教学11年的任课老师，同时也参与过3次本市中考物理命题的能源模块审题工作。今天我们要拆解的可再生能源与不可再生能源分类知识点，不仅是新课标要求的必掌握核心考点，更是和我们日常消费、国家能源战略甚至全球气候治理直接相关的实用知识。很多同学刚接触这个模块时总觉得分类逻辑模糊、易混点多，今天我们就从判定逻辑到具体类别、从考点规律到生活应用，把这个知识点彻底理清楚。01能源分类的前置判定逻辑能源分类的前置判定逻辑在正式区分两类能源之前，我们首先要明确：可再生与不可再生的分类，是按照“能源在人类可预见的文明时间尺度内，能否实现自我更新、循环再生”为核心标准的，这是所有判定的核心依据，也是大家最容易出现认知偏差的地方。1判定的核心时间尺度说明我们这里提到的“人类可预见的文明时间尺度”，通常指千年到万年级别，远小于地质运动的百万年、亿年级别时间跨度。我在往年改卷时发现很多同学会钻牛角尖：“太阳也有寿命，为什么太阳能算可再生？”本质上就是搞错了时间尺度：太阳的剩余寿命约为50亿年，远超过人类文明可预见的发展周期，对我们来说相当于“取之不尽用之不竭”，因此完全符合可再生能源的判定标准。2常见判定误区澄清结合我多年的教学经验，有三个误区是大家一定要提前避开的：2常见判定误区澄清2.1误区一：把“是否是新能源”和“是否可再生”划等号很多同学觉得核能属于新技术范畴的新能源，就默认它是可再生能源，这是完全错误的。后续我们会讲到，现阶段商用的核裂变能源所使用的铀矿属于有限矿产资源，是典型的不可再生能源。2常见判定误区澄清2.2误区二：二次能源直接参与分类我们常见的电能、汽油、柴油都属于二次能源，是由一次能源加工转化来的，不能直接划分为可再生或不可再生。比如用煤炭发的电，对应的就是不可再生能源；用太阳能发的电，对应的就是可再生能源，单独拿“电能”来要求分类的题目本身就是不严谨的，大家遇到这类题可以直接指出逻辑漏洞。2常见判定误区澄清2.3误区三：忽略利用方式对属性的影响最典型的就是生物质能里的木柴，如果我们砍伐的是三五年就能成材的速生林，那木柴属于可再生能源；如果我们砍伐的是需要上百年才能长成的原始森林，那这种利用方式已经超过了资源的再生速度，本质上是在消耗不可再生的生态资源。02不可再生能源的定义、分类与应用特征不可再生能源的定义、分类与应用特征明确了核心判定标准之后，我们首先来拆解大家接触最多、也是当前全球能源结构占比最高的不可再生能源类别。1不可再生能源的核心定义不可再生能源指的是：形成过程需要经历数百万年甚至数亿年的地质作用，在人类文明的时间尺度内无法完成再生循环，总储量有限，随着开发利用会不断减少，最终面临耗竭风险的一次能源。2不可再生能源的主要类别当前人类开发利用的不可再生能源主要分为两大类：2不可再生能源的主要类别2.1化石能源化石能源是目前全球能源供给的核心支柱，2023年我国能源消费结构中化石能源占比仍达75%，是我们最熟悉的不可再生能源类型，主要包括三类：2不可再生能源的主要类别2.1.1煤炭煤炭是古代陆地植物死亡后被泥沙掩埋，隔绝空气经过数百万年的高温高压成岩作用形成的，按碳化程度从低到高分为泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤，是我国储量最丰富的化石能源。目前煤炭主要用于火力发电、工业供热、煤化工生产，优点是开采成本低、储存运输方便，缺点是燃烧过程中会产生大量二氧化硫、氮氧化物和粉尘，是我国北方冬季雾霾的主要诱因之一，同时燃烧产生的二氧化碳是主要的温室气体。按当前的开采速度，我国已探明的煤炭储量还可供开采约110年。2不可再生能源的主要类别2.1.2石油石油是古代海洋浮游生物死亡后沉积在海底，经过地质作用形成的液态烃类混合物，被称为“工业的血液”，除了作为燃料用于交通运输、工业生产之外，还是塑料、化纤、合成橡胶、化肥等化工产品的原料，我们平时穿的涤纶衣服、用的塑料水杯，原材料都来自石油。目前我国石油对外依存度超过70%，能源安全压力较大，全球已探明石油储量按当前开采速度仅可供使用约45年。2不可再生能源的主要类别2.1.3天然气天然气的形成过程和石油类似，主要成分是甲烷，是相对清洁的化石能源，燃烧过程中产生的污染物只有煤炭的10%左右，碳排放只有煤炭的50%，目前主要用于居民炊事、城市供暖、燃气发电。但天然气本质上仍属于化石能源，燃烧仍然会排放二氧化碳，且全球已探明储量仅可供开采约60年，同样面临耗竭风险。2不可再生能源的主要类别2.2核燃料现阶段商用核电站使用的核燃料是铀-235，属于稀有矿产资源，地球上的总储量非常有限，且开采、提纯的技术门槛极高，每吨铀矿中只能提炼出约3公斤的铀-235，用完之后无法在地球环境下自然再生，因此属于不可再生能源。我去年参加省物理教研会时明确过：初中物理阶段只要提到“核能”，默认指商用核裂变能，归为不可再生能源；目前仍在试验阶段的可控核聚变能，使用的氘、氚可以从海水中提取，几乎取之不尽，未来商业化后可以归为可再生能源，但这个知识点不会作为考点考查。3不可再生能源的发展瓶颈当前不可再生能源的开发利用主要面临两大核心问题：一是储量有限，随着全球能源需求不断增长，能源价格波动会直接影响全球经济稳定；二是环境代价高，化石能源燃烧排放的温室气体已经导致全球平均气温上升了1.1℃，如果继续按照当前的排放速度，21世纪末全球气温上升将超过2℃，会引发极端天气、海平面上升等一系列气候灾难。03可再生能源的定义、分类与应用特征可再生能源的定义、分类与应用特征既然不可再生能源面临着耗竭和污染的双重压力，那我们自然要把目光投向可以循环利用、环境友好的可再生能源体系。1可再生能源的核心定义可再生能源指的是：可以在短时间内自然生成，或者可以通过自然过程不断循环补充，不会随着人类的开发利用而出现储量枯竭的一次能源，大部分可再生能源的能量来源都是太阳辐射或者天体引力，只要地球、太阳、月球的相对关系不发生本质变化，就可以持续供给。2可再生能源的主要类别初中物理阶段要求掌握的可再生能源主要有六类：2可再生能源的主要类别2.1太阳能太阳能是太阳内部氢核聚变释放的辐射能量，是绝大部分可再生能源的初始能量来源，目前的利用方式主要分为三种：光热转换（比如太阳能热水器，把太阳能转化为内能）、光电转换（比如光伏发电板，把太阳能转化为电能）、光化学转换（比如人工光合作用制氢）。我自己家2022年就在屋顶装了5千瓦的光伏发电系统，晴天一天可以发20度电，除了自家用电之外，剩余的电可以卖给国家电网，一年下来不仅省了1000多电费，还能拿到3000多的卖电收入，相当于一年少烧了3吨煤炭，减少了8吨二氧化碳排放，是非常实用的清洁能源。太阳能的缺点是供给不稳定，受昼夜、天气、季节影响大，需要配套储能系统才能稳定供电。2可再生能源的主要类别2.2风能风能本质是太阳辐射造成地球表面受热不均，引发空气流动产生的动能，主要利用方式是风力发电，我国西北的戈壁、东部沿海的海上风电资源非常丰富，2023年我国风电装机总量已经突破3亿千瓦，是全球风电装机总量最高的国家。风能的优点是发电成本已经低于煤炭发电，清洁无污染，缺点是同样受天气影响大，且大型风电场可能会影响鸟类迁徙，风机运转的噪音也会对周边居民生活造成一定影响。2可再生能源的主要类别2.3水能水能是水循环过程中水流携带的动能和势能，本质也是太阳能驱动水循环产生的能源，主要利用方式是水力发电，我们熟悉的三峡水电站就是世界上最大的水力发电站，年发电量超过1000亿度，相当于少烧3000万吨煤炭。水能的优点是供电稳定，可以作为电网调峰的主力电源，缺点是修建大型水坝会改变流域生态，可能会影响鱼类洄游，且移民安置成本较高。2可再生能源的主要类别2.4生物质能生物质能是通过植物光合作用固定的太阳能，以有机质为载体储存的能源，常见的利用方式包括柴薪燃烧、沼气发酵、生物质乙醇生产等。前两年我去粤北山区支教，当地很多农户都建了沼气池，把猪粪、鸡粪、玉米秸秆扔进去密闭发酵，产生的沼气可以直接烧饭，发酵剩下的沼渣还是有机肥料，种出来的蔬菜口感比用化肥的好很多，整个过程完全实现了资源循环利用，是非常接地气的生物质能应用场景。这里要注意：只有合理利用、和生物质再生速度匹配的生物质能才属于可再生能源，如果乱砍滥伐森林、超过植被的再生速度，就不属于可再生能源的合理利用范畴。2可再生能源的主要类别2.5地热能地热能是地球内部放射性元素衰变释放的热能，主要利用方式包括地热供暖、地热发电，我国西藏的羊八井地热电站是国内最大的地热发电站，当地的地热资源还可以用于供暖、温泉旅游，几乎没有碳排放，供给非常稳定，缺点是只分布在板块交界的地热活跃带，适用范围有限。2可再生能源的主要类别2.6潮汐能潮汐能是月球和太阳对地球的引力作用引发海水涨落产生的能量，主要利用方式是潮汐发电，我国浙江温岭的江厦潮汐电站是国内最大的潮汐电站，只要地月系统的引力关系不变，潮汐能就可以持续供给，几乎无污染，缺点也是仅适用于沿海潮差大的区域，适用范围有限。3可再生能源的发展痛点当前可再生能源发展的核心痛点是供给不稳定，大部分可再生能源都“靠天吃饭”，需要配套大规模的储能系统才能稳定并入电网，而目前储能电池的成本仍然较高，部分地区还存在弃风弃光的问题，也就是发的电没法储存、也没法并入电网，只能白白浪费，这些问题都需要未来技术进步来逐步解决。04初中物理阶段该知识点的核心考查方向与生活实践要求初中物理阶段该知识点的核心考查方向与生活实践要求梳理完两类能源的核心特征之后，结合我多年的教学和命题经验，我再给大家明确一下这个知识点的核心考查方向和实践要求。1常见考点梳理这个模块的考点主要分为三类：1常见考点梳理1.1分类判定题这是最常考的题型，通常会给出一系列能源让大家分类，大家只要记住核心判定标准，避开我们之前说的三个误区，基本不会出错。我给大家列一个高频易错分类清单：不可再生能源包括煤炭、石油、天然气、核能；可再生能源包括太阳能、风能、水能、沼气、生物质能（合理利用）、地热能、潮汐能；电能、汽油、柴油属于二次能源，不参与此类分类。1常见考点梳理1.2能源效率计算题这类题通常会结合比热容、电功、热值的公式考查，比如计算太阳能热水器的热效率、光伏发电的转换效率、火力发电的能量损耗等，大家只要理清能量转换的路径，把对应公式用对就可以得分。1常见考点梳理1.3能源与环境综合题这类题通常会让大家分析发展可再生能源的意义，大家可以从减少化石能源依赖、保障能源安全、减少污染物排放、缓解温室效应四个角度作答，基本就能拿到全部分数。2生活实践要求我们学这个知识点不只是为了应付考试，更要建立科学的能源意识，平时生活中可以随手关灯、选择公共交通出行、减少一次性塑料用品的使用，这些小事本质上都是在减少不可再生能源的消耗，为我国的双碳目标做贡献。最