第1章　绪论

1.1　能源使用与环境

能源一般指在一定条件下能够提供可利用能量的物质资源。能量是量度能源大小的一个重要物理量，按照不同的存在方式，包括有机械能、热能、电能、辐射能、化学能、核能等多种形式。按照不同的能源形成方式包括有一次能源和二次能源。一次能源特指以原形态利用的能源资源，包括煤、石油、天然气、太阳光、地热、潮汐等自然界中固有的能源形式。而二次能源特指经过二次加工提取得到的能源形式，如电、汽油、煤气和蒸汽等多种形式。

能源是人类活动的物质基础。从某种意义上讲，人类文明的发展离不开优质能源的开发和先进能源技术的使用。纵观人类文明历史，人工取火技术是人类最早的能源应用技术，火的使用是人类摆脱野蛮迈向文明的第一步。18世纪前柴草一直是人类主要能源，火不仅可以帮助人类避寒取暖、照明、煮熟食物等，而且火还可以烧制陶具、冶炼矿石、加工各种物品等。1712年英国铁匠托马斯·纽科门发明了纽科门蒸汽机，纽科门蒸汽机很快得到了推广应用，随后1781年瓦特发明了改良蒸汽机。蒸汽机的发明开辟了人类利用矿物燃料作动力替代人力和畜力的新时代，同时标志着人类第一次工业革命的到来。蒸汽机大规模使用促使煤炭一跃而成为人类的主要能源，从此人类进入了“煤炭时代”。1859年埃德温·德雷克在宾夕法尼亚州打出第一口油井，标志着现代石油工业诞生了。起初人们主要从石油中提炼煤油作为油灯的燃料，因此这一阶段石油工业发展缓慢。随着内燃机的发明、飞机迅速发展、汽车加速普及，石油作为它们的燃料逐渐在整个能源家族中扮演越来越重要的角色。1965年，石油首次取代煤炭在世界能源消费结构中占首位，世界进入了“石油时代”。1831年法拉第发明了世界上第一台发电机，电和机器的结合使人类在能源利用上开始了一场大革命。电灯、电话、电视、洗衣机、微波炉、电动机、空调、电炉炼钢、计算机等许多电和机器结合的结晶改变了人类社会的生活方式、生产方式、消费方式等，人类生活的舒适和方便已无法和电分离。

显然，随着人类文明的进一步发展，人类日常活动的每一个环节都对能源形成了全面的依赖。因此，如何建立可持续的能源供应体系，是一个无法回避的世纪性课题。我国作为一个能源消耗大国，《BP2009世界能源统计》数据显示2008年中国的能源消费占全球的17.7％，位于世界第二。21世纪我国面临的能源使用现状主要可归纳为以下3个方面。

（1）能源资源储量紧缺：我国能源资源人均拥有量只有世界平均水平的一半。资源对外依赖度过大。特别是，随着世界能源资源储量的下降，工业发展所需的能源成本将越来越高。

（2）能源利用效率低：能源资源利用效率过低造成对有限资源的浪费。

（3）粗放的能源使用方式导致环境问题突出：中国以煤为主的能源结构，造成了严重的环境污染。全国范围内有将近35％的酸雨覆盖率。全球20个高污染城市中，中国占16个。

为了解决日益突出的能源环境问题，进而实现社会的可持续发展。目前主要有三个解决途径。

（1）提高煤、石油、核能等传统能源资源的利用效率，同时力求清洁使用、减少污染排放。

（2）积极开发使用诸如天然气、氢气、生物质碳氢气体等可再生能源的相关环保节能技术。

（3）积极探索发展诸如太阳能、地热、风能、水力等新能源形式。

总的来说，人类日常活动对能源全面依赖使得如何寻求可持续的能源来源和使用方式成为一个必须面对的世纪性课题。能源是经济发展的驱动力。从蒸汽机时代煤炭的大规模应用，到石油对煤炭大规模替代，其后都伴随着整个产业发展的高潮。因此，一旦在能源使用领域取得重大突破，将直接改变人们传统的能源使用方式，并带动整个产业链的规模发展，

自2008年金融危机以来，美国、欧盟、日本等代表性国家和地区均加大了对战略性能源产业的开发和支持。我国继《“十二五”规划纲要》提出生产总值能耗和排放下降目标后，2012年6月国务院又发布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020年）》，大力推动电动汽车、燃料电池汽车和车用氢能源产业的发展。国家能源局也向国务院上报了《新兴能源产业发展规划》计划，预计在“十二五”期间针对新兴能源产业投入5万亿元，以带动能源产业链的规模发展。这预示着能源产业在未来20年内将形成高潮。因此加大新能源领域的人才培养变得尤为重要。