人類生存和發(fā)展的三要素

    物質(zhì)、能量與信息。

    因此，能源的發(fā)展史直接影響人類的發(fā)展史。

    我們?nèi)祟惿�存與發(fā)展中最具有決定性意義的要素是三個(gè)：¾¾ 物質(zhì)、能量和信息。

    組成我們的世界是物質(zhì)；人類生存活動(dòng)決定于對(duì)信息的認(rèn)知和反應(yīng)；而維持生命，從事發(fā)展的活動(dòng)又地要通過消耗能量來進(jìn)行。

    一切能量來自能源，人類離不開能源。能源是人類生存、生活與發(fā)展的主要基礎(chǔ)。能源科學(xué)與技術(shù)，能源利用的發(fā)展在人類社會(huì)進(jìn)步中一直扮演著及其重要的角色。

    能源發(fā)展的里程碑 可以這么說，每一次能源利用的里程碑式發(fā)展，都伴隨著人類生存與社會(huì)進(jìn)步的巨大飛躍。幾千年來，在人類的能源利用史上，大致經(jīng)歷了這樣四個(gè)里程碑式的發(fā)展階段：原始社會(huì)火的使用，先祖?zhèn)冊(cè)诨鸬恼找�下迎來了文明社�?huì)的曙光；18世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明與利用，大大提高了生產(chǎn)力，導(dǎo)致了歐洲的工業(yè)革命；19世紀(jì)電能的使用，極大地促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，改變了人類生活的面貌；20世紀(jì)以核能為代表的新能源的利用，使人類進(jìn)入原子的微觀世界，開始利用原子內(nèi)部的能量。

    未來對(duì)能源的要求

    有足夠滿足人類生存和發(fā)展所需要的儲(chǔ)量，并且不會(huì)造成影響人類生存的環(huán)境污染問題。

    未來對(duì)能源的需求 未來的人類社會(huì)依然要依賴于能源，依賴于能源的可持續(xù)發(fā)展。因此，我們須現(xiàn)在就很清楚地了解地球上的能源結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)量，發(fā)展必須開發(fā)的能源利用技術(shù)，才能使人類的生存得于永久維持。

    而我們賴于生存的能源是取之不盡用之不完的嗎？回答是：不是，也是。事實(shí)上，進(jìn)入21世紀(jì)后，人類目前技術(shù)可開發(fā)的能源資源已將面臨嚴(yán)重不足的危機(jī)，當(dāng)今煤、石油和天然氣等礦石燃料資源日益枯竭，甚至不能維持幾十年。因此，必須尋找可持續(xù)的替代能源。而近半世紀(jì)的核能和平利用，已使核能已成為新能源家屬中迄今為止能替代有限礦石燃料的唯一現(xiàn)實(shí)的大規(guī)模能源。而且，未來如能實(shí)現(xiàn)核能的徹底利用，人類的能源將是無窮的。

    除了物質(zhì)、能量和信息三大因素外，人類對(duì)安全的要求也越來越重要了。安全包括社會(huì)安全、健康安全和環(huán)境安全等。它們同能源的關(guān)系也是非常密切的�，F(xiàn)在利用的能源已造成了大量的環(huán)境污染問題，嚴(yán)重影響了人類的生存。因此，未來對(duì)能源的要求將不僅是儲(chǔ)量充足，而且還必須是清潔的能源。相對(duì)其它化石能源而言，核能的和平利用已充分證明了核能是清潔的能源之一。

    u 能源的定義與源頭

    究竟什么是“能源”呢？《科學(xué)技術(shù)百科全書》是這樣說的：“能源是可從其獲得熱、光和動(dòng)力之類能量的資源”；《大英百科全書》說：“能源是一個(gè)包括著所有燃料、流水、陽(yáng)光和風(fēng)的術(shù)語(yǔ)，人類用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換手段便可讓它為自己提供所需的能量”�？梢�，能源是呈多種形式的、可以相互轉(zhuǎn)換的能量的源泉。簡(jiǎn)而言之，能源是自然界中能為人類提供能量的物質(zhì)資源。

    能源的源頭

    來自地球以外天體的能源（如太陽(yáng)能）、地球本身蘊(yùn)藏的能源（如地?zé)�、核能）、地球與其它天體相互作用產(chǎn)生的能源（如潮汐）。

    而能源是產(chǎn)生能量的源頭。

    人們通常按形態(tài)與應(yīng)用方式對(duì)能源進(jìn)行分類。一般分為：固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水能、電能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、核能、海洋能和地?zé)崮�。其中，前三類統(tǒng)稱化石燃料或化石能源。已被人類認(rèn)識(shí)的這些能源，在一定條件下可以轉(zhuǎn)換為人們所需的各種形式的能量。比如薪柴和煤炭，加熱到一定溫度，能和氧氣化合并放出大量熱能，可以直接用來取暖，也可用來產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，使熱能變成機(jī)械能，再變成電能。把電送到工廠、機(jī)關(guān)和住戶，又可以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、光能或熱能。

    在我們生活的地球上，能源形形色色�？偲饋碚f有三個(gè)初始來源。

    太陽(yáng)能

    地球

    來自地球外部天體的能源（主要是太陽(yáng)能）人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽(yáng)。正是各種植物通過光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能在植物體內(nèi)貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動(dòng)植物經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代形成的。它們實(shí)質(zhì)上是由古代生物固定下來的太陽(yáng)能。此外，水能、風(fēng)能、波浪能、海流能等也都是由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換來的。

    地球本身蘊(yùn)藏的能量 通常指與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源和與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源。

    與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源，我們稱之為地?zé)崮�。溫泉和火山爆發(fā)噴出的巖漿就是地?zé)岬谋憩F(xiàn)。地球可分為地殼、地幔和地核三層，它是一個(gè)大熱庫(kù)。地殼就是地球表面的一層，一般厚度為幾公里至70公里不等。地殼下面是地幔，它大部分是熔融狀的巖漿，厚度為2900公里�；鹕奖�發(fā)一般是這部分巖漿噴出。地球內(nèi)部為地核，地核中心溫度為2000度�？梢姡�地球上的地?zé)豳Y源貯量也很大。

    與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源正是本書要介紹的核能。原子核的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)能釋放出大量的能量，稱為原子核能，簡(jiǎn)稱核能，俗稱原子能。它則來自于地殼中儲(chǔ)存的鈾、钚等發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)的核裂變能資源，以及海洋中貯藏的氘、氚、鋰等發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)的核聚變能資源。這些物質(zhì)在發(fā)生原子核反應(yīng)時(shí)釋放出能量。目前核能最大的用途是發(fā)電。此外，還可以用作其它類型的動(dòng)力源、熱源等。

    來自星球引力的能量 指由于地球與月球、太陽(yáng)等天體相互作用的形成的能源。地球、月亮、太陽(yáng)之間有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，造成相對(duì)位置周期性的變化，它們之間的引力隨之變化使海水漲落而形成潮汐能。與上述二類能源相比，潮汐能的數(shù)量很小。全世界的潮汐能折合成煤約為每年30億噸，而實(shí)際可用的只是淺海區(qū)那一部分，每年約可折合為6000萬(wàn)噸煤。

    u 能源結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)量

    地球上有哪些能量資源可供我們使用？它們還能維持多久？我們?cè)撛趺崔k？

    能源的種類

    一次能源：煤炭、石油、核能等自然界天然能量資源；

    二次能源：汽油、電力、蒸汽等人工制造的能量資源，

    一次能源和二次能源 能源按其生成方式，分為天然能源（一次能源）和人工能源（二次能源）兩大類。天然能源是指自然界中以天然形式存在并沒有經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換的能量資源，如煤炭、石油、天然氣、核燃料、風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽�、潮汐能等；人工能源則是指由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換成其他種類和形式的能量資源，如煤氣、汽油、煤油、柴油、電力、蒸汽、熱水、氫氣、激光等。

    常規(guī)能源和新能源 其中，已被人類廣泛利用并在人類生活和生產(chǎn)中起過重要作用的能源，稱為常規(guī)能源，通常是指煤炭、石油、天然氣、水能等四種。而新近才被人類開發(fā)利用、有待于進(jìn)一步研究發(fā)展的能量資源稱為新能源，相對(duì)于常規(guī)能源而言，在不同的歷史時(shí)期和科技水平情況下，新能源有不同的內(nèi)容。當(dāng)今社會(huì)，新能源通常指核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮�、氫氣等�?

    煤的時(shí)代

    能源結(jié)構(gòu)的變遷 歷史上，伴隨著新的化石資源的發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模開采與應(yīng)用，世界的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了數(shù)次變革。18世紀(jì)的以煤炭替代柴薪，到19世紀(jì)中葉煤炭已經(jīng)逐漸占主導(dǎo)地位。20世紀(jì)20年代，隨著石油資源的發(fā)現(xiàn)與石油工業(yè)的發(fā)展，世界能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了第二次轉(zhuǎn)變，即從煤炭轉(zhuǎn)向石油與天然氣，到20世紀(jì)60年代，石油與天然氣已逐漸稱為主導(dǎo)能源，動(dòng)搖了煤炭的主宰地位。但是，20世紀(jì)70年代以來兩次石油危機(jī)的爆發(fā)，開始動(dòng)搖了石油在能源中的支配地位。以此同時(shí)，大部分化學(xué)能源的儲(chǔ)量日益減少，并伴隨著許多環(huán)境污染問題。

    而人類對(duì)能源的需求卻在與日俱增。例如主要能源形式 地球能源的儲(chǔ)量估計(jì)

    煤炭：～200年

    石油、天然氣：～50年

    核能：無窮多

    之一的電力消耗逐年增加。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，人口若每30年增加一倍，電力的需求量每八年就要增加一 倍。

    于是，20世紀(jì)末，能源結(jié)構(gòu)開始經(jīng)歷第三次轉(zhuǎn)變，即從以石油為中心的能源系統(tǒng)開始向以煤、核能和其它再生能源等多元化的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。特別是隨著時(shí)間的推移，核能的比例將不斷增長(zhǎng)，并將逐步替代石油和天然氣而成為主要的大規(guī)模能源之一。

    化學(xué)能的儲(chǔ)存量 煤炭、石油、天然氣還有多少年可以讓人類開采利用？據(jù)世界能源會(huì)議統(tǒng)計(jì)，世界已探明可采煤炭?jī)?chǔ)量共計(jì)15980億噸，預(yù)計(jì)還可開采200年。探明可采石油儲(chǔ)量共計(jì)1211億噸，預(yù)計(jì)還可開采30～40年。探明可采天然氣儲(chǔ)量共計(jì)119萬(wàn)億立方米，預(yù)計(jì)還可開采60年。必須指出的是，煤炭、石油等直接燃燒用來生產(chǎn)電能與熱能實(shí)在太可惜了，且不說可能帶來的環(huán)境污染，它們還是很好的化工原料呢！

    水能及新能源的潛力 那么水能呢？我們知道，水力是可以長(zhǎng)期開發(fā)利用的。但是，在那些大面積缺水、水力資源不豐富的國(guó)家和地區(qū)怎么辦？再說，水能還有個(gè)季節(jié)性的問題。這些都使水能無法成為世界能源結(jié)構(gòu)中唯一的主力軍。新能源中，太陽(yáng)能雖然用之不竭，但代價(jià)太高，并且就目前的技術(shù)發(fā)展情況來看，在一代人的時(shí)間里不可能迅速發(fā)展和廣泛使用。其它新能源也是如此。其它一些能源與水能相似，它們的規(guī)模受到環(huán)境、季節(jié)、地理位置等條件的限制，如風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮艿鹊取?/P>

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