能源资源科学概论第一章 概论

特别是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，电灯代替了油灯和蜡烛，电力 成为工矿企业的主要动力，成为生产和生活照明的主 要来源，
英国：在煤的开采和利用技术上的领先地位， 使它一跃而成为世界工业强国。
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一、能源的变迁
3. 石油——黑色金子
19世纪初，石油开始在陆上交通工具的燃料中占有 主要地位。
要根源。
1 .温室效应
能源对环境的污染：
2 .酸雨 3 .臭氧空洞
4 .热污染
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5 .放射性污染
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三、能源与环境
产生机理
（1）温室效应
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受不了啦！
（1）温室效应
引发因素
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构成客观世界的三大基础：物质、能量和信息。
科学史观： 物质构成世界，没有物质，世界便虚无缥缈；
能量是物质的属性，是一切物质运动的动力，没 有能量，物质就静止呆滞；
信息是客观事物和主观认识相结合的产物，没有 信息，物质和能量既无从认识，也毫无用处。
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第一节 能量与能源 一、能量
宇宙间一切运动着的物体都有能量的存在和转化。 人类一切活动都与能量及其使用紧密相关。
（4）水资源形势严峻
除了 蒸馏水，它 们还有洁净 的栖身之所 吗？
——请关 注
水环境污染！
（5）水土流失严 重
因沙漠化被埋没的村庄
（6）生物多样性遭到严重破坏
三、能源与环境
3.能源对环境的影响及对策
能源在其开采、输送、加工、转换、利用和消费过
程中，对生态系统产生各种影响，成为环境污染的主
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（5）化学能
它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。
按化学热力学定义，物质或物系在化学 反应过程中以热能形式释放的内能，称为 化学能。
利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢。
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（6）核能
是蕴藏在原子核内部的物质结构能。 释放巨大核能的核反应有两种：
（1）南极上空臭氧空洞扩大；
（2）空气质量严重恶化；
（3）全球气候变暖；
（4）水资源形势严峻；
（5）水土流失严重；
20（21/86/5 ）生物多样性遭严重破坏。
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（1）南极上空臭氧空洞扩大
（2）空气质量严重恶化
烟雾笼罩下的南非开普敦
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1200万只废轮胎燃烧了100多 天
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（3）全球气 候变暖
3 ．分类
（1）按地球上的能量来源分
（2）按被利用的程度分
分
（3）按获得的方法分
类
标
（4）按能否再生分
准
（5）按能源本身的性质分
（6）按对环境的污染情况分
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二、能源
（1）按地球上的能量来源分
地球本身蕴藏的能源 如核能、地热能等。
来自地球外天体的能源
如宇宙射线及太阳能，以及由太阳能引起的水能、 风能、波浪能、海洋温差能、生物质能、光合作用， 化石燃料（如煤、石油、天然气等，它们是一亿年 前由积存下来的有机物质转化而来的）。
能量（广义）：
就是“产生某种效果（变化）的能力”。
反过来说，产生某种效果（变化）的过程必然伴随 着能量的消耗或转化。
倘若任何效果和变化都没有，那么世界也就不存在
了。如果说劳动创造了世界，那么这种创造首先就是
从能2021量/8/5的使用开始的。
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第一节 能量与能源
1．能量实质
定义（物理学）：做功的本领
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第一章 概论——基础知识
第一节 能量与能源 第二节 能源与文明的进步
第二节 文明的进步与能源
一、能源的变迁 二、能源消费与经济水平 三、能源与环境
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一、能源的变迁
能源，俗称文明活动之“米”，赐予了人类一切文 明活动的动力，推动了人类文明的进步。
人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然 的历史。
西方发达国家很快地从以煤为主要能源转换到以石 油和天然气为主要能源。汽车、飞机、内燃机和远洋 客货轮的迅猛发展，不但极大的缩短了地区和国家之 间的距离，也大大的促进了世界经济的繁荣，加快了 世界工业化的进程。
近30多年来，世界上许多国家依靠石油和天然气，
创造202了1/8/5人类历史上空前的物质文明。
人均收入越高，弹性系数越低。
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二、能源消费与经济水平
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世界主要国家能源和经济发展概况
二、能源消费与经济水平
2021世/8/5界人口与每年总能源消耗量
世界人口：
1971年37亿 1996年57亿，
在25年内增长了54%，
总能源：
消耗量增长率为59%。 在总能源消耗中，电 能所占的比例在急剧 增加。
能源系统工程 能源资源的可持续性发展
成绩评定：
考试成绩占70％；平时成绩占30％。
考试方式：
开卷考试。
时间地点另行通知
第一章 概论——基础知识
第一节 能量与能源 第二节 能源与文明的进步
第一节 能量与能源 一、能量
生的 不能吃的
掌勺者
火
熟的 香甜可口的美食
能量(热能)
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第一节 能量与能源 一、能 量
能源科学概论
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经济增长 社会进步 ……
大气污染 温室效应 …… 臭氧空洞
伊拉克战争 巴以冲突 中日俄石油运输管线 中日东海事件 朝鲜核问题
……
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目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
概论——基础知识 常规能源——石油、天然气 新能源——核能、太阳能、风能 能量的转换与储存 能源形势 节能
（1）火的发现和利用
（2）畜力、风力、水力等自然动力的利用
（3）化石燃料的开发和热的利用
（4）电的发现及开发利用
（20215/8/）5 原子核能的发现及开发利用
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一、能源的变迁
回顾人类的历史，可以明显的看出能源和人 类社会发展间的密切关系。人类社会已经经历 了三个能源时期，即：
➢ 薪柴时期
➢ 煤炭时期
核裂变反应 核聚变反应
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第一节 能量与能源 二、能源
1.定义
《大英百科全书》：能源是一个包括所有燃料、流水、 阳光和风的术语，人类采用适当的转换手段，给人类自己 提供所需的能量。
《现代汉语词典》：能产生能量的物质，如燃料、水力、 风力等。
能源是可以从其中获得热、光和动力之类能量的资源。
（1）
F
m
S
m
一、能量
做功： W FS
也就是要消耗W 的能量才能产生上述效果。
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第一节 能量与能源
（2）
a m V1＝0
m V2＝V
消耗的能量： 1 mv 2
2
（3）
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m水 温度T1
加热
m水 T2
耗能为 ： m(cT2T1)
一、能量
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第一节 能量与能源 一、能量
地球上最大的热能资源为地热能。
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（3）电能
它和电子流动与积累有关，通常由电池 中的化学能转化而来，或通过发电机由机 械能转换得到。
反之，电能也可以通过电动机转化为机 械能——电做功。
在自然界中，还有雷电等电能。
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（4）辐射能
即物体以电磁波形式发射的能量。如太阳 能，太阳是最大的辐射源。
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一、能源的变迁
进入21世纪，随着可控热核反应的实现，核能将 成为世界能源的主角。
1公斤铀释放的核能=
2500吨优质煤燃烧产生的热量
随着各种新技术、新方法的应运而生，太阳能、 氢能等也将成为重要的能源。
一个清洁能源的时代也将随之到来。世界将变得 更加繁荣和丰富多彩。
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一、能源的变迁
在人类发展的历史上，每当一种新的能源被 发现和开发利用，就会在社会生产上产生一次 巨大的技术变革，回顾煤炭、石油、核能的出 现，莫不如此。
因此，可以说能源是推进人类社会经济 发展的动力和物质基础。
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二、能源消费与经济水平
能源是现代化生产的主要动力来源。
锅炉、窑炉需用油、煤和天然气； 钢铁冶炼需用焦炭和电力； 工业： 机械加工、起重、物料传送、启动液压机 械、 生产过程的控制和管理等要用到电力； 交通运输需要动力、油和煤； 国防工业要用到电力和石油。
➢ 石油时期
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一、能源的变迁
1．薪柴时期
木炭——原始人类生存和发展的动力
人类的文明是在古代人类的篝火边发展起来的，火 是人类文明的标识。
考古学家：
人类对能源的利用是从木材燃火开始的
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一、能源的变迁
最早利用的能源 钻木、击石等取火 动物排泄物、树木等做燃料 以人力、畜力和一小部分简单的风力和水力机械
清洁能源 对环境无污染或污染很小，如太阳能、水能、
海洋能等；
非清洁能源 对环境污染较大，如煤、石油等。
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商品能源、非商品能源、农村能源、绿色 能源、终端能源……
商品能源：流通环节大量消费的能源，如煤、 石油、天然气、电力等。
非商品能源：不经流通环节而自产自用的能 源，如农户自产自用的薪柴、秸秆，牧民自用的 牛粪、马粪等。
作动力
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这个以薪柴等生物质燃料为主要能源的时代，延 续了很长的时间，生产和生活水平都极低，社会发展 迟缓。
一、能源的变迁
2．煤炭——黑宝石
18世纪的产业革命，以煤炭取代薪柴作为主要能源， 蒸汽机成为生产的主要动力。
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瓦特和他发明的蒸汽机
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一、能源的变迁
在这段时间里，工业得到迅速发展，劳动生产力有 了很大的增长。
地球与其他天体相互作用的能源
。 2021如/8/5潮汐能
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（2）按被利用的程度分
常规能源 如煤炭、石油、天然气、薪材燃料、水能等。
新能源 如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能、核能等。
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（3）按获得的方法分
一次能源
自然界存在的，供直接利用的能源，如煤、石油、 天然气、风能、水能等。
弹性系数越小，则能源消费增长率越低。
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二、能源消费与经济水平
能源消费弹性系数的大小与国民经济结构、能 源利用效率、生产产品的质量、原材料消耗、运 输以及人民生活需要等因素有关。
尽管各国的实际条件不同，但只要处于类似的 经济发展阶段，它们就具有大致相近的能源弹性 系数。
发展中国家的能源消费弹性系数一般大于1， 工业国家能源消费弹性系数大多小于1。
耕种、收割 、烘干、冷藏、运输等需要的直 农业： 接能源；
2021/8/5 化肥、农药等要间接消耗能源。
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二、能源消费与经济水平
世界各国经济发展的实践证明，在经济正常发 展的情况下，能源消耗增长速率与国民经济生产总 值增长率成正比例关系。这个比例关系通常用能源 消费弹性系数来表示。
弹性系数越大，说明国民经济产值每增加1%， 能源消费的增长率越高；
2．能量分类（能量形式）
• 机械能 • 热能 • 电能 • 辐射能 • 化学能 • 核能
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（1）机械能
包括固体和液体的动能、势能、弹性能及 表面张力能等。
动能和势能统称为宏观机械能，如风能、 水能等，是人类最早认识的能量。
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（2）热能
构成物体的微观分子运动的动能表现为热 能。它的宏观表现是温度的高低，反映了分 子运动的强度。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二次能源
由一次能源直接或间接转化而来的能源，如电、 蒸汽、焦炭、煤气、氢等，它们使用方便，易于利 用，是高品质的能源。
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（4）按能否再生分
可再生能源
不会随它本身的转化或人类的利用而日益减少， 如水能、风能、潮汐能、太阳能等。
非再生能源
随人类的利用而越来越少，如石油、煤、天然气、 核燃料等。
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三、能源与环境
1.环境问题
环境问题是指地理环境中出现的影响人类生活和 生产的种种问题。
分类（按根源）：
（1）由自然力引起的原生环境问题
地震、洪涝、干旱、滑坡等自然灾害所引起
（2）由人类活动引起的次生环境问题
环境污染和生态破坏
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三、能源与环境
2．全球环境恶化
联合国环境署的报告表明，整个地球的环境正在 全面恶化，主要表现在：
能直接或者经过转化而提供某种能量的自然资源。
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2.形式
• 本身拥有能量：煤、石油、天然气、太阳能、 风能、水能、地热能、核能等。 • 为了便于运输和使用，经上述资源加工得到 的一些更符合使用要求的能量来源，如煤气、 电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。
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二、能 源
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（5）按能源本身的性质分
含能体能源（在体能源）
其本身就是可提供能量的物质，如石油、煤、天 然气、氢等，它们可以直接储存，便于运输和传输。
过程性能源
由可提供能量的物质的运动所产生的能源，如水 能、风能、潮汐能、电能等。 它们无法直接储存。
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（6）按对环境的污染情况分：