煤石油天然气
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日、德、俄等 5～6吨标煤/ 人•年 美国11吨标煤/ 人•年
加强身体锻炼
我国规划：2030～ 2050 年 2.5～ 3吨标煤/ 人•年
11/35
2）能源开发利用设备和技术落后，能源利用效率 低，浪费严重
我国能源的终端利用效率为32 ％ ～33％； 发达国家能源的终端利用效率大于42％。 我国每万元GDP的能耗是日本的6倍、美国的3倍、 韩国的4.5倍。 我国单位产品的能耗平均比发达国家高40％左右。
14/35
3）环境污染严重
工业的发展带来了严重的环境污染，据调查，
我国57%的城市空气பைடு நூலகம்总悬浮颗粒超标；
48个大中城市空气中的SO2浓度超标； 82%城市出现过酸雨； 我国的CO2排放量仅次于美国，居世界第二，占 世界总排放量的13.6%。
据世界银行报导，我国城市空气污染对人体健 康和生产造成的损失估计每年200亿美元；酸雨使农 作物减产每年损失达50亿美元。
国占总能源利用的90％以上，世界其它各国平均
也超过85％。由此可见，在能量转换与利用过程
中，热能不仅是最常见的形式，而且具有特殊重 要的作用。热能的有效利用对于解决我国的能源 问题乃至对人类社会的发展有着重大意义。
20/35
热能利用的基本方式
（1） 热利用：烧饭、采暖、烘干、熔炼等； （2）动力利用： 通过热机将热能转换成机械能或 者再通过发电机转换成电能加以利 用。 由于热能转换为机械能的有效利用程度（即热机 的热效率）较低，早期蒸汽机的热效率只有 1％ 2 ％，现代燃气轮机装置的热效率大约只有 37％ 42 ％，蒸汽电站的热效率也只有40％左右。因此，如 何更有效地实现热能和机械能之间的转换，提高热 机的热效率，是十分重要的课题。 21/35
（1）能源分类 1）按开发利用的情况： 常规能源：煤、石油、天然气、水能、核能等。 新能源：太阳能、风能、海洋能、生物质能、 地热能、 核聚变燃料等。 2）按开发的步骤： 一次能源: 煤、石油、天然气、风能、水能、 太阳能、 地热能、海洋能等。 二次能源: 电力、煤气、汽油、沼气、氢气、 甲醇、酒精等。 5/35
15/35
能源与环境
燃煤： SO2、 粉尘、 CO2 （温室效应） Greenhouse effect
（酸雨） acid rain 车辆：
NOx、 HC 、 CO
SUN
O3 16/35
我国的能源建设要走可持续发展的道路， 必须两条腿走路： （1）合理利用能源，提高能源利用率。主要途 径就是改造或更新技术落后的能源利用终端设备；
能源问题是全世界关注的重大问题，从20世 纪70年代起，就被列入世界5大问题之一。 全世界关注的5大问题：
1）能源 2）人口 3）粮食 4）环境 5）资源 能源建设也是我国四化建设的战略重点之一。 7/35
（3）我国能源利用的现状及主要问题
正常情况下，每个国家能源消费总量及增长速度 与其国民经济总产值及增长速度成正比，而能源的人 均消费量的多少则反映国民生活水平的高低。
机械能 : 物体的动能与势能； 热能 ：物质分子热运动动能与位能之和，即不涉 及化学变化和核反应的热力学能，也称为内 热能； 电能 ：与电荷的运动和积蓄有关的能量； 化学能 ：通过化学反应释放的能量；
核能 ：通过核反应释放的能量；
辐射能 ：物体以电磁波的形式发射的能量。 4/35
2. 能源
能源是指能够直接或间接提供能量的物质资 源。
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中国与日本工业能耗比较
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 吨煤/吨钢 吨煤/吨合成氨 总利用率 中国 日本
13/35
中国发电的平均耗煤量
g / (kW. h)
600 500 400 300 200 100 0 1960 1970 1980 1991 1997 中国 世界先进
3）按能否再生： 可再生能源：水能、太阳能、风能、海洋能、
生物质能、地热能等； 非再生能源：煤、石油、天然气、核能等。 4）按开发利用过程中对环境的污染情况： 清洁能源：太阳能、风能、水能、海洋能等； 非清洁能源：煤、石油、天然气等。
（2）能源对人类社会发展的重要意义
能源是人类社会生存的基础，能源的开发和 利用是人类社会发展的动力，能源开发和利用水 平是人类社会文明的重要标志之一。 6/35
光电池
18/35
风 能 燃 料 电 池
水 能 水水 轮车 机
化 学 能 燃 烧
核 能 聚裂 变变 热
地 热 能
太 阳 能
一次能源 (天然存在) 光 电 转 换
风 车
供 光转 暖 热换 能 90%
机 械 能 发 电 机
热机
二次能源
直接利用
电 动 机 电
能
19/35
据统计，目前通过热能形式利用的能源在我
我国能源利用现状及存在的主要问题： 1）人均储备量少，远低于世界平均水平
原煤：95 吨/人（世界人均 209 吨/人）；
原油：3 吨/人（世界人均 28 吨/人）；
天然气：1416 m3/人（世界人均 28400 m3/人）。
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电的人均消费水平
我国大陆地区年总发电量 2.5 亿千瓦，人均 0.2 千瓦/（人· 年）；中等发达国家如台湾地区人均 1.0 千瓦/ （人· 年）；
加强身体锻炼
欧、美、日本等发达国家 6 千瓦/人· 年） 。
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计划电的来源
2050 年 1 kW/人 15 亿千瓦 水能： 3 亿 7 千 6 百 kW 核能： 2 亿 kW
加强身体锻炼
风能、太阳能： 1 亿 kW 煤： 9 亿 kW 10/35
煤的人均消费水平
我国 1吨标煤/ 人•年
绪
论
沈阳农业大学
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目录 CONTENTS
0-1 能量与能源
0-2 研究内容与研究方法
0-1 能量与能源
1. 能量
能量是物质运动的度量。
世界是由物质构成的，一切物质都处于运动 状态，所以一切物质都具有能量。 物质是能量的载体； 运动是能量的体现； 能量是人类社会进步的动力。
加强身体锻炼
能量的主要形式 :
（2）大力开发对环境无污染或污染很小的新 能源，如太阳能、风能、水能、地热能、海洋 能、生物质能以及核能等。
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3. 能量的转换与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。
燃料电池 氢、酒精等二次能源 电 能 机械能 辐射能
热 能 发电机 机械 直接利用 机械能 风能、水能、海洋能 热机 90％ 燃烧 煤、石油、天然气 直接利用 热 能 核 能 核反应 集热器 燃烧 光合作用 太阳能 食物利用 生物质能
加强身体锻炼
我国规划：2030～ 2050 年 2.5～ 3吨标煤/ 人•年
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2）能源开发利用设备和技术落后，能源利用效率 低，浪费严重
我国能源的终端利用效率为32 ％ ～33％； 发达国家能源的终端利用效率大于42％。 我国每万元GDP的能耗是日本的6倍、美国的3倍、 韩国的4.5倍。 我国单位产品的能耗平均比发达国家高40％左右。
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3）环境污染严重
工业的发展带来了严重的环境污染，据调查，
我国57%的城市空气பைடு நூலகம்总悬浮颗粒超标；
48个大中城市空气中的SO2浓度超标； 82%城市出现过酸雨； 我国的CO2排放量仅次于美国，居世界第二，占 世界总排放量的13.6%。
据世界银行报导，我国城市空气污染对人体健 康和生产造成的损失估计每年200亿美元；酸雨使农 作物减产每年损失达50亿美元。
国占总能源利用的90％以上，世界其它各国平均
也超过85％。由此可见，在能量转换与利用过程
中，热能不仅是最常见的形式，而且具有特殊重 要的作用。热能的有效利用对于解决我国的能源 问题乃至对人类社会的发展有着重大意义。
20/35
热能利用的基本方式
（1） 热利用：烧饭、采暖、烘干、熔炼等； （2）动力利用： 通过热机将热能转换成机械能或 者再通过发电机转换成电能加以利 用。 由于热能转换为机械能的有效利用程度（即热机 的热效率）较低，早期蒸汽机的热效率只有 1％ 2 ％，现代燃气轮机装置的热效率大约只有 37％ 42 ％，蒸汽电站的热效率也只有40％左右。因此，如 何更有效地实现热能和机械能之间的转换，提高热 机的热效率，是十分重要的课题。 21/35
（1）能源分类 1）按开发利用的情况： 常规能源：煤、石油、天然气、水能、核能等。 新能源：太阳能、风能、海洋能、生物质能、 地热能、 核聚变燃料等。 2）按开发的步骤： 一次能源: 煤、石油、天然气、风能、水能、 太阳能、 地热能、海洋能等。 二次能源: 电力、煤气、汽油、沼气、氢气、 甲醇、酒精等。 5/35
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能源与环境
燃煤： SO2、 粉尘、 CO2 （温室效应） Greenhouse effect
（酸雨） acid rain 车辆：
NOx、 HC 、 CO
SUN
O3 16/35
我国的能源建设要走可持续发展的道路， 必须两条腿走路： （1）合理利用能源，提高能源利用率。主要途 径就是改造或更新技术落后的能源利用终端设备；
能源问题是全世界关注的重大问题，从20世 纪70年代起，就被列入世界5大问题之一。 全世界关注的5大问题：
1）能源 2）人口 3）粮食 4）环境 5）资源 能源建设也是我国四化建设的战略重点之一。 7/35
（3）我国能源利用的现状及主要问题
正常情况下，每个国家能源消费总量及增长速度 与其国民经济总产值及增长速度成正比，而能源的人 均消费量的多少则反映国民生活水平的高低。
机械能 : 物体的动能与势能； 热能 ：物质分子热运动动能与位能之和，即不涉 及化学变化和核反应的热力学能，也称为内 热能； 电能 ：与电荷的运动和积蓄有关的能量； 化学能 ：通过化学反应释放的能量；
核能 ：通过核反应释放的能量；
辐射能 ：物体以电磁波的形式发射的能量。 4/35
2. 能源
能源是指能够直接或间接提供能量的物质资 源。
12/35
中国与日本工业能耗比较
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 吨煤/吨钢 吨煤/吨合成氨 总利用率 中国 日本
13/35
中国发电的平均耗煤量
g / (kW. h)
600 500 400 300 200 100 0 1960 1970 1980 1991 1997 中国 世界先进
3）按能否再生： 可再生能源：水能、太阳能、风能、海洋能、
生物质能、地热能等； 非再生能源：煤、石油、天然气、核能等。 4）按开发利用过程中对环境的污染情况： 清洁能源：太阳能、风能、水能、海洋能等； 非清洁能源：煤、石油、天然气等。
（2）能源对人类社会发展的重要意义
能源是人类社会生存的基础，能源的开发和 利用是人类社会发展的动力，能源开发和利用水 平是人类社会文明的重要标志之一。 6/35
光电池
18/35
风 能 燃 料 电 池
水 能 水水 轮车 机
化 学 能 燃 烧
核 能 聚裂 变变 热
地 热 能
太 阳 能
一次能源 (天然存在) 光 电 转 换
风 车
供 光转 暖 热换 能 90%
机 械 能 发 电 机
热机
二次能源
直接利用
电 动 机 电
能
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据统计，目前通过热能形式利用的能源在我
我国能源利用现状及存在的主要问题： 1）人均储备量少，远低于世界平均水平
原煤：95 吨/人（世界人均 209 吨/人）；
原油：3 吨/人（世界人均 28 吨/人）；
天然气：1416 m3/人（世界人均 28400 m3/人）。
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电的人均消费水平
我国大陆地区年总发电量 2.5 亿千瓦，人均 0.2 千瓦/（人· 年）；中等发达国家如台湾地区人均 1.0 千瓦/ （人· 年）；
加强身体锻炼
欧、美、日本等发达国家 6 千瓦/人· 年） 。
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计划电的来源
2050 年 1 kW/人 15 亿千瓦 水能： 3 亿 7 千 6 百 kW 核能： 2 亿 kW
加强身体锻炼
风能、太阳能： 1 亿 kW 煤： 9 亿 kW 10/35
煤的人均消费水平
我国 1吨标煤/ 人•年
绪
论
沈阳农业大学
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目录 CONTENTS
0-1 能量与能源
0-2 研究内容与研究方法
0-1 能量与能源
1. 能量
能量是物质运动的度量。
世界是由物质构成的，一切物质都处于运动 状态，所以一切物质都具有能量。 物质是能量的载体； 运动是能量的体现； 能量是人类社会进步的动力。
加强身体锻炼
能量的主要形式 :
（2）大力开发对环境无污染或污染很小的新 能源，如太阳能、风能、水能、地热能、海洋 能、生物质能以及核能等。
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3. 能量的转换与利用
能量的利用过程，实质上是能量的传递与转换过程。
燃料电池 氢、酒精等二次能源 电 能 机械能 辐射能
热 能 发电机 机械 直接利用 机械能 风能、水能、海洋能 热机 90％ 燃烧 煤、石油、天然气 直接利用 热 能 核 能 核反应 集热器 燃烧 光合作用 太阳能 食物利用 生物质能