能源科学概论.docx

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1. 概论 ___________________________________________________________ 1
2. 能量与能源 _____________________________________________________ 2
2.1.能量______________________________________________________________ 2
2.1.1.能量 __________________________________________________________________ 2
2.1.2.能源 __________________________________________________________________ 3
2.1.
3.能量的转换____________________________________________________________ 4
2.1.4.能量的评价____________________________________________________________ 5
2.2.能源在社会可持续发展中的作用______________________________________ 6
2.2.1.可持续发展的概念______________________________________________________ 6
2.2.2.能源更迭与社会发展____________________________________________________ 6
2.2.
3.能源与国民经济________________________________________________________ 7
2.2.4.能源与人民生活________________________________________________________ 8
2.2.5.能源与环境____________________________________________________________ 8
2.3.能源形势_________________________________________________________ 14
2.3.1.世界能源资源概况_____________________________________________________ 14
2.3.2.世界能源消费及构成___________________________________________________ 14
2.3.3.世界性的能源问题_____________________________________________________ 15
2.3.4.中国的能源资源_______________________________________________________ 17
2.3.5.中国能源可持续发展的对策____________________________________________ 20
3. 能量的转换与储存 ______________________________________________ 21
3.1.能量的基本性质___________________________________________________ 21
3.1.1.能量的性质___________________________________________________________ 21
3.1.2.能量守恒与转换定律___________________________________________________ 22
3.1.3.能量贬值原理_________________________________________________________ 23
3.2.能量转换的主要燃料_______________________________________________ 25
3.2.1.煤炭 _________________________________________________________________ 25
3.2.1.1.煤的形成和分类 __________________________________________________ 25
3.2.1.2.煤的开采与加工 __________________________________________________ 26
3.2.1.3.煤的气化________________________________________________________ 27
3.2.1.
4.水煤浆__________________________________________________________ 28
3.2.2.石油 _________________________________________________________________ 28
3.2.2.1.石油的形成与分类 ________________________________________________ 28
3.2.2.2.主要石油产品的种类与用途 ________________________________________ 29
3.2.2.3.油田开发________________________________________________________ 29
3.2.3.天然气_______________________________________________________________ 30
3.2.
4.核燃料_______________________________________________________________ 30
3.2.
4.1.核裂变的核燃料 __________________________________________________ 30
3.2.
4.2.核聚变的核燃料 __________________________________________________ 31 3.3.机械能的获取_____________________________________________________ 31
3.3.1.热能的转换___________________________________________________________ 31
3.3.1.1.热机的效率______________________________________________________ 31
3.3.1.2.内燃机__________________________________________________________ 32
3.3.1.3.汽轮机__________________________________________________________ 33
3.3.1.
4.燃气轮机________________________________________________________ 33
3.3.2.水能和风能的转换_____________________________________________________ 35
3.3.3.电能的转换___________________________________________________________ 35 3.
4.电能的生产_______________________________________________________ 36
3.4.1.机械能的转换_________________________________________________________ 36
3.4.2.热能转换_____________________________________________________________ 36
3.4.3.磁流体发电___________________________________________________________ 36
3.4.4.化学能转换___________________________________________________________ 38
3.4.5.太阳能转换___________________________________________________________ 38
3.4.6.核能转换_____________________________________________________________ 38 3.5.能量的储存_______________________________________________________ 38
3.5.1.概述 _________________________________________________________________ 38
3.5.2.机械能的储存_________________________________________________________ 39
3.5.2.1.一般储能________________________________________________________ 39
3.5.2.2.抽水蓄能________________________________________________________ 39
3.5.3.电能的储存___________________________________________________________ 40
3.5.3.1.蓄电池__________________________________________________________ 40
3.5.3.2.静电场和感应电场 ________________________________________________ 40
3.5.
4.热能的储存___________________________________________________________ 41
3.5.5.核能的储存___________________________________________________________ 42 3.6.热能的产生_______________________________________________________ 42
3.6.1.热能的获取___________________________________________________________ 42
3.6.2.燃烧的基础知识_______________________________________________________ 43
3.6.3.燃烧设备_____________________________________________________________ 44
4. 常规能源 ______________________________________________________ 46 4.1.煤炭_____________________________________________________________ 46
4.1.1.煤炭资源_____________________________________________________________ 46
4.1.2.煤炭生产_____________________________________________________________ 48
4.1.3.洁净煤技术___________________________________________________________ 49 4.2.石油_____________________________________________________________ 51
4.2.1.石油资源_____________________________________________________________ 51
4.2.2.石油生产与消费_______________________________________________________ 51 4.3.天然气___________________________________________________________ 52
4.3.1.天然气资源___________________________________________________________ 52
4.3.2.天然气生产___________________________________________________________ 52
4.3.3.天然气市场___________________________________________________________ 52 4.4.水能_____________________________________________________________ 53
4.4.1.水能资源_____________________________________________________________ 53
4.4.2.水能利用概况_________________________________________________________ 53
4.4.3.水能发电机组_________________________________________________________ 55
4.4.4.水电站运行和水库调度________________________________________________ 55
4.4.
5.小水电_______________________________________________________________ 55 4.5.二次能源_________________________________________________________ 56
4.5.1.概述 _________________________________________________________________ 56
4.5.2.电 ___________________________________________________________________ 56
4.5.3.蒸汽 _________________________________________________________________ 57
4.5.4.热水 _________________________________________________________________ 57
4.5.5.焦炭 _________________________________________________________________ 58
4.5.5.1.焦炭定义________________________________________________________ 58
4.5.5.2.焦炭分布________________________________________________________ 58
4.5.5.3.焦炭用途________________________________________________________ 58
4.5.5.4.焦炭的物理性质 __________________________________________________ 59
4.5.5.5.焦炭的反应性及反应后的强度 ______________________________________ 59
4.5.5.6.焦炭的质量指标 __________________________________________________ 59
4.5.5.7.焦炭质量的评价 __________________________________________________ 60
4.5.5.8.焦炭价格影响因素分析 ____________________________________________ 61
4.5.5.9.中国焦炭产业现状 ________________________________________________ 62
4.5.5.10.国内焦炭出口现状 _______________________________________________ 63
4.5.5.11.国内焦炭产量 ___________________________________________________ 64
5. 新能源 ________________________________________________________ 64 5.1.核能_____________________________________________________________ 64
5.1.1.概述 _________________________________________________________________ 64
5.1.2.原子与原子核_________________________________________________________ 65
5.1.3.核能的来源___________________________________________________________ 65
5.1.4.反应堆_______________________________________________________________ 66
5.1.5.核电站_______________________________________________________________ 67 5.2.太阳能___________________________________________________________ 69
5.2.1.概述 _________________________________________________________________ 69
5.2.2.太阳辐射_____________________________________________________________ 70
5.2.3.太阳能热利用_________________________________________________________ 71
5.2.3.1.太阳能集热器____________________________________________________ 71
5.2.3.2.太阳能热水器____________________________________________________ 71
5.2.3.3.太阳房__________________________________________________________ 72
5.2.3.4.太阳能干燥______________________________________________________ 72
5.2.3.5.太阳能海水淡化 __________________________________________________ 72
5.2.3.
6.太阳炉__________________________________________________________ 73
5.2.3.7.太阳灶__________________________________________________________ 73
5.2.3.8.太阳能制冷______________________________________________________ 73
5.2.3.9.太阳能动力发电 __________________________________________________ 74
1.概论
构成客观世界的三大基础是物质、能量和信息。

科学史观认为，世界是由物质构成的，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，物质和能量既无认识，也毫无用处。

能源是国民经济的命脉，与人民生活和人类的生存环境休戚相关，在社会可持续发展中起着举足轻重的作用。

人类一切活动都与能量及其使用紧密相关。

每一次能源的更迭都大大促进。

人类社会的发展。

当人类的能源利用处于“薪柴时期”时，社会发展迟缓，生产和生活水平极低。

当煤炭取代薪柴作为主要能源，人类能源利用即进入“煤炭时期”。

这时蒸汽机的出现促进了产业革命；随着电力渗透到各行各业，不但社会生产力有了大幅度的增长，而且人类的生活水平和文化水平也有了极大的提高。

随着石油和天然气逐渐取代煤炭成为主要能源，人类在能源利用上进入了“石油时期”。

汽车、飞机、内燃机车和远洋客货轮的迅猛发展，不但极大地缩短了地区和国家之间的距离，也大大促进了世界经济的繁荣。

近几十年来，世界上许多国家依靠石油和天然气，创造了人类历史上空前的物质文明。

但是，事物的发展总有相反的一面，一方面煤炭、石油、天然气这类化石燃料总有耗尽之日；另一方面，它们给环境造成的污染也日趋严重。

能源、环境、人口、粮食、资源已成为当今困扰全人类的共同问题。

人们需要在条件愈来愈恶劣的环境下求得发展，并让子孙后代生活得更好，为此1992年“联合国环境与发展会议”第一次提出了可持续发展的思想。

我国政府也于1994年通过和确立了“中国21世纪议程”，将可持续发展和科教兴国作为两大国策。

从而为21世纪经济、社会、环境的协调发展指明了方向。

本课程就是为学生提供有关能源科学的概况、世界和中国面临的能源问题、解决的对策和发展的前景。

内容涉及大能源的基础知识、包括能量与能源的概念、能源资源、能源与社会发展的关系、能源与环境、能量的转换与储存、各种燃料、电能、核能、可再生能源、氢能、能源管理和节能的有关问题等。

2.能量与能源
2.1. 能量
2.1.1.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。

所谓能量，广义地说，就是“产生某种效果(变化)的能力”。

反之，产生某种效果(变化)的过程必然伴随着能量的消耗和转化。

在物理学中，能量定义为做功的本领。

作为一个哲学上的概念，能量是一切物质运动、变化和相互作用的度量。

具体而言，能量反映了一个由诸多物质构成的系统和外界交换功和热的能力的大小。

利用能量从实质上来说就是利用自然界的某一自发变化来推动另一人为的过程。

显然能量利用的优劣，利用效率的高低与具体过程密切相关。

而且利用能量的结果必然和能量系统的始末状态相联系。

对能量的分类方法没有统一的标准，到目前为止，人类认识的能量有六种形式：
1．机械能：是与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量，包括固体和流体的动能、势能、弹性能及表面张力等。

前两种称为宏观机械能；
2．热能：构成物体分子的微观分子运动的动能表现为热能，其宏观表现是温度的高低，反映了分子运动的强度；
3．电能：是和电子流动与积累有关的一种能量，通常是由电池中的化学能转化而来的，或是通过发电机由机械能转化而来的；反之电能也可以通过电动机转化为机械能，显示出电做功的本领；
4．辐射能：是物体以电磁波形式发射的能量；
5．化学能：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映过程中以热能形式释放的内能称为化学能。

人类利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢；
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包括核聚变和核裂变反应。

2.1.2.能源
2.1.2.1. 基本概念
能源：凡是能直接或经过转换而获取某种能量的自然资源(可简单的理解为含有能量的资源)。

由于能源形式多样，故有多种不同的分类方法，或按能源的来源、形成、使用分类，或从技术、环保角度进行分类。

不同的分类方法，都是从不同的侧重面来反映各种能源的特征。

2.1.2.2. 按地球上的能量来源分
(1)地球本身蕴藏的能源：核能、地热能；
(2)来自地球外天体的能源：宇宙射线、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(煤、石油、天然气)；
(3)地球与其它天体相互作用的能源，如潮汐能。

2.1.2.
3. 按被利用的程度分类
(被开发利用的程度、生产技术水平和经济效果等方面)
(1)常规能源：其开发利用时间长、技术成熟、能大量生产并广泛使用，如煤炭、石油、天然气、新柴燃料、水能等；
(2)新能源：其开发利用较少或正在研究之中，如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，核能通常也被看作为新能源。

2.1.2.4. 按获得的方法分类
(1)一次能源：即自然界现实存在，可供直接利用的能源，如煤、石油、天然气、风能、水能等；
(2)二次能源：由一次能源直接或间接加工、转换而来的能源，如电、蒸汽、焦碳、煤气、氢等，它们使用方便，易于利益，是高品质能源。

2.1.2.5. 按能否再生分
(1)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；
(2)非再生能源：随人类的利用而越来越少，如石油、天然气、核燃料等；
2.1.2.6. 按能源本身的性质分
(1)含能体能源：其本身就是可提供能量的物质，如石油、煤、天然气、地热、氢等，可以直接储存，因此便于运输和传输，又称为载体能源；
(2)过程性能源：是指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，其特点是无法直接储存。

2.1.2.7. 按对环境的污染情况分
(1)清洁能源：对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等；
(2)非清洁能源：对环境污染较大的能源，如煤、石油等。

2.1.2.8. 按是否能作为燃料分
(1)燃料能源：可以作为燃料使用，如各种矿物燃料、生物质燃料以及二次能源中的汽油、柴油、煤气等；
(2)非燃料能源：不可作为燃料使用的能源，其含义仅指其不能燃烧，而非不能其燃料的某些作用，如加热等。

此外，还有一些有关术语：商品能源、非商品能源、农村能源、绿色能源、终端能源等。

也都是从某一方面来反映能源的特征。

如商品能源是指流通环节大量消费的能源，如煤炭、石油、天然气、电力等。

2.1.3.能量的转换
通常所说的能量转换是指能量形态上的转换。

然而广义地说，能量转换还应当包含以下内容：
(1)能量的空间转换：能量的传输；
(2)能量的时间转换：能量的储存。

任何能量转换过程都必须遵守自然界的普遍规律——能量转换和守恒定律，即
输入能量—输出能量=储存能量的变化
在国民经济和日常生活中用得最多最普遍的能量形式是热能、机械能和电能。

它们都可以由其它形态的能量转换而来；它们之间也可以互相转换。

但是，任何能量转换过程都需要一定的转换条件，并在一定的设备或系统中实现。

介绍能量转换过程及转换设备或系统。

2.1.4.能量的评价
1．储量：作为能源的一个必要条件是储量要足够丰富。

在考察储量的同时还要对能源的可再生性和地理分布作出评价。

如太阳能、风能、水能等都可再生，而煤、石油、天然气则不可再生。

2．储能的可能性：是指能源不用时是否可以储存起来，需要时是否又能立即供应，在这方面，化石燃料容易做到，而太阳能、风能则比较困难。

3．供能的连续性：是指能否按需要和所需的速度连续不断地供给能量。

显然太阳能和风能就很难做到供能的连续性，故常要储能装置来保证供能的连续性。

4．能量密度：指在一定空间或面积内，从某种能源中所能得到的能量。

显然，如果能流密度很小，就很难用作主要能源。

太阳能和风能的能量密度就很小，各种常规能源的能量密度就都比较大，核燃料的能量密度最大。

5．能源的地理分布：能源的地理分布和使用关系密切。

若分布不合理，则开发、运输、基本建设等费用都会大幅度增加。

6．开发费用和利用能源的设备费用：太阳能、风能不需要任何成本即可得到。

各种化石燃料在开发中需要大量投资。

但是利用能源的设备费用则正好相反。

因此在对能源进行评价时，开发费用和利用能源的设备费用是必须考虑的重要因素，并需进行经济分析和评估。

7．运输费用与损耗：太阳能、风能和地热能等很难输送出去，但化石燃料却很容易从产地输送至用户。

核电站核燃料的运输费用极少，而燃煤电站的输煤就是一笔很大的费用。

8．能源的可再生性：在能源日益匮乏的今天，评价能源时不能不考虑能源的可再生性。

在条件许可和经济上基本可行的情况下，应尽可能采用可再生能源。

9．能源的品位：能源的品位有高低之分，如水能比化石燃料的品位要高；在热机中，热源的温度越高、冷源的温度越低，则循环的热效率就越高，故温度高的热源的品位要高些。

在使用能源时，要适当安排不同品位能源。

10．对环境的影响：使用能源时一定要考虑对环境的影响。

化石燃料对环境的污染大；太阳能、氢能、风能对环境基本上无污染。

在使用能源时，应尽可能采取各种措施防止对环境的污染。

2.2. 能源在社会可持续发展中的作用
2.2.1.可持续发展的概念
比较通俗的提法是：可持续发展是既满足当代人的需求又不危害后代人满足自身需求能力的发展。

这一定义强调了可持续发展的时间维，而忽视了其空间维。

可持续发展的内涵表现为：
(1)“发展”是大前提，是人类永恒的主题，为了实现全球范围的可持续发展，应把发展经济、消除贫困作为首要条件；
(2)“协调性”是中心。

可持续发展是由于人与环境、资源间的矛盾引出的，因此可持续发展的基本目标是人口、经济、社会、环境、资源的协调发展；
(3)“公平性”是关键。

其关键问题是资源分配和福利分享，它追求在时间和空间的公平分配，也就是代际公平和代内不同人群、不同区域和国家之间的公平；
(4)“科学技术进步”是必要保证。

科学技术不但通过不断创造、发明、创新、提供新信息为人类创造财富，而且还可以为可持续发展的综合决策提供依据和手段，加深人类对自然规律的理解，开拓新的可利用的自然资源领域，提高资源的综合利用效率和经济效益，提供保护自然和生态环境的技术。

能源是国民经济的命脉，与人民生活和人类的生存环境休戚相关，在社会可持续发展中起着举足轻重的作用。

2.2.2.能源更迭与社会发展
回顾人类的历史，可以明显地看出能源和人类社会发展间的密切关系。

人类社会经历了三个能源时期。

1．薪柴时期：古代从人类学会利用“火”开始，就以薪柴、秸杆和动物的排泄物等生物质燃料来烧饭和取暖，同时以人力畜力和一小部分简单的风力和水力机械作动力，从事生产活动。

该时代延续了很长的时间，生产和生活水平极低，社会发展迟缓。

2．煤炭时期：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，于是工业得到迅速的发展，劳动生产力有了很大的增长。

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，电灯取代了油灯和蜡烛，电力成为工矿企业的主要动力，出现了电话、电影，不但社会生产力有了大幅度的增长，而且人
类的生活水平和文化水平也有极大的提高，从根本上改变了人类社会的面貌。

这时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要燃料。

3．石油时期：石油资源的发展，开始了能源利用的新时期。

特别是20世纪50年代，美国、中东、北非相继发现了巨大的油田和气田，于是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、内燃机车和远洋客货轮的迅猛发展，不但极大地缩短了地区和国家之间的距离，也大大促进了世界经济的繁荣。

近四十年来，世界上许多国家依靠石油和天然气，创造了人类历史上空前的物质文明。

进入21世纪，随着可控热核反应的实现，核能将逐渐成为世界能源的主角，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。

介绍世界一次能源消费结构的变化和世界前十位国家一次能源消费量。

2.2.
3.能源与国民经济
能源是现代化生产的主要动力来源。

现代工业和现代农业都离不开能源动力。

工业方面，各种锅炉、窑炉都要用油、煤和天然气作燃料；钢铁冶炼要用焦碳和电力；机械加工、起重、物料传送、气动液压机械、各种电机、生产过程的控制和管理都要用电力；交通运输需要动力、油和煤；国防工业需要大量的电力和石油。

此外，能源还是珍贵的化工原料，从石油中可以提取5000多种有机合成原料，其中最重要的基本原料有乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔等。

在现代农业中，农产品产量的大幅度提高，也是和使用大量能源联系在一起的。

例如，耕种、收割、烘干、冷藏、运输都直接需要消耗能源；化肥、农药、除草剂又都要间接消耗能源。

世界各国经济发展的实践证明，在经济正常发展的情况下，能源消耗总量和能源消耗增长速度与国民经济生产总值和国民经济生产总值增长率成正比关系。

这个比例关系通常用能源消费弹性系数来表示。

该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。

世界经济和能源发展的历史显示，处于工业化初期的国家，经济增长主要依靠能源密集工业的发展，能源效率也低，因此能源消费弹性系数通常多大于1。

到工业化后期，一方面经济结构转向服务业，另一方
面技术进步促进能源效率提高，能源消费结构日益合理，因此能源消费弹性系数通常小于1。

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消费弹性系数。

发展中国家的能源消费弹性系数一般大于1，工业化国家能源消费弹性系数大多小于1。

人均收入越高，弹性系数越低。

2.2.4.能源与人民生活
人们的日常生活离不开能源。

随着生活水平的提高，所需的能源也愈多。

因此从一个国家人民的能耗量就可以看出一个国家人民的生活水平。

人均能源消费量，按目前世界情况，大致有以下三种水平：
(1)维持生存所必需的能源消费量：每人每年约400kg标准煤；
(2)现代化生产和生活的能源消费量，即为保证人们能丰衣足食、满足起码的现代化生活所需的能源消费量，为每人每年1200—1600kg标准煤；
(3)更高级的现代化生活所需的能源消费量，以发达国家的已有水平作参考，使人们能够享受更高的物质与精神文明，每人每年至少需要2000—3000kg标准煤。

2.2.5.能源与环境
2.2.5.1. 当前形势
世界经济发展和环境是不协调的，经济发展和人口增长给环境造成了巨大的压力，对发展中国家这种情况尤为突出。

从引起环境问题的根
源考虑，环境问题可分为两类：由自然力引起的原生环境问题和由人类活动引起的次生环境问题。

前者主要是指地震、洪涝、干旱、滑坡等自然灾害所引起的环境问题；后者可分为环境污染和生态破坏两大类型。

联合国最新公布的研究报告显示，在过去30年中，虽然国际社会在环保领域取得了一定的成绩，但全球整体环境状况持续恶化。

国际社会普遍认为，贫困和过度消费导致人类无节制地开发和破坏自然资源，这是造成环境恶化的罪魁祸首。

环境问题是一个全球性问题。

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：
(1)南极的臭氧空洞正以每年一个美国陆地面积的速度扩大；
(2)空气质量严重恶化；
(3)温室气体的过度释放造成全球气候变暖，沿海低地和一些岛屿国家正在面临海水上涨的威胁；
(4)全球有十几亿人口生活在缺水地区，十几亿人的生活环境中没有生活污水排放装置；
(5)土壤流失严重，每年流失量达20Gt，全世界的森林正以每年4.6×106ha的速度从地球上消失；
(6)大量的动物濒临灭绝；
(7)淡水资源日益短缺。

人类从来没有像今天这样意识到和感受到生存环境所受到的威胁，社会也从来没有像现在这样期盼生活生存空间质量的改善。

能源作为人类赖以生存的基础，在其开采、输送、加工、转换、利用和消费过程中，都直接或间接地改变着地球上的物质平衡和能量平衡，必然对生态系统产生各种影响，成为环境污染的主要根源。

能源对环境的污染主要表现在：
2.2.5.2. 温室效应
太阳射向地球的辐射能中约有1/3被云层、冰粒和空气反射回去；约25%穿过大气层时暂时被吸收，起到增温作用，但以后又返回到太空；其余的大约37%则被地球表面吸收。

这些被吸收的太阳辐射能大部分在夜间又重新发射到天空。

如果这部分热量遇到了阻碍，不能全部被反射出去，地球表面的温度就会增加。

空气中的二氧化碳和水蒸气等三原子气体都有相当大的辐射和吸收辐射的能力，这些气体的辐射和吸收有选择性，它们能让太阳的短波辐射自由地通过，同时却吸收地面发出的长波辐射。

太阳表面温度约为
6000K，辐射能主要是短波；地球表面温度约为288K，辐射能主要为长波。

这样，大部分太阳短波辐射可以通过大气层到达地面，使地球表面的温度升高；与此同时，由于二氧化碳等气体强烈地吸收地面的长波辐射，使散失到宇宙空间的热量减少，于是地面吸收的热量多，散失的热量少，导致地球气温升高，这就是“温室效应”。

在主要的温室气体中，二氧化碳占49%；甲烷为18%；制冷剂CFC 为14%；其他气体13%；氧化二氮6%。

来源为：能源58.2%；农业21.2；冷冻和空调设备15%；天然产生5.6%；其他来源1%。

近100多年来，全球气温总的趋势是上升的。

20世纪80年代全球平均气温比19世纪下半叶升高了0.6℃。

预测表明，当空气中二氧化碳浓度为目前的两倍时，地表面平均温度将上升1.5—4.5℃。

这将引起南极冰山融化，导致海平面升高，并淹没大片陆地。

气候变化对自然生态环境系统已造成并将继续产生明显的影响。

主要表现在：
(1)气候变化将改变植被群落的结构、组成及生物量，使森林生态系统的空间格局发生变化，同时也造成生物多样性减少等；
(2)冰川条数和面积减少，冻土厚度和下界会发生变化，高山生态系统对气候变化非常敏感，冰川规模将随着气候变化而改变，山地冰川普遍出现减少和退缩现象；
(3)气候变化导致湖泊水位下降和面积萎缩；
(4)农业生产的不稳定性增加，产量波动大；农业生产布局和结构将出现变动；农业生产条件改变，农业成本和投资大幅度增加；
(5)气候变暖将导致地表径流、旱涝灾害频率以及水质等发生变化；水资源供需矛盾将更为突出；
(6)对气候变化敏感的传染性疾病的传播范围可能增加；与高温热浪天气有关的疾病和死亡率增加；
(7)气候变化将影响人类居住环境。

对于温室效应来说，最直接影响的是大气中的二氧化碳含量。

由于大量燃烧化石燃料，使大气中二氧化碳浓度上升较快。

据统计，全球每年因燃烧而产生的二氧化碳高达6Gt。

国际能源机构指出，到2010年，化石燃料将提供90%世界能源需求量，这意味着今后温室气体的排放量将进一步增加；2010年世界二氧化碳排放量预计将比1990年增加30—42%。

化石燃料燃烧所放出的二氧化碳和地球植被的破坏，是二氧化碳浓度增加的主要原因。

能源工业同时也是甲烷气体的一个重要的产生源。