|
一．能量
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，世界便虚无飘渺；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。
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量的使用开始的。
到目前为止，人类所认识的能量有如下六种形式：
1．机械能。它包括固体和流体的动能、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，是人类最早认识的能量。
2．热能。构成物体的微观分子运动的动能表现为热能。这种能量的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运动的强度。
3．电能。它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，或是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，从而显示出电做功的本领。
4．辐射能。物体以电磁波形式发射的能量称为辐射能，如地球表面所接受的太阳能就是辐射能的一种。
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。人类利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢，而这两种元素正是煤、石油、天然气、薪柴等燃料中最主要的可燃元素。
6．核能。它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，即核裂变反应和核聚变反应。
二．能源
凡是能直接或者经过转换而获取某种能量的自然资源统称为能源。在自然界里有一些自然资源本身就拥有某种形式的能量，它们在一定条件下能够转换成人们所需要的能量形式，这种自然资源显然是能源。如煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等。但生产和生活过程中由于需要或为便于运输和使用，常将上述能源经过一定的加工使之成为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，它们也称之为能源，因为它们同样能为人们提供所需的能量。
由于能源形式多样，因此有下列不同的分类方法：
1．按地球上的能量来源分
(1)地球本身蕴藏的能源，如核能、地热能等；
(2)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)；
(3)地球与其它天体相互作用的能源，如潮汐能。
2．按被利用的程度分
(1)常规能源，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料水能等；
(2)新能源，如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，核能通常也被看作新能源，尽管核燃料提供的核能到本世纪末将在一次能源的消耗中占14％，但从被利用的程度看还远不能和已有的常规能源比；另外，核能利用的技术非常复杂，可控核聚变反应至今还未实现，这也是将核能仍视为新能源的主要原因之一。
3．按获得的方法分
(1)一次能源，即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，即由一次能源直接或间接转换而来的能源，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。
4．按能否再生分
(1)可再生能源，即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，它随人类的利用而越来越少，如石油、煤、天然气、核燃料等。
5．按能源本身的性质分
(1)含能体能源，如石油、煤天然气、地热、氢等，它们可以直接储存；
(2)过程性能源，它们无法直接储存，如水能、风能、潮汐能、电能等。
6．按对环境的污染情况分
(1)清洁能源，即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，即对环境污染较大的能源，如煤、石油等。
三．能量的转换
能量在使用过程中会发生转换。人们通常所说的能量转换是指能量形态上的转换，如燃料的化学能通过燃烧转换成热能，热能通过热机再转换成机械能等。然而广义地说，能量转换还应当包含以下两项内容：
1．能量的空间转换，即能量的传输；
2．能量的时间转换，即能量的储存。
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。显然，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。图1-1给出了各种能量之间的转换关系，表1—1给出了能量转换过程及实现转换所需的设备或系统。
四．能源的评价
能源多种多样，各有优缺点。为了正确地选择和使用能源，必须对各种能源进行正确的评价。通常能源评价包括以下几方面：
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。比如太阳能、风能、水能等都可再生，而煤、石油、天然气则不能再生。能源的地理分布和使用关系密切，例如我国煤炭资源多在西北，水能资源多在西南，工业区却在东部沿海，因此能源的地理分布对使用很不利。
2．储能的可能性与供能的连续性
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。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。
3．能流密度
能流密度是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。太阳能和风能的能流密度就很小，各种常规能源的能流密度都比较大，核燃料的能流密度最大。
4．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。各种化石燃料从勘探、开采到加工都需要大量投资。但利用能源的设备费用则正好相反，太阳能、风能、海洋能的利用设备费按每千瓦计远高于利用化石燃料的设备费。核电站的核燃料费远低于燃油电站，但其设备费却高得多。
5．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，因为核燃料的能流密度是煤的几百万倍，而燃煤电站的输煤就是一笔很大的费用。
6．品位问题
能源的品位有高低之分，例如水能能够直接转变为机械能和电能，它的品位要比先由化学能转变为热能，再由热能转换为机械能的化石燃料必然要高些。另外热机中，热源的温度越高、冷源的温度越低，则循环的热效率就越高，因此温度高的热源品位比温度低的热源高。在使用能源时，要适当安排不同晶位能源。
7．污染问题
使用能源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、风能对环境基本上没有污染。
|
