第1章　緒論

1.1　能源使用與環(huán)境

能源一般指在一定條件下能夠提供可利用能量的物質(zhì)資源。能量是量度能源大小的一個重要物理量，按照不同的存在方式，包括有機械能、熱能、電能、輻射能、化學(xué)能、核能等多種形式。按照不同的能源形成方式包括有一次能源和二次能源。一次能源特指以原形態(tài)利用的能源資源，包括煤、石油、天然氣、太陽光、地?zé)帷⒊毕茸匀唤缰泄逃械哪茉葱问健６文茉刺刂附?jīng)過二次加工提取得到的能源形式，如電、汽油、煤氣和蒸汽等多種形式。

能源是人類活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。從某種意義上講，人類文明的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源的開發(fā)和先進能源技術(shù)的使用?？v觀人類文明歷史，人工取火技術(shù)是人類最早的能源應(yīng)用技術(shù)，火的使用是人類擺脫野蠻邁向文明的第一步。18世紀前柴草一直是人類主要能源，火不僅可以幫助人類避寒取暖、照明、煮熟食物等，而且火還可以燒制陶具、冶煉礦石、加工各種物品等。1712年英國鐵匠托馬斯·紐科門發(fā)明了紐科門蒸汽機，紐科門蒸汽機很快得到了推廣應(yīng)用，隨后1781年瓦特發(fā)明了改良蒸汽機。蒸汽機的發(fā)明開辟了人類利用礦物燃料作動力替代人力和畜力的新時代，同時標(biāo)志著人類第一次工業(yè)革命的到來。蒸汽機大規(guī)模使用促使煤炭一躍而成為人類的主要能源，從此人類進入了“煤炭時代”。1859年埃德溫·德雷克在賓夕法尼亞州打出第一口油井，標(biāo)志著現(xiàn)代石油工業(yè)誕生了。起初人們主要從石油中提煉煤油作為油燈的燃料，因此這一階段石油工業(yè)發(fā)展緩慢。隨著內(nèi)燃機的發(fā)明、飛機迅速發(fā)展、汽車加速普及，石油作為它們的燃料逐漸在整個能源家族中扮演越來越重要的角色。1965年，石油首次取代煤炭在世界能源消費結(jié)構(gòu)中占首位，世界進入了“石油時代”。1831年法拉第發(fā)明了世界上第一臺發(fā)電機，電和機器的結(jié)合使人類在能源利用上開始了一場大革命。電燈、電話、電視、洗衣機、微波爐、電動機、空調(diào)、電爐煉鋼、計算機等許多電和機器結(jié)合的結(jié)晶改變了人類社會的生活方式、生產(chǎn)方式、消費方式等，人類生活的舒適和方便已無法和電分離。

顯然，隨著人類文明的進一步發(fā)展，人類日常活動的每一個環(huán)節(jié)都對能源形成了全面的依賴。因此，如何建立可持續(xù)的能源供應(yīng)體系，是一個無法回避的世紀性課題。我國作為一個能源消耗大國，《BP2009世界能源統(tǒng)計》數(shù)據(jù)顯示2008年中國的能源消費占全球的17.7％，位于世界第二。21世紀我國面臨的能源使用現(xiàn)狀主要可歸納為以下3個方面。

（1）能源資源儲量緊缺：我國能源資源人均擁有量只有世界平均水平的一半。資源對外依賴度過大。特別是，隨著世界能源資源儲量的下降，工業(yè)發(fā)展所需的能源成本將越來越高。

（2）能源利用效率低：能源資源利用效率過低造成對有限資源的浪費。

（3）粗放的能源使用方式導(dǎo)致環(huán)境問題突出：中國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，造成了嚴重的環(huán)境污染。全國范圍內(nèi)有將近35％的酸雨覆蓋率。全球20個高污染城市中，中國占16個。

為了解決日益突出的能源環(huán)境問題，進而實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。目前主要有三個解決途徑。

（1）提高煤、石油、核能等傳統(tǒng)能源資源的利用效率，同時力求清潔使用、減少污染排放。

（2）積極開發(fā)使用諸如天然氣、氫氣、生物質(zhì)碳氫氣體等可再生能源的相關(guān)環(huán)保節(jié)能技術(shù)。

（3）積極探索發(fā)展諸如太陽能、地?zé)?、風(fēng)能、水力等新能源形式。

總的來說，人類日?；顒訉δ茉慈嬉蕾囀沟萌绾螌で罂沙掷m(xù)的能源來源和使用方式成為一個必須面對的世紀性課題。能源是經(jīng)濟發(fā)展的驅(qū)動力。從蒸汽機時代煤炭的大規(guī)模應(yīng)用，到石油對煤炭大規(guī)模替代，其后都伴隨著整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高潮。因此，一旦在能源使用領(lǐng)域取得重大突破，將直接改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)的能源使用方式，并帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)模發(fā)展，

自2008年金融危機以來，美國、歐盟、日本等代表性國家和地區(qū)均加大了對戰(zhàn)略性能源產(chǎn)業(yè)的開發(fā)和支持。我國繼《“十二五”規(guī)劃綱要》提出生產(chǎn)總值能耗和排放下降目標(biāo)后，2012年6月國務(wù)院又發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012～2020年）》，大力推動電動汽車、燃料電池汽車和車用氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國家能源局也向國務(wù)院上報了《新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》計劃，預(yù)計在“十二五”期間針對新興能源產(chǎn)業(yè)投入5萬億元，以帶動能源產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)模發(fā)展。這預(yù)示著能源產(chǎn)業(yè)在未來20年內(nèi)將形成高潮。因此加大新能源領(lǐng)域的人才培養(yǎng)變得尤為重要。