第1章　緒論

1.1　能源使用與環境

能源一般指在一定條件下能夠提供可利用能量的物質資源。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利用的能源資源，包括煤、石油、天然氣、太陽光、地熱、潮汐等自然界中固有的能源形式。而二次能源特指經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基礎。從某種意義上講，人類文明的發展離不開優質能源的開發和先進能源技術的使用。縱觀人類文明歷史，人工取火技術是人類最早的能源應用技術，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·紐科門發明了紐科門蒸汽機，紐科門蒸汽機很快得到了推廣應用，隨后1781年瓦特發明了改良蒸汽機。蒸汽機的發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，同時標志著人類第一次工業革命的到來。蒸汽機大規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，標志著現代石油工業誕生了。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發展緩慢。隨著內燃機的發明、飛機迅速發展、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構中占首位，世界進入了“石油時代”。1831年法拉第發明了世界上第一臺發電機，電和機器的結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、電爐煉鋼、計算機等許多電和機器結合的結晶改變了人類社會的生活方式、生產方式、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展，人類日常活動的每一個環節都對能源形成了全面的依賴。因此，如何建立可持續的能源供應體系，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世界能源統計》數據顯示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，工業發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致環境問題突出：中國以煤為主的能源結構，造成了嚴重的環境污染。全國范圍內有將近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境問題，進而實現社會的可持續發展。目前主要有三個解決途徑。

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

（2）積極開發使用諸如天然氣、氫氣、生物質碳氫氣體等可再生能源的相關環保節能技術。

（3）積極探索發展諸如太陽能、地熱、風能、水力等新能源形式。

總的來說，人類日常活動對能源全面依賴使得如何尋求可持續的能源來源和使用方式成為一個必須面對的世紀性課題。能源是經濟發展的驅動力。從蒸汽機時代煤炭的大規模應用，到石油對煤炭大規模替代，其后都伴隨著整個產業發展的高潮。因此，一旦在能源使用領域取得重大突破，將直接改變人們傳統的能源使用方式，并帶動整個產業鏈的規模發展，

自2008年金融危機以來，美國、歐盟、日本等代表性國家和地區均加大了對戰略性能源產業的開發和支持。我國繼《“十二五”規劃綱要》提出生產總值能耗和排放下降目標后，2012年6月國務院又發布了《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012～2020年）》，大力推動電動汽車、燃料電池汽車和車用氫能源產業的發展。國家能源局也向國務院上報了《新興能源產業發展規劃》計劃，預計在“十二五”期間針對新興能源產業投入5萬億元，以帶動能源產業鏈的規模發展。這預示著能源產業在未來20年內將形成高潮。因此加大新能源領域的人才培養變得尤為重要。