能源的概念和分类
风力发电
一、能源的概念
自然资源（能源）指在一定时期和地点，在一定条件下具有开发价值、能够满足或提高人类当前和未来生存和生活状况的自然因素和条件，包括气候资源、水资源、矿物资源、生物资源和能源等。
能是物质做功的能力，能量是指能的数量，其单位是焦耳（J）。 能量是考察物质运动状况的物理量，是物体运动的度量。如物体运动的机械能、分子运动的热能、电子运动的电能、原子振动的电磁辐射能、物质结构改变而释放的化学能、粒子相互作用而释放的核能等。
能量的来源即能源，自然界中能够提供能量的自然资源及由它们加工或转化而得到的产品都统称为能源。也就是说，能源就是能够向人类提供某种形式能量的自然资源，包括所有的燃料、流水、阳光、地热、风等，它们均可通过适当的转换手段使其为人类生产和生活提供所需的能量。例如煤和石油等化石能源燃烧时提供热能，流水和风力可以提供机械能，太阳的辐射可转化为热能或电能等。
二、能源的分类
在能源的获取、开发和利用的过程中，为了表达的需要，可以根据其生成条件、使用性能、利用状况等进行分类，能源的分类方式多种多样。
1.按生成条件分类
按生成条件分类，可以把能源分为一次能源与二次能源。
一次能源又称自然能源，指以天然形态存在于自然界中（现成存在），可直接取得而不需改变其基本形态的能源，如煤炭、石油、太阳能、风能及地热能等。对于一次能源来说， 各种燃料的热值是不同的，在统计能源的生产和消费，特别是在计算能耗指标时，常定义一种假想的标准燃料，即标准煤。标准煤的热值为2. 9x104kJ/kg，各种燃料均可按平均发热量折算成标准煤。
自然界中一次能源的初始来源，大致有3种情况。
第一类能源是来自地球以外天体（主要是太阳）的能量，侧如能以光和热的形式直接利用的太阳能，能以化石或生物体等物质形式存储的能量，能以风流、波浪等形式体现的能量。
二类能源是来自地球内部的能源，主要是核能和地热能，还包括地需火山喷发和温泉等自然呈现的能量。
3）第三类能源是地球与其他天体相互作用产生的能量，例如月亮、太阳引为变化形成的潮汐能。
为工满足生产和生活的需要，有些能源通常需要经过加工进行直接或间接的转换才能使用。由一次能源经加工转换而获得的另两种形态的能源即头二次能版。如电能、沼气、酒精、汽油以及氢能等，其中电能是最重要的二次能源。
按发展应用状况分类
按发展应用状况分类，可把能源分为常规能源与新能源。
常规能源是在当前的技术水平和利用条件下，已被人们广泛应用了较长时间的能源，这类能源使用较普遍，技术比较成熟，现阶段主要有煤炭、石油、天然气、水能、核（裂变）能等。它们的工业化程度非常高，在总耗能量中占据绝对优势和份额。
新能源是由于技术、经济或能源品质等因素的限制而未能大规模使用的能源，有的甚至还处于研发或试用阶段如太阳能、风能、海洋能、地热、生物质和氢能等。
常规能源与新能源的分类是相对的，在不同历史时期会有变化，这取决于应用历史和使用规模。例如在 20世纪 50年代，核（裂变）能属于新能源，现在有些国家已把它归为常规能源。有些能源虽然应用的历史很长，但正经历着利用方式的变革，而那些较有发展前途的新型应用方式尚不成熟或规模尚小，也被归为新能源，例如太阳能、风能。在中国，新能源指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的一次能源，包括生物质能、太阳能、风能、地热能，以及海洋能。
按循环恢复能力分类
按循环恢复能力分类，能源分为非再生能源和可再生能源。非再生能源又称不可再生能源，指用完后不可重新生成的能源，这类能源总有－天会枯竭，如化石燃料和核燃料均为非再生能源。据估计，按照现有的探明储量和开采程度，地球上的化石燃料最多还可使用几百年。
而可再生能源则可以循环使用，能够有规律地不断得到补充、没有使用期限，也不会因长期使用而减少，如太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和生物质能，均为可再生能源。
按能源存在和转移形式分类
能源按其能源存在和转移形式可以分为能体能源和过程性能源。能体能源包含能量的物质或实体。这类能源可以直接存储和运输，例如化石燃料、核燃料、生物质、地热水和地热蒸汽。
过程性能源是随着物质运动而产生、并且仅以运动过程的形式存在的能源。这类能源无法直接存储和运输。如风、水、海潮、波浪和地热等。
5.按环境污染程度分类
按环境污染程度分类，能源分为清洁能源和非清洁能源。
清洁能源是指对环境没有污染或污染较小的能源，有时也叫绿色能源，如太阳能、凤能、海洋能、垃圾发电和沼气等。
非清洁能源是指可能对环境造成较大污染的能源，例如煤炭等化石燃料。清洁与非清洁能源的划分也是相对的。
三、能源的品质
各种能源均有优点，也各有不足。从开发、利用的角度考虑，可以从以下几个方面对其进行评价和比较。
1.能流密度
能流密度是指在单位空间或单位面积内，能够从某种能源获得的功率。化石燃料与核燃料的能流密度大，各种可再生能源的能流密度一般都比较小。 能流密度太小，经济性就会过差，不利于开发利用。
开发费用和设备造价
对于化石能源与核燃料，探、采、加工、运输均需投入大量人力和物力，而其发电设备单位容量的初期投资较小。而可再生能源的开发费用主要是开发能源的一次性投资，其设备造价比较高，而运营费用很低。开采和利用的成本与能源的转化和利用的技术难度关系很大。随着技术的发展、政策的倾斜、污染代价的计人，对于需要能源规模不是很大的场合，可再生能源发电的初期投资相对成本正在不断降低。
3.存储的可能性与供能的连续性
在工业、农业和人们的日常生活中，对能量的需求都存在着高峰、低行、间歇等规律，有时要求持续很长时间不同断地供能，这就要求所使用的能源在不需要的时候能够存储起来，需要时能立即输出。在这方面，化石燃料都比较容易存储，也便于连续供应：而太阳能、风能等可再生能源则不易保存，能量供应也可能有波动性和间歇性。
4.运输费用与损耗
运输过程本身也要投资并消耗能源，远距离运输的成本和损耗会影响能源的使用。太阳能、风能、地热能难以运输，但可以就地利用，无需运输。而化石燃料可以运输，但要考虑运输的成本和耗能。
5.对环境的影响
随着环保呼声的提高和可持续发展概念的提出，人类对环境的重视会进一步加强，对排污指标的限制也将增加。化石燃料燃烧过程中会排放CO2等温室气体，甚至还有一些有毒或腐蚀性物质，对环境影响较大。核燃料有放射性污染及废料处理的问题。即使是水力发电，也会对生态平衡、土地盐碱化、灌溉与航运造成不利影响，需要加以考虑。而可再生能源大多对环境的影响较小。
6.蕴藏量
蕴藏量是能源品质评价的一个重要方面，储量少的能源就没有开发利用的价值，与蕴藏量有关的评价还应考虑其可再生性和地理分布情况。像化石燃料等非再生能源，蕴藏量是有限的，总有用完的时候。而太阳能、风能等可再生能源可以循环使用，不断地得到补充，即使每年更新的数量有限，长期来看，也是无穷无尽的。
7.能源品位
能源品位反映的是能源利用的方便程度。其中，二次能源要比一次能源品位高。而能直接变成机械能和电能的能源（如水力和风能），要比那些必须先经过热利用环节的能源（如化石燃料）的品位高。
从以上几个方面评价能源的品质，应以动态的观点来衡量。随着科学技术的进步和应用的发展，其各项指标都可能发生变化，也许会得到改善。
四、能源与社会发展
1.能源利用与人类文明
能源是人类赖以生存的物质基础，是国民经济发展的命脉。天然能源的原始利用起源非常早，几十万年以前人类就学会了用火，这是利用能源的第一次大突破。在漫长的岁月里，人类一直以柴草为生活能量的主要来源，燃火用于烧饭、取暖和照明，这一时期也被称为柴草时期。后来人类逐渐学会将畜力、风力、水力等自然动力用于生产和交通运输。
2000多年以前人类就知道煤炭可以作为燃料。14 世纪的中国、17世纪的英国采煤业都已相当发达，但煤炭长期未能在能源消费结构中占据主导地位。在1860年的世界能源消费结构中，薪柴和农作物秸秆仍占能源消费总量的73.8%，煤炭仅占25. 3%。
18世纪70年代，英国的瓦特制成了以煤炭作为燃料的改良型蒸汽机，这种蒸汽机得到迅速推广，大大推动了机器的普及和发展。人类社会由此进入了“蒸汽时代”。蒸汽机的广泛应用使煤炭迅速成为第二代主体能源，煤炭时期即从此时开始。煤炭在世界一次能源消费结构中所占的比重，从1860年的25%，上升到1920年的62%。煤炭的大量使用，使人类进入了机械化时代。
之后便是石油时代。人类很早就发现了石油，《汉书》（梦溪笔谈）中都有描述。直到19世纪，石油工业才逐渐兴起。1854 年，美国宾夕法尼亚州开采出了世界上第一口油井，是现代石油工业的开端。1886 年，德国人本茨和戴姆勒研制出第一辆以汽油为燃料、由内燃机驱动的汽车，从此进入大规模使用石油的汽车时代。石油和天然气逐渐取代煤炭，在世界能源消费构成中占据主要地位。1965 年，在世界能源消费结构中，石油首次超过煤炭占据首位，成为第三代主体能源。到1979年，石油所占的比重达到54%，相当于煤炭的3倍。
原始能源最广泛的利用方式是转化为电能。1881 年，美国建成了世界上第一个发电站，同时还研制出电灯等实用的用电设备。从此以后，电力的应用领域越来越广，发展规模也越来越大，人类社会逐步进入电气化时代。石油、煤炭、天然气等化石燃料被转换成更加便于输送和利用的电能，进步推动了工业革命， 带来了巨大的技术进步。
1973年西方世界爆发了石油危机，宣告了石油时代的结束。核能利用迅速发展起来，在世界能源结构中占据了重要位置。到20世纪90年代，核能发电所提供的电力已占全世界发电总量的17%左右。
进入21世纪以来，太阳能、风能、海洋能、生物质能等可再生能源发展很快，并且逐渐走向成熟化和规模化，所占的比重也有望大幅度提高，为人类解决能源和环保问题开辟了新的天地。
2.全球能源发展现状
根据英国石油公司（ Brish Petroleum, BP) 发布的（BP世界能源统计年鉴2017版，截至2016年化石能源探明可采储量分别为，全球石油2407亿吨、天然气186.6万亿立方米，以及煤炭193.31亿吨，折合1.72万亿吨标准煤，其中煤炭占66. 1%。这些化石能源在全球分布不均匀，48%的石油资源分布在中东地区73%的天然气资源分布在中东地区和欧洲及欧亚大陆，47%的煤炭资源分布在亚太地区。中国化石能源以煤炭为主，其可采储量为2440.1亿吨，上95.3%；石油可采储量为36亿吨，占2%；天然气5.4万亿立方米，占2.7%。
全球他源消费持续增长，2016 年全球一次能 源消耗达到189.6亿吨标准煤，增长1.3%。其中石油消费量为63亿吨标准煤，占33%，为消费量最大的能源品种。其次为煤炭，占28%，天然气占24%。化石能源面临枯竭、污染排放严重等现实问题，占比逐步降低，而清洁能源不仅总量丰富，而且低碳环保，可以再生，消费量逐步增多。水电及可再生能源的消费量持续增长，2016年水电消费量达到了13亿吨标准煤，同比增长3.0%，近十年增长约32%，占一次能源消费量的6.86%; 2016 年可再生能源消费量达到了6亿吨标准煤，同比增长14.4%，近十年增长约350%，占一次能源消费量的3.16%。
目前，石油是全球一次能源消费量最大的能源品种。中东地区和俄罗斯石油产量合计占46.8%，而其石油消费量只占全球消费总量的12.8%。与此相反，北美、欧洲和亚太地区石油产量合计占全球总产量的35.9%，而消费量却占75.6%。
随着产业转移和人口比重的变化，发达国家在全球一次能源消费中的占比重下降，发展中国家占比上升。2016年亚太地区一次能源消费达到79.7亿吨标准煤，同比增长2.4%，进10年增长42%。
赞 (0)