1、 能源的定義 能源是指能為人類提供熱、光、動力等有用能量的物質或物質運動的統稱。經濟發展和社會進步，能源先行。社會越發展，生產力越高，人類對能源的依賴程度也越高，同時對能源的利用水平也越高。能源利用的廣度和深度是衡量一個國家生產力水平的重要標志之一一、能源利用的歷史進程一、能源利用的歷史進程 能源，為人類文明發展作出重大貢獻。人類歷史上每次能源技術的重大突破都引發一次生產力的飛躍。人類文明的每一步，都和能源的利用息息相關。人類社會的發展歷史就是一部不斷向自然界索取能源的歷史。1、柴薪時代、柴薪時代柴薪是人類第一代主體能源。人類學會用火之后，首先用樹枝、雜草等作為燃料，用于燃燒煮食和取暖。火還給

2、人類以光亮，使人能在夜間活動。火還可以煅燒礦石、冶煉金屬、制造工具。恩格斯在評價火的作用時說：“磨擦生火第一次使人支配了一種自然力，從而最終把人同動物分開。”2、煤炭時代、煤炭時代公元前500年我國古人就發現了“黑石頭”（煤），用煤作燃料已有1000多年的歷史。17世紀中葉，由于煤炭生產和使用技術日趨成熟，人類能源消費逐步由煤炭代替木炭。煤氣燈的使用，蒸汽機的發明，使煤炭一躍成為第二代主體能源，并開創了18世紀的工業文明。以煤炭作燃料的蒸汽機，使紡織、冶金、采礦、機械加工等工業獲得迅速發展。同時，蒸汽機車、輪船的出現，使交通運輸業得到巨大進步。19世紀以來，電磁感應現象的發現，使得由蒸汽輪機作

3、動力的發電機開始出現，煤炭作為一次能源被轉換成更加便于輸送和利用的二次能源電能。3、石油時代、石油時代公元前250年，中國人就首先發現石油是一種可燃的液體。自1782年瑞士人發明煤油燈到1853年全球普遍使用，石油所發揮的功能幾乎全是照明。1854年，美國賓夕法尼亞州打出了世界上第一口油井，石油工業由此發端。19世紀末，人們發明了以汽油和柴油為燃料的內燃機。福特研制成功了第一輛汽車。此后，汽車、飛機、柴油機輪船、內燃機車、石油發電等將人類飛速推進到現代文明時代。石油以及天然氣的開采與消費開始大幅度增加，并以每年2億噸的速度持續增長。雖然經歷了多次石油危機，石油價格高漲，但石油的消費量卻不見有絲

4、毫減少的趨勢。現已成為第三代主體能源。世界進入了“石油時代”。4、核能開發、核能開發在20世紀30年代，人們開始了從原子核獲得能量的研究，40年代建成核反應堆，50年代建成核電站，以后核能開發技術日趨成熟。由于受石油危機的影響，核能利用在20世紀80年代發展最快，據統計，1980年至1985年世界核能消費量增長了90%，而前蘇聯竟然增長了121%。截至2007年12月, 全世界正在運行中的反應堆有439 座, 相比2002年的444座微量下降, 但發電能力穩步上升, 總發電量達到 37117GW, 全世界核電供應已經達到總供電量的16 %, 許多國家達到總供電量的1/ 3。5.天然氣天然氣的主

5、要成分是甲烷有少量的乙烷和丙烷。是一種優質能源。現已起到越來越重要的作用。另外，水能、風能、太陽能利用等也得到更多的重視。二、能源分類二、能源分類 能源家族成員種類繁多，而且新成員不斷加入。只要能為人類利用以獲得有用能量的各種來源都可以加入到能源家族中來。能源家族從不同的角度可以劃分不同的成員，從其產生的方式以及是否可再利用的角度可分為一次能源和二次能源，可再生能源和不可再生能源；根據能源消耗后是否造成環境污染可分為污染能源和清潔型能源；根據使用的性質又可分為常規能源和新型能源。一次能源中有可再生的水力資源和不可再生的煤炭、石油、天然氣資源。其中，煤、石油和天然氣是當今世界一次能源的三大支柱，

6、構成了全球能源家族結構的基本框架。另外，一次能源小家族中也列入了像太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物能以及核能。二次能源中包括電力、煤氣、汽油、柴油、焦炭、潔凈煤、激光、沼氣等。污染型能源包括煤炭、石油等，清潔型能源包括水力、電力、太陽能、風能和核能等。常規能源包括一次能源中的可再生水力資源和不可再生煤炭、石油、天然氣等資源，新型能源包括太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物能以及用于核能發電的核燃料等。按照全世界對化石燃料的消耗速度計算，這些能源可供按照全世界對化石燃料的消耗速度計算，這些能源可供人類使用的時間大約還有：人類使用的時間大約還有：儲量有限的化石燃料儲量有限的化石燃料我國一次能源消費

7、總量從我國一次能源消費總量從19781978年的年的5.35.3億億噸標準煤，上升到噸標準煤，上升到20022002年的年的14.314.3億噸標億噸標煤。在煤。在20042004年年，我國石油消費量達，我國石油消費量達3 3億噸，億噸，其中其中進口進口1 1億噸億噸，估計到，估計到20202020年年，我國石，我國石油消費量要達油消費量要達4.54.5億噸億噸，其中，其中進口量要達進口量要達2.72.7億噸億噸，到，到20502050年年，我國石油消費量要，我國石油消費量要達達6 6億噸，其中億噸，其中進口量要達進口量要達4 4億噸億噸，相當，相當于目前美國的石油進口量。于目前美國的石油進口

8、量。大慶油田大慶油田從從19601960年至年至20022002年累計生產原油年累計生產原油1717多億噸。多億噸。2727年穩產在年穩產在50005000萬噸萬噸/ /年以上。年以上。 1997 1997年最高產量為年最高產量為56005600萬噸萬噸/ /年年 2002 2002年為年為50135013萬噸萬噸/ /年年 2003 2003年計劃產量年計劃產量48304830萬噸萬噸/ /年年 進入遞減開采期。進入遞減開采期。 化工報化工報2003-1-18-12003-1-18-1據美國石油業協會估計，在據美國石油業協會估計，在20502050年之年之前，世界經濟的發展將越來越多地依前，

9、世界經濟的發展將越來越多地依賴煤炭。其后在賴煤炭。其后在22502250到到25002500年之間，年之間，煤炭也將消耗殆盡，礦物燃料供應枯煤炭也將消耗殆盡，礦物燃料供應枯竭。一些工業發達國家的天然氣也將竭。一些工業發達國家的天然氣也將在在20202020年被用完；而發展中國家在年被用完；而發展中國家在20602060年也將會發生天然氣短缺。年也將會發生天然氣短缺。 太陽能即太陽輻射能，它是太陽內部連續不斷太陽能即太陽輻射能，它是太陽內部連續不斷的核聚變反應過程產生的能量。的核聚變反應過程產生的能量。地球軌道上的平均太陽輻射強度為地球軌道上的平均太陽輻射強度為1367kw/m1367kw/m2

10、 2。地球赤道的周長為。地球赤道的周長為40000km40000km，從而可計算出，地球獲得的能量可達從而可計算出，地球獲得的能量可達1.72(101.72(101717)W)W。也就是說太陽每秒鐘照射。也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當于到地球上的能量就相當于500500萬噸煤。萬噸煤。德國大學生研發的德國大學生研發的風力推動的自行車風力推動的自行車水能水能（一）對太陽能的間接利用（一）對太陽能的間接利用（1 1）通過光合作用的形式利用太陽能）通過光合作用的形式利用太陽能太陽能的間接利用太陽能的間接利用煤炭煤炭當代工業的糧食當代工業的糧食石油石油當代工業的血液當代工業的血液天然氣天然

11、氣最清潔的化學能源最清潔的化學能源可燃冰可燃冰未來的新能源未來的新能源生物質能生物質能前景廣闊的綠色能源前景廣闊的綠色能源（二）太陽輻射能的直接利用（二）太陽輻射能的直接利用與其他能源相比，太陽能具有獨特的與其他能源相比，太陽能具有獨特的優點：優點：（1 1）它沒有一般煤炭、石油等礦物）它沒有一般煤炭、石油等礦物燃料產生的有害氣體和廢渣，因而不燃料產生的有害氣體和廢渣，因而不污染環境，被稱作污染環境，被稱作“干凈能源干凈能源”。（2 2）到處都可以得到太陽能，使用）到處都可以得到太陽能，使用方便、安全。方便、安全。（3 3）成本低廉，可以再生。）成本低廉，可以再生。主要的利用途徑是光電轉換，即

12、把太陽能直主要的利用途徑是光電轉換，即把太陽能直接轉換成電能。這是人們目前對太陽能利用接轉換成電能。這是人們目前對太陽能利用的主要方式之一。太陽能電池就屬于這種轉的主要方式之一。太陽能電池就屬于這種轉換方式。傳統的太陽能電池利用太陽光中高換方式。傳統的太陽能電池利用太陽光中高達九成以上的可見光。達九成以上的可見光。 （1）對可見光的利用）對可見光的利用n 太陽能電池太陽能電池太陽能電池主要以半導體材料為基礎，利用光照產太陽能電池主要以半導體材料為基礎，利用光照產生電子空穴對，在生電子空穴對，在PNPN結上可以產生光電流、光電壓結上可以產生光電流、光電壓的現象（光伏效應），實現光電轉換。硅是最合

13、適的現象（光伏效應），實現光電轉換。硅是最合適最理想的太陽能電池材料。最理想的太陽能電池材料。太陽能電池：太陽能電池：“神舟七號神舟七號”動力之源動力之源 主電源太陽能電池陣為左右兩翼帆板組成，每翼分別為主電源太陽能電池陣為左右兩翼帆板組成，每翼分別為4 4塊太陽能電池板，整船共使用太陽能電池塊太陽能電池板，整船共使用太陽能電池1169011690片片n 太陽能電池太陽能電池按照所用材料的不同：按照所用材料的不同：n硅太陽能電池硅太陽能電池( (單晶硅、多晶硅、非晶硅）單晶硅、多晶硅、非晶硅） （光電轉化效率高，成本高，制備工藝復雜！）（光電轉化效率高，成本高，制備工藝復雜！）n以無機鹽如砷化

14、鎵、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為以無機鹽如砷化鎵、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池材料的電池 （鎘：劇毒。銦、硒：稀有元素）（鎘：劇毒。銦、硒：稀有元素）n功能高分子材料制備的大陽能電池功能高分子材料制備的大陽能電池 （處于研發初期、轉化效率低、使用壽命短）（處于研發初期、轉化效率低、使用壽命短）n染料敏化納米晶體太陽能電池染料敏化納米晶體太陽能電池 （正在研發）（正在研發）太陽能電池的發展方向太陽能電池的發展方向n材料與器件結構的研究與開發材料與器件結構的研究與開發各種太陽能電池材料研究各種太陽能電池材料研究雜質與缺陷的轉換效率及穩定性影響雜質與缺陷的轉換效率及穩定性影響使用薄膜技術和

15、剝離技術。使用薄膜技術和剝離技術。大規模生產技術的開發大規模生產技術的開發n跟蹤與聚光跟蹤與聚光n儲電及并網發電結合儲電及并網發電結合并網發電已占并網發電已占50%50%以建成多個兆瓦級的電站，以建成多個兆瓦級的電站，100MW100MW規模規模VSVS太陽能熱發電站太陽能熱發電站n與建筑物結合與建筑物結合架設太陽電池組件架設太陽電池組件n日本：日本：1994-20001994-2000年年 2 2萬套屋頂光伏系統萬套屋頂光伏系統185MW 185MW ；七萬屋頂計劃；七萬屋頂計劃 280M 280Mn美國：美國：1997-20101997-2010年年 百萬屋頂計劃百萬屋頂計劃 3025MW

16、 3025MW 發電成本發電成本6 6美分美分集成在建筑材料上集成在建筑材料上n曲線形屋頂瓦、垂直幕墻、窗用玻璃曲線形屋頂瓦、垂直幕墻、窗用玻璃n 太陽能發電站太陽能發電站 太陽能光伏發電系統主要太陽能光伏發電系統主要由由太陽電池陣列、貯能蓄太陽電池陣列、貯能蓄電池、防反充二極管、充電池、防反充二極管、充電控制器及逆變器、測量電控制器及逆變器、測量設備設備等組成。等組成。 太陽能發電太陽能發電站一旦建成，不需要運行站一旦建成，不需要運行投資即能運用投資即能運用, ,但初期投資但初期投資較高。較高。 加利福尼亞一家太陽加利福尼亞一家太陽能發電站中的太陽能能發電站中的太陽能反射裝置反射裝置（2 2

17、）對紅外線的利用）對紅外線的利用主要的利用途徑是光熱轉換，即把太陽能主要的利用途徑是光熱轉換，即把太陽能直接轉變成熱能。直接轉變成熱能。（3 3）對紫外線的利用）對紫外線的利用紫外線具有殺菌功效。波長為紫外線具有殺菌功效。波長為300nm的紫外光的紫外光的光子所具有的能量約為的光子所具有的能量約為399kJ/mol，它比細，它比細菌的蛋白質分子中重要的化學鍵菌的蛋白質分子中重要的化學鍵C-C（347 kJ/mol）、）、C-N（305 kJ/mol）和和C-S（259 kJ/mol）鍵的鍵能大，因此紫外光的能量足以鍵的鍵能大，因此紫外光的能量足以使這些化學鍵斷裂，從而破壞細菌的蛋白質分使這些化

18、學鍵斷裂，從而破壞細菌的蛋白質分子，達到殺菌的目的。子，達到殺菌的目的。煤炭煤炭當代工業的糧食當代工業的糧食石油石油當代工業的血液當代工業的血液天然氣天然氣最清潔的化學能源最清潔的化學能源水水可循環使用的資源可循環使用的資源1 1、石油、石油 1.1.石油的成份石油的成份 原油的成份很復雜，主要是各種烷烴、環烷烴原油的成份很復雜，主要是各種烷烴、環烷烴和芳香烴組成的混合物，大部分是液態和芳香烴組成的混合物，大部分是液態, ,但液態中溶但液態中溶有氣態和固態物質有氣態和固態物質,如水如水(H2O)、氯化鈣、氯化鈣(CaCl2)、氯、氯化鎂化鎂(MgCl2)等鹽。等鹽。 石油是古代動植物遺體經過長

19、期復雜的變化而形石油是古代動植物遺體經過長期復雜的變化而形成的一種粘稠性液體。未經加工處理的石油叫原油。成的一種粘稠性液體。未經加工處理的石油叫原油。 煤油照明煤油照明 汽油用于運輸汽油用于運輸 作燃料來發電作燃料來發電原油必須先經過脫水、脫鹽等處理過程然后再進行原油必須先經過脫水、脫鹽等處理過程然后再進行煉制。煉制。石油的煉制主要是通過分餾的方法把原油分成不同石油的煉制主要是通過分餾的方法把原油分成不同沸點范圍的蒸餾產物，這些分餾的產物叫餾分。沸點范圍的蒸餾產物，這些分餾的產物叫餾分。石油分餾可得汽油、煤油、柴油等輕質液體燃料，石油分餾可得汽油、煤油、柴油等輕質液體燃料，占石油總量的占石油總

20、量的25%左右。左右。分餾產品分餾產品 分子中含碳原子數分子中含碳原子數 沸點范圍沸點范圍 用途用途 溶劑油溶劑油 C5C6 30150 0C 油脂、橡膠、油漆生油脂、橡膠、油漆生產中作溶劑產中作溶劑 汽油汽油 C6C11 220 0C 以下以下 （80-200 0C）飛機、汽車等汽油機飛機、汽車等汽油機燃料燃料 航空煤油航空煤油 C10C15 150250 0C 噴氣式飛機燃料噴氣式飛機燃料 煤油煤油C11C16 180310 0C 拖拉機用燃料，工業拖拉機用燃料，工業洗滌劑洗滌劑 柴油柴油 C15C18 200360 0C 重型汽車、軍艦、輪重型汽車、軍艦、輪船、坦克、拖拉機等船、坦克、拖

21、拉機等各種高速柴油機燃料各種高速柴油機燃料 潤滑油潤滑油 C16C20 360 0C以上以上機械上的潤滑劑、減機械上的潤滑劑、減少機械磨損、防銹少機械磨損、防銹 凡士林凡士林 液態烴和固態烴混合液態烴和固態烴混合 潤滑劑、防銹劑潤滑劑、防銹劑 石蠟石蠟 C20C30 制蠟紙、絕緣材料制蠟紙、絕緣材料 瀝青瀝青 C30C40 鋪路、建筑材料、防鋪路、建筑材料、防腐涂劑腐涂劑 石焦油石焦油 主要成分主要成分 C 制電極、生產制電極、生產SiC 石油分餾產品及其用途石油分餾產品及其用途石油是烴的混合物，因此沒有固定的沸點。含碳原子數越少的烴，沸點越低。因此，在給石油加熱時，低沸點的烴先氣化，經過冷凝

22、液化后分離出來。隨著溫度的升高，較高沸點的烴再氣化，經過冷凝化后又分離出來。這樣不斷地加熱汽化和冷凝液化，就可以把石油分成不同沸點范圍產物。這種方法叫石油的分餾。分餾出來的各種成分叫做餾分。每一種餾分仍然是多種烴的混合物。分餾原理如何評價汽油的質量呢？汽油發動機在運轉時要經過進氣、壓縮、點火和排氣4個沖程。在汽缸中，汽油蒸氣只有在點火燃燒時才能跟活塞的運動協調，若汽油質量不佳，在焰峰到達之前已發生自燃會造成壓力驟增而形成沖擊波，稱為爆燃現象。142重整就是把餾分中的烴類分子重新重整就是把餾分中的烴類分子重新排列而構成新排列而構成新 的分子。的分子。 重整的結果是支鏈異構體增加，芳烴增加，而這些

23、新的化合物中碳原子數仍然是在汽油的組成范圍之內，因此可以大大提高汽油的辛烷值。 原油中原油中C6C11的組分數量并不多的組分數量并不多, ,因此直接因此直接得到的汽油就不多得到的汽油就不多。為了提高汽油的產量為了提高汽油的產量, ,人們人們把一些非汽油組分的長鏈大分子烴類切斷以求得把一些非汽油組分的長鏈大分子烴類切斷以求得更多的更多的汽油的組分的烴類。這就是原油的二次加汽油的組分的烴類。這就是原油的二次加工。工。 分分餾塔輸出的餾塔輸出的長鏈大分子烴類通過裂化就可長鏈大分子烴類通過裂化就可產生裂化汽油。產生裂化汽油。 裂化汽油裂化汽油早期的裂化工藝是早期的裂化工藝是熱裂化熱裂化。即直接加熱的方

24、使長鏈即直接加熱的方使長鏈斷裂斷裂。選擇性很差，產生許多低于汽油組分的小分選擇性很差，產生許多低于汽油組分的小分子烴子烴, , 效率不高效率不高。 目前采用的裂化技術是目前采用的裂化技術是催化裂化催化裂化。即通過催化劑。即通過催化劑使使重油裂化，產品的選擇性更好。目前商品汽油主要重油裂化，產品的選擇性更好。目前商品汽油主要是裂化和重整產生的汽油。從原油中得到的其它燃是裂化和重整產生的汽油。從原油中得到的其它燃料油還有航空煤油、柴油、煤油、液化石油氣、工料油還有航空煤油、柴油、煤油、液化石油氣、工業燃料油業燃料油(重油重油) 。裂化裂化：在一定的條件下，將相對分子質量在一定的條件下，將相對分子質

25、量較大的沸點較高的烴斷裂為相對分子質量較大的沸點較高的烴斷裂為相對分子質量較小的沸點較低的烴的過程。較小的沸點較低的烴的過程。裂解：裂解：石油化工生產過程中以比裂化更高石油化工生產過程中以比裂化更高的溫度（的溫度（700-800有時甚至高達有時甚至高達1000以上），使石油分餾產物（包括石以上），使石油分餾產物（包括石油氣）中的長鏈烴斷裂成乙烯、丙烯等短油氣）中的長鏈烴斷裂成乙烯、丙烯等短鏈烴的加工過程，裂解是一種深度的裂化。鏈烴的加工過程，裂解是一種深度的裂化。 提高汽油辛烷值的方法提高汽油辛烷值的方法A 添加抗添加抗爆劑爆劑： 0.1%四乙基鉛提高汽油辛烷值四乙基鉛提高汽油辛烷值1417 。B 調合組分：調合組分： 芳烴芳烴(甲苯、異丙苯甲苯、異丙苯) 、甲醇、甲基叔丁基醚、甲醇、甲基叔丁基醚(MTBE) 3%15%(添加后兩種的為含氧汽油添加后兩種的為含氧汽油) 。汽油和汽油性能的表征汽油和汽油性能的表征辛烷值辛烷值辛烷值是汽油抗爆性能的間接量度，辛烷值是汽油抗爆性能的間接量度，車用汽油標車用汽油標號就是按照汽油的辛烷值大小劃分的，例如號就是按照汽油的辛烷值大小劃分的，例如90號號汽油表示該汽