第1章緒論1



1.1能源1



1.2能源現狀7



1.3中國能源可持續發展11



參考文獻15







篇常規能源



第2章煤炭17



2.1煤炭在我國能源結構中的地位17



2.2煤的形成18



2.3煤的組成結構與品質19



2.4煤的開采與運輸23



2.5煤的燃燒和污染27



2.6煤的潔淨技術29



2.7煤炭液化33



2.8煤的氣化34



2.9煤的綜合利用38



參考文獻40







第3章石油42



3.1石油的形成42



3.2石油的性質44



3.3石油的勘探與開采46



3.4石油的煉制50



3.5石油產品54



3.6石油化工產業在國民經濟中的作用61



參考文獻65







第4章天然氣66



4.1天然氣在未來能源格局中的重要地位66



4.2天然氣的性質71



4.3天然氣的開采和運輸74



4.4天然氣的應用80



4.5天然氣化工87



4.6天然氣水合物91



4.7頁岩氣99



參考文獻105







第5章電能106



5.1電能是質的二次能源106



5.2火力發電107



5.3水力發電113



5.4電力輸配120



參考文獻128







第二篇新能源與可再生能源



第6章核能129



6.1核反應129



6.2核反應堆131



6.3核電站135



6.4核安全140



參考文獻142







第7章太陽能143



7.1太陽及太陽能143



7.2太陽能光熱利用技術146



7.3太陽能光電利用技術157



7.4太陽能光化結合161



參考文獻161







第8章生物質能163



8.1生物質及生物質能163



8.2能源植物168



8.3生物質氣體燃料174



8.4生物質液體燃料183



8.5生物質固體燃料189



參考文獻192







第9章風能193



9.1風及風能193



9.2風力發電200



9.3風能的其他應用205



參考文獻207







第10章地熱能208



10.1地熱及地熱能208



10.2地熱能的利用210



參考文獻214







第11章海洋能215



11.1海洋及海洋能215



11.2潮汐能217



11.3潮流能219



11.4波浪能221



11.5溫差能223



11.6鹽差能223



11.7海流能224



參考文獻225







第12章氫能與燃料電池226



12.1氫的制備與純化226



12.2氫的儲存與運輸230



12.3燃料電池231



12.4氫能的其他應用237



參考文獻237







第三篇節能與儲能篇



第13章節能概論238



13.1節能的定義及分類238



13.2節能的層次及準則240



13.3節能技術的理論基礎241



參考文獻248







第14章工業節能技術249



14.1工業節能概述249



14.2工業通用節能技術252



14.3工業通用設備節能技術262



參考文獻271







第15章建築及民用節能技術272



15.1建築節能概述272



15.2建築節能技術273



15.3民用節能技術283



15.4建築及民用節能技術案例分析289



參考文獻291







第16章交通節能技術292



16.1交通節能概論292



16.2汽車節能294



16.3火車節能302



16.4船舶節能303



參考文獻304







第17章儲能技術305



17.1抽水蓄能305



17.2電池儲能307



參考文獻314

前言



時光荏苒，《能源概論》自2009年問世，至今已過去近十年。在這十年裡，全球能源體繫發生了重大而深刻的變化。主要體現在以下四個方面：



一是能源清潔低碳發展成為大趨勢。2015年12月12日，《聯合國氣候變化框架公約》近200個締約方一致同意通過《巴黎協定》，形成了人類社會應對全球氣候變化的共識，為2020年後全球應對氣候變化行動作出了安排。在這個大背景下，各國紛紛制定能源轉型戰略，提出更高的能效目標，制定更加積極的低碳政策，推動可再生能源發展，加大溫室氣體減排力度。



二是世界能源供求關繫發生深刻變化。以頁岩油氣技術突破為代表，世界能源供應結構發生了重大變化，新能源與可再生能源技術逐漸走向成熟，能源多極供應的新格局正在形成，供應能力不斷增強。而受到經濟發展放緩的影響，主要耗能國家能源消費總量趨於穩定甚至下降，全球能源供需矛盾得到緩解。



三是世界能源技術創新進入活躍期。近十年，能源新技術與現代信息、材料和先進制造技術深度融合，常規能源的勘探、開采和利用技術水平不斷提高，太陽能、風能、新能源汽車技術不斷成熟，大規模儲能、氫燃料電池、第四代核電、海洋能、可燃冰等技術有望突破，能源利用的新模式、新業態、新產品日益豐富。



四是世界能源走勢面臨諸多不確定因素。國際社會利益衝突導致的各類矛盾頻發，政治、經濟等因素交織使能源走勢的不確定性增加。



作為大學生的通識課教材，《能源概論》（第二版）在保持原有特色和主要內容的基礎上，對全書的結構和內容作了調整，增加了核能、儲能技術和頁岩氣等章節，對電力輸配、天然氣水合物等內容進行了擴展，對全書中的時效性數據進行了更新，將各類技術進展補充至相應章節，使讀者對能源形勢有正確的認識，對各類能源利用技術有基本了解。



《能源概論》（第二版）的修訂工作由陳礪和嚴宗誠完成。陳礪編寫了第6章，對第1章、第7～16章進行了審核和修訂。嚴宗誠編寫了第17章，對第2～5章進行了審核和修訂。全書由陳礪統稿。胡麗華、楊嬋媛、尚曉燕參與了資料收集和校對工作。在編寫過程中，編者參考了大量文獻資料，在此對這些文獻資料的作者表示感謝。



由於編者水平有限，雖經努力，但疏漏和不足之處在所難免，懇請讀者批評指正。







編者



2018年4月於廣州











版前言



能源是人類社會向前發展的重要物質基礎。經過長期的演變，人類形成了以煤炭、石油和天然氣等不可再生能源為主體的能源體繫，它為人類文明的建立和社會的發展做出了重要貢獻。然而，隨著這些能源蘊藏量的下降以及人類對能源需求量的增加，現有的能源體繫受到了嚴峻的挑戰。人們迫切需要利用現代科學技術，提高能源的使用效率，開發新能源，逐步過渡到以可再生能源為主體的可持續的能源體繫。



能源涉及各行各業，涉及千家萬戶，涉及每一個人。在全民中普及能源知識，既可提高國民的科學素養，又可提高國民科學使用能源的水平。許多高等院校面向全體學生開設能源類課程就是一個很好的做法。本書編寫的目的就在於為這類課程提供一本合適的教材，即作為普通高等學校各專業本科生或高等職業技術學校各專業高職生能源類通選課的教學用書，同時，也可作為能源知識的普及讀本。



能源科學綜合性強，涉及自然科學、人文和社會科學的各個領域，包含了從宇宙觀到微觀的各個尺度。本書從常規能源、新能源與可再生能源、節能三個方面，向讀者全面介紹了能源科學知識。在編寫過程中，作者充分兼顧各類專業背景的讀者群，用通俗的論述使讀者了解和掌握能源科學的基本原理和方法。



常規能源是目前支撐人類社會向前發展的主要能源，在未來相當長的時期內，仍將扮演重要的角色。本書從常規能源的形成機理、性質、勘探與開采、加工轉換和利用技術等方面展開論述。



新能源與可再生能源種類繁多，雖然目前在能源消費體繫中所占的份額還不大，利用技術也還有許多難點未被攻克，但它們是能源發展的新方向，是能源學科研究的前沿和重點。本書介紹了這類能源各自的特點、資源量、利用原理、利用技術以及研究進展。



節能被稱為繼煤炭、石油、天然氣和水電的第五大能源，在能源科學中占有獨特而重要的地位，本書從節能基本理論、工業、建築、民用、交通等方面闡述了節能技術及其進展，並向讀者介紹了許多簡單實用的節能技巧。



本書還列舉了大量參考文獻和相關網站，方便讀者自學及查閱。



本書由陳礪、王紅林、方利國編寫，共15章。其中第1章、第6～11章由陳礪編寫，第2～5章由王紅林編寫，第12～15章由方利國編寫，全書由陳礪統稿。董新法對書稿提出了寶貴的意見；成貝貝、王麗、付文、楊慧、李凱欣、包瑩玲、馬振、李沫林、伍沛亮、羅渚草、梁劍斌等參與了本書的資料收集、文本輸入和校對工作；在本書的編寫過程中，作者參考了大量文獻資料，在此對這些文獻資料的作者一並表示感謝。



由於編者水平有限，時間倉促，疏漏之處在所難免，懇請讀者批評指正。







編者



2009年1月於廣州