能源新视野

“能源”，即能量的源泉。人类对能源的利用，从薪柴到煤炭、石油、天然气等化石能源，再到水能、风能、太阳能等清洁能源，每一次变迁都伴随着生产力的巨大飞跃和人类文明的重大进步。因此，能源不仅是人类活动的物质基础，也是经济社会发展的基础和动力，关系国计民生，关系人类福祉。

进入21世纪以来，全球能源生产和消费持续增长，化石能源的大量开发和使用，导致资源紧张、环境污染、气候变化诸多全球性难题，对人类生存和发展构成严重威胁。在当今世界，能源的发展、能源和环境，已成为全世界、全人类共同关心的问题。

编写本书的目的在于向公众介绍能源方面的科学知识，帮助人们认识能源、了解能源，提高能源意识，进而在工作和生活中合理地利用能源，让能源更好地为人类服务。

本书共分为5个部分。篇“能源家族”，主要介绍能源家族的成员、能源的分类以及人类认识与使用能源的历程等知识；第二篇“常规能源一览”，包括煤炭、石油、天然气、水能四章内容，第三篇“新能源”，包括太阳能、风能、生物质能、核能、地热能、海洋能、可燃冰七章内容；第四篇“化学电源”，包括化学电池、氢能、燃料电池等内容；第五篇“第五种能源——节能”，主要介绍节能技术、节能建筑及日常生活节能等内容。全书从公众关心关注的有关能源、环境、节能等社会热点问题出发，沿能源发展历程脉络，以全新的问题形式，图文并茂、深入浅出地向公众介绍不同时期能源的发现、利用以及与人类社会发展的关系，向公众普及能源与发展、能源与环境以及节能等方面的知识。本书内容既具有科学性、人文性，又具可读性，适合公众尤其青少年学生读者阅读，也可以作为科普工作者、中小学教师的教学参考书。

本书由张翠华、范小振编著，范小振负责全书的统稿，李秀荣、李煦、刘长霞等也参加了资料收集整理工作。在编写本书的过程中，作者参考了大量书籍、研究论文等文献资料，并从网上下载了一些资料，汲取和借鉴了这些文献中的思想精华与研究成果，限于篇幅不一一赘述，在此向各位作者表示深深的敬意和感谢！

本书能够顺利出版，要感谢很多朋友的帮助。如沧州师范学院学报尤书才老师为本书的编写提出了很多意见与建议。在此一并表示衷心感谢！

由于作者水平有限，书中难免有错误和纰漏，不妥之处，恳请专家同行和广大读者予以批评指正。

作者 　　

2019年2月

范小振，沧州师范学院，化学与化工学院院长、教授，1985年本科毕业，1992年研究生毕业，30余年来一直在教学、科研一线，承担多门课程的教学和工作，发表论文60余篇，承担课题20余项。主讲《环境保护与可持续发展》等课程，对能源资源方面有深入的研究与理解。曾获河北省科普专项资助，出版《生活中的绿色化学》科普著作。

篇  能源家族 / 001

1 什么是能源？ 002

2 能源家族有哪些成员？ 003

3 人类是怎样一步步使用能源的？ 004

4 人类是怎样发现和获取火的？ 009

5 蒸汽机的发明与演变 010

6 能量与能量转换 015

7 电能是由什么形式的能源转化而来的？ 019

第二篇  常规能源一览 / 023

章　煤炭 024

8 煤炭是怎样形成的？ 024

9 世界煤炭资源分布 025

10 煤炭的化学组成 027

11 煤炭的分类 028

12 煤炭可以做什么？ 032

13 什么是煤化工？ 034

14 煤焦化产业链是怎样的？ 042

15 煤炭燃烧会带来哪些危害？ 043

16 什么是洁净煤技术？ 047

17 煤基功能碳材料 052

第二章　石油 061

18 石油的前世今生——你所不了解的“黑色黄金” 061

19 石油的性质和组成 064

20 你了解石油储集层吗？ 065

21 地下石油是怎么开采出来的？ 066

22 抽油机是如何把原油抽吸到地面上来的？ 070

23 石油炼制过程及产物 072

24 润滑油是怎样加工的？ 075

25 石油化工及其产品 076

26 石油中的烃 078

第三章　天然气 079

27 天然气是从哪来？ 079

28 天然气是怎么发现的？ 082

29 天然气的成分与用途 084

30 天然气是怎样开采出来的？ 085

31 开采出来的天然气是怎样运输到用户的呢？ 087

32 煤层气：从“夺命瓦斯”到“澎湃动力” 089

33 页岩气是什么？ 091

34 威201井：中国口页岩气井 093

35 页岩气利用途径与技术 094

第四章　水能 099

36 水是能源吗？ 099

37 水电站是怎样靠水发电的？ 102

38 古老的中国水车 104

第三篇  新能源 / 107

章　太阳能 109

39 太阳的能量是如何获得的？ 109

40 太阳能的利用历史 112

41 太阳能的利用方式有哪些？ 114

42 太阳能是怎么发电的？ 115

43 太阳能电池简介 122

44 太阳能光伏发电有哪些应用？ 126

45 神奇的“太阳帆” 135

46 人造太阳计划 138

第二章　风能 142

47 风是怎么形成的？ 142

48 风能资源有什么特点？ 145

49 中国风能资源的储量与分布 146

50 人们是怎样利用风能的？ 149

51 中国古代机械——立式风车 153

52 美丽的荷兰风车 156

53 风力发电的奥秘 158

54 达坂城的“大风车” 161

55 可以“发电”的风筝 162

56 值得期待的清洁能源——海风 164

第三章　生物质能 166

57 什么是生物质能？ 166

58 生物质能资源可以分为哪几类？ 168

59 有趣的“石油植物” 169

60 生物质能源的几种形态 172

61 生物质能的利用 173

62 什么是生物质能发电？ 176

63 沼气的超能力：化腐朽为神奇 179

64 你了解生物炭吗？ 183

第四章　核能 187

65 什么是核能？ 187

66 核能的发展历程 192

67 世界上座民用核电站奥布宁斯克：从核电站到科学城 195

68 核电站是怎么发电的？ 197

69 铀矿石的辐射很厉害吗？ 201

第五章　地热能 207

70 地底下真有热能吗？ 207

71 地热资源类型与应用形式有哪些？ 209

72 地热能如何服务人类？ 211

73 中国的地热能发电站——羊八井地热电站 214

第六章　海洋能 216

74 神奇海洋的超能量 216

75 什么是潮汐发电？ 219

76 利用海水温差可以发电吗？ 221

第七章　可燃冰 223

77 你听说过可以燃烧的“冰”吗？ 223

78 “可燃冰”是如何形成的？ 225

79 人类如何开采“可燃冰”？ 226

80 人类为什么没有大规模开采“可燃冰”？ 228

第四篇  化学电源 / 231

81 化学电源及其发展 232

82 电池的种类有哪些？ 233

83 锂：能源界的小个子大明星 236

84 燃料电池是如何工作的？ 237

85 什么是氢能？ 239

86 氢能有哪些神奇的作用？ 241

87 “氢能源”是一种二次能源 243

88 新能源汽车所用的能源是什么？ 246

第五篇  第五种能源——节能 / 249

89 节能技术有哪些？ 251

90 中国节能认证是什么？ 251

91 家电能效标识你了解吗？ 252

92 白炽灯、节能灯与LED灯有什么区别？ 254

93 什么是建筑节能？ 258

94 国家出台了哪些有关建筑节能的法律、法规和标准？ 259

95 建筑中有哪几种常用的保温隔热材料？ 259

96 门窗的保温性能和气密性对采暖能耗有多大影响？ 260

97 低能耗、零能耗住宅是怎么回事？ 261

98 什么是太阳房？ 263

99 节能科技—热泵 266

100 能源可以回收利用吗？ 272

参考文献 / 275

范小振，沧州师范学院，化学与化工学院院长、教授，1985年本科毕业，1992年研究生毕业，30余年来一直在教学、科研一线，承担多门课程的教学和工作，发表论文60余篇，承担课题20余项。主讲《环境保护与可持续发展》等课程，对能源资源方面有深入的研究与理解。曾获河北省科普专项资助，出版《生活中的绿色化学》科普著作。

   当夜幕降临，能源带给我们万家灯火，一片光明；当寒冬和酷暑来临，能源带给我们温暖或凉爽。当你从一个地方便捷地到达另一个地方，当你打开电脑电视……是能源帮助人们满足衣食住行等多样化的需求，人类生产与生活一刻也离不开能源。让我们一起走近能源，去认识能源家族，去透视神奇的能源世界。

    例如，1度电是什么概念？我们只知道1度电差不多5毛钱，都不够买瓶水。然而，你真的了解1度电吗？

    1度电是一个能量单位，而不是我们通常见到的功率单位。简单来说1度电就是1台功率为1 000W的电器工作1h所消耗的电能。

    1度电=1 000kW?h =让1 000W功率的电器持续工作1h。

    对于手机控来说，1度电可以让手机充电100多次，够你玩几个月了。是不是发现这五毛钱花的特别值呢？

    1度电可以让25W的台灯开40h。

    1度电可以让66W的冰箱运转15h，随时可以食用新鲜食材。

    1度电还能做些什么？

    可以使9W节能灯连续照明100h以上；给电动自行车所充的电足够使其跑上80km；可以1 000个朋友通话15min；可以灌溉0.14亩小麦；可以生产15瓶啤酒；可以供1个4W的路由器运行10天；可供1台普通电扇运行15h；可将8kg水烧开。