1.1 能源

1.1.1 能源及其属性

能源，又称能量资源或能源资源，是指自然界中能为人类提供某种形式能量或可做功的物质资源。《能源百科全书》解释：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源”。社会越发展，生产力越强，人类对能源的依赖程度也越高。可以说“能源是工业的粮食、国民经济的命脉”。

人类的进化与发展离不开对能源的开发利用。远古时期，人类学会了用火燃烧树枝来烹饪、取暖、照明等，能源利用由此进入了柴薪时代。到17世纪，煤的开采和利用开始改变人类的生活。18世纪中叶，蒸汽机的发明标志着煤炭时代的到来。1854年，世界第一口油井让人类步入石油时代。经过100年的开发，内燃机和电力的使用使石油的全球消费量在20世纪60年代超过了煤炭。虽然石油需求至今仍在上升，但是它作为传统化石能源造成了严重的环境污染，并且面临着枯竭的危机。为了可持续发展，人类正掀起新的能源革命，或将步入综合智慧能源时代。

除了上面提到的柴薪、煤和石油，自然界中还有许多其他能源，它们的分类方法主要有以下几种。

（1）按最终来源，分为以下三大类。

来自太阳的聚变能量：包括直接来自太阳的能量（如太阳光热辐射能）和间接来自太阳的能量（如煤炭、石油、天然气、油页岩等可燃矿物及薪材等生物质能，水能和风能等）。

来自地球本身的裂变能量：一种是地球内部蕴藏的地热能，如地下热水、地下蒸汽、干热岩体；另一种是地壳内铀、钍等核燃料所蕴藏的原子核能。

月球和太阳等天体对地球的引力产生的能量：如潮汐能。

（2）按形成条件，分为一次能源和二次能源。

一次能源：自然界中本来就有的各种形式的能源称为一次能源，如化石能源、太阳能、风能、水能、地热能、核能、潮汐能。

二次能源：由一次能源经过转化或者加工制造而产生的能源称为二次能源，如焦炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能。

（3）一次能源按其能否循环使用和能否反复得到补充，又分为非再生能源和可再生能源。

非再生能源：在自然界中经过亿万年形成，短期内无法恢复，且随着大规模开发利用，储量越来越少，总有枯竭的一天的能源称为非再生能源。化石燃料（煤、石油、天然气等）、核燃料均为非再生能源。

可再生能源：自然界中可以循环利用再生的能源称为可再生能源。太阳能、水能、风能、生物质能（沼气）、海潮能、地热能等均为可再生能源。

（4）按普及与否，分为常规能源和新能源。

常规能源：技术较成熟、应用较普遍的能源，如煤、石油、天然气、水能等。

新能源：正在研发利用，但尚未广泛应用的能源，如太阳能、风能、海洋能等。

（5）按清洁与否，分为清洁能源和非清洁能源。

清洁能源：即绿色能源，指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源。广义的清洁能源包括核能和可再生能源。狭义的清洁能源指的是可再生能源。

非清洁能源：与零碳排放的清洁能源相对，非清洁能源按含碳量分为高碳能源和低碳能源。一种能源属于高碳还是低碳可以用它的碳排放系数来判断，即每一种能源燃烧或使用过程中单位能源所产生的碳排放质量数。根据IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）的假定，可以认为某种能源的碳排放系数是固定不变的。碳排放系数通常指二氧化碳排放系数，甲烷、氧化亚氮、全氟化物、六氟化硫等其他温室气体，一般折算成二氧化碳后再参与计算，也就是人们常说的二氧化碳当量。

碳排放系数的确定有利于碳排放量的估算。碳排放量难以直接测量，通常采用间接的办法，如估算发电厂的碳排放量，是看发电厂用了多少煤炭来燃烧发电，而不是去捕获并计算二氧化碳气体的质量。将各类能源消耗的实物统计量转变为标准统计量，再乘以各自的碳排放系数，加总之后就可以得到碳排放总量。碳排放总量一旦确定，就可以掌握各部门碳排放现状，从而发放配额，这是保证碳交易顺利进行的基础，对于节能减排，实现我国“碳达峰”和“碳中和”的“双碳”目标具有重要意义。

各种能源的二氧化碳排放系数及计算方法如表1-1所示。

除以上分类方法外，能源的分类方法还包括：按是否为化石分类，可分为化石能源和非化石能源；按是否可燃分类，可分为燃料能源和非燃料能源；按是否为商品分类，可分为商品能源和非商品能源。同时，能源也有能量多少和品位高低之分，能量是从热力学第一定律的角度阐述其蕴含的热力学能，而品位是从热力学第二定律的角度揭示其蕴含的最大可用功的占比。