能源生产和消费
出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第1032页（5261字）
1．能源
能源是指能够提供某种形式能量的物质。人类在生产和生活中离不开能源。它是生产机械能、热能、电能、光能、化学能、原子能等各种能量的资源。
一切能源都可以互相转换。大自然中所储藏的能，多数是不能直接为人类服务的，必须加以转换。
从历史上看，人类社会已经历了三个能源时期：柴草时期、煤炭时期和石油时期。在18世纪后半叶以前的漫长时期，人类一直使用以柴草为主的能源满足生产和生活的需要。18世纪60年代开始的产业革命，使煤炭的开发利用迅速扩大，到19世纪逐步代替柴草而成为主要能源，一直持续到20世纪中叶。石油的发现本来早于煤炭，但直到20世纪50年代，在美国、中东、北非等地相继发现巨大油田后，才逐渐取代煤炭，成为世界消费量最大的能源。能源结构的每一次重大演变，对促进生产力的发展和世界经济的繁荣都起了重要作用。
在现代社会中，能源不仅用作燃料和动力，而且是重要的化工原料。应当说，能源是人类生存、社会发展的物质基础。越是现代化的社会，对能源需要量越大。据估计不同经济发展水平对能源消费的需求如下：(1)为维持人体最低生活需要，每人每年大约需要消费400kg标准煤；(2)为保证人们丰衣足食，达到现代化生产和生活水平所需的最低限度能源消费量，每人每年约需1200～1600kg标准煤；(3)按目前工业发达国家能源消费水平计算，达到高度现代化时，每人每年需要2000～3000kg以上标准煤。
现代化社会是靠大量消耗能源维持的。通常认为，一个国家的国民经济发展速度和能源消费量的增长速度，大体上存在着正比关系。
2．一次能源
一次能源是指自然界中现成存在的、没有经过加工或转换的天然能源，如煤炭、石油、天然气、水能、风能、生物能、太阳能、地热能、潮汐能、原子核能等。世界各国能源总产量和总消费量统计数字，一般都指一次能源。
一次能源按其能否再生分成再生能源和非再生能源。在自然界可以不断再生并有规律地得到补充，因而能够循环使用的能源叫作再生能源，如水能、太阳能、生物能、风能、潮汐能、地热能等。经过亿万年才能形成，在短期内无法恢复再生的能源叫非再生能源，如煤炭、石油、天然气、核燃料等。随着能源的开发利用，非再生能源的储量日益减少，而再生能源却取之不尽，用之不竭，其开发利用越来越受到人们的重视。
在诸多的能源中，已经得到广泛利用的能源叫常规能源，如煤炭、石油、天然气、水能等。现在还没有大规模利用或正在研究开发的能源称新能源，如太阳能、生物质能、风能、潮汐能、地热能等。一般来说，常规能源开发利用的技术比较成熟，经济效益也好，在相当长一段时间内仍是人类使用的主要能源，新能源则是一种很有发展前途的能源。
如从对环境污染的角度看，能源可分为清洁能源和非清洁能源。清洁能源在使用中对环境无污染或污染小，如太阳能、风能等。非清洁能源对环境的污染较大，如煤炭、核燃料等。
1980年我国生产的各种能源，除少量出口外，均为国内生产和生活所消费，折合标准煤0．603GT。从我国能源消费的绝对量来看，仅少于美国和原苏联，居世界第三位。但由于我国人口众多，人均占有的能源数量(不包括非商品能源)只有610kg，仅为世界平均水平的1／4，再加上我国的国民生产总值与工业发展国家差距甚大，这就表明，一方面能源利用率低，节能潜力很大，另一方面人均占有的能源的数量较少，要实现现代化，必须加速能源的开发，增加能源的生产量和消费量。
煤是世界上储量最丰富的一次能源。据估计世界煤炭地质储量为1．36万GT，其中探明可采储量898．8GT。我国煤炭储量也很丰富，总储量约5000GT，仅次于苏联和美国，居世界第三位。1983年底累计探明储量740GT，64%的资源集中在华北地区。我国煤炭资源不仅丰富，而且煤种齐全，但勘探程度较低。
我国油气资源也比较丰富，据估算，石油地质储量达30～50GT，天然气近500Gm3。石油陆地可采储量在5～10GT左右。目前探明储量中，绝大部分集中在东北和华北。
我国水能资源居世界首位，约占世界总量的13．5%。理论蕴藏量为680GW，其中可开发为370GW，可发电1．9万亿度，相当于0．7GT标准煤。目前已开发利用的水能资源还不到可开发电量的5%，有很大的水能储备。
核能是目前唯一可以取代煤炭、石油而得到大规模应用的、成熟的商品能源，我国的核能资源也比较丰富。在核能利用方面，我国尚处于起步阶段，由于核能是世界未来能源的支柱之一，应积极发展核能工业。
上述能源资源的开发利用，将会有效地保证国民经济发展和人民生活改善对能源不断增长的需要。
3．二次能源
二次能源是由一次能源经过加工、转换后得到的能源产品，如蒸汽、焦炭、煤气、电力、各种石油制品等。
在生产和生活中，由于生产工艺和环境保护的要求，或为了输送、使用方便，或出于提高劳动生产率等原因，常常不能直接使用自然界现成的能源，而要把它们加工、转换成符合使用条件的能源产品统称二次能源。随着科学的发展和社会的现代化，在整个能源消费系统中，直接使用一次能源的比重不断降低，而二次能源所占比重日益增长。
我国每年国内一次能源供应总量中，用于加工转换为二次能源(包括焦炭及焦化产品、城市煤气、石油产品、电力和供热)的数量约占47%，比美国占67%，法国82%，日本84%都低。
目前，一些工业发达国家煤炭消费总量中用于炼焦和发电所占比重达到80%～90%以上。而我国煤炭消费总量中，发电用煤占20%，炼焦用煤14%，化工原料用煤5%，其余61%的煤炭(其中包括相当数量的炼焦煤品种)基本上都以原煤形式直接作为燃料动力煤使用。大量的原煤直接销售和直接使用，是造成我国煤炭资源利用不合理、煤炭热能利用率低、运输量大、环境污染严重、经济效益差的主要原因。
在煤炭加工转换为电能的过程中，中低压机组装机容量约占总装机容量的1／3。用中低压机组发电比用超高压或亚临界压力发电机组发电每度电标准煤耗高150～160g。我国发电燃料利用率仅29．1%，比主要工业发达国家低6%～9%。
我国的炼焦工业，由于工艺落后，煤炭的加工转换效率比石油低，其中土焦比重大是主要原因之一。我国土焦产量约占焦炭产量的20%，土焦生产与机焦相比，不仅煤耗高10%以上，而且宝贵的焦化产品不能回收，又严重污染环境。据计算，每炼一吨土焦多消耗和少回收的能源折算标准煤约530kg，如土焦产量为10000kT，则浪费的能源总量就达5300kT标准煤。
我国原油的一次加工能力比较大，已达0．1GT／Y以上，但是，由于缺少二次加工装置，一次加工产品中作为二次加工原料的比重较低。并且，由于加工用原油供应不足，炼油厂的开工率仅为3／4，因而能耗较高，经济效益较差。如1983年全国炼油广原油实际加工量约77000kT，汽油、煤油、柴油等轻质油收率仅53．3%，商品燃料油产率为32．5%。由于烧油量大，商品燃料油产率低，大大限制原油的加工利用深度。
4．能源度量单位
能源的种类繁多，而且各种能源的品位、质量又不同，所以必须统一能源能量度量单位。比较通用的能源能量度量单位有：
(1)标准煤。标准煤是国际上通用热量计量单位，是一种作为计算的假设标准，即每公斤标准煤的发热量为29．271兆焦耳。如原煤热值为0．71kg标准煤。原油每公斤折成标准煤1．429kg。天然气每立方米折成标准煤1．33kg。水电有两种计算方法：一是以火力发电当年平均每度电的实际耗煤量计算；二是以电的功热当量计算，每度电为0．12kg标准煤的热值。
(2)油当量或标准油。以原油当量为1，各种能源换算成标准油的比率，原煤为0．60～0．65，天然气0．85～0．90。国外也有的用油当量或标准油作为计算标准。水电与核电也有两种计算方法：一是按火电当年实际煤耗计算；二是按每度电等于0．086kg标准油计算。
5．能源消费结构
能源消费结构是指各种能源占能源消费总量的比重或国民经济各部门消费的能源在能源消费总量中所占的比重。1980年各国能源消费品种结构如表2．1．1－1所示。
表2．1．1－1 各国能源消费品种结构
我国能源消费以煤为主，占能源消费总量71．8%，比世界平均高近1倍，比美、日等工业发达国家高2～3倍。而工业发达国家油气消费的比重很高，比我国高很多。
1980年能源消费的部门百分结构如表2．1．1－2所示。
表2．1．1－2 各国能源消费的部门百分结构
近年来，各部门的能源密集度都有不同程度的降低。国际能源机构各国中，工业的用能量与产值之比，在1923～1984年间降低了30%。除了部门节能外，工业结构由高能源密集度工业转向低能源密集度工业起了相当作用。如1979～1984年间，日本工业用能减少量中44%是由于工业结构改变得到的。
我国能源消费部门结构的特点是工业部门能源消费比重偏大，运输业和民用能源消费比重过小。在工业消费的能源中，轻重工业比例为1∶5。而在重工业中，化学工业比重最大占32．5%，次为冶金工业占27．3%。工业能耗中的主要问题是单位产品能耗高。例如1985年我国吨钢能耗为1120kg，日本只有683kg，美国857kg(1983年)，英国720kg(1984年)。
民用能源消费的特点是比重小，效率低。1980年民用能源消费比重只有20．1%，而工业发达国家一般都在30%～40%，如果考虑到我国主要烧原煤，而工业发达国家主要用油、气、电，则差距更大。
我国能源生产部门自用量比发达国家高。例如1980年煤炭部门自用煤为原煤产量的2．7%，而联邦德国只有1．2%。石油部门自用原油和成品油占原油产量的5．1%。电力部门自用电占发电总量的6．6%，日本只有4．3%。
在交通运输业方面，能源消费比重比工业发达国家小得多，而且大部分用煤，利用效率低。
我国以煤为主的能源结构，在今后10年甚至更长一段时期不会有大的变化。这种结构必然带来利用效率低和环境污染等问题。与石油和天然气相比，煤的热值低、灰分高，因百热效率较低。目前，我国原煤入洗率仅1／5左右，大量含灰和含硫量较高的原煤未经洗选就燃烧使用，每年约产生10000多kT烟尘和约20000kT二氧化硫进入大气层。大部分城市和工业区大气中颗粒浓度全年都处于较高水平，有的超过国家标准几倍到十几倍。因此，在工业、交通、民用各方面重视改进煤的利用方法，如大力发展城市煤气、集中供热等，大力提高煤的利用效率，是减轻环境污染、缓和能源供需矛盾的重要途径。