一次能源

按能源的基本形態分類，能源可分為一次能源和二次能源。一次能源，即天然能源，指在自然界現成存在的能源，如煤炭、石油、天然氣、水能等 ^[1]  。二次能源指由一次能源加工轉換而成的能源產品，如電力、煤氣、蒸汽及各種石油製品等。一次能源又可分為可再生能源（水能、風能及生物質能）和非再生能源（煤炭、石油、天然氣、油頁岩等）。凡是可以不斷得到補充或能在較短週期內再產生的能源稱之為可再生能源。風能、水能、海洋能、潮汐能、太陽能和生物質能等是可再生能源；經過億萬年形成的、短期內無法恢復的能源，稱之為非再生能源。如煤炭、石油、天然氣等。它們隨着大規模地開採利用，其儲量越來越少，總有枯竭之時 ^[1]  。地熱能基本上是非再生能源，但從地球內部巨大的藴藏量來看，又具有再生的性質。核能的新發展將使核燃料循環而具有增殖的性質。核聚變的能比核裂變的能高出5~10倍，核聚變最適合的燃料重氫（氘）又大量地存在於海水中，可謂“取之不盡，用之不竭”。核能是未來能源系統的支柱之一。20世紀70年代出現能源危機以來，各國都重視非再生能源的節約，並加速對再生能源的研究與開發。

二次能源是指由一次能源經過加工轉換以後得到的能源，包括電能、汽油、柴油、液化石油氣和氫能等。二次能源又可以分為“過程性能源”和“含能體能源”，電能就是應用最廣的過程性能源，而汽油和柴油是目前應用最廣的含能體能源。

二次能源亦可解釋為自一次能源中，所再被使用的能源，例如將煤燃燒產生蒸氣能推動發電機，所產生的電能即可稱為二次能源。

或者電能被利用後，經由電風扇，再轉化成風能，這時風能亦可稱為二次能源，二次能源與一次能源間必定有一定程度的損耗。

二次能源和一次能源不同，它不是直接取自自然界，只能由一次能源加工轉換以後得到，因此嚴格的説它不是“能源”，而應稱之為“二次能”。能源危機，可再生能源等都不涉及二次能源。

煤是古代的植物體因為地殼運動而埋沒地下，在適宜的地質環境中經過漫長年代的演變而成的，含碳量一般為46%～97%。煤是重要的燃料和化學工業原料。煤在地球上的儲量非常豐富。煤是由有機物一生長在沼澤或河流三角洲之植物殘骸分解而成現今世界各主要地區之煤炭藴藏量，以非歐洲、亞洲及大洋洲、及北美洲等三個地區所佔之比例最高，整體而言，現時煤炭之藴藏量，估計可供我們使用二百年。

煤是由有機物質和無機物質混合組成的。煤中有機物質主要由碳（C）、氫（H）氧（O）、氮（N）四種元素構成，還有一些元素則組成煤中的無機物質，主要有硫（S）、磷（P）以及稀有元素等 。在我國，煤炭資源主要分佈在山西、陝西、內蒙古、黑龍江、遼寧、山東幾個省區，著名的大型煤礦有大同煤礦、東勝煤礦、神府煤礦等。

石油一般認為是由地層中的有機物質“油母質”，經地温長時間的熬煉，一點一滴地生成而浮游於地層中。由於浮力的關係，石油在水中每年緩慢地沿着地層或斷層向上移動，直到受不透油的封閉地層阻擋而停留下來。當此封閉內的石油越聚越多。

石油是僅次於煤的化石燃料，它是一種天然的黃色、褐色或黑色的流動或半流動的黏稠的可燃液體烴類混合物。石油也稱為“原油”。它可以被加工成各種餾分，包括天然氣、汽油、石腦油、煤油、柴油、潤滑油、石蠟以及其他許多種衍生產品，是最重要的液體燃料和化工原料。

天然氣是一種碳氫化合物，多是在礦區開採原油時伴隨而出，過去因無法越洋運送，所以只能供當地使用，如果有剩餘只好燃燒報廢，十分可惜。若以人工建築設施存放天然氣，在遭到外力破壞如地震、火災等，極易產生危險。

天然氣是除煤和石油之外的另一種重要的一次能源。它燃燒時有很高的發熱值，對環境的污染也較小，而且還是一種重要的化工原料。天然氣的生成過程同石油類似，但比石油更容易生成。

天然氣主要由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烴類組成，其中甲烷佔80%~90%。天然氣通常可以分為純天然氣、石油伴生氣、凝析氣和礦井氣4種。

水能是自然界廣泛存在的一次能源。它可以通過水力發電站方便地轉換為優質的二次能源——電能。 “水電”既是被廣泛利用的常規能源，又是可再生能源。而且水力發電對環境無污染，因此水能是世界上眾多能源中永不枯竭的優質能源。

水資源的利用（即通常所説的水利開發）就是要充分合理地利用江河水域的地上和地下水源，以獲得最高的綜合效益。水能利用是一項系統工程，其任務是根據國民經濟發展的需要和水資源條件，在河流規劃和電力系統規劃的基礎上，擬定出最優的水資源利用方案。我國土地遼闊，河流眾多，徑流豐沛，落差巨大，藴藏着豐富的水能資源。據估計，我國河流水能資源的理論藴藏量為6.76億kW，年發電量為59 200億kW·h，不論是水能資源的理論藴藏量，還是可能開發的水能資源，中國在世界各國中均居第一位。

水力資源的開發方式是按照集中落差而選定，大致有三種基本方式，即堤壩式、引水式和混合式。但這三種開發方式還要各適用一定的河段自然條件。按不同的開發方式修建起來的水電站，其樞紐佈置、建築物組成等也截然不同，故水電站也隨之而分為堤壩式、引水式和混合式三種基本類型。

太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環境無任何污染。但太陽能也有兩個主要缺點：一是能流密度低；二是其強度受各種因素的影響不能維持常量。這兩大缺點大大限制了太陽能的有效利用。

人類對太陽能的利用已有悠久歷史。太陽能利用主要包括太陽能熱利用和太陽能光利用。 太陽能熱利用應用很廣，如太陽能熱水、供暖和製冷；太陽能幹燥農副產品、藥材和木材；太陽能淡化海水；太陽能熱動力發電等。 太陽能光利用主要是太陽能光伏發電和太陽能制氫。

太陽光從上而下照射大氣層，使之升温。又由於地球的自轉和公轉，地面附近各處受熱不均，大氣温差發生變化，引起空氣流動。空氣在水平方向上的流動就形成了風。由於風有一定的質量和速度，並且有一定温度，因此它具有能量。太陽輻射到地球的光能大約有2%轉變為風能。儘管如此，風能的數量依然很大。它相當於全球目前每年耗煤能量的1 000倍以上。

風能利用歷史悠久，我國是世界上最早利用風能的國家之一。 風能是利用風力機將風能轉化為電能、熱能、機械能等各種形式的能量，用於發電、提水、助航、致冷和致熱等。

我們人類居住的這個星球，很像是一個巨大的“熱水瓶”，外涼內熱，而且是越往裏温度越高。人們把藴藏於地球內部的熱能稱為“地熱能”。地球通過火山爆發和温泉外溢等途徑，將其內部藴藏的熱能源源不斷地輸送到地面上來。現代人們常説的温泉，就是人類的祖先在很久以前就開始利用的一種地熱能。不過，人類對地熱能的大規模開發利用，可以説現在才剛剛起步。因此地熱能是一種開發潛力很大的新型能源。

目前世界上大約有120多個國家和地區，已經發現和開採的地熱泉及地熱井多達7500多處。對於地熱能的開發利用，目前主要是在採暖、發電、育種、温室栽培和洗浴等方面。地熱能的利用可分為地熱發電和直接利用兩大類。

海洋是一個巨大的能源寶庫，僅大洋中的波浪、潮汐、海流等動能和海洋温度差、鹽度差能等的存儲量高達天文數字。這些海洋能源都是取之不盡、用之不竭的可再生能源。海洋能源通常指海洋中所藴藏的可再生的自然能源，主要為潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水温差能和海水鹽差能。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質能等。究其成因，潮汐能和潮流能來源於太陽和月亮對地球的引力變化，其他均源於太陽輻射。

海洋能在海洋總水體中的藴藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小。這就是説，要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。 它具有可再生性。海洋能來源於太陽輻射能與天體間的萬有引力，只要太陽、月球等天體與地球共存，這種能源就會再生，就會取之不盡，用之不竭。

生物能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質為載體的能量，它直接或間接地來源於植物的光合作用，在各種可再生能源中，生物質能是獨特的，它是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉化成常規的固態、液態和氣態燃料。

生物質是僅次於煤炭、石油、天然氣的第四大能源，在整個能源系統佔有重要地位。生物質能一直是人類賴以生存的重要能源之一，就其能源當量而言，是僅次於煤、油、天然氣而列第四位的能源，在世界能源消耗中，生物質能佔總能耗的14%，但在發展中國家佔40%以上。

核能也稱原子能，是一種高效率持久的能源。核能發電是利用鈾235的核分裂連鎖反應釋出大量熱能，將水變成水蒸氣，利用這些蒸氣來推動發電機發電。核能發電的方法有許多種，台灣地區使用的是沸水式核能發電與壓水式核能發電。核能除了發電為主要應用外，在農業、醫學、工業科技……等各方面都有很多的用途。如農業:利用它來使蔬菜水果保持新鮮、改良品種、防止病蟲害等功能;在醫學上可以用它來殺傷癌細胞治療癌症等多方面的功能核電廠投資金額龐大、施工耗時、適宜興建的廠址難求。最大的缺 點是放射性核廢料處置與安全問題。優點是核燃料取得較容易、原料的運輸與儲存方便、需要量不多、且安全存量的開支少。

核能的實際利用有兩種方法：一是目前已達到實用階段的重核裂變方法，這就是核裂變反應堆的原理；二是目前還處於研究試驗階段的輕核聚變方法，這就是核聚變反應的原理 。