第1章　能源与储能

1.1　能源概述

纵观历史发展，能源利用技术的发明改变了人类的生产和生活方式，能源利用技术的每一次变革和创新，都伴随着社会生产力的快速进步、人类生活质量的大幅度改善与人类生存环境的巨大变化。概括而言，人类社会对能源的利用经历了四次革命。火的利用是人类的第一次能源革命，在漫长的人类社会发展过程中，火的发明使人类掌握了利用薪柴做饭、取暖与防卫。化石能源（如煤炭、石油）的利用是人类的第二次能源革命。从18世纪初，煤炭资源的发现和开采及燃煤蒸汽机技术的发明使人类社会步入工业文明。19世纪中期，石油的大规模开采和使用，带来了一次工业革命。内燃机、汽车、飞机等新发明、新技术的出现，改变了人类社会的生产和生活方式。发电机的发明是人类能源利用的一次革命。20世纪40年代，以可控核反应堆的发明为标志，拉开了第三次能源革命序幕。1973年第一次石油危机的发生，预示着石油时代将终结，以及一场新的能源革命即新能源革命即将开始。人类对化石能源短缺和枯竭的预期，以及全球气候变化的现实威胁，清洁能源、可再生能源利用的呼声日渐高涨，其目的是以新能源和可再生能源（包括水能、生物质能、太阳能、风能、地热能、海洋能等）逐步代替化石能源，保证人类能源的可持续供应和生存环境的友好。人类社会对能源利用的第四次革命即新能源革命已经开始。

能源可分为一次能源和二次能源。一次能源是指自然界中存在的未经转换的能量资源，包括化石能源（如煤炭、石油、天然气、油页岩、页岩气、煤层气等）和非化石能源（如水能、风能、太阳能、地热能、温差能、波浪能、潮汐能等）。二次能源是指将一次能源加工转换而生成的能源，主要包括电能、氢气、蒸汽、煤气、乙醇、液化石油气、汽油、煤油、柴油、重油等。

另外，以自恢复特性及可持续利用特性来分类，能源又可分为非可再生能源与可再生能源两大类。非可再生能源主要包括化石能源（如煤炭、天然气、石油等）及核能等。非可再生能源使用后，很难在短期内重现再生。可再生能源主要包括水能、风能、太阳能、地热能、温差能、波浪能、潮汐能等，可再生能源在自然界中可以反复重现。

图1-1给出了全球一次能源需求统计及趋势预测，煤炭、石油、天然气等非可再生能源构成了当今世界能源消费的主体。然而，有限的非可再生能源无法保证人类持续发展的需要。据统计，2009年全球消费一次能源总量为12132Mtoe（百万吨油当量，折合1.41×106亿千瓦时），而在1980年该数字仅为7219 Mtoe［1］。据预测，按当前的消费速度和探明储量，全球的原油与天然气将分别在40年和60年后枯竭。此外，化石能源在使用过程中，排放大量硫化物、氮化物及温室气体CO2。科学家的研究表明，燃烧化石能源引起的有害气体和温室气体大量排放，导致了全球气候恶化、极端天气现象发生频率加剧。

图1-1　全球一次能源需求统计及趋势预测（统计数据截至2009年）［1］