人类使用能源的历程与启示

1、. 人类使用能源的历程与启示摘要 火的使用使人类脱离了野蛮，步入了文明。在几十万年的演变过程中，薪柴和木炭一直是人类用来做饭取暖的主要能源。从18世纪初开始，煤炭在西方国家逐渐代替木柴。托马斯纽科门在1712年发明的燃煤蒸汽机开始了以蒸汽动力来代替古老的人工体力、风力和水力的新时代，为人类的工业文明掀开了序幕。1781年瓦特发明的改良蒸汽机更使得煤炭得以大规模地使用，使得第一次工业革命得以大规模展开。然而，随着1859年埃德温德雷克在宾夕法尼亚州打出第一口油井以后，石油的大规模生产和使用不仅使得工业革命得以更大规模地在全球推广，新的技术、新的发明创造也接踵而来：内燃机、汽车、飞机石油和这些发明

2、一道，改变了世界的生产模式、交通模式。现代生活种中，以太阳能为主导的新型清洁能源取代了石油，煤炭等传统的能源。关键字 柴草 煤炭 石油 清洁能源。 “能源”。科学技术百科全书说：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；大英百科全书说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”；我国的能源百科全书说：“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。”可见，能源是一种呈多种形式的，且可以相互转换的能量的源泉。确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。 能源作为人类社会生产与生活中

3、不可缺少的动力，其开发利用亦不是亘古至今一成不变的，随着社会生产力的不断发展，人类对能源的利用深度和广度在不断发展和扩大。 在人类发展史上，从原始时代到当今瞬息万变的高科技原子时代，人类已经历了四个利用能源的阶段：柴草时期、煤炭时期、石油时期和多元化新能源时期。 一 柴草时期 人类发展史上狩猎时代是漫长的，大约距今二、三十万年。这一时期人类一采集大自然野生植物、猎取野兽、捕捉水族为食。人类居住在天然洞穴，用骨针缝制兽皮御寒，一有空小珠、贝壳、兽牙伪装饰品。人类已经掌握了人工取火的技术，火资源的使用增加了人的食物来源，扩大了人类活动的范围。促进不同部落的交流，人类社会的发展。特别是在增强原始人类

4、体质。使食物变的跟容易消化，大大减少了肠道疾病的发生。以及火的出现为制造铁器、陶器等生产和生活用品方面起了重大作用。 在从原始社会直到18世纪的漫长的历史年代，草木作为取火燃料一直是最主要的能源。虽然当时已有畜力、风力、水力等“新能源”的发现和利用，但还是小规模的。人们把这个漫长的能源发展的历史阶段称为柴草时期或木柴时期。这个阶段人类可利用的能源种类贫乏，所用能源的方法也是原始落后的，生产力发展水平亦很低。 二 煤炭时期 随着生产的发展、人口的增长，人们需要的木材越来越多，木材资源日益紧张，特别是许多缺乏森林资源的地区，为此，人们开始努力去发现和寻找新的能源。经过漫长的找寻，终于人们发现了一种

5、能燃烧的矿石、煤，并开始把它用做能源。1765 年，英国人瓦特发明了蒸汽机，煤炭才逐渐成为人类生产生活的主要能源，并由此拉开了一轮浩浩荡荡的工业革命。 第一次工业革命，始于英国的机械创新，而蒸汽机的改良和广泛使用，则将工业革命推向了一个高峰，也带动了煤炭开采和利用的爆发式增长。16世纪末到17世纪后期，英国的采矿业，特别是煤矿，已发展到相当规模，单靠人力、畜力难以满足排除矿井地下水的要求，而现场又有丰富而廉价的煤燃料。现实的需要促使许多人，如英国的萨弗里、纽科门等，致力于“以火力提水”的探索和试验。萨弗里制成世界上第一台实用的蒸汽提水机，在1698年取得名为“矿工之友”的英国专利。萨弗里的提水

6、机靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超过六米。为了从几十米深的矿井汲水，须将提水机装在矿井深处，用较高的蒸汽压力才能将水压到地面，这无疑是困难而又危险的。纽科门及其助手卡利在1705年发明了大气式蒸汽机，用以驱动独立的提水泵，被称为纽科门大气式蒸汽机。这种蒸汽机先在英国，后来在欧洲大陆得到迅速推广，它的改型产品直到19世纪初还在制造。纽科门大气式蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入汽缸时，在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量，只在煤价低廉的产煤区才得到推广。 新大陆的发现和地理大扩张，让英国拥有了巨大的商品市场。毛纺织业贡献了当时英国对外贸易的主要产品，当传统的手工操作无法满足巨大的市

7、场需求时，英国人发明了飞梭，继而又发明了水力纺纱机、水力织布机，这些机械的应用大大提高了纺织业的效率。利用水力作为能源有很大局限性，它必须建在河流附近，且河流水量不固定，这显然不适合机械大生产的需要。于是，以煤为燃料的蒸汽机改良运动应运而生。公元1765年，瓦特发明了带冷凝器的单向式蒸汽机，1782年又发明双向式蒸汽机。1785年，蒸汽机开始用于毛纺业，1789年应用于毛织业。得益于蒸汽机的使用，从1766年到1789年，英国的纺织品产量在20多年内增长了5倍。1807年美国人富尔敦建造了世界上第一艘蒸汽动力的轮船。不久，英国人史蒂文森发明了蒸汽火车机车，1825年，英国建成世界上第一辆蒸汽机

8、车和铁路。到十八世纪末，蒸汽机普遍代替其它动力，成为英国许多工业部门的主要动力来源。蒸汽机应用到纺织业，提高了纺织业的效率和产量；蒸汽机应用到运输业，载重上千吨的火车开始在大陆上穿越，载重上万吨的轮船开始在大洋中横渡；蒸汽机应用到矿山开采业，降低了人类的劳动强度，并且可以昼夜不停、连续开采；蒸汽机应用到金属冶炼上，大型鼓风机开始使用，煤炭成为冶炼的主要燃料；蒸汽机应用到机械制造上，可以制造出更复杂、更精密的工具。伴随着蒸汽机在工业生产领域的广泛使用，近代的能源工业煤炭工业开始在世界范围内广泛建立起来。1861年，英国的煤炭年产量已经超过五千万吨。煤炭的广泛利用，被人们誉为黑色的金子，工业的食粮

9、，成为十八世纪以来人类使用的主要能源之一。1861年，煤炭在世界一次能源消费结构中只占24%，1920年则上升为62%，此后，世界能源进入了“煤炭时代”。 20世纪30年代以后，随着发电机、汽轮机制造技术的完善，输变电技术的改进，特别是电力系统的出现以及社会电气化对电能的需求，火力发电进入大发展的时期。煤炭在世界能源中的主导地位一直保持到20世纪60年代。三石油时期 成随着科技、经济的发展，石油在一次能源结构中的比例开始不断增加，并于20世纪60年代超过煤炭。为世界经济和各国工业发展需求最大的能源。如果说钢铁是近代工业经济的筋骨的话，那么石油就是近代工业经济的血液。很难想象缺乏石油，世界经济和

10、科技的发展能够有什么样的发展。自从工业革命以来，机械的快速发展和大规模应用所带来的不仅是科技对于人类社会发展的冲击，更重要的是，随着生产效率的不断提高，直接带来的是农业经济开始向工业经济的重大转变，这一转变无论是从社会结构、政治体制还是在国防外交方面都对人类的国家系统和世界系统产生了翻天覆地的彻底性的颠覆，从而形成了延续至今的工业文明社会。而其中，支持和制约这种发展的重要因素之一，就是能源。在农业经济时期，能源的主要来源是人力和畜力，也涉及到一部分的水力和风力，但这部分不是最主要的。而随着工业经济的兴起，人力和畜力很明显无法满足机械，这一工业文明的最重要的标志和工具，对于动力来源的需求，于是开

11、始求助于自然能源，最为普遍的是水力和风能。借助于自然能源，是工业革命以来，人类机械文明发展的一个重要里程碑，这使人类得以摆脱单调而沉重的重复性劳动，彻底从动力提供者的角色摆脱出来，而专注于对机械的生产效率的提高。人类正式进入石油时代是在1967年。这一年石油在一次能源消费结构中的比例达到40.4，而煤炭所占比例下降到38.8。石油需求的增长和石油贸易的扩大起因于石油在工业生产中的大规模使用。 一战以前，石油主要被用于照明，主要产油国美国和俄罗斯同时也是主要的消费国。在一战中，石油的战略价值已初步显现出来，由于石油燃烧效能高，轻便，对于军队战斗力的提高具有重大战略意义。20世纪20年代，由于石油

12、成为内燃机的动力，石油需求和贸易迅速扩大。但是由于化石能源带来的环境问题越来越严重，不得不去寻找跟清洁的新能源。四 多元化新能源时期 随着社会突飞猛进的发展，能源需求量亦成倍增加。世界上的常规能源-煤、油、气将逐渐枯竭和告急。能源污染日趋严重，能源问题成为世界性的危机和挑战。人类开始并被迫深入地研究能源问题和能源开发，以实现第三次能源变革-即以石油为主要能源逐步向多元化能源结构过渡，开始了对核能、太阳能、海洋能、生物质能等的开发研究与利用。并从社会、经济、环境等多角度全方位研究开发，增强能源的可持续性，这一变革在相当多的国家和地区已取得了进展和成功。能源开发的这一时期还刚刚起步，将持续今后较长

13、的时期，今后亦将有更多的新能源被人类所认识、开发和利用。 在世界能源系统的转换过程中，煤炭将成为承上启下的可靠的过渡能源。这首先是因为相对于石油和天然气资源而言，煤炭资源相对比较丰富。现在世界能源结构中所利用的化石能源主要仍然是煤炭，其次才是石油和天然气，其比例约为68%、17%、15%。根据国际上通行的能源预测，石油将在40年时间内枯竭，天然气将在60年内用光，但煤炭可以使用220年。其次，随着洁净煤技术的不断成熟，煤炭利用过程中所产生的环境问题将在一定程度上得到缓解。一些学者预测，在21世纪中叶，由于石油和天然气的短缺，煤炭液化生成的合成液体燃料的比例将增加。在替代传统的化石能源的可供选择

14、的能源中，除可再生能源外，核能是人类未来能源的希望。根据国际原子能机构的统计，1999年全世界正在运转的核反应堆电站为436座，总发电能力为3.517亿千瓦时，发电量约占世界一次能源构成的8%左右。近几年，由于核电站运行的安全性、核废料的处理和核不扩散等因素的影响，核能的发展在欧洲、北美洲和独联体国家出现了下降趋势，但核能的发展在亚洲仍然拥有强劲的势头。为了促进核能的发展，许多国家在研究新一代快中子反应堆的同时，又加强了受控核聚变的研究，目前受控核聚变己在实验室取得阶段性成果。世界能源理事会认为，如果核技术在21世纪有重大突破，那么到2100年核能将占世界一次能源构成的30%。氢能是替代传统化石能源的理想的清洁高效的二次能源。随着制氢、氢能储运及燃料电池技术的发展，氢能将成为其他新能源和可再生能源的最佳载体替代化石能源。氢能系统由氢的生产、储运和利用三部分组成。用太阳能或其它可再生能源制氢，用储氢材料储氢，用氢燃料电池发电，将构成近