人类使用能源的历程与启示

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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

2、石油和这些发明一道，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

3、社会生产与生活中不可缺少的动力，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

4、社会的 发展.特别是在增强原始人类体质。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

5、寻找新的能源。经过漫长的找寻，终于人们发现了一种能 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

6、，在1698年取得名为“矿工之友”的英国专 利。萨弗里的提水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

7、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

8、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

9、 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，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

10、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

11、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388%。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

12、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.

13、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

14、 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

15、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“零排放“可持续利 用的氢能系统，可广泛作为分布式电源。 综上所述，未来的世纪， 核能、氢能、可再生能源将逐步发展并最终成为主要能源，电力将成 为主要的终端能源。在 21世纪，世界以化石燃料为主体的能源系统 将逐步转变成以可再生能源为主体的能源系统。能源多元化将是 21 世纪世界能源发展趋势.能源的出现与使用促进科技的发展、加快世界工业革命的发展、 改变世界格局。参考文献1 资源科学概论。 科学出版社,2 自然资源学原理 科学出版社,3 自然资源市场，