能源和能源計量器具與能源單位資料

1、能源和能源計量器具與能源單位能源的定義及分類能源是自然界中能夠直接或通過轉(zhuǎn)換提供某種形式能量的物質(zhì)資源， 它包含在一定條件下能夠提供某種形式的能 的物質(zhì)或物質(zhì)的運動，也指可以從其獲得熱、光或動力等形式的能的資源，如燃料、流水、陽光和風等。為了了 解能源的特點和相互關系，便于研究和有效地開發(fā)利用，通常將能源按不同的方式分類。常見的能源分類方式有 以下 7 種。一、按能源的形態(tài)、特性或轉(zhuǎn)換和利用的層次進行分類這種分類方式是世界能源委員會推薦的能源分類方式。1 化石燃料化石燃料又稱礦物燃料，包括固體、液體和氣體燃料。它們分別是古代植物和低等動物的遺體在缺氧條件下， 經(jīng)高溫高壓作用，經(jīng)漫長的地質(zhì)年代演

2、變而成。固體燃料主要指可以或已經(jīng)從天然礦物中開采出來的可作為能源 使用的各種固體原材料，包括泥炭、褐煤、無煙煤、天然焦、煤矸石、炭瀝青、油頁巖等；液體燃料是貯存在地 下儲集層中，通過地面分離設施后在常溫常壓下仍保持液態(tài)的各種烴類混合物，包括石油、油層凝析液，以及由 焦油砂、天然瀝青和油頁巖生產(chǎn)的液態(tài)烴；氣體燃料統(tǒng)稱天然氣，是指地表下巖石儲集層中自然貯存的以碳氫化 合物為主體的氣體混合物。地下蘊藏的化石燃料主要包括煤、石油、天然氣、焦油砂和頁巖油。據(jù)估計，經(jīng)過多年開采，剩下的儲量已非 常有限，而且是以煤為主。化石燃料既可通過燃燒提供熱量，又可作為極其寶貴的化工原料加工提煉出諸如化學 纖維、塑料、

3、尼龍、橡膠、化肥等化工產(chǎn)品。而以化石燃料為主體的能源系統(tǒng)造成了嚴重的全球環(huán)境問題，因而 未來世界能源結構將逐步轉(zhuǎn)向以可再生能源為基礎的持續(xù)發(fā)展的能源體系， 化石燃料將更多地作為化工原料發(fā)揮 作用。2 水能水能也稱水力，是天然水流能量的總稱，通常專指陸地上江河湖泊中的水流能量。自然界的水因受重力作用而 具有位能，因不斷流動而具有動能。水流能量的大小取決于流量和落差這兩個因素。水能屬于再生能源，價廉、 清潔，可用于發(fā)電或直接驅(qū)動機械做功，是可再生能源中利用歷史最長，技術最成熟，應用最經(jīng)濟也最廣泛的能 源。據(jù)估計，全世界水力資源理論蘊藏量為 350000× 108kwh/a ，技術可開發(fā)量

4、約為 150000× 108kwh/a ，經(jīng)濟可開發(fā)量約為 93500 ×108kwh/a， 目前，已開發(fā)利用的水力資源約為技術可開發(fā)量的 14。中國水能資源十分豐富， 理論蘊藏量達 59200× 108kwh/a， 技術可開發(fā)量約為 19200×108kwh/a ，經(jīng)濟可開發(fā)量約為 12600×108kwh/a ，居世界第一位，但目前利用程度不 高，已開發(fā)利用的儲量約占可開發(fā)儲量的14。在電力生產(chǎn)中，水電比重較低，且呈下降趨勢。隨著國民經(jīng)濟高速發(fā)展，我國能源和電力的供需矛盾越來越突出，從我國能源資源狀況來看，應確立優(yōu)先開發(fā)水電的戰(zhàn)略思想， 扭

5、轉(zhuǎn)水電發(fā)展長期落后的局面，使我國豐富的水力資源真正成為發(fā)展經(jīng)濟的動力。3 核能核能包括重核的裂變能和輕核的聚變能。重核的裂變能是指鈾、钚等重元素的原子核發(fā)生鏈式裂變核反應時釋 放出的巨大能量。核裂變能能量密度高，一個鈾原子核裂變時釋放出的能量約是一個碳原子氧化時放出能量的 5 ×107 倍，即 1kg 235U 裂變時釋放出的能量相當于 2500t（標準煤） ；對大氣污染小、燃料運輸量小、發(fā)電綜合成 本低且開發(fā)技術成熟，目前，已大量應用于工業(yè)能源生產(chǎn)。核裂變能主要用于發(fā)電和供熱，由于核裂變能的上述 優(yōu)越性，核電事業(yè)有較大發(fā)展，但由于自然界中所含的核原料有限，并且核裂變產(chǎn)生的放射性廢物

6、會構成對環(huán)境 污染的威脅，并可能引起核擴散，因此核裂變能并非理想的長期能源。輕核的聚變能是指兩個輕原子核聚合成一個較重原子核所釋放出來的能量。常用的核聚變?nèi)剂鲜请碗?。核?變能具有較核裂變能更高的能量密度，單位質(zhì)量的氘聚變時放出的能量約為單位質(zhì)量的 235U 裂變時放出能量的 4 倍， lL 海水中的氘發(fā)生聚變反應放出的能量相當于 300L 汽油完全燃燒時放出的能量，地球表面海水儲量約為 1018t，即使考慮能源消耗水平的逐年增加，地球上的氘也足夠使用1000 億年以上。此外，核聚變能還是一種較核裂變能更清潔、更安全的能源，這主要是因為核聚變反應物基本沒有放射性，反應產(chǎn)物適當處理后對環(huán)境沒有

7、 嚴重的污染問題，反應過程中一旦出現(xiàn)問題，反應會自動地迅速停止。輕核聚變能是一種非常理想的可供人類長 期使用的潛在能源，受控熱核聚變是當前科學界正積極研究的一項重大課題，它的成功將為人類找到一條有效的 長期穩(wěn)定的能源供應途徑。4 電能電能，又稱電力，是以電磁場為載體，以光速傳播的一種優(yōu)質(zhì)能源。目前主要由一次能源通過電磁感應轉(zhuǎn)換而 成，也可通過燃料電池由氣、煤氣、天然氣、甲醇等燃料的化學能直接轉(zhuǎn)換而成，或利用光伏效應由太陽能直接 轉(zhuǎn)換而成。 目前世界上主要發(fā)電形式為火力發(fā)電， 水力發(fā)電和核能發(fā)電。 重點研究的新的發(fā)電方式有磁流體發(fā)電、 熱電子發(fā)電、電氣體發(fā)電、燃料電池等。電能有各種形式，如直流電

8、能、交流工頻電能、高頻電能等。由于電能 來源廣泛，可以方便地由各種一次能源轉(zhuǎn)換而來，又可方便地轉(zhuǎn)換為機械能、熱能、光能、磁能和化學能等其他 能量形式以滿足社會生產(chǎn)和生活的種種需要，還可方便、經(jīng)濟、高效地大規(guī)模遠距離傳輸和分配，且在生產(chǎn)、傳 送、使用過程中易于調(diào)控，在使用過程上沒有污染，已成為人類社會迄今應用最廣泛，使用最方便，最清潔的一 種二次能源。電力的開發(fā)及其廣泛應用是繼蒸汽機發(fā)明之后，近代史上第二次技術革命的核心內(nèi)容。 20 世紀 70 年代興起的新技術革命中，電的應用則是信息傳遞與控制的基礎。5 太陽能太陽能是指太陽內(nèi)部高溫核聚變所釋放的輻射能。太陽向宇宙空間發(fā)射的輻射能中，只有球大氣

9、高層，其中， 30被大氣層反射， 23被大氣層吸收，地球表面截獲的太陽能的功率為20 億分之一到達地8× 1013kW 。太陽能是一種清潔的，可持久供應的自然能源，資源量非常巨大，被大氣層吸收和地球表面截獲的太陽能約有 相當于 12×1013kW 的能量，為目前全世界能源消費總量的20000 倍。太陽能可轉(zhuǎn)換為熱能、機械能、電能、化學能等加以利用，常見的方式有：直接熱利用、熱發(fā)電或通過電池發(fā)電等。太陽能具有以下兩大特點：一是聚集性差，地球表面的太陽輻射功率密度很低，但分布廣泛，集中使用要求占 用較大面積，特別適宜在廣大農(nóng)村和邊遠地區(qū)分散使用；二是太陽能供應的間斷性和不穩(wěn)定性

10、使太陽能的利用受 到季節(jié)和氣候變化的影響，這就要求太陽能利用裝置和系統(tǒng)的設計必須考慮能量的貯存，或與其他能源匹配互補 供能，以滿足用戶的負荷需要。日前，太陽能的利用在許多國家還處于起步階段，開發(fā)與利用技術有待于進一步 研究，隨著科學技術的不斷發(fā)展，太陽能將會被列人常規(guī)能源。6 生物質(zhì)能生物質(zhì)能來源于生物質(zhì)，生物質(zhì)指一切有生命的可以生長的有機物質(zhì)，包括動物、植物和微生物。動物要以植 物為生，而植物則通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)。因此，從根本上說，一切生物質(zhì)能都 來源于太陽能。所有生物質(zhì)均具有一定的能量，而可作為能源利用的生物質(zhì)主要包括木材及森林工業(yè)廢棄物、農(nóng) 作物及其廢棄物、

11、水生植物、城市和工業(yè)有機廢棄物、動物糞便等。在人類發(fā)展歷史中，生物質(zhì)能為人類提供了 基本燃料。目前，生物質(zhì)能消費量約占世界能源消耗的14，多應用于生活和工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。生物質(zhì)能源可以就地開發(fā)和利用，是可再生的廉價能源。其優(yōu)點是使用方便，含硫量低，灰分少，易燃燒，并 可進行多種轉(zhuǎn)化，但缺點是容重小、體積大，貯運不便，傳統(tǒng)的直接燃燒利用方式熱效率極低。為了提高利用效 率和方便運送、貯存和多功能使用，可采用熱轉(zhuǎn)換法，如干餾、 熱解，獲得燃料油和可燃氣體，或在厭氧環(huán)境下， 經(jīng)微生物分解產(chǎn)生沼氣。淀粉、谷物之類的生物質(zhì)可在霉菌和酵母菌的作用下發(fā)酵產(chǎn)生酒精。目前地球上綠色植物的光合作用效率還比較低，利用植物

12、生產(chǎn)生物質(zhì)能的潛力還很大，進行能源種植和開發(fā)植 物能源都是行之有效的辦法。 能源種植就是通過光合作用， 直接把太陽能的光能轉(zhuǎn)化為像石油那樣的烴， 如 1978 年，美國科學家卡爾文培育出好幾種能提取液體燃料的植物，并因此獲得諾貝爾獎，這類被人們稱作“石油草” 的植物，割開表皮就會源源流出一種可直接用作汽車燃料的白色含烴乳狀液?？芍苯由a(chǎn)“燃料油”的植物也被 大量發(fā)現(xiàn)，如巴西科學家在亞馬遜河熱帶叢林里發(fā)現(xiàn)的一種名為“苦配巴”的石油樹，其汁液不需加工即可用來 發(fā)動柴油機， 6 個月后還可再次采油。7 風能風能是由于太陽輻射造成地球各部分受熱不均勻， 引起大氣層中的壓力不平衡而使空氣運動形成風所攜帶

13、的能 量，它是太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式。風能是一種可再生的清潔能源，儲量大、分布廣，但能量密度低，并且不穩(wěn)定， 是一種間歇性的自然能。 只有當?shù)孛嬉陨?20 30m高度處約平均風速達到 5m/s 時，風能才值得較大規(guī)模地利用。 風能主要用于發(fā)電、提水、制熱和航運。風力發(fā)電目前已用于充電、照明、無線電通訊、衛(wèi)星地面站電源、燈塔 電源及海水淡化等。在美國加利福尼亞州，風力發(fā)電已獲得大規(guī)模商業(yè)應用，據(jù)初步估計，中國的風能資源蘊藏 量約相當于 10× 108kW ，有可能利用的約占 10% ，相當于 1× 108kW 左右。為緩解中國能源短缺的狀況，應加強 風能的開發(fā)利用，尤其應在邊遠

14、、偏僻地區(qū)以及海島。草原上加快開展風能的利用工作。8 海洋能海洋能是指蘊藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、潮流能（海流能） 。海洋溫差能和海水鹽度差 能等。其中前 3 種是機械能，海洋溫差能是熱能，海水鹽度差能是滲透壓能。潮汐能和潮流能主要來源于月球的 引力，其它都是直接或間接來源于太陽的輻射能。海洋是巨大的能源寶庫，海洋能的特點是能量密度低?？偺N藏 量大，能在同一地點進行綜合利用。由于海洋能的存在形式不同，在技術上轉(zhuǎn)換的方法也不同。雖然早在 10 世 紀以前人們就開始利用海洋能，如潮汐能磨坊和潮汐能提水，但除潮汐能發(fā)電和小型波浪能發(fā)電外，多數(shù)海洋能 利用技術尚處于研究試驗階段，科學

15、地開發(fā)利用海洋能是現(xiàn)代技術所要解決的重要課題。9 地熱能地熱能是貯存于地球內(nèi)部的巖石和流體中的熱能。它是驅(qū)動地球內(nèi)部一切熱過程的動力源。地球基巖的熱能通 過熱傳導進入大氣和海洋，火山或活動地熱田的熱能則通過對流進入周圍環(huán)境。地熱能包括天然蒸汽、熱水、熱 鹵水等， 以及由上述產(chǎn)物帶出的與流體相伴中的副產(chǎn)品， 按地熱能的性質(zhì)和貯存狀態(tài)可分為兩類： 一類是水熱型， 包括蒸汽型、水熱型、地壓型；另一類是熱巖型，包括干熱巖型和巖漿型。地熱蒸汽和地熱水已在開發(fā)利用，前 者品位高，資源少，后者品位雖低，但量大面廣。干熱巖和地壓水的利用目前處于試驗研究階段，熔巖的利用則 處于基礎研究階段，近期內(nèi)不可能有實用價

16、值。地熱能屬于不可再生的一次能源，具有以下特點：一是資源極為 豐富。二是受地理位置、地質(zhì)條件等因素的影響很大，在各國、各地區(qū)呈離散型分布。三是除用以發(fā)電外，還可 綜合利用， 如地熱水可用于供暖、 農(nóng)田灌溉以及金屬回收等。 四是由于某些技術上的原因， 至今尚不能廉價獲取。 目前，由于先進科學技術的引進和能源需求倍增，地熱作為新能源利用的形式已越來越廣泛，并從自發(fā)利用轉(zhuǎn)變 成有計劃地利用，充分利用地熱能已成為新能源開發(fā)的一個重要領域。二、按形成條件分類按形成條件可分為一次能源和二次能源。1 一次能源一次能源指從自然界取得的未經(jīng)任何改變或轉(zhuǎn)換的能源，如原煤、原油、天然氣、生物質(zhì)能、水能、核燃料， 以

17、及太陽能、地熱能、潮汐能等。某些一次能源所含的能量間接來自太陽能，由太陽能自然轉(zhuǎn)換，即不通過人工 轉(zhuǎn)換形成，又稱為一次直接能源，如煤炭、石油。天然氣、生物質(zhì)能、水能、風能、海洋能等均屬此類。在人類社會生產(chǎn)和生活中，因工藝或環(huán)境保護的需要，或為方便輸送、使用和提高勞動 生產(chǎn)率等原因，常有必要對一次能源進行加工或轉(zhuǎn)換使之成為二次能源。隨著科學技術的進 一步發(fā)展和人類社會的日益進步，直接使用一次能源的比重必將越來越下降。一次能源可采取兩種方式進行分類，即根據(jù)成因分類和根據(jù)其能否循環(huán)使用和不斷得到補充分類。（ 1）根據(jù)成因可分為 3 類：第一類來自太陽熱核反應釋放的能量， 包括直接到達地球的太陽輻射能

18、， 由太陽輻射能轉(zhuǎn)換而來的原煤、 原油、 天然氣、 生物質(zhì)能， 以及太陽能的熱效應在大氣、 陸地與海洋三者之間的界面產(chǎn)生的風能、 波浪能和洋流的動能。第二類是蘊藏在地球內(nèi)部的巖石和流體中的地熱能，以及放射性礦物蘊藏的核能。 第三類是月球、太陽和地球的相互作用產(chǎn)生的潮汐能。（ 2）根據(jù)其能否循環(huán)使用和不斷得到補充分為：再生能源，也稱“可再生能源” ，是指在自然界生態(tài)循環(huán)中能不斷再生，并有規(guī)律地得到補充，不致因不斷 開發(fā)而枯竭的一次能源。它包括水能、太陽能、潮汐能、生物質(zhì)能、地熱能等，古代農(nóng)業(yè)社會主要依靠再生能源， 進入工業(yè)社會后，逐漸為短期內(nèi)無法再生的化石燃料所替代。隨著新技術革命的進展，再生能

19、源的利用將得到新 的發(fā)展。 由于再生能源可以再生并有規(guī)律地得到補充， 不用就會被白白浪費掉， 因此， 應抓緊時間盡早開發(fā)利用。非再生能源，也稱“不可再生能源” ，是指自然界經(jīng)億萬年形成而儲存下來的，因數(shù)量有限，將隨著人類不 斷開采而枯竭，短期內(nèi)又無法再生的一次能源。包括原煤、原油、天然氣等化石燃料和核燃料。非再生能源為創(chuàng) 造人類現(xiàn)代物質(zhì)文明發(fā)揮著重要的作用，其使用量目前占整個能源消費總量的比重很大。由于它不可能在短期內(nèi) 循環(huán)再生，應注意合理開發(fā)，高效利用。2 二次能源二次能源也稱“次級能源”或“人工能源” ，是由一次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換得到的其他種類和形式的能源，包 括煤氣、焦炭、汽油、煤油、柴

20、油、重油、電力、蒸汽、熱水、氫能等。一次能源無論經(jīng)過幾次轉(zhuǎn)換所得到的另 一種能源，都被稱作二次能源。在生產(chǎn)過程中的余壓、余熱，如鍋爐煙道排放的高溫煙氣，反應裝置排放的可燃 廢氣、廢蒸氣、廢熱水，密閉反應器向外排放的有壓流體等等，也屬于二次能源。二次能源的轉(zhuǎn)換形式很多，如煤可轉(zhuǎn)換成焦炭、煤氣、電力、蒸汽、熱水；原油經(jīng)過精餾分離可得到汽油、煤 油、柴油、重油等等。在一次能源轉(zhuǎn)換成二次能源的過程中，總會有轉(zhuǎn)換損失，如用煤發(fā)電時，煤的一部分能量 殘存在未燃盡的煤粒中，一部分以熱的形式從煙囪中損失掉，或通過鍋爐及蒸氣管道的輻射而散發(fā)掉。二次能源的利用程度取決于一個國家的經(jīng)濟、科學技術、國防和人民生活水平

21、等因素。由于二次能源一般比一 次能源有更高的終端利用效率，也更清潔和便于輸送、使用，隨著科學技術的進一步發(fā)展和社會生活的日益現(xiàn)代 化，二次能源使用量占整個能源消費總量的比重必將與日俱增。三、按使用性能分類1 燃料能源 燃料是指燃燒時能產(chǎn)生熱能和光能的物質(zhì)。作為燃料使用，并主要以熱能形式提供能量的能源即為燃料能源。燃料能源既可按來源分為礦物燃料（如煤、油、氣等） 、生物燃料（如藻類、木料、沼氣、各種有機廢物等）以 及核燃料（如鈾、钚等） ，也可按形態(tài)分為固體燃料（如煤、木料、鈾等 、液體燃料（主要是石油及其產(chǎn)品，常 用的還有甲醇、水煤漿和煤炭液化燃料等以及氣體燃料（如天然氣、氫氣及煤炭氣化制得的

22、煤氣等） 。燃料能 源中，除核燃料包含原子能外，其他燃料都包含著化學能，有的也同時包含著機械能。人們通過燃燒將燃料中的 能量轉(zhuǎn)換成熱能直接加以利用，或再由熱能轉(zhuǎn)換成機械能、電能加以利用。燃料能源是人類目前和今后相當長時 期內(nèi)的基本能源。2 非燃料能源 不作為燃料使用，直接產(chǎn)生能量提供人類使用的能源，如水能、風能、潮汐能、海洋 能、激光能等。其中多數(shù)包含機械能，有的也包含著熱能、光能、電能。四、按利用狀況分類1常規(guī)能源 常規(guī)能源又稱傳統(tǒng)能源，是指在現(xiàn)有經(jīng)濟和技術條件下，已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛使用的能源，如煤炭、石油、天 然氣、水能和核裂變能。常規(guī)能源是人類目前利用的主要能源，在討論能源問題時，主要

23、也是指的這些能源。2新能源 新能源指在新技術基礎上系統(tǒng)地開發(fā)利用的能源，是正在開發(fā)利用但尚未普遍使用的能源?，F(xiàn)在世界上重點開發(fā) 的新能源有：太陽能、風能、海洋能、地熱能、氫能等。新能源大多是天然的和可再生的，是未來世界持久能源 系統(tǒng)的基礎。隨著科技水平的提高，新能源和可再生能源供應量將不斷提高。常規(guī)能源和新能源的概念是相對的， 首先會因為各地區(qū)、 各國家的能源利用歷史和科學技術水平高低而異。 例如， 核能在工業(yè)發(fā)達國家已列人常規(guī)能源，而在大多數(shù)發(fā)展中國家則仍被視作新能源。其次，隨著技術的進步和生產(chǎn) 利用的擴大，新能源會演變成為常規(guī)能源，仍以核裂變能為例， 20 世紀 50 年代初開始用來生產(chǎn)電

24、力時，被認為 是一種新能源，隨著核電的迅速發(fā)展，現(xiàn)在不少國家已把它列人常規(guī)能源的范圍。由于常規(guī)能源中，化石燃料和核燃料的儲量有限，隨著人類的不斷開發(fā)利用，其資源會日趨減少，以至枯竭。未 來的能源將逐步過渡到以新能源為基礎的持久能源系統(tǒng)。 各種新能源的開發(fā)研究無論在緩和近期能源供求矛盾方 面，還是在建設持久能源系統(tǒng)方面都具有十分重要的戰(zhàn)略意義。五、按資源形態(tài)分類1載體能源 載體能源指提供能量的含能物質(zhì)，如各種燃料、蒸汽等可以直接儲存和運輸?shù)奈镔|(zhì)。煤、石油、天然氣和電是目 前使用最廣的載體能源，隨著科學技術的發(fā)展，氫和微波會成為重要的載體能源。2過程能源 過程能源指提供能量的物質(zhì)運動，如水流、風力

25、、潮汐、波浪等。過程能源存在于物質(zhì)的運動過程中，一般很難 儲存和運輸。六、按對環(huán)境的影響程度分類1清潔能源 清潔能源是指在開發(fā)使用過程中，對環(huán)境無污染或污染程度很小的能源。如太陽能、風能、水能、海洋能以及氣 體燃料等。用太陽能直接分解水制氫和核聚變能利用的研究如果成功，則太陽的能量和地球上的水都可成為人類 取之不盡用之不竭的清潔能源。2非清潔能源非清潔能源是指在開發(fā)使用過程中， 對環(huán)境污染程度較大的能源， 如煤、石油等。 隨著世界環(huán)保呼聲的逐漸高漲， 非清潔能源的開發(fā)和利用將逐步受到限制七、按流通狀況分類1商品能源 商品能源是作為商品經(jīng)流通環(huán)節(jié)大量消費的能源，在一定經(jīng)濟條件下產(chǎn)生和存在，是社會

26、分工和產(chǎn)品屬于不同所 有者的結果，目前主要有煤炭、石油、天然氣、水電和核電 5 種。自產(chǎn)業(yè)革命以來，直至 20 世紀 50 年代，煤炭 始終是最重要的商品能源。此后由于內(nèi)燃機的推廣應用，促進了石油和天然氣的大規(guī)模開采，石油取代煤炭而成 為最重要的商品能源。但由于石油和天然氣的資源相對較少，加之 1973 年以后兩次石油危機的沖擊，使得煤炭 又重新受到重視，并促進了能源結構的多樣化。2非商品能源 非商品能源不作為商品交換的能源，即自己生產(chǎn)、加工和利用的能源。一般指來源于植物或動物的能源，有時指 農(nóng)業(yè)、林業(yè)或相應加工業(yè)的某些副產(chǎn)品，如就地利用的薪柴、農(nóng)業(yè)廢棄物等，通常是可再生的。非商品能源來源 廣

27、泛，但利用效率較低，在發(fā)展中國家農(nóng)村地區(qū)的能源消費中占有很大比重。例如， 2005 年中國農(nóng)村能源消費將 近一半是非商品能源， 農(nóng)村生活用能源 80依靠生物質(zhì)能， 燒掉薪柴 131.4Mt（ 標準煤），秸稈 131.6Mt（ 標準煤）。 非商品能源作為能量平衡的輸人量很難定量表示，有關的換算系數(shù)的數(shù)值難以確定，且使用效率的變化也很大， 故對其進行核算和利用情況的考察非常困難。商品能源和非商品能源的劃分也是相對的，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，商品能源所占比重會越來越大。上述各種能源 分類都是相對的，不能絕對化地理解。任何一種具體的能源都可因分類角度不同而兼屬各種類別，如太陽能既是 一次能源，又是可再生能

28、源，還是新能源，隨著社會發(fā)展和科學技術進步，某種具體能源所屬的類別也會改變， 如氫能，目前屬于新能源，隨著氫能制取、貯存、運輸和利用技術逐步成熟，使用范圍逐步廣泛，也可能成為常 規(guī)能源。能源計量器具單位 一般的說，以測量對象的不同來劃分的計量器具，其計量單位應是統(tǒng)一的，也就是說能源計量儀表的單位應該是 焦耳。但由于能源存在形式的不同，決定了能量寄載體的多樣性，為了照顧到人們使用的方便和習慣，對不同寄 載體的能源選用了習慣性的法定計量單位。能源的計量單位是指為計算能源的數(shù)量而選定作為參考的量。按照能源的計量方式，能源計量單位可以有 3 種表 示方法：一是用能源的實物量來表示，例如煤的噸數(shù)（t），

29、天然氣的立方米數(shù)（ m3）；二是用熱功單位來表示，如焦耳（ J）、千瓦時（ kWh ）等；三是用能源的當量值表示，常見的如煤當量和油當量。按照能源計量單位的使 用范圍，可分為國際公認的國際標準計量單位和一個國家自行規(guī)定的法定計量單位兩種。下面按照能源的計量方 式介紹幾種常用的國際標準計量單位和我國的法定計量單位及相互之間的換算關系。一、能源的實物量單位由于各種能源的形態(tài)不一， 對能源實物量進行計量時， 往往采用不同的計量單位， 例如對固體能源采用質(zhì)量單位， 氣體能源采用體積單位，而對同一種能源，各個國家和地區(qū)所用的計量單位也不一致。表 1 所示即為不同國家和 地區(qū)對常見的能源實物量計量單位的采

30、用情況。表 1 常見的能源實物量計量單位及采用情況能源形式 單位 使用國家和地區(qū) 固體能源 液體能源 噸（t） 世界各地 原油 噸（t） 中國、前獨聯(lián)體、東歐各國 桶（ bbl ） 西方各國 成品油 升（L）中國、前獨聯(lián)體、東歐各國加侖（ gal ）西方各國標準立方米（ STm3 ） 中國、前獨聯(lián)體等 氣體能源 標準立方英尺（ scf ） 西方各國 電力 千瓦時（ kWh ） 世界各地 注： （1）表中桶是指石油桶，約等于 l59kg 。（2）加侖分美國加侖（ US gal ）和英國加侖（ UK gal ），1US gal=3.785L, 1UK gal=4.546L 在計算石油產(chǎn)、供、銷數(shù)量

31、時，國際上主要采用兩種方法計量：一是按容積計算，主要以 bbl 為單位，英制 lbbl 合 163.654L ， 42.7UK gal ；美制 lbbl 合 158.988L ，41.5US gal ；一是按重量計算，主要以 t 為單位。計算原油日產(chǎn) 量、出口量等習慣用 bbl，計算年產(chǎn)量、消費量則習慣用t。國際上將沙特阿拉伯產(chǎn) 34° API（相對密度 0.855）的輕質(zhì)原油定為國際標準原油。作為能源度量單位，lbbl 國際標準原油的概念等同于 lbbl 油當量，簡記為加 boe。兩種單位的折算，一般以國際標準原油密度為準，這種油每 噸折合 7.33 桶。API 度是美國石油學會為

32、測定原油重度所設立并采用的標度。 API 度的范圍從 0.0100.0（ 與 4時的水相比，相 當于密度從 1.076 0.6112）。API 度與原油密度（）有如下關系： =141.5/（131.5+ °API）根據(jù)原油的密度和 API 度，對原油分類如下：（1）重質(zhì)原油。為 1000920kg m3，API 度為 10 22.3。（2）中質(zhì)原油。為 920 870kg m3， API 度為 22.3 33.1。（3）輕質(zhì)原油。< 870kg m3，API 度大于 33.1。由于 API 度與原油品質(zhì)關系密切，國際原油市場價格與 API 度有密切的關系，但通常以產(chǎn)地來區(qū)分原油

33、的種類。二、能量單位能量的計量單位有許多種，具有確切定義和當量值的單位主要有以下3 種，它們之間可以相互換算。1焦耳（ J） 這是具有專門名稱的國際制導出單位，也是中華人民共和國法定計量單位規(guī)定的表示能、功和熱量的基本單 位。定義為 1牛頓（ N）的力作用于質(zhì)點，使它沿力的方向移動1米（ m）距離所做的功；或者用 1安培（ A）電流通過 1 歐姆（）電阻 1秒鐘（ s）所消耗的電能。用其它國際制單位表示的關系式為N·m；用國際制基本單位表示的關系式為 kg · m2/s2 。由于焦耳的數(shù)值很小，通常采用焦耳的倍數(shù)來表示，如兆焦耳（MJ ，106J），吉焦耳（ GJ， 109

34、J）或太焦耳（ TJ， 109J）。2千瓦小時（ kWh ） 這是電量的計算單位。 3.6×106J 等于 1kWh 。用國際制基本單位表示的關系式為kg·m2/s2。由于千瓦小時單位較小，通常采用兆瓦小時（ MW · h）。萬千瓦小時（ 104kW· h。），吉瓦小時（ GW ·h），億千瓦小時（ 108 kW · h），10 億千瓦小時間（ TW · h）。 3卡（ cal ）卡是熱量單位，定義為 1 克（ g）純水在標準氣壓下，溫度升高1 攝氏度（）所需的熱量。我國現(xiàn)行熱量單位卡有 20卡、國際蒸汽表卡及熱化學卡。（1

35、 ） 20卡（ Cal20）：是指 1g 純水溫度從 19.5升高至 20.5所需要的熱量，與焦耳的換算關系為1Cal20= 4.1816J（2）國際蒸汽表卡（ cal rr）：是在 1956 年倫敦第五界國際蒸汽大會上規(guī)定的熱量單位，與焦耳的換算關系為 1Calrr= 4.1868J（3）熱化學卡（ calth）：是在 1910 年到 1948 年間，考慮到以往人們使用卡的習慣，繼續(xù)保留卡的名稱，人為地 規(guī)定了 1 卡等于多少焦耳，但不再與水的比熱有關系，故稱作熱化學卡、 “干”卡或規(guī)定卡，與焦耳的換算關系 為1Calth= 4.1840J4英熱單位（ Btu ）定義為在標準大氣壓下， ll

36、b 水當其溫度從 32°F 生高到 212°F 時所需熱量的 1 180。能量單位換算關系見表 2。 表2 能量單位換算關系能量單位 焦耳 J 千瓦·時 國際蒸汽表千卡， kcal rr 熱化學千卡， kcal th20千卡kCal20英熱單位 Btu焦耳J12.778 ×10-72.3885 ×10-42.3901 ×10-42.3914 ×10-49.4781 ×10-4 千瓦·時3.6 ×1068.5985 ×1028.6042 ×1028.6091 ×102

37、3.4121 ×103 國際蒸汽表千卡， kcal rr4.1868 ×1031.1630 ×10-311.00071.00123.9683熱化學千卡，kcal th4.1840 ×1031.1622 ×10-39.9933 ×10-111.00063.965720千卡kCal204.1816 ×1031.1616 ×10-39.9876 ×10-19.9943 ×10-113.9671英熱單位 Btu1.0551 ×1032.9307 ×10-42.5200 ×1

38、0-12.5217 ×10-12.5231 ×10-11能量的傳遞主要是靠做功和傳熱兩種形式，當熱量和功量采用的能量單位不同時就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換系數(shù)，這個轉(zhuǎn)換系 數(shù)即是熱功當量，他表示單位熱量完全轉(zhuǎn)化為功時相當?shù)墓α俊峁D(zhuǎn)換公式如下：Q=AW式中 Q 熱量；W 功量；A 熱功當量。如熱量單位用卡，功的單位用焦耳，則根據(jù) 1956 年同際計量委員會的規(guī)定： 1cal=4.1868J，熱功當量 A=4.1868J/cal 。按照中華人民共和國法定計量單位的規(guī)定，焦耳（J） 和千瓦小時（ kW ·h） 是許用單位，卡（ cal） 和英熱單位（ Btu ）是不允許使用的單位。

39、國際單位制（ SI）中，熱和功都采用相同的能量單位焦耳，A=1 ，因此，采用法定計量單位就不再有熱功當量的概念。為了保證信息傳遞的傳遞一致性和準確性我們在能源計量工作中應 認真執(zhí)行國家有關規(guī)定，采取法定計量單位。三、當量單位 不同能源的實物量是不能直接進行比較的。由于各種能源都有一種共同的屬性，即含有能量，且在一定條件下都 可以轉(zhuǎn)化為熱。為了便于對各種能源進行計算、對比和分析，我們可以首先選定某種統(tǒng)一的標準燃料作為計算依 據(jù)，然后用各種能源實際含熱值與標準燃料熱值之比， 即能源折算系數(shù)， 計算出各種能源折算成標準燃料的數(shù)量。 所選標準燃料的計量單位即為當量單位。國際上習慣采用的標準燃料有兩種，

40、一種是標準煤，另一種是標準油。由于我國能源結構是以煤為主、煤炭在全 國的使用比較普遍和廣泛，最常用的單位是標準煤。下面就從能源熱值的概念和標準燃料的規(guī)定開始，分析標準 煤和標準油的含義及能源實物單位與標準煤及標準油的換算關系。1低位熱值與高位熱值 燃料燃燒會釋放出一定數(shù)量的熱量，單件質(zhì)量（指固體或液體）或單位體積（指氣體）的燃料完全燃燒，燃燒產(chǎn) 物冷卻到燃燒前的溫度（一般為環(huán)境溫度）時所釋放出來的熱量，就是燃料熱值，也叫燃料發(fā)熱量。 燃料熱值有高位熱值和低位熱值兩種。 高位熱值是指燃料完全燃燒， 且燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣凝結成水時的發(fā)熱量， 其數(shù)值由測量獲得。低位熱值是指燃料完全燃燒，燃燒產(chǎn)物中的

41、水蒸氣仍以氣態(tài)存在時的發(fā)熱量，它等于從高位 熱值中扣除水蒸氣凝結熱后的熱量。燃料高位熱值和低位熱值的關系可由下式表述：式中，燃料的低位與高位熱值， kJ/kgr 水蒸氣凝結熱， kJ/kg ；W燃料燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣含量，kg/kg 。由于燃料大都用于燃燒，各種爐窯的排煙溫度均超過水蒸氣的凝結溫度，不可能使水蒸氣的凝結熱釋放出來，所 以在能源利用中一般都以燃料的應用基低位熱值作為計算依據(jù)。燃料的應用基是指以使用狀態(tài)的燃料為基準的表示方法。 如煤的應用基低位熱值就是從處于使用狀態(tài)的煤中取出 具有代表性的煤樣為應用煤樣，以一定量的這種煤樣作低位熱值的測定，所得之值就是該煤樣以應用基表示的低 位熱值

42、。2當量熱值與等價熱值 當量熱值是指某種能源本身所含的熱量。具有一定品位的某種能源，其當量熱值是固定不變的，如汽油的當量熱 值是 42054kJ/kg ，電的當量熱值即是電本身的熱功當量3600kJ（ kWh ）。等價熱值是指為了獲得一個度量單位的某種二次能源（如汽油、柴油、煤油、焦碳、煤氣、電力。蒸汽等）或耗 能工質(zhì)（如壓縮空氣、氧氣、各種水等）所消耗的，以熱值表示的一次能源量。耗能工質(zhì)是指生產(chǎn)過程中所消耗 的，不作原料使用，也不進入產(chǎn)品，制取時又需要消耗能源的工作物質(zhì)。只有作為能量形式使用的耗能工質(zhì)才具 有等價熱值和當量熱值。由于等價熱值，實質(zhì)上是除當量熱值外，加上了能源轉(zhuǎn)換過程中的能量損

43、失，因此等價熱值是個變動值，它與能 源加工轉(zhuǎn)換技術有關。隨著技術水平的提高，等價熱值會不斷降低，而趨向于二次能源所具有的能量。例如，電 的等價熱值就是在不斷變化的，我國 1978 年發(fā)電煤耗（標準煤）為 0.429kg（ kw ·h），每千克標準煤為 29308kJ， 這時電的等價熱值為 12573kJ（ kw ·h）。隨著發(fā)電效率的不斷提高， l983 年的發(fā)電煤耗 （標準煤） 下降為 0.404kg （ kw ·h），表明電的等價熱值已下降為 11840kJ（ kw·h）。有些國家選取固定的數(shù)值，如日本發(fā)電效率較高， 取發(fā)電煤耗為 0.35 kg/（

44、kw·h）。目前我國取 0.404kg （ kw · h）是比較固定的。這里還需要強調(diào)指出，由于電 的當量熱值為 3600kW （ kw· h）,相當于標準煤 0.1229kg/ （ kw ·h ） ,電力的當量熱值與等價值相差約 3 倍。 等價熱值可由下面的計算公式求得可見， ：等價熱值 =當量熱值 / 轉(zhuǎn)化效率例 1 如果焦碳的低位發(fā)熱量為 29308kJ/kg ，煉焦爐效率為 0.85，則1kg 焦碳的等價熱值 =29308 ÷0.85=34480kJ/kg例 2 如果 1kg 低壓飽和蒸汽所具有的能量為 272kJ ，實測鍋爐效率為 0

45、.72，則 1kg 低壓飽和蒸汽的等價熱值 =650 ÷ 0.72=3779kJ/kg 嚴格地說，等價熱值應按實測數(shù)據(jù)計算。在無實測數(shù)據(jù)時，可取一些參考數(shù)據(jù)。3標準煤與標準油 標準煤（又稱煤當量）是指按照標準煤的熱當量值計算各種能源量時所用的綜合換算指標。標準煤迄今尚無國際 公認的統(tǒng)一標準， 1kg 標準煤的熱當量值，聯(lián)合國、中國、日本，西歐和前獨聯(lián)體諸國等大陸國家按 29.3MJ25.5MJ（6100kcal） 計算，所以GB2589-1990 ）綜合能耗（ 7000kcal ）計算，而英國則是根據(jù)用作能源的煤的加權平均熱值確定的，一般按 同樣是標準煤，由于熱當量值的計算方法不同，

46、差別相當可觀。中華人民共和國標準（計算通則規(guī)定，應用基低（位）發(fā)熱量等于29.3076MJ （兆焦）的燃料，稱為1kg（ 千克）標準煤。在統(tǒng)計計算tce。與標準煤相似，到目中可采用 t（噸） （標準煤）做單位，用符號表示即為 標準油（又稱油當量）是指按照標準油的熱當量值計算各種能源量時所用的綜合換算指標。41.87MJ(10000kcal/kg )常用單位前為止國際上還沒有公認的油當量標準。中國采用的油當量（標準油）熱值為 有油當量（ toe）和桶油當量 （boe） 。4標準煤和標準油折算方法 要計算某種能源折算成標準煤或標準油的數(shù)量，首先要計算這種能源的折算系數(shù)，能源折算系數(shù)可由下式求得：

47、能源折算系數(shù) =能源實際含熱值 /標準燃料熱值然后再根據(jù)該折算系數(shù)，計算出具有一定實物量的該種能源折算成標準燃料的數(shù)量。其計算公眾如下： 能源標準燃料數(shù)量 =能源實物量×能源折算系數(shù)由于各種能源的實物量折算成標準煤或標準油數(shù)量的方法相同，下面僅以標準煤折算方法為例加以說明。 按照中華人民共和國標準 GB2589-1990 綜合能耗計算通則規(guī)定，任一規(guī)定的體系實際消耗的燃料能源均應按 應用基低（位）發(fā)熱量為計算依據(jù)，折算為標準煤量。任一規(guī)定的體系實際消耗的二次能源及耗能工質(zhì)均按相應 的能源等價值折算為一次能源。我們在計算消耗量時，能源標準煤折算系數(shù)（以下簡稱折標煤系數(shù)）要分別采取 當量

48、計算和等價計算兩種方法。（1）燃料能源的當量計算方法，即以燃料能源的應用基低位發(fā)熱量為計算依據(jù)。例如，我國原煤 1kg 的平均低位發(fā)熱量為 20910kJ（5000kcal ），則原煤的折標煤系數(shù) =20910÷ 29307.6=0.7143 如果某企業(yè)消耗了 10000t 原煤，折合為標準煤即為10000 × 0.7143= 7143t （標準煤） （2）二次能源及耗能工質(zhì)的等價計算方法，即以等價熱值為計算依據(jù)。 例如，目前我國電的等價熱值為11825.08kJ（ 2828kcal） , 則電的折標煤系數(shù) =11825.08 ÷29307.6=0.404如果一個

49、單位消耗了 1× 104kWh 電量，折算成標準煤即為：10000× 0.404=4040kg （標準煤）又如某廠以壓縮空氣作為耗能廠質(zhì)，假設 1m3 壓縮空氣的等價熱值為 1172.3kJ，那么 該壓縮空氣的折標煤系數(shù) =1172.3 ÷29307.6=0.0400如果該廠消耗了 5000m3 壓縮空氣，折算成準煤即為5000 ×0.0400=200kg （標準煤） 需要注意的是，二次能源及耗能工質(zhì)的等價計算方法主要應用于計算能源消耗量，在考查能量轉(zhuǎn)換效率和編制能 量平衡表時，所有能源折算為標準煤時都應以當量熱值為計算依據(jù)。國家經(jīng)委、國家統(tǒng)計局在 19

50、86 年重點工業(yè)、交通運輸企業(yè)能源統(tǒng)計報表報表制度中規(guī)定了各類能源折算標準 系數(shù)，詳見表 3 。表3 能源折算標準煤參考系數(shù)。能源名稱平均低位發(fā)熱量 折算標準煤系數(shù) 原煤 20934 kJ/kg 0.7143 kgce/kg 洗精煤 26344 kJ/kg 0.9000 kgce/kg 洗中煤 8363 kJ/kg 0.2857 kgce/kg 焦碳 28470 kJ/kg 0.9714 kgce/kg 原油 41868 kJ/kg1.4286 kgce/kg 汽油 43124 kJ/kg 1.4714 kgce/kg 煤油 43124 kJ/kg 14714 kgce/kg 柴油 42705kJ/kg 1.4571 kgce/kg 重油 41868 kJ/kg1.4286 kgce/kg