作者：吴建春
出版社：重庆大学出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
光伏发电系统建设实用技术试读：
前言
由于化石能源的有限性和对环境恶化（气候变暖）造成的影响，而人口不断增长，造成能源短缺、油价持续上涨等现状。与此同时，太阳能取之不尽、用之不竭，无噪音、零排放，故全球都渴求光伏发电产业的发展，以减少人类对化石能源的依赖。就欧洲光伏工业协会（EPIA）预测，全球到2020年，光伏发电系统总装机容量将达195GW，光伏发电量为274TW·h，相当于2020年全球发电量的1％，到2040年光伏发电量为7368TW·h，相当于2040年全球发电量的21％。
我国近几年光伏发电产业发展迅速，在国家相关政策的支持下，仅2011年西部地区总装机容量就超过了1GW，今年建成、在建并网光伏发电项目的总装机容量也超过了1GW，这一切表明我国将在光伏发电系统设备、材料及产品生产应用方面成为全球光伏产业大国和未来的强国。
光伏产业蓬勃发展，太阳能的应用领域越来越广，与之不相适应的是：全国1200多所高职院校中，真正开设光伏发电技术应用专业的学校不超过30家。光伏产业因为国内缺少专业高技能人才，一般只好招用电子、化工等专业的毕业生加以代替，再根据实际需要加以培养。光伏产业大部分需要的是复合型技能人才，巨大的缺口亟待高职毕业生填补，相对于本科毕业生，高职毕业生有动手能力强的特点。
为适用甘肃酒泉地区及周边对于光伏人才的需要，酒泉职业技术学院设置有太阳能应用技术、光伏材料加工与应用专业，并于2011年10月成立了新能源工程系。基于目前国内光伏专业所用光伏技术特别是有关光伏系统建设的教材比较缺乏，出版的教材也多为理论性强、缺少光电场建设实际指导的教材。为了更好地满足高职教育与社会用人的需要，推动光伏产业的发展，提升太阳能光伏技术与应用专业学生的操作技能和综合素质，我们联合东方电气集团及上海电力设计院等有关专家组织编写了本教材。
在编写教材时，按照光伏发电系统组成部件安排教学内容，在内容的安排和深度的把握上，结合光伏发电系统建设实际传授必备的理论知识，讲解实际施工方法。使得教学过程系统完整，又与实际结合紧密。《光伏发电系统建设实用技术》是我们为太阳能应用技术、光伏材料加工与应用专业等光伏产业相关专业开发的系列教材之一。编者曾参与大型并网光伏电站的建设，并长期从事太阳能专业教学，教材综合了建设过程中的经验，体现了教学的需要、特色。
教材从能源知识这一全新的角度入手设计教学内容，共设计了7章内容，包括能源发展、离网光伏发电系统、储能技术、光伏控制器、离网光伏逆变器、离网光伏发电系统的设计、光伏建筑一体化等内容。兼顾职业学生的特点，将繁琐的理论知识、原理，通过各种图表表现出来，并加入实物图及实例，便于学生理解和体会。
本书由酒泉职业技术学院、上海电力设计院、东方电气集团组织编写，由酒泉职业技术学院吴建春教授任主编、吴红副教授、王莉、祁正荣编写。在编写过程中得到了甘肃电力公司、合肥阳光能源有限公司的大力支持，参阅了大量专家、前辈的著作和文献，在此表示最诚挚的感谢。
本教材不仅为提升学生的操作技能和综合素质提供了理论范本和实用手册，也填补了目前国内应用型光伏系统建设教材的空白，还满足了高职教育与社会用人的需要，对推动甘肃乃至全国光伏产业的发展有着积极的意义。
本书既可作为高职院校太阳能应用专业的教材，又可作为光伏发电系统建设的指导书。
由于编者水平有限和时间仓促，不妥之处在所难免，恳请广大读者提出宝贵意见，以便今后不断修改和完善。编者联系邮箱：jqxywujc@163.com。编者2014年7月第1章能源发展
☆本章概述
1．能量、能源、资源的基本概念及相互关系，能源与人类社会的发展。
2．能源在工业化进程中的作用是工业革命还是能源革命？
3．英国、美国与工业革命，英国、美国为何在工业革命后迅速成为经济强国。
4．21世纪能源革命展望，太阳能光伏发电将引领低碳经济。
★学习目标
1．掌握能量、能源、资源等知识内容。了解能源在人类社会发展过程中所起的作用。
2．掌握能源革命发生的时间及带来的影响及与工业革命的关系。
3．了解能源革命在经济社会中所起的重要作用，未来太阳能光伏发电将如何引领低碳经济。1.1 能源革命1.1.1 能量 能源 资源
1．能量（1）能量的定义
人们常说，生命在于运动，这强调了运动对于生命的重要。其实生命更在于能量。生命的存在是以能量为前提的。如果没有能量，生命根本就不会出现。而一旦生物的能量消耗殆尽，其生命也将走向终结。因此，能量与生命休戚相关。
科学历史观认为，构成客观世界的三大基础分别是物质、能量和信息。物质是构成客观世界的实体；运动是物质存在的方式，能量是度量物质运动的量，是一切物质运动的动力，没有能量，物质就静止呆滞，无生命气息；所以客观世界一切运动着的物体，都具有能量，人类的一切活动都与能量及能量的使用紧密相关。没有信息，物质和能量既无认识，也毫无用处。
所谓能量，是指物质产生某种效果（变化）的能力。换句话说，产生某种效果（变化），必然伴随着能量的消耗和转换。能量是一切物质运动、变化和相互作用的度量。当物质运动、变化及相互间作用时，为了度量其具有多少能量，引入功的概念。也就是说，如果一个物体对外做了多少功，这个物体就具有多少能量。如流动的河水能够推动水轮机而做功，举到高处的铁锤下落时能够把木桩打进土里而做功，被压缩的弹簧放开时能够把物体弹开而做功，内燃机气缸里的高温高压燃气膨胀时能够推动活塞移动而做功。流动的河水、举到高处的铁锤、被压缩的弹簧、高温高压的燃气之所以会做功，是因其都具有能量。能量反映了一个由诸多物质构成的系统同外界交换功和热的能力的大小。利用能量的过程实质上就是利用自然界中某一自发变化的过程来推动另一人为的过程。如利用自然流动的水来人为产生电力。
客观世界一切物质，大到宇宙天体，小到分子原子，都在不停的运动和变化着，所以任何物体都具有能量。但能量的表现形式是多种多样的。与人类密切相关的能量有六种，它们是核能、机械能、辐射能、热能、电磁能和化学能。
核能也叫原子能，是储存在原子核里的能量。太阳所发出的光和热就是由核能产生的，因为在太阳内部每时每刻都在进行着剧烈的原子核裂变反应，同时释放出巨大的能量。从这方面说，在各种形式的能量中，核能的能量最大。
机械能是使物体运动的能量，是与物体宏观机械运动或空间状态相关的能量，包括固体和液体的动能、势能、弹性势能及表面张力能等。如行驶的汽车具有动能，飘落的雨雪具有势能等。动能和势能统称为机械能，它是人类最早认识的能量。
辐射能是物体以电磁波或粒子的形式向外发射或传送的能量。辐射能的主要表现形式是光能、声能和波能。如太阳光、无线电波、声音等。
热能又称热量，是构成物质微观分子运动的动能和势能的总和。它的宏观表现是温度的高低，温度反映了分子运动的激烈程度。如人们生火做饭、取暖，金属材料的热处理，蒸汽机、火车、汽车的开动、运行等，都是热能大显身手的场所。地球上最大的热能资源是地热能。
电磁能包括电能和磁能，是彼此相互联系的交变电场和磁场所具有的能量，它是电场能和磁场能的总和。有了电磁能，人类社会变得如此多彩，有了电磁能，人类物质文明和精神文明才有声有色。
化学能是物质原子核外进行化学变化时放出的能量，是物质结构能的一种。是物质以化学方式储存起来的一种能量，像电池、沼气、煤炭、石油、天然气等，都含有化学能，在我们每天所摄入的各种食物中，也含有化学能。人类利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢。碳和氢也正是煤、石油、天然气、薪材等燃料中最主要的可燃元素。
物质的运动形式是多种多样的，对于每一个具体的物质运动形式对应具体的能量形式，如：与宏观物体的机械运动对应的能量形式是动能；与分子运动对应的能量形式是热能；与原子运动对应的能量形式是化学能；与带电粒子的定向运动对应的能量形式是电能；与光子运动对应的能量形式是光能；等等。如图1.1所示。图1.1 物质的运动形式
当运动形式相同时，两个物体的运动特性可以采用某些物理量或化学量来描述和比较。例如，两个作机械运动的物体可以用速度、加速度、动量等物理量来描述和比较；两股作定向运动的电流可以用电流强度、电压、功率等物理量来描述和比较。但是，当运动形式不相同时，两个物质的运动特性唯一可以相互描述和比较的物理量就是能量，即能量特性是一切运动着的物质的共同特性，能量尺度是衡量一切运动形式的通用尺度。
◆你能说出图1.1中所列现象中都含有什么能量吗？（2）能量的特性
①状态性
能量取决于物质所处的状态，物质的状态不同，所具有的能量也不同（包括数量和质量）。
②可加性
物质的量不同，所具有的能量也不同，可相加。
③转换性
各种形式的能量可以相互转换，其转换方式、转换数量、转换的难易程度均不尽相同，即能量之间的转换效率是不一样的。
④传递性
能量可以从一个地方传递到另一个地方，也能从一种物质传递到另一种物质。
⑤做功性
各种能量转换为机械功的本领是不一样的，转换程序也不相同。
⑥贬值性
能量在传递与转换过程中，由于多种不可逆因素的存在，总伴随着能量损失，表现为能量质量的减少和品位的降低，即做功能力的下降，直至达到与环境状态平衡而失去做功本领，成为废能，这就是能量的质量贬值。（3）功和能
功和能是两个密切联系的物理量。要定量地确定物体的能量，离不开功。一个物体做了多少功，我们就说这个物体的能量改变了多少。物体具有的能量大小是用做功多少来衡量的。
功是物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过一段距离，我们就说这个力对该物体做了功。力做功也常说成是物体做功。如果物体移动的方向与力的方向相反，则称物体克服该力做功。用手沿水平方向推一辆放在水平桌面上的小车，小车在力的作用下前进了一段距离，力学中就说，手对小车做了功；起重机起吊重物，对重物有向上的拉力，重物在拉力F的作用下升高一段距离s，力学中就说，起重机对重物做了功。分析上面两例，会发现其有共同点，即有作用力，物体在力的方向上通过了一定的距离。不同的是力的方向不同，施力物体就不同。通过分析，我们应建立这样一个概念：物体在力的作用下，在力的方向上通过一段距离s，那么力对物体就做了功，不管是在水平方向，还是在竖直方向上，不管施加力的物体是人还是机械。作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离称为做功的两个必要因素。
力学中的“做功”与日常生活中的“工作”不完全一样，平常我们所说的“工作”是对一切消耗体力和脑力劳动的总称。而“做功”比“工作”的涵义要狭窄且严格得多。譬如一个人在水平地面担了一天水，他当然是工作了，但从力学角度来说，他没有对水做功。
功的大小跟作用在物体上的力成正比，跟物体在力的方向上通过的距离成正比。即：
①功的大小
功等于力和物体在力的方向上通过的距离的乘积（功＝力×距离）表示为W＝Fs。
②功的单位
功的单位是焦耳，简称焦（J）。1J＝1N·m。做功的过程实质上就是能量转化的过程，力对物体做多少功，就有多少能量发生了转化。所以可以用功来度量能量转化了多少，能量的单位就与功的单位一样，也是焦耳。（4）能量的转化
自然界中各种形式的能量不是孤立存在的，不同形式的能量间会发生相互转化。能量转化是一普遍的现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。能量的转化是有条件的，即在有能量密度差的条件下，能量总是从能量密度大的物质或能量集中的地方，向能量密度小的物质或能量分散的地方转化；总是从集中到分散并逐步达到平衡。能量转化的速率正比于转化的动力，而反比于转化的阻力。能量转化有两种形式，即转移和转换。
能量的转移是指能量由一个物体传递到另一个物体，能量形式不发生变化。如两个存在温差的物体，热量总是从高温物体传递到低温物体，使低温物体的温度升高。如把一个金属汤匙插入开水中，金属柄的温度会上升直到烫手。狂风把树叶吹得漫天飞舞。狂风的机械能传递到树叶上，使树叶运动。
能量的转换是指能量在传递的过程中由一种形式转化为另一种形式，如图1.2所示。如发电机是将机械能转换为电能。电动机是将电能转换为机械能。光合作用是将太阳能（光能）转换为化学能。蓄电池充电时是将电能转换为化学能。蓄电池放电时是将化学能转换为电能。古人钻木取火是将机械能转换为内能；通常所说的能量转换只是形式上的转换，广义的说能量转换还应当包括能量在空间上的转移，即能量的传输；能量在时间上的转移，即能量的储存。图1.2 能量转换
能量转化时有两种途径：一种是携带能，另一种是交换能。携带能是由物质交换和质量迁移而携带的能量；交换能是在物质边界面上的能量交换。在物质边界面上的能量交换通常以两种方法进行：
①传热——由温差引起的能量交换，这是能量转化的微观形式。
②做功——由非温差引起的能量交换，这是能量传递的宏观形式。
能量转化的实质是能量的利用。如果把产品的使用也包括在内，能量的最终去向只能是唯一的，即最终进入环境。
从能量利用的本质来看，利用能量不是利用其数量，而是利用其质量（品位、品质），即能量从高品质急剧降为低品质，直到进入环境，成为废能。
在量的方面能量转换遵从能量守恒定律，即自然界中一切物质都具有能量，能量既不能被创造、也不能被消灭，只能从一种形式转换为另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在能量转换与传递过程中其总量恒定不变，如摩擦生热，机械能转换为热能，量不变。但在能量转换过程中是有方向、条件及限度的，如气体总是从高压向低压膨胀；水总是从高处向低处流动；热量总是从高温物体向低温物体传递，反之就必须做功。之所以会这样，我们认为能量是有品质高低之分的。一般机械能的品质高于热能；高温热能的品质高于低温热能。而且能量在传递与转化的过程中，能量的品质只会降低不会提高，这就是能量贬值原理。能量转换在“量”上遵从能量守恒定律，在“质”上遵从能量贬值原理。
另外能量是可以储存的，不同的能量以不同的形式储存，如机械能以动能和热能的形式储存；热能以潜热和显热的形式储存；电能以感应场能和静电场能储存；化学能和核能以自身形式储存。
所谓的消耗能量、利用能量、获得能量的过程就是能量的相互转化和转移的过程。
2．能源（1）能源的定义“能源”一词在过去人们很少谈论，是两次石油危机使人们对能源有了认识，成了人们议论的热点。现如今能源成为整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，成为人类赖以生存的基础，无论是生产生活都离不开能源。但是自工业革命以来，能源安全问题就开始出现。在全球经济高速发展的今天，国际能源安全已上升到了国家的高度，各国都制定了以能源供应安全为核心的能源政策。在此后的许多年里，在稳定能源供应的支持下，世界经济规模取得了较大增长。但是，人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到了一系列无法避免的能源安全挑战：能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题，严重威胁着人类的生存与发展。
关于能源的定义有许多种，简单地说，能源亦称能量资源或能源资源。能源是指能够直接或经过转换而获取某种能量的自然资源，包括煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等。为了便于运输和使用，能源资源经加工可得到一些更符合使用要求的能量来源，如煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。（2）能源的种类
能源种类繁多，而且经过人类不断的开发与研究，更多新型能源被人类认识，也已经开始使用。根据不同的方式划分，能源可分为不同的类型。目前主要有以下七种分类法：
1）按来源分类
①来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。太阳能除直接辐射外，并为风能、水能、生物质能和矿物能源等的产生提供基础。如各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来；煤炭、石油、天然气等化石燃料是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的，其实质是由古代生物固定下来的太阳能；此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。
②地球本身蕴藏的能量。这部分能量通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源，如原子核能、地热能等。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球分为地壳、地幔和地核三层，地壳是地球表面的一层，一般厚度为几公里至几十公里不等。地壳下面是地幔，它大部分是熔融状的岩浆，厚度为2900km。火山爆发一般是这部分岩浆喷出；最里面为地核，地核中心温度为2000℃，储存了大量的热。可见，地球上的地热资源贮量也很大。
③地球和其他天体相互作用而产生的能量。如潮汐能。
2）按产生的方式分类
①一次能源即天然能源。指在自然界现存的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等。一次能源又分为可再生能源（太阳能、水能、风能及生物质能）和非再生能源（煤炭、石油、天然气、油页岩等），凡是可以不断得到补充或能在较短时间内再产生的能源称为可再生能源，反之称为非再生能源。其中煤炭、石油和天然气三种能源是一次能源的核心，它们成为全球能源的基础；除此以外，太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及核能等可再生能源也被包括在一次能源的范围内。
②二次能源。指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能源资源，例如：电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等都属于二次能源。
3）按性质分类
①燃料型能源。指可以作为燃料直接使用的能源。如煤炭、石油、天然气、泥炭、木材等。
②非燃料型能源。指不能作为燃料直接使用的能源。如水能、风能、地热能、海洋能等。
人类利用自己体力以外的能源是从用火开始的，最早的燃料是木材，接着是各种化石燃料，如煤炭、石油、天然气、泥炭等。由于化石燃料消耗量很大，而且地球上化石燃料的储量有限，人们现正研究如何利用太阳能、地热能、核能、风能、潮汐能等新型能源。有科学家认为，未来铀和钍将提供世界所需的大部分能量。而且一旦控制核聚变的技术问题得到解决，人类将获得无尽的能源。
4）按能否造成环境污染分类
①清洁型能源。指对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能、生物质能、核能等；
②污染型能源。指对环境污染较大的能源，如煤、石油、天然气等化石燃料。
5）按被利用的程度分类
①常规能源（或传统能源）。指开发利用时间长、技术成熟、能大量生产并广泛使用的能源。如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等。
②新能源或非常规能源、替代能源。它是指开发利用较少或正在研究开发之中的能源。如太阳能、地热能、潮汐能、生物质能等，另外还有核能（也有人将核裂变称为常规能源，而将核聚变称为新能源）。
新能源是相对于常规能源而言的，由于新能源的能量密度较小，或品位较低，或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段，只能因地制宜地开发和利用，但新能源大多数是可再生能源，资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。
6）按形态特征分类
固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中，固体燃料、液体燃料、气体燃料统称化石燃料或化石能源。上述能源分类法是世界能源委员会推荐的能源类型，它们在一定条件下可以转换为人们所需的某种形式的能量。比如薪柴和煤炭，加热到一定温度，它们能和空气中的氧气化合并放出大量的热能。我们可以用热来取暖、做饭或制冷；也可以用热来产生蒸汽，用蒸汽推动汽轮机，使热能变成机械能；也可以用汽轮机带动发电机，使机械能变成电能；如果把电送到工厂、企业、机关、农牧林区和住户，它又可以转换成机械能、光能或热能。
7）按消费方式分类
①商品能源。它是指经过流通环节而大量消费的能源，如石油、煤炭、天然气、电力等；
②非商品能源。它是指不经流通环节而自产自用的能源，如农村的薪柴、秸秆、畜禽粪便等。
8）其他分类
①农村能源。它是指农村地区的能源供应与消费，它涉及农村地区工农业生产和农村生活等多个方面。农村能源的开发是指农村地区因地制宜、就近开发利用的能源，在中国有薪柴、作物秸秆、人畜粪便（制沼气或直接燃烧）、小水电、太阳能、风能和地热能等，多属于可再生能源。随着农村经济的发展，农村能源的利用还包括国家供应给农村地区的煤炭、燃料油、电力等商品能源。因此，农村能源所包含的内容主要是合理开发农村当地各种能量资源，研究农村各种能量资源在输入、转换、分配、最终消费过程中的先进技术及管理等问题，以提高能量利用效率，缓解能源供需矛盾，保护农业生态环境，促进农村经济的长期稳定发展。
②绿色能源，也称清洁能源。它是指温室气体和污染物零排放或排放很少的能源，主要包括新能源和可再生能源。绿色能源是环境保护和良好生态系统的象征和代名词。它可分为狭义和广义两种概念。狭义的绿色能源是指可再生能源，如水能、生物能、太阳能、风能、地热能和海洋能。这些能源消耗之后可以恢复补充，很少产生污染。广义的绿色能源则包括在能源的生产、及其消费过程中，选用对生态环境低污染或无污染的能源，如天然气、清洁煤和核能等。
③终端能源。它是指用户直接利用的能源。终端能源消费是一次能源扣除能源工业自用能源以及加工、转换和输配损失后，供终端用户使用的能源量。终端能源包括煤炭、石油、天然气、电力、热力等。（3）能源的评价
从以上分类来看，能源多种多样，品质、品位也不相同，为了正确选择和更好的利用能源，必须对各种能源进行正确的评价。对能源的评价主要包括以下方面：
1）能流密度。即在单位空间或单位面积内，能够从某种能源获得的能量。
化石燃料的能流密度较大，核燃料的能流密度最大，各种可再生能源的能流密度一般都比较小。能量密度太小，则不利于开发利用，因为经济性太差。
标准煤：各种燃料的热值是不同的，在统计能源的生产和消费，特别是在计算能源消耗指标时，常定义一种假想的标准燃料，即标准4煤。标准煤的热值为2.9×10kJ/kg。各种燃料均可按平均发热值折算成标准煤进行衡量。
2）开发费用和设备造价
不同能源的开发费用及利用能源的设备费用往往相差悬殊。如太阳能、风能不需要任何成本即可得到，而各种化石能源与核燃料，从勘探（探测），开采到加工、运输，需投入大量人力、物力，投资费用大。利用能源的设备费用却正好相反，可再生能源的利用设备需一次性投入，设备造价远高于化石燃料的设备费用；不同能源的运营费用也有很大差别，因此在对能源进行评价时，开发费用和利用能源的设备费用是必须考虑的重要因素，应进行经济分析和评估。
3）储能的可能性与供能的连续性
储能的可能性是指能源不用时是否可以储存起来，需要时又能立即供应；供能的连续性是指能否按需要和所需的量及速度连续不断地供给。化石燃料都比较容易储存，也便于连续供应。太阳能、风能等可再生能源则不易保存，能量供应也可能有波动性和间断性。大多数情况下，人们对能量的使用是不均衡的，如通常白天用电多，深夜用电少；冬天需要热，夏天需要冷。因此在能量的利用中，常常需要有储能装置来保证供能的连续性，储能是科学用能的很重要一环。
4）运输费用与损耗
运输过程本身也要投资并消耗能源，远距离运输的成本和损耗会影响能源的使用，因此运输与损耗也是能源利用中必须考虑的问题。如太阳能、风能、地热能难以运输，煤、石油等化石燃料便于运输；由于核燃料的能量密度是煤的几百万倍，运输费用极少，火电站的输煤也是一项很大的费用；此外能源运输中的损耗也不容忽视。因此评价能源时要考虑运输的成本和耗能。
5）对环境的影响2
化石燃料燃烧过程中会排放CO温室气体，甚至还有一些有毒、腐蚀性物质，对环境影响较大。如核燃料有放射性污染及废料处理的问题。而可再生能源大多对环境的影响较小。环境对人类生存至关重要，因此在使用能源时应尽可能地采取各种措施防止对环境的污染。
6）储量
储量是指有经济价值的可开采的资源量或技术上可利用的资源量。不同的能源，储量的含义不同。化石能源的储量是指地质资源量；太阳能、风能、地热能等新能源的储量则是指资源总量。在有经济价值的可开采的资源量中又分为普查量、详查量和精查量等。在油气开采中，将累计探明的可采储量与可采资源量之比称为可采储资比，用来表示资源探明程度。储量丰富且探明程度高的能源才有可能被广泛应用。化石燃料等非再生能源，蕴藏量是有限的，总有用完的时候；太阳能、风能等可再生能源，可以循环使用，不断的得到补充，即使每年更新的数量有限，长期看来，也是无穷无尽的。
7）能源的地理分布
能源的地理分布和能源的利用密切相关。若能源的地理分布不合理，则开发、运输、基本建设等费用都会大幅增加。如我国煤炭资源多在西北，水能资源多在西南，而用电量大的工业区多在东部及沿海地区，因此能源的地理分布对能源利用很不利。造成“北煤南运”，“西电东送”等诸多问题。
8）能源品位
能源品位是指能源利用的方便程度。能源品位有高低之分。一般来说，二次能源要比一次能源品味高；能直接变成机械能和电能的能源（如水能和风能），要比那些必须先经过热利用环节的能源（如化石燃料）品味高。如水能能够直接转换为机械能和电能，它的品位就比化石燃料的高；另外热机中热源的温度越高，冷源的温度越低，则循环的热效率就越高，因此温度高的热源品位比温度低的热源高。在使用能源时，我们要特别防止高品位能源降级使用，应根据需要合理安排不同品位的能源。
在对各种能源进行选择、评价时还必须考虑国情。例如我国能源结构是以煤为主，因我国经济发展不平衡，人口众多，应充分考虑技术与设备的难易程度，并依据国家的有关政策、法规，对能源进行正确的评价和选择。显然，只有对能源做出合理正确的评价，才能更好的使用和利用能源。
综上所述，能源与能量是有区别的。如图1.3所示能源具有两个重要特征：首先，能源是自然界中存在的资源的一种，是可以被人类开发利用的自然资源；其次，能源可以提供人类生产生活所必需的各种能量。能源的总量是不断变化的，它随着人类的开发利用而逐渐减少，而能量的总量是不会改变的，它在人类的开发利用过程中不断地转化，最终以不可利用能的形式继续存在，也就是说能量被利用的结果是能源被消耗了，而能量是守恒的，不会消失也不会减少。图1.3 能量与能源区别
◆图中哪些属资源？哪些属能源？
3．资源（1）资源的定义
地球是人类生活的家园，是人类文明孕育的摇篮。地球从形成到现在已有数十亿年之久，它无时无刻不在循其自然发展规律变化着。但从人类诞生之后，人类就对全球自然环境变化加以干扰。尤其是到了现代，随着生产力的发展，人类改变自然的能力大大加强，随之人口膨胀、环境污染、能源危机、粮食短缺、臭氧层空洞、酸雨、生态系统失调、全球变暖等诸多问题也令我们的地球“母亲”满目疮痍。这些问题已经严重影响到人类的生存，现在各国都意识到要共同治理地球环境，处理好人与地球的关系。
人与地球的关系，即人类社会和自然环境的关系。它是现代地理学研究的重要课题，也是当今社会发展必须直面和探讨的问题，还是人类认识世界永恒的命题。人类对于人地关系的探索始终没有停止，对于自然能源的需求也从未停止过。经历了漫长的上下求索，对于人类社会和自然环境的相互关系当代人越来越趋向一个观点——人与自然必须和谐共处。“人”是指在一定生产方式下，在一定地域空间内从事各种生产活动或社会活动的人；“地”是指与人类活动有密切关系的、无机与有机自然界诸要素有规律结合的、存在着地域差异、在人的作用下已经改变了的地理环境。人地关系，一方面反映了自然条件对人类生活的影响与作用；另一方面表达了人类对自然现象的认识与把握，以及人类活动对自然环境的顺应与抗衡。
工业革命以前，人与“地”和平相处，这一时期人类对自然的认识仍是以畏惧自然情绪为主导的。19世纪中期至20世纪中期，由于生产力水平的大幅度提高，人类征服自然的能力不断加强，此时人类对资源的观念发生了重大的改变，认为人类是自然的主人和占有者，自然资源是取之不尽，用之不竭的。20世纪中期以来由于人口的急剧增长，出现了世界性资源问题和区域性资源问题，至此人类与自然从一开始的相互依存，共同发展和相互对立，到现如今的如何将人类对资源的开发利用转向“可持续发展”的战略轨道；如何以新型的流量技术大规模的使用非耗竭资源；如何协调人与自然的关系，促进经济、社会、资源、环境协调发展。最终孕育了资源科学的产生。
资源有广义和狭义两种定义法。广义的资源指人类生存发展和享受所需的一切物质的和非物质的要素。也就是说，在自然界及人类社会中，有用物即资源，无用物即非资源，资源包括一切为人类所需要的自然物，如阳光、空气、水、矿产、土壤、植物及动物等，也包括以人类劳动产品形式出现的一切有用物，还包括无形的资财，如人力、信息等。狭义的资源仅指自然资源，是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的、以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。
人类对资源的认识，以人与自然之间关系的认识为基础，从技术进步和生产力发展的角度看，人类对资源的认识分为三个阶段：劳力经济阶段、自然经济阶段和知识经济阶段。
劳力经济阶段。经济发展主要取决于劳力资源的占有和配置。此时人类开发自然资源的能力很低，对多数资源来说，不存在短缺问题，生产的分配主要是按劳动力资源的占有情况来进行，劳动生产率主要取决于劳动者的体力。
自然经济阶段。19世纪以来工业革命的完成使生产效率大大提高，但铁矿石和煤、石油等资源很快成为短缺资源，这一阶段的经济发展主要取决于自然资源的占有，生产的分配主要按自然资源的占有来进行。
知识经济阶段。现代是以知识产业为基础，经济发展主要取决于智力资源的占有和配置。人类认识资源的能力、开发富有资源替代短缺资源的能力大大增强。因此，自然资源的作用退居次要地位，科学技术成为经济发展的决定因素。
经历了这三个阶段，人与自然的关系才从天命论、决定论、或然论、征服论等多种认识阶段与相应的处理方式，进入到协调论的现代。人类才认识到人、自然和技术这个大系统应该处于动态平衡状态。人类只不过是人与自然这个大系统中的一个要素，这就是资源系统观。资源系统观是资源观中最核心的观点。只有当人类充分认识到自己是人与自然大系统的一部分的时候，才可能真正实施与自然的协调发展。而且，也只有当人类把各种资源都看成人与自然这个大系统中的一个子系统，并正确处理这个资源子系统与其他子系统之间的关系时，人类才能高效的利用各种资源。（2）资源系统的特征
资源系统具有以下四个特征，即：
1）构成的复杂性
资源既包括一切人类所需要的自然物，也包括一切以人类劳动产品形式出现的有用物，还包括无形的资财。不仅来源于自然界，还来源于人类社会，资源不仅包括物质的要素，也包括非物质的要素。
2）内涵的动态性
资本资源在资源的概念中，处于核心位置；海洋作为一个独特的资源系统归属于资源研究范畴，合理开发利用保护海洋资源已成为现代自然资源研究的基本内容；旅游资源属自然资源范畴，并成为自然资源研究的内容；智力资源、信息资源、技术资源、管理资源都属资源的范畴，并占据着越来越重要的地位。
3）结构的层次性
从组成上看，资源是由不同层次的资源子系统所构成，因此资源系统的结构具有明显的层次特征。从资源系统的范围来看，它的构成也具有层次性，从一种植物中的化学成分到物种，从种群、群落、生态系统到生物圈，都可以成为利用和研究的对象。从空间范围来看，它可以是一个局部范围，也可以是一个地区，一个国家，甚至一个大洲和全球。
4）功能的多样性
由于不同的资源有不同的用途，每种资源又有多种功能。因此，由各种资源组成的资源系统具有多样性的功能。（3）资源系统的分类
在人类经济活动中，各种各样的资源之间相互联系，相互制约，形成一个结构复杂的资源系统。每一种资源内部又有自己的子系统。资源系统可从性质、用途等不同角度进行不同的分类。
1）按基本属性分为自然资源和社会资源
自然资源。自然资源是指在一定历史条件下能被人类开发利用以提高自己福利水平或生存能力的、具有某种稀缺性的、受社会约束的各种自然物质或自然环境的总称。
自然资源是自然变化过程中所产生的天然生成物。自然物成为自然资源，必须有两个基本前提：人类的需要和人类的开发利用能力；自然物是否被看作自然资源常常取决于信仰、宗教、风俗习惯等文化因素。自然资源的范畴随着人类社会和科学技术的发展而变化。自然资源和自然环境是两个不同的概念，但具体对象和范围又往往是同一客体。
自然资源的特点：
①稀缺性——自然资源相对于人类的需要在数量上往往不足，这是人类社会与自然资源关系的核心问题。
②地域性——自然资源的分布和开发利用条件均具有地域性。自然资源总是相对集中于某些区域之中，自然资源的数量、质量、特性存在着地区差异。
③整体性——构成一个整体系统的各种自然资源要素之间是相互联系、相互制约的，各地区之间的自然资源也是相互影响的。它们之间的影响主要通过人与资源系统的相互联系表现出来。
④多用性——大部分自然资源都具有多种功能和用途，同时存在一定的限制。
⑤变动性——资源概念、资源利用的广度和深度都在历史进程中不断演变；自然资源系统、人类－资源生态系统也在不断的运动和变化。
⑥社会性——资源因自然资源中所附加的人类劳动而表现出社会性。自然资源上附加的人类劳动是人类世世代代利用自然、改造自然的结晶，是自然资源中的社会因素。
在国土开发利用中的自然资源包括：
①土地资源。土地资源包括地球特定地域表面及其以上和以下的大气、土壤及基础地质、水文和植被，它还包括这一地域范围过去和目前的人类活动的种种结果，以及动物就它们对目前和未来人类利用土地所施加的重要影响。
②气候资源。气候资源是指地球上的生命赖以产生、存在和发展的基本条件，也是人类生存和发展工农业生产的物质和能源。气候资源包括太阳辐射、热量、降水、空气及其运动等要素。
③水资源。水资源是指在目前技术和经济条件下，比较容易被人类利用的补给好的那部分淡水量，水资源包括湖泊淡水、土壤水、大气化和河川水等淡水量。
④生物资源。生物资源是指生物圈中全部动物、植被和微生物。
⑤矿产资源。经过一定的地质资源形成的，储存于地壳内或地壳上的固态、液态或气态物质，当它们达到工业利用的要求时，称之为矿产资源。
⑥能源资源。能够提供某种形式能量的物质或物质的运动都可以称之为能源。一是来自太阳的能量，除辐射能外，还有经其转换的多种形式的能源；二是来自地球本身的能量，如热能和电能；三是来自地球与其他天体相互作用所产生的能量，如潮汐能。
⑦海洋资源。海洋资源是指其来源、形成和存在方式都直接与海水有关的物质和能量。可分为海洋生物资源、海底矿产资源、海水化学资源和海洋动力资源。
⑧旅游资源。旅游资源是指能为旅游提供游览、观赏、知识、乐趣、度假、疗养、休息、探险猎奇、考察研究以及友好往来的客体和劳务。
社会资源是指自然资源以外的其他所有资源的总称。它是人类劳动的产物。社会资源包括人力资源、智力资源、信息资源、技术资源、管理资源等。
①人力资源。人力资源是指已经成年并且具有和保持着正常劳动的人。它由劳动者数量和劳动者素质组成。现如今人力资源的质量在经济生活中的作用越来越大。
②智力资源。智力资源主要指开发创造知识资源、开发利用物质资源的科技队伍和管理队伍。
③信息资源。信息资源是指可供利用并产生效益的一切信息的总称。以信息化、智能化、综合化为特征的信息革命，利用现代化信息科学和信息技术对信息进行获取、传递、交换、存储、检索、更新、处理分析、识别、判断、提取和应用，是信息资源开发、管理和利用的主要内容。
④技术资源。技术资源是指人们可用于创造社会财富的各种现实技术和潜在技术，它是资源生态发展的第一要素资源。
⑤管理资源。管理资源是指在经济增长与社会发展过程中所起的作用，当人力、物力、财力等资源相结合时，管理将显示其重要的作用。
社会资源同自然资源相比较，具有以下突出特点：
①社会性。人类本身的生存、劳动、发展都是在一定的社会形态、社会交往、社会活动中实现的。社会资源的社会性主要表现在：不同的社会生产方式产生不同种类、不同数量、不同质量的社会资源；社会资源可超越国界、超越种族关系，谁都可以掌握和利用它创造社会财富。
②继承性。社会资源的继承性特点使得社会资源不断积累、扩充、发展。社会资源的继承性主要通过以下途径实现：人力资源通过人类的遗传密码继承、延续、发展，通过载带信息的载体长期保存、继承下来。如人类社会通过书籍、音像、磁带和教育手段等，继承人类的精神财富；劳动创造了人本身，人又把生产劳动中学会的知识、技能物化在劳动结果——物质财富上而继承下来。社会资源的继承性，使人类社会的每一代人在开始社会生活的时候，都不是从零开始，而是从前人创造的基础上迈步的。在社会经济活动中，人类一方面把前人创造的财富继承下来；另一方面又创造了新的财富。正因如此，科技知识不断发展，一代胜过一代，并向生产要素中渗透，使劳动者素质不断提高，生产设备不断更新。社会财富的积累、反过来又加速了科技的发展。
③主导性。社会资源的主导性主要表现在社会资源决定资源的利用、发展的方向；把社会资源变为社会财富的过程中，它表现、贯彻了社会资源的主体——人的愿望、意志和目的。
④流动性。劳动力可以从甲地迁到乙地；技术可以传播到各地；资料可以交换；学术可以交流；商品可以贸易。利用社会资源的流动性，不发达国家可以通过相应的政策和手段，把他国的技术、人才、资金引进到自己的国家。
⑤不均衡性。自然资源分布的不平衡；经济政治发展的不平衡；管理体制、经营方式的差异；社会制度对人才、智力、科技发展的影响作用的不同。
自然资源和社会资源都是人类社会经济活动中必不可少的投入。
2）按利用限度分为可再生资源和不可再生资源
可再生资源是指能连续或往复供应的资源。包括恒定性环境资源、可循环再生的环境资源、人力劳动的产物。
不可再生资源是指相对于人类的自身再生产及人类的经济再生产的周期而言是不能再生的各种地质和半地质资源。
地质资源包括金属、非金属、核燃料、化石燃料等；半地质资源包括土壤和地下水。
3）按性质和作用的特点划分为硬资源和软资源
硬资源是指主要在量上或归根结底表现为量上的稀缺性资源，如土地、矿产、劳动力、资本等。
软资源是指在质上表现出稀缺性，而量不可度的软件型资源，如技术、信息市场等。
显然能源和资源是有区别的，能源是自然界中能为人类提供某种形式能量和做功的自然资源。能源是人类活动的物质基础，是支撑现代人类社会生存和发展的柱石。从某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。
资源是指一切可被人类开发和利用的物质、能量和信息的总称。或者说，资源就是指自然界和人类社会中一种可以用以创造物质财富和精神财富的具有一定量的积累的客观存在形态，所以能源一定是资源，资源不一定是能源。1.1.2 能源与人类社会的发展
翻开人类社会的发展史，可以发现能源与人类社会的进步结下了不解之缘。能源在自然界广为存在，它是生命起源和演化必不可少的物质条件。能源的表现形式可以是光、热、电、磁、基本粒子等；也可以是固态、液态、气态；还可以是无机物、有机物，无生命体、有生命体。如今煤炭、石油、天然气、水能、太阳能、风能、潮汐能、波浪能、海洋热能、地热能、生物质能等已被人们所熟知。如果没有必需的足够的能源，如太阳能，人类就会失去最起码的生存条件，地球上的生命就会终止。所以说物质生活离不开能源，其实精神生活也不例外；人们看电影、听广播、看电视，需要电能；即使人们看的书籍、报刊，也都需要有能源来印制。人类社会越是向前发展，能源消费就越多，对能源的利用也是一个由少至多，不断发现的过程。
纵观人类社会的发展，至今共经历了三个能源时期，即柴草时期、煤炭时期、石油时期。
1．柴草时期
我们知道人与动物的根本区别就在于人类会创造第二生产力，动物则不会。人类对火的认识、使用和掌握，是人类认识自然利用自然来改善生产和生活的第一次实践。火的应用在人类文明发展史上有极其重要的意义。火的使用起源于钻木取火，钻木取火又始于燧人氏。所谓钻木取火是根据摩擦生热的原理产生的。木原料本身较为粗糙，在摩擦时，由于摩擦力较大会产生热量，加之木材本身就是易燃物，所以就会生出火来。在没发明钻木取火之前，人类使用的是自然火，钻木取火是人创造的第二生产力。知识链接最早的原始人，不会利用火，看到火反而怕得要命。东西都是生吃的，生吃植物果实还不算，就是打来的野兽，也是生吞活剥，连毛带血的吃了。火的现象，自然界早就有了，火山爆发，有火；打雷闪电的时候，树林里也会起火。原始人偶尔捡到被火烧死的野兽，拿来一尝，味道挺香。经过多少次的试验，人们渐渐学会用火烧东西吃，并且想法子把火种保存下来，使它常年不灭。又过了相当长的时期，人们懂得了人工取火。
人类社会的发展历史告诉我们，用火是继石器制作之后，在人类获取自由的征途上又一件跨时代的大事，它开创了人类进一步征服自然的新纪元，使火在人类征服自然界中发生着具大的作用。首先，用火可以帮助狩猎；其次，火可以用来加工武器和工具；第三，借助火的使用，人们可以在任何气候下生活，扩大生活区域；第四，烧制发明陶器，是人类在火的作用下，对于一种物质物理化学变化最早的有意义的运用；第五，利用“刀耕火种”，极大地发展了农业，对人们定居起到了重要作用。
学会了用火，柴草从原始社会到18世纪的漫长历史年代，一直作为取火燃料，是最主要的能源。这个历史阶段称为柴草时期或柴薪时期。柴草作为一种能源，属于不可再生能源。在煤炭和石油未被开发出来之前，一直是人类的主要能源利用形式。柴薪至今仍是许多发展中国家的重要能源。对柴薪大量无节制的使用，会造成一系列环境问题，会给人类自身的生存环境带来严重影响，如林地日减、土地荒漠化、干旱等等。如今，世界性环境问题使人们意识到了树木对人类生存的重要性，各国都在花大力气改善森林植被，节制对树木的砍伐，广泛造林。
2．煤炭时期（1）煤
煤是古代植物埋藏在地下形成的固体可燃性矿物，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成。
人类对煤的认识始于公元前，中国是世界上采煤和用煤最早的国家之一。从辽宁沈阳发掘的新乐遗址内发现了多种煤雕制品，证实了中国先民早在6000～7000年前的新石器时代，就已认识和利用了煤。据记载，西汉（公元前206～公元25年）时期，开始采煤炼铁。唐朝开始用煤炼焦。至宋代已是“汴京数百万家尽仰石炭（煤），无一家燃薪者”。明朝的科技名著《天工开物》中有专门的章节来阐述煤的性能、用途和开采方法。但是，由于当时生产力水平低下，人们对煤的认识尚处于早期，柴薪仍是最主要的能源。
煤由于热量高，在地球上的储量丰富，分布广泛，相对比较容易开采，所以早在800年前，就作为一种燃料开始使用，而煤被广泛用于工业生产，是从18世纪末的工业革命开始的。随着蒸汽机的发明和使用，煤作为燃料，给社会带来了前所未有的巨大生产力，推动了工业的向前发展，随之钢铁、化工、采矿、冶金等工业也发展起来。（2）煤的分类
1）根据形成煤炭的物质基础将煤划分为腐植煤、腐泥煤、残植煤和腐植腐泥煤。
①腐植煤：由高等植物经过成煤过程中复杂的生化和地质变化作用生成。
②腐泥煤：主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。储量大大低于腐植煤，工业意义不大。
③残植煤：由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定的组分（孢子、角质层、树皮、树脂）富集而成。
④腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。
2）煤在日常生活中分为褐煤、烟煤、无烟煤、半无烟煤等。
①褐煤：多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发性成分40％左右；燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发热量较低（因产地煤级不同，发热量差异很大），燃烧时间短，需经常加煤。
②烟煤：一般为粒状、小块状，也有粉状烟煤，多呈黑色，有光泽，质地细致；含挥发性成分30％以上；含碳量与发热量较高，燃点低，较易点燃；燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟；燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣。
③无烟煤：有粉状和小块状两种，呈黑色，有金属光泽而发亮，杂质少，质地紧密；固定碳含量高达80％以上；挥发性成分含量低，在10％以下，燃点高，不易着火；发热量高，刚燃烧时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧用，以减轻火力强度。
④泥煤：碳化程度最浅，含碳量少，水分多，需要露天风干后使用；泥煤的灰分很容易熔化，发热量低，机械强度较低，挥发性成分含量很多，极易着火燃烧。在工业上使用价值不高，更不宜长途运输，一般只作为地方性燃料使用。
煤的种类不同，其组成成分与质量就不同，发热量也不相等。单位重量燃料燃烧时放出的热量称为发热量，人为规定以每公斤发热量7000kcal的煤作为标准煤，并以此标准折算耗煤量。（3）煤的形成
煤是一种化石，它的形成开始于石炭纪（4.1亿年前至3.4亿年前，共延续了7000万年），要经历三个大的成煤期：
①古生代的石炭纪和二迭纪，成煤植物主要是袍子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。
②中生代的株罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。
③新生代的第三纪，成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分烟煤。如我国煤炭的形成就经历了新生代、中生代、晚古生代、早古生代四个时期。如图1.4所示。图1.4 煤的形成
煤炭的生成，必须有气候、生物、地理、地质等条件的相互配合，才能生成具有工业利用价值的煤炭。这些条件包括：
①大量植物的持续繁殖（生物、气候的影响）。
②植物遗体不能完全腐烂——适合的堆积场所（沼泽、湖泊等）。
③地质作用的配合（地壳的沉降运动——形成上覆岩层和顶底板——多煤层）。
由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程，一般需要几千万年到几亿年的时间。影响煤形成的因素主要有温度、压力和时间。
温度的影响：温度过低（＜50～60℃），褐煤的变质就不明显了，如莫斯科煤田早石炭世煤至今已有3亿年以上，但仍处于褐煤阶段。温度越高，变质作用的速度越快，因为煤变质作用的实质是植物分子的化学变化。
时间的影响：时间因素的重要性表现在两个方面。第一，在温度、压力大致相同的条件下，受热时间越长，煤化程度越高。第二，煤受短时间较高温度的作用或受长时间较低温度（超过变质临界温度）作用，可以达到相同的变质程度。
压力的影响：压力可以使煤压实，孔隙率降低，水分减少；并使煤岩组分沿垂直压力的方向作定向排列。静压力促使煤的芳香族稠环平行层面作有规则的排列。尽管一定的压力有促进煤物理结构变化的作用，但只有化学变化才对煤的化学结构有决定性的影响。人工煤化实验表明，当静压力过大时，由于化学平衡移动的原因，压力反而会抑制煤结构单元中侧链或基团的分解析出，从而阻碍煤的变质。因此，人们一般认为压力是煤变质的次要因素。（4）煤的用途
煤作为重要能源，主要用于：
①燃烧。任何煤都可作为工业和民用燃料。
②炼焦。把煤置于干馏炉中，隔绝空气加热，煤中有机质随温度升高逐渐被分解，其中挥发性物质以气态或蒸气状态逸出，成为焦炉煤气和煤焦油，而非挥发性固体剩留物即为焦炭。焦炭主要用于高炉炼铁和铸造，也可用来制造氮肥、电石。电石是塑料、合成纤维、合成橡胶等化工产品的原料。炼焦过程中产生的焦炉煤气也是一种燃料及重要的化工原料；煤焦油可用于生产化肥、农药、合成纤维、合成橡胶、油漆、染料、医药、炸药等。
③气化。气化是指转变为可作为工业或民用燃料以及化工合成原料的煤气。
④低温干馏。把煤或油页岩置于550℃左右的温度下低温干馏可制取低温焦油和低温焦炉煤气，低温焦油可用于制取高级液体燃料和作为化工原料。
⑤加氢液化。将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质破坏，与氢作用转化为低分子液态和气态产物，进一步加工可得汽油、柴油等液体燃料。加氢液化的原料煤以褐煤、长焰煤、气煤为主。
煤炭对于现代化工业来说，发挥着重要的作用，工业部门在一定程度上都要消耗一定量的煤炭，因此人们称煤炭是“工业的粮食”。
3．石油时期（1）石油
石油又称原油，是指以液态形式存在于地下岩石孔隙中的烃类（由氢和碳原子构成）混合物，具有特殊气味、有色的可燃性油质液体。气态时为天然气、液态时为石油、固态时为沥青。
石油由84％～87％的C，11％～14％的H，0.3％～7％的S、N、O及万分之几或更少的微量元素组成，是一种粘稠的、深褐色液体。3其性质因产地而异，密度为0.8～1.0g/cm，黏度范围很宽，凝固点差别很大（－600～30℃），沸点范围为常温到5000℃以上，可溶于多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。原油的颜色非常丰富，有红、金黄、墨绿、黑、褐红、甚至透明，其颜色主要取决于沥青质的含量；原油的成分主要有：油质（这是其主要成分）、胶质（一种粘性的半固体物质）、沥青质（暗褐色或黑色脆性固体物质）、碳质（一种非碳氢化合物）。天然气是以碳氢化合物为主的各种气体组成的、无色的易燃性气体，具有特殊气味。石油88％被用作燃料，12％被用作化工原料。（2）石油的分类
由于地质构造、生油条件和年代的不同，世界各地区所产原油的性质和组成有的差别很大，有的却十分相似；同一地区的原油，由于采油层位不同，性质都可能出现差别。性质和组成相似的原油，其加工、储运等方案也相近。因此根据原油特性进行分类的分类方法有许多种，可以从商品、地质、化学或物理等不同角度进行分类。在日常生活中，我们一般按石油产品进行分类，这包括：
①燃料。主要是汽油、柴油及喷气燃料等发动机燃料，及煤油、燃料油等。作为燃料使用的石油产品占80％。
②润滑剂。有润滑油和润滑脂。约占石油产品的2％。
③沥青。固态石油。约占石油产品的3％。
④石油蜡。约占1％。
⑤石油焦。约占2％。
⑥溶剂和化工原料。约占10％。（3）石油的形成
石油的形成一直存在两种学说：一种是无机成因说，一种是有机成因说。存在分歧的原因是石油是流体，随着地质变动常常流动，因此一般现今产油地往往并非石油形成地；石油的成分也非常复杂，不同成分形成的条件不同，在漫长的形成过程中变数繁多，难于把握。
无机成因说认为，石油及天然气是在地下深处高温、高压条件下
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]