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第4章 可持续发展
第2节 能源及其利用
学习目标
1.说出能源的种类及各类能源的特点（如水力、风力、潮汐能、太阳能、核能等）。
2.能区分主要的不可再生能源（如化石燃料、核能）与可再生能源（如水能、太阳能）。
3.说出太阳能的主要特点,能通过阅读图表说明太阳 能的分布特点，能简要说明太阳能的开发利用情况。
4.认识太阳是地球生命活动所需能量的最主要来源，了解不同能源对社会、环境与生态的影响。
5.知道世界和我国的能源状况，认识能源的合理利用和开发与可持续发展战略的关系。
6.认识新能源的开发利用的重要意义，树立节能和提高能源效率的意识。
知识点1 能源的种类
1.能源概述
（1）概念:能源是指能为人类提供某种形式能量的物质或物质的运动。人类的生活和生产都离不开能源。
（2）种类:人类生产、生活中涉及的能源有化石能源（煤、石油、天然气）、太阳能、水能、风能、生物质能、地热能、核能和潮汐能等。
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2.能源的分类
（1）根据能源获取方式的不同，能源可分为一次能源与二次能源。
能源 类型 获取方式 举例
一次 能源 可以直接从自然界 获取的能源 化石能源、太阳能、风能、地热能、核能和潮汐能等
二次 能源 无法从自然界直接获取，而是通过一次能源的消耗才能得到的能源 电能、煤气、汽油、柴油、沼气等
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风能、水能是一次能源，
风力、水力发电产生的
电能是二次能源。
（2）根据能源能否再生，能源可分为不可再生能源与可再生能源。
能源类型 特点 举例
不可再生能源 不可能在短时间内从自然界得到 补充 化石能源、核能等
可再生能源 可以从自然界源源不断地得到 太阳能、水能、风能、生物
质能
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（3）根据能源使用的状况，能源可分为常规能源和新能源。
能源类型 利用状况 举例
常规能源 目前在日常生活、生产中被广泛应 用的主要能源 化石能源
新能源 目前尚未被广泛应用，而正在积极 研究以便推广的能源 太阳能、水能、风能、生物质
能、地热能、潮汐能和核能等
特别提醒
化石能源的储量是有限的，总有一天将被开采殆尽。因此，各国都很重视开发替代化石能源的新能源。
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典例1 下列在能源的开发和利用中，能源特性可以用如图阴
影部分表示的是( )
B
A.石油 B.太阳能 C.天然气 D.核能
[解析] 石油和天然气属于不可再生的常规能源，燃烧过程中产生的废弃物污染环境；太阳能属于可再生的新能源，且是清洁能源；核能是新能源，但不可再生，且在利用过程中会产生放射性较强的核废料。
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例题点拔
同一种自然资源按照不同分类标准有不同的命名，例如，太阳能按照能源获取方式属于一次能源;按照能源能否再生，属于可再生能源;按照能源使用的状况，又属于新能源。
知识点2 化石能源
煤、石油、天然气等都是千百万年前埋藏在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的，通常称为化石能源。它们是当今世界使用最多的一次能源。
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1.煤
（1）成分：煤的主要成分是碳。
（2）形成：煤是由地球上古代的陆地植物在沼泽中大量沉积，经长期演变而成的。
煤的形成
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2.石油和天然气
（1）成分:石油是埋藏在地下的一种可燃性液体能源，是由多种物质组成的混合物。汽油、煤油和柴油等都是从石油中提炼出来的。天然气是多种成分组成的混合气体燃料,其主要成分是甲烷。
（2）形成
3.化石能源的利用
从1990年到2050年煤、石油在消费总量中所占比例在减小，而天然气、水电、核能所占比例在增加
1990~ 2050年世界各类能源需求量变化
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典例2 下列关于煤和石油的说法，正确的是( )
C
A.煤是由低等生物遗骸大量沉积在湖泊或浅海中转变而成的
B.煤和石油属于可再生能源
C.煤和石油的能量是由太阳能转化而来的
D.世界上石油的储量比煤多，分布比较均衡
[解析] 煤是地球上古代的陆地植物在沼泽中大量沉积，经长期演变而成的，石油是由低等生物遗骸大量沉积在湖泊或浅海中转变而成的;煤和石油的能量是由太阳能转化而来的;煤和石油均属于用一点就少一点的不可再生能源;世界上石油的储量比煤少得多，分布也更不均衡。
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知识点3 新能源
随着人类社会的不断发展，人们对能源的需求量也在不断地增加。当今世界正从以化石能源为主的常规能源时期，向着以核能及可再生能源（太阳能、风能、水能、生物质能）为主的新能源时期过渡。
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1.太阳能
（1）太阳能的形式
①太阳辐射的能量:太阳每秒钟辐射到地球上的能量相当于600万吨标准煤燃烧释放出的能量。
②地球在演化过程中积累的太阳能:化石能源来源于太阳能。
（2）太阳能利用的途径
①太阳能转化成内能，如太阳能热水器、太阳能灶。
②太阳能转化成电能,如太阳能电池、太阳能电厂。
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家庭屋顶太阳能光伏发电
③太阳能转化成化学能，如种植农作物。
（3）我国太阳能资源的分布规律
①我国大部分地区纬度较低，太阳光照强，太阳能资源丰富。
②东部少西部多。西部地区和广大农村,开发利用太阳能解决能源不足的问题大有可为。
③青藏地区太阳能最丰富，拉萨有“日光城”之称；四川盆地太阳能最贫乏。
（4）太阳能的特点
①优点:太阳能是可再生能源,是一种取之不尽、用之不竭、不会污染环境的清洁能源。
②缺点:太阳能存在明显的分散性、间断性等特征。
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2.核能
核能包括裂变能和聚变能两种类型。目前运行的核电站都是利用裂变能来发电的。
类型 含义 对环境的影响 利用举例
裂变能 由较重的原子核分裂成两个或 多个较轻原子核而释放出能量 原子核裂变时会产生放射性较强的核废料 核电站
聚变能 较轻的原子核聚合成较重的原 子核而释放出能量 聚变能更清洁、安 全 氢的同位素氘和氚聚合成氦核会释放出巨大能量
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秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站
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3.潮汐能
（1）海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量。
涨潮时海水的动能 势能，
落潮时海水的势能 动能。
（2）利用:潮汐发电就是利用海湾、河口等有利地形，建筑水坝，形成水库，大量蓄积海水，并利用安装在大坝中的水轮发电机进行发电。
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我国第一大潮汐能电站——
浙江温岭江厦潮汐试验电站
4.风能
（1）风具有能量，是一种天然能源。空气流动速度越快,风能就越大。
（2）风能的利用:风力发电，利用风力推动叶轮转动，然后叶轮带动发电机转动产生电能。
（3）风力发电的优点:无污染;廉价;建造方便，很少占用土地资源。
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总体来说，我国的风能资源主要集中在东北、
西北及东南沿海区域。
5.生物质能
（1）含义:由生物体产生的能量称为生物质能。
（2）来源:生物质能是以化学能的形式储存在生物体中的太阳能，它来源于绿色植物的光合作用。
（3）生物质能的利用:通过生物质能热分解技术，可以制取人造石油、生物炭和可燃气体，使生物质能得到充分利用。
生物质能利用
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6.氢——未来的理想燃料
（1）氢是无污染的燃料，氢燃烧后的产物只是水，不产生有害气体，也不会产生烟、雾或酸雨。氢的热值高，液态氢燃烧时放出的热量，几乎是同体积汽油的3倍。
（2）制取氢的原料极为丰富。地球上有丰富的水，人们可以通过分解水来获得氢气。
（3）氢具有其他能源物质无法比拟的优势。人们首先将它使用在汽车上，以氢为燃料，汽车在低温下也能发动。液态氢是导弹、火箭和宇宙飞船的最佳燃料。
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1.目前最理想的燃料是氢；
2.风力发电是最廉价的发电方式之一。
典例3 为了应对能源危机,满足不断增大的能源需求，当今国际能源研究的热点之一
就是寻找新能源。下列有关新能源的叙述不正确的是( )
D
A.氢燃烧热值高，资源丰富，无毒，无污染
B.风能是太阳能的一种转换形式，能量巨大
C.世界上地热能蕴藏丰富，且已被用于采暖、温室、发电等方面
D.太阳能能量巨大,取之不尽、用之不竭，而且清洁、无污染，但需要开采、运输
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[解析] 氢燃烧的产物是水，不污染环境;氢的燃烧热值高；氢气可以通过电解水得到，而地球上水资源丰富，故A项正确。地面各处受太阳辐射后气温变化不同，空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，空气在水平方向上从高压地区流向低压地区，形成风，故风能是太阳能的一种转换形式,B项正确。地热能是地球内部储存的能量，蕴藏丰富，且已被用于采暖、温室、发电等方面，故C项正确。太阳能是一种清洁、无污染、可再生的新型能源，取之不尽、用之不竭，可以直接利用，无须开采、运输，故D项不正确。
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知识点4 合理利用和开发能源
1.能源利用历程
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2.化石能源的利用
（1）利用现状
化石能源是不可再生的能源，储藏量有限，但目前世界各国仍然以持续增长的速度消耗着这些有限的能源。
（2）合理利用
以人类现阶段掌握的科学技术水平来看，目前合理利用能源的最好途径是提高能源的利用效率:①循环利用家电和交通工具;②购买能提高能源利用效率的新产品;③在房屋上安装绝热材料、太阳能电池板或安装新型窗户来提高能源利用效率;④发电厂使用可就近获取的替代型能源以减少对化石能源的依赖等。
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3.新能源的开发
在节约能源和提高能源利用效率的基础上，我们还需要开发新技术以拓展能源来源，且要逐步转向以利用核能及可再生能源（太阳能、风能、水能、生物质能）为主的新能源。
4.合理利用和开发能源的意义
能源的大量使用，极大地提高了人们的生活质量，推动人类社会不断向前发展。但是，对常规能源的过度开发和利用，也不可避免地给人类生存环境造成了严重影响。为保障人类不断增长的能源需求，需要改变现有能源利用的不合理结构和能源利用方式，探究能源利用的新途径，开发出满足人类可持续发展的理想能源，最终实现人类与自然、环境的和谐发展。
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典例4 能源危机制约着现代社会发展，开发和利用可再生能源是人类自身解决能源问题重要举措之一。
（1） 目前，煤、石油、天然气等化石燃料成为最主要的能源，它们的大量使用打破
了生物圈中碳循环的平衡，使大气中__________的含量迅速增加，导致全球气温升高。
二氧化碳
（2） 人类社会的不断进步，必然会带来新一轮的能源革命。未来的新能源要能够
大规模替代煤、石油、天然气等常规的、不可再生的能源，新能源的特点是______
_________。
可再生和清洁
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