能源发展简史
人类利用能源是以薪柴、风力、水力和太阳能等可再生能源开始，后来才发现了煤炭和石油。中国大约在春秋末（公元前500年）开始利用煤炭作燃料，但是直到13世纪英国开采煤矿，才把煤炭推上了能源的主角地位。18世纪瓦特发明蒸汽机，英国进行产业革命，大量的动力机械逐渐替代了手工业生产方式，交通运输业也迅速发展，使世界能源结构起了重大变革。1859年美国开始了石油钻探，这种液体燃料显示出比被称为黑色金子的煤炭更具有吸引力。1876年，德国人奥托创制了内燃机，使机械工业发生了翻天覆地的变化。石油与煤炭的竞争加速了世界工业化的进程。特别是第二次世界大战结束后，中东一带的石油大量开发，廉价石油使发达国家的经济像吹气球似的膨胀起来。在煤炭、石油、天然气加速发展的同时，以电为主导的能源结构大变革又开始了。作为二次能源的电力，从19世纪开始，无论是火电或水电，以及后来居上的核电，已在一些国家的经济中越来越起主导作用。电给人们带来无限的欢乐，从生活到生产，人们已离不开电，这是人类利用能源的重要里程碑。
综上所述，能源变革就是人类利用能源的简史。时至今日，人类消耗的能源越来越多，能源的种类也很繁多。
自然资源的有限性
1980年曾经估算世界的石油贮量为3300—4700亿吨，天然气贮量为250—280万亿立方米。到1991年测算，世界石油剩余可采贮量为1600亿吨，天然气剩余可采贮量为133.6万亿立方米。但是经近年来的地质勘探，这些数字都有变化。其中我国的石油、天然气贮量更是在不断变化中，因为勘探工作尚在加紧进行。最新估算，中国的石油贮量约为940亿吨，其中已探明石油贮量为33亿吨，已探明的天然气贮量约为1.7万亿立方米。1995年中国生产石油1.49亿吨，生产天然气172亿立方米，生产煤炭12.98亿吨。
水电是一种可再生能源，在一些国家还有较大的开发潜力，中国的水能资源较为丰富，但是大多数尚未很好开发利用，若能合理开发，将是弥补电力不足的好出路。由于化石能源的有限性和环境保护的需要，国际上对水电开发又引起了注意，特别是有些发展中国家，没有更多的廉价石油和煤炭供火力发电，及早考虑如何充分利用水能资源，把电力工业和基础农业同时发展起来，将是现实可行的。例如巴西在发展水电方面有不少成功的经验。表中为世界主要国家水电开发和资源潜力。该表可以代表性地看出，像挪威、巴拉圭、巴西、哥伦比亚、瑞士、奥地利、加拿大等国的电力主要靠水电。有些经济发达国家，如瑞士、日本、挪威、美国、意大利、西班牙、加拿大、奥地利等国的水能资源都得到了较充分的利用，而在多数发展中国家的水能资源尚未大量开发利用。我国的水能利用率仅及印度的一半。加速水电开发势在必行。
发展经济需要能源，但是从上述能源资源看，经济增长不能无限增加能耗。20世纪70年代的世界石油危机给人们敲响了警钟，特别是一些靠消耗别国能源资源的国家，不加节制地增加能源用量不是长远之计，明智的办法是提高能源利用率和寻找替代能源。因此，美、日、德、法等国，在节能和开发新能源方面加大了投入。实际上许多经济发达国家从20世纪70年代后期以来，已逐渐做到经济有增长，能耗不增加，甚至有的国家总能耗还略有下降。他们已经认识到天赐资源有限，何况多数发达国家的能源大部分靠进口。如日本：国家小，资源不足，不能靠拼能源去增强经济实力，只能从技术上发挥优势，充分利用有限的资源，开展综合利用，使物尽其用，毫不浪费。我国和多数发展中国家，对能源资源的紧迫感还不强，能源利用效率偏低。例如，我国比欧洲国家的能源利用，总效率约低20％左右；在农业方面约差10％，工业方面约差25％，民用商业方面也差20％。发展中国家浪费能源资源的现象比较普遍，技术越落后，浪费也越大。
环境污染的严重性
如果20世纪70年代节约使用化石能源，是从防止世界产生石油危机考虑，那么进入20世纪90年代以后，则不仅是考虑不可再生能源资源的问题，而且更突出的是世界环境保护问题。例如大气中二氧化碳含量的增加，对温室效应和全球气候恶化产生的影响。
1992年6月，联合国在巴西的里约热内卢召开了世界环境与发展大会，许多国家元首和政府首脑都出席了会议，会上发表了《关于环境与发展的里约热内卢宣言》，并提出了《21世纪议程》。下表中为世界二氧化碳排放量情况。
从表中可以看出，一些大国因为使用化石能源量大，排放的二氧化碳也多。我国人口多，人均能耗和二氧化碳排放量虽低于外国，但是绝对排放量却居世界第三位，当然不可忽视。亚洲地区新兴国家较多，能源消耗量大，预计到2010年，亚洲总能耗将比1992年翻一番，届时二氧化碳的排放量将占全球的1/4，直接导致的环境问题更为严重。不仅二氧化碳的排放量在直线上升，其实二氧化硫的排放量也令人忧虑，我国几乎40％的国土面积受到酸雨的威胁。主要是因燃煤过多而使二氧化硫的排放量过高引起的。酸雨对农林业影响巨大，仅南方江浙等七省，因酸雨减产的农田就达1.5亿亩，年经济损失约37亿元；森林受害面积128亿平方米，林业及生态效益损失约54亿元。这难道不惊人吗？所以说，没有远虑，必有近忧。
节能的必要和途径
对于现有的化石能源，人们暂时还不可能放弃。尽管能源过渡已提到议事日程，但是技术准备还将经历一段时间。特别是各国情况不同，所需时间差距更大。例如中国目前能源供应70％以上依靠煤炭，要想取代煤炭，必须有一个相当长的过程。为了节约化石能源，减少这些能源对环境的污染，世界各国都在研究提高能源利用率的技术，实行开源节流的政策。从开源方面讲，主要是采用代用能源，开发新能源利用。在节流方面，不外是发展各种节能技术，充分利用余热、余能。因此，这涉及非常广泛的技术门类，各国或各地区的技术基础条件不同，对节能的要求也不一样。针对我国的情况，重点将包括以下一些方面。
洁净煤技术
洁净煤也叫清洁煤。人们也许会觉得奇怪，煤炭又黑又脏，燃烧起来上冒烟、下吐渣，装运起来灰尘滚滚，怎谈得上“洁净”两字？问题也正在于此，所以，它是煤炭开发利用中非常突出的新技术。为了减少煤炭燃烧时对环境的污染，早在20世纪80年代中期，美国和加拿大等国就开始了洁净煤技术的研究，当时主要是针对大型火电厂造成的酸雨危害而进行的。因为电厂燃煤，排放的烟气中二氧化硫的含量过高，遇到高空的水蒸气，就变成含稀硫酸的雨，降落下来称作酸雨，它毁坏森林和农作物，甚至连人们晾晒的衣物也会遭到损坏。后来各国在燃煤过程中添加石灰等碱性添加剂，使酸性得到中和，但这会降低燃煤的热效率。因此，洁净煤的技术范围又扩大到煤的加工转化领域，它包括燃煤前的净化（脱除硫和其他杂质），煤的燃烧过程净化（使用各种添加剂），燃烧后对烟气的净化，以及使煤炭转化为可燃气体或液体的过程等。现代煤的净化技术，除了减轻环境污染外，还要提高煤的利用率，减轻煤的运输压力，降低能源成本。它是一举多得，需要综合考虑的问题。
在洁净煤技术中，较适合我国国情的是清洁型煤技术。中国现有40多万台工业锅炉、20多万台工业窑炉和1亿多个小型炊事炉。如此多的炉窑，若要全部实行烟气净化，几乎是不可能的。但采用统一生产的“清洁型煤”去控制污染，不烧散煤，则是经济有效和可行的。说起型煤，自然会联想到早期的煤球和蜂窝煤，那是最早的粉煤变块，提高了煤的燃烧效率，在民用煤方面是一大进步。20世纪60年代国外发展起来的上点火蜂窝煤和把烟煤加工成无烟型煤，又是一大进步。现在的清洁型煤技术则是要求高效、低污染，采用清洁添加剂、防水剂、活化剂等，使型煤的性能更理想。由于型煤的燃烧效率高，可以避免在低效燃烧时容易产生的黑烟、颗粒物和苯并芘等有害污染物。特别是型煤在工业炉窑上的应用，使燃煤洁净化更具有现实意义。
煤炭气化新技术
煤炭气化是一种热化学过程，通常是在空气、蒸汽或氧等作气化介质的情况下，在煤气发生炉中将煤加热到足够的温度，使煤变化成一氧化碳、氢和甲烷等可燃气体。即把固体的煤变成气体，所以叫气化。因为煤炭直接燃烧的热利用效率仅为15％—18％，而变成可燃烧的煤气后，热利用效率可达55％—60％，而且污染大为减轻。煤气发生炉中的气体成分可以调整，如需要用作化工原料，还可以把氢的含量提高，得到所需的原料气，所以也叫合成气。
研究煤的气化已有200多年的历史，方法很多，如丰塔纳的水煤气法、西门子的煤气发生炉和温克勒的流化床气化炉等。在现代煤的气化技术中，有鲁奇炉、K-T炉、德士古炉、温克勒炉和西屋炉等，这些都是国外工业化煤的气化设备。
我国煤炭气化技术研究也有几十年的历史，后来又引进了国外一些先进的气化设备，目前正在实现煤气化设备国产化。同时，我国也研制了几套工业试验装置，如固定床干态排灰加压气化的中间试验装置，中国科学院山西煤化所的两段炉煤气化工业装置等。浙江大学热能工程研究所开发的循环灰载热流化床气化与燃烧技术，它是在循环流化床锅炉旁设置一干馏气化炉，利用该锅炉的高温灰使气化炉气化吸热，燃料首先送气化炉裂解和蒸汽气化，产生中热值煤气，经净化后供作民用燃料。汽化后的半焦灰送循环流化床锅炉燃烧产汽、发电。实现燃气、蒸汽联产，热、电、气三联供。这样综合利用，燃料利用率高于90％，而且对环境污染小，特别适合中小城镇进行煤炭的综合利用，它对煤种的适应性也较强，可采用褐煤、烟煤，甚至加入各种可燃的生物质燃料，如农林废弃物等，以节约煤炭。
水煤浆技术
水煤浆又称煤水燃料。它是把低灰分的洗精煤研磨成微细煤粉，按煤与水比例7∶3左右匹配，并适当加入化学添加剂，使成为均匀的煤水混合物。这种新型燃料，既具有煤的物理和化学特性，又有像石油般的良好流动性和稳定性。它便于贮运，可以雾化燃烧，且燃烧效率比普通固体煤为高，污染也少。水煤浆在一定范围内可以替代石油，如用于烧锅炉，当然还不能用于开汽车，但总可以扩大煤的用途。目前，日本、瑞典、美国和俄罗斯都在开发此项技术，我国也建立了水煤浆生产和应用基地，以取代一部分燃料油。实践表明，约1.8—2.1吨水煤浆可以替代1吨燃料油，经济上是可行的。由于水煤浆燃烧较充分，热效率可达95％。使用水煤浆的环境效益也较好，排烟和排灰量都显著减少。我国煤多油少，发展水煤浆前景较好，国家对此十分关注。
石油新型加工技术
根据已探明资料，石油资源有限，国际上对石油深度加工较为重视。近年来，我国也加强了石油新型加工技术。在五花八门的石油加工技术中，加氢裂化技术很具代表性，它对原料的适应性强，产品质量好、效率高。在石油炼制过程中，加氢裂化可以提高汽油或柴油的产量和质量。加氢裂化技术的产品方案十分灵活，可按不同原料采用不同工艺和不同的操作条件。
除加氢裂化外，催化裂化、铂重整和异构化等石油加工技术都有新的发展。不仅可以获得更多的高质量精炼油品，还可以副产多种化工产品，以求最大限度地综合利用资源。
磁流体发电技术
磁流体发电的工作原理和普通发电机发电的原理一样，都是遵循法拉第电磁感应定律的，所不同的是磁流体发电是利用高温导电流体高速通过磁场切割磁力线，而产生电磁感应电动势。当闭合回路中接有负载，则有电流输出。这种发电方式不需要发电机，不需要经过热能转换为机械能，然后再由机械能转换为电能，它是直接由热能转换为电能，省掉了中间转换的能量损失，所以总的发电效率高。同时，由于没有高速旋转的机械部件，当然这方面的机械事故也少。它的结构紧凑，单机容量大，启停迅速，是一种最新型的发电方式。目前，这种新的高效发电方法尚未商业运行，关键涉及一些高技术和新型材料。目前，美、俄、日等国都在集中力量研究，我国也在高技术研究规划中列有项目，并在北京、上海建立了试验装置。集中了科学院、高等院校和工业企业的高级技术力量，进行重点科技攻关。
工业余能回收
在工业生产中，总是有一部分余能未被利用，技术越落后，余能就越多。发展中国家一般设备陈旧，余能浪费偏大。我国的能源利用率在世界上也属于偏低水平，回收工业余能任务艰巨。从开源节流出发，回收利用工业余能是首要问题。
工业余能回收最主要的是余热利用，就一般厂矿而言，余热资源可按表中分类。
表工业余热资源分类
类别投资回收年限余热利用率余热资源说明
（年）（％）
一类余热＜3＞10可燃废气、废渣，供热的冷凝水，650℃以上高温烟气。
二类余热3—55—10300—650℃中温烟气，80℃以上的冷却水。
三类余热＞5＜5300℃以下低温烟气，500℃以上的
排渣。
余热利用可分为直接利用、间接利用和综合利用。直接利用多在生产环节中作为预热、烘干原料、提供生活热水和发展养殖业等；间接利用可通过余热锅炉、换热器等生产热水和发电；综合利用是在生产和生活中合理安排，一能多用，逐级利用，直到把热能用尽为止。
