一、能源的概念、分类及新能源的特点。
答：1. 能源的定义：
能源就是向自然界提供能量转化的物质（矿物质能源，核物理能源，大气环流能源，地理性能源）。能源亦称能量资源或能源资源，是指可产生各种能量（如热量、电能、光能和机械能等）或可做功的物质的统称，是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源，包括煤炭、原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。
能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，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。通常意义上的能源是指拥有某种形式的能量，在一定条件下可以转换成生产、生活所需要的燃料和动力来源的物质。
简而言之，能源就是能量的来源。
2. 能源的分类：
能源种类繁多，而且经过人类不断的开发与研究，更多的新型能源已经开始能够满足人类需求。根据不同的划分方式，能源也可分为不同的类型。 （1）根据地球上能量的来源分类。
地球本身蕴藏的能量，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。能源可分为来自太阳的辐射能量、地球内部固有的能量、地球与其他天体相互作用的能量共三大类（见表1-1所示），分别称为第一类能源、第二类能源、第三类能源。
表1-1 能源按来源的分类
第一类能源 （直接或间接来自太阳辐射） 第一类能源 （地球内部带来的能量） 第一类能源 （地球-天体相互作用能） 可再生资源 太阳能、水能、风能、波浪能、海流能、生物质能、海水温差能 冰 原子核能、地热能、火山、地震、核燃料（铀、钚、钍、氘等） 海啸 潮汐能 不可再生资源 煤、石油、天然气、油页岩、可燃①来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）。除直接辐射外，并为风能、水能、生物能和矿物能源等的产生提供基础。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。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。如原子核能、地热能等。 ③地球和其他天体相互作用而产生的能量。如潮汐能。
地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。地壳就是地球表面的一层，一般厚度为几公里至70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2900公里，火山爆发一般是这部分岩浆喷出。温泉和火山爆发喷出的岩浆也是地热的表现。地球内部为地核，地核中心温度为2000度。可见，地球上的地热资源贮量也很大。 （2）根据产生的方式及获得的方法分类。 根据产生的方式可分为一次能源和二次能源。一次能源即天然能源，是指自然界中以天然形式存在并没有经过加工或转换成能量资源就可以直接利用的能源，一次能源包括可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气资源，其中水能、石油和天然气试一次能源的核心，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。二次能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，例如：电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等能源都属于二次能源。
（3）根据能源使用的类型以及被开发利用的程度分类。 可分为常规能源和新型能源。 利用技术上成熟、使用比较普遍的能源叫做常规能源。包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。 新近利用或正在着手开发的能源叫做新型能源。新型能源是相对于常规能源而言的，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、氢能以及用于核能发电的核燃料等能源。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;但新能源大多数是再生能源。资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。
（4）根据能源消耗后是否造成环境污染分类。 可分为清洁型能源和非清洁型能源，清洁型能源对环境污染较小或者无污染，如太阳能、风能、水能、海洋能、氢能等。非清洁型能源指对环境污染较大的能源，包括煤炭、石油等。 （5）根据能源是否可以再生分类。 可以分为可再生能源和非再生能源。
凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为再生能源，反之称为非再生能源。可再生能源是清洁能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且分布广泛，适宜就地开发利用，主要包括风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等；非再生能源会随着人们的利用越来越少，如煤、石油和天然气等。
综上，能源的分类情况如下表1-2所示。
表1-2能源的分类
分 类 可再生能源 水能（大型水电站） 常规能源 生物质能（薪柴、秸秆等） 非再生资源 煤炭 天然气 石油 核能（核裂变） 一次能源 太阳能 生物质能 新能源 风能 水能（小水电） 地热能 海洋能 二次能源 氢能、沼气能 电力、煤气、汽油、柴油、焦炭等 核能（可控核聚变） 太阳能 此外，我们还经常看到一些与能源有关的术语或名词，如农村能源、绿色能源、传统能源、替代能源等等，这些都是从某一个方面反映能源的特性。
3. 新能源的特点：
新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式，是指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。也可以说，新能源包括各种可再生能源和核能。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。
（1）太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。太阳能清洁环保，无任何污染，利用价值高。太阳能不仅具有储量的“无限性”、“巨大性”的特性，还具有“广泛性”、“清洁性”、“间歇性”和“经济性”等优点。
（2）核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，核能的释放主要有三种形式：核裂变能、核聚变能和核衰变。核能的利用存在如下主要问题：
①资源利用率低。
②反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决。 ③反应堆的安全问题尚需不断监控及改进。
④核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制。 ⑤核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大。
（3）海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。
海洋能特点如下：
①海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。
②海洋能具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。
③海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。人们根据潮汐潮流变化规律，编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报，预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。既不稳定又无规律的是波浪能。
④海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。 （4）风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的十倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。目前风能最常见的利用形式为风力发电。
（5）生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。
生物质能，又名生物能源，是利用有机物质（例如植物等）作为燃料，通过气体收集、气化（化固体为气体）、燃烧和消化作用（只限湿润废物）等技术产生能源。具有以下特点：
①燃烧过程对环境污染少。 ②储量大，可再生。
③生物质能源具有普遍性、易取性。 ④是唯一可以运输和储存的可再生资源。
（6）地热能来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。中国地热资源丰富，分布广泛。
（7）氢能作为一种清洁、高效新能源。具有资源丰富、安全环保，无味无毒，不会造成人体中毒，燃烧产物仅为水，不污染环境。具有高温高能、热能集中、燃烧产生的热量大、
可再生性等优点。并且还有一定的催化特性、还原特性和变温特性，而且来源广泛，即产即用，应用范围广，适合于一切需要燃气的地方。
同时氢能的使用也存在以下缺点：制取成本高，需要大量的电力；生产、存储难：氢气密度小，很难液化，高压存储不安全。
（8）海洋渗透能是一种十分环保的绿色能源，它既不产生垃圾，也没有二氧化碳的排放，更不依赖天气的状况，可以说是取之不尽，用之不竭。而在盐分浓度更大的水域里，渗透发电厂的发电效能会更好，比如地中海、死海、中国盐城市的大盐湖、美国的大盐湖。 （9）水能是一种可再生能源，是清洁能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。水不仅可以直接被人类利用，它还是能量的载体。水能资源丰富，随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的替代资源，目前世界上水力发电还处于起步阶段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。
（10）可燃冰是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似，故称“可燃冰”。可燃冰在低温高压下呈稳定状态，具有埋藏浅、规模大、能量密度高、洁净等优点。
二、什么是煤？煤的结构、煤的作用（用途）及主要应用领域。
答：1. 煤的定义
煤是由远古植物残骸没入水中经过生物化学作用，然后被地层覆盖并经过物理化学作用形成的有机生物岩。
2. 煤的结构
2.1 宏观煤岩组分
煤是一种有机生物岩，其物质组成较为复杂。当用肉眼观看时，可以看到其物质组成的不均一性，其主要表现为煤是有机物和无机物（矿物质）的混合物。有机物其本身也因成煤原始物质和积聚条件的不同，呈现出复杂性和多样性。根据颜色、光泽、断口、裂隙、硬度的不同，用肉眼可将煤层中的煤分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种宏观煤岩成分。
2.2 煤的显微组分 煤的显微组分，按其成分和性质的不同可分为有机显微组分和无机显微组分。煤的有机显微组分可分为四类，即凝胶化组分（镜质组）、丝炭化组分（惰质组或丝质组）、稳定组（壳质组），以及由凝胶化与丝炭化组分之间的过渡成分（半镜质组、半丝质组等）。煤的无机显微组分即指煤中的矿物质，主要有粘土矿物、硫化物、氧化物及碳酸盐类等四类。
2.3 煤的化学结构
煤的化学结构是指在煤的有机分子中，院子相互联结的秩序和方式。又称煤的分子结构，简称煤结构。煤不同于一般的高分子有机化合物，它具有特别的复杂性、多样性和不均一性。即使在同一小块煤中，也不存在一个统一的化学机构。因此，迄今为此尚未法分离出或鉴定出构成煤的全部化合物。对煤化学结构的研究，还只限于定性地认识其整体的统计平均结构，定量地确定一系列的“结构参数”。采用不同的手段对煤结构进行分析，其结论见表2-1所示。
表2-1 煤结构的分析
分析手段 X射线衍射图谱分析 红外光谱图分析 煤结构的结论性信息 芳香层片的平均直径、芳环数、碳原子数和堆砌高度随煤化度加深而增大，而其层间距随煤化度加深而逐渐减小 煤中羟基一般都是氢键化的，处于脂肪烃和环烷烃基团上氢的吸收峰随着煤化度的加深，开始稍有加强，之后又急剧减弱 核磁共振波谱分析 随着煤化度增加，芳环结构增大，芳香环上的侧链缩短；煤的结构参数随煤化度规律性地变化 统计结构解析 芳碳率随煤化度增加而增大，还原程度较高的煤，氢含量较大，随煤还原程度的增加，煤的芳碳率呈逐渐减小的趋势 根据煤的各种结构参数进行推断和假想建立了不同的煤的结构模型，包括化学结构模型、物理结构模型和综合模型。化学结构模型有Fuchs模型、Given模型、Wiser模型和Shinn模型，物理结构模型有Hirsch模型和两相模型，综合模型有Oberlin模型和球模型。各种模型只能代表统计平均概念，而不能看作煤中的真实分子形式。
3. 煤的作用及应用领域
煤是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。
1）动力煤
在国外，动力煤绝大部分用来发电，工业锅炉也有一些用量。全世界约有55%的煤炭用于发电，煤炭需求的增量部分基本上都在电力部门，但中国例外，在中国实施工业化的进程中，各行各业都需要大量的煤炭（动力煤）。