能源的定义及分类
能源是自然界中能够直接或通过转换提供某种形式能量的物质资源，它包含在一定条件下能够提供某种形式的能的物质或物质的运动，也指可以从其获得热、光或动力等形式的能的资源，如燃料、流水、阳光和风等。为了了解能源的特点和相互关系，便于研究和有效地开发利用，通常将能源按不同的方式分类。常见的能源分类方式有以下7种。
一、按能源的形态、特性或转换和利用的层次进行分类
这种分类方式是世界能源委员会推荐的能源分类方式。
1．化石燃料
化石燃料又称矿物燃料，包括固体、液体和气体燃料。它们分别是古代植物和低等动物的遗体在缺氧条件下，经高温高压作用，经漫长的地质年代演变而成。固体燃料主要指可以或已经从天然矿物中开采出来的可作为能源使用的各种固体原材料，包括泥炭、褐煤、无烟煤、天然焦、煤矸石、炭沥青、油页岩等；液体燃料是贮存在地下储集层中，通过地面分离设施后在常温常压下仍保持液态的各种烃类混合物，包括石油、油层凝析液，以及由焦油砂、天然沥青和油页岩生产的液态烃；气体燃料统称天然气，是指地表下岩石储集层中自然贮存的以碳氢化合物为主体的气体混合物。
地下蕴藏的化石燃料主要包括煤、石油、天然气、焦油砂和页岩油。据估计，经过多年开采，剩下的储量已非常有限，而且是以煤为主。化石燃料既可通过燃烧提供热量，又可作为极其宝贵的化工原料加工提炼出诸如化学纤维、塑料、尼龙、橡胶、化肥等化工产品。而以化石燃料为主体的能源系统造成了严重的全球环境问题，因而未来世界能源结构将逐步转向以可再生能源为基础的持续发展的能源体系，化石燃料将更多地作为化工原料发挥作用。
2．水能
水能也称水力，是天然水流能量的总称，通常专指陆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，因不断流动而具有动能。水流能量的大小取决于流量和落差这两个因素。水能属于再生能源，价廉、清洁，可用于发电或直接驱动机械做功，是可再生能源中利用历史最长，技术最成熟，应用最经济也最广泛的能源。据估计，全世界水力资
源理论蕴藏量为350000×108kwh/a，技术可开发量约为150000×108kwh/a，经济可开发量约为93500×108kwh/a，目前，已开发利用的水力资源约为技术可开发量的14％。中国水能资源十分丰富，理论蕴藏量达59200×108kwh/a，技术可开发量约为19200×108kwh/a，经济可开发量约为12600×108kwh/a，居世界第一位，但目前利用程度不高，已开发利用的储量约占可开发储量的14％。在电力生产中，水电比重较低，且呈下降趋势。随着国民经济高速发展，我国能源和电力的供需矛盾越来越突出，从我国能源资源状况来看，应确立优先开发水电的战略思想，扭转水电发展长期落后的局面，使我国丰富的水力资源真正成为发展经济的动力。
3．核能
核能包括重核的裂变能和轻核的聚变能。重核的裂变能是指铀、钚等重元素的原子核发生链式裂变核反应时释放出的巨大能量。核裂变能能量密度高，一个铀原子核裂变时释放出的能量约是一个碳原子氧化时放出能量的5×107倍，即1kg
235u裂变时释放出的能量相当于2500t（标准煤）；对大气污染小、燃料运输量小、发电综合成本低且开发技术成熟，目前，已大量应用于工业能源生产。核裂变能主要用于发电和供热，由于核裂变能的上述优越性，核电事业有较大发展，但由于自然界中所含的核原料有限，并且核裂变产生的放射性废物会构成对环境污染的威胁，并可能引起核扩散，因此核裂变能并非理想的长期能源。
轻核的聚变能是指两个轻原子核聚合成一个较重原子核所释放出来的能量。常用的核聚变燃料是氘和氚。核聚变能具有较核裂变能更高的能量密度，单位质量的氘聚变时放出的能量约为单位质量的235u裂变时放出能量的4倍，ll海水中的氘发生聚变反应放出的能量相当于300l汽油完全燃烧时放出的能量，地球表面海水储量约为1018t，即使考虑能源消耗水平的逐年增加，地球上的氘也足够使用1000亿年以上。此外，核聚变能还是一种较核裂变能更清洁、更安全的能源，这主要是因为核聚变反应物基本没有放射性，反应产物适当处理后对环境没有严重的污染问题，反应过程中一旦出现问题，反应会自动地迅速停止。轻核聚变能是一种非常理想的可供人类长期使用的潜在能源，受控热核聚变是当前科学界正积极研究的一项重大课题，它的成功将为人类找到一条有效的长期稳定的能源供应途径。
4．电能
电能，又称电力，是以电磁场为载体，以光速传播的一种优质能源。目前主要由一次能源通过电磁感应转换而成，也可通过燃料电池由气、煤气、天然气、甲醇等燃料的化学能直接转换而成，或利用光伏效应由太阳能直接转换而成。目前世界上主要发电形式为火力发电，水力发电和核能发电。重点研究的新的发电方式有磁流体发电、热电子发电、电气体发电、燃料电池等。电能有各种形式，如直流电能、交流工频电能、高频电能等。由于电能来源广泛，可以方便地由各种一次能源转换而来，又可方便地转换为机械能、热能、光能、磁能和化学能等其他能量形式以满足社会生产和生活的种种需要，还可方便、经济、高效地大规模远距离传输和分配，且在生产、传送、使用过程中易于调控，在使用过程上没有污染，已成为人类社会迄今应用最广泛，使用最方便，最清洁的一种二次能源。电力的开发及其广泛应用是继蒸汽机发明之后，近代史上第二次技术革命的核心内容。20世纪70年代兴起的新技术革命中，电的应用则是信息传递与控制的基础。
5．太阳能
太阳能是指太阳内部高温核聚变所释放的辐射能。太阳向宇宙空间发射的辐射能中，只有20亿分之一到达地球大气高层，其中，30％被大气层反射，23％被大气层吸收，地球表面截获的太阳能的功率为8×1013kw。
太阳能是一种清洁的，可持久供应的自然能源，资源量非常巨大，被大气层吸收和地球表面截获的太阳能约有相当于12×1013kw的能量，为目前全世界能源消费总量的20000倍。太阳能可转换为热能、机械能、电能、化学能等加以利用，常见的方式有：直接热利用、热发电或通过电池发电等。
太阳能具有以下两大特点：一是聚集性差，地球表面的太阳辐射功率密度很低，但分布广泛，集中使用要求占用较大面积，特别适宜在广大农村和边远地区分散使用；二是太阳能供应的间断性和不稳定性使太阳能的利用受到季节和气候变化的影响，这就要求太阳能利用装置和系统的设计必须考虑能量的贮存，或与其他能源匹配互补供能，以满足用户的负荷需要。日前，太阳能的利用在许多国家还处于起步阶段，开发与利用技术有待于进一步研究，随着科学技术的不断发展，太阳能将会被列人常规能源。
6．生物质能
生物质能来源于生物质，生物质指一切有生命的可以生长的有机物质，包括动物、植物和微生物。动物要以植物为生，而植物则通过光合作用将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内。因此，从根本上说，一切生物质能都来源于太阳能。所有生物质均具有一定的能量，而可作为能源利用的生物质主要包括木材及森林工业废弃物、农作物及其废弃物、水生植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。在人类发展历史中，生物质能为人类提供了基本燃料。目前，生物质能消费量约占世界能源消耗的14％，多应用于生活和工、农业生产。
生物质能源可以就地开发和利用，是可再生的廉价能源。其优点是使用方便，含硫量低，灰分少，易燃烧，并可进行多种转化，但缺点是容重小、体积大，贮运不便，传统的直接燃烧利用方式热效率极低。为了提高利用效率和方便运送、贮存和多功能使用，可采用热转换法，如干馏、热解，获得燃料油和可燃气体，或在厌氧环境下，经微生物分解产生沼气。淀粉、谷物之类的生物质可在霉菌和酵母菌的作用下发酵产生酒精。
目前地球上绿色植物的光合作用效率还比较低，利用植物生产生物质能的潜力还很大，进行能源种植和开发植物能源都是行之有效的办法。能源种植就是通过光合作用，直接把太阳能的光能转化为像石油那样的烃，如1978年，美国科学家卡尔文培育出好几种能提取液体燃料的植物，并因此获得诺贝尔奖，这类被人们称作“石油草”的植物，割开表皮就会源源流出一种可直接用作汽车燃料的白色含烃乳状液。可直接生产“燃料油”的植物也被大量发现，如巴西科学家在亚马逊河热带丛林里发现的一种名为“苦配巴”的石油树，其汁液不需加工即可用来发动柴油机，6个月后还可再次采油。
7．风能
风能是由于太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起大气层中的压力不平衡而使空气运动形成风所携带的能量，它是太阳能的一种转化形式。风能是一种可再生的清洁能源，储量大、分布广，但能量密度低，并且不稳定，是一种间歇性的自然能。只有当地面以上20～30m高度处约平均风速达到5m/s时，风能才值得较大规模地利用。风能主要用于发电、提水、制热和航运。风力发电目前已用于充电、照明、无线电通讯、卫星地面站电源、灯塔电源及海水淡化等。在美国加利福尼亚州，风力发电已获得大规模商业应用，据初步估计，中国的风能资源蕴藏量约相当于10×108kw，有可能利用的约占10%，相当于1×108kw左右。为缓解中国能源短缺的状况，应加强风能的开发利用，尤其应在边远、偏僻地区以及海岛。草原上加快开展风能的利用工作。
8．海洋能
海洋能是指蕴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）。海洋温差能和海水盐度差能等。其中前3种是机械能，海洋温差能是热能，海水盐度差能是渗透压能。潮汐能和潮流能主要来源于月球的引力，其它都是直接或间接来源于太阳的辐射能。海洋是巨大的能源宝库，海洋能的特点是能量密度低。总蕴藏量大，能在同一地点进行综合利用。由于海洋能的存在形式不同，在技术上转换的方法也不同。虽然早在10世纪以前人们就开始利用海洋能，如潮汐能磨坊和潮汐能提水，但除潮汐能发电和小型波浪能发电外，多数海洋能利用技术尚处于研究试验阶段，科学地开发利用海洋能是现代技术所要解决的重要课题。
9．地热能
地热能是贮存于地球内部的岩石和流体中的热能。它是驱动地球内部一切热过程的动力源。地球基岩的热能通过热传导进入大气和海洋，火山或活动地热田的热能则通过对流进入周围环境。地热能包括天然蒸汽、热水、热卤水等，以及由上述产物带出的与流体相伴中的副产品，按地热能的性质和贮存状态可分为两类：一类是水热型，包括蒸汽型、水热型、地压型；另一类是热岩型，包括干热岩型和岩浆型。地热蒸汽和地热水已在开发利用，前者品位高，资源少，后者品位虽低，但量大面广。干热岩和地压水的利用目前处于试验研究阶段，熔岩的利用则处于基础研究阶段，近期内不可能有实用价值。地热能属于不可再生的一次能源，具有以下特点：一是资源极为丰富。二是受地理位置、地质条件等因素的影响很大，在各国、各地区呈离散型分布。三是除用以发电外，还可综合利用，如地热水可用于供暖、农田灌溉以及金属回收等。四是由于某些技术上的原因，至今尚不能廉价获取。目前，由于先进科学技术的引进和能源需求倍增，地热作为新能源利用的形式已越来越广泛，并从自发利用转变成有计划地利用，充分利用地热能已成为新能源开发的一个重要领域。
二、按形成条件分类
按形成条件可分为一次能源和二次能源。
1．一次能源
一次能源指从自然界取得的未经任何改变或转换的能源，如原煤、原油、天然气、生物质能、水能、核燃料，以及太阳能、地热能、潮汐能等。某些一次能源所含的能量间接来自太阳能，由太阳能自然转换，即不通过人工转换形成，又称为一次直接能源，如煤炭、石油。天然气、生物质能、水能、风能、海洋能等均属此类。
在人类社会生产和生活中，因工艺或环境保护的需要，或为方便输送、使用和提高劳动
生产率等原因，常有必要对一次能源进行加工或转换使之成为二次能源。随着科学技术的进
一步发展和人类社会的日益进步，直接使用一次能源的比重必将越来越下降。
一次能源可采取两种方式进行分类，即根据成因分类和根据其能否循环使用和不断得到补充分类。
（1）根据成因可分为3类：
第一类来自太阳热核反应释放的能量，包括直接到达地球的太阳辐射能，由太阳辐射能转换而来的原煤、原油、天然气、生物质能，以及太阳能的热效应在大气、陆地与海洋三者之间的界面产生的风能、波浪能和洋流的动能。
第二类是蕴藏在地球内部的岩石和流体中的地热能，以及放射性矿物蕴藏的核能。
第三类是月球、太阳和地球的相互作用产生的潮汐能。
（2）根据其能否循环使用和不断得到补充分为：
①再生能源，也称“可再生能源”，是指在自然界生态循环中能不断再生，并有规律地得到补充，不致因不断开发而枯竭的一次能源。它包括水能、太阳能、潮汐能、生物质能、地热能等，古代农业社会主要依靠再生能源，进入工业社会后，逐渐为短期内无法再生的化石燃料所替代。随着新技术革命的进展，再生能源的利用将得到新的发展。由于再生能源可以再生并有规律地得到补充，不用就会被白白浪费掉，因此，应抓紧时间尽早开发利用。
②非再生能源，也称“不可再生能源”，是指自然界经亿万年形成而储存下来的，因数量有限，将随着人类不断开采而枯竭，短期内又无法再生的一次能源。包括原煤、原油、天然气等化石燃料和核燃料。非再生能源为创造人类现代物质文明发挥着重要的作用，其使用量目前占整个能源消费总量的比重很大。由于它不可能在短期内循环再生，应注意合理开发，高效利用。
2．二次能源
二次能源也称“次级能源”或“人工能源”，是由一次能源经过加工或转换得到的其他种类和形式的能源，包括煤气、焦炭、汽油、煤油、柴油、重油、电力、蒸汽、热水、氢能等。一次能源无论经过几次转换所得到的另一种能源，都被称作二次能源。在生产过程中的余压、余热，如锅炉烟道排放的高温烟气，反应装置排放的可燃废气、废蒸气、废热水，密闭反应器向外排放的有压流体等等，也属于二次能源。
二次能源的转换形式很多，如煤可转换成焦炭、煤气、电力、蒸汽、热水；原油经过精馏分离可得到汽油、煤油、柴油、重油等等。在一次能源转换成二次能源的过程中，总会有转换损失，如用煤发电时，煤的一部分能量残存在未燃尽的煤粒中，一部分以热的形式从烟囱中损失掉，或通过锅炉及蒸气管道的辐射而散发掉。
二次能源的利用程度取决于一个国家的经济、科学技术、国防和人民生活水平等因素。由于二次能源一般比一次能源有更高的终端利用效率，也更清洁和便于输送、使用，随着科学技术的进一步发展和社会生活的日益现代化，二次能源使用量占整个能源消费总量的比重必将与日俱增。
三、按使用性能分类
1．燃料能源
燃料是指燃烧时能产生热能和光能的物质。作为燃料使用，并主要以热能形式提供能量的能源即为燃料能源。燃料能源既可按来源分为矿物燃料（如煤、油、气等）、生物燃料（如藻类、木料、沼气、各种有机废物等）以及核燃料（如铀、钚等），也可按形态分为固体燃料（如煤、木料、铀等〕、液体燃料（主要是石油及其产品，常用的还有甲醇、水煤浆和煤炭液化燃料等〕以及气体燃料（如天然气、氢气及煤炭气化制得的煤气等）。燃料能源中，除核燃料包含原子能外，其他燃料都包含着化学能，有的也同时包含着机械能。人们通过燃烧将燃料中的能量转换成热能直接加以利用，或再由热能转换成机械能、电能加以利用。燃料能源是人类目前和今后相当长时期内的基本能源。
2．非燃料能源
不作为燃料使用，直接产生能量提供人类使用的能源，如水能、风能、潮汐能、海洋
能、激光能等。其中多数包含机械能，有的也包含着热能、光能、电能。
四、按利用状况分类
1．常规能源
常规能源又称传统能源，是指在现有经济和技术条件下，已经大规模生产和广泛使用的能源，如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变能。常规能源是人类目前利用的主要能源，在讨论能源问题时，主要也是指的这些能源。
2．新能源
新能源指在新技术基础上系统地开发利用的能源，是正在开发利用但尚未普遍使用的能源。现在世界上重点开发的新能源有：太阳能、风能、海洋能、地热能、氢能等。新能源大多是天然的和可再生的，是未来世界持久能源系统的基础。随着科技水平的提高，新能源和可再生能源供应量将不断提高。
常规能源和新能源的概念是相对的，首先会因为各地区、各国家的能源利用历史和科学技术水平高低而异。例如，核能在工业发达国家已列人常规能源，而在大多数发展中国家则仍被视作新能源。其次，随着技术的进步和生产利用的扩大，新能源会演变成为常规能源，仍以核裂变能为例，20世纪50年代初开始用来生产电力时，被认为是一种新能源，随着核电的迅速发展，现在不少国家已把它列人常规能源的范围。
由于常规能源中，化石燃料和核燃料的储量有限，随着人类的不断开发利用，其资源会日趋减少，以至枯竭。未来的能源将逐步过渡到以新能源为基础的持久能源系统。各种新能源的开发研究无论在缓和近期能源供求矛盾方面，还是在建设持久能源系统方面都具有十分重要的战略意义。
五、按资源形态分类
1．载体能源
载体能源指提供能量的含能物质，如各种燃料、蒸汽等可以直接储存和运输的物质。煤、石油、天然气和电是目前使用最广的载体能源，随着科学技术的发展，氢和微波会成为重要的载体能源。
2．过程能源
过程能源指提供能量的物质运动，如水流、风力、潮汐、波浪等。过程能源存在于物质的运动过程中，一般很难储存和运输。
六、按对环境的影响程度分类
1．清洁能源
清洁能源是指在开发使用过程中，对环境无污染或污染程度很小的能源。如太阳能、风能、水能、海洋能以及气体燃料等。用太阳能直接分解水制氢和核聚变能利用的研究如果成功，则太阳的能量和地球上的水都可成为人类取之不尽用之不竭的清洁能源。
2．非清洁能源
非清洁能源是指在开发使用过程中，对环境污染程度较大的能源，如煤、石油等。随着世界环保呼声的逐渐高涨，非清洁能源的开发和利用将逐步受到限制．
七、按流通状况分类
1．商品能源
商品能源是作为商品经流通环节大量消费的能源，在一定经济条件下产生和存在，是社会分工和产品属于不同所有者的结果，目前主要有煤炭、石油、天然气、水电和核电5种。自产业革命以来，直至20世纪50年代，煤炭始终是最重要的商品能源。此后由于内燃机的推广应用，促进了石油和天然气的大规模开采，石油取代煤炭而成为最重要的商品能源。但由于石油和天然气的资源相对较少，加之1973年以后两次石油危机的冲击，使得煤炭又重新受到重视，并促进了能源结构的多样化。
2．非商品能源
非商品能源不作为商品交换的能源，即自己生产、加工和利用的能源。一般指来源于植物或动物的能源，有时指农业、林业或相应加工业的某些副产品，如就地利用的薪柴、农业废弃物等，通常是可再生的。非商品能源来源广泛，但利用效率较低，在发展中国家农村地区的能源消费中占有很大比重。例如，2005年中国农村能源消费将近一半是非商品能源，农村生活用能源80％依靠生物质能，烧掉薪柴131.4mt（标准煤），秸秆131.6mt（标准煤）。非商品能源作为能量平衡的输人量很难定量表示，有关的换算系数的数值难以确定，且使用效率的变化也很大，故对其进行核算和利用情况的考察非常困难。
商品能源和非商品能源的划分也是相对的，随着市场经济的发展，商品能源所占比重会越来越大。上述各种能源分类都是相对的，不能绝对化地理解。任何一种具体的能源都可因分类角度不同而兼属各种类别，如太阳能既是一次能源，又是可再生能源，还是新能源，随着社会发展和科学技术进步，某种具体能源所属的类别也会改变，如氢能，目前属于新能源，随着氢能制取、贮存、运输和利用技术逐步成熟，使用范围逐步广泛，也可能成为常规能源。
能源计量器具单位
一般的说，以测量对象的不同来划分的计量器具，其计量单位应是统一的，也就是说能源计量仪表的单位应该是焦耳。但由于能源存在形式的不同，决定了能量寄载体的多样性，为了照顾到人们使用的方便和习惯，对不同寄载体的能源选用了习惯性的法定计量单位。
能源的计量单位是指为计算能源的数量而选定作为参考的量。按照能源的计量方式，能源计量单位可以有3种表示方法：一是用能源的实物量来表示，例如煤的吨数（t），天然气的立方米数（m3）；二是用热功单位来表示，如焦耳（j）、千瓦时（kwh）等；三是用能源的当量值表示，常见的如煤当量和油当量。按照能源计量单位的使用范围，可分为国际公认的国际标准计量单位和一个国家自行规定的法定计量单位两种。下面按照能源的计量方式介绍几种常用的国际标准计量单位和我国的法定计量单位及相互之间的换算关系。
一、能源的实物量单位
由于各种能源的形态不一，对能源实物量进行计量时，往往采用不同的计量单位，例如对固体能源采用质量单位，气体能源采用体积单位，而对同一种能源，各个国家和地区所用的计量单位也不一致。表1所示即为不同国家和地区对常见的能源实物量计量单位的采用情况。
表1 常见的能源实物量计量单位及采用情况
能源形式
单位
使用国家和地区
固体能源
液体能源
吨（t）
世界各地
原油
吨（t）
中国、前独联体、东欧各国
桶（bbl）
西方各国
成品油
升（l）
中国、前独联体、东欧各国
加仑（gal）
西方各国
标准立方米（stm3）
中国、前独联体等
气体能源
标准立方英尺（scf）
西方各国
电力
千瓦时（kwh）
世界各地
注：(1)表中桶是指石油桶，约等于l59kg。
(2)加仑分美国加仑（us gal）和英国加仑（uk gal），1us gal=3.785l, 1uk
gal=4.546l
在计算石油产、供、销数量时，国际上主要采用两种方法计量：一是按容积计算，主要以bbl为单位，英制lbbl合163.654l，42.7uk
gal；美制lbbl合158.988l，41.5us
gal；一是按重量计算，主要以t为单位。计算原油日产量、出口量等习惯用bbl，计算年产量、消费量则习惯用t。
国际上将沙特阿拉伯产34°api（相对密度0.855）的轻质原油定为国际标准原油。作为能源度量单位，lbbl国际标准原油的概念等同于
lbbl油当量，简记为加boe。两种单位的折算，一般以国际标准原油密度为准，这种油每吨折合7.33桶。
api度是美国石油学会为测定原油重度所设立并采用的标度。api度的范围从0.0～100.0(与4℃时的水相比，相当于密度从1.076～0.6112)。
api度与原油密度（ρ）有如下关系：
ρ=141.5/(131.5 °api)
根据原油的密度和api度，对原油分类如下：
(1) 重质原油。ρ为1000～920kg／m3，api度为10～22.3。
（2）中质原油。ρ为920～870kg／m3，api度为22.3～33.1。
（3）轻质原油。ρ＜870kg／m3，api度大于33.1。
由于api度与原油品质关系密切，国际原油市场价格与api度有密切的关系，但通常以产地来区分原油的种类。
二、能量单位
能量的计量单位有许多种，具有确切定义和当量值的单位主要有以下3种，它们之间可以相互换算。
1．焦耳（j）
这是具有专门名称的国际制导出单位，也是《中华人民共和国法定计量单位》规定的表示能、功和热量的基本单位。定义为1牛顿（n）的力作用于质点，使它沿力的方向移动1米（m）距离所做的功；或者用1安培（a）电流通过1欧姆（ω）电阻1秒钟（s）所消耗的电能。用其它国际制单位表示的关系式为n·m；用国际制基本单位表示的关系式为kg·m2/s2。由于焦耳的数值很小，通常采用焦耳的倍数来表示，如兆焦耳（mj，106j），吉焦耳（gj，109j）或太焦耳（tj，109j）。
2．千瓦小时（kwh）
这是电量的计算单位。3.6×106j等于1kwh。用国际制基本单位表示的关系式为kg·m2/s2。由于千瓦小时单位较小，通常采用兆瓦小时（mw·h）。万千瓦小时（104kw·h。），
吉瓦小时（gw·h），亿千瓦小时（108 kw·h），10亿千瓦小时间（tw·h）。
3．卡（cal）
卡是热量单位，定义为1克（g）纯水在标准气压下，温度升高1摄氏度（℃）所需的热量。我国现行热量单位卡有20℃卡、国际蒸汽表卡及热化学卡。
（1）20℃卡（cal20）：是指1g纯水温度从19.5℃升高至20.5℃所需要的热量，与焦耳的换算关系为
1cal20= 4.1816j
（2）国际蒸汽表卡（cal rr）：是在1956 年伦敦第五界国际蒸汽大会上规定的热量单位，与焦耳的换算关系为
1cal20= 4.1868j
（3）热化学卡（calth）：是在1910年到1948年间，考虑到以往人们使用卡的习惯，继续保留卡的名称，人为地规定了1卡等于多少焦耳，但不再与水的比热有关系，故称作热化学卡、“干”卡或规定卡，与焦耳的换算关系为
1calth= 4.1840j
4．英热单位（btu）
定义为在标准大气压下，llb水当其温度从32°f生高到212°f时所需热量的1／180。能量单位换算关系见表2。
表2 能量单位换算关系
能量单位
焦耳
j
千瓦·时
国际蒸汽表千卡，kcal rr
热化学千卡，kcal th
20℃千卡
kcal20
英热单位 btu
焦耳
j
1
2.778×10-7
2.3885×10-4
2.3901×10-4
2.3914×10-4
9.4781×10-4
千瓦·时
3.6×106
1
8.5985×102
8.6042×102
8.6091×102
3.4121×103
国际蒸汽表千卡，kcal rr
4.1868×103
1.1630×10-3
1
1.0007
1.0012
3.9683
热化学千卡，
kcal th
4.1840×103
1.1622×10-3
9.9933×10-1
1
1.0006
3.9657
20℃千卡
kcal20
4.1816×103
1.1616×10-3
9.9876×10-1
9.9943×10-1
1
3.9671
英热单位 btu
1.0551×103
2.9307×10-4
2.5200×10-1
2.5217×10-1
2.5231×10-1
1
能量的传递主要是靠做功和传热两种形式，当热量和功量采用的能量单位不同时就会出现转换系数，这个转换系数即是热功当量，他表示单位热量完全转化为功时相当的功量。热功转换公式如下：
q=aw
式中 q——热量；
w——功量；
a——热功当量。
如热量单位用卡，功的单位用焦耳，则根据1956年同际计量委员会的规定：1cal=
4.1868j，热功当量a=4.1868j/cal。
按照《中华人民共和国法定计量单位》的规定，焦耳（j） 和千瓦小时（kw·h） 是许用单位，卡（cal） 和英热单位（btu
）是不允许使用的单位。国际单位制（si）中，热和功都采用相同的能量单位焦耳，a=1，因此，采用法定计量单位就不再有热功当量的概念。为了保证信息传递的传递一致性和准确性．我们在能源计量工作中应认真执行国家有关规定，采取法定计量单位。
三、当量单位
不同能源的实物量是不能直接进行比较的。由于各种能源都有一种共同的属性，即含有能量，且在一定条件下都可以转化为热。为了便于对各种能源进行计算、对比和分析，我们可以首先选定某种统一的标准燃料作为计算依据，然后用各种能源实际含热值与标准燃料热值之比，即能源折算系数，计算出各种能源折算成标准燃料的数量。所选标准燃料的计量单位即为当量单位。
国际上习惯采用的标准燃料有两种，一种是标准煤，另一种是标准油。由于我国能源结构是以煤为主、煤炭在全国的使用比较普遍和广泛，最常用的单位是标准煤。下面就从能源热值的概念和标准燃料的规定开始，分析标准煤和标准油的含义及能源实物单位与标准煤及标准油的换算关系。
1．低位热值与高位热值
燃料燃烧会释放出一定数量的热量，单件质量（指固体或液体）或单位体积（指气体）的燃料完全燃烧，燃烧产物冷却到燃烧前的温度（一般为环境温度）时所释放出来的热量，就是燃料热值，也叫燃料发热量。
燃料热值有高位热值和低位热值两种。高位热值是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气凝结成水时的发热量，其数值由测量获得。低位热值是指燃料完全燃烧，燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时的发热量，它等于从高位热值中扣除水蒸气凝结热后的热量。燃料高位热值和低位热值的关系可由下式表述：
式中，——燃料的低位与高位热值，kj/kg
r ——水蒸气凝结热，kj/kg；
w——燃料燃烧产物中的水蒸气含量，kg/kg。
由于燃料大都用于燃烧，各种炉窑的排烟温度均超过水蒸气的凝结温度，不可能使水蒸气的凝结热释放出来，所以在能源利用中一般都以燃料的应用基低位热值作为计算依据。
燃料的应用基是指以使用状态的燃料为基准的表示方法。如煤的应用基低位热值就是从处于使用状态的煤中取出具有代表性的煤样为应用煤样，以一定量的这种煤样作低位热值的测定，所得之值就是该煤样以应用基表示的低位热值。
2．当量热值与等价热值
当量热值是指某种能源本身所含的热量。具有一定品位的某种能源，其当量热值是固定不变的，如汽油的当量热值是42054kj/kg，电的当量热值即是电本身的热功当量3600kj／（kwh）。
等价热值是指为了获得一个度量单位的某种二次能源（如汽油、柴油、煤油、焦碳、煤气、电力。蒸汽等）或耗能工质（如压缩空气、氧气、各种水等）所消耗的，以热值表示的一次能源量。耗能工质是指生产过程中所消耗的，不作原料使用，也不进入产品，制取时又需要消耗能源的工作物质。只有作为能量形式使用的耗能工质才具有等价热值和当量热值。
由于等价热值，实质上是除当量热值外，加上了能源转换过程中的能量损失，因此等价热值是个变动值，它与能源加工转换技术有关。随着技术水平的提高，等价热值会不断降低，而趋向于二次能源所具有的能量。例如，电的等价热值就是在不断变化的，我国1978年发电煤耗（标准煤）为0.429kg（kw·h），每千克标准煤为29308kj，这时电的等价热值为12573kj／（kw·h）。随着发电效率的不断提高，l983年的发电煤耗（标准煤）下降为0.404kg／（kw·h），表明电的等价热值已下降为11840kj／（kw·h）。有些国家选取固定的数值，如日本发电效率较高，取发电煤耗为0.35
kg/（kw·h）。目前我国取0.404kg／（kw·h）是比较固定的。这里还需要强调指出，由于电的当量热值为3600kw／（kw·h）,相当于标准煤0.1229kg/（kw·h）,电力的当量热值与等价值相差约3倍。
等价热值可由下面的计算公式求得可见，：
等价热值=当量热值/ 转化效率
例1 如果焦碳的低位发热量为29308kj/kg，炼焦炉效率为0.85，则
1kg焦碳的等价热值=29308÷0.85=34480kj/kg
例2 如果1kg低压饱和蒸汽所具有的能量为272kj，实测锅炉效率为0.72，则
1kg低压饱和蒸汽的等价热值=650÷0.72=3779kj/kg
严格地说，等价热值应按实测数据计算。在无实测数据时，可取一些参考数据。
3．标准煤与标准油
标准煤（又称煤当量）是指按照标准煤的热当量值计算各种能源量时所用的综合换算指标。标准煤迄今尚无国际公认的统一标准，1kg标准煤的热当量值，联合国、中国、日本，西欧和前独联体诸国等大陆国家按29.3mj（7000kcal）计算，而英国则是根据用作能源的煤的加权平均热值确定的，一般按25.5mj（6100kcal)计算，所以同样是标准煤，由于热当量值的计算方法不同，差别相当可观。中华人民共和国标准（gb2589-1990）《综合能耗计算通则》规定，应用基低（位）发热量等于29.3076mj（兆焦）的燃料，称为1kg(千克）标准煤。在统计计算中可采用t（吨）(标准煤）做单位，用符号表示即为tce。
标准油（又称油当量）是指按照标准油的热当量值计算各种能源量时所用的综合换算指标。与标准煤相似，到目前为止国际上还没有公认的油当量标准。中国采用的油当量（标准油）热值为41.87mj(10000kcal/kg）常用单位有油当量（toe）和桶油当量(boe)。
4．标准煤和标准油折算方法
要计算某种能源折算成标准煤或标准油的数量，首先要计算这种能源的折算系数，能源折算系数可由下式求得：
能源折算系数=能源实际含热值/标准燃料热值
然后再根据该折算系数，计算出具有一定实物量的该种能源折算成标准燃料的数量。其计算公众如下：
能源标准燃料数量=能源实物量×能源折算系数
由于各种能源的实物量折算成标准煤或标准油数量的方法相同，下面仅以标准煤折算方法为例加以说明。
按照中华人民共和国标准gb2589-1990《综合能耗计算通则》规定，任一规定的体系实际消耗的燃料能源均应按应用基低（位）发热量为计算依据，折算为标准煤量。任一规定的体系实际消耗的二次能源及耗能工质均按相应的能源等价值折算为一次能源。我们在计算消耗量时，能源标准煤折算系数（以下简称折标煤系数）要分别采取当量计算和等价计算两种方法。
（1）燃料能源的当量计算方法，即以燃料能源的应用基低位发热量为计算依据。
例如，我国原煤1kg的平均低位发热量为20910kj（5000kcal），则
原煤的折标煤系数=20910÷29307.6=0.7143
如果某企业消耗了10000t原煤，折合为标准煤即为
10000× 0.7143= 7143t（标准煤）
（2）二次能源及耗能工质的等价计算方法，即以等价热值为计算依据。
例如，目前我国电的等价热值为11825.08kj（2828kcal）, 则
电的折标煤系数=11825.08÷29307.6=0.404
如果一个单位消耗了1×104kwh电量，折算成标准煤即为：
10000×0.404=4040kg（标准煤）
又如某厂以压缩空气作为耗能厂质，假设1m3压缩空气的等价热值为1172.3kj，那么
该压缩空气的折标煤系数=1172.3÷29307.6=0.0400
如果该厂消耗了5000m3压缩空气，折算成准煤即为
5000×0.0400=200kg （标准煤）
需要注意的是，二次能源及耗能工质的等价计算方法主要应用于计算能源消耗量，在考查能量转换效率和编制能量平衡表时，所有能源折算为标准煤时都应以当量热值为计算依据。
国家经委、国家统计局在《1986年重点工业、交通运输企业能源统计报表报表制度》中规定了各类能源折算标准系数，详见表3。
表3 能源折算标准煤参考系数。
能源名称
平均低位发热量
折算标准煤系数
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/kg
1.4286 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/kg
1.4286 kgce/kg
天然气
38979 kj/m3
1.3300 kgce/m3
焦炉煤气
17981 kj/m3
0.6143 kgce/m3
炼厂干气
46055 kj/kg
1.5714 kgce/m3
液化石油气
50160 kj/kg
1.7143 kgce/m3
电力
3600 kj/(kwh)(当量)
11840 kj/(kwh)（等价）
0.1229 kgce/kwh
0.4040 kgce/kwh
热力
按热焓计算
0.03412 kgce/mj
煤泥
8374-1260 kj/kg
0.22857-0.4286kgce/kg
泥炭
6280-10467 kj/kg
0.2143-0.3571kgce/kg
煤焦油
33453 kj/kg
1.1429 kgce/kg
粗笨
41816 kj/kg
1.4286 kgce/kg
应当说明的是：
（1）煤炭类原则上应采用企业实测单位重量的发热值。如不具备实测备件时，可采用煤矿发货单上的单位重量的发热值，或参照煤炭部1979年《煤炭质量规格及出厂价格》中的发热量计算。
（2）各种燃气及生物质能的发热量应采用实测值，再折算成标准煤当量，如无条件实测量，可参照表4中的数值进行计算。通常，燃气的统计单位取kj
/ m3，生物质能取kj / kg。
（3）某些耗能工质的平均等价热值与折算系数见表5
表4 各类燃气及生物质能折算系数
能源名称
平均低位发热量
折算标准煤系数
气田气
8500 kcal/m3
1.214 kgce/m3
油田伴生气
9300 kcal/m3
1.329 kgce/m3
煤矿瓦斯
3500-4000 kcal/m3
0.5-0.571 kgce/m3
焦炉煤气
4300 kcal/m3
0.614 kgce/m3
焦炭制气
3900 kcal/m3
0.557 kgce/m3
发生炉煤气
1250 kcal/m3
0.179 kgce/m3
压力气化煤气
3600 kcal/m3
0.514 kgce/m3
重油催化裂解气
4600 kcal/m3
0.657 kgce/m3
重油热裂解煤气
8500 kcal/m3
1.214 kgce/m3
水煤气
2500 kcal/m3
0.357 kgce/m3
人粪
4500 kcal/kg
0.643 kgce/kg
牛粪
3300 kcal/kg
0.471 kgce/kg
猪粪
3000 kcal/kg
0.429 kgce/kg
羊、驴、马、骡粪
3700 kcal/kg
0.529 kgce/kg3
鸡粪
4500 kcal/kg
0.643 kgce/kg
大豆秆、棉花秆
3800 kcal/kg
0.543 kgce/kg
稻杆
3000 kcal/kg
0.429 kgce/kg
麦秆
3500 kcal/kg
0.500 kgce/kg
玉米秆
3700 kcal/kg
0.529 kgce/kg
杂草
3300 kcal/kg
0.471 kgce/kg
树叶
3500 kcal/kg
0.500 kgce/kg
薪柴
4000 kcal/kg
0.571 kgce/kg
沼气
5000 kcal/m3
0.714 kgce/m3
表5 某些耗能工质的平均等价热值与折算系数
耗能工质名称
平均等价热值
折算标准煤系数
新鲜水
1800（1200-2000）kcal/t
0.257 kgce/t
循环水
1000（800-1200）kcal/t
0.143 kgce/kg
软化水
3400 kcal/t
0.486 kgce/kg
除氧水
6800 kcal/t
0.943 kgce/kg
鼓风
210 kcal/m3
0.030 kgce/m3
压缩空气
280 kcal/m3
0.040 kgce/m3
二氧化碳气
1500 kcal/m3
0.214 kgce/m3
氧气
2800 kcal/m3
0.400 kgce/m3
氮气
4700 kcal/m3
0.671 kgce/m3
电石
14550 kcal/kg
2.079 kgce/kg
乙炔
58200 kcal/m3
8.314 kgce/m3