*主要摘自1980年8月14日中央书记处举办的科学技术知识讲座的一篇报告（1980年12月由知识出版社会出版）。该文增加了一些材料后，在1982年中美能源与环境学术会议（北京）上以英文发表。1982年，1983年作者两次应中共中央党校邀请讲课，讲课稿由中共中央党校出版社于1983年7月收入在“科学技术和社会主义现代化建设“一书中出版。

    **中国科学院主席团执行主席、中华燃气轮机研究与发展公司董事长兼总经理、大庆石油管理局能源技术顾问

吴仲华在三元流动理论方面的重要研究成果，为设计现代高性能叶轮机械提供了理论基础和设计体系。图为吴仲华(左2)与科技人员在一起研究问题。

    中国能源网收录感想：25年前，中国著名的能源技术科学家吴仲华院士曾多次为中央各级领导深入浅出地介绍了通过科学技术提高能源利用效率的基础知识，所表述的观点直到今天仍然能够让我们有顿开茅塞之感。目前，中国正在经历着一次严重地能源综合短缺，造成短缺的主要原因之一是我们的能源利用观念和知识不能跟上时代的步伐，能源利用效率低下，浪费严重。在能源的问题上，全中国都需要进行一次认认真真地补课，如果不能树立“科学发展观”，有效利用资源，尽力提高能源利用效率，最大限度地减少环境代价，中国将难以建成社会主义的“和谐社会”。

一、中国的能源情况（略）

二、能源的品质分析与评价

    各种能源品质有高有低，对这些品质要有个综合的评价，以便选择各种适宜的能源来满足国民经济各部门发展的需要。

    1、能源及其转化和利用

    图8表示各种能源经过各种设备把它们转化为各种不同形式的能来使用。图的左边是各种能源，右边是各种使用形式，中间是各种转化过程。从上面往下，天然气、石油、煤、有机物（如薪炭、农作物秸秆）都是常规能源，水力和风力也算是常规能源。

水力、风力只须经过一种机械装置（水轮机、风车）就能直接转化为机械能。水轮机的效率可以超过90％，能源利用率很高。

    天然气、石油、煤作为化工原料，我们在这里不讨论。作为能源，一般要通过热装置，如燃烧炉、燃烧室、锅炉等，要与空气一起燃烧，成为高温气体，或直接使用，或产生蒸汽在工业上和生活上（取暖）使用，这都是热利用。如果要把热转换成机械能就要经过热机。机械能可做功，也可转化为电能——经过发电机成为电能后可以输送到使用部门去，再经过电动机得到机械能为我们做功。

    太阳能是新能源，它可以通过光电池变成电能，现在主要问题是转化效率低，价格比较贵，只有在那些没有其它能源的特殊情况下使用才是合适的。它当然也可直接产生蒸汽用于生产或取暖。

其它被称作新能源的还有海洋能、地热、核裂变或聚变能等。

    2．能源品质评价

    能源有很多种，各有优缺点。评价能源品质的指标主要是：

    第一，能流的密度。这是指在一定空间或一定面积里能源可提供的功率。显然，如果能流密度很小，就很难用作主力能源。按照目前的技术水平，太阳能的能流密度很小。太阳能要通过反射镜集中到一定的地方，才可产生高温的蒸汽，这需要很大的面积。所以太阳能的能流密度小成了它的缺点。原子能的能流密度十分大，这是它的优点。除风力外，各种常规能源的能流密度都比较大。

    第二，开发能源的费用和设备价格，也就是需要花的投资。太阳能、风能由大自然提供，不需什么开发费，但设备目前较贵，各种化石燃料与核燃料，从勘探、开采、到加工、运输都需要人力和物力的投资，这些都要考虑进去，才能对每种能源作出全面的比较。根据目前的技术水平，太阳能、风能、海洋能等发电设备的价格为每千瓦几千元到上万元，初投资大大，资金周转太慢，而烧天然气和石油装置的价格只有前者的几十分之一，初投资小，资金周转快。用煤和用水力的设备，单价每千瓦为几百到一千元，也比利用太阳能、风能的设备便宜得多。

    第三，能源供应的连续性和储存的可能性。一般常规能源容易贮存，太阳能、风能的贮存是个难题，连续供应也是个难题。各种化石燃料和核燃料都比较容易实现这两方面的要求。

    第四，运输费用和损耗。运输本身要消耗能源，也需要投资。所以远距离运输影响它的使用。现在，国际上己发展用管道运输煤，并且还在改进，而我们国家的煤还全部靠铁路运输。水力发电站如果与用户离得太远，远距离输电按目前技术水平，损失也不小，而且还是一项投资较大的工程。当然，近距离输电，便宜而且方便，这是电能的突出优点。

    第五，污染问题。随着能源大量消耗，这个问题就更突出了。煤的燃烧造成污染的危害性在我国还未引起足够的重视。对于原子能的危险性则很重视，应用时会采取各种安全措施。对于水力利用，也有它的独特的“污染”问题，例如对生态平衡、土地盐碱化，灌溉与航运等的影响，所以也必须加以注意。太阳能和风能基本上是没有污染的能源。

    第六，贮藏量。各种能源一定要资源丰富，才能充分发挥它的作用。地理分布对它的使用也有很大关系。比如，我们水力资源偏在西南地区，当地工业较小，人口也较少，要开发就需要考虑远距离输送电能的问题。

    最后，还有可再生性。如水能、太阳能、风能、地热都可自然再生，这是好的方面。其它燃料用掉就没有了。能源的品位很重要，但品位的高低须等下面介绍有关科学定律后才能看得清楚。

我们把上面讲的情况综合比较在表3中。表中打√的是“一般”，打√√是“比较好”，打≯是“比较差”，打××是“更差”的。

三、能源资源的开发与有关科学技术问题（略）

四、能的转化和利用的科学技术问题

    1、水能利用

    水能的利用在历史上是很悠久的，我国的历史记载大约在汉武帝时（公元37年）就有，但比较简单。其它国家如罗马大约在公元150年才利用这种方式。

    水能利用主要是利用水的位能，水位高，水的位能也大。另外也可以从地心吸力来解释，即地球对水有吸力，水从高处向下流，经过水轮机发出机械功（参看图12）。水轮机的轮子上装有很多叶片，水流过叶片时就使轮于转动，再通过驱动轴转动发电机发电。象这种动力机械的轮子上装有叶片的统称为叶轮机械，叶轮机械不仅用于水轮机上，在蒸汽轮机上也用这种形式的动力机械，蒸汽流过叶片时转动轮子，带动发电机。在燃气轮机中则是燃烧后的气体流过叶片转动轮子。另外一种类型的动力机械是活塞式发动机，气缸里有活塞、燃烧后的热气在气缸内膨胀，推动活塞，活塞再通过连杆带动曲柄，使它转动，对外作功。

    水轮机的效率一般可达90％到94％，是转化效率较大的动力机械。水轮机效率低的也有70～80％。一般说来，水有天然位差，不要花什么投资。但要建造水库来贮存，就要花投资了。从转化过程和机械结构来讲还是比较简单的。一台水轮机功率小的几十、几百千瓦，大的可达几十万千瓦（在这里附带说一下，我们数字量级的用法与国际上以千作为量级的用法有差别，翻译和对比时很不方便。例如国际上一千个瓦叫千瓦，一千个千瓦叫兆瓦。我们不用千而用万，喜欢用一万、十万、百万、而不用十千、百千、千千。人家叫“千”“千”，我们叫做“百”“万”。不知道将来我们能不能也使用“千”的量级，放弃“万”的量级，和国际上一致起来）。

    水能可以直接转化为机械能。风能通过风车（或叫风轮机）也可直接转化为机械能。

    2、从燃料到热

    一般常规燃料是通过热的形式来使用。通常各种燃料的化学能（或原子能）都要在各式各样的炉子（或反应堆）中转化为热（图13）。热可以直接使用，以满足各种工艺流程和生产的需要；热也可以通过热机、电机等进一步转化为机械能、电能，然后再被使用。经过热这个环节而被利用的能量，在我国占90％以上，世界各国平均也超过85％。因此，研究提高各种炉子的转化效率是有普遍指导意义的。

    燃料在炉里燃烧，产生高温气体，通过传热过程使水的温度升高，成为高温蒸汽，一部分能量则从烟囱排放出去。如果烟气不加处理，就会造成污染，例如煤里有硫，硫燃烧生成二氧化硫，它碰上水成为酸雨，对农作物、对人民健康都有很大坏处。还有氧化氮是可能致癌的物质，一氧化碳也有毒。即使是二氧化碳，如果在空气中大量增加，地球温度会升高，使生态失去平衡。要去掉污染，就要采取措施，要花代价。烧煤的发电厂，增加这种去污染设备要增加投资20％以上。污染最好在燃烧过程中就去掉，这样就需要科学技术（例如采用流态化燃烧新技术）了。

    现在炉子的效率高低差别很大，火电站锅炉一般是大型的，设计也比较仔细，效率可以达到90～94％，比较高。工业上使用的炉子大的效率可达90％。小的只有20～60％，平均约50％左右。家庭用的烧煤炉的效率一般只有10～20％（家庭煤炉在燃烧时效率比这高，但闷火时效率是零）。如用煤气炉，使用效率就可提高到50％以上。所以如果家庭烧煤改成烧煤气，使用效率可提高好几倍。有个资料介绍：现在用在工业锅炉上全年用煤有100Mt锅炉的效率是55％，如果提高到60％，就可节省8Mt煤。城市民用是55Mt，效率只有20％，如果提高到40％，就可节省27.5 Mt煤。如把小锅炉改成大的，集中供热或供应煤气，节约更大，可以节省几千万吨煤。

    合理利用燃料另外一个途径就是将现在许多烧油的炉子改为烧煤。现在国际上在研究将煤和油混合成为油煤浆，甚至将煤和水混合成为水煤桨。对现有设备进行一些修改就可使用。这样就可以煤代替一部分油。这几年国际上在这方面的研究工作发展很快，我国也已开展研究工作。

    我国工业能耗占全部能耗的65％，是一次能源的最大用户。这与许多工业产品的生产需要耗费大量能源，而我国工业方面的能量利用率又不高有关。

    各式各样的工业炉把燃料转化为热，供应工艺流程的需要。热利用在工业耗能中占有相当大的比例，由于从化学能转化为热很容易，其能源利用率应该比较高。在工业发达国家一般超过70％，而我国工业部门的能源利用率尚不到50％，是节能潜力最大的部门。

    工业部门中除电力工业外，冶炼工业和化学工业耗能最多。许多国家在工业节能方面进行了大量工作。

    国外的焦炉和高炉都向大型化发展，日本高炉日产达万吨以上，大大降低了焦比；我国大型高炉日产千吨以上，中小高炉耗能更多。国外有些高炉炼钢回收煤气，减少能量消耗。日本采用新的工艺流程，把炼钢、连续浇铸、直接轧制统一起来，去掉了中间冷却和加热；还采取了高炉炉顶余压发电等余能利用措施，大大节省了能源。

    国外化学工业装置也搞大型化，进入七十年代以来，发展速度超过其它部门，并且普遍制订了节能规划，改进工艺流程，充分利用余热，使能量多次利用，降低了能耗。我国除新近引进的设备，能耗可以接近国外水平外，其余大部分还是比较落后的。以合成氨为例，全国平均能耗水平1975年为3.7t标准煤，1978年为3.1t标准煤，而日本的平均能耗只有1.3t。显然，节能必须成为化学工业的重要课题。

    其它如机械制造业，产品的能耗也比较高。以汽车为例，1978年生产每辆汽车所需要能耗日本为0.4t标准煤，而我国有的企业为5.8t。

    为了提高工业部门的能源利用率，我们必须采用先进的工艺流程，改造能耗高的企业，促进设备更新，大幅度提高各种炉子效率，搞好集中供热，热电并供和余能利用。

    3、由热到机械能

    我国现在大约有全部能耗的16％用在蒸汽轮机上；4％用在蒸汽机上；7％用在内燃机上，总共约为全部能源的29％用在这些动力机械上。

    怎样把能源最有效地转化成机械能呢？需要介绍两个热力学定律。

    （1）能量转化的基本规律

    热力学第一定律是根据生产上、实验室里观察到的现象归纳出来的能量转化的基本定律，它普遍适用于各式各样的机械和自然界现象。热力学第一定律也叫做能量守恒定律。在马克思恩格斯经典著作中很重视这个自然科学中的基本定律。它的简单说法是：能量可以以各种形式出现，不能无中生有，也不能白白消灭，而只可以从一种形式等量转化为另一种形式。

    在处理能量转化问题时，我们首先要明确所研究问题的对象。在热力学中，把作为研究对象的那些物体、物质称为“体系”，习惯上用一个框框来代表这些对象物质（见图14）。

    于是，上述定律可以表示为：经过一个热力过程后，对体系总的传热量Q, 等于体系总的输出功W，加上在此过程中该体系内的总的内能升高值△E。热力学第一定律可用下列公式代表：

                          Q＝W＋△E

    或                        AE＝Q－W

    上式表示高温热源传给体系的热量等于体系对外界所做的机械功加上体系内部能量的增加。一般这个公式中三个量都出现，有时有一个不出现。例如：

      W＝0，则Q＝△E。或△E＝0 则Q＝W。

    热力学第一定律是普遍定律，自然界里，工程界里都适用。使用这个公式时，要注意公式中三个量的单位，按照国内过去的习惯用法Q代表传热量，它与内能变化都用kca1表示（所谓kcal就是1kg升高1℃时所需的能量，1cal就是1g水升高1℃所需能量）;做的功W用kg.m表示。kg是作用力的大小，沿作用力的方向移动多少米就是做了多少kg.m的功。以kcal表示的能与以kg·m表示的功之间的关系是从实验中定下来的：lkcal＝427kg·m。所以能量单位都可以只用热单位kcal或机械功单位kg·m一种单位来表达。一秒钟做75kg·m的功我国叫做一马力。实际上这是功率的单位，是单位时间里做的功。可我们以前没有翻译对，原文实际是马功率，我们翻译成马力，变成力的单位了。另一个功率单位是w或kw，它们与马力之间有一定的换算关系。我国已决定推行国际单位制，已经制定了国家标准。标准中规定能、功、热都用统一的单位焦耳。

    分析各种动力机械的工作过程首先要用到热力学第一定律。刚才说的水轮机的工作过程中没有传热，△E＝O，所以Q=W。用来分析锅炉时，因为W＝O，所以Q＝△E。这就给出了水的内能变化与对体系传热量之间的关系。用来分析热机可用蒸汽机说明。

    图15是十八世纪末才趋于完善的人类发明创造的第一种热机——蒸汽机的示意图。煤或其它燃料，在锅炉中燃烧后产生高温燃气传热给水，获得具有一定压力和温度的蒸汽。蒸汽进入气缸，在膨胀过程中，推动活塞，再通过连杆、转动曲柄轴，输出机械功。膨胀后蒸汽的压力和温度降低，在冷凝器中凝结成水，再用水泵打回到锅炉中。这样构成了可以不断重复进行的循环过程，称为热力学循环。水或蒸汽在蒸汽机装置中，经过高温燃气对它传热（Q1）后，内能升高了。当它从高压向低压膨胀时，内能降低而对活塞输出机械功（W1）。水或蒸汽是蒸汽机使用的工作介质，叫做工质。我们把工质作为体系，如果考虑它进行了一个热力学循环，回到原来的状态，内能没有变化（即△E＝O），则W=W1-W2=Q=Q1-Q2这就是说，蒸汽机活塞的输出功减去输给水泵的功，恰好等于从燃气传给工质的热量减去工质传给冷却水的热量。

    热力学第一定律只规定了能量转化的数量关系，而未指明转化的方向性。其实各种形式的能彼此转化是有可否、难易之分的，也就是具有某些方向性的。

    除了第一定律以外，分析热机很重要的是热力学第二定律，能源充分利用与否还要用热力学第二定律。下面用图16来说明热力学第二定律。

    这个定律有许多说法，但各种说法是彼此一致的。其中有些说法比较通俗易懂，例如；“不可能自发地由低温向高温传热。” 对于热机最为实用的一种说法是：“热机不可能将单一热源传给工质的热Q1全部转化为功W”。热机是将外界传给工质的热转化为机械功并连续不断地工作的机器。工质经过若干个热力学循环后，其内能不变，即△E＝O（参看图16）。由高温热源传给体系的热量Q1不可能全部变为功，必定有一部分热量Q2传给另一较低温度的热源。这样，热机的输出功只有W=Q1-Q2。人们用热效率来表征传热量Q1转化为机械功的程度，即

        热效率＝ W/Q1=（Q1-Q2）/Q1=1-Q2/Q1

    这是热机效率的普遍关系式。

    “如果希望热效率高，就必须使Q2/Q1小，那么（1-Q2/Q1）的值就大，热效率也就愈高，但不可能大于1。希望Q2/Q1值愈小，那就要求相对地Q1大或Q2小，这样热效率就高。

    但在实际工作中，Q1和Q2都需要考虑具体过程来计算，比较困难，所以在作一般性工作时，就有人提出了理想热机的作法。这种理想机实际上是做不到的，但可以从它得出一些简单的关系，具有定性指导的意义。在理想热机中传热是恒温的，即热源向热机传热的温度T1不变，热机向冷源传热的温度T2也不变，并且没有任何摩擦损失（这也是一个理想条件）。在这种理想条件下，理想热机的热效率是：

                    η理想＝1-T2/T1

    式中T2是低温热源的绝对温度，T1是高温热源的绝对温度。从这个公式就可以知道，对理想热机来说，T1越高越好，T2越低越好，这样热机效率就愈高。

    注意式中T是绝对温度，不是摄氏温度。在一个大气压下，水在0℃时结冰，在100℃时沸腾成蒸汽。绝对温度的度数是摄氏温度加上273，所以它的零度是-273℃（见图17）。计算上式时，摄氏温度要换算成绝对温度。T1高，即能源产生蒸汽的温度高，叫作高品位能源，这也就是高品位的含义。

    热机中T1高，理想热效率高，实际热效率也相应地高。相反的，能源产生的温度比较低，就叫作低品位能源。能够直接变成为机械功或电的能源（如水能），可以认为是更高品位的能源。所以作为热源的高低品位，是指经过热机把热转化为机械能给我们做功来讲的。我们在考虑余热利用时，如果它们的温度太低，这种低品位的能源拿到热机上去利用，热效率很低，经济上就不合算；如余热温度高，拿到热机上去利用，热效率高，经济效益就比较高。高品位能源用在热机上最好，因为可以得出较多的机械功。低品位只能作为供应较低温度的蒸汽或热水用，也是各得其用。总的来说，要很好利用能源，特别是通过热机把它转化成机械功，就要做很多研究工作。把整个热机循环参数选择好，各个热力过程组织好，燃料要燃烧得很完全，传热要很有效，内部流动损失也要很小，这样才能使能源的转化与传递得到最高的效率。这些就是工程热物理这门学科研究的主要内容。通过这门学科的发展和应用，各种设备、热机能得到最高的效率。

（2）发电耗能

    图18是蒸汽轮机电站的示意图。在我国烧煤或油：通过蒸汽轮机发电的火电站大约消耗全部能源的16％。我国火电站的平均效率大约是29％。现在，一般高参数大功率蒸汽轮机电站的发电效率可达38％，如果考虑消除污染设备的能量消耗及有些损失，效率就降低到36％以下。从这个角度来讲，我们积极采用现代的蒸汽轮机和今后建设更先进蒸汽轮机，我们能量的有效利用率就可提高，·从29％左右提高到36％，增加了20％。

    但是，能源利用率提高更多的办法是把蒸汽轮机发电与余热利用、供热结合起来，就是说既供电、又供热，这样燃料的利用率就很容易达到60％。假如把燃料在锅炉内烧掉只是为了供生产用或供暖用的蒸汽，即使燃烧效率很高，锅炉效率99％，实际上从热力学第二定律来看仍然是一种浪费，在炉中燃烧后的高温气体加热水使产生温度和压力都比较高的蒸汽，让它先通过蒸汽轮机发电，排出的蒸汽温度还足够高，可以供生产用或者用来供暖。这样燃料的能量利用率就大大提高。这比把燃料分开来燃烧，一部分燃烧产生蒸汽到蒸汽轮机去发电，另一部分燃烧产生蒸汽供热，要合理。现在很多国家都在想法做到不是单纯发电，也不是单纯供热，而是把两者结合起来，梯级使用。很多工业部门都可以考虑这样来使用。如化工工业、钢铁工业、炼油、纸桨造纸、纺织、食品加工工业等部门都可以用。他们本来就要电、热或蒸汽，过去他们可能是向电网要电，而自己再烧些燃料来生产蒸汽。假如把两方面的要求结合起来，燃料在锅炉里燃烧后，传热给水变成蒸汽，蒸汽先在蒸汽轮机里膨胀做功，带动发电机。排出的蒸汽再到热交换器产生较低温度的蒸汽或热水等。这样燃料总利用率就可以提高到60％以上。

    现代工业发达国家主要是由于燃料价格日益高涨，从经济角度来考虑。而我们要这样做还不只是经济性考虑，因为工农业产量要增加到四倍，能源生产只能提高到两倍，所以必须用符合科学规律的这种方法才能用较少量的能源来满足生产的需要。一般工业供热约两年就可以回收成本（与原来比较），居民供热也可用这种供暖方法，特别是我们社会主义国家更有条件这样做。以后在北方新建的居民点都可考虑这样做，大大节省单独燃烧燃料来供热的能耗。

    在产油基地如用蒸汽灌进井去来增加石油回收率，也可考虑这样一个联合装置，既发电以满足动力的需要，又产生蒸汽打到井里去，值得我们很好考虑采用。

    但是这样一个装置、设备受到材料限制，蒸汽温度不能很高（约550℃），发电热效率也不能很高（不能超过40％）。为了更多地提高热效率，热机工质的初温希望能提高到1,000℃以上，这就要使用燃气轮机了，因为燃气轮机可以适应1000℃以上的高温。

    燃气轮机的前面是风扇（或压气机），把空气的压力提高并且往后面输送；中间是燃烧室，燃料同空气混合燃烧，得到高温高压燃烧气体；最后有个叶轮机械，叫气轮机或透平，它同蒸汽轮机一样，转动的轮子上有很多叶片，高温高压燃气流过叶片后就能转动轮子，输出机械功，一方面带动前面的风扇，一方面带动后面的发电机。

    图19表示一个不带回热器或者带有回热器的燃气轮机的示意图。上边讲了，空气先通过压气机，提高压力，再到燃烧室，提高温度，最后到气轮机膨胀输出功，它的工作温度范围表示在左边的温度图上。

    燃气轮机的初始温度T1比较高，现在的技术水平已经超过1,000℃。目前最简单的燃气轮机效率达33％以上。燃气轮机排气温度较高，如果加用一个回热器，把能量输送给从压气机出来的空气，提高温度后再进入燃烧室，就可以减少燃料量，这样就能提高燃气轮机的热效率，在国外最好的效率已超过43％，所以国外燃气轮机在固定设备上使用的趋势是增加回热器来提高效率。

    燃气轮机又可以与蒸汽轮机联合起来，成为一个联合循环装置。图20、21是燃气轮机和蒸汽轮机联合装置的示意图。

    这种联合装置在发电上已大力发展。因为燃气轮机可以在高温下使用，它是在机内燃烧，与蒸汽轮机不一样，对气轮机叶片采取冷却措施，可以耐受高的温度，在1,000℃以上的高温下工作。它的排气温度为500～600℃，也比较高，正好可以到余热锅炉中去产生蒸汽，带动蒸汽轮机工作，蒸汽最后在冷凝器中以接近大气的温度冷凝成水。因此它可以在1,000℃与20～30℃的温度范围内工作，所以热效率高。目前联合循环发电效率已经超过46％，是一般蒸汽轮机做不到的。这是热机发展的方向。在国外这样的联合装置，燃气轮机烧的是天然气或油，有的工业生产过程中就有副产品可燃气体，可以用作这种装置的燃料。我国发电全要烧煤。目前国外正在大力研究两种烧煤的 办法：一种是流态化床燃烧室（见图22），另一种是把煤气化后，送到燃烧室里燃烧。

（3）交通运输耗能

    下面谈谈交通运输方面耗能问题。当前我国铁路上消耗的能量占全部能耗的4％，主要使用蒸汽机，它的热效率很低。一般蒸汽机本身的热效率是10～12％，输送到轮子上，真正体现在驱动火车的不到8％，是现在使用热机中效率最低的。我们国家运输主要靠铁路，今后要发展铁路来满足国民经济发展的需要。电力机车、柴油机车都比蒸汽机车能源利用率高，但是电气化铁路造价比较高，除非线路特别繁忙的地方，流通量特别大才合算。柴油机车效率也比较高，在30%以上，不过柴油供应量受到限制，所以将来发展也有限制。一个出路是用烧重油的燃气轮机车，假如把现在发电厂烧的重油改用烧煤后，把重油用于燃气轮机车，这样一转移，在发电量不减少的情况下，铁路可以得到使用蒸汽机机车两倍以上的动力。从费用上比较这也是经济的，这项工作计委正在抓。

    另外还有一种可能性，就是热气机或者叫斯特林发动机。它是一种外燃式活塞式发动机。过去就有过，但效率很低。随着材料等方面的技术进步，现在效率提高了，已经超过了30%，并且还可以烧煤。不过现在还没有大功率的，如果能研制成功大功率的，将是取代蒸汽机车的一种好办法。

    运输用的动力应具有机动性。为了去掉庞大的锅炉系统和换热器金属耐受高温的限制，19世纪下半叶出现了将燃料在发动机内部燃烧的内燃机（图23），内燃机的大多数是四冲程，即活塞上下移动四次，经过吸气、压缩、燃烧膨胀、排气等过程完成一个“循环”。也有上下移动两次完成一个循环的，叫作二冲程。因为这种热机间歇地短时间接触燃烧气体，并且采取冷却措施，所以可以采用较高的（瞬时）燃烧温度如表5所示。

    这样可以得到较高的热效率（30～42％）。随着曲轴转动速度的高低，内燃机又可分为高速、中速、低速几种，其中以低速柴油机效率量高。内燃机使用的燃料有汽油、柴油、重油、酒精、天然气、煤气、以及煤液化和气化后的燃料及氢气等，它也可以使用油和气的双重燃料。由于内燃机的热效率较高，中小功率的内燃机较轻小，它特别适用于中小功率的车、船等运输工具及拖拉机、农用动力等。世界上仅汽车就有3亿辆之多。我国汽车数量较少，发动机主要是仿制或参考国外三十年代到六十年代的产品，目前耗油率与国外先进水平比，差距相当大。表6是相同等级小轿车的耗油率的比较（单位：L/100km）：

    为了节约能源，有些国家还规定了每年油耗下降的指标。如美国要求各汽车公司产品于1985年达到8.5L/100km的指标。

    船舶运输的经济性较好，如内河航运每HP可运载3-8t，而火车为1-3t，汽车仅为0.1t，应当大力发展水运。内河航运中较为突出的问题是对自然河流没有注意的计划、有步骤地开发治理和利用。内河航道由1961年的17万2千Mm减少到目前的10万8Mm。治理航道的费用每公里投资为新建铁路的三分之一到五分之一。在河流整治中应注意水资源的综合利用，同时发挥防洪、发电、航运、灌溉的效用。我国海运船舶数量也少，码头现代化程度也差。

    我国公路运输、航空运输方面能耗大概占全国总能耗的3～4％，好的内燃机热效率可以在30％以上，但仍比国外的低10％左右。这方面提高效率比较容易，国际上已经有成熟技术。现在我国耗油较低的汽车已经出现，将来交通运输、公路运输、航运比重要增加，交通运输方面燃料利用率可以转好。

4、工业余能的利用

    工业余能的利用，是个大问题。我国工业耗能约占全国总能耗的三分之二，而利用效率低，大量余能白白丢掉了，今后应该好好利用起来。余能利用的办法与它的品位很有关系，前面介绍热力学第二定律，已经提到能源品位的高低对热机热效率的影响。例如有高温的废气，温度甚至高到1,000℃以上，如果气体压力也比较高，那就很好利用，把它通过一个膨胀气轮机，（例如烟气轮机），高温高压的气体就可以膨胀作功。高炉煤气、焦炉煤气、化工工业中都有两个大气压上下的高温气体，过去是浪费掉了，现在装上一个烟气轮机，就可以很好利用这个能量了。但是如果高温气体压力只是略大于大气压，就不能膨胀作功，只能作为一个热源来使用，用在封闭式的气轮机上，或者用来产生蒸汽通过汽轮机发电。假如余气的温度低，只有300℃左右，则需应用有机工质的蒸汽循环（图24），勉强还可以使用。从热力学第二定律就可以看出热效率会很低（目前不会超过8％），而设备投资比较大，回收投资的年数也就多了。要比较用热机来发电，还是用来产生工业上或者生活供暖上所需要的低温蒸汽，或热水那一个更为合算。

    此外，由于余能利用设备有各种损失，影响余能的回收，因此要开展高效率余能利用设备的研究和改进，如高效率换热器，回收低温余热的热管、热泵，轴流式、向心式气体膨胀轮机，余热锅炉，高效率有机工质蒸汽循环动力装置等。给予一定投资，采用较先进的余能利用技术和设备，不仅可以把余能利用好，而且回收周期也可缩短，这样就有可能把工业方面的燃料热利用率提高到更先进的水平，节约出更多的燃料。工业余能是一个很大的能量，根据它具体的情况、品位的高低、使用得合适，可以以不太大的投资取得较好的效果。这是我们今后节约能源很重要的一个方面。

五、结束语

    为了搞好能源工作以促进四个现代化建设，我们建议要搞好下述几项工作：

    1、进一步查清中国能源储藏量与利用的全部确切情况，做到心中有数，有的放矢地正确制定方针政策。

    2、制定能源方面的法规，加强能源管理，以贯彻加强能源开发，大力节约能源消耗，近期把节约放在优先地位的方针。

    3、搞现代化一定要依靠科学技术进步。能源是中国现代化的一个根本环节和战略重点，对它的科学研究工作必须先行，而且要循序渐进，在统一领导下组织好近期与长远规划，以及攻关工作。

    4、为确保能源这个战略重点，需要适当地增加发展能源各方面工作的投资，在条件合适时还可以争取国际合作，引进外资。

    5、油和天然气是优质能源，要加强它的勘探与开发。在相当长一段时期内煤是中国的主要能源，需要把加快煤炭的开发摆在重要的地位。但它在开采、运输、转化与使用中都有不少困难问题，必须加强煤的科技工作。电力工业要把建设重点逐步放在水电的开发上，在严重缺能地区还要建设核电站，因地制宜地发展各种新能源。

    6、各种不同品质的能源要合理分配、对口供应，做到各得其所（见图26），例如各种液体燃料应该用于运输机械，而煤应该用于固定设备，沼气先用在农村。

    7、以节能为中心，对现有企业进行技术改造，更新关键设备、工艺。经济政策方面要为技术进步开路。

    8、在能源利用方面，应该按照基本科学原理，按照能的不同品位，按照各尽其用的原则来进行，例如根据热源温度的高低选择适当的热机和热装置，大力发展各种联合循环与热电并供，余能利用等（见图27）。

    9、能源工业很容易产生大量的各种污染，在发展能源的同时必须要很好地同时重视环保工作。

    10、中国是社会主义国家，应该可以做到有计划按比例发展。还应该系统规划，进行全面的综合性研究以得出最佳方案。

    总之，从能源科学技术的角度来看，我国的能源资源比较丰富，有条件依靠我们自己的能源资源实现四个现代化。现代科学技术的发展也为较大幅度地提高能源利用率提供了可能性。我们应该努力做好能源规划工作，大力加强能源的科学研究工作，掌握有关的先进科学技术，抓好能源开发，特别是要节约能源，开展以节能为中心的技术改造。这样我们一定可以在本世纪末用年产为现在两倍的能源来满足年产为现在四倍的工农业产量。

    （本讲话是在中国科学院工程热物理所蔡睿贤、凌志光、叶经纬、张世锋、陈铭净、江淑琴等同志帮助收集、整理、讨论的基础上编成的。编成后又经陈铭净、金红光两位同志帮助校核修改，谨在此向以上各位同志致谢。）

中国人搞出的理论，首先要为中国人服务。 —— 吴仲华