【摘要】能源是人類社會發(fā)展的基石，是世界經(jīng)濟(jì)增長的動力。縱觀歷史，每一次生產(chǎn)力的飛躍、科技的進(jìn)步莫不與能源變革息息相關(guān)。現(xiàn)今，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的消耗也越來越大，能源短缺日益成為制約當(dāng)今社會發(fā)展的重要因素。石油、天然氣等化石燃料還能供人類開采多少年？太陽能、核能等新能源發(fā)展為何如此緩慢？本文將通過大量的數(shù)據(jù)分析回顧能源發(fā)展歷程，展望未來新能源前景。
【關(guān)鍵詞】能源 化石燃料 太陽能 新能源
在遠(yuǎn)古時代，火的發(fā)現(xiàn)及利用，使人類告別了“茹毛飲血”的生活，開始了漫長的以柴薪為主要能源的時代。
一直到18世紀(jì)，英國紡織機(jī)、蒸汽機(jī)的發(fā)明，標(biāo)志著第一次工業(yè)革命爆發(fā)，機(jī)械力開始大規(guī)模代替人力。低熱值的木材已經(jīng)滿足不了巨大的能源需求，煤炭工業(yè)開始在全球迅猛發(fā)展，煤炭以其高熱值、分布廣的優(yōu)點(diǎn)成為全球第一大能源。煤炭工業(yè)的發(fā)展隨之也帶動了鋼鐵工業(yè)、鐵路運(yùn)輸、軍事工業(yè)等的迅速發(fā)展，大大促進(jìn)了世界工業(yè)化進(jìn)程，這次能源變革也稱之為第二次能源革命。煤炭時代所推動的世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展超過了以往數(shù)千年的時間，但是，煤炭帶來的污染也引發(fā)了全球環(huán)境危機(jī)，倫敦這個工業(yè)大城市也因此成為名副其實(shí)的“霧都”，一場新的能源革命已迫在眉睫。
19世紀(jì)70年代以來，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，各種新技術(shù)相繼問世。電動機(jī)、發(fā)電機(jī)的發(fā)明引領(lǐng)世界由“蒸汽時代”跨入“電氣時代”，內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明解決了長期困擾人類的動力不足問題，電報機(jī)的問世打破了常規(guī)的聯(lián)絡(luò)方式，這次大變革被稱為第二次工業(yè)革命。伴隨著一系列新技術(shù)，汽車工業(yè)、電力工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、通訊技術(shù)得以迅速發(fā)展，石油工業(yè)也在這一時期迅速崛起，并以其更高熱值、更易運(yùn)輸、更低污染的特點(diǎn)，于20世紀(jì)60年代取代了煤炭第一能源的地位。石油作為一種新興燃料不僅直接帶動了汽車、航空、航海、軍工業(yè)、重型機(jī)械、化工等工業(yè)的發(fā)展，甚至影響著全球的金融業(yè)，可以說石油對世界經(jīng)濟(jì)起著支撐性作用。
第二次工業(yè)革命以來，特別是二戰(zhàn)以后，世界能源消耗與日俱增，呈爆炸性增長趨勢。20世紀(jì)初至20世紀(jì)末，能源年消耗量從20億噸標(biāo)準(zhǔn)煤猛增至100億噸，翻了5倍，而現(xiàn)在仍舊以平均每年約2.5%的速度增長。化石燃料燃燒排放出巨量的CO2和SO2，引發(fā)的氣候變暖、兩極冰川融化、大面積酸雨等一系列全球氣候危機(jī)日益凸顯。特別是20世紀(jì)70年代以來爆發(fā)了三次石油危機(jī)，使原油價格在40年間陡然上漲了40余倍，結(jié)束了以廉價石油催動世界經(jīng)濟(jì)騰飛的局面，給嚴(yán)重依賴著石油的世界經(jīng)濟(jì)敲響了警鐘，世界各國均加快了對新能源的探索與開發(fā)，可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)文明發(fā)展開始成為世界性主題。
20世紀(jì)30年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各類新能源開始投入使用：長距離輸電技術(shù)的突破，使水力發(fā)電逐漸形成規(guī)模；1951年，美國首次利用核能發(fā)電成功；1979年，美國建成了世界上最大的風(fēng)力發(fā)電風(fēng)車；1992年，日本實(shí)現(xiàn)了太陽能發(fā)電系統(tǒng)同電力公司聯(lián)網(wǎng)。有人也將這些變革稱為第三次能源革命，然而，由于技術(shù)和成本的限制，新能源發(fā)展的速度極其緩慢。根據(jù)2012年BP世界能源統(tǒng)計，化石燃料所釋放的能量在一次能源供應(yīng)中約占87%，其中石油占33.6%，煤炭占29.6%，天然氣占23.8%。新能源僅占13%，其中核能占5.2%，水能占6.5%，太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮軆H占1.3%。且新能源的利用在世界范圍內(nèi)分布極為不均，下面是幾種新能源在全國電力供應(yīng)中所占比例：核電：法國78%，比利時54%，日本30%，美國19%，中國僅2%；水電：加拿大60%，俄羅斯20%，法國15%，日本9%，美國8%，中國僅5.7%；而太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹睦寐试谑澜绺鲊鶚O其低下，僅占全球發(fā)電量的1.7%。
進(jìn)入21世紀(jì)，世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)愈演愈烈，2008年，國際原油價格一度突破148美元/桶，是1970年1.8美元/桶的82倍。當(dāng)然，美元貶值是其一部分原因，但更多的是因?yàn)殡S著不可再生資源的日益枯竭，各國加大資源爭奪力度引起的，伊拉克戰(zhàn)爭、利比亞戰(zhàn)爭以及1991年的海灣戰(zhàn)爭均隱約著“石油爭奪”的反射。雖然2008年，在全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響下，世界一次能源消費(fèi)降低了1.1%。但是隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，2010年能源消費(fèi)隨即強(qiáng)勁反彈，一次能源消費(fèi)增幅5.6%，達(dá)到1973年以來的最高漲幅，在中國這一漲幅更是高達(dá)11.9%，中國超過美國成為全球第一大能源消費(fèi)國。
再來看全球范圍內(nèi)石油、煤、天然氣的儲存和消耗情況（2012年）：
石油：探明儲量1888億噸，其中中東地區(qū)占54.4%，中南美洲占17.3%，歐洲占10.1%，非洲占9.5%，北美洲占5.4%，亞太地區(qū)僅占3.3%。據(jù)統(tǒng)計，全球石油年消費(fèi)量為43.5億噸，按照目前消費(fèi)水平計算，石油資源可供應(yīng)43.4年。而中國探明儲量為20億噸，年消費(fèi)量為4.5億噸，目前國內(nèi)產(chǎn)量約為2.03億噸，按此速度，中國石油僅可開采9.85年。
煤：探明儲量86094億噸，其中歐洲占35.4%，亞太地區(qū)占30.9%，北美洲占28.5%，中東及非洲占3.8%，中南美洲占1.5%。全球年消費(fèi)量為3555.8百萬噸油當(dāng)量，按照目前消費(fèi)水平計算，可開采121.1年。中國探明儲量為11450億噸，年消費(fèi)1713.5百萬噸油當(dāng)量，國內(nèi)產(chǎn)量1800.4百萬噸油當(dāng)量，僅供開采32.7年。
天然氣：探明儲量為187.1萬億立方米，其中中東地區(qū)占40.5%，歐洲占33.7%，亞太地區(qū)占8.7%，非洲占7.9%，北美洲占5.3%，中南美洲占4.0%。全球年消費(fèi)量為31690億立方米，按目前消費(fèi)水平計算，可開采59.0年。中國探明儲量為2.8萬億立方米，年消費(fèi)量1090億立方米，國內(nèi)產(chǎn)量為968億立方米，可供開采28.9年。
不難看出，化石燃料在世界范圍內(nèi)日漸枯竭，能源危機(jī)所帶來的不再僅僅是經(jīng)濟(jì)危機(jī)，同時也帶來了戰(zhàn)爭災(zāi)難，甚至是人類的生存危機(jī)。那么，人類所寄予希望的新興能源有哪幾種呢？為什么它們的發(fā)展速度如此緩慢？目前，在業(yè)內(nèi)得到普遍認(rèn)同有希望支撐起下一個能源時代的能源主要有：太陽能、核能、可燃冰。
第一，太陽能。眾所周知，太陽能是地球上分布最廣、儲量最大、清潔無污染的能源，太陽每秒鐘放射的能量大約是1.6×1023kW，其中到達(dá)地球的能量高達(dá)8×1013kW，相當(dāng)于6×109噸標(biāo)準(zhǔn)煤。按此計算，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約1.89×1013千億噸，是目前世界主要能源探明儲量的一萬倍，可以說是“取之不盡，用之不竭”。
太陽能利用是指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)。分為兩類，一類是把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并加以利用，屬于太陽能熱利用技術(shù)。另一類是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理把太陽能轉(zhuǎn)換成電能，稱為太陽能光伏技術(shù)。
太陽能熱利用技術(shù)主要體現(xiàn)在太陽能熱水器方面。太陽能熱水器將光能直接轉(zhuǎn)化為熱能，目前技術(shù)已趨于成熟，在世界范圍內(nèi)形成產(chǎn)業(yè)化，是太陽能熱利用中商業(yè)化程度最高、應(yīng)用最普遍的技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計，2010年世界熱水器年產(chǎn)量為6，282萬㎡，年節(jié)省能源約3，253萬噸標(biāo)煤，年減排二氧化碳約8，974萬噸。21世紀(jì)以來，我國太陽能熱水器進(jìn)入成熟階段，產(chǎn)量與市場保有量一直保持快速增長，太陽能熱水器生產(chǎn)量約占世界78%，保有量占全世界54%。
太陽能光伏技術(shù)主要應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電。1954年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一塊太陽電池，從此揭開了太陽能開發(fā)利用的新篇章。至2009年年底，全世界光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到2274萬千瓦，年節(jié)省363萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，年減排二氧化碳約1000萬噸。其中，德國978萬千瓦，占全球的43%，遙遙領(lǐng)先于世界其他國家；西班牙339萬千瓦，占全球的15%；日本和美國分別為263萬千瓦和165萬千瓦，占全球的12%和7%。中國光伏發(fā)電近年來雖然也實(shí)現(xiàn)了較快發(fā)展，但由于起步較晚，累計裝機(jī)31萬千瓦，僅占全球的1.3%。值得一提的是，中國太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已走在了世界的前列，至2009年，我國太陽能電池產(chǎn)量達(dá)5000兆瓦，占全球市場份額的46.7%。
第二，核能。核能（亦稱原子能）是通過轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量。目前人類開發(fā)核能的途徑有兩條：一是重元素的裂變，如鈾的裂變；二是輕元素的聚變，如氘、氚、鋰等。重元素的裂變技術(shù)，己得到實(shí)際性的應(yīng)用，如原子彈、核電站；而輕元素聚變技術(shù)，目前尚未掌握可控制反應(yīng)的技術(shù)，僅應(yīng)用于核武器，如氫彈、中子彈。可不論是重元素鈾，還是輕元素氘、氚，在海洋中都有相當(dāng)巨大的儲藏量。
鈾是高能量的核燃料，1千克鈾可供利用的能量相當(dāng)于燃燒2050噸優(yōu)質(zhì)煤。然而陸地上鈾的儲藏量并不豐富，且分布極不均勻。只有少數(shù)國家擁有有限的鈾礦，全世界較適于開采的只有100萬噸，加上低品位鈾礦及其副產(chǎn)鈾化物，總量也不超過500萬噸，按目前的消耗量，只夠開采幾十年。而在巨大的海水水體中，卻含有豐富的鈾礦資源。據(jù)估計，海水中溶解的鈾的數(shù)量可達(dá)45億噸，相當(dāng)于陸地總儲量的幾千倍。如果能將海水中的鈾全部提取出來，所含的裂變能可保證人類幾萬年的能源需要。不過，海水中含鈾的濃度很低，1000噸海水只含有3克鈾。而要從海水中提取鈾，從技術(shù)上講是件十分困難的事情，需要處理大量海水，技術(shù)工藝十分復(fù)雜。氘-氚的核聚變反應(yīng)，需要在上千萬度乃至上億度的高溫條件下進(jìn)行。這樣的反應(yīng)，已經(jīng)在氫彈上得以實(shí)現(xiàn)。用于生產(chǎn)目的的受控?zé)岷司圩冊诩夹g(shù)上還有許多難題。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這些難題正在逐步解決。
第三，可燃冰。可燃冰，即天然氣水合物，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)，分布于深海或陸域的永久凍土中。可燃冰是20世紀(jì)科學(xué)考察中發(fā)現(xiàn)的一種新的礦產(chǎn)資源，其成分與天然氣相近，但更為純凈，升溫減壓可釋放出大量的甲烷氣體。作為21世紀(jì)的重要后續(xù)能源，可燃冰正日益引起科學(xué)家們和世界各國政府的關(guān)注。
可燃冰在世界范圍內(nèi)廣泛存在，主要存在于北極地區(qū)的永久凍土區(qū)和世界范圍內(nèi)的海底、陸坡、陸基及海溝中。據(jù)潛在氣體聯(lián)合會勘測，永久凍土區(qū)可燃冰資源量為1.4×1013～3.4×1016m3，包括海洋可燃冰在內(nèi)的資源總量為7.6×1018m3，約是當(dāng)前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然氣）中碳含量總和的2倍以上。至2011年，世界上已發(fā)現(xiàn)的可燃冰分布區(qū)多達(dá)116處，其礦層之厚、規(guī)模之大，是常規(guī)天然氣田無法相比的。按照目前的能源消耗速度，可燃冰的儲量至少夠人類使用1000年。在南海也已探測到大量可燃冰，資源量為700億噸油當(dāng)量，約相當(dāng)中國陸上石油、天然氣資源量總數(shù)的二分之一。目前開采可燃冰的方法主要有三種：熱解法、降壓法以及二氧化碳置換法，但是因?yàn)榧夹g(shù)限制，在世界范圍內(nèi)尚停留在實(shí)驗(yàn)性開采。一旦開采技術(shù)獲得突破性進(jìn)展，那么可燃冰會成為最有潛力的新一代能源。
參考文獻(xiàn)：
1.BP世界能源統(tǒng)計年鑒2012
作者簡介：
杜東川，（1986-），男，漢族，山東菏澤人，助理工程師，本科學(xué)歷。研究方向：石化企業(yè)安全管理。
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