【摘要】能源是人類(lèi)社會(huì )發(fā)展的基石，是世界經(jīng)濟增長(cháng)的動(dòng)力?？v觀(guān)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)?，F今，隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源的消耗也越來(lái)越大，能源短缺日益成為制約當今社會(huì )發(fā)展的重要因素。石油、天然氣等化石燃料還能供人類(lèi)開(kāi)采多少年？太陽(yáng)能、核能等新能源發(fā)展為何如此緩慢？本文將通過(guò)大量的數據分析回顧能源發(fā)展歷程，展望未來(lái)新能源前景。
【關(guān)鍵詞】能源 化石燃料 太陽(yáng)能 新能源
在遠古時(shí)代，火的發(fā)現及利用，使人類(lèi)告別了“茹毛飲血”的生活，開(kāi)始了漫長(cháng)的以柴薪為主要能源的時(shí)代。
一直到18世紀，英國紡織機、蒸汽機的發(fā)明，標志著(zhù)第一次工業(yè)革命爆發(fā)，機械力開(kāi)始大規模代替人力。低熱值的木材已經(jīng)滿(mǎn)足不了巨大的能源需求，煤炭工業(yè)開(kāi)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(dòng)了鋼鐵工業(yè)、鐵路運輸、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(chēng)之為第二次能源革命。煤炭時(shí)代所推動(dòng)的世界經(jīng)濟發(fā)展超過(guò)了以往數千年的時(shí)間，但是，煤炭帶來(lái)的污染也引發(fā)了全球環(huán)境危機，倫敦這個(gè)工業(yè)大城市也因此成為名副其實(shí)的“霧都”，一場(chǎng)新的能源革命已迫在眉睫。
19世紀70年代以來(lái)，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，各種新技術(shù)相繼問(wèn)世。電動(dòng)機、發(fā)電機的發(fā)明引領(lǐng)世界由“蒸汽時(shí)代”跨入“電氣時(shí)代”，內燃機的發(fā)明解決了長(cháng)期困擾人類(lèi)的動(dòng)力不足問(wèn)題，電報機的問(wèn)世打破了常規的聯(lián)絡(luò )方式，這次大變革被稱(chēng)為第二次工業(yè)革命。伴隨著(zhù)一系列新技術(shù)，汽車(chē)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(shí)期迅速崛起，并以其更高熱值、更易運輸、更低污染的特點(diǎn)，于20世紀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(dòng)了汽車(chē)、航空、航海、軍工業(yè)、重型機械、化工等工業(yè)的發(fā)展，甚至影響著(zhù)全球的金融業(yè)，可以說(shuō)石油對世界經(jīng)濟起著(zhù)支撐性作用。
第二次工業(yè)革命以來(lái)，特別是二戰以后，世界能源消耗與日俱增，呈爆炸性增長(cháng)趨勢。20世紀初至20世紀末，能源年消耗量從20億噸標準煤猛增至100億噸，翻了5倍，而現在仍舊以平均每年約2.5%的速度增長(cháng)?；剂先紵欧懦鼍蘖康腃O2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日益凸顯。特別是20世紀70年代以來(lái)爆發(fā)了三次石油危機，使原油價(jià)格在40年間陡然上漲了40余倍，結束了以廉價(jià)石油催動(dòng)世界經(jīng)濟騰飛的局面，給嚴重依賴(lài)著(zhù)石油的世界經(jīng)濟敲響了警鐘，世界各國均加快了對新能源的探索與開(kāi)發(fā)，可持續發(fā)展、生態(tài)文明發(fā)展開(kāi)始成為世界性主題。
20世紀30年代以來(lái)，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各類(lèi)新能源開(kāi)始投入使用：長(cháng)距離輸電技術(shù)的突破，使水力發(fā)電逐漸形成規模；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(chē)；1992年，日本實(shí)現了太陽(yáng)能發(fā)電系統同電力公司聯(lián)網(wǎng)。有人也將這些變革稱(chēng)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2012年BP世界能源統計，化石燃料所釋放的能量在一次能源供應中約占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(yáng)能、風(fēng)能、地熱能僅占1.3%。且新能源的利用在世界范圍內分布極為不均，下面是幾種新能源在全國電力供應中所占比例：核電：法國78%，比利時(shí)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(yáng)能、風(fēng)能、地熱能等可再生能源的利用率在世界各國均極其低下，僅占全球發(fā)電量的1.7%。
進(jìn)入21世紀，世界范圍內的能源危機愈演愈烈，2008年，國際原油價(jià)格一度突破148美元/桶，是1970年1.8美元/桶的82倍。當然，美元貶值是其一部分原因，但更多的是因為隨著(zhù)不可再生資源的日益枯竭，各國加大資源爭奪力度引起的，伊拉克戰爭、利比亞戰爭以及1991年的海灣戰爭均隱約著(zhù)“石油爭奪”的反射。雖然2008年，在全球經(jīng)濟危機的影響下，世界一次能源消費降低了1.1%。但是隨著(zhù)經(jīng)濟的復蘇，2010年能源消費隨即強勁反彈，一次能源消費增幅5.6%，達到1973年以來(lái)的最高漲幅，在中國這一漲幅更是高達11.9%，中國超過(guò)美國成為全球第一大能源消費國。
再來(lái)看全球范圍內石油、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%，亞太地區僅占3.3%。據統計，全球石油年消費量為43.5億噸，按照目前消費水平計算，石油資源可供應43.4年。而中國探明儲量為20億噸，年消費量為4.5億噸，目前國內產(chǎn)量約為2.03億噸，按此速度，中國石油僅可開(kāi)采9.85年。
煤：探明儲量86094億噸，其中歐洲占35.4%，亞太地區占30.9%，北美洲占28.5%，中東及非洲占3.8%，中南美洲占1.5%。全球年消費量為3555.8百萬(wàn)噸油當量，按照目前消費水平計算，可開(kāi)采121.1年。中國探明儲量為11450億噸，年消費1713.5百萬(wàn)噸油當量，國內產(chǎn)量1800.4百萬(wàn)噸油當量，僅供開(kāi)采32.7年。
天然氣：探明儲量為187.1萬(wàn)億立方米，其中中東地區占40.5%，歐洲占33.7%，亞太地區占8.7%，非洲占7.9%，北美洲占5.3%，中南美洲占4.0%。全球年消費量為31690億立方米，按目前消費水平計算，可開(kāi)采59.0年。中國探明儲量為2.8萬(wàn)億立方米，年消費量1090億立方米，國內產(chǎn)量為968億立方米，可供開(kāi)采28.9年。
不難看出，化石燃料在世界范圍內日漸枯竭，能源危機所帶來(lái)的不再僅僅是經(jīng)濟危機，同時(shí)也帶來(lái)了戰爭災難，甚至是人類(lèi)的生存危機。那么，人類(lèi)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)內得到普遍認同有希望支撐起下一個(gè)能源時(shí)代的能源主要有：太陽(yáng)能、核能、可燃冰。
第一，太陽(yáng)能。眾所周知，太陽(yáng)能是地球上分布最廣、儲量最大、清潔無(wú)污染的能源，太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是1.6×1023kW，其中到達地球的能量高達8×1013kW，相當于6×109噸標準煤。按此計算，一年內到達地球表面的太陽(yáng)能總量折合標準煤共約1.89×1013千億噸，是目前世界主要能源探明儲量的一萬(wàn)倍，可以說(shuō)是“取之不盡，用之不竭”。
太陽(yáng)能利用是指太陽(yáng)能的直接轉化和利用技術(shù)。分為兩類(lèi)，一類(lèi)是把太陽(yáng)輻射能轉換成熱能并加以利用，屬于太陽(yáng)能熱利用技術(shù)。另一類(lèi)是利用半導體器件的光伏效應原理把太陽(yáng)能轉換成電能，稱(chēng)為太陽(yáng)能光伏技術(shù)。
太陽(yáng)能熱利用技術(shù)主要體現在太陽(yáng)能熱水器方面。太陽(yáng)能熱水器將光能直接轉化為熱能，目前技術(shù)已趨于成熟，在世界范圍內形成產(chǎn)業(yè)化，是太陽(yáng)能熱利用中商業(yè)化程度最高、應用最普遍的技術(shù)。據統計，2010年世界熱水器年產(chǎn)量為6，282萬(wàn)㎡，年節省能源約3，253萬(wàn)噸標煤，年減排二氧化碳約8，974萬(wàn)噸。21世紀以來(lái)，我國太陽(yáng)能熱水器進(jìn)入成熟階段，產(chǎn)量與市場(chǎng)保有量一直保持快速增長(cháng)，太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)量約占世界78%，保有量占全世界54%。
太陽(yáng)能光伏技術(shù)主要應用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電。1954年美國貝爾實(shí)驗室研制出世界上第一塊太陽(yáng)電池，從此揭開(kāi)了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的新篇章。至2009年年底，全世界光伏發(fā)電裝機容量達到2274萬(wàn)千瓦，年節省363萬(wàn)噸標準煤，年減排二氧化碳約1000萬(wàn)噸。其中，德國978萬(wàn)千瓦，占全球的43%，遙遙領(lǐng)先于世界其他國家；西班牙339萬(wàn)千瓦，占全球的15%；日本和美國分別為263萬(wàn)千瓦和165萬(wàn)千瓦，占全球的12%和7%。中國光伏發(fā)電近年來(lái)雖然也實(shí)現了較快發(fā)展，但由于起步較晚，累計裝機31萬(wàn)千瓦，僅占全球的1.3%。值得一提的是，中國太陽(yáng)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(yáng)能電池產(chǎn)量達5000兆瓦，占全球市場(chǎng)份額的46.7%。
第二，核能。核能（亦稱(chēng)原子能）是通過(guò)轉化其質(zhì)量從原子核釋放的能量。目前人類(lèi)開(kāi)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的技術(shù)，僅應用于核武器，如氫彈、中子彈?？刹徽撌侵卦剽?，還是輕元素氘、氚，在海洋中都有相當巨大的儲藏量。
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。只有少數國家擁有有限的鈾礦，全世界較適于開(kāi)采的只有100萬(wàn)噸，加上低品位鈾礦及其副產(chǎn)鈾化物，總量也不超過(guò)500萬(wàn)噸，按目前的消耗量，只夠開(kāi)采幾十年。而在巨大的海水水體中，卻含有豐富的鈾礦資源。據估計，海水中溶解的鈾的數量可達45億噸，相當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(lái)，所含的裂變能可保證人類(lèi)幾萬(wàn)年的能源需要。不過(guò)，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)工藝十分復雜。氘-氚的核聚變反應，需要在上千萬(wàn)度乃至上億度的高溫條件下進(jìn)行。這樣的反應，已經(jīng)在氫彈上得以實(shí)現。用于生產(chǎn)目的的受控熱核聚變在技術(shù)上還有許多難題。但是，隨著(zhù)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?？扇急?，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(lèi)冰狀的結晶物質(zhì)，分布于深?；蜿懹虻挠谰脙鐾林??？扇急?0世紀科學(xué)考察中發(fā)現的一種新的礦產(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世紀的重要后續能源，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廣泛存在，主要存在于北極地區的永久凍土區和世界范圍內的海底、陸坡、陸基及海溝中。據潛在氣體聯(lián)合會(huì )勘測，永久凍土區可燃冰資源量為1.4×1013～3.4×1016m3，包括海洋可燃冰在內的資源總量為7.6×1018m3，約是當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)現的可燃冰分布區多達116處，其礦層之厚、規模之大，是常規天然氣田無(wú)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(lèi)使用1000年。在南海也已探測到大量可燃冰，資源量為700億噸油當量，約相當中國陸上石油、天然氣資源量總數的二分之一。目前開(kāi)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，但是因為技術(shù)限制，在世界范圍內尚停留在實(shí)驗性開(kāi)采。一旦開(kāi)采技術(shù)獲得突破性進(jìn)展，那么可燃冰會(huì )成為最有潛力的新一代能源。
參考文獻：
1.BP世界能源統計年鑒2012
作者簡(jiǎn)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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