能源與人類(lèi)社會(huì)的生存和發(fā)展

王 洪 郝 梅

水輪機(jī)軸蠕動(dòng)裝置現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn) 攝影/王廣浩

所謂能源，就是能夠提供能量和做功的自然資源。能源是支撐現(xiàn)代人類(lèi)社會(huì)生存和發(fā)展的柱石。自從17世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，人們開(kāi)始大規(guī)模地開(kāi)采地下的煤炭和石油，那是數(shù)千萬(wàn)年前(第三紀(jì))以至五億年前(古生代和晚元古代)地球上生物的遺產(chǎn)。人們把煤炭、石油和天然氣來(lái)作為能源，但是這種能源資源是有限的。根據(jù)國(guó)際能源專(zhuān)家的預(yù)測(cè)，地球上蘊(yùn)藏的煤炭將在今后200年內(nèi)開(kāi)采完畢，石油將在今后三四十年內(nèi)告罄，天然氣也只能再維持60年左右?？梢?jiàn)，能源問(wèn)題必將成為長(zhǎng)期困擾人類(lèi)生存和社會(huì)發(fā)展的一個(gè)主要問(wèn)題。

中國(guó)的煤炭?jī)?chǔ)量較為豐富，已探明的煤炭?jī)?chǔ)量接近萬(wàn)億噸，按目前的開(kāi)采速度，還能支持幾百年時(shí)間。這是中國(guó)人民的幸運(yùn)!不過(guò)，燒煤也會(huì)帶來(lái)不少問(wèn)題，除了運(yùn)輸問(wèn)題以外，燃燒中還會(huì)排放大量的有害氣體，如一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫和氧化氮等，這些有害氣體都對(duì)人類(lèi)的生存環(huán)境構(gòu)成了一定的危害。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，為了人類(lèi)的生存和社會(huì)的發(fā)展，不可能長(zhǎng)期依靠煤炭、石油、天然氣等化石能源，而必須大力開(kāi)發(fā)利用“可再生能源”。近代物理學(xué)和天文學(xué)已經(jīng)充分證明，以天體物理運(yùn)動(dòng)所發(fā)出的能量為基礎(chǔ)的可再生能源，包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒒瘜W(xué)能、核聚變能等，這些能源實(shí)際上是無(wú)限的，取之不盡，用之不竭，和日月同輝，與宇宙共存。毫無(wú)疑問(wèn)，再過(guò)若干年之后，作為人類(lèi)文明支柱的能源，將不是化石能源，而是可再生能源。因此，對(duì)于可再生能源的研究和開(kāi)發(fā)利用，將是人類(lèi)科學(xué)技術(shù)永恒的主題。

一個(gè)處處充滿(mǎn)能量的世界

世界上所有的物質(zhì)，大到宇宙天體，小到分子、原子，都無(wú)一例外地在進(jìn)行著運(yùn)動(dòng)和變化。其所以如此，就是因?yàn)槟芰吭谄鹱饔?。換句話(huà)說(shuō)，能量就是物質(zhì)能運(yùn)動(dòng)和變化的原因。

乍看起來(lái)，地球上的滄海桑田，平原高山，似乎是亙古不變的。實(shí)際上，我們居住的地球無(wú)時(shí)無(wú)刻不在經(jīng)歷著運(yùn)動(dòng)和變化。人們?cè)谥槟吕尸敺宓貐^(qū)發(fā)現(xiàn)了魚(yú)龍化石，這說(shuō)明，那里過(guò)去曾經(jīng)是一片汪洋，正是由于地球內(nèi)部的能量被釋放出來(lái)，引起了地殼的變化，才使海洋變成了高山。不僅地殼會(huì)發(fā)生變化，而且地球本身也在以每秒29千米的速度圍繞太陽(yáng)飛快地運(yùn)行。

你在夏天外出乘涼，看到天上的星星仿佛是靜靜地停留在太空中，一動(dòng)也不動(dòng)，可是，假如你能夠細(xì)心地注意觀(guān)察幾天、幾個(gè)月甚至幾年，就不難發(fā)現(xiàn)，那些星星都在不停地運(yùn)動(dòng)著。天文學(xué)告訴我們：月亮以每秒大約8千米的速度圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)；而水星、金星、火星、木星、土星等行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，比月亮圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的速度要大得多；就是被稱(chēng)作“恒星”的太陽(yáng)本身，也在不停地運(yùn)動(dòng)，整個(gè)太陽(yáng)系在銀河系中以每秒大約250千米的速度運(yùn)動(dòng)著，而銀河系在總星系中又以更大的速度運(yùn)動(dòng)著……恒星的運(yùn)動(dòng)，不僅是位置的變化，而且每個(gè)恒星內(nèi)部也在幾百萬(wàn)甚至幾千萬(wàn)攝氏度的高溫中進(jìn)行著劇烈的運(yùn)動(dòng)和變化。所有這些，都是由于能量作用的結(jié)果。

整個(gè)宇宙不僅從宏觀(guān)上看是處于不斷運(yùn)動(dòng)變化之中，而且從微觀(guān)上看同樣也是如此。眾所周知，一切物質(zhì)都是由分子組成的。那么分子是否也在不停地運(yùn)動(dòng)著呢?為了解答這個(gè)問(wèn)題，我們可以進(jìn)行這樣的試驗(yàn)：在液體里撒一些花粉，放在顯微鏡下進(jìn)行觀(guān)察，便可發(fā)現(xiàn)花粉在不停地運(yùn)動(dòng)著，好像是被一種什么力量推動(dòng)著一樣。推動(dòng)花粉作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的正是液體分子。

再進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，分子又是由原子組成的，而原子中又包括原子核和圍繞原子核運(yùn)動(dòng)著的電子。物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，就是不同種類(lèi)物質(zhì)分子里的原子通過(guò)運(yùn)動(dòng)而重新組合成新物質(zhì)分子的過(guò)程。

在自然界中處處充滿(mǎn)能量，能量無(wú)所不在，而它的表現(xiàn)形式是多種多樣的。以汽車(chē)作為例子，輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，這是位置變化的運(yùn)動(dòng)，是機(jī)械能；汽車(chē)?guó)Q喇叭，這是聲波在空氣中的振動(dòng)和傳播，是聲能在起作用；打開(kāi)車(chē)燈，照亮道路，這是光能在起作用；嗚喇叭和開(kāi)車(chē)燈都要用電，這是電能在起作用；汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的汽油燃燒，這是化學(xué)能在起作用……此外還有原子核能、引力勢(shì)能、生物質(zhì)能等等。正是由于在這個(gè)世界上處處充滿(mǎn)著能量，而且這些能量還可以相互轉(zhuǎn)化，所以才使得我們這個(gè)世界絢麗多彩，充滿(mǎn)了生機(jī)和活力。

能量在日常生活中起作用的例子，更是比比皆是：關(guān)上電門(mén)，電燈就熄滅了；不扣扳機(jī)，子彈就靜靜地躺在槍膛里休息；溫度不升高，冰雪就不會(huì)融化；人不吃飯，就會(huì)感到渾身沒(méi)勁……這些都充分證明，能量普遍存在著，而且隨時(shí)隨地表現(xiàn)出來(lái)，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在起作用。

能量的表現(xiàn)形式多種多樣，而經(jīng)常和人們打交道的能量大體上只有六種，它們是核能、機(jī)械能、輻射能、熱能、電磁能和化學(xué)能。

核能也叫原子能，它是儲(chǔ)存在原子核里的能量。別看原子核是那么小，可是儲(chǔ)存在它里面的能量卻大得驚人。1克鈾在裂變時(shí)所釋放出來(lái)的能量，與2.5噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)所放出的熱能相當(dāng)。由于核能的能量如此之大，所以人們用它來(lái)制造破壞力極大的原子彈和氫彈，用它來(lái)建造發(fā)電效率高而成本低廉的核電站；一些軍事強(qiáng)國(guó)已將其應(yīng)用在軍事艦艇上，造出了航行時(shí)間極長(zhǎng)的核動(dòng)力航空母艦和核動(dòng)力潛艇。實(shí)際上，太陽(yáng)所發(fā)出的光和熱也都是由核能產(chǎn)生的，因?yàn)樵谔?yáng)內(nèi)部每時(shí)每刻都在進(jìn)行著劇烈的原子核裂變反應(yīng)，同時(shí)釋放出巨大的能量。因此，在各種形式的能量中，要數(shù)核能的能量最大。

機(jī)械能就是使物體運(yùn)動(dòng)起來(lái)的能量。在我們的日常生活中，隨時(shí)隨地可以見(jiàn)到機(jī)械能的“身影”。比如說(shuō)吧，建筑工地上的鋼鐵巨人——起重機(jī)，它活像一個(gè)氣蓋山河的大力士，能夠輕而易舉地把成噸的建筑材料提起來(lái)，一直提到幾十米的高度，它旋轉(zhuǎn)自如，操作起來(lái)極其方便靈活。起重機(jī)的力氣為什么有這么大?這就充分顯示了機(jī)械能的本領(lǐng)。自然，機(jī)械能并不一定都是通過(guò)機(jī)械和機(jī)器產(chǎn)生出來(lái)的，像雨雪等從天而降，大風(fēng)吹著風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)，人們用手翻書(shū)、用刀切菜、用腳踢球等等，都是機(jī)械能在起作用。

對(duì)于輻射能，有的人可能聽(tīng)起來(lái)感到有點(diǎn)陌生。其實(shí)，輻射能和我們的日常生活息息相關(guān)。廣播電臺(tái)和電視臺(tái)每天發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電波，太陽(yáng)發(fā)出的光，以及人們說(shuō)話(huà)的聲音和各種響聲等，都是輻射能在起作用。輻射能的主要表現(xiàn)形式是光能、聲能和波能。試想，一旦沒(méi)有了輻射能，那么我們就沒(méi)有廣播可聽(tīng)，沒(méi)有電視可看，微波爐也會(huì)變?yōu)闊o(wú)用之物，并且也享受不到太陽(yáng)光帶來(lái)的光明和溫暖，甚至連人們相互之間的交談也成為不可能……可見(jiàn)，輻射能的存在，對(duì)于人類(lèi)的生存和社會(huì)的發(fā)展是多么的重要!

人們與熱能打交道最多，因此對(duì)熱能也最為熟悉。遠(yuǎn)在原始時(shí)代，我們的祖先就已經(jīng)懂得鉆木取火，用火來(lái)把食物燒熟?，F(xiàn)在人們做飯、沏茶、煮奶等等，都必須借助于熱能；人們冬天取暖，通過(guò)暖房來(lái)種菜養(yǎng)花，洗熱水澡，進(jìn)行蒸汽浴……哪一樣都離不開(kāi)熱能。至于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防建設(shè)等，所需要的熱能就更多了。像冶煉鋼鐵，熔化金屬，焊接和鉚接零件，鍛壓成型，金屬材料的熱處理，以及蒸汽機(jī)、火車(chē)、汽車(chē)的開(kāi)動(dòng)和運(yùn)行等等，都是熱能大顯身手的場(chǎng)所。

電磁能包括電能和磁能，它們很容易進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。在人類(lèi)社會(huì)的生產(chǎn)活動(dòng)和人們的生活中，電能、熱能和機(jī)械能都是用量極大的能量。正是由于有了電能，才使得一切帶“電”字的器具，包括電燈、電扇、電熨斗、電視機(jī)、電冰箱、電飯鍋、電爐、電話(huà)、電腦、電吉他、電車(chē)、電影機(jī)、電火箭、電磁炮等等能夠運(yùn)作起來(lái)，為人類(lèi)社會(huì)的物質(zhì)文明和精神文明增添無(wú)可估量的光彩?？茖W(xué)技術(shù)越發(fā)達(dá)，社會(huì)越進(jìn)步，使用電能的場(chǎng)合就越多。今天，人類(lèi)不僅在自己居住的地球上使用電磁能，而且已經(jīng)把電磁能帶到了飛機(jī)上、導(dǎo)彈上、人造衛(wèi)星上、宇宙飛船上、航天飛機(jī)上，甚至還把電能帶到了其它星球上……

化學(xué)能是用化學(xué)方式儲(chǔ)存起來(lái)的一種能量，像電池、沼氣、煤炭、石油、天然氣等，都含有化學(xué)能。在我們每天所攝入的各種食物中，也含有化學(xué)能。我們每天能夠維持正常的生活和進(jìn)行各種各樣的活動(dòng)，都是由于化學(xué)能在起作用。植物的“光合作用”也是產(chǎn)生化學(xué)能的過(guò)程，我們每時(shí)每刻吸入的空氣中的氧氣，正是通過(guò)植物的光合作用可以直接變換成化學(xué)能，卻未必能變換成其它形式的能量。

由于能量可以相互轉(zhuǎn)換，這就為人類(lèi)充分利用各種自然能源提供了有利條件。例如，將煤炭進(jìn)行燃燒，就將它儲(chǔ)存的化學(xué)能變成了熱能，在日常生活中我們可以利用這種熱能來(lái)燒飯、取暖和洗澡；也可以用它來(lái)開(kāi)動(dòng)機(jī)器，開(kāi)動(dòng)火車(chē)，將熱能變換成機(jī)械能；當(dāng)然還可以利用煤炭來(lái)進(jìn)行火力發(fā)電，將化學(xué)能變換為電能……

三峽電廠(chǎng)中控室 攝影/王廣浩

能源的分類(lèi)

大自然賦予人類(lèi)的能源非常豐富，多種多樣。自古以來(lái)，經(jīng)過(guò)人類(lèi)不斷地開(kāi)發(fā)利用，能源已形成一個(gè)興旺發(fā)達(dá)的大家族。

關(guān)于能源的分類(lèi)方法是多種多樣的。例如：太陽(yáng)能和非太陽(yáng)能在能源大家庭中，有兩個(gè)大家族，其中一個(gè)是太陽(yáng)能家族，另一個(gè)是非太陽(yáng)能家族。

人類(lèi)自古至今所用的能源，包括煤炭、石油、天然氣、風(fēng)力、水力、生物質(zhì)能等，它們都是直接或間接地由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)的，它們都是太陽(yáng)能家族中的主要成員。另外，像核能、地?zé)崮堋⒊毕艿?，它們分別是地球本身具有的或是與其它星球(如月球)相互作用而生成的能，與太陽(yáng)無(wú)關(guān)，所以把它們叫做非太陽(yáng)能家族。

太陽(yáng)發(fā)出強(qiáng)烈的光照射在地球上，把地球上的陸地、海洋以至于空氣都烤得灼熱。由于各處的受熱情況不同，加上地理環(huán)境等諸多因素的影響，于是形成了雨、雪、風(fēng)、雷等各種自然現(xiàn)象，同時(shí)也就出現(xiàn)了風(fēng)能、水能、海洋能等不同形式的能源。

在太陽(yáng)光的作用下，生長(zhǎng)在遠(yuǎn)古時(shí)代的動(dòng)植物生長(zhǎng)得壯實(shí)高大，并且大都密集地生長(zhǎng)在一起，而后來(lái)由于地殼的變遷，那些動(dòng)植物被深深地埋在地層底下，在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的歲月以后，由于長(zhǎng)時(shí)期高溫高壓的作用，于是逐漸地形成煤炭、石油和天然氣等化石能源。如果追根溯源，這些化石能源同樣都是太陽(yáng)家族的子孫哩!

至于核能，顯然它是非太陽(yáng)能家族中的主要成員，它的形成完全同太陽(yáng)能無(wú)關(guān)，它是原子核在分裂及聚合過(guò)程中所釋放出來(lái)的巨大能量。地?zé)崮苁怯傻厍騼?nèi)部熾熱的巖漿釋放出來(lái)的能量(地震和火山爆發(fā)就是地?zé)崮茏园l(fā)地向外釋放的結(jié)果)。而海水的潮起潮落所形成的潮汐能，它是由于地球、月亮和太陽(yáng)三者之間所存在的引力作用而引起的。

一次能源和二次能源 人們通常把直接來(lái)自自然界而未經(jīng)加工轉(zhuǎn)換的能源叫做一次能源，如煤炭、石油、天然氣、生物燃料、油頁(yè)巖、水能、核能、太陽(yáng)能、海洋能等等；而把從一次能源直接或間接轉(zhuǎn)化而來(lái)的能源叫做二次能源，如煤氣、汽油、電能、蒸汽、沼氣、氫能、激光等等。

燃料能源和非燃料能源 燃料能源包括礦物燃料(如煤炭、石油、天然氣等)、生物燃料(如沼氣、木材、柴草、秸桿、有機(jī)廢物等)、化工燃料(如甲醇、丙烷、酒精等)和核燃料(如鈾、钚、釷、氘等)；非燃料能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、潮汐能、地?zé)崮堋⒓す獾取?/p>

可再生能源和非再生能源 可再生能源是指不會(huì)隨其本身的轉(zhuǎn)化或者人類(lèi)的利用而日益減少的能源，就是說(shuō)可再生能源具有天然的自我恢復(fù)的能力，像太陽(yáng)能、海洋能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、氫能等，都能夠源源不斷地從自然界得到補(bǔ)充；而非再生能源則恰恰相反，它們?cè)接迷缴?，不能再生，如煤炭、石油、天然氣和核燃料等，它們都是用去一點(diǎn)就減少一點(diǎn)，總有一天會(huì)被全部用完。

常規(guī)能源和新能源 根據(jù)各種能源的開(kāi)發(fā)利用情況和它們?cè)谌祟?lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活中的地位，人們把能源分為常規(guī)能源和新能源兩類(lèi)。人們習(xí)慣于把技術(shù)上比較成熟而使用比較普遍的能源，稱(chēng)為常規(guī)能源，如煤炭、石油、天然氣、水能等；而把利用時(shí)間還不長(zhǎng)或正在研究開(kāi)發(fā)的能源，稱(chēng)為新能源，如核能、太陽(yáng)能、沼氣能、風(fēng)能、氫能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、電磁能等。其?shí)，常規(guī)能源和新能源都是在特定的歷史條件下相對(duì)而言的。今天的常規(guī)能源在過(guò)去曾經(jīng)是新能源，而今天的新能源在將來(lái)也會(huì)成為常規(guī)能源。比如說(shuō)，核能在大多數(shù)國(guó)家中目前仍被視為新能源，而在某些發(fā)達(dá)國(guó)家中由于對(duì)核能的使用越來(lái)越普遍，在無(wú)形中它已成為一種常規(guī)能源了。

就大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)來(lái)說(shuō)，目前使用的能源仍是以常規(guī)能源為主，而這些常規(guī)能源又是以煤炭、石油、天然氣等非再生能源為主，這些非再生能源總有一天會(huì)被全部用完，加之這類(lèi)非再生能源的熱能利用率不高，并且還對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染，因此現(xiàn)在世界各國(guó)，特別是各發(fā)達(dá)國(guó)家，都在加緊研究開(kāi)發(fā)新能源，以滿(mǎn)足人們生活和社會(huì)發(fā)展日益增長(zhǎng)的需要。當(dāng)今世界公認(rèn)的高技術(shù)領(lǐng)域，包括生物技術(shù)、航天技術(shù)、信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)和海洋技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域，人們把新能源技術(shù)稱(chēng)譽(yù)為“高技術(shù)中的尖端”。

上圖：三峽電廠(chǎng)運(yùn)行人員對(duì)GIS設(shè)備巡檢室攝影/王廣浩

上圖：三峽電力外送 攝影/王廣浩

能源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“火車(chē)頭”

自古以來(lái)，人類(lèi)就為改善自身的生存條件和促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不停地進(jìn)行奮斗。在這一過(guò)程中，能源始終扮演著極其重要的角色。從世界社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀來(lái)看，能源問(wèn)題已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一個(gè)具有戰(zhàn)略意義的問(wèn)題。能源的消耗水平，已成為衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的重要標(biāo)志。隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和人民生活水平的提高，商品能源消耗的增長(zhǎng)速度大大超過(guò)了人口的增長(zhǎng)速度。1975年，世界人口比1925年增加了一倍，世界商品能源的總消耗量增長(zhǎng)了4.5倍，而且這種增長(zhǎng)仍呈上升趨勢(shì)。1987年世界商品能源的總消耗量為100億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比1975年增加70%。到了2000年，世界商品能源的總消耗量已達(dá)200億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

能源問(wèn)題對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。上世紀(jì)50～70年代，由于中東廉價(jià)石油的大量供應(yīng)，導(dǎo)致整個(gè)資本主義世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。而1973年中東戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)以后，由于中東各國(guó)限制石油產(chǎn)量，提高石油價(jià)格，帶來(lái)了資本主義世界長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)濟(jì)危機(jī)。爭(zhēng)奪能源，成了持續(xù)八年之久的兩伊沖突及1991年春天震驚世界的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)等一系列國(guó)際爭(zhēng)端的導(dǎo)火索。

國(guó)際經(jīng)濟(jì)界提供的分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，由于能源短缺而造成的國(guó)民經(jīng)濟(jì)損失，相當(dāng)于能源本身價(jià)值的20～60倍。1975年，美國(guó)由于短缺11641噸標(biāo)準(zhǔn)煤，使得其國(guó)民生產(chǎn)總值減少了930億美元；日本由于短缺0.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，導(dǎo)致其國(guó)民生產(chǎn)總值減少了485億美元。1988年，我國(guó)由于缺電而導(dǎo)致國(guó)民生產(chǎn)總值減少了2000億元人民幣，這個(gè)數(shù)目相當(dāng)于當(dāng)年我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的1／6。人們把能源比作社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“火車(chē)頭”，這個(gè)比喻既形象又貼切。

歷史上的三次能源革命

火，是人類(lèi)最早學(xué)會(huì)支配的一種自然力。在我國(guó)，早已有“燧人氏”鉆木取火的傳說(shuō)。在西方的傳說(shuō)中，說(shuō)火是由一個(gè)名叫“普羅米修斯”的天神，從宇宙的統(tǒng)治者“宙斯”那里偷來(lái)的。上面這些傳說(shuō)都接近于神話(huà)，顯然不可靠。實(shí)際上，人類(lèi)是在實(shí)際勞動(dòng)中逐漸學(xué)會(huì)了鉆木取火，并且到后來(lái)才慢慢地懂得了如何利用木材燃燒的能量來(lái)取暖、照明和把食物燒熟以后再吃。

自從原始人懂得如何取火和利用火以后，人類(lèi)對(duì)能源的開(kāi)發(fā)利用就進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，同時(shí)也為人類(lèi)文明打下了一個(gè)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。

大約在四五千年前，古埃及人發(fā)現(xiàn)在船上扯起一塊布，即使人不劃船，船也能夠“乘風(fēng)”前進(jìn)，這便是最早的風(fēng)帆。大約在兩千多年以前，人類(lèi)學(xué)會(huì)了利用流水的能量和風(fēng)的能量來(lái)提水、磨面，造出了水車(chē)和風(fēng)車(chē)。

到了近代，能源技術(shù)出現(xiàn)了三次重大突破，人們稱(chēng)之為人類(lèi)歷史上的三次能源革命。具體地說(shuō)，就是蒸汽機(jī)、電力和原子能這三樣?xùn)|西的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和應(yīng)用。每一次能源革命都是推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。

蒸汽機(jī)是在200多年前登上歷史舞臺(tái)的。它吹響了第一次能源革命的號(hào)角。有了蒸汽機(jī)，人們就可以在需要?jiǎng)恿Φ膱?chǎng)合，用煤炭做燃料來(lái)驅(qū)動(dòng)火車(chē)和輪船，開(kāi)動(dòng)機(jī)器，從而開(kāi)辟了工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸?shù)男绿斓?，提高了整個(gè)社會(huì)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制。在這以后不久，科學(xué)家又發(fā)明了以石油產(chǎn)品為燃料的內(nèi)燃機(jī)。有了內(nèi)燃機(jī)以后，就陸續(xù)地出現(xiàn)了汽車(chē)、輪船、艦艇、飛機(jī)，使人類(lèi)社會(huì)的交通運(yùn)輸面貌為之一新，進(jìn)一步提高了人類(lèi)利用能源的能力。

隨著電磁學(xué)的發(fā)展，19世紀(jì)70年代，科學(xué)家先后造出了具有實(shí)用價(jià)值的電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。在19世紀(jì)80年代建成了中心電站，并解決了遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題，完成了人類(lèi)歷史上的第二次能源革命。電能的生產(chǎn)和應(yīng)用，帶來(lái)了一系列的發(fā)明創(chuàng)造，電燈、電話(huà)、電報(bào)、電影、廣播、電視、電腦等等的出現(xiàn)，極大地改變了人類(lèi)的生產(chǎn)方式和生活方式，把人類(lèi)的物質(zhì)文明和精神文明推進(jìn)到一個(gè)新的階段。

早在1938年，法國(guó)科學(xué)家哈恩等人在利用中子轟擊金屬鈾的原子核時(shí)，發(fā)現(xiàn)鈾的原子核在受到這種轟擊時(shí)分裂成兩個(gè)質(zhì)量差不多的新原子核，同時(shí)釋放出巨大的能量和兩三個(gè)中子。人們把這種現(xiàn)象叫做核裂變，而把原子核裂變時(shí)所釋放出來(lái)的能量叫做裂變能。

在發(fā)現(xiàn)核裂變現(xiàn)象以后的第四年，也就是1942年，費(fèi)米等科學(xué)家建成了第一座利用核裂變能量的裝置，這就是如今眾所周知的原子核反應(yīng)堆。

原子核反應(yīng)堆的用處很多，從能源角度來(lái)說(shuō)，原子核反應(yīng)堆可以為潛艇、大型艦船和破冰船等提供動(dòng)力，也可以用來(lái)進(jìn)行發(fā)電和供熱。用來(lái)進(jìn)行發(fā)電的原子核反應(yīng)堆叫做核電站；用來(lái)供熱的原子核反應(yīng)堆叫做核供熱站；又發(fā)電又供熱的原子核反應(yīng)堆叫做核熱電站。自從1954年蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站以來(lái)，現(xiàn)在全世界有幾十個(gè)國(guó)家在發(fā)展核能發(fā)電，已經(jīng)建成和正在興建的核電站近500座。

葛洲壩二江電廠(chǎng)開(kāi)關(guān)站 攝影/王廣浩

前景廣闊的新能源

最近二三百年來(lái)，世界能源結(jié)構(gòu)有過(guò)兩次大的轉(zhuǎn)變。一次是從18世紀(jì)開(kāi)始，從木柴轉(zhuǎn)向煤炭；另一次是從上世紀(jì)20年代開(kāi)始，又從煤炭轉(zhuǎn)向石油和天然氣。現(xiàn)在，世界能源結(jié)構(gòu)正在經(jīng)歷著第三次大轉(zhuǎn)變，這就是從石油和天然氣逐步轉(zhuǎn)向新能源。

為什么這么說(shuō)呢?一方面是因?yàn)楝F(xiàn)在以石油為主體的能源是不能再生的礦物燃料，用去一點(diǎn)就會(huì)減少一點(diǎn)，專(zhuān)家們估計(jì)，只能再維持幾十年時(shí)間；另一方面，世界新的技術(shù)革命帶動(dòng)著許多新興工業(yè)蓬勃興起，新的生產(chǎn)體系必然要求改變能源系統(tǒng)，并且盡可能地采用可以再生的、分散的、多樣化的能源。專(zhuān)家們認(rèn)為，新能源是世界新的產(chǎn)業(yè)革命的動(dòng)力，是未來(lái)世界能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

那么，究竟到什么時(shí)候，新能源才能成為世界能源舞臺(tái)上的主角呢?對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，見(jiàn)仁見(jiàn)智，專(zhuān)家們的看法也不盡一樣。

多數(shù)專(zhuān)家預(yù)計(jì)，從現(xiàn)在算起，大約再過(guò)半個(gè)世紀(jì)，原子核能和太陽(yáng)能將成為世界能源系統(tǒng)的支柱，再加上其它新能源，將可以為全世界100多億人口(估計(jì)到那時(shí)全世界的人已超過(guò)100億)提供足夠的能源。到那時(shí)，煤炭、石油和天然氣等礦物燃料，將只用來(lái)作化工原料，以滿(mǎn)足人類(lèi)衣食住行的需要。

所謂新能源，主要包括原子核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮堋⒄託饽?、氫能等?/p>

專(zhuān)家們認(rèn)為，在未來(lái)的一二百年里，原子核能將成為人類(lèi)的主要能源之一。目前的核電站，大都是采用核裂變反應(yīng)堆，只有鈾－235能夠燃燒，而鈾－235只占天然鈾總量的0.7%，剩下的99.3%的天然鈾都沒(méi)有被利用而成了核廢料，因此鈾資源浪費(fèi)很大。如果繼續(xù)發(fā)展這種核裂變反應(yīng)堆，那么世界上高品位的鈾礦用不了幾十年時(shí)間就會(huì)被消耗光了，而且不僅如此，還將留下大量的核廢料，給環(huán)境造成污染。因此必須大力發(fā)展核裂變快中子增殖反應(yīng)堆(簡(jiǎn)稱(chēng)“快堆”)。在這方面，目前法國(guó)走在前面，現(xiàn)在法國(guó)已建成了世界上最大的“快堆”核電站，其發(fā)電能力為120多萬(wàn)千瓦。

核裂變“快堆”的燃料是氘和氚。目前，核裂變的可行性已經(jīng)得到科學(xué)論證。俄羅斯科學(xué)家認(rèn)為，從技術(shù)上來(lái)看，核裂變“快堆”電站有可能在幾年之內(nèi)建成，而它的廣泛應(yīng)用大概需要幾十年至上百年才能實(shí)現(xiàn)。

關(guān)于太陽(yáng)能，人們或許難以想象得到，我們居住的地球，每天從太陽(yáng)那里所接受的能量，相當(dāng)于目前全世界所有電站所發(fā)出的能量的10萬(wàn)倍?？梢?jiàn)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)潛力是多么巨大!

對(duì)于太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用，小規(guī)模的分散的太陽(yáng)能利用設(shè)備世界各國(guó)幾乎到處都有，而大規(guī)模的集中利用太陽(yáng)能，在技術(shù)上也已經(jīng)有所突破。早在1982年，美國(guó)加利福尼亞州就建成了發(fā)電能力為1萬(wàn)千瓦的太陽(yáng)能熱發(fā)電試驗(yàn)電站；到了1988年，美國(guó)加州已建成了10萬(wàn)千瓦的大型太陽(yáng)能熱發(fā)電電站。這種電站是利用太陽(yáng)的熱能產(chǎn)生蒸汽來(lái)進(jìn)行發(fā)電。

另外還有一種更有發(fā)展前途的發(fā)電方式，就是光電轉(zhuǎn)換，它是利用光電池來(lái)把太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電能。新興的光電池工業(yè)發(fā)展非常迅速，美國(guó)加利福尼亞州建成了10萬(wàn)千瓦級(jí)的大型光電池電站。

由于太陽(yáng)能發(fā)電裝置要受到晝夜交替和天氣變化的影響，占用土地也比較多。因此，美國(guó)科學(xué)家提出了衛(wèi)星太陽(yáng)能電站的設(shè)想：就是把裝著光電池的人造衛(wèi)星發(fā)射到赤道上空35700千米的軌道上，跟地球同步運(yùn)行，它在任何時(shí)候都能受到太陽(yáng)的照射。光電池所產(chǎn)生的電轉(zhuǎn)換成電磁波并傳到地球上的地面接收站，然后再轉(zhuǎn)換成直流電來(lái)供人們使用。

科學(xué)家們還設(shè)想如何利用太陽(yáng)能來(lái)從水中分解出氫氣，并通過(guò)管道把氫氣輸送給用戶(hù)作能源，或者通過(guò)大油輪來(lái)把氫氣或液態(tài)氫輸送到各地，供人們使用。由于氫能的重量輕，熱值高，無(wú)污染，應(yīng)用面廣，因而被人們譽(yù)為21世紀(jì)的理想能源。生物質(zhì)能主要是指柴、草、莊稼的秸桿和牛馬的糞便等?，F(xiàn)在利用這些東西的途徑，主要是利用它們來(lái)生產(chǎn)沼氣和酒精。例如，巴西用甘蔗生產(chǎn)酒精，用以代替汽油來(lái)開(kāi)汽車(chē)，目前已有幾百萬(wàn)輛汽車(chē)是用純酒精來(lái)作燃料，還有更多的汽車(chē)是用摻著20%酒精的汽油來(lái)作燃料。

現(xiàn)代生物技術(shù)的進(jìn)步，為生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用開(kāi)辟了新的途徑。其中，石油植物和產(chǎn)氫樹(shù)的出現(xiàn)，已經(jīng)引起人們的廣泛興趣。石油植物可以種植在農(nóng)場(chǎng)里，它生長(zhǎng)快，產(chǎn)量高，也很容易收獲，用它可以提取跟石油差不多的液體燃料。產(chǎn)氫樹(shù)更是非常有趣，它是現(xiàn)代高科技的產(chǎn)物。它是利用基因工程把樹(shù)干上的植物組織改造成一種氣囊，通過(guò)光合作用來(lái)生成氫氣。只要往氣囊里插上一根管，就可以把氫氣收集起來(lái)供人們使用。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上可供開(kāi)發(fā)利用的新能源大約相當(dāng)于120億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中生物質(zhì)能就占了一半。

風(fēng)能也很有發(fā)展前途。地球上近地層的風(fēng)能總量達(dá)13000億千瓦。據(jù)世界氣象組織估計(jì)，全球可供利用的風(fēng)能約為200億千瓦。保守一點(diǎn)說(shuō)，在目前的技術(shù)條件下能夠利用的風(fēng)能總量至少有10億千瓦，其中我國(guó)大約有1.6億千瓦。風(fēng)能的用途很廣，包括風(fēng)力提水、風(fēng)能取暖、風(fēng)帆助航、風(fēng)力發(fā)電等等。在美國(guó)，風(fēng)力發(fā)電已進(jìn)入商業(yè)化。

地球的內(nèi)部是熾熱的，而且它的熱量不斷地向空中釋放。這種地球物理現(xiàn)象，叫做“大地?zé)崃鳌?。由于地球的表面積很大，單位面積內(nèi)釋放出來(lái)的熱量極其微小，所以全球的平均大地?zé)崃髁坎⒉淮?，以致人們很難直接感覺(jué)出來(lái)。但是，這種大地?zé)崃鞯目偭渴欠浅Ｖ蟮摹?jù)科學(xué)家估算，地球內(nèi)部每年釋放出來(lái)的總熱量達(dá)10.17×1020焦，它相當(dāng)于現(xiàn)在全球每年煤炭、石油、天然氣總耗量的三、四倍。當(dāng)然，地球上不同地區(qū)的大地?zé)崃髁渴遣煌?，大地?zé)崃髁吭礁叩牡貐^(qū)其地?zé)豳Y源就越豐富。目前對(duì)地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用，包括采暖、發(fā)電、育種、溫室栽培、洗浴等幾個(gè)方面。目前全世界地?zé)犭娬镜目傃b機(jī)容量約為500萬(wàn)千瓦，其中美國(guó)占了將近40%，菲律賓約占30%。美國(guó)已經(jīng)建成了百萬(wàn)千瓦級(jí)的大型地?zé)犭娬尽?/p>

海洋能主要是指依附于海水中的可再生能源，它包括潮汐能、海流能、海浪能、海水溫差能、海水鹽度差能等。一般不包括海底石油和天然氣等化石能源。

全球海洋能的可再生量非常之大。據(jù)專(zhuān)家估計(jì)，全世界海洋能的可再生量約為760億千瓦。海洋中蘊(yùn)藏著如此巨大的可再生能源，是因?yàn)楹Ｑ笳剂说厍虮砻娣e的71%，它接受來(lái)自太陽(yáng)的輻射能比陸地要多得多。

現(xiàn)在，人類(lèi)正處于一個(gè)新的能源過(guò)渡時(shí)期，即由以化石能源(煤炭、石油、天然氣等)為主體的常規(guī)能源過(guò)渡到以可再生能源(太陽(yáng)能、地?zé)崮?、水能、風(fēng)能等)為主體的新能源時(shí)期。1992年9月在西班牙首都馬德里召開(kāi)的第十五屆世界能源大會(huì)上，喊出了“能源與生命”的響亮口號(hào)。世界各國(guó)的有識(shí)之士都在大聲疾呼，呼吁各國(guó)政府盡可能限制化石能源消耗量的增長(zhǎng)。根據(jù)歐共體國(guó)家的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，若以太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能等清潔能源取代歐共體各國(guó)化石燃料發(fā)電量的1%，那么每年將可避免1500萬(wàn)噸二氧化碳?xì)怏w的排放量?？梢?jiàn)，可再生能源對(duì)環(huán)境的保護(hù)作用多么大。

我國(guó)的能源問(wèn)題及其對(duì)策

研究和開(kāi)發(fā)能源，這是我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)。要想使我國(guó)經(jīng)濟(jì)保持持續(xù)發(fā)展的勢(shì)頭，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，必須花大力氣發(fā)展采礦、冶金、化工、建材等基礎(chǔ)工業(yè)和鐵路、公路、航運(yùn)、航空等交通運(yùn)輸業(yè)，而這些都是需要大量消耗能源的行業(yè)。

我國(guó)要依靠?jī)H占世界7%的耕地來(lái)改善占世界22%人口的食物供應(yīng)，必須依靠能源的保證來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)副產(chǎn)品的現(xiàn)代化大生產(chǎn)。

目前我國(guó)人均年耗能還不到1噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而要達(dá)到“小康”水平，人均能耗至少要達(dá)到1.5～1.6噸標(biāo)準(zhǔn)煤?？梢?jiàn)，我國(guó)“四化”建設(shè)的前景，在很大程度上取決于能源的充分供應(yīng)和有效利用。

然而，我國(guó)能源業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

一是人均資源相對(duì)不足。我國(guó)已探明的現(xiàn)有能源儲(chǔ)量?jī)H為世界人均值的一半，且分布極不均衡，在東部經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快地區(qū)只擁有能源儲(chǔ)量的1／3左右，而對(duì)西部能源的開(kāi)發(fā)又受到經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境等諸多因素的制約，難度較大。

目前我國(guó)一方面是人均能耗很低(不及世界平均值的1／3)，而另一方面又是世界上單位產(chǎn)值耗能最高的國(guó)家之一。這是一個(gè)很大的矛盾，而解決這個(gè)矛盾的惟一出路是依靠科技進(jìn)步。

二是煤炭在商品能源中所占比例過(guò)大。以1988年為例，在我國(guó)商品能源消費(fèi)中，煤炭占76.1%，石油占17.1%，天然氣占2.1%，水能占4.7%。這種以煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)，不僅導(dǎo)致運(yùn)輸緊張，能源利用效率低，而且對(duì)環(huán)境的污染也比較嚴(yán)重。

三是一次能源轉(zhuǎn)換成電力的比例很低。目前我國(guó)一次能源轉(zhuǎn)換成電力的比例還不到25%，而工業(yè)化國(guó)家平均已達(dá)40%以上。

目前我國(guó)大陸家庭的平均用電量還不及美國(guó)的1%，也不及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的4%。

電氣化程度太低，已經(jīng)成為影響我國(guó)科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要制約因素。

四是農(nóng)業(yè)耗能高所帶來(lái)的能源危機(jī)。我國(guó)單位面積糧食作物的能源投入量，已經(jīng)超過(guò)以“石油農(nóng)業(yè)”而著稱(chēng)的美國(guó)。對(duì)于這種高能耗、低效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如果不進(jìn)行科學(xué)的改造，是難以不斷提高12億人口的食物供應(yīng)水平的。

廣大鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)能源浪費(fèi)嚴(yán)重，其能源利用率只及國(guó)營(yíng)大中型企業(yè)的一半左右，而同時(shí)對(duì)環(huán)境的污染則更為厲害。

我國(guó)農(nóng)村人口近10億，其中3／4以上農(nóng)村人口的生活用能仍然是依靠柴草。目前全國(guó)每年砍伐的薪柴接近3000萬(wàn)噸。我國(guó)森林的年生長(zhǎng)率為3億立方米，而年消耗量卻達(dá)到4億立方米。森林減少所帶來(lái)的后果是令人擔(dān)憂(yōu)的，它導(dǎo)致水土流失、草原沙化、土壤肥力減退，使生態(tài)環(huán)境惡化。

根據(jù)綜合預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)末，我國(guó)能源的需求量將達(dá)17～20億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比90年代初10億噸的水平大體上要翻一番。

而根據(jù)現(xiàn)有條件，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末，我國(guó)能源的實(shí)際供應(yīng)量大約只能達(dá)到14億噸標(biāo)準(zhǔn)煤?？梢?jiàn)，到本世紀(jì)末，我國(guó)將會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的能源供應(yīng)缺口。

我國(guó)的“四化”建設(shè)，正是在這種能源短缺、能源結(jié)構(gòu)不夠合理、能源需求量迅速增長(zhǎng)的條件下進(jìn)行的。

構(gòu)成我國(guó)能源的格局雖然與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家不盡相同，但在必須依靠科技進(jìn)步這一點(diǎn)上卻是共同的。

當(dāng)前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，能耗直線(xiàn)上升，環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，亟須制定長(zhǎng)遠(yuǎn)的能源發(fā)展戰(zhàn)略，要在厲行節(jié)能的同時(shí)，采取多能互補(bǔ)政策，特別要注意開(kāi)發(fā)利用新能源，尤其是要大力開(kāi)發(fā)利用可再生能源。