未來能源的論文

熱心網(wǎng)友：人類未來能源的研究與發(fā)展摘　要:對人類社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,能源資源大規(guī)模開發(fā)所帶來的能源短缺和環(huán)境問題,以及人類研發(fā)未來新型潔凈能源的緊迫性和發(fā)展的希望,作了簡要分析。關(guān)鍵詞:未來能源;能源短缺;環(huán)境壓力0　引言人類社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,以化石能源(煤炭、石油、天然氣)為主的能源資源大規(guī)模開發(fā),資源儲量日益減少和生態(tài)環(huán)境日趨惡化,使人類對未來能源的短缺和生態(tài)環(huán)境惡化憂慮重重。目前,隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展對開發(fā)新能源科學(xué)研究愈來愈深入,世界各國科學(xué)家研究開發(fā)和發(fā)現(xiàn)的“可燃冰”、“太空(宇宙)太陽能發(fā)電”、“熱核聚變發(fā)電”的新型清潔能源使我們看到了20~50 a戰(zhàn)略性解決人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中能源短缺和生存環(huán)境惡化問題的希望之光。1　研發(fā)未來新型潔凈能源的緊迫性能源資源是現(xiàn)代社會發(fā)展最重要的基礎(chǔ)資源之一。能源工業(yè)發(fā)展既關(guān)系到社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,又關(guān)系到人類生存環(huán)境的優(yōu)劣。世界能源供給以化石能源(不可再生能源)為主。化石能源的主力則是煤炭和石油,故有“煤炭是工業(yè)食糧”,石油是工業(yè)血液”之稱。然而,當(dāng)前人類社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展卻面臨兩大壓力,即能源短缺和環(huán)境問題。1. 1　能源短缺的壓力世界煤炭、石油、天然氣基礎(chǔ)儲量靜態(tài)可供開采的年限為煤炭162 a、石油40 a、天然氣65 a;中國煤炭、石油、天然氣基礎(chǔ)儲量靜態(tài)可供開采的年限為煤炭80 a、石油15 a、天然氣30 a。所以,能源安全已成為全球關(guān)注的重大問題,研發(fā)新的潔續(xù)能源已成為世界各國十分緊迫的戰(zhàn)略性任務(wù)。1. 2　環(huán)境的壓力環(huán)境壓力日趨嚴(yán)重已威脅到人類生存的安全問題。當(dāng)前,從世界到中國能源消費結(jié)構(gòu)依然是以化石燃料為主,可再生能源為輔的能源結(jié)構(gòu)格局,世界能源消費結(jié)構(gòu)總量中化石能源占88% (煤炭28.6%、石油35. 6%、天然氣25. 6% ),非化石能源和再生能源僅占12%;中國能源消費結(jié)構(gòu)總量中化石能源消費占98. 2% (煤炭69. 4%、石油20. 46%、天然氣3% ),非化石能源和可再生能源(水電、風(fēng)電、核電、生物質(zhì)能)占7. 2%。以化石能源為主的能源消費結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)和環(huán)境污染。所以,世界各國都在積極優(yōu)化能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和消費結(jié)構(gòu)。加速發(fā)展利用水能、風(fēng)能、海洋能、核能、生物質(zhì)能,減緩環(huán)境壓力的同時都在投入大量的資金和人力著重研發(fā)新型潔凈能源。2　未來新型清潔能源之希望新的潔凈能源應(yīng)具備三個條件:①能夠替代目前的化石燃料成為未來的主要能源;②資源儲量能夠滿足人類社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要;③不會對人類生存環(huán)境安全造成威脅。世界各國目前投入巨資著力研究開發(fā)的新型清潔能源有“可燃冰”、“太空(宇宙)太陽能發(fā)電”、“熱核聚變發(fā)電”等。2. 1　可燃冰研發(fā)開采可燃冰即甲烷(CH4)的水合物,是甲烷在高壓低溫條件下形成的水合物,是一種白色冰狀的結(jié)晶體。甲烷在攝氏溫度0°、壓力在2. 65MPa;溫度在攝氏10°、壓力在7. 87MPa皆可形成可燃冰。是近20 a來在深海底和凍土層發(fā)現(xiàn)的一種燃燒值很高,貯量巨大的新型潔凈能源。其1 m3可燃冰相當(dāng)于0. 164 t石油、0. 32 t標(biāo)煤、164 m3的天然氣。全球總資源量相當(dāng)于全球已探明(已知)煤炭、石油、天然氣總儲量的2倍,可滿足人類1 000 a能源需求。所以,世界各國都在積極研究開發(fā)。2000年,日本在完成為期5 a投資6 400萬美元可燃冰專項計劃后又啟動了2001年可燃冰項目。美國1969年實施可燃冰調(diào)查, 1998年把可燃冰作為國家發(fā)展戰(zhàn)略列入國家長遠(yuǎn)計劃,計劃2015年實施商業(yè)性開發(fā)。印度1995年制定了全國天然氣水合物研究計劃,投資5 600萬美元進(jìn)行可燃冰開發(fā)研究。我國對可燃冰的開發(fā)研究起步晚進(jìn)展快,在可燃冰的地震識別技術(shù)、地球化學(xué)探測技術(shù)、資源綜合評價技術(shù)和保真取樣技術(shù)等方面取得了顯著的進(jìn)展,研制的“深水淺孔可燃冰保真取樣器”處于國際領(lǐng)先地位。初步勘察預(yù)測我國南海北部陸坡“可燃冰”遠(yuǎn)景資源量可達(dá)上百億t油當(dāng)量。2008年8月在我國南海北部成功的鉆獲了可燃冰實物樣品,從而成為繼美國、日本、印度之后第四個通過國家級研發(fā)計劃采到可燃冰實物樣品的國家。標(biāo)志著我國可燃冰調(diào)查研究水平步入世界先進(jìn)行列?？扇急拈_發(fā)利用雖然在開采、儲存和運輸中存在著諸多的技術(shù)難題需要研究解決,但一些發(fā)達(dá)國家預(yù)測到2015年可燃冰可實現(xiàn)商業(yè)性的開發(fā)。2. 2　太空(宇宙)太陽能發(fā)電在宇宙空間建立太陽能發(fā)電站比在地面上利用太陽能發(fā)電具有很大優(yōu)勢。①太空太陽光強(qiáng)度比地面大5~10倍,發(fā)電效率高;②太空無晝夜之分,全天24 h采集太陽能不受天氣影響;③無污染無廢棄物。世界上許多國家諸如美國、日本、德國都把建立太空太陽能發(fā)電站作為能源戰(zhàn)略問題,投入巨資進(jìn)行研發(fā)。美國計劃在10 a內(nèi)試驗宇宙太陽能發(fā)電,1 a內(nèi)采集的太陽能相當(dāng)于地球已探明的常規(guī)能源儲量總和。其系統(tǒng)用兩組相距50 km的特殊反光鏡和太陽能電池板等組成。位于地面約3. 6萬km高的靜止的地球軌道上。反光鏡可將太陽光集中到中央電池板上生成電力,轉(zhuǎn)換成微波傳輸?shù)降孛嬷睆?00 m以上的接收裝置。再通過專用的傳輸電線輸送到用戶或轉(zhuǎn)換成炭燃料供用戶使用。系統(tǒng)的最大輸出功率達(dá)到1 000萬kW。相當(dāng)于10個100萬kW的核電站,項目總投資達(dá)87億美元。美國科學(xué)家預(yù)測,到2025年美國有可能在太空建立100座太陽能發(fā)電站。屆時可滿足美國全國30%的電力需求。日本科學(xué)家計劃用20 a時間實現(xiàn)太空太陽能發(fā)電,日本激光技術(shù)綜合研究所2007年利用太陽光生成可傳輸電能的最高能力可達(dá)180W的激光束。北海道科學(xué)家2008年2月試驗以微波形式傳輸電能, 2020年把太陽發(fā)電衛(wèi)星發(fā)射到地球靜止軌道上,建成實驗性太空太陽能發(fā)電站(SPS2000),采用微波和激光兩種傳輸方式把電能傳輸?shù)降孛娼邮障到y(tǒng)。電能達(dá)到100萬kW(相當(dāng)于一座大型核電站的發(fā)電量)。預(yù)計2050年接受試驗進(jìn)入規(guī)模運行。美國休士頓科學(xué)家預(yù)測2050年全球人類取電量20萬億kW。月球從太陽獲得太陽能可轉(zhuǎn)換發(fā)電能力高達(dá)13 000萬億kW。他們研究在月球東西部邊緣設(shè)置20~40個太陽能發(fā)電系統(tǒng),經(jīng)微波傳輸?shù)降孛娼邮照舅屯脩簟?. 3　核聚變能發(fā)電的研發(fā)“核聚變能”即氫的同位素氘(氫的同位素之一,符號D2,質(zhì)量2,排序88)和氚(氫的同位素之一,符號D2,質(zhì)量2,排序67)在高溫條件下(攝氏1億℃)發(fā)生熱核聚變,產(chǎn)生較重的原子核,釋放出能量。熱核聚變具有清潔和易采集的特點。每一升水中含氘30 mg。聚變反映產(chǎn)生的能力相當(dāng)于300 l汽油的熱能。地球上僅海水中含有45萬億t的氘,足夠人類使用上百億年,是未來解決人類能源短缺和生存環(huán)境問題最重要的途徑之一。世界各國都非常重視這一問題的研究,國際間建立了國際熱核反應(yīng)堆計劃(簡稱國際熱核計劃)。歐盟、美國、俄羅斯、日本、中國、韓國和印度都參加了總投資100億美元在法國建立受控?zé)岷司圩儗嶒炇?旨在建立世界上第一個受控?zé)岷司圩儗嶒灧磻?yīng)堆,規(guī)模與未來實用核聚變反應(yīng)堆相仿,用于解決建設(shè)核聚變電站的關(guān)鍵技術(shù)問題,預(yù)計35~50 a建成核聚變發(fā)電站。我國高度重視熱核聚變試驗的重大科研項目,投入2億元人民幣支持中科院離子體物理研究所進(jìn)行核聚變裝置試驗研究;投入45億元(人民幣)參與國際熱核計劃。我國已自主研制成目前世界上等離子體運行時間最長的核聚變試驗裝置“EAST”,處于該領(lǐng)域研究的先進(jìn)行列。3　著眼未來立足當(dāng)前人類依靠科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)(上轉(zhuǎn)第100頁(下接第104頁)“可燃冰”、“太空太陽能發(fā)電”、“熱核聚變發(fā)電”,在未來20~50 a解決人類擔(dān)憂的能源短缺和生存環(huán)境的惡化問題不是幻想、是建立在科技創(chuàng)新、科學(xué)實驗基礎(chǔ)之上的。我們應(yīng)該對未來新型潔凈能源的開發(fā)利用充滿信心。“可燃冰開發(fā)利用”、“太空太陽能發(fā)電”、“熱核聚變發(fā)電”,從理論研究、科學(xué)實驗到實際的應(yīng)用還有諸多的關(guān)鍵性的技術(shù)問題,需要較長時間的研究解決。因此當(dāng)前我們在積極研發(fā)新型潔凈能源的同時,既要優(yōu)化能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu),加快發(fā)展水能、風(fēng)能、核能、海洋能和生物質(zhì)能等再生清潔能源,減少化石能源對環(huán)境的影響,又要轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)的增長方式,搞好節(jié)能減排工作,提高能源的利用效率和減少對生態(tài)環(huán)境的影響,實現(xiàn)節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展。

熱心網(wǎng)友：

能源種類繁多，而且經(jīng)過人類不斷的開發(fā)與研究，更多新型能源已經(jīng)開始能夠滿足人類需求。根據(jù)不同的劃分方式，能源也可分為不同的類型。　　1、按來源分為3類：地球本身蘊藏的能量 通常指與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源和與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源。 　?、賮碜缘厍蛲獠刻祗w的能源（主要是太陽能）。除直接輻射外，并為風(fēng)能、水能、生物能和礦物能源等的產(chǎn)生提供基礎(chǔ)。人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。正是各種植物通過光合作用把太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能在植物體內(nèi)貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代形成的。它們實質(zhì)上是由古代生物固定下來的太陽能。此外，水能、風(fēng)能、波浪能、海流能等也都是由太陽能轉(zhuǎn)換來的。　?、诘厍虮旧硖N藏的能量。如原子核能、地?zé)崮艿取！　、鄣厍蚝推渌祗w相互作用而產(chǎn)生的能量。如潮汐能。溫泉和火山爆發(fā)噴出的巖漿就是地?zé)岬谋憩F(xiàn)。地球可分為地殼、地幔和地核三層，它是一個大熱庫。地殼就是地球表面的一層，一般厚度為幾公里至70公里不等。地殼下面是地幔，它大部分是熔融狀的巖漿，厚度為2900公里?；鹕奖l(fā)一般是這部分巖漿噴出。地球內(nèi)部為地核，地核中心溫度為2000度。可見，地球上的地?zé)豳Y源貯量也很大。 　　2、按能源的基本形態(tài)分類，有一次能源和二次能源。前者即天然能源，指在自然界現(xiàn)成存在的能源，如煤炭、石油、天然氣、水能等。后者指由一次能源加工轉(zhuǎn)換而成的能源產(chǎn)品，如電力、煤氣、蒸汽及各種石油制品等。一次能源又分為可再生能源（水能、風(fēng)能及生物質(zhì)能）和非再生能源（煤炭、石油、天然氣、油頁巖等）。根據(jù)產(chǎn)生的方式可分為一次能源（天然能源）和二次能源（人工能源）。一次能源是指自然界中以天然形式存在并沒有經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換的能量資源，一次能源包括可再生的水力資源和不可再生的煤炭、石油、天然氣資源，其中包括水、石油和天然氣在內(nèi)的三種能源是一次能源的核心，它們成為全球能源的基礎(chǔ)；除此以外，太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物能以及核能等可再生能源也被包括在一次能源的范圍?nèi)；二次能源則是指由一次能源直接或間接轉(zhuǎn)換成其他種類和形式的能量資源，例如：電力、煤氣、汽油、柴油、焦炭、潔凈煤、激光和沼氣等能源都屬于二次能源。　　 　　3、按能源性質(zhì)分，有燃料型能源（煤炭、石油、天然氣、泥炭、木材）和非燃料型能源（水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能）。人類利用自己體力以外的能源是從用火開始的，最早的燃料是木材，以后用各種化石燃料，如煤炭、石油、天然氣、泥炭等。現(xiàn)正研究利用太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、潮汐能等新能源。當(dāng)前化石燃料消耗量很大，但地球上這些燃料的儲量有限。未來鈾和釷將提供世界所需的大部分能量。一旦控制核聚變的技術(shù)問題得到解決，人類實際上將獲得無盡的能源。　　4、根據(jù)能源消耗后是否造成環(huán)境污染可分為污染型能源和清潔型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，清潔型能源包括水力、電力、太陽能、風(fēng)能以及核能等?！　?、根據(jù)能源使用的類型又可分為常規(guī)能源和新型能源。常規(guī)能源包括一次能源中的可再生的水力資源和不可再生的煤炭、石油、天然氣等資源。新型能源是相對于常規(guī)能源而言的，包括太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物能以及用于核能發(fā)電的核燃料等能源。由于新能源的能量密度較小，或品位較低，或有間歇性，按已有的技術(shù)條件轉(zhuǎn)換利用的經(jīng)濟(jì)性尚差，還處于研究、發(fā)展階段,只能因地制宜地開發(fā)和利用;但新能源大多數(shù)是再生能源。資源豐富，分布廣闊，是未來的主要能源之一。　　6、人們通常按能源的形態(tài)特征或轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的層次對它進(jìn)行分類。世界能源委員會推薦的能源類型分為：固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水能、電能、太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、核能、海洋能和地?zé)崮?。其中，前三個類型統(tǒng)稱化石燃料或化石能源。已被人類認(rèn)識的上述能源，在一定條件下可以轉(zhuǎn)換為人們所需的某種形式的能量。比如薪柴和煤炭，把它們加熱到一定溫度，它們能和空氣中的氧氣化合并放出大量的熱能。我們可以用熱來取暖、做飯或制冷，也可以用熱來產(chǎn)生蒸汽，用蒸汽推動汽輪機(jī)，使熱能變成機(jī)械能；也可以用汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)，使機(jī)械能變成電能；如果把電送到工廠、企業(yè)、機(jī)關(guān)、農(nóng)牧林區(qū)和住戶，它又可以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、光能或熱能。　　7、商品能源和非商品能源 凡進(jìn)入能源市場作為商品銷售的如煤、石油、天然氣和電等均為商品能源。國際上的統(tǒng)計數(shù)字均限于商品能源。非商品能源主要指薪柴和農(nóng)作物殘余（秸稈等）。1975年，世界上的非商品能源約為0.6太瓦年，相當(dāng)于6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)估計，中國1979年的非商品能源約合2.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。 　　8、再生能源和非再生能源 人們對一次能源又進(jìn)一步加以分類。凡是可以不斷得到補充或能在較短周期內(nèi)再產(chǎn)生的能源稱為再生能源，反之稱為非再生能源。風(fēng)能、水能、海洋能、潮汐能、太陽能和生物質(zhì)能等是可再生能源；煤、石油和天然氣等是非再生能源。地?zé)崮芑旧鲜欠窃偕茉?，但從地球?nèi)部巨大的蘊藏量來看，又具有再生的性質(zhì)。核能的新發(fā)展將使核燃料循環(huán)而具有增殖的性質(zhì)。核聚變的能比核裂變的能可高出 5～10倍，核聚變最合適的燃料重氫（氘）又大量地存在于海水中，可謂“取之不盡，用之不竭”。核能是未來能源系統(tǒng)的支柱之一。 　　隨著全球各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求的日益增加，現(xiàn)在許多發(fā)達(dá)國家都更加重視對可再生能源、環(huán)保能源以及新型能源的開發(fā)與研究；同時我們也相信隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，專家們會不斷開發(fā)研究出更多新能源來替代現(xiàn)有能源，以滿足全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人類生存對能源的高度需求，而且我們能夠預(yù)計地球上還有很多尚未被人類發(fā)現(xiàn)的新能源正等待我們?nèi)ヌ綄づc研究。

常規(guī)能源和新能源其中，已被人類廣泛利用并在人類生活和生產(chǎn)中起過重要作用的能源，稱為常規(guī)能源，通常是指煤炭、石油、天然氣、水能等四種。而新近才被人類開發(fā)利用、有待于進(jìn)一步研究發(fā)展的能量資源稱為新能源，相對于常規(guī)能源而言，在不同的歷史時期和科技水平情況下，新能源有不同的內(nèi)容。當(dāng)今社會，新能源通常指核能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、氫氣?/p>