能源发展史及前景展望

 【摘要】能源是人类社会发展的基石，是世界经济增长的动力。纵观历史，每一次生产力的飞跃、科技的进步莫不与能源变革息息相关。现今，随着经济的快速发展，能源的消耗也越来越大，能源短缺日益成为制约当今社会发展的重要因素。石油、天然气等化石燃料还能供人类开采多少年？太阳能、核能等新能源发展为何如此缓慢？本文将通过大量的数据分析回顾能源发展历程，展望未来新能源前景。
【关键词】能源 化石燃料 太阳能 新能源
在远古时代，火的发现及利用，使人类告别了“茹毛饮血”的生活，开始了漫长的以柴薪为主要能源的时代。
一直到18世纪，英国纺织机、蒸汽机的发明，标志着第一次工业革命爆发，机械力开始大规模代替人力。低热值的木材已经满足不了巨大的能源需求，煤炭工业开始在全球迅猛发展，煤炭以其高热值、分布广的优点成为全球第一大能源。煤炭工业的发展随之也带动了钢铁工业、铁路运输、军事工业等的迅速发展，大大促进了世界工业化进程，这次能源变革也称之为第二次能源革命。煤炭时代所推动的世界经济发展超过了以往数千年的时间，但是，煤炭带来的污染也引发了全球环境危机，伦敦这个工业大城市也因此成为名副其实的“雾都”，一场新的能源革命已迫在眉睫。
19世纪70年代以来，科学技术突飞猛进，各种新技术相继问世。电动机、发电机的发明引领世界由“蒸汽时代”跨入“电气时代”，内燃机的发明解决了长期困扰人类的动力不足问题，电报机的问世打破了常规的联络方式，这次大变革被称为第二次工业革命。伴随着一系列新技术，汽车工业、电力工业、化学工业、通讯技术得以迅速发展，石油工业也在这一时期迅速崛起，并以其更高热值、更易运输、更低污染的特点，于20世纪60年代取代了煤炭第一能源的地位。石油作为一种新兴燃料不仅直接带动了汽车、航空、航海、军工业、重型机械、化工等工业的发展，甚至影响着全球的金融业，可以说石油对世界经济起着支撑性作用。
第二次工业革命以来，特别是二战以后，世界能源消耗与日俱增，呈爆炸性增长趋势。20世纪初至20世纪末，能源年消耗量从20亿吨标准煤猛增至100亿吨，翻了5倍，而现在仍旧以平均每年约2.5%的速度增长。化石燃料燃烧排放出巨量的CO2和SO2，引发的气候变暖、两极冰川融化、大面积酸雨等一系列全球气候危机日益凸显。特别是20世纪70年代以来爆发了三次石油危机，使原油价格在40年间陡然上涨了40余倍，结束了以廉价石油催动世界经济腾飞的局面，给严重依赖着石油的世界经济敲响了警钟，世界各国均加快了对新能源的探索与开发，可持续发展、生态文明发展开始成为世界性主题。
20世纪30年代以来，随着科学技术的进步，各类新能源开始投入使用：长距离输电技术的突破，使水力发电逐渐形成规模；1951年，美国首次利用核能发电成功；1979年，美国建成了世界上最大的风力发电风车；1992年，日本实现了太阳能发电系统同电力公司联网。有人也将这些变革称为第三次能源革命，然而，由于技术和成本的限制，新能源发展的速度极其缓慢。根据2012年BP世界能源统计，化石燃料所释放的能量在一次能源供应中约占87%，其中石油占33.6%，煤炭占29.6%，天然气占23.8%。新能源仅占13%，其中核能占5.2%，水能占6.5%，太阳能、风能、地热能仅占1.3%。且新能源的利用在世界范围内分布极为不均，下面是几种新能源在全国电力供应中所占比例：核电：法国78%，比利时54%，日本30%，美国19%，中国仅2%；水电：加拿大60%，俄罗斯20%，法国15%，日本9%，美国8%，中国仅5.7%；而太阳能、风能、地热能等可再生能源的利用率在世界各国均极其低下，仅占全球发电量的1.7%。
进入21世纪，世界范围内的能源危机愈演愈烈，2008年，国际原油价格一度突破148美元/桶，是1970年1.8美元/桶的82倍。当然，美元贬值是其一部分原因，但更多的是因为随着不可再生资源的日益枯竭，各国加大资源争夺力度引起的，伊拉克战争、利比亚战争以及1991年的海湾战争均隐约着“石油争夺”的反射。虽然2008年，在全球经济危机的影响下，世界一次能源消费降低了1.1%。但是随着经济的复苏，2010年能源消费随即强劲反弹，一次能源消费增幅5.6%，达到1973年以来的最高涨幅，在中国这一涨幅更是高达11.9%，中国超过美国成为全球第一大能源消费国。
再来看全球范围内石油、煤、天然气的储存和消耗情况（2012年）：
石油：探明储量1888亿吨，其中中东地区占54.4%，中南美洲占17.3%，欧洲占10.1%，非洲占9.5%，北美洲占5.4%，亚太地区仅占3.3%。据统计，全球石油年消费量为43.5亿吨，按照目前消费水平计算，石油资源可供应43.4年。而中国探明储量为20亿吨，年消费量为4.5亿吨，目前国内产量约为2.03亿吨，按此速度，中国石油仅可开采9.85年。
煤：探明储量86094亿吨，其中欧洲占35.4%，亚太地区占30.9%，北美洲占28.5%，中东及非洲占3.8%，中南美洲占1.5%。全球年消费量为3555.8百万吨油当量，按照目前消费水平计算，可开采121.1年。中国探明储量为11450亿吨，年消费1713.5百万吨油当量，国内产量1800.4百万吨油当量，仅供开采32.7年。
天然气：探明储量为187.1万亿立方米，其中中东地区占40.5%，欧洲占33.7%，亚太地区占8.7%，非洲占7.9%，北美洲占5.3%，中南美洲占4.0%。全球年消费量为31690亿立方米，按目前消费水平计算，可开采59.0年。中国探明储量为2.8万亿立方米，年消费量1090亿立方米，国内产量为968亿立方米，可供开采28.9年。
不难看出，化石燃料在世界范围内日渐枯竭，能源危机所带来的不再仅仅是经济危机，同时也带来了战争灾难，甚至是人类的生存危机。那么，人类所寄予希望的新兴能源有哪几种呢？为什么它们的发展速度如此缓慢？目前，在业内得到普遍认同有希望支撑起下一个能源时代的能源主要有：太阳能、核能、可燃冰。
第一，太阳能。众所周知，太阳能是地球上分布最广、储量最大、清洁无污染的能源，太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109吨标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.89×1013千亿吨，是目前世界主要能源探明储量的一万倍，可以说是“取之不尽，用之不竭”。
太阳能利用是指太阳能的直接转化和利用技术。分为两类，一类是把太阳辐射能转换成热能并加以利用，属于太阳能热利用技术。另一类是利用半导体器件的光伏效应原理把太阳能转换成电能，称为太阳能光伏技术。
太阳能热利用技术主要体现在太阳能热水器方面。太阳能热水器将光能直接转化为热能，目前技术已趋于成熟，在世界范围内形成产业化，是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。据统计，2010年世界热水器年产量为6，282万㎡，年节省能源约3，253万吨标煤，年减排二氧化碳约8，974万吨。21世纪以来，我国太阳能热水器进入成熟阶段，产量与市场保有量一直保持快速增长，太阳能热水器生产量约占世界78%，保有量占全世界54%。
太阳能光伏技术主要应用于太阳能光伏发电。1954年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池，从此揭开了太阳能开发利用的新篇章。至2009年年底，全世界光伏发电装机容量达到2274万千瓦，年节省363万吨标准煤，年减排二氧化碳约1000万吨。其中，德国978万千瓦，占全球的43%，遥遥领先于世界其他国家；西班牙339万千瓦，占全球的15%；日本和美国分别为263万千瓦和165万千瓦，占全球的12%和7%。中国光伏发电近年来虽然也实现了较快发展，但由于起步较晚，累计装机31万千瓦，仅占全球的1.3%。值得一提的是，中国太阳能电池产业的发展已走在了世界的前列，至2009年，我国太阳能电池产量达5000兆瓦，占全球市场份额的46.7%。
第二，核能。核能（亦称原子能）是通过转化其质量从原子核释放的能量。目前人类开发核能的途径有两条：一是重元素的裂变，如铀的裂变；二是轻元素的聚变，如氘、氚、锂等。重元素的裂变技术，己得到实际性的应用，如原子弹、核电站；而轻元素聚变技术，目前尚未掌握可控制反应的技术，仅应用于核武器，如氢弹、中子弹。可不论是重元素铀，还是轻元素氘、氚，在海洋中都有相当巨大的储藏量。
铀是高能量的核燃料，1千克铀可供利用的能量相当于燃烧2050吨优质煤。然而陆地上铀的储藏量并不丰富，且分布极不均匀。只有少数国家拥有有限的铀矿，全世界较适于开采的只有100万吨，加上低品位铀矿及其副产铀化物，总量也不超过500万吨，按目前的消耗量，只够开采几十年。而在巨大的海水水体中，却含有丰富的铀矿资源。据估计，海水中溶解的铀的数量可达45亿吨，相当于陆地总储量的几千倍。如果能将海水中的铀全部提取出来，所含的裂变能可保证人类几万年的能源需要。不过，海水中含铀的浓度很低，1000吨海水只含有3克铀。而要从海水中提取铀，从技术上讲是件十分困难的事情，需要处理大量海水，技术工艺十分复杂。氘-氚的核聚变反应，需要在上千万度乃至上亿度的高温条件下进行。这样的反应，已经在氢弹上得以实现。用于生产目的的受控热核聚变在技术上还有许多难题。但是，随着科学技术的进步，这些难题正在逐步解决。
第三，可燃冰。可燃冰，即天然气水合物，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，分布于深海或陆域的永久冻土中。可燃冰是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源，其成分与天然气相近，但更为纯净，升温减压可释放出大量的甲烷气体。作为21世纪的重要后续能源，可燃冰正日益引起科学家们和世界各国政府的关注。
可燃冰在世界范围内广泛存在，主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。据潜在气体联合会勘测，永久冻土区可燃冰资源量为1.4×1013～3.4×1016m3，包括海洋可燃冰在内的资源总量为7.6×1018m3，约是当前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然气）中碳含量总和的2倍以上。至2011年，世界上已发现的可燃冰分布区多达116处，其矿层之厚、规模之大，是常规天然气田无法相比的。按照目前的能源消耗速度，可燃冰的储量至少够人类使用1000年。在中国南海也已探测到大量可燃冰，资源量为700亿吨油当量，约相当中国陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。目前开采可燃冰的方法主要有三种：热解法、降压法以及二氧化碳置换法，但是因为技术限制，在世界范围内尚停留在实验性开采。一旦开采技术获得突破性进展，那么可燃冰会成为最有潜力的新一代能源。
参考文献：
1.BP世界能源统计年鉴2012
作者简介：
杜东川，（1986-），男，汉族，山东菏泽人，助理工程师，本科学历。研究方向：石化企业安全管理。

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