1、 人類未來能源的研究與發展摘要: 隨著全球各國經濟發展對能源需求的日益增加，現在許多發達國家都更加重視對未來能源的開發與研究；同時隨著人類科學技術的不斷進步，專家們也會不斷開發研究出更多新能源來替代現有能源，以滿足全球經濟發展與人類生存對能源的高度需求，而且我們能夠預計地球上還有很多尚未被人類發現的新能源正等待我們去探尋與研究。為此，對人類社會經濟快速發展,能源資源大規模開發所帶來的能源短缺和環境問題,以及人類研發未來新型潔凈能源的緊迫性和發展的希望,作了簡要分析。關鍵詞:未來能源;能源短缺;環境壓力引言人類社會經濟快速發展,以化石能源(煤炭、石油、天然氣)為主的能源資源大規模開發,資源儲量日

2、益減少和生態環境日趨惡化,使人類對未來能源的短缺和生態環境惡化憂慮重重。目前,隨著科學技術發展對開發新能源科學研究愈來愈深入,世界各國科學家研究開發和發現的“可燃冰”、“太空(宇宙)太陽能發電”、“熱核聚變發電”的新型清潔能源使我們看到了2050 a戰略性解決人類社會經濟發展中能源短缺和生存環境惡化問題的希望之光。一、研發未來新型潔凈能源的緊迫性能源資源是現代社會發展最重要的基礎資源之一。能源工業發展既關系到社會經濟的可持續發展,又關系到人類生存環境的優劣。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“煤炭是工業食糧”,石油是工業血液”之稱。然而,當前人類社會

3、經濟的可持續發展卻面臨兩大壓力,即能源短缺和環境問題。（一）能源短缺的壓力世界煤炭、石油、天然氣基礎儲量靜態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、天然氣基礎儲量靜態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注的重大問題,研發新的潔續能源已成為世界各國十分緊迫的戰略性任務。（二）環境的壓力環境壓力日趨嚴重已威脅到人類生存的安全問題。當前,從世界到中國能源消費結構依然是以化石燃料為主,可再生能源為輔的能源結構格局,世界能源消費結構總量中化石能源占88% (煤炭28.6%、石油35. 6%、天然氣25. 6% ),非

4、化石能源再生能源僅占12%;中國能源消費結構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、風電、核電、生物質能占7. 2%。以化石能源為主的能源消費結構造成了嚴重的溫室效應和環境污染。所以,世界各國都在積極優化能源生產結構和消費結構。加速發展利用水能、風能、海洋能、核能、生物質能,減緩環境壓力的同時都在投入大量的資金和人力著重研發新型潔凈能源。二、未來新型清潔能源之希望新的潔凈能源應具備三個條件:能夠替代目前的化石燃料成為未來的主要能源;資源儲量能夠滿足人類社會經濟可持續發展的需要;不會對人類生存環境安全造成威脅。世界各國

5、目前投入巨資著力研究開發的新型清潔能源有“可燃冰”、“太空(宇宙)太陽能發電”、“熱核聚變發電”等。（一）可燃冰研發開采可燃冰即甲烷(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現的一種燃燒值很高,貯量巨大的新型潔凈能源。其1 m3可燃冰相當于0. 164 t石油、0. 32 t標煤、164 m3的天然氣。全球總資源量相當于全球已探明(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

6、發。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年實施可燃冰調查, 1998年把可燃冰作為國家發展戰略列入國家長遠計劃,計劃2015年實施商業性開發。印度1995年制定了全國天然氣水合物研究計劃,投資5 600萬美元進行可燃冰開發研究。我國對可燃冰技術、地球化學探測技術、資源綜合評價技術和保真取樣技術等方面取得了顯著的進展,研制的“深水淺孔可燃冰保真取樣器”處于國際領先地位。初步勘察預測我國南海北部陸坡“可燃冰”遠景資源量可達上百億t油當量。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

7、四個通過國家級研發計劃采到可燃冰實物樣品的國家。標志著我國可燃冰調查研究水平步入世界先進行列。可燃冰的開發利用雖然在開采、儲存和運輸中存在著諸多的技術難題需要研究解決,但一些發達國家預測到2015年可燃冰可實現商業性的開發。（二）太空(宇宙)太陽能發電在宇宙空間建立太陽能發電站比在地面上利用太陽能發電具有很大優勢。太空太陽光強度比地面大510倍,發電效率高;太空無晝夜之分,全天24 h采集太陽能不受天氣影響;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電站作為能源戰略問題,投入巨資進行研發。美國計劃在10 a內試驗宇宙太陽能發電,1 a內采集的太陽能相當于地球已探明的

8、常規能源儲量總和。其系統用兩組相距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,轉換成微波傳輸到地面直徑500 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換成炭燃料供用戶使用。系統的最大輸出功率達到1 000萬kw。相當于10個100萬kw的核電站,項目總投資達87億美元。美國科學家預測,到2025年美國有可能在太空建立100座太陽能發電站。屆時可滿足美國全國30%的電力需求。日本科學家計劃用20 a時間實現太空太陽能發電,日本激光技術綜合研究所2007年利用太陽光生成可傳輸電能的最高能力可達18

9、0w的激光束。北海道科學家2008年2月試驗以微波形式傳輸電能, 2020年把太陽發電衛星發射到地球靜止軌道上,建成實驗性太空太陽能發電站(sps2000),采用微波和激光兩種傳輸方式把電能傳輸到地面接收系統。電能達到100萬kw(相當于一座大型核電站的發電量)。預計2050年接受試驗進入規模運行。美國休士頓科學家預測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換發電能力高達13 000萬億kw。他們研究在月球東西部邊緣設置2040個太陽能發電系統,經微波傳輸到地面接收站送往用戶。（三）核聚變能發電的研發“核聚變能”即氫的同位素氘(氫的同位素之一,符號d2,質量2,排序88)

10、和氚(氫的同位素之一,符號d2,質量2,排序67)在高溫條件下(攝氏1億)發生熱核聚變,產生較重的原子核,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。聚變反映產生的能力相當于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熱核聚變實驗室,旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應堆,規模與未來實用核聚變反應堆相仿,用于解決

11、建設核聚變電站的關鍵技術問題,預計3550 a建成核聚變發電站。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”,處于該領域研究的先進行列。三、著眼未來立足當前人類依靠科學技術創新開發“可燃冰”、“太空太陽能發電”、“熱核聚變發電”,在未來2050 a解決人類擔憂的能源短缺和生存環境的惡化問題不是幻想、是建立在科技創新、科學實驗基礎之上的。我們應該對未來新型潔凈能源的開發利用充滿信心。“可燃冰開發利用”、“太空太陽能發電”、“熱核聚變發電”,從理論研究、科學實驗到實際的應用還有諸多的關鍵性的技術問題,需要較長時間的研究解決。因此當前我們在積極研發新型潔凈能源的同時,既要優化能源生產和消費結構,加快發