未來能源的論文.doc

未來能源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2050 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?；茉吹闹髁t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(fèi)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(fèi)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(fèi)結(jié)構(gòu)總量中化石能源消費(fèi)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(fèi)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(fèi)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: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(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要;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(xiàng)計劃后又啟動了2001年可燃冰項(xiàng)目。美國1969年實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(yùn)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(shí)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。太空太陽光強(qiáng)度比地面大510倍,發(fā)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(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(yàn)宇宙太陽能發(fā)電,1 a內(nèi)采集的太陽能當(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(xiàng)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(shí)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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)進(jìn)入規(guī)模運(yùn)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2040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(diǎn)。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?shí)驗(yàn)室,旨在建立世界上第一個受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)反應(yīng)堆,規(guī)模與未來實(shí)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3550 a建成核聚變發(fā)電站。我國高度重視熱核聚變試驗(yàn)的重大科研項(xiàng)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(yàn)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(yùn)行時間最長的核聚變試驗(yàn)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2050 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(shí)驗(yàn)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