地热热泵——适合于任何地方的地热能源：当前世界发展状况
R.Curtis（英）、J.Lund（美）、B.Sanner（德）、L.Rybach（瑞士）、G.Hellström（瑞典）
徐巍（译）郑克棪（校）
摘要：1995年在意大利佛罗伦萨举行的世界地热大会上，一篇论文引起了世界地热界对地热热泵增长状况的广泛关注。随着降低建筑能耗压力的增加，以及减少建筑物二氧化碳排放指标的提高，安装地热热泵的趋势正在逐渐兴起。应用地热热泵的国家数量也不断上升，其中一些国家并没有传统意义上的地热资源，但现在他们有了生气勃勃的地热热泵项目。另外，还有一些国家正在探索其应用潜力。从小的家庭安装到大功率的系统安装，各种型号的地热热泵都在增加。这篇文章主要对近10年这些高效率、长寿命、低污染的可再生能源系统的发展和安装进行评价。
1 介绍
地热热泵是世界上发展最快的可再生能源利用技术之一，在过去的10年里，大约30个国家平均增长速率达到10%。它主要的优点是可以利用平常的地温或地下水的温度（5～30℃）就可以运行，而这些资源全世界各个国家都可以获得。在1995年的佛罗伦萨世界地热大会上，人们尝试着总结了当时的这项技术状况和发展水平，到2005年，地热热泵已经进一步提升为新能源和可替代能源的重要角色。它们尤其已经被作为一种高效的可再生供热装置，而且更重要的是它们在减少二氧化碳方面得到认可。来自加拿大的一篇文章中提到：“当前在市场上不可能有任何其他的单项技术比地热热泵在减少温室气体排放和导致全球变暖效应方面的潜力更大。”这句话同当前流行的一种认识相一致：热泵作为供热装置可以减少全球6%以上的二氧化碳排放量，它是目前市场上可获得的减少二氧化碳排放量最大的单项技术之一。这样的说法正好适合当前提倡的把更多的注意转移到可再生热能的利用上来，就像现在提倡可再生电能一样。2005年9个欧洲组织和贸易协会共同提倡采用可再生能源进行供热和制冷的行动。三个主要的技术被提到：生物能、太阳能和地热能。过去10年已经进行的工作，说明正确设计的热泵系统，无论是对单孔安装还是多孔安装，都可以确保从地下汲取的热能是真正可再生和永久可持续的。最近，世界能源组织公布了多种可再生技术的生命周期分析，对于加热技术，地热热泵的生命期二氧化碳排放量是第二低，仅次于木屑。
在这篇文章里，我们简短介绍了地热热泵技术，提出当前流行的一些综合信息。读者会发现2005年世界地热大会论文集第14章收集了比以前大会论文集更多的关于地热热泵的论文，反映了它在世界范围内的快速增长。尽管地热热泵有比较高的应用潜力，但在一个国家或地区的优势条件取决于当地的经济生存能力、应用能力和增长率。我们介绍了几个不同地理区域和国家的发展情况。一些地区已经安装了很多的地热热泵，而且显示了不断增长的趋势，有些地区才刚刚开始。开发利用较好的国家有美国、北欧、瑞士、德国，尤其是瑞典。刚开始开发利用的国家包括英国和挪威。其他有大量装机的国家还有加拿大和奥地利，法国、荷兰也显示了比较快的增长速度。中国、日本、俄罗斯、英国、挪威、丹麦、爱尔兰、澳大利亚、波兰、罗马尼亚、土耳其、韩国、意大利、阿根廷、智利、伊朗等国开始意识到地热热泵技术。论文集第一部分里许多国家介绍了他们的开发利用状况。
2 装机
尽管许多国家都开始对热泵产生兴趣，但热泵的增长主要还是发生在美国和欧洲。据不完全统计，目前全世界范围内的装机容量可能接近10100MWt，年均利用的能量大约59000TJ（16470GWh）。实际安装的机组数量大约900000个。表1列举了地热热泵利用率最高的几个国家。
表1 利用地热热泵领先的国家
3 地热热泵系统
热泵系统利用相对不变的地下温度来为家庭、学校、政府和公共建筑供热、制冷和提供生活热水。输入少量的电能驱动压缩机后，可以产生相当于输入能量4倍的能量。这样的机器使热能从低温区流向高温区，实际上是一台能倒流的制冷机。“泵”说明已经做功，温差称为“抬升”，抬升越大，输入的能量越多。该项技术并不是一项新技术，1852年Lord Kelvin提出了这个概念，20世纪40年代Rober Webber修改成地热热泵，60、70年代获得商业推广。图1是典型的水-气型热泵系统。这样的热泵在北美应用很广泛，但在北欧家庭供暖市场主要利用水-水热泵。
热泵有两种基本的配置：土壤偶极系统（闭路系统）和地下水系统（开路系统），地下系统可以水平或垂直安装，取用井水或湖水。系统的选择依赖安装地点的土壤和岩石类型，能否经济施工水井或现场已有水井，还需场地条件。图2是这些系统的示意图。如前面的水-气型热泵所示，对于热水加热系统，家用热水交换器可以在夏天利用回灌的热量，冬天利用输出的热量来加热生活用水，水-水型热泵一般只能通过转换供热模式到生活热水模式，将输出温度提高到最大来加热生活热水。
图1a 制冷循环中的水-气型地热热泵
图1b 供暖循环中的水-气型地热热泵
图2a 密闭环路热泵系统
图2b 开放环路热泵系统
在土壤偶极系统里，一条封闭的管路被水平的或者垂直的埋在地下，防冻液通过塑料管循环，或者在冬天从地下获得热量，或者在夏天将热量灌入地下。开放环路系统利用地下水或湖水直接通过热交换器后灌入另一眼井（或者河渠、湖里，或者直接用于灌溉），主要按照当地法规执行。
其他种类的热泵系统正在兴起，如竖井和本次大会上提到的一种新类型。这些系统效率很高，但大多需要更加精细的水文地质信息和比闭路系统更加专业的设计。
热泵机组的效率在供暖模式通过运行系数COP来表示，在制冷模式下用能量效率比（EER）来表示，它是输出能量与输入能量（电能）之比，目前的设备基本在3和6之间变化。这样COP为4意味着输入每个单位的电能可以产生4个单位的热能。经过对比，空气源热泵的COP大约为2，取决于高峰供暖和制冷需要的备用电能。在欧洲，这个比率有时候作为“季节性运行参数”，即供暖季和制冷季的平均COP，同时要考虑系统特性。
4 地热热泵的可再生讨论
随着热泵装机的稳定增加，使人认识到它们对可再生能源利用的贡献。这只是部分的认识，因为它们只涉及了供暖和制冷的表面，所以没有可再生电能的考虑。然而，这里面有两个其他的因素——一个是关于地下能源的可持续问题，一个是基于空气源热泵的问题，在能量输出时没有纯能量的增加，所以它们仅仅是一种能量效率技术。
20世纪50、60年代，当空气源热泵风靡的时候，在城市里的化石燃料电厂发电的效率接近30%。当时空气源热泵的COP一般在1.5～2.5之间变化。表2显示了在建筑物里能量释放的情况，60%的能量来自于空气，而用来发电的原生能量只有75%作为有用的热能得到利用。这样，从空气中提取的可再生能量已经高效地释放了热能，但没有剩余能量。表2的第二列是当前的数据。新型的组合或联合循环发电厂发电效率已超过40%。土壤源热泵的SPF已超过3.5。这导致了140%的效率，其中最终能量的71%来自地下。更重要的是，超过40%的剩余量已高于发电消耗的原始能量。
表2 能量和效率对比表
水源热泵和新型发电效率的联合才构成剩余可再生能源的释放。
如果从一开始就用可再生能源发电，则所有传递的能量就都是可再生的。为了释放可再生的能量最多，建议应该尽快使可再生电能变得经济，并与地源热泵结合起来。
能量讨论可能是有争议的，但二氧化碳排放量的减少却很容易证实。举个例子，当前英国电网和地热热泵联合供暖相对于传统的化石燃料供暖技术可以减少50%的二氧化碳排放量。这归功于当前英国电网的联合。由于目前发电所排放的二氧化碳在减少，所以通过利用地热热泵而排放的二氧化碳会更少。随着利用可再生能源发电，建筑供暖将不再需要排放二氧化碳。
如果要计算一下世界范围内可节约的石油当量和当前地热热泵装机容量所能减少的二氧化碳排放量，则需要有几个假设条件。如果每年地热能被利用28000TJ（7800GWh），将此量与30%效率的燃油发电相比，则会节约15.4百万桶石油，或者2.3百万吨石油当量，减少700万吨二氧化碳的排放量。如果我们假想每年同样长时间的制冷，则这个数字会翻倍。
5 美国的经验
在美国，大多数系统都是根据高峰制冷负荷设计的，它高于供暖负荷（主要是北方地区），这样，估计平均每年有1000个小时满负荷供暖。在欧洲，绝大多数系统是根据供暖负荷设计的，所以经常据基础荷载设计，另加化石燃料调峰。结果，欧洲的系统每年可以满负荷运行2000到6000个小时，平均每年2300个小时。尽管制冷模式将热量灌入地下，它不是地热，但它仍然节省能量，有利于清洁环境。在美国，地热热泵装机容量能稳定在12%，大多数安装在中西部地区和从北达科他州到佛罗里达州的东部地区。目前，每年接近安装50000个热泵机组，其中46%是垂直闭路循环系统，38%是水平闭路循环系统，15%是开路系统。超过600个学校安装了热泵系统进行供暖和制冷，尤其在得克萨斯州。应该注意到这一点，热泵按照吨（1吨冰产生的制冷量）来分等级，这个吨相当于12000Btu/hr或3.51kW(Kavanaugh和Rafferty，1997)。一个典型的家庭需要的热泵机组应该是3吨或者是105kW的装机容量。
美国装机容量最大的热泵是在肯塔基州路易斯维尔市的一个宾馆。通过热泵为600个宾馆房间、100个公寓和89000ｍ2的办公区（整个宾馆161650ｍ2）提供冷热空调服务。热泵利用出水量177l/s、出水温度14℃的4口水井，提供15.8MW的冷负荷和196MW的热负荷。消耗的能量是没有热泵系统附近相似建筑的53%，每月节约25000美元。
6 欧洲的状况
地热热泵实际上可在任何地方既供热又制冷，可以满足任何的需求，具有很大的灵活性。在西欧和中欧，直接利用地热能对众多客户进行区域供暖受限于区域的地质条件。在这种情况下，通过分散的热泵系统采集到处都有的浅层地热是一个明智的选择。相应的，在欧洲各个国家，热泵正在快速增长和发展起来。热泵系统的市场正在蔓延，从事该项工作的商业公司也在增长，他们的产品已经进入“黄页”。
欧洲超过20年对热泵的研究开发为该项技术的可持续性建立了一个完善的概念，还解决了噪音问题，制定了安装标准。图3是一个典型的井下热交换器型热泵（BHE）。这个系统每输出1kWh的热或冷需要0.22～0.35kWh的电能，它比季节性利用大气做热源的空气源热泵少需要30%～50%的能量。
图3 中欧家庭中BHE热泵系统的典型应用，典型的BHE长度大于100m
根据欧洲许多国家的天气条件来看，目前大多数的需求是供暖，空调很少需要。所以热泵通常只是用于供暖模式。然而随着大型商业利用数量的增加，制冷的需要以及这项技术推广到南欧，将来供暖和制冷双重功效就会越来越重要。
在欧洲统计热泵安装的可靠数量是相当困难的，尤其是个人的利用。图4是欧洲主要利用热泵的几个国家安装热泵的数量。2001年瑞典大幅增加的热泵主要是空气源热泵，然而瑞典在欧洲也是安装地热热泵最多的国家（见表1）。总的情况，除了瑞典和瑞士，地热热泵的市场扩展在整个欧洲还不太大。
7 德国的经验
1996年之后，根据热泵的销售统计，德国各种热源的热泵销售情况各不相同（图5）。在经过1991年销售量小于2000台的低迷后，热泵的销售量呈现稳定的增长。地热热泵的份额从80年代少于30%上升到1996年的78%，2002年达到82%。而且从2001年到2002年，当德国的房地产由于经济萧条正在缩水的时候，地热热泵的销售量仍然有所增长。将来它在市场上仍然有增长的机会，因为有较好技术前景做保证。
图4 一些欧洲国家热泵机组的安装数量对比图
图5 每年德国热泵的销售数量对比图
德国地热热泵在住宅利用的数量是巨大的，许多小型系统安装在独立的房子里，而较大系统用于一些需要供暖和制冷的办公楼等商业区域。德国的大部分地区夏季的湿度允许制冷不带除湿，例如冷却顶棚。热泵系统就很适合直接利用地下的冷能，不需要冷却器，它们显示了非常高的制冷效率，COP能达到20以上。第一个利用井下热交换器和直接制冷的系统在1987年安装的，同时该项技术成为一个标准设计选择。一些最新的德国地热热泵的例子Sanner和Kohlsch有文章介绍。
在德国，地热热泵已经走过了研究、开发和开发现状阶段，当前的重点是选型和质量安全性。像技术准则VDI4640、合同规范以及质量认证等工作正开始被强制执行来保护工业和消费者，避免质量不合格和地热热泵系统无法长期运行等问题。
8 瑞士地热热泵的繁荣
地热热泵系统在瑞士已经以每年15%的速度快速增长。目前，有超过25000台热泵系统在运行。来自地下有三种热能供应系统：浅层水平管（占所有安装热泵的比例小于5%）、井下换热器系统（100～400m深，占65%）、地下水水源热泵（占30%）。仅仅在2002年，就施工钻孔600000m，并安装了井下换热器系统。
地热热泵系统非常适于开发到处都有的浅层地热资源。热泵系统长期运行的可靠性现在已经通过理论和实践研究以及通过在几个供暖季的测试得到证明。季节运行因素已大于3.5。
各种测试和模型模拟证明这种系统可以持续性的吸取热量。长期运行的可靠性保证了系统可以无故障应用。热泵系统所配备井下换热器的合理尺寸也有利于广泛的应用和选择。实际上，热泵系统的安装在1980年从零开始，经过快速发展，现在是瑞士地热直接利用里最大的部分。
地热热泵系统的安装自从20世纪70年代末期开始认识以来发展很快，这种印象深刻的增长可见图6和图7。
图6 1980～2001年瑞士地热热泵安装的发展趋势图
图7 1980～2001年瑞士井下换热装置和地下水的地热热泵系统装机容量发展趋势图
每年的增长非常显著：新安装系统的数量以每年大于10%的速度增长。小型系统（＜20kW）显示了最高的增长速度（大于15%，见图1）。2001年地热热泵系统的装机容量是440MWt，产生的能量为660GWh。2002年施工了大量的钻孔（几千个），并安装了双U型管的井下热交换器。井下换热器的平均深度大约150～200m；超过300m深度的钻孔也越来越多。平均每米的造价是45美元左右，包括钻井、下入U型管和回填。2002年，井下换热器的进尺达到600000m。
热泵快速进入瑞士市场的原因
热泵系统在瑞士市场上快速发展的原因主要是那里除了这种到处都有的地热以外，在地壳浅层没有其他地热能资源。另外，也有许多其他的原因，包括技术上的、环境上的以及经济上的原因。
技术原因
大多数人口居住的瑞士高原合适的天气条件：大气温度在0℃附近，冬天日照很少，
地下浅层温度在10～12℃之间，长供暖期。
恒定的地下温度通过正确选型尺寸，可以提供热泵最好的季节运行因素和长期使用寿命。
地热热泵以分散方式进行安装，适合于独立用户需要，避免了如同区域供暖系统的昂贵的热分配。
安装位置在建筑物附近（或建筑物地下），相对自由，在建筑物内对空间的要求也不高。
至少对小型系统来说，不需要进行回灌，因为在系统闲置期（夏天）地下的热能可以自动恢复。
环境原因
没有交通运输、储藏和运行的危险（与石油相比）；
没有地下水污染的危险（与石油相比）；
系统运行可以减少温室气体二氧化碳的排放。
经济原因
环境友好的地源热泵安装成本比得上传统（燃油）系统的安装（赖贝奇，2001）；
比较低的运行成本（与利用化石燃料供暖进行比较，不需购买石油或天然气，和燃烧器控制）；
对环境友好的热泵，当地给予对用电费用优惠。
二氧化碳的排放税预计要实施。
进一步快速推广地热热泵的刺激因素是公用事业的“能量合同”。它暗示了利用热泵的公司以自己的成本设计、安装、运行和维护地热热泵，同时以合同价格卖热能或冷能给合适的用户。
尽管绝大多数地热热泵是为单独住宅供暖（生活热水），但一些新的利用方式正在出现（包括各种井下换热器系统，联合太阳能进行热量采集和储存、地热供暖和制冷，“能量堆”）。对于每2km2一台机组，它们的地区密度是世界上最高的。这保证了瑞士在地热直接利用方面是有优势的（在世界上前五个国家中人均装机容量）。相信瑞士的地热热泵在相当长的一段时间内会兴盛下去。
9 英国的地热热泵
在英国，路特·开尔文努力发展了热泵理论，但利用热泵进行供暖却进展缓慢。第一个安装地热热泵的记载要追溯到1976年夏天。小型闭路系统的先锋设置是在90年代初期苏格兰的住宅进行安装的。英国花了很长时间发现为什么到目前为止在英国该项技术要落后于北美和北欧。首要的原因是相对温暖的天气、房屋材料的保温性较差、缺少适合的热泵机组和与天然气庞大管网的竞争。
在20世纪90年代中期，通过吸取加拿大、美国和北欧地区利用热泵的经验教训，英国的地热热泵开始缓慢发展。他们利用很长时间确定合理的技术来适用于本国的住宅材料，以及克服英国特有的各种问题。另外的一个难题就是英国的地质条件复杂。
过去的两年时间里，热泵已经被公认在几个英国政策里扮演着重要的角色，例如供热保障程序、可再生能源以及能源效率目标。
在英国，很少人知道其实热泵系统比起传统的那些系统可以大量减少二氧化碳的排放。利用英国电网的地热热泵系统将会立刻减少40%～60%的二氧化碳排放量。随着英国电网在将来几年变得越来越清洁，长寿热泵的排放量也会进一步下降。建筑师和发展商发现新的建筑评价标准正开始考虑二氧化碳这个新参数。
从非常小的起步，目前地热热泵系统已经出现在整个英国，从苏格兰到Cornwall。私人建筑家、房地产商和建筑协会现都成为这些系统的消费者。室内安装热泵系统一般在25kW到2.5kW之间，主要选择各种水对水和水对空气的热泵，安装在几种不同地质条件的地区。
最近宣称有拨款计划（清洁天空项目）会帮助建立该项技术的部门鉴定，会建立可信的安装队伍、技术标准以及适用于英国室内的热泵。随着去年英国主要的用户发起了热泵安装发展到1000家的活动，希望对于该项技术的兴趣能够快速增长，同时希望在将来几年能够大量涌现出室内地热热泵安装的成功案例。
另一个利用地热热泵的重要领域就是供暖和制冷都需要的商业和公共建筑。2002年国际能源协会热泵中心安排了首批国家级研究，对热泵可能减少二氧化碳的排放量进行研究（IEA，2002）。其中第一个就是在英国展开的，研究结论是热泵系统应用于办公室和小商店效果最好。第一个不在室内安装的热泵仅25kW，是在Scilly的Isles的健康中心。这个系统在接下来的2000年到今天得到迅速发展，设备尺寸和型号目前已经达到300kW。
热泵的利用已经发展到学校、单层或者多层的办公楼和展览中心。显著的一个例子就是Derbyshire的国家森林展览中心、Chesterfield、Nottingham、Croydon地区的办公楼以及Cornwall的Tolvaddon能源公园。一个大型的系统已经在Peterborough地区的新宜家销售中心进行安装。这些系统的安装采用了各种各样的类型，有简单利用地板供暖的，反循环热泵供暖和制冷的，也有复杂的整合机组同时进行供暖和制冷的。单独的或者是混合的配置都已经被采用，包括利用大型地下水平循环和其他相互联系的钻孔网。
10 瑞典的地热热泵
20世纪80年代初期，地热热泵在瑞典开始盛行。到1985年，已有50000台热泵机组被安装。随后较低的能源价格和技术质量问题使热泵市场萎缩，在接下来的10年里，平均每年安装2000个热泵机组。1995年，由于瑞典政府的支持和补贴，公众对地热热泵的兴趣开始增强。根据占住宅销售市场约90%的瑞典热泵机构（SVEP）统计的销售数据显示，2001年和2002年大约有27000个热泵机组被安装（见图8）。因此，安装的机组数量估计达到200000台。
目前，热泵是瑞典小型住宅区最流行的采用液体循环的供暖方式，由于当前的油价，它替代了烧油；由于电费高昂，它又替代了电；由于方便而替代了木炭火炉。直接利用电加热的发展速度已相当减慢。除了住宅方面，还有一些大型的系统安装（包括闭路和开路循环）用于区域供暖网。所有热泵机组平均输出的热能估计大约10kW。
瑞典地热热泵的安装通常建议占标称负荷的60%，即每年大约3500～4000个小时满负荷运行。整合在热泵里的电加热器提供剩余的负荷，有将热泵负荷增加到80%～90%的趋势。大约80%的热泵采用的是垂直类型（钻孔类型）。在住宅里，钻孔的平均深度大约125m，水平类型平均循环长度大约350m。开式、充满地下水的单U型管（树脂管，直径40mm，压力正常6.3bar）几乎用于所有的热泵安装。当热量需要被回灌入地下时，双U型管有时候被采用。热反应测试已经显示自然对流在充满地下水的钻孔中比填满砂（砾石）的钻孔热交换更强烈。地源热泵的盛行已经使人们逐渐关注相邻钻孔之间长期热影响的问题。
图8 每年瑞典热泵销售数量对比图
用于客户住所的大型系统正在变得越来越流行。用来制冷的垂直式安装正在占据市场，但在住宅方面仍然没有引起人们的兴趣。在商业和工业上制冷的需求为地热热泵打开了一个崭新的市场。
热泵技术上的发展有由涡轮式压缩机逐渐代替活塞式压缩机的趋势，它的优点是运行平稳、设计简洁。另外人们对各种容量控制也产生了兴趣，例如在同一个机组里分别安装一个小型压缩机和一个大型压缩机，夏天，生活热水可以通过小型压缩机来供给。绝大多数进口的热泵利用的工质是R410A。瑞典生产商仍然利用的是R407C，但有向R410A转变的趋势，还有的对丙烷也感兴趣。目前正在研究利用极少量的工质来组建热泵。一些生产商通过利用废气和土壤作为热源的热泵抢占市场。废气可以被用来预加热从钻孔开采出来的热运移流体，或者热泵闲置时灌入地下。
在大型钻孔型热泵系统里，为了确保系统长期运行，不得不考虑地下热能的平衡。如果主要是满足热负荷，则在夏天必须向地下回灌热能。自然界的可再生能源，如室外空气、地表水和太阳能都应该被考虑。在Nasby公园，在建筑物下面安装了一套系统，施工了48个200m深的钻孔，利用400kW的一个热泵基本提供热负荷，每年运行6000个小时。夏天，从附近的湖引来的地表温水（15～20℃）通过钻孔灌入地下。
11 挪威的例子
在奥斯陆的Nydalen，180个基岩井将会是给一个接近20万m2的建筑进行供热和制冷的关键。这是欧洲这种类型的系统里最大的项目。
一个能量供应站将为Nydalen的这个建筑供暖和制冷。通过利用热泵和地热井，热能既可以从地下采集，也可以将能量储存地下。夏天，但有制冷需要时，热能可以灌入地下。基岩的温度可以从平常的8℃上升到25℃。在冬天，热能可以用来供暖。供暖的输出功率是9MW，而制冷是7.5MW。与电、石油和天然气供暖相比，每年供暖的成本可以减少60%～70%。供暖和制冷的联合调用确保了能量站的高效利用。
这个项目最独特的地方是地热能量储藏。这里的180个井，每个都深200m，可以提供4～10kW能量。整个储热基岩的体积是180万m3，主要在建筑物的下面。塑料管形成封闭环路，用来传递热能。
该项目总投资是6千万挪威克朗（相当于750万欧元）。这比起传统方式（即没有能量井和收集装置）多投资1700万挪威克朗。然而，每年购买的能量减少约400万挪威克朗，项目还是有利润的。这个项目由政府实体Enova SF和奥斯陆能源基金拨款支持了1100万挪威克朗。
能量站按计划在2003年4月开始建设，包括施工一半的基岩井。剩下的井可能安排在2004年的建设中。
该项目的细节可以在项目组www.avantor.no和热能储存www.geoenergi.no两个网站上查询。
结论
地热热泵是一个刚兴起的技术，有能力利用地下巨大的可再生贮存能量，提供高效率的供暖和制冷。它们正逐渐被认为是替代化石燃料的一种选择，在许多国家，它们在对建筑进行供暖和制冷时可以极大地减少二氧化碳的总排放量。相信安装热泵系统的数量和国家都会快速增长起来。
参考文献（略）
法国能源相对贫瘠，石油和天然气蕴藏量有限，而煤炭资源早在上世纪50年代便逐渐枯竭。但是，通过对核能和可再生能源的充分利用，法国走出了一条多元化的能源供应道路，使国内能源不足的压力得到有效缓解。
法国应对能源不足的主要手段之一是大力发展核能。上世纪两次石油危机后，法国政府下决心推广核能。早在1958年，法国就从美国西屋公司购买了压水核反应堆技术专利。
通过对该技术进行创新改进和国产化，法国最终成为全球核能利用第一大国。目前，法国电力供应80％以上依靠核能。通过发展核电，法国的能源自主率从1973年的22．7％提高到了今天的50％以上，每年因此减少石油进口费用240亿欧元。
因核能具有高产、安全、廉价的特点，法国大量建设核反应堆不仅充分满足了国内的电力需求，还向西班牙、比利时、瑞士、德国等欧洲邻国出口电力。目前，法国第三代压水反应堆EPR被认为是世界上最先进的核电技术，其发电成本比天然气发电还低30％。但是，法国政府并不满足于现状，计划今后几年投入7亿美元研发第四代核反应堆技术。
除核能外，法国还大力发展可再生能源，其主攻方向是风能、太阳能和生物能源。根据法国政府的计划，2007年法国可再生能源发电量将达到2561兆瓦至7810兆瓦。到2010年，可再生能源发电量将占法国电力供应总量的21％。
近年来，法国政府通过补贴等方式大力推动风能发电。2003年，法国风力发电量仅239兆瓦。而根据法国政府的规划，2007年该国将拥有2000多台风力发电机组，年装机容量将超过6000兆瓦。另外，法国政府于1996年发起“太阳行动”计划，目标是5年内安装两万个太阳能热水器。该计划在1999年提前实现，法国由此每年少进口石油1万吨，而该国热水平均价格也因此下降三分之一。
作为欧洲第一农业大国，法国发展生物能源的基础非常好。在政府鼓励下，今年法国用于生产生物燃料的作物耕种面积已达200万公顷，生物燃料总产量预计将超过300万吨，从而超越德国成为欧洲生物燃料第一生产大国。按照政府制定的目标，2008年法国生物燃料占总能耗的比重将由目前的不到2％提升至5．75％，2015年这一比重将超过10％。如果目标实现，法国每年可减少石油进口1100万吨，每年减少温室气体排放300万吨。
为实现本国能源多元化，法国以政府补贴和减免税收等方式鼓励企业和个人使用可再生能源。以汽车为例，如果一位法国居民购买了汽油和生物燃料混合动力车，他就可获得至少1500欧元的免税优惠
英利集团简介
英利品牌创建于1987年，总部位于河北保定，22年来英利人以超常规的思维英利集团标识和战略，创建了独特的运营模式，应用于集团旗下各子公司、分公司及关联企业中，在管理、技术、市场等各个环节不断改革、创新。以与时俱进的精神和成熟、健康的成长轨迹，使英利不断创造新的价值并保持活力。特别是顺应了节能减排，保护生态，绿色能源，科学发展的理念。凭借其特立独行，敢为天下先的开拓、倡导精神，在不同的历史阶段，始终保持了品牌优势，英利逐步成为产品品牌，进而成为了公司品牌，并走向世界，尤其在新能源领域中英利的全球品牌战略，使得其在欧、美等国家建立了较高的行业知名度。 英利集团是以新能源投资与经营管理为主业的国际化企业集团。目前集团旗下实际控制的有英利绿色能源、英利新能源、英利能源（中国）、六九硅业、源盛融通公司等近三十六家子分公司。 英利集团秉承 “高新技术，绿色产业，可持续发展”的企业宗旨，以敢为人先的精神，勇于开拓，积极进取，目前英利涉及领域以绿色能源产业为龙头，是集能源、化工、科技、工业、贸易、金融、地产等多元化产业，员工近万名，在欧洲、亚洲、美国等多个国家拥有本土化的生产、贸易、工程公司。 “英利”作为民营企业以做实做强的信念，以坚实、稳健的步伐成为中国特色新型工业化道路上的开拓者，并发展成为大规模的跨国企业集团。 英利能源(中国）有限公司是英利绿色能源国际控股有限公司在中国河北保定国家高新技术产业开发区投资成立的外商独资企业，注册资本12000万美元。 英利中国拥有雄厚的技术力量,聘请了在光伏领域从事多年研究并有突出贡献的专家、教授为指导，并与多家科研院所建立了长期的合作关系，为企业的可持续发展提供了有效的保障。英利集团地址 董事长：苗连生，高级经济师，拥有超过10年太阳能光伏领域从业经验，及21年的企业管理经验，现任中国可再生能源学会光伏委员会常务委员,并于2005年取得中国北京大学MBA硕士学位。1998年创立英利新能源公司，担任总经理，承担由国家计委批复立项的高技术项目——“多晶硅太阳能电池及应用系统示范工程”，引进具有国际先进水平的太阳能硅片、电池、组件生产线，填补了中国不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。2007年6月8日他带领英利绿色能源控股有限公司（YGE）成功登陆纽交所，使之成为河北省第一家在纽交所上市的光伏企业。 主营产品、业务：硅太阳能电池及其相关配套产品、风机及其相关配套产品、热发电产品、控制器、逆变器、兆瓦级跟踪器的研发、生产、销售、技术咨询及服务；太阳能光伏电站工程的设计、安装、施工。
集团产业
六九硅业有限公司
六九硅业有限公司是英利绿色能源控股有限公司（YGE）的全资子公司，凭借YGE进入太阳能光伏行业十余年的丰富经验，对光伏行业原料——多晶硅市场发展趋势的准确把握，于2008年3月投资成立了六九硅业有限公司。其太阳能及电子级多晶硅材料项目，总设计产能1.8万吨，分四期建成。第一期设计产能3000吨/年，预计于2010年年底达产。
西藏英利新能源有限公司
西藏英利新能源有限公司是由中国英利新能源有限公司于2005年8月在自治区投资2000万元人民币建立的一家以研究、开发、示范、推广太阳能光电及光热产品为主营方向的高新技术产业化公司。中国英利新能源有限公司是一家成立于1998年的太阳能光伏产品专业制造商，是目前国内唯一、全球四家之一的具备从铸锭、切片、电池片、电池组件到光伏系统应用完整光伏产业链的高科技企业，并于2007年6月在美国纽约证券交易所挂牌上市。 为实现立足本土、长远发展，西藏英利新能源有限公司在总公司的生产技术和经营管理的支持下、在自治区各级领导和政府的关心和帮助下，于2006年8月在达孜县工业园区建成了西藏 第一条也是目前唯一一条光伏生产线，产能达3兆瓦，与此同时，西藏英利紧紧抓住市场机遇，准备引进适合高原气候特点的蓄电池生产线、太阳能户用系统（控制器、逆变器）生产线，西藏英利也将成为自治区唯一具备组件封装、应用系统、蓄电池完整产业链的规模化生产企业，填补了自治区不能商业化生产太阳能光伏产品的空白。 在强大的技术力量支持和现代企业经营模式的管理下，西藏英利成为带动西藏自治区光伏产业化的龙头企业，先后通过了ISO9001质量管理体系、ISO140001环境管理体系、GB/T28001职业健康安全管理体系认证，并于2005年成为国家发改委/全球环境基金（GEF）世界银行中国可再生能源发展项目入选公司。 在两年多的工程实践中，西藏英利新能源有限公司锻炼出一支优秀的工程队伍，积累了丰富的施工经验和应用设计数据具备了雄厚的技术研发实力，自主设计并承建了多座大型光伏电站及独立应用系统等光伏项目。目前，在西藏自治区的独立电站、通信、气象、户用等光伏应用领域均有西藏英利的身影。2005年在西藏自治区成立40周年之际，英利向自治区捐赠了价值400万元的户用太阳能发电系统。 西藏英利的产品和服务涵盖了从多晶硅铸锭、硅片、光伏电池片、光伏电池组件的生产到系统安装的整个光伏行业产业链。西藏英利为德国、西班牙、中国、美国和意大利等世界多个市场的光伏系统集成安装商和经销商提供高品质的光伏组件产品。 西藏英利经过近几年的市场开发，公司目前已初步形成了覆盖西藏主要区县的服务、营销和培训网络，并实现了各地区间的信息互通和资源共享。公司拥有完善的销售机制，高素质的营销、服务人员，时刻为客户提供优质、快捷、便利的服务。 西藏英利新能源有限公司以中国英利新能源有限公司强大的技术和规模优势为后盾，以达孜工业园厂区生产能力为依托，以立足本土、建设西藏、为西藏人民服务为己任，以光伏应用为重点，致力于加速西藏光伏产业化进程，用环保清洁的能源撑起这片雪域蓝天。 另外西藏英利为了实现多元化经营，于2007年4月独家投资建设了位于拉萨市的三星级酒店——西藏英利新能源有限公司英利酒店。 酒店位于拉萨市鲁定南路269号档案局旁，按三星级标准承建，酒店硬件设施齐全，设有前厅部、客房部、茶园、商务中心、保安部、洗车场等部门，酒店设有36间（套）客房，其中套房三间，商务标间3套，标准间25间，单间5间。茶园设有包间14间。
英利能源（北京）有限公司
英利能源（北京）有限公司是英利绿色能源控股有限公司的控股子公司。公司主要涉及生产太阳能电池组件、光伏并网及独立应用系统、太阳能照明设备、太阳能路灯、城市道路及景观照明设备、风力发电机的控制器与逆变器；太阳能兆瓦级跟踪器、热发电系统、风光互补系统等产品的设计、研发、加工和安装服务。 公司拥有承接、设计、建设大规模光伏并网电站的能力，并参与德国、西班牙等国家多项兆瓦级大规模光伏并网系统项目的建设，通过工程项目的建设，培养了一批光伏并网项目设计施工的工程技术人员，积累了丰富的工程设计、施工、运行维护经验。 英利能源（北京）有限公司旗下还设有英利顺通（北京）国际货运代理有限公司，主要提供海运进出口、空运进出口、产地装箱、商检报验、海关报关、国内物流等服务。
成都英利新能源有限公司
成都英利新能源有限公司位于成都市新都区，由保定英利新能源有限公司与成都红光电工公司（原电子部八七九厂）太阳能应用研究所的专家和技术业务骨干共同合作出资组建。主要从事太阳能电池及配套产品的开发研制和推广应用，是我国开发与推广应用太阳能光伏应用产品的主要专业单位之一。 公司积极利用红光太阳能应用研究所20余年的光伏应用产品的研究、生产、销售服务经验，以及遍布川、藏、滇等西南地区的客户群和销售服务网；并依托保定英利新能源有限公司在太阳能电池生产和研发的技术、产品优势；不断创新、拓展太阳能发电应用领域，为客户提供高性能的太阳能电源产品。架构起为广大客户提供太阳能光伏应用产品和服务的平台。 公司严格按照ISO9000质量管理体系模式运行，建立起从原料、配件采购到制造工艺、生产设备、员工培训、售后服务等全过程的质量保证体系，确保产品和服务的优良品质，从而保证了客户的利益。 主经产品：太阳能电池组件、太阳能户用电源、太阳能街灯、控制器、逆变器、不间断电源、充电机、通信用太阳能电源、太阳能直放站电源、小灵通电源、对讲机电源、太阳能草坪灯、太阳能信号灯。 主经行业：太阳能设备、光电池、逆变器、太阳能灯、信号灯、庭院灯、太阳能电池、其他未分类、草坪。 英利太阳能供电系统在地震灾区发挥积极通信作用 今年5月12日，汶川遭受8.0级大地震，在该地区所有房屋和通讯系统皆受毁灭性损坏的同时，由我公司提供的太阳能电源对讲机系统基本保持完好，发挥了积极的通信作用。 2004年9月，为了使汶川县至映秀镇的交通干警便于对车辆的交通指挥和疏导。汶川县公安局决定，在汶川县城旁的大山顶上安装一套对讲机太阳能电源，该电源系统采用我公司生产的130W太阳能电池组件2块，用角钢支架固定在山顶普通民房的平台上，为对讲机提供电源。该系统由成都英利新能源有限公司负责设计、安装、维护，从2004年10月安装后，平稳运行3年，期间由我公司工程安装人员对蓄电池进行更换，确保了系统的正常运行。 汶川地震发生后，该地区所有房屋和通讯系统，皆受到毁灭性的损坏。而由我公司设计建设的对讲机太阳能电源，除所在民房损坏外，整个系统基本保持完好，经简单维护后又投入使用，在汶川的抗震救灾期间，发挥了积极的通信作用。 据悉，鉴于我公司太阳能供电系统在地震灾区发挥的积极通信作用，当地公安部门紧急增订6套，立即安装使用，并准备在灾后恢复重建中，对该电源系统进行推广应用。
海南英利新能源有限公司
海南英利新能源有限公司是一家专业生产、销售太阳能光伏产品的高新技术企业，由英利能源（中国）有限公司、海南省发展控股有限公司、海口市创新产业投资有限公司于2009年共同投资成立。公司位于海口国家高新技术产业开发区狮子岭“飞地工业”园区，占地面积305亩，注册资本5亿元人民币。 依靠全球最完整产业链企业——英利集团强大的光伏生产技术优势和海南控股、海口创投雄厚的本土资源优势，海南英利新能源有限公司启动了“一期年产100兆瓦多晶硅太阳能电池完整产业链”项目，全力建设海南省光伏产业基地。该项目得到了海南省委、省政府主要领导及各级政府的高度关注和支持，海南省卫留成书记、罗保铭省长、海口市陈辞书记、徐唐先市长等省市主要领导及有关部门负责人都亲自参加了2009年7月17日举行的项目签约仪式。 “一期年产100兆瓦多晶硅太阳能电池完整产业链”项目总投资76715万元，主要建设内容是从铸锭、切片、电池到组件的完整光伏产业链，设计年生产能力为100兆瓦太阳能电池。 该项目已于2009年8月动工，计划于2010年5月份投产，达产后可实现年产值103500万元、利润18138万元、利税22673万元，可提供1200个就业岗位，并带动当地相关产业的发展，为海南经济的快速健康发展创造了良好的条件。
电谷锦江国际酒店
电谷锦江国际酒店是英利集团投资建设、由锦江国际酒店管理公司托管的五星级酒店，也是保定市第一家集接待、娱乐、餐饮、会展、国际会议交流于一体的综合性的国际商务五星级酒店；位于保定·中国电谷的核心地带，是中国首座利用太阳能光伏玻璃幕墙与建筑相结合的建筑，成为国家新能源与能源设备产业基地及中国电谷的标志性建筑。 “电谷锦江”的设计理念是把它定义为“金属与玻璃的时装”，整个设计充分吸纳了国际时尚、高品质的现代设计元素，将建筑节能——太阳能光伏玻璃幕墙融入到整体设计之中。太阳能玻璃幕墙的优点是：遮阳、环保、节能、隔音、美化建筑、具有良好的透光率、产生电能、降低工作及管理成本、结构牢固等。 整个大厦采暖、制冷、供生活热水,采用了污水源热泵系统，提高了可再生能源的利用效率。 太阳能并网发电技术、BIPV技术和污水源热泵技术的应用全面提升“中国电谷”的整体形象，一个集绿色、环保、原生态、人性化的CBD将展现在世人面前。
保定源盛房地产开发有限公司
保定源盛房地产开发有限公司成立于2006年12月29日，注册资本1亿元，是保定源盛融通贸易有限公独资的企业，是一家专门从事房地产开发和经营的公司。 保定源盛房地产开发有限公司为英利集团下属的专业从事房地产投资和开发的企业。公司秉承英利企业文化的精髓、弘扬“节约资源、共创和谐”的精神，倡导“品质成就生活”的开发理念。自成立以来，公司致力于以人性化和生态环保的角度去开发项目，努力使每一个项目不但成为城市发展的亮点，同时也是城市历史和文脉的自然延续。 在房地产开发过程中，公司重视提高建筑品质，改善人居环境，促进人与自然的和谐共处的理念。同时努力弘扬祖国的历史与文化，推广健康文明的生活理念。公司正在保定市建设我国建设部推广的可再生能源示范项目——电谷广场，该项目是国内首次利用太阳能光伏玻璃幕墙并网发电系统及污水源热泵技术，充分吸纳国际时尚、高品质现代设计元素外，其最大的亮点就是充分考虑人与自然和谐共生的理念。 源盛房地产以全面提升人居生活水平为己任，倾力打造中国地产品牌。
保定英利水牛物流有限公司
国香养殖
公司成立于2008年4月，注册资金1300万元，是致力于对优良种猪、商品猪养殖、开发、销售的大型股份制民营企业。公司以中国农业大学、中国农科院、河北农业大学等科研院所为技术依托，新建年出栏10万头商品猪生产基地项目。该项目总投资1.2亿元，位于河北省定州市全国文明生态村—钮店村，项目占地600亩，新建现代化猪舍及配套饲料厂、开发实验室、办公区共计约5万平方米，饲料加工设备、养殖设备、科研开发设备60台套，是目前国内最大的商品猪集约化养殖生产基地在建项目之一。一期工程年出栏5万头商品猪项目竣工在即，已建成现代化猪舍44幢，约1.6万平方米，大型饲料厂约5000平方米及配套办公区、宿舍、化验室2000平方米，预计在今年10月底正式投产。
英利顺通（北京）国际货运代理有限公司
英利顺通（北京）国际货运代理有限公司是英利绿色能源控股有限公司（2007年6月8日在纽交所上市）的全资子公司，是由中华人民共和国商务部批准，并在工商行政管理局正式注册成立的货运一级代理企业，是中国国际货运代理协会会员。 主要经营范围：承办海运、空运进出口等物流业务。 具体包括：揽货、订舱、仓储、中转集装箱、拼装拆箱、结算运杂费、报关报检、物流及咨询等业务。 公司凭借丰富的行业经验、先进的物流管理理念、优秀的专业化团队、完善的国内外代理网络和信息系统平台，为您提供全球化的物流服务！ 海运部年出口总量为6000TEU，进口总量为3000TEU，且与CMA、HANJIN、MAERSK和COSCO等世界顶级船公司保持着紧密的合作关系。空运部目前年进出口总量在5000吨左右。
近五年公益活动
英利自成立以来积极投身和参与公益事业，21年来累计向西藏、新疆、青海、河北边远山区及贫困地区等地无偿捐助资金和物品数千万余元。英利集团公益活动 2008年9月13日，董事长苗连生率队赴甘肃会宁参加向三房吴中学捐赠光伏电站的启动仪式，捐赠总价值达232.9万元。为助教事业，英利人不辞辛苦，慷慨捐助。正如会宁县委书记常守远在捐赠仪式上讲的一句话：英利的捐赠，为会宁带来的有远比一座太阳能光伏电站还要多的精神财富。 2008年7月31日上午九点整，在中国人民解放军建军八十一周年来临之际，英利集团董事长苗连生带领集团部分退伍老兵员工和工作人员到保定第二炮兵干休所走访慰问，并为部队离退休老干部们带去了食用油、水果等慰问品，向大家带去节日的问候。 2008年5月13日，英利向灾区捐款1107.5126万元及200支太阳能手电筒，向灾区献上英利人的爱心。 2007年11月17日，英利组织员工向贫困灾区“送温暖，献爱心”活动，共捐款21.88万元。 2007年1月26日上午，英利在河北省优抚医院向省慈善总会捐款20万元，捐款平均分配给河北省14名在非洲开展服务工作的志愿者。 2006年1月13日，英利员工自发向退休老干部和特困职工捐款5万元。 2005年8月24日，为庆祝西藏自治区成立40周年，英利向西藏捐赠了400套太阳能发电系统和20套太阳能车载制氧机，总价值为400万元，将用于改善西藏牧区人民的生产生活。 2005年5月30日，英利向河北省张家口市康保县芦家营侨联侨心小学、张纪镇中心小学以及油篓沟乡喜顺沟小学捐赠三套太阳能照明系统和一批学习用品。 2004年9月27日，英利向新疆阿勒泰军分区捐赠了两套价值5万元的独立太阳能发电系统，来自新疆阿勒泰军分区的董副司令员代表军分区接受了捐赠。 2003年2月27日，英利得知新疆伽师、巴楚发生地震之后，向灾区人民捐赠了两套价值20万元的太阳能光伏发电系统，为灾区人民送去光明。
法国政府日前推出了涉及公共部门、交通出行、日常生活等多方面的全国节能计划。总理博尔内指出，这一计划的目的是“减少不必要的能源浪费”，最终实现未来两年内全国能源消费减少10%的目标。她表示，如果法国不采取节能行动，冬季将面临能源停供的危险。同时，法国政府将“每周公布电力和天然气消耗量”，通过可视化数据判断是否真正实现能耗减少。
节能计划针对公共部门的规定包括：住宅、教育机构及公共场所的供暖温度不得超过19摄氏度，餐厅、体育馆等场所在没有顾客时供暖温度应降至17摄氏度，公共游泳池和海水浴中心的水温降低1摄氏度；在体育比赛场所，白天赛事前后的照明时间将减少50%，晚上的赛事将减少30%；政府此前推出的减少照明计划继续实施，包括除机场、火车站和地铁站外，从凌晨1时至6时将禁止一切照明广告。
新计划还鼓励民众远程办公，尽可能减少通勤带来的能耗。法国交通部将从2023年起向每个拼车平台的新用户一次性发放100欧元补贴，公共服务车辆在高速公路上的最高时速将由130公里降至110公里。计划还呼吁民众减少热水淋浴时间，夜间彻底关闭处于待机状态的电子设备，将部分高耗能设备的使用时间安排到非用电高峰期等。
法国《独立报》分析指出，今年冬天法国面临着能源短缺及能源价格上涨的挑战。电力方面，法国56座核反应堆中近一半由于需要维护而暂停服务，给包括法国在内的整个欧洲电网带来压力。天然气方面，尽管法国能源委员会10月5日宣布法国已最大限度填充其天然气存储容量（超过99%），但根据过去冬季的情况以及可能出现的寒潮天气，今年冬季天然气供应可能面临紧缺。
能源短缺给很多法国人带来“过冬焦虑”。法兰西新闻台报道称，配合政府推出的节能计划，民众也纷纷想方设法采取相应措施为冬天做准备。不少人已着手加购保暖衣物和毛织品，10月初这类商品销售额已经飙升。
法国电视台不久前开始播出全新的“电力预报图”，公布法国电力消耗状况信息，提醒及时采取调整措施。如果图像为绿色，意味全国用电量合理；如果是橙色，则表示供电紧张，建议采取相应措施；如果是红色，则发出减少消耗的警告，否则将停电。
法国《回声报》指出，节能计划是对全社会的一次“集体动员”，能在多大程度上带来消费者行为的改变，还需要进一步观察。
（人民日报巴黎电）
物质、能量与信息。
因此，能源的发展史直接影响人类的发展史。
我们人类生存与发展中最具有决定性意义的要素是三个：¾¾ 物质、能量和信息。
组成我们的世界是物质；人类生存活动决定于对信息的认知和反应；而维持生命，从事发展的活动又地要通过消耗能量来进行。
一切能量来自能源，人类离不开能源。能源是人类生存、生活与发展的主要基础。能源科学与技术，能源利用的发展在人类社会进步中一直扮演着及其重要的角色。
能源发展的里程碑可以这么说，每一次能源利用的里程碑式发展，都伴随着人类生存与社会进步的巨大飞跃。几千年来，在人类的能源利用史上，大致经历了这样四个里程碑式的发展阶段：原始社会火的使用，先祖们在火的照耀下迎来了文明社会的曙光；18世纪蒸汽机的发明与利用，大大提高了生产力，导致了欧洲的工业革命；19世纪电能的使用，极大地促进了社会经济的发展，改变了人类生活的面貌；20世纪以核能为代表的新能源的利用，使人类进入原子的微观世界，开始利用原子内部的能量。
未来对能源的要求
有足够满足人类生存和发展所需要的储量，并且不会造成影响人类生存的环境污染问题。
未来对能源的需求 未来的人类社会依然要依赖于能源，依赖于能源的可持续发展。因此，我们须现在就很清楚地了解地球上的能源结构和储量，发展必须开发的能源利用技术，才能使人类的生存得于永久维持。
而我们赖于生存的能源是取之不尽用之不完的吗？回答是：不是，也是。事实上，进入21世纪后，人类目前技术可开发的能源资源已将面临严重不足的危机，当今煤、石油和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，甚至不能维持几十年。因此，必须寻找可持续的替代能源。而近半世纪的核能和平利用，已使核能已成为新能源家属中迄今为止能替代有限矿石燃料的唯一现实的大规模能源。而且，未来如能实现核能的彻底利用，人类的能源将是无穷的。
除了物质、能量和信息三大因素外，人类对安全的要求也越来越重要了。安全包括社会安全、健康安全和环境安全等。它们同能源的关系也是非常密切的。现在利用的能源已造成了大量的环境污染问题，严重影响了人类的生存。因此，未来对能源的要求将不仅是储量充足，而且还必须是清洁的能源。相对其它化石能源而言，核能的和平利用已充分证明了核能是清洁的能源之一。
u 能源的定义与源头
究竟什么是“能源”呢？《科学技术百科全书》是这样说的：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；《大英百科全书》说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”。可见，能源是呈多种形式的、可以相互转换的能量的源泉。简而言之，能源是自然界中能为人类提供能量的物质资源。
能源的源头
来自地球以外天体的能源（如太阳能）、地球本身蕴藏的能源（如地热、核能）、地球与其它天体相互作用产生的能源（如潮汐）。
而能源是产生能量的源头。
人们通常按形态与应用方式对能源进行分类。一般分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中，前三类统称化石燃料或化石能源。已被人类认识的这些能源，在一定条件下可以转换为人们所需的各种形式的能量。比如薪柴和煤炭，加热到一定温度，能和氧气化合并放出大量热能，可以直接用来取暖，也可用来产生蒸汽推动汽轮机，再带动发电机，使热能变成机械能，再变成电能。把电送到工厂、机关和住户，又可以转换成机械能、光能或热能。
在我们生活的地球上，能源形形色色。总起来说有三个初始来源。
太阳能
地球
来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。
地球本身蕴藏的能量 通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。
与地球内部的热能有关的能源，我们称之为地热能。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。地壳就是地球表面的一层，一般厚度为几公里至70公里不等。地壳下面是地幔，它大部分是熔融状的岩浆，厚度为2900公里。火山爆发一般是这部分岩浆喷出。地球内部为地核，地核中心温度为2000度。可见，地球上的地热资源贮量也很大。
与原子核反应有关的能源正是本书要介绍的核能。原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量，称为原子核能，简称核能，俗称原子能。它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源，以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外，还可以用作其它类型的动力源、热源等。
来自星球引力的能量指由于地球与月球、太阳等天体相互作用的形成的能源。地球、月亮、太阳之间有规律的运动，造成相对位置周期性的变化，它们之间的引力随之变化使海水涨落而形成潮汐能。与上述二类能源相比，潮汐能的数量很小。全世界的潮汐能折合成煤约为每年30亿吨，而实际可用的只是浅海区那一部分，每年约可折合为6000 万吨煤。
u 能源结构与储量
地球上有哪些能量资源可供我们使用？它们还能维持多久？我们该怎么办？
能源的种类
一次能源：煤炭、石油、核能等自然界天然能量资源；
二次能源：汽油、电力、蒸汽等人工制造的能量资源，
一次能源和二次能源能源按其生成方式，分为天然能源（一次能源）和人工能源（二次能源）两大类。天然能源是指自然界中以天然形式存在并没有经过加工或转换的能量资源，如煤炭、石油、天然气、核燃料、风能、水能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等；人工能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，如煤气、汽油、煤油、柴油、电力、蒸汽、热水、氢气、激光等。
常规能源和新能源其中，已被人类广泛利用并在人类生活和生产中起过重要作用的能源，称为常规能源，通常是指煤炭、石油、天然气、水能等四种。而新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。
煤的时代
能源结构的变迁历史上，伴随着新的化石资源的发现和大规模开采与应用，世界的能源消费结构经历了数次变革。18世纪的以煤炭替代柴薪，到19世纪中叶煤炭已经逐渐占主导地位。20世纪20年代，随着石油资源的发现与石油工业的发展，世界能源结构发生了第二次转变，即从煤炭转向石油与天然气，到20世纪60年代，石油与天然气已逐渐称为主导能源，动摇了煤炭的主宰地位。但是，20世纪70年代以来两次石油危机的爆发，开始动摇了石油在能源中的支配地位。以此同时，大部分化学能源的储量日益减少，并伴随着许多环境污染问题。
而人类对能源的需求却在与日俱增。例如主要能源形式 地球能源的储量估计
煤炭：～200年
石油、天然气：～50年
核能：无穷多
之一的电力消耗逐年增加。根据统计，人口若每30年增加一倍，电力的需求量每八年就要增加一倍。
于是，20世纪末，能源结构开始经历第三次转变，即从以石油为中心的能源系统开始向以煤、核能和其它再生能源等多元化的能源结构转变。特别是随着时间的推移，核能的比例将不断增长，并将逐步替代石油和天然气而成为主要的大规模能源之一。
化学能的储存量煤炭、石油、天然气还有多少年可以让人类开采利用？据世界能源会议统计，世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨，预计还可开采200年。探明可采石油储量共计1211亿吨，预计还可开采30～40年。探明可采天然气储量共计119万亿立方米，预计还可开采60年。必须指出的是，煤炭、石油等直接燃烧用来生产电能与热能实在太可惜了，且不说可能带来的环境污染，它们还是很好的化工原料呢！
水能及新能源的潜力那么水能呢？我们知道，水力是可以长期开发利用的。但是，在那些大面积缺水、水力资源不丰富的国家和地区怎么办？再说，水能还有个季节性的问题。这些都使水能无法成为世界能源结构中唯一的主力军。新能源中，太阳能虽然用之不竭，但代价太高，并且就目前的技术发展情况来看，在一代人的时间里不可能迅速发展和广泛使用。其它新能源也是如此。其它一些能源与水能相似，它们的规模受到环境、季节、地理位置等条件的限制，如风能、潮汐能、地热能等等。
易裂变核素
易发生裂变的原子只有铀-235（U235）、钚-239（Pu239）、铀-233（U233）三种。而天然存在的易裂变元素只有铀-235，钚-239可由铀-238生成，铀-233可由钍-232（Th232）生成。
易聚变核反应
氘（D2）-氚（D3）反应。氘和氚都是氢原子的同位素。氘天然存在，而氚极少，必须由人工生成（如由锂制造）。
核能--无穷的能源 核能分为裂变能和聚变能两种。目前人类能正在用于和平利用的只有裂变能。可控聚变能利用技术正在攻克。
天然铀的成份
天然铀中占99.3%为难裂变的铀-238，仅有0.714%为易裂变的铀-235。铀-238可通过吸收一个中子变成易裂变的钚-239。
作为发展核裂变能的主要原料之一的铀，世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨。如果利用得好，可用2400～2800年。
聚变反应主要来源于氘-氚的核反应，氘来可大量自海水，氚可来自锂。因此聚变燃料主要是氘和锂，海水中氘的含量为0.03克／升，据估计地球上的海水量约为138亿亿米3，所以世界上氘的储量约40亿万吨；地球上的锂储量虽比氘少得多，也有2000多亿吨，用它来制造氚，足够满足人类对聚变能的需求。这些聚变燃料所释放的能量比全世界现有能源总量放出的能量大千万倍。按目前世界能源消费的水平，地球上可供原子核聚变的氘和氚，能供人类使用上千亿年。如果人类实现了氘-氚的可控核聚变，核燃料就可谓“取之不尽，用之不竭了”，人类就将从根本上解决能源问题，这正是当前核科学家们孜孜以求的所以。聚变能源不仅丰富，而且安全、清洁。聚变产生的放射性比裂变小的多。
专家们预测，核能在未来将成为人类取之不尽的持久能源。
1.2 变脏的地球与干净的核电
本节要点：回答的问题以下问题：现有的能源还能维持多久？能源利用可以不污染环境吗？核能真是可持续能源吗？
u 能源的可持续发展
必须寻找一些既能保证有长期足够的供应量又不会造成环境污染的能源。
而目前人类面临的问题正是：能源资源枯竭；环境污染严重。
能源利用与环境的可持续发展
能源危机
目前世界上常规能源的储量有的只能维持半个世纪（如石油），最多的也能维持一、二百年（如煤）人类生存的需求。
今天，几乎所有的工业化国家都面临着两个关系到可持续发展的紧密相连的挑战：保证令人满意的长期能源供应和减少人类活动带给环境的影响。能源利用与环境的可持续发展已成为关系到人类未来生存与文明延续的一个重要问题。
能源供应危机今天的世界人口已经突破60亿，比上个世纪末期增加了2倍多，而能源消费据统计却增加了16倍多。无论多少人谈论“节约”和“利用太阳能”或“打更多的油井或气井”或者“发现更多更大的煤田”，能源的供应却始终跟不上人类对能源的需求。当前世界能源消费以化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部分则是以石油与天然气为主。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。
浓烟滚滚的火电厂
能源对环境的污染 另一方面，特别是利用化石能源的过程也直接影响地球的环境，使大气和水资源遭受严重污染。大气中主要的五种污染物是：氮氧化物（如NO与NO2）、二氧化硫（SO2）、各种悬浮颗粒物、一氧化碳（CO） 大气污染的主要源头
目前世界上最严重的大气污染来自化石能源燃烧造成的大气中二氧化碳量的增加。带来的主要后果是：酸雨、温室效应和臭氧层破坏。
和碳氢化合物（如CH4、C2H6、C2H4等）。其来源主要有三个方面：① 煤、石油等化石燃料的燃烧；② 汽车排放的废气；③ 工业生产（如各种化工厂、炼焦厂等）产生的废气。而其中燃烧化石燃料的火力发电厂是最大的固定污染源。
1. 多元化
世界能源结构先后经历了以薪柴为主、以煤为主和以石油为主的时代，现在正在向以天然气为主转变，同时，水能、核能、风能、太阳能也正得到更广泛的利用。可持续发展、环境保护、能源供应成本和可供应能源的结构变化决定了全球能源多样化发展的格局。天然气消费量将稳步增加，在某些地区，燃气电站有取代燃煤电站的趋势。未来，在发展常规能源的同时，新能源和可再生能源将受到重视。在欧盟2010年可再生能源发展规划中，风电要达到4000万千瓦，水电要达到1.05亿千瓦。2003年初英国政府公布的《能源白皮书》确定了新能源战略，到2010年，英国的可再生能源发电量占英国发电总量的比例要从目前的 3%提高到10%，到2020年达到20%。
2. 清洁化
随着世界能源新技术的进步及环保标准的日益严格，未来世界能源将进一步向清洁化的方向发展，不仅能源的生产过程要实现清洁化，而且能源工业要不断生产出更多、更好的清洁能源，清洁能源在能源总消费中的比例也将逐步增大。在世界消费能源结构中，煤炭所占的比例将由目前的26.47%下降到2025年的21.72%，而天然气将由目前的23.94%上升到2025年的28.40%，石油的比例将维持在37.60%～37.90%的水平。同时，过去被认为是“脏”能源的煤炭和传统能源薪柴、秸杆、粪便的利用将向清洁化方面发展，洁净煤技术（如煤液化技术、煤气化技术、煤脱硫脱尘技术）、沼气技术、生物柴油技术等等将取得突破并得到广泛应用。一些国家，如法国、奥地利、比利时、荷兰等国家已经关闭其国内的所有煤矿而发展核电，它们认为核电就是高效、清洁的能源，能够解决温室气体的排放问题。
3. 高效化
世界能源加工和消费的效率差别较大，能源利用效率提高的潜力巨大。随着世界能源新技术的进步，未来世界能源利用效率将日趋提高，能源强度将逐步降低。例如，以1997年美元不变价计，1990年世界的能源强度为0.3541吨油当量/千美元，2001年已降低到0.3121吨油当量/千美元，预计 2010年为0.2759吨油当量/千美元，2025年为0.2375吨油当量/千美元。
但是，世界各地区能源强度差异较大，例如，2001年世界发达国家的能源强度仅为0.2109吨油当量/千美元，2001～2025年发展中国家的能源强度预计是发达国家的2.3～3.2倍，可见世界的节能潜力巨大。
4. 全球化
由于世界能源资源分布及需求分布的不均衡性，世界各个国家和地区已经越来越难以依靠本国的资源来满足其国内的需求，越来越需要依靠世界其他国家或地区的资源供应，世界贸易量将越来越大，贸易额呈逐渐增加的趋势。以石油贸易为例，世界石油贸易量由1985年的12.2亿吨增加到2000年的21.2 亿吨和2002年的21.8亿吨，年均增长率约为3.46%，超过同期世界石油消费1.82%的年均增长率。在可预见的未来，世界石油净进口量将逐渐增加，年均增长率达到2.96%。预计2010年将达到2930万桶/日，2020年将达到4080万桶/日，2025年达到4850万桶/。世界能源供应与消费的全球化进程将加快，世界主要能源生产国和能源消费国将积极加入到能源供需市场的全球化进程中。
5. 市场化
由于市场化是实现国际能源资源优化配置和利用的最佳手段，故随着世界经济的发展，特别是世界各国市场化改革进程的加快，世界能源利用的市场化程度越来越高，世界各国政府直接干涉能源利用的行为将越来越少，而政府为能源市场服务的作用则相应增大，特别是在完善各国、各地区的能源法律法规并提供良好的能源市场环境方面，政府将更好地发挥作用。当前，俄罗斯、哈萨克斯坦、利比亚等能源资源丰富的国家，正在不断完善其国家能源投资政策和行政管理措施，这些国家能源生产的市场化程度和规范化程度将得到提高，有利于境外投资者进行投资。
三、启示与建议
1. 依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，走高效、清洁化的能源利用道路
中国有自己的国情，中国能源资源储量结构的特点及中国经济结构的特色，决定在可预见的未来，我国以煤炭为主的能源结构将不大可能改变，我国能源消费结构与世界能源消费结构的差异将继续存在，这就要求中国的能源政策，包括在能源基础设施建设、能源勘探生产、能源利用、环境污染控制和利用海外能源等方面的政策应有别于其他国家。鉴于我国人口多、能源资源特别是优质能源资源有限，以及正处于工业化进程中等情况，应特别注意依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，寻求能源的清洁化利用，积极倡导能源、环境和经济的可持续发展。
2. 积极借鉴国际先进经验，建立和完善我国能源安全体系
为保障能源安全，我国一方面应借鉴国际先进经验，完善能源法律法规，建立能源市场信息统计体系，建立我国能源安全的预警机制、能源储备机制和能源危机应急机制，积极倡导能源供应在来源、品种、贸易、运输等方式的多元化，提高市场化程度；另一方面应加强与主要能源生产国和消费国的对话，扩大能源供应网络，实现能源生产、运输、采购、贸易及利用的全球化.
