意大利物理学家伏特发现了电池后产生了哪些疑问

人类生存和发展的三要素

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.

储能涉及领域非常广泛，根据储能过程涉及的能的形式，可将储能技术分为物理储能和化学储能。物理储能是通过物理变化将能储存起来，可分为重力储能、弹力储能、动能储能、储冷储热、超导储能和超级电容器储能等几类。其中，超导储能是唯一直接储存电流的技术。化学储能是通过化学变化将能储存于物质中，包括二次电池储能、液流电池储能、氢储能、化合物储能、金属储能等，电化学储能则是电池类储能的总称。

当可再生能源成为市场主流之后，能源保障成为新的挑战，无论是规模化后储能技术自身的安全性与能量密度，还是灾害发生后由储能配置引发次生灾害的可能性，目前已有的各项储能技术都还达不到承担超大规模能源战略储备的水平。从能量密度角度分析，未来最具可能性的超大规模储能技术方向是纯化学储能，如氢储能、甲醇储能、金属储能等。大型能源公司在开发超大规模储能技术方面具有一定资源优势，可借此承担大部分能源安全保障任务。

储能技术主要分为电储能、氢储能以及热储能

根据国家能源局的定义，储能是指通过解释或设备将能量存储起来，在需要时再释放的过程。根据能源存储形式的不同，储能又可以分为电储能、氢储能以及热储能，目前主要为电储能。而电储能又可以分为电化学储能和机械储能，其中电化学储能主要为我们熟悉的电池储能，包括锂电池、铅蓄电池、钠硫电池等。而机械能储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等。

2021年中国储能市场累计装机规模达到43.44GW

据中国化学与物理电源行业协会储能应用分会发布的《2022储能产业应用研究报告》统计数据显示，2021年中国新增储能装机为7397.9MW，累计装机已经达到43.44GW。

2021年抽水储能在中国储能市场中累计装机规模占比超86%

在电力储能中，抽水蓄能是较为传统的储能方式，而电化学储能等属于新型储能方式。从2021年中国储能市场结构看，抽水储能累计装机规模达到37.57GW，占比超86%，而电化学储能累计装机规模达到5.12GW，占比达到11.8%。在电化学储能中，锂离子电池占比达到91%。

2021年中国新型储能市场累计装机容量超过5700MW

根据中国能源研究会储能专委会以及中关村储能产业技术联盟(CNESA)不完全统计，2021年中国新型储能市场累计装机规模达到5729.7MW，较2020年增长74.5%。

2021年中国新增储能装机项目中抽水蓄能仍占多数

2021年中国新增储能装机量为7397.9MW，其中抽水蓄能项目装机规模为5262.0MW，占比为71.1%，电化学储能装机规模为1844.6MW，占比为24.9%。在2021年中国电化学储能新增项目中，锂离子电池储能技术装机规模为1830.9MW，占比为99.3%。

综上所述，近年来，中国储能行业高速发展，2021年新增装机规模达到7.4GW，累计达到43.44GW。抽水蓄能是主要的储能形式，2021年电化学储能累计装机占比达到11.8%，其中锂离子电池占绝大多数。

—— 以上数据参考前瞻产业研究院《中国储能行业市场前瞻与投资预测分析报告》

1、风力发电。风力发电作为一种清洁的可再生能源，具有广泛的发展前景。风能储量大，广泛发展风力发电是解决中国能源供应不足的有效途径；风力发电属于清洁能源的应用，是减少温室气体排放的有效途径；

2、燃料电池。燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电；

3、太阳能发电。包括太阳能光发电、太阳能热发电两种发电方式，利用电池组件将太阳能直接转变为电能。

利用风能、太阳能等可再生能源技术产生的能源量往往取决于天气条件，而为保证持续稳定的供电方式，科学家正想方设法在大自然中寻找各种靠谱的储能材料和方法。

大规模储能技术研究成为热点

据外媒称，英国大多数核电站均将在本世纪20年代末到期退役；而日本日立公司近日也宣布因建设成本上升将暂停其在英国的核电项目；出于减排等因素考虑，英国政府计划2025年前关闭所有火电厂，这将给整个国家的电力供应留下相当大的缺口。

据介绍，所谓多孔介质压缩空气储能技术(PM-CAES)，其工作原理是利用可再生能源的电力为产生压缩空气的发动机提供动力，将这些空气以高压状态储存在砂岩孔隙里。在能源短缺时，释放出井里的压缩空气，为涡轮发电机提供动力，然后将电力输送到电网。

英国科学家这次对近海盐湖蓄水层进行了多孔岩石储能潜力的预估，利用蒙特卡罗方法计算了在大量多孔岩石的地点上构建电厂的功率输出和效率。研究表明，进行一次PM-CAES存储可以满足两个月所需的空气流量，其往返效率(RT)介于42%至67%之间。此外，该方法地表损耗较小，这将受到土地表面或水资源有限的地区的青睐，同时这项技术在能源需求旺盛的人口密集地区也更具有吸引力。

一种潜在可行季节性存储技术

“建设智能电网和分布式能源系统等，储能系统是其中的关键技术。迄今，大规模(500兆瓦以上)商业应用的电力储能系统，主要是抽水蓄能电站。抽水蓄能虽然借助高低落差地势，利用势能差能够大量储能和发电，但是受限于地理条件和投资建设周期长，还需要开发其他大规模储能技术，尤其是跨季节储能技术。”陈永翀指出，多孔岩石分布较广，这将使PM-CAES技术能够跨季节运行，从而大大加强了其应用的普适性。

根据论文资料，陈永翀分析道，英国研究人员使用数学模型评估这种储能技术的潜力后发现，北海的地质构造可以储存满足英国3个月电力需求的能量，且大量富含多孔岩石的近海盐湖蓄水层靠近风力发电场，这可以在生成和存储之间产生有价值的协同作用。

论文作者之一、爱丁堡大学的朱利安·穆利-卡斯蒂略指出，这种技术有可能在夏季把可再生能源发电储存起来，留待冬季用电高峰时使用。只是这种方法虽然有可行性，但成本相对较高。另外，多孔岩石储能技术仍存在着不少潜在的问题，未来还需更多研究来完善技术，以便把成本降下来，并提高该技术的应用安全性。

奇思妙想探寻“存储”路径

陈永翀指出，实际上，把可再生能源“存”在哪儿，科学家一直在积极 探索 更多的可能性，如海水蓄能、沙漠储能、人工绿叶等，可谓八仙过海，各显神通。

德国弗劳恩霍夫协会风能和能源系统研究所设计出名为海中蓄能(StEnSea)的新思路，将蓄能主体为多个内直径30米的混凝土空心球，置于600—800米深海床上。每个球内都有一台水轮发电机和水泵，当电网负载低、电力多余时，水泵会抽出海水进行蓄能；当电网负载高、需要峰值发电时，这些球体的阀门即会打开，让涌进的海水驱动水轮发电。

研究人员还向绿叶借智慧，效仿自然界的光合作用，即将太阳能转化为化学能，把能量储存在化学键当中，基本上能够实现碳中和的过程，这样通过一定的反应方式吸收环境中的二氧化碳，达到环保和能量储存的目的。同时，提高过程中的转化效率和稳定性，形成获取可再生能源的一种途径。

另外，有的科学家在尝试抽沙储能的方法，通过皮带将沙子运到高位仓，高位沙子对风叶做功，以沙子的形式储存势能，从而提供发电所需要的动能。(华凌

张添奥 闫欣)

2、地热能。地热能是来自地球深处的可再生热能， 它起源於地球的熔融岩浆和放射性物 质的衰变， 其利用可分成地热发电和直接利用两大类。如果热量提取的速度不超 过补充的速度，那麼地热能便是可再生的。不过，地热能的分布相对来说比较分 散，开发难度较大。 利用技术：直接燃烧、热化学转化、生物化学转化。

3、风能。风能是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源，特别是对沿海岛屿，交通 不便的边远山区， 地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到 的农村、 边疆， 作为解决生产和生活能源的一种可靠途径， 有著十分重要的意义。 即使在已开发国家，高效洁净的风能也日益受到重视。 利用技术：提水、风力发电、风帆助航、利用风能加热。

4、海洋能。海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和 散能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在於海洋之 中。 利用技术：潮汐能发电、波浪发电、海水温差能发电、盐差能发电、海流发电 。

5、生物能。生物质是指由光合作用而产生的各种有机体， 生物能是太阳能以化学能形式 贮存在生物中的一种能量形式， 一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来 源於植物的光合作用。在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳 能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。 利用形式：直接燃烧、热化学转化、生物化学转化。

6、氢能。氢能是一种二次能源， 因为它是通过一定的方法利用其他能源制取的，而不 像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采，这种能源总有枯竭的一天，而氢能 若能从中生产，则可望能抒解能源危机的警戒。

未来能源向我们走来，但若要取代化石能源，并非易事。

“我们以碳中和来推动能源转型，从对化石能源系统的依赖转到以新能源、电气化为主体的方向上来，这里面遇到的挑战和问题也不少。” 7月8日，北京大学能源研究院特聘研究员杨福强在未来能源大会上表示。

国家电投集团吕锡嘉表示，“不论是做CCUS（碳捕集、固定与利用），还是做氢能储能，未来很长一段时间都是高投入低回收的阶段，因为技术的更新换代，技术产业链的成熟，需要的是碳市场，包括国家政策、金融市场的完善。”

挑战不小，机遇也很大。清洁能源成本在降低，技术难关也正在被攻破。从2015年到2020年，车用燃料电池技术跨越式发展，已经形成产业化；氢能的储存和载体技术将逐渐成熟；电力系统数字化、智能化应用越来越广泛。

光伏技术日渐成熟

作为清洁能源的一个重要方向，光伏技术越来越成熟，产业规模也日渐扩大。

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。利用的是可再生的太阳能，中国幅员辽阔，太阳能资源丰富。

光伏产业链包括硅料、硅片、电池组、并网逆变等多个环节，近年来各个环节的技术均有突破提升，从而降低了光伏发电的成本。

今年以来，光伏产能扩张狂飙突进。根据黑鹰光伏统计，2021年上半年光伏企业产能层面的投资接近4000亿，投资规模同比增长接近一倍。

其中，单个投资在10亿元以上的项目有59个之多，在100亿元以上的项目达13个，从数量上看，分别较去年同期增长了59.46%和62.50%。

近期国家能源局下发了通知，准备在全国启动整县（市、区）屋顶分布式光伏建设。通知要求，党政机关单位建筑屋顶的面积，安装光伏发电的比例不能低于50%；学校、医院等公共屋顶的总面积不得低于40%；另外，一些厂房的比例不低于30%。

而光伏发电为直流电，直流电应用范围较小，需要变换成交流电才可以广泛使用，而且光伏发电有波峰波谷的阶段，这样就造成弃光弃电的现象，储能的重要性凸显出来。这便需要利用另一种绿色能源——氢能。

氢能储运是难题

中国科学院院士欧阳明高最钟情于氢能，他认为电和氢未来将取代柴油、汽油、煤油，成为储能和新能源 汽车 的主要载体。

“氢能在新能源革命中占有战略地位，其战略意义在于可再生能源转型中的大规模能量储存与多元化利用需求。”欧阳明高指出，氢能储能是新能源电力系统的核心技术，交通会是氢能利用的先导领域，将带动氢能的全面发展。

欧阳明高预测了新能源 汽车 的市场潜力，“2021年前五个月中国新能源 汽车 总销量已经突破 汽车 总销量的10%，保有量超过600万，以后还会持续增长，今年估计产量会超过200万。我们估计明年会400万，后年600万，现在就是到了快速增长的时候了。2030年预计会到8000万，2035年1.6亿，2040年3亿。3亿辆电动车，意味着我们的储能潜力是多大呢？如果一辆车耗用65度电，车载储能的容量就是大约200亿度电，这是什么概念？相当于目前中国每天的总电量。”

不过，氢能面临着运输、储存经济性不高的问题。

“车载储氢是个问题，无论是技术还是成本，都不太理想，比如我们现在主流的高压气频，储氢的密度和成本都还不够理想，储氢密度大概100公斤5公斤氢，成本偏高，它的下降会比燃料电池发动机下降的幅度要慢，所以重载商用车车载的储氢密度和成本目前是不理想的，是我们当前的一个技术挑战。”欧阳明高表示。

而在氢能储运技术方面，现在已经有了一些设想。

欧阳明高介绍称，第一是可以利用特高压输电线路，把电从新疆等地输送过来，然后再制氢，这个成本是比较低的；第二是利用氢能载体，液氨很容易分解出氢，而且分解的能耗很低，液氨的质量储氢密度和体积储氢密度都是最高的，这样就可以先制氨，运输，再制氢。

电是最高品位能源？

在中国能源网首席研究员韩晓平看来，电是唯一最高品位能源，没有之一。

“其实氢是电的延伸，绿氢就是绿电，如果把这个问题想明白以后就知道，氢是一种边际能源，解决一些边际特定需求，主要的需求还是要靠电，如果我们不靠电，转个圈去用氢的话，那就违反了第一性原理。没有必要把一个简单的事情复杂化，增加了很多成本和损耗浪费，最后达到的还是同样一个目标。”韩晓平说道。

他还认为，碳中和其实就是电力系统最主要的任务，当电力系统能够覆盖所有能源90%的时候，才可能真正实现碳中和，维持电力系统的可靠性、稳定性，将成为下一步电力工作持续的目标。

关于电力能源数字化，国网能源研究院数字经济所孙艺新描述了三个场景。第一个场景是将一些数字化技术应用到传统的能源生产消费平台之中；第二个场景是把需求侧资源充分的挖掘出来，实质上这个也是一种增加能源供给的方式；第三个场景是，把数字能源作为用能权交易的统一媒介，可以解决目前能源在生产端、流转端，乃至消费端，多个链条之间存在结算、赋税，可能都存在一些断点的问题。

华为数字能源总工程师张广河讲述了一个智能光伏的概念，“分布式光伏遇到的最大的问题是安全问题，这是非常大的挑战。其次是散点部署，对于这种颗粒度非常小的站点管理，华为公司非常有经验。如果是零零散散的，最后这张网可能就废了。所以第一要保障系统安全，不能着火，不能让老百姓受伤；第二必须得做主动安全的设计和全网管理。发电量要发的清清楚楚，用的明明白白。”