什么是生物能源，生物能源能不能替代石油等不可再生能源

政策措施的基本出发点

（1）欧盟在应对气候变化问题方面进行了长期和有效的准备，并有履行《京都议定书》规定的减排目标的可能；

（2）1998年6月，欧盟15国就欧盟在《京都议定书》承诺的到2010年将温室气体在1990的水平上减排8％的指标的分配方案达成一致意见；成员国已经达成“减排量分担”的协议，以落实各自的减排指标；

（3）欧洲国家在气候变化问题上的积极态度，是欧盟力图摆脱美国的单方面控制，保护和加强其有别于美国式经济和社会管理模式的一个重大努力；

（4）2001年10月，批准了《京都议定书》，建立和实施了欧盟温室气体排放贸易体系的指导草案。2002年6月起已正式在欧盟15国生效。欧盟还制定了比《京都议定书》更严格的执行时间表。

政策措施的主要内容

（1）欧洲对应气候变化的行动计划

1991年欧盟发布了第一个控制CO2排放和提高能源效率的战略。此后欧盟又制订了一系列的与控制气候变化相关的政策，其中包括利用可再生能源发电的法令草案，汽车生产商节约25％燃油的自愿承诺，以及相关能源产品征税的提议。但是，要达到《京都议定书》所规定的2008至2012年期间，与1990年同比削减8％的温室气体排放指标，显然所有欧盟成员国尚需采取进一步措施和行动。欧盟环境部长会议认为减排的当务之急是欧盟应在全社区范围内采取进一步行动，明确优先措施并制订相关政策。

作为回应，欧盟于2000年6月启动了欧盟对应气候变化行动计划，其目的为明确所有必要的元素，制定相应的战略，具体落实《京都议定书》的各项减排指标。该行动计划采用“双轨制”方法，正在制订一系列级别的政策、措施，以减排温室气体，并制订2005年前在欧盟内部动作的温室气体排放贸易计划。行动计划要求，所有相关机构和组织均需协调合作，包括欧盟不同部门、成员国、产业和环境团体的代表。行动计划中确定了未来政策和措施的工作的重点是能源、交通、工业和农业部门。目前已经成立了7个工作组，涉及下述领域:能源供应、能源消费、交通、工业、科研、《京都议定书》的三机制一国际排放贸易、联合履约和清洁发展机制、农业。一旦完成了上述准备阶段的工作，欧盟委员会将制订具体的建议，提交给欧盟部长会议和欧洲议会进行讨论。

与此同时，欧盟办公室已经启动了对未来排放贸易的公众辩论。欧盟委员会关于排放贸易的《绿皮书》中提出了10个问题，供公众辩论并对此作了回应。

建立起欧盟内部温室气体的贸易气体的贸易系统有着双重效益：一方面可以控制达到京都议定书制订的目标所需的成本，另一方面可以在2008年实施全球贸易计划之前，为欧盟积累国际排放贸易的前期经验。欧盟委员会提出 ，欧盟减排贸易系统最初将眼于CO2排放，而且只涉及数量少但对排放有重大影响的经济部门。主要的备选领域是欧盟“集中污染预防与控制”政策所划定的大型工业锅炉和大中型工业地区。

欧盟通过现有各种不同的资金来源，已经能够在联合履约和清洁发展机制框架内提供财政支持。

（2）欧盟控制温室气体排放的新政策

欧盟15个成员国已经就《京都议定书》就共同减排目标达成协议。欧盟成员国总体上将在1990年排放基础上，于2012年达到减排温室气体8％。各成员国已经达成了所谓的“减排量分担”协议，为了实现既定目标分配各自的责任。根据该协定，一些成员国将显著地减排（德国、丹麦和英国），另一些国家将稳定在1990年的排放水平（法国），其他一些国家则在1990年排放水平上有所增加（西班牙、葡萄牙、希腊）。

2001年10月，欧盟委员会采取了一揽子对应气候变化的措施，包括提议欧共体批准《京都议定书》和草拟了一个实施欧盟范围内温室气体排放贸易系统的《法令》。该《法令》的目的是建立欧盟排放贸易框架和欧盟温室气体排放的贸易市场。针对此法令的欧盟行动计划目前正在制订中，有望于2003年中将有更实质性的进展。虽然在2002年12月前欧盟各国不太可能就这一计划达成最终一致，但欧盟已经表明，该排放贸易系统将保证规模相当的公司得到同等的对待；最大限度地确保竞争的公平性，竞争被扭曲的危险；保证与现有立法相协调；保证与欧盟之外的其它国际行动计划相协调。

在该政策建议中，欧盟排放贸易系统将在2005年生效。第一阶段（2005-2007），本系统将仅适用于CO2。排放上限和贸易计划最初将包括大型工业、能源活动，这一阶段的目标是实现约占2010年欧盟CO2总排放的45％的CO2的减排量。虽然当前的排放贸易系统没有包括小的排放源，但欧盟将会制定一些相同类型的政策和措施来控制这些小的排放源，其中包括通过减排量指标方式来将这些小排放源的控制纳入贸易体系。欧盟将在2004年决定是否将《法令》扩展到其他部门和其他温室气体。

成员国负责按照法令要求对有关公司分配排放许可证。许可证数量将随着时间推延而减少。2005-2007年，成员国将根据欧盟批准的国家分配规划分配许可证。欧盟委员会将在第一个京都议定书承诺期内协调和确定分配程序。那些没能获得足够的排放许可或没有购买排放指标来弥补许可证和实际排放的差额的公司，将受到一定程度的惩罚。委员会将在下一阶段制订详细的检测、报告和核实指南。对于新公司在许可证分配方法上与同一部门中企业间的分配相似。在2013年以前，新的成员国不能纳入欧盟负担共享协定，但欧盟排放贸易总体行动计划可以承认这些国家的国家计划。同时，排放贸易计划的互认可以使得欧洲经济区国家在欧盟排放贸易计划内进行贸易。

排放贸易计划的设计将与《京都议定书》制订的“国际排放贸易”规则相一致。所建议的欧盟排放贸易计划如下：

第一阶段期间为2005-2007年，第二阶段期间为2008-2012年（即京都议定书承诺期）。该计划与欧盟的“综合污染预防与控制”（IPPC）.法案紧密相连，将适用于综合污染预防与控制法案（IPPC）的相关部门，其中可能包括发电、钢铁、炼油、水泥制造、纸浆造纸。

欧盟的该项行动计划有两个问题：第一，该计划将发电厂的排放考虑在内；第二，其他计划（如英国的方案）则将发电系统的排放放在电力用户终端。两者之间存在较大差异，使得将不同的计划和方案整合在一起很困难。但欧盟法律优先的规则意味着要英国要保持其计划，就必须协调这两种不同的计划的方案，以达成一致。

2002年12月9日，在比利时首都布鲁塞尔，欧盟15个成员国的环境部长们通过了一项事关CO2排放权交易的空前计划，规定各大工业企业必须进入CO2排放权交易市场进行交易。这是继欧盟十五国集体核准《京都议定书》之后迈出的又一重要步伐。该计划要求电热力、炼钢、水泥、玻璃、制砖与造纸这六大产生CO2的行业必须从2005年起买卖各自的CO2配额。

环境税是欧盟鼓励采用的一种经济刺激手段，欧盟国家普遍认为环境税比美国的排污交易制度更为可行，因此几乎所有欧盟成员国都不同程度的先行实施了环境税。瑞典、丹麦等北欧国家采取“一揽子税改计划”即对税收体系进行综合重构，税收负担转移，从所得税移到消费税（包括环境税），在税负大致不变的同时实现环境目标。欧盟及其成员国逐步增加了一些税种，来应对日益严重的全球性环境问题。对含碳燃料征收碳税、以解决气候变化问题。丹麦、芬兰、荷兰、瑞典和德国家从1990年开始征收碳税，奥地利、卢森堡、比利时也即将开征。碳税把环境成本打入产品价格，提高有害原料成本，引导生产者和消费者做出理性的有利于减缓气候变化的选择。

（3）法律政策

1) 空气法

有关臭氧层空气污染的第92/72号指令，规定了臭氧层污染检测、交换信息和告知公众的统一程序；建立共同体CO2和其它温室气体检测机制的第93/389号决定；有关通过提高能源效率限制CO2排放的第93/76号指令；有关破坏臭氧层物质的第549/91号条例，条例取代有关特定CFCS控制的第3322/88号条例，为执行维也纳公约和蒙特里尔议定书，规定了有关的CFCS、halons和其他物质控制的分阶段时间表。有关二氧化氮空气质量标准的第85/203号指令；有关在环境中限制chlorofluorocarbons(CFCS)含量的第80/327号决定，决定规定限制CFCS产品，成员国应当至少降低30％；有关加强环境中CFCS含量预防措施的第82/795号决定。

为机动车辆和其他污染源（工厂、焚烧厂等）确立排放标准：如机动车辆油料质量标准、机动车辆发动机标准，特别是对二氧化碳、CFCS和酸性物质（硫氧化物、氯氧化物）的油料采取治理措施，如降低燃油的含硫量和含铅量、征收二氧化碳/能源税等。有关二氧化碳排放量和机动车量油料消费的第80/1268号指令，确立了机动车辆二氧化碳排放量的技术标准。并在工厂污染排放方面立法确定限值。有关柴油机动车量尾气污染致力措施立法的88/77号指令，规定了排气量1.4升以上汽车的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物排放限值，以及1.4升以下汽车的临时排放限值。并在工厂污染排放方面立法确定限值.。

2) 综合污染预防与控制法案（IPPC）

“综合污染预防与控制”是欧盟实施的一项法律制度。这一概念是于1996年在《IPPC法案》中引入，1999年11月起生效。综合污染预防与控制法案（IPPC）《法案》的主要目的是：预防或最大限度减少排放；把环境作为一个整体，以提供高水平的环境保护；最大限度减少原料和能源消耗；简化并加强的政府主管机构（立法）的角色。

综合污染预防与控制法案（IPPC）的中心思想是要求欧盟内部提供一个授予许可的综合性平台，以综合控制欧盟内部国家的废水、气、渣、噪声的产生的排放，同时规定安装设施的运行管理方式。

在英国，1999年通过的《污染预防与控制法》引入了（IPPC）《法案》要求。这一英国的新法案对多数具有重大环境影响的工业活动进行控制，并正在所有相关行业中实施。现有设施刁；一定马上纳入综合污染预防与控制法案（IPPC）要求，但法案规定一个不同部门逐渐实施的时间表。但对新建安装设施，1999年11月1日后，业主必须在运行安装设施前获得IPPC的许可。

（4） 能源政策

1) 电力部门的市场自由化

1999年2月，欧盟成员国被要求将《建立欧盟内部电力市场规则法令》纳入本国法律。要求欧盟内部逐步开放电力市场，允许消费者从不同渠道（包括国外电力部门）买电。

几乎所有成员国都根据欧盟的政策进行了天然气市场的改革。除法国。丹麦、葡萄牙外，所有成员国在2008年前均有望实现全面市场开放。

2) 推进热电联产

在奥地利，政策长期鼓励该政策，工业供热部门利用热电联产给高耗能用户提供了一套成本有效的能源解决方案，社区地电联产也发展成了一套先进的技术，特别是社区供热部分的热电联产在70年代能源价格上涨的情况下，由中央政府支持建立。在丹麦，政策通过提供大量补贴和赠款鼓励热电联产的推广。

3) 欧盟在可再生能源领域的政策

颁布欧盟可再生能源法令。2001年9月，欧盟理事会通过了关于促进可再生能源的法令。该法令形成了一个欧盟的政策框架，以促进更多的绿色电力。这一法令鼓励成员国采取必要措施，保证可再生能源的开发与国家的欧盟的目标相一致。该法令反映了欧盟对减少能源依赖性、保护未来可用能源、限制温室气体和有害大气污染物排放等方面的关注。

欧盟发布的《欧洲共同体战略白皮书》中提出了2010年将可再生能源在欧盟成员国内能源构成中的份额提高一倍（从目前的6％上升至12％），包括时间表和行动计划。白皮书所提到的行动计划包括欧盟内部的市场手段；进一步鼓励可再生能源利用的政策：加强成员国之间的合作；鼓励各国在可再生能源领域内的投资，并加强可再生能源的信息服务，以及可再生能源领域的投资，并加强可再生能源的信息服务，以及可再生能源的信息传播。

启动方案：“启动方案”是《2010年可再生能源欧洲共同体战略和行动计划》的一部分内容。它设计了如何启动可再生能源战略，提出了应达到的目标。针对几个重点行业，“启动方案”提出 加强投资机会、吸引私人资金的行动框架。同时鼓励政府将公共开支集中于关键的可再生能源部门，包括太阳能、网通和生物质能，方案的实施可以大地驱动可再生能源的使用和推广。

可再生能源（ALTENER）计划：可再生能源计划的总体目的是增加可再生能源的使用和市场份额。可再生能源不但能实现环境的可持续性，也是欧洲共同体战略中温室气体减排的重要部分。可再生能源市场上的产品和设备的配套；支持基础设施层面的试点行动，以增加投资者信心，激励可再生能源技术的开展，并提高其市场竞争力。促进国际上、欧盟内部、国家内部、区域内和地方等层次的信息传播和协调，从而增加投资者对可再生能源的信心和可再生能源技术的市场渗透力。支持加快可再生能源技术的投资，加强可再生能源服务和产品提供商的运营能力。推动欧盟可再生能源战略的实施。

（5） 交通政策

随着对大气质量和全球变暖关注的增加，减少燃料消耗和相关温室气体等的排放已成为政府、公众、车辆制造商优先考虑的问题。目前，交通是CO2和其他气体排放的主要来源之一，同时交通需求也在不断增长。至今为止，最大的交通排放源于小汽车，占欧盟交通总CO2排放的近一半。1996年欧共体理事会通过了降低客车的CO2排放平均值控制在每千米120克CO2.

欧盟汽车CO2减排战略的要点有三：欧洲、日本和韩国汽车工业就提高燃料效率达成协议；允许消费者选择汽车燃料效率标志；通过财政措施提高燃料效率。

欧盟环保部长1998年10月在卢森堡与欧洲工业界达成如下重要协议：到2008年生产的百千米耗油量降低25％，CO2排放量降低到每千米140克，温室气体的排放15％（欧盟在气候公约中所承担的义务）

许多成员国在实施欧盟战略的同时，也制订了本国交通部门CO2减排的政策和措施，例如推广公共交通计划。

欧盟成员国温室气体减排政策效果

欧盟通过实施系统的环境政策与管理措施，在减缓气候变化方面取得了一定的成绩。大气污染物排放得到有效控制。在八九十年代经济增长的同时，欧盟控制了CO2、NOX的排放没有增加，SO2、VOC的排放也明显下降，在CFC生产的减少方面则效果最好。

大多数欧盟成员国的减排工作做得不够。西班牙、葡萄牙和爱尔兰在这方面的工作尤其需要改进。半数以上的成员国没有按照所分摊的指标减排。如果继续按照目前的方针、政策减排，欧盟在2010年以前就只能在1990年的基础上减排4.7％，这与《京都议定书》要求的8％的减排指标相差甚远。

英国和德国在应对全球变暖方面的业绩最为突出，欧盟1990-2000年温室气体排放量减少3.5％，其主要原因是英国和德国成功地减排。卢森堡、芬兰、瑞典和法国在2000年以前超额完成了各自的指标。然而，其他一些国家则远远没有完成各自的指标，其中减排工作做得最差的是西班牙和葡萄牙。在20世纪90年代，这两个国家的温室气体排放量增加了约1/3.

目前主要问题是汽车和卡车排放CO2。20世纪90年代，车辆排放的温室气体猛增18％。

1973年，美国建立区域性生物质能计划，并相继出台了一系列的政策法规，加快生物质能源的发展，为拥有先进的生物质能源技术的开发奠定了基础。2000年，美国设立了生物质能源研发部门，专项拨款，加大投入力度；2012年出台的新农业法案，以财政补贴的形式促进生产燃料乙醇的原材料——玉米的产量增长，玉米价格上涨使得支撑农产品高价的手段得到了加强；并于2013年4月发布《生物质创新计划项目》，将生物质能开发运用到飞机和船只上。

美国生物质直接燃烧发电技术在1979年已得到应用，当年装机容量仅有22MW。近年来得到迅速发展，2010年装机容量达到10400MW。截至2012年底，生物质能源发电量的75%属于直接燃烧发电，总装机容量达到22000MW，有望在2020年突破40000MW。燃料乙醇是目前世界上备受关注的石化燃料代替品，美国燃料乙醇生产居世界第一位，生产原料主要有玉米、马铃薯等，年产乙醇40×108m3，与该乙醇混合的汽油占该国总耗油量的三成以上。

2．欧盟的应用现状

20世纪爆发的三次“石油危机”，引起了世界范围内的能源恐慌，由此各国纷纷制订可再生能源计划，建立安全、清洁、可持续的新能源产业。欧盟各成员国政府颁布了相应的政策法规，对生物质能的研究和开发给予财政支持。

目前欧洲生物质能发展迅速，主要应用领域有转化生物柴油和生物质能发电，在生物质能供暖方面也有较高的市场化水平。欧盟能够成为全球最大的生物柴油生产基地，得益于其在原料生产、加工制造等环节给予的优惠政策。原料主要来自于欧盟各国自产的菜籽油以及进口的棕榈油和豆油，目前年产量已达世界总产量的65%。从2011年开始，欧洲生物柴油产量连续两年下滑，2012年跌至低谷。因此为确保欧洲各国生物柴油行业的持续发展，自2013年起，欧洲各国政府决定对国外进口生物柴油征收临时反倾销税，压制阿根廷和印度尼西亚等出口国对欧洲市场的影响，从而促进了本土产能的增长。

在生物质能发电方面，政府通过建立分离支持给付系统，使得劳动生产者享有45欧元/hm2（公顷）资金补贴，保障各国发展生物质能原料的供应。芬兰在欧洲建立了最大的生物质能发电站，德国和丹麦主要开发热电联产业，到2005年底，德国建成140多个区域热电联发电厂。

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.

五种常见的可再生能源

如今，得益于科学技术和生产技术的不断进步，为了努力摆脱对化石燃料的依赖，人类开发了越来越多样的绿色能源。下面是五种常见的可再生能源介绍。

太阳能发电

太阳能是一种可再生能源，5000多年来，一直在人类的生产生活中发挥巨大作用。随着时间的推移，太阳能的用途发生了很大变化，从取暖到为太空中的卫星供电。但是，目前家庭房屋和各类建筑中，仍然缺乏能效高且价格低廉的太阳能发电设备。

太阳能电池板的工作方式非常简单，它是由数百万个太阳能电池组成的面板。当太阳照射到这些电池板时，通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能。这些电能可以为家庭供电，并且价格十分低廉。

风力发电

人们看向大海时，会发现海平面上有很多风力涡轮机。虽然它们可能不是最吸引人的，但它们效率非常高。因为欧洲和一些地区有绵延不绝的海岸线，所以风力发电在这些地方比较普遍，

风力涡轮机就像喷气发动机的进气口。当空气进入时，首先会遇到一套固定的叶片，它能把空气引导进一套可转动的叶片。空气推动叶片并出现在另一边，此时空气流动的速度比在涡轮机外流动的速度更慢。遮蔽物做成合适的形状，以便其引导在外面相对流动较快的空气进入转子后面的区域。快速流动的空气加速缓慢移动的空气，使涡轮机叶片后的区域变成低气压，以吸纳更多的空气通过它们。

水力发电

水力发电系(Hydroelectric power)利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能。水的高度，水的重量，甚至水的流动速度都可以用来发电。

地球上有大量的河流和不同类型的水流，这意味着我们可以大量安装水力发电站。

生物质能

生物质能的应用在日常生活中越来越普遍。生物柴油可以为 汽车 、公共 汽车 和商业车辆提供动力；生物质发电机可以提供家庭用电，此外，人们每天都发现新的生物质能。

地热能

地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。因为放射性粒子会慢慢衰变，所以地热能是一种可再生能源。并且只要地球还在旋转，地热能就会一直存在，完全不用担心它们会耗尽。

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