可再生的海洋能源

生命起源于海洋，人类繁衍于陆地。

今天，面对陆地资源短缺的压力，人类又把目光转向海洋，提出了“21世纪是海洋世纪”的说法。海洋对人类的意义主要是有五个方面。

海洋生物资源00

首先是发展海洋牧场。由于现代科学技术越来越多地应用到海洋渔业当中，使捕鱼率大大提高，但也导致天然渔业资源的衰退。因此，各海洋国家都非常注意开发海洋牧场，即用人工繁殖的苗种，在人为的舒适环境中经过中间培养，然后放到海洋中养殖，摄取海水中的天然饵料生物来生长发育，最后科学合理地进行捕捞。从而使海洋渔业由传统的捕捞垂钓型向养殖放牧型的现代化海洋牧场方向发展。

其次，生物工程技术为改善海产品的质量开辟了新途径。例如用重组DNA技术生产的生长激素使鱼的体重比对照的鱼增加了近一倍，而牡蛎、蛤、扇贝、贻贝和鲍鱼的产量则提高了25％。第三，海藻将成为未来“海洋食品农业”的重点之一。一公顷水面养殖海藻，加工后可提取20吨蛋白质，相当于40公顷耕地年产大豆的含量。海洋正发展为人类的“第二粮仓”。第四，向海洋要药。科学家们通过对多种海洋动物、植物和微生物进行研究，分离出数千种活性化合物，它们具有特异的化学结构，是陆生生物无法比拟的。其中许多化合物在抗癌、抗病毒、抗放射性、抗衰老、抗心血管病方面显示了特殊的功效。因此，向海洋索取新药、特药已成为全球竞相开发的热点。

海洋矿物资源

世界海洋矿产开发中最重要的组成部分是海洋油气的开采，其产值占海洋开发总产值的70％以上。到1995年，世界上已有50多个国家和地区从海洋开采石油，年产量占世界石油产量的30％左右；海上天然气产量已占天然气总产量的20％以上。海洋油气开发表现出高速、高效的明显特点。当前仅次于油气的海洋矿产资源是滨海沙矿。已开发利用的滨海沙矿主要有金刚石、金、铂、锡等金属、非金属、稀有和稀土矿物等数十种。海洋矿产资源中还有一潜在的宝库———大洋多金属结核，总储量达3万多亿吨，其中一些锰、镍、铜和钴等主要有用金属的含量是地壳中平均含量的300多倍，有可能成为21世纪这些金属的主要来源。目前各国正在集中力量研制深海潜水器、水下居住舱以及海底采矿装置。预计从2010年开始，海底多金属结核的商业性开采将逐渐规模性展开。对洋底天然气水合物（可燃冰）的开发利用也提上了日程。

海洋可再生能源的利用

据专家估计，世界海洋能的蕴藏总量高达750亿千瓦，包括潮汐能、温差能、盐差能、海流能和波能。由于这些能源具有可再生性、永恒性、无污染、分布广、数量大等优越性，许多国家都投入大量人力、物力、财力进行研究与开发。从目前水平看，海洋能之中潮汐能开发技术最成熟，已接近实用化并具有一定的商业竞争能力。不少国家已建成一定规模的潮汐能电站，如法国朗斯潮汐电站、俄罗斯基斯洛潮汐电站、我国的江夏潮汐电站等。波能技术也取得很大进展，日、美、英、加等国进行过国际合作波能发电实验，挪威曾建造500千瓦和350千瓦的波能电站，我国也已在导航灯标上推广使用小型波力发电装置。海洋温差发电、海流能和盐差能的研究与开发尚待进一步加强。

海水资源综合利用

目前已有70多个国家和地区进行海水淡化技术开发研究，其中科威特、沙特阿拉伯、美国、日本等都把淡化海水作为解决淡水不足的主要办法，特别是科威特的淡水几乎全由海水淡化供应。海水淡化除过去主要采用的蒸馏法以外，利用渗透膜和分离膜淡化以及太阳能蒸馏法亦显出美好的前景。

海水还是含有多种可开发利用的元素的液体矿床。其中溶解着近80种元素，陆地上的天然元素在海水中不仅几乎都存在，而且有17种元素是陆地上所稀少的。现代技术已能对海水中溶解的卤素以及镁、钾等资源提炼制备。预计在21世纪中对海水中大部分资源特别是海水提铀、锂、氚的研究将取得新的突破，从而为新能源开发提供燃料。

海洋空间资源利用

首先，传统的海洋运输业在现代科技条件下有了新的发展。在世界上各种方式的运输中，海上运输起着主导作用，海洋为此提供了无数条不用维修的“天然铁路”。不仅洲际间往来大多依赖于船舶，而且近岸海洋在运输上也功不可没。海上运输成本低、运量大，如今超级油轮的容量可达50万吨以上，当这种油轮以15海里／小时的速度在海上航行时，相当于1万节满载的火车皮同时在轨道上奔驰。

其次是开发海上的生产、生活空间。诸如海上人工岛、海上工厂、海上城市、海上走廊、海上牧场、海上机场、海上油库、海上公园等。科学家预测，至迟到21世纪末，人类将有十分之一的人口移居海洋城市。

第三是海洋中和海底空间的开发利用。如在海底铺设电缆、建设海中隧道、海底隧道、水下航行、海底输油管道以及海洋合理倾废场等。

这里要特别指出的是，在发展上述海洋开发技术的同时，必须注意发展海洋环境和海洋灾害监测技术，搞好海洋资源管理和海洋环境保护，使海洋开发利用走上可持续发展的轨道。

法国

法国在能源方面最大的特征是核能大国。一次能源中有4成多是核能，并向多个国家出口电力。另一方面，法国国内资源贫乏，石油、天然气和煤炭的大部分都要依靠进口。

其能源政策的基本方针是，能源自给、实现有竞争力的能源价格、削减温室气体、向全体国民提供能源等，其中心措施为推进核能。

法国也在推进采用可再生能源。

欧洲风力能源协会的调查结果显示，2010年法国采用了108.6万千瓦的风力发电设备，2010年年底发电规模达到了566万千瓦。2009年的装机容量规模在欧洲仅次於西班牙和德国，累计规模也排名第四。

法国政府一直从潜在能力、供电能力及景观等方面考虑，指定可建设风力发电设施的地区。从地区来看，在北部的皮卡第（Picardie）、洛兰（Lorraine），中部Centre地区，西北部布列塔尼（Bretagne）等地区，采用风力发电发展较快，在今后的计划中，也是在这些地区以及香槟－阿登地区（champagne-ardenne）的预定建设项目多。

法国今后将继续扩大利用可再生能源。法国政府描绘了这样一幅蓝图，到2020年使风力发电的采用规模扩大到2500万千瓦，把其培育成可与水力发电相媲美的电力资源。

加拿大

加拿大河流和湖泊众多，这也使得该国成为世界第二大水力发电国家，全国能源的60%都来自水  力发电。不过目前加拿大的水力发电仍有很大的潜力可挖。根据加拿大今年2月的一份报告，该国从2011年到2030年间将投入3475亿加元用於建设新的电力设施。而根据以往的经验，很大一部分投入将用於建设水力发电站上。

加拿大还是世界上第六大利用风能发电的国家。近两年来，加拿大风能发电经历了大幅度的发展。到2011年12月，加拿大风能发电约达5177兆瓦，风能发电约占加拿大电力需求的2%。加拿大风能协会预计，在15年的时间内该国风能发电能翻10番，在电力需求的比例能占到20%。到2050年，风能工业预计将给加拿大创造52000个新的工作岗位。

美国

美国再生能源发电占新发电容量比重渐增。美国联邦能源管理委员会(Federal Energy Regulatory Commission, FERC)能源计画办公室最近公布的”能源结构更新”资料显示，2013年10月份太阳能、生质能源和风力合计的新发电容量为694百万瓦，占全部新上线发电的99.3%。

10月份的新发电容量中以12座共504百万瓦容量的新太阳能发电站占72.1%居先，其後为4座生质发电站(124百万瓦，占17.7%)和2座风力发电场(66百万瓦，占9.4%)。

2013年前10个月内再生能源(生质、地热、太阳能、水力和风力发电)共占新发电容量的32.8%，比燃煤发电(1,543百万瓦，12.5%)、燃油发电(36百万瓦，0.3%)高出很多。

2013年1月至10月太阳能发电占新发电容量的20.5%(2,528百万瓦)，是上年度同期(1,257百万瓦)的两倍多。然而，天燃气则以6,625百万瓦的新发电容量占53.7%居前。

2013年前10个月的各能源全部17,008百万瓦新发电容量则较上年度同期的12,327百万瓦衰退27.5%之多。

至目前为止，再生能源约占全美营运发电容量的16%，包括：水力为8.3%、风力为5.21%、生质为1.32%、太阳能为0.59%、地热为0.33%，大於核能(9.22%)和燃油(4.06%)两项的合计。

另外，美国能源部的美国能源资讯署发行的最近一期电力月刊(Electric Power Monthly)指出，2013年前三季，再生能源发电占净发电的12.95%(水力--6.90%、风力--4.03%、生质--1.40% 、地热--0.41%、太阳能--0.21%)。

俄罗斯

除核电外，俄罗斯的其他非化石能源模式也方兴未艾。“俄罗斯可再生能源潜力巨大。”

俄罗斯每年产生1亿吨生物废料用于发电，目前，这些生物质能可产生3亿兆瓦时的电量。另外尽管俄罗斯不是世界上太阳能最丰富的国家，但小型太阳能发电机却广受欢迎。他们在自己住宅或别墅安装太阳能装置。

水电在俄罗斯电力结构中起到很大作用，被视为保证国家统一电力系统可靠性的关键因素。俄罗斯已投入运行的水电装机容量为49.7吉瓦，其中装机容量大于10兆瓦的水电站有85座。为了实现到2020年水电装机达60吉瓦的国家电力战略目标，俄罗斯国有水力发电公司正在加大水电开发力度。

而虽然俄罗斯拥有巨大的非化石能源潜力，但正在运行或待建的项目屈指可数。阻碍俄非化石能源发展的因素来自多方面。首先，受丰富的传统能源石油、天然气的影响，俄政府很难改变原有的能源结构，非化石能源领域缺乏先进技术和专业人才。其次，政策上，缺少相应的财政机制和优惠的税收政策。再者，可再生能源也有自己的劣势，如光伏发电受昼夜和季节变化影响较大；生物质发电占地面积大、效率低等。另外，建设非化石能源电厂要比建设常规火电厂造价昂贵，投资回报期也长。

近几年，在世界范围内可再生能源技术蓬勃发展，许多国家都走向了自己的非化石能源时代。眼看各国争先恐后地发展非化石能源，俄罗斯也不甘人后。为达到非化石能源战略预定目标，俄政府计划在2020年前拨出3万亿卢布用于发展可再生能源发电。其中，5000亿卢布为国家预算资金，2.5万亿卢布为私人投资者资金，未来装机能力将达200亿瓦。其中，80亿瓦装机能力主要是生物质发电；70亿瓦为风能发电；40亿瓦为小型水力发电；10亿瓦为小型模块式发电、地热发电、潮汐发电、太阳能发电等。俄罗斯能源部也称，目前正在制定可再生能源等一系列相关法律条例，用于扶持太阳能、风能和生物发电。

澳大利亚

澳大利亚得天独厚的自然资源，为其发展清洁能源奠定了雄厚物质基础。澳拥有100余座水电站；建有61个风电场、1353个风力发电机组，总装机容量约为2500兆瓦。作为全球光照资源最为丰富的国家（90%以上的地面光照强度超过1950千瓦时/平方米），其太阳能发电特别是光伏产业的发展潜力巨大。2011年，光伏发电能力达1.4吉瓦，其中新增837兆瓦，成为世界光伏增量最大的十个市场之一。澳大利亚的生物质、波能和热岩地热等资源也十分丰富。

澳大利亚是首个提出“可再生能源目标”的国家。到2020年，可再生能源发电量在总发电量中的比重要从目前的8%提升至20%，即达到45000吉瓦时。权威机构据此预测，未来10年内，澳大利亚的可再生能源发电规模至少应达到20吉瓦（其中光伏安装容量将达到5吉瓦），是现有规模的5倍，将创造360亿澳元的投资机会。

它同时是全球利用太阳能能源最为广泛与先进的国家之一，太阳能技术被广泛的应用在工业，农业，民用设施等领域。自1990年代开始後，澳洲大量兴建太阳能发电厂以取代核电站的作用，太阳能能源与风力发电在全国被大力推广。此外墨尔本亦是世界上第一个使用太阳能动力供给城市交通灯以及储存太阳能供应路灯电力的城市。

石油，煤矿等资源将加速减少。核能、太阳能即将成为主要能源。

一下就具体每种能量细说：

太阳能：太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。

细分就是：

1.太阳能光伏 光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。

2.太阳热能 现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。

3.太阳光合能：植物利用太阳光进行光合作用，合成有机物。

核能：核能是通过转化其质量从原子核释放的能量

具体方式：1.核裂变能：所谓核裂变能是通过一些重原子核（如铀-235、铀-238、钚-239等）的裂变释放出的能量

2：核聚变能：由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素—氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。

3：核聚变能：由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素—氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。

核能的利用存在的主要问题：

1：资源利用率低。

2：反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决。

3：反应堆的安全问题尚需不断监控及改进。

4：核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制

5：核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大

海洋能：

海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。

风能：

风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。

生物质能：

生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。

地热能：

地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。

氢能：

在众多新能源中，氢能以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出，将成为21世纪最理想的新能源。氢能可应用于航天航空、汽车的燃料,等高热行业。

海洋渗透能：

如果有两种盐溶液，一种溶液中盐的浓度高，一种溶液的浓度低，那么把两种溶液放在一起并用一种渗透膜隔离后，会产生渗透压，水会从浓度低的溶液流向浓度高的溶液。

水能：

水能是一种可再生能源，是清洁能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。

当然常见的，已经实现的是下面几种：

生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。

还有一些不常见，或者很少听见的就是：可燃冰，煤层气，微生物。

可燃冰：这是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似，故称“可燃冰”。可燃冰在低温高压下呈稳定状态，冰融化所释放的可燃气体相当于原来固体化合物体积的100倍。

煤层气：煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。从泥炭到褐煤，每吨煤产生68m3气；从泥炭到肥煤，每吨煤产生130m3气；从泥炭到无烟煤每吨煤产生400m3气。科学家估计，地球上煤层气可达2000Tm3。

微生物：世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等，利用微生物发酵，可制成酒精，酒精具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，用其稀释汽油可得到“乙醇汽油”，而且制作酒精的原料丰富，成本低廉。据报道，巴西已改装“乙醇汽油”或酒精为燃料的汽车达几十万辆，减轻了大气污染。此外，利用微生物可制取氢气，以开辟能源的新途径。

其实很多能源都是来自于太阳能，想海洋能，煤层气，微生物，风能，水能，都是有太阳能而来。只是他们之间转换了一下。

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.

与所有其他自然资源一样，埃塞俄比亚的水力资源在其陆地上的分布不均匀。一般来说，适合水力发电的降雨量和地形条件，即随着人们从西向东移动直至完全干旱，奥加登低地的平坦沙漠类型减少。虽然该国西部和南部地区降雨量相对丰富，但在北部高地和中部高原地区降雨量较为温和(见图6)。因此，可以说埃塞俄比亚水力资源的分布与其风能资源的分布形成对比，因为前者减少而后者随着我们下降到东部低地而增加。在西部，中部和西南部的高地也是如此。

埃塞俄比亚的水电潜力对其邻国作出了重要贡献。苏丹，肯尼亚，吉布提，索马里和厄立特里亚，因为它们构成了该地区现有的水力发电市场。其中一些国家已经面临电力短缺，因此急需电力为其经济提供动力。截至2007年，EEPCo正在开展小型项目，旨在向邻国苏丹和吉布提出口水力发电。

可燃冰：未来能源

最近，新华社播发了一条消息，报导了在我国南海发现了新型能源——“可燃冰”，从而使人们对“可燃冰”产生了极大的兴趣。

另类天然气

可燃冰顾名思义点火能燃烧，是一种非常规能源。它是天然气分手(除氢、氦和氖外)充填在水的晶体笼架中形成的冰状固体物，又叫(天然)气水合物或固体气。由于可燃冰中以甲烷(大于90%)为主，故也称甲烷水合物。充填甲烷的可燃冰1立方米可产出气164立方米和水0.8立方米，其能量密度是煤和黑色页岩的10倍左右，故是一种能量密度高的能源。

要形成可燃冰，必须同时具备三个条件：一是低温(0～1 0℃)、二是高压 (>1OMPa或水深300m及更深)、三是充足的气源。由于形成条件的制约，可燃冰通常仅分布在海洋大陆架外的陆坡、深海和深湖以及永久冰土带。大约27%的陆地(极地冰川冰土带和冰雪高山冻结岩)和90%的大洋水域是可燃冰的潜在区，其中大洋水域的30%可能是其气藏的发育区。

目前陆地上发现的可燃冰气藏与常规气藏赋存形式相同，都在成岩的层状地层中，因此开发上和常规气层开发基本相同。

陆上可燃冰气藏与海洋可燃冰气藏相比，气层厚度相对较大，并且均发现在含油气盆地中，气藏是下生上储型，气源是来自下伏地层中的常规气藏的热解气，因为甲烷的碳同位素组成通常为-41%。至-49%。

目前海洋中发现的可燃冰数量与规模比陆地上大，主要分布在东、西太平洋边缘、西大西洋边缘，此外，东大西洋边缘和印度洋有小量发现。中、北美洲沿岸发现最多。目前海洋中发现可燃冰多寡可能与研究调查程度详疏有关。随着研究和调查探查的增加，世界海洋中发现的可燃冰逐渐增加，1993年海底发现57处， 2001年增加到88处。海洋中每处可燃冰范围往往很大，美国东南海岸外的布莱克海岭可燃冰面积就有约26000平方千米。海洋可燃冰往往赋存于新生代成岩欠佳或未成岩沉积物中，在砂岩和粉砂岩中以细粒浸染状分布于孔隙中或以网脉状充填裂隙中，若在未成岩沉积物中通常呈团块状，絮云状、薄层状和透镜状，故含气整体性较差，但在砂岩储集层中含气整体性较好，海洋可燃冰在上新世地层中发现多。海洋可燃冰充填的天然气，大多数来自下伏同体系沉积层 (物)和同层沉积物形成的生物气为主，由甲烷碳同位素组成，通常为-57‰至-96‰。

由来已久

可燃冰(气水合物)的研究可追溯到200多年前。18— 19世纪是在实验室内的小规模的研究。1778年和1811年分别实验成功二氧化硫水合物和氯气水合物，此后至20世纪30年代前，实验获得了甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷，氮、二氧化碳、硫化氢、氩、氪和氙各自的水合物。30年代初苏联学者在西伯利亚输气管道中首次发现了自然形成的可燃冰，1946年苏联学者最先提出在永久冻土带有可燃冰的假想。 60年代开始，苏联、美国、德国、荷兰相继开展水合物的结构和热动力学研究。 1960年在西伯利亚发现了第一个可燃冰气藏--麦素雅哈气田，并于1969年投入开发，采气14年，总采气50.17 × 108m3(约为该气田总产气量的36%)。1972年美国学者和苏联学者分别在阿拉斯加北极斜坡第三系中和黑海海底沉积物中取得可燃冰天然样品。

世界第一个可燃冰气藏的发现和开发，以及在地层中可燃冰自然样品的获得，对20世纪后叶可燃冰的综合研究和勘探、评价及研究领域迅速扩大，研究国家不断扩大，起了重大推动作用。美国、日本、印度、俄罗斯、德国、美国、加拿大、挪威和巴基斯坦、荷兰在寻找海洋可燃冰上有较大的投入，并取得显著的进展。迄今，世界上至少有30多个国家和地区进行可燃冰的研究与调查勘探。

可燃冰勘探取得重大进展是依靠地震 BSR(似海底反射层)。BSR是海底地震反射剖面中一种地震反射层，位于海底下几百米沉积中且与海底地形近于平行。BSR为海底沉积物中可燃冰稳定带基底，其上是可燃冰或气藏赋存处。目前，世界海上可燃冰发现及范围圈定主要有赖于BSR。

20世纪末和21世纪初是利用BSR大力勘探海上可燃冰时期。除麦索雅哈气田可燃冰开发外，可燃冰均未开发。有的放矢的可燃冰钻探在能源匮乏的日本走在前面，在该国南海海槽已钻7口探井，还与加拿大合作在加拿大马更歇三角洲冰土带进行可燃冰钻探。

蕴藏丰富

可燃冰是潜力极巨大的超级潜在能源，在整体上和区域上其资源量是惊人的，但各家估测值不一(280×1012m3—5600000×1012m3)。目前对可燃冰中甲烷总量较为一致的估计是2.0×1016m3或2.1×1016m3，相当于当前已探明化石燃料(煤、石油和天然气)总含碳量的两倍，所以西方学者称其为是“21世纪能源”或“未来能源”。一些研究和勘探较深入地区发现可燃冰资源量是巨大的。据日本地质调查的估计，日本海及其周围可燃冰资源6×1012m3，按1995年日本耗气量计算可供100年使用。

我国可燃冰研究开始较晚。1990年中国科学院兰州冰川研究所冻土工程国家重点试验室与莫斯科大学冻土专业学者合作开展室内可燃冰合成试验；20世纪90年代中期石油大学郭天民等在实验室合成了可燃冰；90年代末和21世纪初西安交通大学刘芙蓉等从事可燃冰实验室研究并合成了可燃冰。1992年史斗等出版了“国外天然气水合物研究进展”(兰州大学出版社)；1998年《天然气地球科学》出版了“天然气水合物专辑”(3—4期)；2001年《天然气地球科学》(1—2期)为香山科学会议第160次即“天然气水合物研究现状及我国的对策”学术讨论出了专刊。90年代后期以来国家自然科学基金委员会还批准一些可燃冰基金项目。1996年末开展了“西太平洋水合物找矿前景与方法调研”、1998年完成了“中国海域气体水合物勘探研究调研”。1998—1999年863项目开展了“海底气体水合物资源探查的关键技术”研究，1999年广州海洋地质调查局在南海西沙海槽区至少在130千米地震剖面上发现了BSR；2000年广州海洋地质调查局在西沙海槽继续进行以可燃冰为目标的地震测量。经过两年多工作已大致圈出8000平方千米BSR可燃冰范围。此外，在台湾省东南和西南海底也发现了可燃冰。由于我国可燃冰研究只有十余年，因此关于我国可燃冰资源量总估价还为时过早，在去年2月底香山会议上姚伯初估计南海可燃冰资源量为(60—70)×1012m3；方银霞估计东海的资源量为24×1012m3；作者估计全国可燃冰总资源量不少于100×1012m3。从上可知，我国目前可燃冰只在实验室的、调研的、地震勘探(BSR)的初期研究和勘探阶段，未涉及钻探、开发勘探和研究。

尽管全世界可燃冰资源量准确数据有待进一步研究确定，但其量巨大不可置疑。由于可燃冰赋存形状复杂，故在开发上难度大，如开采后如何不漏失比CO2，大20倍温室效应的甲烷；对未成岩矿藏开采后如何防止水下电缆、工程受滑动影响破坏；把开采成本降到商业价位等问题，导致目前尚未进行商业开发。然而随着科学技术的进步，可燃冰作为新一代能源必将得到大量利用，弥补常规能源的不足。日本力争 2010年商业性开发可燃冰；美国企图在 2015年从海域或永久冻土带中进行可燃冰商业生产。

国外可燃冰研究和勘探都得到石油集团或公司的支持，我国三大石油公司在这方面显得十分逊色。为开发我国可燃冰，三大石油公司应支持我国可燃冰的研究和开发。