不可再生能源的形成条件与特点
人类开发利用后,在相当长的时间内,不可能再生的自然资源叫不可再生资源。主要指自然界的各种矿物、岩石和化石燃料,例如泥炭、煤、石油、天然气、金属矿产、非金属矿产等。这类资源是在地球长期演化历史过程中,在一定阶段、一定地区、一定条件下,经历漫长的地质时期形成的。与人类社会的发展相比,其形成非常缓慢,与其它资源相比,再生速度很慢,或几乎不能再生。人类对不可再生资源的开发和利用,只会消耗,而不可能保持其原有储量或再生。其中,一些资源可重新利用,如金、银、铜、铁、铅、锌等金属资源;另一些是不能重复利用的资源,如煤、石油、天然气等化石燃料,当它们作为能源利用而被燃烧后,尽管能量可以由一种形式转换为另一种形式,但作为原有的物质形态已不复存在,其形式已发生变化。
通过天然作用或人工活动能冉生更新,而为人类反复利用的自然资源叫可再生资源,又称为更新自然资源,如土壤、植物、动物、微生物和各种自然生物群落、森林、草原、水生生物等。
可再生自然资源在现阶段自然界的特定时空条件下,能持续再生更新、繁衍增长,保持或扩大其储量,依靠种源而再生。
一旦种源消失,该资源就不能再生,从而要求科学的合理利用和保护物种种源,才可能再生,才可能“取之不尽,用之不竭”。土壤属可再生资源,是因为土壤肥力可以通过人工措施和自然过程而不断更新。但土壤又有不可再生的一面,因为水土流失和土壤侵蚀可以比再生的土壤自然更新过程快得多,在一定时间和一定条件下也就成为不能再生的资源。
可再生能源泛指多种取之不竭的能源,严谨来说,是人类有生之年都不会耗尽的能源。可再生能源不包含现时有限的能源,如化石燃料和核能。
大部分的可再生能源其实都是太阳能的储存。可再生的意思并非提供十年的能源,而是百年甚至千年的。
油气生产主要集中在波斯湾,俄罗斯,大西洋沿岸(欧洲北海,西非,委内瑞拉等),煤分布比较广泛,亚欧大陆比较多
消费主要集中在发达国家和快速发展中的国家,如北美,欧洲,中国,日本
世界各国能源结构特点
据报道有关专家指出,目前世界各国能源结构的特点,一般要取决于该国资源、经济和科技发展等因素。
首先,煤炭资源丰富的国家中,在能源消费中往往以煤为主,煤炭消费比重较大。其中南非为77.1%,中国72.9%,波兰68.1%,印度56.8%,澳大利亚44.5%,美国24.9%。
其次,发达国家中石油在消费结构中所占比重均在35%以上,其中美国39.7%,日本51.1%,德国40.6%,法国37.9%,英国35.4 %,加拿大37.9%,意大利58.4%,澳大利亚36.3%。
第三,天然气资源丰富的国家中,天然气在消费结构中所占比例均在35%以上,其中俄罗斯55.5%,伊朗43.8%,沙特41.2%,英国 35.1%。
第四,煤油气能源缺乏的国家,根据自身特点大力发展核电及水电,其中日本核能在能源消费结构中所占比例为16.8%,法国核能占40. 1%,韩国核能占13.8%,乌克兰核能占13.8%,加拿大水电占13. 0%,巴西水电占19.8%。
第五,在世界前20个能源消费大国中,煤炭占第一位的有5个,占第二位的有6个,占第三位的有9个。
当前就全世界而言,石油在能源消费结构中占第一位,但所占比例正在缓慢下降;煤炭占第二位,所占比例也在下降;目前天然气占第三位,所占比例持续上升,前景良好。
世界能源发展的变革趋势及其特点
p第一,世界能源已步入一个新的变革期。能源作为人类社会生产生活的动力,现代社会的发展与经济的繁荣,与能源的发展变革息息相关。近30年来,“石油危机”的发生和现代工业带来的一系列环境问题,使人们对不可再生矿物能源贮量的有限性及其使用的局限性有了更深刻的认识。有限的资源和有限的空间环境,迫使人们在合理利用常规能源及寻求可再生新能源方面进行了积极探索与研究。近来年,由此而构成的能源科技新突破和新发展与微电子技术、生物技术、海洋工程、新材料研究等,共同形成一个引人注目的高技术群。这些高技术在世界范围内的角逐,汇集成一股全球性的高新技术发展洪流。世界能源已步入一个新的变革时期。据有关资料预测,这次变革大体将经历两个阶段。在第一阶段,以天然气、煤层气等气体能源为主体,以液化煤、气化煤等传统矿物能源的洁净化技术和核裂变技术为两翼,将共同构成世界能源消费的主体。然后,才有可能逐步过渡到以核聚变及可再生能源为主的第二阶段。
第二,高新技术成果在能源工业迅速推广应用,使整个能源工业正在由低技术向高技术过渡。目前,几乎所有新技术革命的重大成就都已迅速地渗透到能源勘探、开发、加工、转奂、输送、利用的各个环节。如以计算机为核心的现代设计、制造、监控、管理、信息处理系统和自动控制系统;各种高性能合金、工程塑料、合成树脂、高性能复合结构材料、光纤等新材料的广泛应用;利用微生物探矿、控制有害物质含量和对煤炭用细菌脱硫的各种研究与工业性试验;利用航天技术进行资源普查、处理危险事故,建立高效率、高能量太阳能发电站等等。能源产量的增长愈来愈依靠科学技术进步。
第三,能源产品正在向洁净化、精细化、高质量化、多元化方向发展,常规能源的开发、加工、转换、输送和综合利用技术将会出现显著进展和重大突破。为了扩大煤炭的应用,煤的地下气化、流化床燃烧技术以及煤的气、液化工作正在得到高度重视。目前,利用煤地下气化上接燃烧发电的试验性电站,3万千瓦的常压流化床燃烧技术装备,日处理能力70-120吨煤的煤气化试验设备以及日处理250吨的液化试验装备均已建成。
第四,节能新节品和新技术不断涌现。许多国家除在提高劳动生产率,改进生产工艺,应用节能新产品、新技术、新材料、新工艺上积极努力外,更引人注目的是在储能技术上的突破。目前日本正在进行1KW级——10KW级——100KW级电池的研究与试制。美国已设计成功最大储量为10000MWH的超导磁体储能装置,各种机械能、自然能、化学能、热能的储存研究更是方兴未艾,此起彼伏。
第五,各种新能源和可再生能源的开发利用引人瞩目。在各种新能源和可再生能源开发利用中,以太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能等可再生能源的发展研究最为迅速。目前,10万千瓦的光电池电站,1万千瓦的风力试验农场,19万千瓦的地热发电站,24万千瓦的潮汐发电站均已建成。
第六,能源开发利用的模式面临着历史性变革。有关专家曾将人类能源开发利用的模工概括为以下4种:一是在较低水平上的可持续使用模式。这一模式是指人类在进入工业化时代以前,能源消耗还比较少,尽管也存在局部的能源短缺和环境破坏,但总体上未产生全球性的能源与环境问题,人类能源的开发和利用还限制在较低水平上的可持续发展阶段。二是对廉价能源毫不节制的消耗模式。工业革命之后,人类对能源的开发和利用有了巨大的变化,原始森林的急剧减少、大规模开发利用煤炭以及价格低廉的石油有力地支持了一大批工业化国家的复兴和一批新兴工业化国家的兴起。这一时期人类对能源的开发和利用可以说是掠夺性的,给全球生态环境造成了无可挽回的损害。只不过这种损害被世界经济的空前繁荣与工业化带来的物质文明所掩盖。三是节制开发和珍惜使用模式。1973年和1979年两次石油危机,导致了世界性的经济危机,人类意识到矿物燃料总会有枯竭的那一天。工业化国家开始节省能源、提高能效并积极寻求替代能源。四是环境容量要求人类对自己的能源开发消费行为加以限制的模式。人们对气候变化的不断关注,从而意识到能源与环境协调发展的重要性。如果人类不对毫无节制的能源开发消费行为加以控制,环境资源将先于能源资源而枯竭。因此,对能源的利用应该首先限制在环境容量允许的范围之内,否则发展将难以为继。可见,资源短缺特别是各类不可再生资源的日渐枯竭和日益严重的生态环境问题是人类能源开发利用的两大限制性因素。据统计,在近代工业化革命短短的一二百年中,工业生产增长了50倍,矿物燃料的消耗产加了30倍。更重要的是:人类创造物质财富能力的80%是在20世纪50年代之后产生的,人类消耗矿物燃烧的能力的60%也是在50年代以后产生的。如果人类能源开发利用的模式不尽快改变,其后果将是灾难性的。
不可再生能源,又称非再生能源、耗竭性能源,与可再生能源对应,是无法经过短时间内再生的能源,而且它们的消耗速度远远超过它们再生的速度。煤炭、石油、天然气等化石燃料与核燃料、矿产等均属于不可再生能源,如该能源一旦耗尽,将不能开采出更多的可用储备供将来使用。
不可再生能源核燃料
核能发电提供约6%和世界的13%-14%的电,核技术需要核燃料作为能源,但核燃料在世界上的浓度相对很低,开采相对困难,目前只有19个国家能够开采到铀矿。 核电厂、医院、农业、工业、食品业与科学研究等都会产生出放射性废料,世界上有许多国家虽然没有核电厂但是也有放射性废料处理厂。
化石燃料
由于使用化石燃料的内燃机技术在17世纪被迅速发展,因此化石燃料被现代社会大量使用。然而化石燃料是不可再生的,目前人类使用的主要能源仍然依赖不可再生能源,而且主要能源快速消耗的同时,需求还不断增加。可是所有耗竭性能源都需要数百万年时间慢慢形成,在人类的时间尺度上,它们都不能被及时再补充,是不可再生的资源。由于不可再生能源在短时间内无法被制造,而人类社会的许多活动都会消耗不可再生能源,导致其价格不断攀升。
可再生能源生物质能
生物质能是指能够当作燃料或者工业原料,活着或刚死去的有机物。生物质能最常见于种植植物所制造的生质燃料,或者用来生产纤维、化学制品和热能的动物或植物。也包括以生物可降解的废弃物(Biodegradable waste)制造的燃料。但那些已经变质成为煤炭或石油等的有机物质除外。
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。地球内部的温度高达摄氏7000度,而在80至100公里的深度处,温度会降至摄氏650度至1200度。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳,热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热,这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法,就是直接取用这些热源,并抽取其能量。
海洋能
海洋能源(有时也简称为海洋能)是指由波浪、潮汐、洋流、海水盐度的和海洋温度的差异产生能量。海洋能是一种新兴技术,地球上的海洋运动提供庞大的动能力量或运动中的能量。可以利用这种能量发电,以供家庭、运输和工业用电。
太阳能
太阳能一般是指太阳光的辐射能量,自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存,广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能,化石燃料可以称为远古的太阳能。自古人类就懂得以阳光晒干物件,也是保存食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。太阳能使用的方式可分为光热转换(被动式利用)和光电转换两种方式。主动式太阳能技术,包括利用太阳能光伏板和太阳能集热器储存能量。被动式太阳能技术,包括导向建筑物在阳光下,选择材料具有良好的热质量或光分散性能和设计自然空气流通的空间。
水力
在水中的能量亦为人类所驱,因为水比空气的密度高800倍,即使是慢慢流的水都可以产生很大的能量。
风能
空气中随着温度高低,气流会移动,即为“风”, 风力发电机利用风能可以转变成机械能,再将机械能转成电能,现代的风力发电机一开始系由丹麦研究进入商业运行,起始于1970年代后期的石油危机,丹麦意识到自己国家缺乏自产能源,高度仰仗进口能源将危害国家中长期发展,所以在此危机意识下,大力推动风力发电。
现代的风机在1980年后至今有突飞猛进的进步,不论在技术的进步以及成本的下降,都足以和传统电能分庭抗礼。现代风机的单机容量在1.5-3MW之间。由于风的能量与其速度为2的立方比(8倍),所以风速增加一些些,其能产生的能量就大得许多。一般而言,风机的发电量每年在1500-3000满发小时之间。
可再生:在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充或重复利用的能源.例如太阳能、风能、水能、生物质能、潮汐能等.
不可再生:泛指人类开发利用后,在现阶段不可能再生的能源资源,叫“非可再生能源”.如煤和石油都是古生物的遗体被掩压在地下深层中,经过漫长的演化而形成的(故也称为“化石燃料”),一旦被燃烧耗用后,不可能在数百年乃至数万年内再生,因而属于“不可再生能源”.除此之外,不可再生能源还有,煤、石油、天然气、核能、油页岩.
2、再生能源有:太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能。
3、可再生能源:在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源。
4、非再生能源:经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源。