千百年来,在人类的生产活动中,在与大自然进行斗争中,不断地消耗着能量。可以说,人类的任何进步、发展,都离不开消耗能量。
在原始时代,人类对能量的消耗,不但数量少,而且形式也是很低级的。随着社会的进步,对能量的消耗也不断发展,直到进入资本主义社会,生产力有了较大的解放,科学技术有了较大的发展,人类才学会了使用矿物燃料:煤炭、石油和天然气。自从人类使用矿物燃料以来大大地推动了生产、科技、经济和文明的进步。在最近一个多世纪中,人类消耗了比以前数万年所消耗能量的总和要大得多。
直到本世纪五十年代之前,在矿物燃料的使用中,还一直以煤炭为主,煤炭耗量达世界总能耗的一半以上;五十年代以后,大量的廉价石油涌进燃料市场。这种燃料,价廉、热值高,使用方便,因而逐渐替代了煤炭在燃料中的地位。石油的消耗量曾达到世界总能量49%左右。
二十多年来,人们无忧无虑地享受着石油带来的好处,特别在一些发达的资本主义国家里,人们尽情地使用着石油,能源的浪费十分惊人;可是时曾几何,七十年代的接连两次能源危机,石油输出国的不断抵制,世界产油区的风云变幻,以及石油资源无穷尽地开采能持续多久,这些问题不得不使有识之士对今后的能源问题慎重将事了。
自1974年以来,一共召开了四次世界能源会议(1974年,第九届,在底特律;1977年,第十届,在伊斯坦布尔;1980年,第十一届,在慕尼黑;1983年,第十届,在新德里)。在这些会议上,能源问题的专家们提出了进行全球性能源调查计划,研究了能源合理使用问题,向全世界揭示了当前能源的形势,并成立了由50名专家组成的调查小组。在回顾、调查以往能源生产、供应、消费的基础上,预测了二十一世纪前期的能源前景。
二十一世纪的能量消耗将继续大幅地增长。这种增长,首先同世界人口的激剧增加有关。1978年,世界入口为43亿,预计到2000年,将增加到60亿,至2020年将进一步增至77亿(最近法国人口研究所预测为79.92亿)。到下一世纪末,世界人口总数还将有很大的增长,虽然增长的速度有逐步下降的趋势,但至下世纪初期的七、八十亿人口,已成为我们这个星球的沉重负担;其次,随着经济和文化的不断发展,人民的物质和精神生活水平的不断提高,能量的消耗势必继续增长。根据这样一个情况,下世纪的能源结构将会发生变化。
本世纪末能源结构中占主要地位的已是由煤炭开始取代了石油,回复到六十年代以前的情况。据专家们预测,下一世纪,煤炭将无可争议地成为主要能源;而石油由于资源枯竭,总的产量虽有增加,产速度变慢,开采出的石油主要作化工原料,而不再作燃料烧掉。核能将会蓬勃发展,其他新能源也有欣欣向荣的趋势。
目前全世界已查明非再生能源的总储量为650 GTOE(注:TOE为石油当量,1 TOE=10500兆卡;G为109),但有人认为,已查明的储量为全球最终总储量的十四分之一,占可开采总储量的七分之一。其中煤占460 GTOE,占已查明非再生能源总储量的70%,今天它担负着耗能总量的25%;而石油连同油页岩和油沙—起才占20%,它今天却供应着能耗的39%,怎能不会比煤炭更早地枯竭呢?
至2020年,非再生能源累计消耗将达400—500 GTOE,2020年至2050年,将累计消耗500—700 GTOE。从1978年至2050年的70余年时间里,共将消耗900—1200 GTOE的非再生能源,已超过目前已探明的储量。预计能量消耗的情况大致为:
石油 已探明的石油储量为85 GTOE,1978年至2020年间将消耗110 ~ 130 GTOE,2020—2050年又需消耗50 ~ 70 GTOE,故石油在下世纪中期将出现75 ~ 115 GTOE的逆差,只能靠新发现的储量填补。据专家估计可能探出的石油新储量为50 GTOE,不足之数只能靠较为昂贵的油页岩(储量为80 GTOE)来补足。
天然气 已探明的天然气储量为60 GTOE,到2020年累计消耗70 ~ 90 GTOE,2020—2050年又将消耗70 ~ 115 GTOE,也将出现逆差,估计可探出新储量为90 ~ 110 GTOE,大体上可补足差额。
煤炭 已探明的煤炭储量为460 GTOE,到2020年,累计开采为120 ~ 140 GTOE,至2050年又将开采170 ~ 220 GTOE,还剩100 ~ 190 GTOE,加上新探明的储量,估计可供下世纪后期之用。
核能 世界各国越来越多地采用核反应堆作为能源。据国际原子能机构统计,当前,由核反应堆供应的电力约占世界能源的六分之一:美国的反应堆比较多,现已开始建造第100个核反应堆,供应的电力占全国总发电量的15%,法国有近三分之二的电力来自核设施,我国台湾省核电生产的动力占59%,比利时占57.8%,瑞典、瑞士各占42.3%和39.8%,保加利亚占31.6%,西德占31.2%,日本占25%,苏联占10%。
下个世纪人口将增至近80亿,要使这种膨胀的人口不陷于贫困,那么现有的50多亿人口和将来的近80亿将需要大量干净而价廉的能源,这种能源只有取自核能。
现已查明的钍、铺矿藏量为35 ~ 45 GTOE,至2020年消耗达45%,如果仅就已探明的储量估算,至2050年将全部消用殆尽。所以核能在下一世纪很难想象可以完全替代石油。摆在面前的任务是,除大力开发核能新矿藏,研究新的核能能源外,要进一步改进当前每吨铀的效率,提高核发电技术,利用快中子反应堆,扩大再生核燃料反应堆。据估计,这样就可以提高效率50倍;同时采用新技术来利用今天的反应堆技术无法使用的贫矿,采用核聚变反应新技术,据专家估计,此项新技术,要在二十一世纪后期才日趋成熟。由此可见,核能虽可称得上是人类今后的理想能源之一,但由于多种科学和技术上的原因,在下一世纪还不能马上成为世界主要能源。
预测二十一世纪前半期,各种能源的累计总耗量,见表1:
从表1可知,煤、核能、新能源和水力所占的比重有明显的增长,生物质能(包括薪柴和木炭)和天然气大致保持现有水平,石油将下降。
表2列述了到2050年的能源结构的变化情况:
从表2可见,煤、核能、新能源和水力所占的比重各有增长,尤以煤炭增长比例十分显著,生物质能和天然气大致保持目前水平,石油将明显下降。
煤炭在今后之所以有明显上升趋势,不但如上面提到的储藏量大,足敷下世纪后期之用,而且开采方便,成本较低。煤炭在下一世纪无可争议地将成为主要能源,恢复其1960年 · 以前的主导地位。但煤炭的缺点是:体积大,运输困难;热值和燃烧效率低(约为石油的三分之二、天然气的五分之四);同时燃烧时污染严重。为了要使煤炭在下坦:纪在能源中居于主导位置,必须解决诸如铁路运输、管道运输,建港问题(日本已在设计像今天的超级油船那样的超级运煤船),还要努力解决煤的气化和液化问题,提高热值和燃烧效率,减少污染,使其在更理想更方便的能源实现之前,完成其神圣的过渡任务。
那么什么是未来的理想能源呢?笔者认为:
首先,它的资源应是无限的、极大丰富的。从这个观点来看,太阳能、水力能、风能、海洋能、地热能和氢能可以称得上是人类未来的理想能源。
第二,理想的能源应当对人类的生存环境不产生任何有害的作用,即称之为既清洁又安全的能源。它不产生环境污染,不破坏生态平衡;它能改善我们人类的生存环境,比如能使沙漠变成绿洲,使气候变得更加理想,使环境变得更为优美,使被污染了的江河恢复到原来的鱼虾成群。
第三,未来理想的能源应具有较高的热值,要便于贮存、运输和使用。从这一点来看,核能、氢能比任何—种矿物燃料更为优越;太阳能、风能、和海洋能等因密度较小,且易变化,不易贮藏,似乎还达不到上述要求,但凭借现在的和今后的科学技术进步,人们已经能够或即将能够找到上述能源的富集方法。例如,目前把太阳能聚集,能产生高达3000℃以上的温度,并利用科学技术,把它转换为电能、氢能或化学能加以贮存和输送,在下一世纪是有希望可以广泛应用的。
第四,理想的能源除了能进行大规模开采利用外,还要能作小型分散地使用,特别能适应人口稀疏的边远地区。从这一点来说,太阳能、风能、生物质能、氢能都符合这一要求。小型的太阳灶、太阳能电池、风力驱动装置和沼气发生器都可以用于分散性使用的目的。用氢能、太阳能、生物质能(如酒精)发动的汽车已经问世,到二十一世纪可获得推广,以取代汽油发动机。
这样看来,在未来理想的能源中,太阳能、风能、地热能、生物质能和水力能,在下一世纪将得到很大的发展;核能、氢能也将在未来的岁月中大显身手,造福于人类。那么这些能源是不是极大丰富的呢?
太阳能 太阳每年照射到地球表面的能量相当于人类年需能量总和的5000倍;
水力能 仅就世界潮汐在一个涨落循环所产生的能量比全世界所有水电站的发电容量大100倍;
氢能 仅就海水中所含的氢发出的热量比地球上所有矿物燃料能产生的热量大9000倍,而这些氢经燃烧后又变成水,可以重复使用。
核能 重氢核聚变所产生的能量比所有矿物燃料所产生的热量达数百万乃至数千万倍。按人类目前能耗水平可以维持100—200亿年所需。
所以说,可以利用的能源是极大丰富的。
综上所述,世界能源并不存在危机,将来取代目前主要能源的是更好更为理想的能源。虽然在目前看来,大规模地使用这些能源还有许多科学技术问题有待进一步研究和解决,但从已取得的进展和所得到成果来看,二十一世纪初我们可以较为有效地利用其中许多种能源。据联邦德国研究和技术部部长里森胡贝尔估计,到本世纪末下世纪初,太阳能和风力能的发电量可达该国总发电量的3—6%;到下世纪后期,太阳能、水力能、风能、地热能、海洋能和生物质能,有希望成为石油、天然气等的替代“能源”;氢能和核聚变能也将在能源结构中占有一定的地位。推而远之,一个替代矿物燃料的能源时代,已为时不远了。而根据目前已探明的矿物燃料藏量,要过渡到这个时期的总耗量,是绰乎有余的。
一个适于普遍使用的、洁净安全的、取之不尽的方便高效率新能源,正在到来。