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1、,新能源的迅速崛起,机械工程学院,张文孝,人类生活在一个能源世界里。人类的衣、食、住、行，哪一项也离不开能源，可以说，没有能源就没有人类的一切。,前言,面对能源供应紧张和生态环境破坏等情况，充分利用现有的传统能源、研究节能新技术、积极开发新能源，以及研究能源与环境的关系等，已成为世界各国面临的亟待解决的课题。,问题,1 有限的能源储量已无法满足人类日益增长的需求。随着经济的发展和能源消耗量的大幅度增长，能源供应不足的矛盾将会日益突出。,2 更使人们感到不安的是，人类所消耗的碳载体矿物燃料，每年向大气排放的二氧化碳达210亿吨，并呈上升趋势，而且还伴随有其他有毒物质，给人类的生存环境带来了巨大的
2、灾难。,据预测，我国2010年石油需求量约2.5亿吨，而我国石油工业在进入90年代以后，老油区稳产难度增大，新油区上产不到位，且石油资源形势严峻，出现了可采储量入不敷出、增产幅度不大的形势。我国已由石油输出国转变为进口国，到2010年，我国的石油缺口将近1亿吨。随着国民经济的持续快速稳定发展，我国能源需求与供应的紧张矛盾将长期存在，同时我国能源储量的人均占有量也远低于世界上人均占有量。因此，我国应从保障21世纪经济可持续发展的战略角度出发，全面规划能源政策。,我国的现状,能源种类,大自然赋予人类的能源多种多样。按照各种能源的开发利用情况和它们在人类社会经济生活中的地位，人们把能源分为常规能源和
3、新能源两大类。通常，将技术上比较成熟和使用比较普遍的能源称为常规能源，如石油、天然气、煤炭、水力能等；而新近才利用的或正在开发研究的能源称为新能源，如太阳能、核能、风能、沼气、氢能、海洋能、地热能、电磁能等。常规能源和新能源是相对而言的。一些新能源将随着科学技术的发展而逐渐变成常规能源，如美、法等一些核电应用普遍的国家，目前已将通常作为新能源的核能定为常规能源。,新能源的迅速崛起,为了迎接能源的挑战，人们应用现代高新技术对新能源进行开发利用已取得重要成果，有的还获得了突破，使新能源的研究开发进入了一个新阶段。1.核能研究和利用获得重大进展2太阳能开发不断深化3海洋能开发前景诱人4地热能的利用进
4、一步扩展5燃料电池异军突起6风能的开发利用有了新进展7.生物能源的利用8氢能利用取得重大成果,新能源的迅速崛起,目前，世界上几十个国家已建成和正在建设的核电站约500座，核电可满足世界电力需求的20左右。核能开发利用已成为世界各国21世纪能源战略的发展重点。快中子增殖反应堆作为第二代核电站的主要堆型，现在已成为各国建造电站优先选用的先进核反应堆。我国也在研究开发先进的“快堆”技术，计划于2000年前后建成2万千瓦功率的实验“快堆”，为21世纪核能利用和发展打下基础。,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,更令人鼓舞的是，人们渴望实现的可控核聚变已显露出希望的曙光。1993年12月1
5、0日，普林斯顿大学等离子体物理实验室继1991年欧洲联合核聚变实验室首次可控核聚变试验之后再次成功地进行了试验，试验产生了相当于5.6兆瓦的聚变能量，人类实现解决能源问题的理想又向前迈出了一大步。到21世纪中叶，人类所用的电除了来自“火电站”、“水电站”，耳熟能详的将是“聚变能电站”-受控聚变反应堆核电站。这是原中国核工业总公司科技局副总工程师冯运昌和核工业西南物理研究院石秉仁研究员等专家，对21世纪人类新能源的一个大胆预测。,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,(1)火力发电使用的石油和天然气经长期消耗，会越来越少。据估计，已经探明的石油和天然气储量可能在今后的几十年内耗尽。水
6、力、太阳能、风能等能源，由于受气候及自然环境的影响，只能解决部分地区的需求，而且开发起来也受到技术和环境的制约。,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,(2)目前，最有希望的新能源是核能 从理论上讲，核能有两种：裂变核能和聚变核能。可开发的核裂变燃料资源可使用上千年，核聚变资源可使用几亿年。,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,(3)聚变能电站以氢的两种同位素氘和氚作为燃料 氘（dao)是天然同位素，在海水中含量极为丰富，其潜在储能可供人类使用几亿年，可谓取之不尽用之不竭。氚(chuan)在自然界中不存在，需从裂变反应堆中生产，但这种方法成本昂贵。如果利用氚聚变反应中
7、产生的快中子与锂的反应，就可以“就地”再生氚，所以实际消耗的燃料是锂。锂在自然界中的储量相当丰富。我国目前锂的探明储量居世界第一位，可供聚变使用上万年。除了燃料丰富这个优点外，石秉仁研究员说，聚变能还有几个特点。燃料价格低廉。聚变核电站是一次性投资，燃料费用约占1%左右。与裂变核电站相比，聚变核电站的燃料几乎是不花什么钱的；不污染环境，运行安全可靠。聚变和裂变相比，其放射性是微乎其微的，它还消化裂变的污染源，几乎没有废料；可直接转化成电能等。专家说它是人类最理想的能源。,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,月球可助人类克服能源危机-来自月球的“原料”众所周知，用核反应堆获得电力的
8、方法常常产生大量放射性废料，废料的处理是个大问题，而且铀的储量远不是无止境的。目前正加速发展的利用重氢和超重氢反应的热核反应堆也遇到某些困难。在这种反应堆中形成了非常强大的中子辐射，这意味着使用这些材料的反应堆也存在放射性问题。另一途径是：可以建立使用“氦-3”同位素的热核反应堆。在这种反应堆中没有中子辐射，也意味着没有放射性污染，不会给环境造成危害。,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,月球可助人类克服能源危机-来自月球的“原料”但地球上“氦-3”同位素的储量不大，无法大量生产能源。自动飞行器和登上月球的美国宇航员获取的资料表明，月球上具有足够的“氦-3”。这种地球上稀有的元素
9、在月球表面的尘埃中多达百万吨以上。据库尔恰托夫研究所首席专家尤里.斯米尔诺夫介绍，月球上的“氦-3”储量足够人类使用1000年。值得指出的是，科学家对从月球上获取“氦-3”解决地球能源问题的方案进行了经济上的论证，用这种方法获取的每度电的成本完全可以与现行方法竞争。,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,月球可助人类克服能源危机-来自月球的“原料”现在，俄罗斯的三大公司在核研究领域卓有成效的库尔恰托夫研究所、研制太空设备的拉沃奇金科学生产联合公司和太空研究所正与美国威斯康星大学的转专家协作，对这一独特主张进行全面论证。在利用月球上的“氦-3”获取热核能源方案中，目前尚未发现技术上不
10、可克服的难题。科学家计划发射太空飞行器，用其携带的设备收集月球表面的尘埃，从中分离出“氦-3”，使其变成液态后带回地球。,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,月球可助人类克服能源危机-来自月球的“原料”除了利用月球“原料”之外，不排除今后出现其它更有效的解决未来能源问题的办法。但是，现在就应对地球利用月球上“氦-3”方案进行研究。实践表明，要探索到一种新的能源方案需要50年左右。能源危机迫在眉睫，拖延探索和推广新的有效能源方案将给今后几代地球村民带来麻烦。,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,热聚变和冷聚变 虽然大多数物理学家认为不可能实现的冷聚变并没有获得多少研究
11、经费，但是仍然有一小批满怀激情的科学家相信，冷聚变将会成为一种取之不尽的廉价能源。曾经在麻省理工学院和哈佛大学深造的新罕布什尔州康科德科学家叶夫根尼马洛夫是主张进行冷聚变研究的人士之一。他在谈到创造能源的问题时说：“我认为世界上没有免费的午餐。但是，我对新型能源的诞生充满了信心。在这些新型能源中，我有百分之百把握的就是冷聚变，我认为从事这一研究的数百位科学家与我持同样的看法。”,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,热聚变和冷聚变 虽然犹他大学的物理学家庞斯博士和弗莱希曼博士在10年前宣布的冷聚变研究成果未能得到世人的认可，但是位于厄巴纳尚佩恩的伊利诺伊大学的核物理学家、电学和计算
12、机工程学教授乔治米利说，他正在利用一种他认为比庞斯博士和弗莱希曼博士使用的手段“还要奇异”的冷聚变方法制造出可以测量到的能量。他采用的“低能量核反应”方法是将钯、镍、钛和从氢气中提取的质子混合到一起。,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,热聚变和冷聚变 米利博士说，他计划组建一家公司，以便为他的研究提供资金并开发可以在市场销售的派生产品。为米利博士筹措资金的芝加哥生物物理学家刘易斯拉森说，他检查了米利博士的研究成果，并决定为之筹集风险资金，他的目标是在3年内使该公司的股票首次公开上市发行。拉森说，米利博士“确实是个天才”。米利博士说，他并不期望公众会对他的研究工作给予多大的支持尽
13、管他确实已经从美国能源部下设的核能研究计划得到了研究经费。,1.核能研究和利用获得重大进展,新能源的迅速崛起,来自天空的电力科学家开发利用太空太阳能 主张开发太空太阳能者认为，同卫星通讯一样，将太阳能同太空技术结合的概念使人们可以考虑把太阳能直接传送到地球的某些地区，如发展中国家或孤立的岛屿。这种理论是美丽的，实现或实施这一理论的结果可能导致一场革命。然而实施要面临一些困难，在15年内，这种设想在商业上不会是可行的。,2.太阳能开发不断深化,新能源的迅速崛起,来自天空的电力科学家开发利用太空太阳能 太阳能卫星的概念是美国科学家彼得.格拉泽于1968年提出的，美国能源部和航天局在70年代展开了深
14、入研究。随后，由于各种原因，这一工作停顿下来，其中包括在当时冷战仍然盛行的时期，从这一具有军事意义的计划中获取能源的价格过于昂贵。现在，由于人们对温室效应和气候变暖的忧虑，全世界对能源需求的增长和在太阳能及太空领域技术的进展，形势发生了很大的变化，美国航天局近年来已投入大量资金，在许多企业的配合下，从重新开始研究这一课题。,2.太阳能开发不断深化,新能源的迅速崛起,来自天空的电力科学家开发利用太空太阳能 目前，一颗太阳能卫星可以提供数兆瓦的电能。这种卫星最先进的设计得到了“太阳能塔”的美名，其构造是一根长柱，四周装有太阳能浓缩器。人们目前正在努力设计一种不需太空运载的原型，也就是说，可通过市场
15、现有的火箭发射，可独自进入轨道。接收太阳能后的下一步是向地球传送。此项试验正在地球上进行，因为这一技术也适用于把能源从地球的一地传送到另一地。收集的太阳能可通过磁控管变成微波射线，经根据传送能源特点该进的天线，直接传送到地球表面。,2.太阳能开发不断深化,新能源的迅速崛起,来自天空的电力科学家开发利用太空太阳能 在法国国家航天研究中心的援助下，目前正在印度洋岛屿留尼汪岛上进行最尖端的试验，试图将10千瓦电能传送到距离仅700米但非常难以进入的村庄中。另外，美国航天局正在研究如何把来自太空的电力并入墨西哥韦拉克鲁斯市目前的电力供应网。广泛使用太阳能的关键，在于提高太阳能的转换效率和降低成本。美国
16、波音公司已研制出高性能的串联型太阳能电池，其光电转换效率高达30左右。澳大利亚利用激光技术制成的太阳能电池，在不聚焦时光电转换效率达24.2，其成本降低到与柴油发电相当。美国研制成的新型太阳能接收器，其热能转换率达90。美国还在莫哈韦沙漠建造世界上设备最先进的太阳能电站，其发电能力达10兆千瓦。,2.太阳能开发不断深化,新能源的迅速崛起,来自天空的电力科学家开发利用太空太阳能 科学研究表明，太阳每小时辐射到地球的能量约为18万兆瓦，相当于燃烧90兆吨优质煤的热量。为了利用这些无污染的能源，科学家设计的发电卫星长6公里，宽3公里，可发电5千兆瓦，发电量相当于5个地面核电站。空间发电站利用微波输电
17、系统向地面输送电能。微波通过大气传播损失极小。据测算，在良好的气候条件下，太空束能损失不足2%。一旦建成空间电站，人类就可以不断获得能源，地球能源利用将产生革命性变化。,2.太阳能开发不断深化,新能源的迅速崛起,来自天空的电力科学家开发利用太空太阳能 21世纪，人类将使用一种取之不竭的无污染新能源-太空束能。“束能”是19世纪德国物理学家海因里希.雷茨提出的新概念。意思是“射来的能源”。80年代，加拿大科学家成功地研制了人类航空史上第一架束能飞机。它不带任何飞行燃料，利用飞机上的仪器接收地面站定向发出的微波，转化为电能作为飞行动力。,2.太阳能开发不断深化,新能源的迅速崛起,太阳能传输卫星 太
18、阳能是本世纪70年代的标志之一（尽管这一标志并不十分引人注目），科学家和工程师们如今已经制定出一些利用太阳能的宏伟计划。他们并不是要制造人们比较熟悉的安装在地面的太阳能电池板，而是设想制造出能围绕地球轨道运行或者安装在月球表面、用于输送太阳能的巨型人造卫星，这种卫星可以不断地捕获太阳的能量，并且利用激光或微波将能量输送给地面的接收器，然后再把能量转变成电能。,2.太阳能开发不断深化,新能源的迅速崛起,太阳能传输卫星 一些人认为，可以在一代人的时间里找到一种可行的方法。马萨诸塞州剑桥的阿瑟利特尔咨询公司前副总裁彼得格拉泽是公认的最早提出这种太阳能传输卫星概念的，他说：“我们早就在利用许多与太阳能
19、传输卫星有关的技术了”。他指出，在能源短缺的日本，科学家前不久发射了一颗试验型微波能量传送卫星。格拉泽博士说：“利用太阳能的基本物理学原理已经有一百年的历史了”，但是一直很难让非科学界公众接受这一想法。公众担心将太阳能传回地球可能会导致围绕地球运行的“死光”的出现，这种担心变成了推动太阳能传送概念的巨大障碍。,2.太阳能开发不断深化,新能源的迅速崛起,太阳能传输卫星 波音公司下属的波音幻影工厂（目前正在研究自己的太阳能传送卫星）电气工程师詹姆斯麦克斯帕登说：“这种技术不是科学幻想。目前我们正在努力于此项技术的研究。”他说：“只要我们进行坚持不懈的努力，就有可能在20年时间里开发出一套可行的系统
20、。”前苏联航天机构、设在莫斯科的俄罗斯能源科技生产公司现在是一家商业企业，目前该公司正在试验“阳光反射镜”，这种反射镜可以将阳光反射到地球上以便延长农业耕作区的日照时间并为冬季没有阳光照射的北部城市提供照明。去年2月，俄罗斯能源科技生产公司试图利用“进步”火箭在太空展开一面直径82英尺的演示反射镜，此次试验是为某商业企业进行的，但是用金属箔制成的镜子未能展开，最后只得抛弃在太空。,2.太阳能开发不断深化,新能源的迅速崛起,太阳能传输卫星 但是俄罗斯能源科技生产公司驻弗吉尼亚州亚历山德里亚办事处的高级顾问杰弗里曼弗说，该公司并没有放弃。他说，该公司计划继续进行这方面的研究，同时开展其它的商业太空
21、应用研究，并且希望该公司的股票可以在纽约证券交易所上市。曼弗说：“我不是在假装知道自己了解这方面的市场行情，但是直觉告诉我，这种技术一定会有市场需求”。微波和反射镜并不是将太阳能传送到地球表面的唯一设想。许多理论科学家其中包括航天局前官员贝基已经在探索研制一条长达2.2万英里的延长绳路的可能性，从本质上说，这条延长绳路是地球与位于地球同步轨道上的太阳能传输人造卫星之间的连接装置。,2.太阳能开发不断深化,新能源的迅速崛起,太阳能传输卫星 贝基说，形成绳路的超导“豆茎”管的直径将为1/4英寸，由一种被称为“巴基管”的碳纤维材料制成。这种材料的重量比钢轻得多，硬度却超过钻石，所以实际上这条绳路看上
22、去就像一根绝对僵直的柱子，它比人的小指还要细，一直延伸到遥远的太空。尽管这种纤维目前只是在实验中进行小批量生产，但是贝基说：“人们确实可以在太空收集能源，并通过电源插头在地球上使用这些能源”。估计实现这种纤维的大规模制造还需要10至15年的时间。,2.太阳能开发不断深化,新能源的迅速崛起,海洋中蕴藏着极为丰富的可再生能源，永不停息的海浪、潮汐和海流，以及海水温差能和海水压力能等，都能向人们贡献出巨大的能量。据计算，全世界海洋潮汐能的总储量为27亿千瓦，海流的动能储量约为50亿千瓦，海浪能为25亿千瓦，而海水温差能为20亿千瓦。目前，世界上最大的潮汐电站是法国的朗斯潮汐电站，其装机总容量为24万
23、千瓦。英国于1991年建成一座装有韦尔斯气动涡轮机的海浪发电站，是当前世界上最先进的海浪发电设备。,3海洋能开发前景诱人,新能源的迅速崛起,可燃烧的“冰”俗话说，水火不相容。可当今世界上却有许多海洋科学家正在为埋在海底的能燃烧的“冰”而忙碌，这“冰”被称为天然气水合物。天然气水合物是一种白色固体物质，外形像冰雪，有极强的燃烧力，可作为上等能源。天然气水合物由水分子和燃气分子（主要是甲烷）组成，此外还有少量的硫化氢、二氧化碳、氮和其它烃类气体。在低温（-10-+10）和高压（100个大气压以上）条件下，甲烷气体和水分子能够合成类冰固态物质，具有极强的储载气体的能力，一个单位体积的天然气水合物可储
24、载100-200倍于这个体积的气体储载量，即1立方米的固态水合物包容有180立方米的甲烷气体。这意味着气体水合物的能量密度是煤和黑色页岩的10倍，是传统天然气的25倍。在海洋中，约90%的区域都具备天然气水合物生成的温度和压力条件。,3海洋能开发前景诱人,新能源的迅速崛起,可燃烧的“冰”天然气水合物是近二十年来才被人们发现的，由于其能量高、分布广、埋藏浅、规模大等特点，极有可能成为21世界的重要能源。全球天然气水合物中的含碳总量大约是地球上全部化石燃料（煤、石油、高烃天然气等）含碳总量的两倍，世界上绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，储存在水深300米至500米，海底之下500米至1000米范
25、围以内。海洋里天然气水合物的资源量约为1.8亿亿立方米，约合1.1万亿吨，是陆地资源量的100倍。,3海洋能开发前景诱人,新能源的迅速崛起,可燃烧的“冰”1994年，美国能源部制订了国家项目“甲烷水合物研究计划”。1995年，国际深海钻探组织在美国东海岸外，大西洋西部海底的布莱克海台处，打了一系列深海钻孔，首次证明该处海底的天然气水合物具有商业开采价值，并初步估算出该区水合物的资源量多达100亿吨，可满足美国105年的天然气需要。1998年5月，美国参议院通过决议，把天然气水合物资源作为国家发展的战略能源列入国家的长远计划，决议批准每年用于天然气水合物资源研究开发的资金为2000万美元，并要求
26、能源部和地质调查局等有关部门组织力量进行深入研究，希望2015年进行商业开采。,3海洋能开发前景诱人,新能源的迅速崛起,可燃烧的“冰”日本于1994年制定出庞大的研究计划，投巨资对日本周边海域，特别是南海海槽和鄂霍茨克海开展了海底天然气水合物的大规模调查，初步估算调查区水合物的资源量可满足日本100年的能源消耗，并于1999年进行了海底水合物的钻探实验。到目前为止，世界上已发现的海底天然气水合物主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东海岸外的布莱克海台，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳还槽、日本海、日本南海海槽、苏拉威西海和新西兰北部海域等
27、，东太平洋海域的中美海槽、加洲滨外的秘鲁海槽等，北极的巴伦支海和波弗特海，以及大陆内的黑海和里海等。,3海洋能开发前景诱人,新能源的迅速崛起,可燃烧的“冰”最初，国外开展天然气水合物研究是由于高压输气管道中常常遇到天然气水合物堵塞问题而引起的。对天然气水合物的成因，科学家认为需要三个条件：一是足够低的温度，二是较高的压力，三是原始物质-气和水的足够的富集，这可从几乎所有著名的海底天然气水合物都位于大陆斜坡、岛坡、岛基中得到证实，而且通常均贮藏在具有较厚和较年轻盖层的沉积盆地内，这与海洋沉积层和有关的有机质环大陆分布有关。对这种具有巨大潜力和前景的新能源矿产，一些发达国家已经开始进行开发性研究，
28、初步找出可从中获取可燃性气体（主要是甲烷）的工艺技术。从目前情况看，开发成本相对较高，对环境的影响问题也未解决，但因日本等国的重视和对实验研究的积极投入，可望较快取得突破，尽早实现商业性开发，使之真正成为21世纪的新型能源。,3海洋能开发前景诱人,新能源的迅速崛起,可燃烧的“冰”世界各国海洋权益的竞争，其实是海洋资源的竞争。西方各国已十分重视海底天然气水合物的研究与开发，不仅把海底天然气水合物当做21世纪具有商业开发前景的海洋能源，而且在战略上将其视为争夺海洋权益的重要因子。认识到海底天然气水合物潜在的战略意义，美国、加拿大、德国、英国、欧共体、日本等发达国家和组织从能源战略角度考虑，纷纷制订
29、了长远发展规划，深入开展了海底天然气水合物物理性质、勘探技术、开发工艺、经济评价、环境影响等方面的研究工作。发展中国家如印度、巴西、韩国等也已行动起来，分别制定了本国的研究开发计划。目前国际上已经形成了一个天然气水合物研究的热潮。,3海洋能开发前景诱人,新能源的迅速崛起,可燃烧的“冰”此外，海底天然气水合物对人类生存环境及海底工程设施的灾害影响，也引起科学家们和各国政府的关注。天然气水合物中的甲烷，其温室效应为二氧化碳的20倍，世界上海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷容量的3000倍。一旦让海底天然气水合物中的甲烷大量逃逸到大气中去，会造成大气温度的升温，使陆地的冰川融化，海平面上
30、升，将产生无法想象的灾难性后果，对我们赖以生存的环境造成具大的威胁。再有，如条件变化使甲烷气体释放出来，会使海底软化，并出现大规模的海底滑坡，会毁坏海底工程设施，如破坏海底输电或通讯电缆及海洋石油钻井平台，甚至产生严重的地质灾害。还有的科学家正在试图用海底天然气水合物的释放来解释百慕大三角的秘密。,3海洋能开发前景诱人,新能源的迅速崛起,可燃烧的“冰”我国的海洋学家也开始了对这一海底资源的探索，中国大洋协会紧紧把握海底资源研究开发的新动态，在李廷栋、金翔龙院士等专家的倡议下，开展了海底天然气水合物信息、资料的收集调研，编写了天然气水合物找矿前景与方法调研报告，计划进一步安排天然气水合物资源经济
31、评价研究、勘探技术开发、环境影响研究等有关工作，并着手海上航行，对天然气水合物的成矿前景进行初步调查。,3海洋能开发前景诱人,新能源的迅速崛起,地热作为一种新能源，以其干净、无污染和成本低等优点受到人们的重视。美国于20世纪70年代建成了世界上第一眼人造热泉，每小时可回收149156的热水20吨。法国已开凿了6眼人造热泉，其中1眼井深6000米，每小时可获得200的热水100吨。另外，美国还在建造发电能力为5万千瓦的人造热泉热电厂。地热能的储量非常丰富。据计算，如果按照目前世界动力消耗的速度只消耗地热能，那么即使用4100万年后，地球的温度也只降低1。,4地热能的利用进一步扩展,新能源的迅速崛
32、起,利用地热发电，是地热能利用的最重要和最有发展前途的方面。美国加州的盖瑟斯地热电站，装机容量达50万千瓦以上，是目前世界上最大的地热电站。地热能除了用来发电外，近年来已扩大到工业上的加热、干燥、制冷、脱水加工、提取化学元素、海水淡化，以及农业生产上的温室育苗、栽培作业、养殖禽畜和鱼类等，有着广阔的发展前景。,4地热能的利用进一步扩展,新能源的迅速崛起,4地热能的利用进一步扩展,北京市地热研究院挂牌,2003-09-01,为了进一步保护和合理开发首都地热资源，经北京市编办批准，昨日北京市地热研究院正式挂牌成立。该院是基于北京市地质工程公司多年从事地热资源勘查开发、推广应用取得显著业绩基础上批准
33、成立的，是直属北京市地质矿产勘查开发局的事业单位。该院主要从事地热地质的综合研究和地热勘查新理论、新技术的应用推广工作，开展地热井勘查技术、钻探技术、地下热水处理和地热应用技术研究，承担地热资源勘探、设计、施工工程及热水处理设计、安装施工等。近年来，该院的前身北京市地质工程公司依靠自身的技术实力，已在北京地区地热资源开发等方向取得显著成果，仅1996年至1997年就先后在北京的南部、东部成井多口，而后地热开发范围愈发向外扩展，向未探明的地热空白区进军，丰台东高地、云岗菜户营、朝阳区花家地、西直门索家坟、昌平区十三陵和通州区八里桥等地区勘查成功多口地热井.,新能源的迅速崛起,燃料电池是一种直接利
34、用氢和氧进行电化学反应的直接发电方式，其发电效率高达4060，预计将来可达7080。美国和日本研制的第一代磷酸燃料电池已进入实用阶段，其输出功率为11000千瓦。第二代、第三代燃料电池也已研制成功，其中第三代的固体电解质型燃料电池，功率达25千瓦。20世纪90年代，燃料电池汽车已在美国华盛顿、洛杉矶和加拿大温哥华等城市出现。1996年，美国芝加哥市以燃料电池作动力的公共汽车，取代现有的公共汽车。美国克莱斯勒汽车公司计划在2005年之前制造出以燃料电池为动力的电动汽车样车。这种燃料电池汽车比内燃机汽车可节省50的燃料。,5燃料电池异军突起,新能源的迅速崛起,风能在新能源中占有重要地位。据计算，地
35、球上的风能约相当于10800亿吨煤所具有的能量。这一数值约为目前全世界一年消耗能量的100倍。目前，世界上最大的风力发电装置是安装在丹麦日德兰半岛的风力发电机，其发电能力达2000千瓦。俄罗斯还在研究试验一种由气球运载的利用10千米高空风力发电的发电站，发电容量为2000千瓦。,6风能的开发利用有了新进展,新能源的迅速崛起,日本的山形县立川町是日本屈指可数的强风地带之一。该町提出了“风车村构想”，自1993年起开始建立以风车为主的新能源体验学习设施。自1994年以来，到立川町观光的游客人数每年都达10-11万人，比建立风车村前增加了50%左右。此外，以风车为主题的地区产业群也应运而生，使因人口
36、短缺和老龄化问题而头疼的本地居民增强了自信和自豪。,6风能的开发利用有了新进展,新能源的迅速崛起,6风能的开发利用有了新进展,新能源的迅速崛起,德国计划建座海上风力发电站2001-01-15 德国计划在北海和波罗的海海面上建座风力发电站，这些发电站将于年并网发电。据德国联邦海运和水文地理局提供的数字说，已经有家投资者向该局申请出资建设风力发电站，其中座风力发电站将建在北海海上，另两座在波罗的海海上。这些风力发电站距陆地的距离大约为公里。,6风能的开发利用有了新进展,新能源的迅速崛起,在以林业和畜产为主要产业的地区，人们正在考虑使用生物能源，包括有效利用废料和家畜粪便等森林资源和畜产资源。如果能
37、源供给形态转变为供热和供电并举的“发电和废热供暖系统”，那么就有可能使余热在地区内的家庭和公共设施以及温室农业等本地产业中得到有效利用，为地区的经济振兴作出贡献。,7.生物能源的利用,新能源的迅速崛起,氢能以其重量轻、热值高、无污染、来源丰富和应用面广等优点，被人们称为21世纪的理想能源。美国已研制成功世界上第一辆以氢为燃料的汽车，可将6080的氢能转换成动能，其能量转换率比普通内燃机高一倍以上。氢能广泛应用的关键，在于研制出成本低的制氢技术。1989年，美国太平洋能源公司发明了能大量生产廉价氢燃料的新技术，可用自来水、雨水、海水等任何水制氢。其方法是，在水中加入一种价钱便宜的化学催化剂。用这
38、种方法分解出来的氢成本很低，因而成为世界上最便宜的燃料。,8氢能利用取得重大成果,新能源的迅速崛起,德国宝马汽车公司在“1996年世界氢能大会”上提出了研制新型小轿车的计划。这种小轿车将由高效率的氢燃料电池驱动，一次加注燃料可行驶1000公里。美国已把洛杉矶作为应用氢的示范区，计划在近年内将10万辆汽车改用氢燃料作动力。在21世纪初，氢燃料汽车将会获得迅速的发展，并会成为汽车家族中的佼佼者。,8氢能利用取得重大成果,未来能源的希望,目前，世界各国所消耗的能源中常规能源占绝大多数，尤其是石油和天然气的消耗量已占全世界能源消耗量的70左右。然而，这些矿物燃料既储量有限，又污染环境，没有发展前途。在
39、这种情况下，人们把对新世纪能源的希望寄托于清洁可再生能源等新能源上。再生能源是指它不会随本身的能量转化或者人类利用而日益减少的能源，它们具有天然的自我恢复能力，像风能、太阳能、水力能、地热能和海洋能等。还包括利用木XUE、家畜粪便等生物有机体产生的生物能源。这些能源的特点是，干净无污染，来源丰富，而且可以源源不断地从自然界得到补充。而非再生能源正好相反，它们将越用越少，不能再生，如石油、天然气、煤炭等。,未来能源的希望,过去长期不受重视的再生能源，现在由于矿物燃料面临枯竭，特别是这些矿物燃料会释放出二氧化碳使地球变暖等弊端而备受人们的青睐。就连相当保守的国际能源机构也相信，这些再生能源在205
40、0年时能提供世界能源需求的20以上。但是，到2050年地球人口预计将从目前的60亿增加到100亿，能源消费如果不增加两倍，至少也要增加一倍。因此，再生能源达到世界能源需求的20是远远不够用的，而是需要约50的再生能源来满足。如果世界各国还采用像现在以非再生能源和再生能源混合构成方式来满足未来能源的需要，那么在21世纪下半叶地球将急剧变暖，给人类带来巨大的灾难。,未来能源的希望,因此，在21世纪之初就应大力开发使用不排放二氧化碳的可再生能源，这样才有可能在2020至2040年之间使二氧化碳的排放量达到一个转折点。即使是这样的能源构成方式，也足以使气温上升1.5。然而，要使二氧化碳排放量达到上述转
41、折点，其前提是到21世纪中叶使用的再生能源能满足世界能源需求的50。有的人可能认为，用再生能源满足世界能源需求的50是个幻想。但是，从人类开发利用太阳能、风能和水力能等再生能源的过程来看，这个目标完全可以达到，尤其是在高新技术迅速发展的情况下，人们更有信心实现这个造福于子孙后代的能源设想。,未来能源的希望,在新的千年到来的时候，建立起既能确保经济增长又能控制温室气体排放的环保型社会经济体系，已成为全世界共同面临的一个紧迫课题。欧盟已经制订了有关计划，要求到2010年使地区总能源消费中的可再生能源的比率达到12%。美国能源部也在酝酿通过一部联邦法，要求电力公司利用可再生能源的比率在2010年达到
42、7.5%。从1990-1997年世间各地能源使用量的年增长率来看，作为传统矿物燃料的煤炭和石油的年增长率仅为1%，而风力发电则大幅增长（25.7%），太阳能发电增长16.8%，可以说，世界性的能源体系已经开始转变。,未来能源的希望,除了再生能源外，在新世纪人们还对核能和氢能寄予希望。例如，可以仿照太阳，运用核聚变开发一种同环境兼容、持久、不含二氧化碳的能源形式。氢在大自然中分布很广，水就是氢的大“仓库”，约含有11的氢；泥土里含有约1.5的氢；天然气、石油、动植物体内都含有氢。氢的发热量高，而燃烧后的惟一产物是水。如果能用适当的方法从水中制取氢，那么氢将是一种取用不尽的理想能源。,处在边缘的开
43、发者们,矿物燃料是人类在20世纪的主要能源，在寻找可以替代矿物燃料的新型能源的过程中，科学家和企业家们产生了一些超前的想法。其中一种想法是使重力的方向调转180度。这种想法也许有点异想天开，但是正在研究获取替代矿物燃料各种方法的理论科学家和工程师们认为，不管这种方法看上去有多么不可思议，只要能取得成功，就有可能有助于满足人类在21世纪对能源的需求而且不会对环境造成进一步破坏。按照人类目前对自然科学的理解，这种方法取得成功的可能性虽然极小，但是美国亚拉巴马州亨茨维尔马歇尔航天中心的研究员达维德内弗认为：“致力于这一研究领域的人越多，越有可能出现大胆的解决方案”。,处在边缘的开发者们,美国航天局目
44、前正致力于开发一种新的航天器推进装置反物质发动机这种发动机的工作原理与电视系列剧星际旅行中为星际飞船“企业”号提供动力的发动机的工作原理相同。这种发动机还有可能产生能源，供在地球上生活的人们使用。,A 反物质能量,处在边缘的开发者们,这种方法绝不是科学幻想。科学家已经知道，当反物质与正物质发生碰撞时，这两种物质会相互抵消，并且在碰撞发生的一瞬间释放出纯能量。但是收集并储存一定数量的反物质本身就非常困难，科学家们至今尚未找到解决之一问题的方法，内弗说：“如果科学家们能够找到收集和储存方法，针尖大小的反物质在与正物质结合时就会释放出无法估量的巨大能量。,A 反物质能量,处在边缘的开发者们,就目前而
45、言，美国航天局如果能够在其反物质实验中获得足以点燃蜡烛的热量就会感到很高兴了。内弗说：“目前我们正在为获得能量发愁，以后我们还将为扩大这种能量发愁。”前美国航天局超前概念处处长、现任贝基设计公司（设在弗吉尼亚州安嫩代尔的一家从事航空工程学咨询的集团公司）总裁伊万贝基认为，对储存在太空的能量进行研究将会有助于解决地球的能源问题。“但是必须牢记我们只有几十年的时间”。,A 反物质能量,处在边缘的开发者们,美国航天局同时也在设法征服萨克牛顿爵士曾在1687年作出解释的那种力重力，并将它作为一种能源加以利用。一个科研小组目前正在设法再现并扩展俄罗斯科学家叶夫根尼波德科列特诺夫博士的研究成果。波德科列特
46、诺夫博士多年来一直致力于反重力装置的研究，他宣称已经观测到悬垂在一个不断旋转的大小如比萨饼的瓷性圆碟形超导体上方的物体，其重量神秘地减轻了2%。内弗博士认为，如果这种重量丧失现象可以得到确认并在重复实验中得到验证，科学家们就有可能设法推断出是不是超导体产生的某种力以重力的反作用力发挥作用，即吸收重力，屏蔽重力，或者干扰重力波的频率。,B 上升的水流,处在边缘的开发者们,这听上去好像有些含糊不清，但是正如内弗博士指出的那样，对电与磁之间的基本联系的理解曾经导致变压器、电动机和发电机的诞生。他说，理解重力可能会以类似的形式导致同样以物理法则之间的关系为基础的新的能量应用方法的诞生。新的能量应用方法
47、的诞生，将会使人们看到某些奇怪的景象。内弗博士说，想象一下“循环水流”，水流首先在没有重力的情况下向上运动，然后又向下流入涡轮产生电能。,B 上升的水流,处在边缘的开发者们,美国航天局的重力研究工程曾经得到科学监督委员会的表扬，但是科学家们仍对这一领域内的某些研究工作持保留态度。航天局突破推进物理学研究计划的负责人马克米利斯指出，某些关于重力屏蔽的看法已经远远地超出了现有科学的范畴而使他感到“不安”。他说自己支持内弗博士的研究工作，但是其他研究人员“却在建立起任何可以信赖的基础之前就贸然得出结论”。,B 上升的水流,处在边缘的开发者们,曾在哈佛大学深造的医学博士兰德尔米尔斯毕业后在物理学和化学
48、领域进行了一些研究，他宣称自己发现了一个解决能源问题的独创方法。不仅如此，他还宣称自己开创了一套无可辩驳的、经典量子力学的大一统理论这个理论是物理学家们在本世纪的大部分时间里努力使之实现的崇高目标。,C 比火的意义更重要？,处在边缘的开发者们,米尔斯说：“这一理论的意义比火对人类的意义还要重大，解决能源问题只是这一理论的副产品。”米尔斯博士说，他已经找到一种可以使普通氢原子核的电子降低运动轨道的方法，在这一变化过程中产生的能量会以紫外线的形式释放出来。他在新泽西州克兰伯里成立了黑光电力公司（BlackLight Power），继续从事这项研究。两家大型的公用电力企业特拉华州威尔明顿的连结电力公
49、司和俄勒冈州波特兰的太平洋电力公司已经向黑光公司提供了数百万美元的研究经费，米尔斯博士说该公司目前的资本总值已达2000万美元。,C 比火的意义更重要？,处在边缘的开发者们,米尔斯博士说，除了能源之外，黑光电力公司还在实验中获得了可能具有商业应用价值的“全新化合物”。他说，有可能用这种全新的化合物生产出能量比普通电池“至少高1万倍”的新型电池。米尔斯的热心支持者、曾经担任ABB燃烧工程公司首席执行官并在1981至1984年间担任美国能源部副部长的核工程师、物理学家谢尔比布鲁尔认为，米尔斯在低轨道电子氢原子方面的研究成果是“值得称赞的，而且一定会有发展前途并将引来投资”。布鲁尔博士说：“我认为米
50、尔斯的研究成果值得做进一步的商业开发。”布鲁尔本人也成立了一家核能公司。,C 比火的意义更重要？,处在边缘的开发者们,但是许多知名科学家认为，与其说米尔斯博士创造了科学奇迹，不如说他更多地是在进行可以扰乱视听的宣传。诺贝尔奖得主、斯坦福大学物理学家朱隶文认为：“出现（米尔斯所说的）这种情况的可能性极小，我为那些为米尔斯提供资助、支持这项研究计划的人感到难过。”,C 比火的意义更重要？,结束语,通过上述对未来的展望，新能源为人们描绘出了一幅光明的前景。但是，要实现这一前景还存在众多需要解决的问题，其中最主要的课题就是经济性的问题。作为普及扩大新能源的措施，必须首先实现电费的“绿色”化。所谓“绿色
