王 洪 郝 梅

水輪機軸蠕動裝置現(xiàn)場培訓 攝影/王廣浩

所謂能源，就是能夠提供能量和做功的自然資源。能源是支撐現(xiàn)代人類社會生存和發(fā)展的柱石。自從17世紀工業(yè)革命以來，人們開始大規(guī)模地開采地下的煤炭和石油，那是數(shù)千萬年前(第三紀)以至五億年前(古生代和晚元古代)地球上生物的遺產(chǎn)。人們把煤炭、石油和天然氣來作為能源，但是這種能源資源是有限的。根據(jù)國際能源專家的預測，地球上蘊藏的煤炭將在今后200年內(nèi)開采完畢，石油將在今后三四十年內(nèi)告罄，天然氣也只能再維持60年左右。可見，能源問題必將成為長期困擾人類生存和社會發(fā)展的一個主要問題。

中國的煤炭儲量較為豐富，已探明的煤炭儲量接近萬億噸，按目前的開采速度，還能支持幾百年時間。這是中國人民的幸運!不過，燒煤也會帶來不少問題，除了運輸問題以外，燃燒中還會排放大量的有害氣體，如一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫和氧化氮等，這些有害氣體都對人類的生存環(huán)境構成了一定的危害。

從長遠來看，為了人類的生存和社會的發(fā)展，不可能長期依靠煤炭、石油、天然氣等化石能源，而必須大力開發(fā)利用“可再生能源”。近代物理學和天文學已經(jīng)充分證明，以天體物理運動所發(fā)出的能量為基礎的可再生能源，包括太陽能、風能、潮汐能、水能、生物質(zhì)能、地熱能、化學能、核聚變能等，這些能源實際上是無限的，取之不盡，用之不竭，和日月同輝，與宇宙共存。毫無疑問，再過若干年之后，作為人類文明支柱的能源，將不是化石能源，而是可再生能源。因此，對于可再生能源的研究和開發(fā)利用，將是人類科學技術永恒的主題。

一個處處充滿能量的世界

世界上所有的物質(zhì)，大到宇宙天體，小到分子、原子，都無一例外地在進行著運動和變化。其所以如此，就是因為能量在起作用。換句話說，能量就是物質(zhì)能運動和變化的原因。

乍看起來，地球上的滄海桑田，平原高山，似乎是亙古不變的。實際上，我們居住的地球無時無刻不在經(jīng)歷著運動和變化。人們在珠穆朗瑪峰地區(qū)發(fā)現(xiàn)了魚龍化石，這說明，那里過去曾經(jīng)是一片汪洋，正是由于地球內(nèi)部的能量被釋放出來，引起了地殼的變化，才使海洋變成了高山。不僅地殼會發(fā)生變化，而且地球本身也在以每秒29千米的速度圍繞太陽飛快地運行。

你在夏天外出乘涼，看到天上的星星仿佛是靜靜地停留在太空中，一動也不動，可是，假如你能夠細心地注意觀察幾天、幾個月甚至幾年，就不難發(fā)現(xiàn)，那些星星都在不停地運動著。天文學告訴我們：月亮以每秒大約8千米的速度圍繞地球運轉(zhuǎn)；而水星、金星、火星、木星、土星等行星圍繞太陽運轉(zhuǎn)的速度，比月亮圍繞地球運轉(zhuǎn)的速度要大得多；就是被稱作“恒星”的太陽本身，也在不停地運動，整個太陽系在銀河系中以每秒大約250千米的速度運動著，而銀河系在總星系中又以更大的速度運動著……恒星的運動，不僅是位置的變化，而且每個恒星內(nèi)部也在幾百萬甚至幾千萬攝氏度的高溫中進行著劇烈的運動和變化。所有這些，都是由于能量作用的結果。

整個宇宙不僅從宏觀上看是處于不斷運動變化之中，而且從微觀上看同樣也是如此。眾所周知，一切物質(zhì)都是由分子組成的。那么分子是否也在不停地運動著呢?為了解答這個問題，我們可以進行這樣的試驗：在液體里撒一些花粉，放在顯微鏡下進行觀察，便可發(fā)現(xiàn)花粉在不停地運動著，好像是被一種什么力量推動著一樣。推動花粉作不規(guī)則運動的正是液體分子。

再進一步來說，分子又是由原子組成的，而原子中又包括原子核和圍繞原子核運動著的電子。物質(zhì)的化學反應過程，就是不同種類物質(zhì)分子里的原子通過運動而重新組合成新物質(zhì)分子的過程。

在自然界中處處充滿能量，能量無所不在，而它的表現(xiàn)形式是多種多樣的。以汽車作為例子，輪子轉(zhuǎn)動，這是位置變化的運動，是機械能；汽車鳴喇叭，這是聲波在空氣中的振動和傳播，是聲能在起作用；打開車燈，照亮道路，這是光能在起作用；嗚喇叭和開車燈都要用電，這是電能在起作用；汽車發(fā)動機內(nèi)的汽油燃燒，這是化學能在起作用……此外還有原子核能、引力勢能、生物質(zhì)能等等。正是由于在這個世界上處處充滿著能量，而且這些能量還可以相互轉(zhuǎn)化，所以才使得我們這個世界絢麗多彩，充滿了生機和活力。

能量在日常生活中起作用的例子，更是比比皆是：關上電門，電燈就熄滅了；不扣扳機，子彈就靜靜地躺在槍膛里休息；溫度不升高，冰雪就不會融化；人不吃飯，就會感到渾身沒勁……這些都充分證明，能量普遍存在著，而且隨時隨地表現(xiàn)出來，無時無刻不在起作用。

能量的表現(xiàn)形式多種多樣，而經(jīng)常和人們打交道的能量大體上只有六種，它們是核能、機械能、輻射能、熱能、電磁能和化學能。

核能也叫原子能，它是儲存在原子核里的能量。別看原子核是那么小，可是儲存在它里面的能量卻大得驚人。1克鈾在裂變時所釋放出來的能量，與2.5噸標準煤燃燒時所放出的熱能相當。由于核能的能量如此之大，所以人們用它來制造破壞力極大的原子彈和氫彈，用它來建造發(fā)電效率高而成本低廉的核電站；一些軍事強國已將其應用在軍事艦艇上，造出了航行時間極長的核動力航空母艦和核動力潛艇。實際上，太陽所發(fā)出的光和熱也都是由核能產(chǎn)生的，因為在太陽內(nèi)部每時每刻都在進行著劇烈的原子核裂變反應，同時釋放出巨大的能量。因此，在各種形式的能量中，要數(shù)核能的能量最大。

機械能就是使物體運動起來的能量。在我們的日常生活中，隨時隨地可以見到機械能的“身影”。比如說吧，建筑工地上的鋼鐵巨人——起重機，它活像一個氣蓋山河的大力士，能夠輕而易舉地把成噸的建筑材料提起來，一直提到幾十米的高度，它旋轉(zhuǎn)自如，操作起來極其方便靈活。起重機的力氣為什么有這么大?這就充分顯示了機械能的本領。自然，機械能并不一定都是通過機械和機器產(chǎn)生出來的，像雨雪等從天而降，大風吹著風車轉(zhuǎn)，人們用手翻書、用刀切菜、用腳踢球等等，都是機械能在起作用。

對于輻射能，有的人可能聽起來感到有點陌生。其實，輻射能和我們的日常生活息息相關。廣播電臺和電視臺每天發(fā)射的無線電波，太陽發(fā)出的光，以及人們說話的聲音和各種響聲等，都是輻射能在起作用。輻射能的主要表現(xiàn)形式是光能、聲能和波能。試想，一旦沒有了輻射能，那么我們就沒有廣播可聽，沒有電視可看，微波爐也會變?yōu)闊o用之物，并且也享受不到太陽光帶來的光明和溫暖，甚至連人們相互之間的交談也成為不可能……可見，輻射能的存在，對于人類的生存和社會的發(fā)展是多么的重要!

人們與熱能打交道最多，因此對熱能也最為熟悉。遠在原始時代，我們的祖先就已經(jīng)懂得鉆木取火，用火來把食物燒熟。現(xiàn)在人們做飯、沏茶、煮奶等等，都必須借助于熱能；人們冬天取暖，通過暖房來種菜養(yǎng)花，洗熱水澡，進行蒸汽浴……哪一樣都離不開熱能。至于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防建設等，所需要的熱能就更多了。像冶煉鋼鐵，熔化金屬，焊接和鉚接零件，鍛壓成型，金屬材料的熱處理，以及蒸汽機、火車、汽車的開動和運行等等，都是熱能大顯身手的場所。

電磁能包括電能和磁能，它們很容易進行相互轉(zhuǎn)化。在人類社會的生產(chǎn)活動和人們的生活中，電能、熱能和機械能都是用量極大的能量。正是由于有了電能，才使得一切帶“電”字的器具，包括電燈、電扇、電熨斗、電視機、電冰箱、電飯鍋、電爐、電話、電腦、電吉他、電車、電影機、電火箭、電磁炮等等能夠運作起來，為人類社會的物質(zhì)文明和精神文明增添無可估量的光彩?？茖W技術越發(fā)達，社會越進步，使用電能的場合就越多。今天，人類不僅在自己居住的地球上使用電磁能，而且已經(jīng)把電磁能帶到了飛機上、導彈上、人造衛(wèi)星上、宇宙飛船上、航天飛機上，甚至還把電能帶到了其它星球上……

化學能是用化學方式儲存起來的一種能量，像電池、沼氣、煤炭、石油、天然氣等，都含有化學能。在我們每天所攝入的各種食物中，也含有化學能。我們每天能夠維持正常的生活和進行各種各樣的活動，都是由于化學能在起作用。植物的“光合作用”也是產(chǎn)生化學能的過程，我們每時每刻吸入的空氣中的氧氣，正是通過植物的光合作用可以直接變換成化學能，卻未必能變換成其它形式的能量。

由于能量可以相互轉(zhuǎn)換，這就為人類充分利用各種自然能源提供了有利條件。例如，將煤炭進行燃燒，就將它儲存的化學能變成了熱能，在日常生活中我們可以利用這種熱能來燒飯、取暖和洗澡；也可以用它來開動機器，開動火車，將熱能變換成機械能；當然還可以利用煤炭來進行火力發(fā)電，將化學能變換為電能……

三峽電廠中控室 攝影/王廣浩

能源的分類

大自然賦予人類的能源非常豐富，多種多樣。自古以來，經(jīng)過人類不斷地開發(fā)利用，能源已形成一個興旺發(fā)達的大家族。

關于能源的分類方法是多種多樣的。例如：太陽能和非太陽能在能源大家庭中，有兩個大家族，其中一個是太陽能家族，另一個是非太陽能家族。

人類自古至今所用的能源，包括煤炭、石油、天然氣、風力、水力、生物質(zhì)能等，它們都是直接或間接地由太陽能轉(zhuǎn)化而來的，它們都是太陽能家族中的主要成員。另外，像核能、地熱能、潮汐能等，它們分別是地球本身具有的或是與其它星球(如月球)相互作用而生成的能，與太陽無關，所以把它們叫做非太陽能家族。

太陽發(fā)出強烈的光照射在地球上，把地球上的陸地、海洋以至于空氣都烤得灼熱。由于各處的受熱情況不同，加上地理環(huán)境等諸多因素的影響，于是形成了雨、雪、風、雷等各種自然現(xiàn)象，同時也就出現(xiàn)了風能、水能、海洋能等不同形式的能源。

在太陽光的作用下，生長在遠古時代的動植物生長得壯實高大，并且大都密集地生長在一起，而后來由于地殼的變遷，那些動植物被深深地埋在地層底下，在經(jīng)過漫長的歲月以后，由于長時期高溫高壓的作用，于是逐漸地形成煤炭、石油和天然氣等化石能源。如果追根溯源，這些化石能源同樣都是太陽家族的子孫哩!

至于核能，顯然它是非太陽能家族中的主要成員，它的形成完全同太陽能無關，它是原子核在分裂及聚合過程中所釋放出來的巨大能量。地熱能是由地球內(nèi)部熾熱的巖漿釋放出來的能量(地震和火山爆發(fā)就是地熱能自發(fā)地向外釋放的結果)。而海水的潮起潮落所形成的潮汐能，它是由于地球、月亮和太陽三者之間所存在的引力作用而引起的。

一次能源和二次能源 人們通常把直接來自自然界而未經(jīng)加工轉(zhuǎn)換的能源叫做一次能源，如煤炭、石油、天然氣、生物燃料、油頁巖、水能、核能、太陽能、海洋能等等；而把從一次能源直接或間接轉(zhuǎn)化而來的能源叫做二次能源，如煤氣、汽油、電能、蒸汽、沼氣、氫能、激光等等。

燃料能源和非燃料能源 燃料能源包括礦物燃料(如煤炭、石油、天然氣等)、生物燃料(如沼氣、木材、柴草、秸桿、有機廢物等)、化工燃料(如甲醇、丙烷、酒精等)和核燃料(如鈾、钚、釷、氘等)；非燃料能源包括太陽能、風能、水能、潮汐能、地熱能、激光等。

可再生能源和非再生能源 可再生能源是指不會隨其本身的轉(zhuǎn)化或者人類的利用而日益減少的能源，就是說可再生能源具有天然的自我恢復的能力，像太陽能、海洋能、生物質(zhì)能、風能、水能、地熱能、氫能等，都能夠源源不斷地從自然界得到補充；而非再生能源則恰恰相反，它們越用越少，不能再生，如煤炭、石油、天然氣和核燃料等，它們都是用去一點就減少一點，總有一天會被全部用完。

常規(guī)能源和新能源 根據(jù)各種能源的開發(fā)利用情況和它們在人類社會經(jīng)濟生活中的地位，人們把能源分為常規(guī)能源和新能源兩類。人們習慣于把技術上比較成熟而使用比較普遍的能源，稱為常規(guī)能源，如煤炭、石油、天然氣、水能等；而把利用時間還不長或正在研究開發(fā)的能源，稱為新能源，如核能、太陽能、沼氣能、風能、氫能、地熱能、海洋能、電磁能等。其實，常規(guī)能源和新能源都是在特定的歷史條件下相對而言的。今天的常規(guī)能源在過去曾經(jīng)是新能源，而今天的新能源在將來也會成為常規(guī)能源。比如說，核能在大多數(shù)國家中目前仍被視為新能源，而在某些發(fā)達國家中由于對核能的使用越來越普遍，在無形中它已成為一種常規(guī)能源了。

就大多數(shù)國家和地區(qū)來說，目前使用的能源仍是以常規(guī)能源為主，而這些常規(guī)能源又是以煤炭、石油、天然氣等非再生能源為主，這些非再生能源總有一天會被全部用完，加之這類非再生能源的熱能利用率不高，并且還對環(huán)境構成污染，因此現(xiàn)在世界各國，特別是各發(fā)達國家，都在加緊研究開發(fā)新能源，以滿足人們生活和社會發(fā)展日益增長的需要。當今世界公認的高技術領域，包括生物技術、航天技術、信息技術、新能源技術、新材料技術和海洋技術等技術領域，人們把新能源技術稱譽為“高技術中的尖端”。

上圖：三峽電廠運行人員對GIS設備巡檢室攝影/王廣浩

上圖：三峽電力外送 攝影/王廣浩

能源是社會經(jīng)濟發(fā)展的“火車頭”

自古以來，人類就為改善自身的生存條件和促進社會經(jīng)濟的發(fā)展而不停地進行奮斗。在這一過程中，能源始終扮演著極其重要的角色。從世界社會經(jīng)濟發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀來看，能源問題已成為社會經(jīng)濟發(fā)展中一個具有戰(zhàn)略意義的問題。能源的消耗水平，已成為衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的重要標志。隨著現(xiàn)代社會生產(chǎn)力的發(fā)展和人民生活水平的提高，商品能源消耗的增長速度大大超過了人口的增長速度。1975年，世界人口比1925年增加了一倍，世界商品能源的總消耗量增長了4.5倍，而且這種增長仍呈上升趨勢。1987年世界商品能源的總消耗量為100億噸標準煤，比1975年增加70%。到了2000年，世界商品能源的總消耗量已達200億噸標準煤。

能源問題對社會經(jīng)濟發(fā)展起著舉足輕重的作用。上世紀50～70年代，由于中東廉價石油的大量供應，導致整個資本主義世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展。而1973年中東戰(zhàn)爭爆發(fā)以后，由于中東各國限制石油產(chǎn)量，提高石油價格，帶來了資本主義世界長時間的經(jīng)濟危機。爭奪能源，成了持續(xù)八年之久的兩伊沖突及1991年春天震驚世界的海灣戰(zhàn)爭等一系列國際爭端的導火索。

國際經(jīng)濟界提供的分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，由于能源短缺而造成的國民經(jīng)濟損失，相當于能源本身價值的20～60倍。1975年，美國由于短缺11641噸標準煤，使得其國民生產(chǎn)總值減少了930億美元；日本由于短缺0.6億噸標準煤，導致其國民生產(chǎn)總值減少了485億美元。1988年，我國由于缺電而導致國民生產(chǎn)總值減少了2000億元人民幣，這個數(shù)目相當于當年我國國民生產(chǎn)總值的1／6。人們把能源比作社會經(jīng)濟發(fā)展的“火車頭”，這個比喻既形象又貼切。

歷史上的三次能源革命

火，是人類最早學會支配的一種自然力。在我國，早已有“燧人氏”鉆木取火的傳說。在西方的傳說中，說火是由一個名叫“普羅米修斯”的天神，從宇宙的統(tǒng)治者“宙斯”那里偷來的。上面這些傳說都接近于神話，顯然不可靠。實際上，人類是在實際勞動中逐漸學會了鉆木取火，并且到后來才慢慢地懂得了如何利用木材燃燒的能量來取暖、照明和把食物燒熟以后再吃。

自從原始人懂得如何取火和利用火以后，人類對能源的開發(fā)利用就進入了一個嶄新的階段，同時也為人類文明打下了一個重要的物質(zhì)基礎。

大約在四五千年前，古埃及人發(fā)現(xiàn)在船上扯起一塊布，即使人不劃船，船也能夠“乘風”前進，這便是最早的風帆。大約在兩千多年以前，人類學會了利用流水的能量和風的能量來提水、磨面，造出了水車和風車。

到了近代，能源技術出現(xiàn)了三次重大突破，人們稱之為人類歷史上的三次能源革命。具體地說，就是蒸汽機、電力和原子能這三樣東西的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和應用。每一次能源革命都是推動社會生產(chǎn)力發(fā)展的強大動力。

蒸汽機是在200多年前登上歷史舞臺的。它吹響了第一次能源革命的號角。有了蒸汽機，人們就可以在需要動力的場合，用煤炭做燃料來驅(qū)動火車和輪船，開動機器，從而開辟了工業(yè)生產(chǎn)和交通運輸?shù)男绿斓?，提高了整個社會的運轉(zhuǎn)機制。在這以后不久，科學家又發(fā)明了以石油產(chǎn)品為燃料的內(nèi)燃機。有了內(nèi)燃機以后，就陸續(xù)地出現(xiàn)了汽車、輪船、艦艇、飛機，使人類社會的交通運輸面貌為之一新，進一步提高了人類利用能源的能力。

隨著電磁學的發(fā)展，19世紀70年代，科學家先后造出了具有實用價值的電動機和發(fā)電機。在19世紀80年代建成了中心電站，并解決了遠距離輸電問題，完成了人類歷史上的第二次能源革命。電能的生產(chǎn)和應用，帶來了一系列的發(fā)明創(chuàng)造，電燈、電話、電報、電影、廣播、電視、電腦等等的出現(xiàn)，極大地改變了人類的生產(chǎn)方式和生活方式，把人類的物質(zhì)文明和精神文明推進到一個新的階段。

早在1938年，法國科學家哈恩等人在利用中子轟擊金屬鈾的原子核時，發(fā)現(xiàn)鈾的原子核在受到這種轟擊時分裂成兩個質(zhì)量差不多的新原子核，同時釋放出巨大的能量和兩三個中子。人們把這種現(xiàn)象叫做核裂變，而把原子核裂變時所釋放出來的能量叫做裂變能。

在發(fā)現(xiàn)核裂變現(xiàn)象以后的第四年，也就是1942年，費米等科學家建成了第一座利用核裂變能量的裝置，這就是如今眾所周知的原子核反應堆。

原子核反應堆的用處很多，從能源角度來說，原子核反應堆可以為潛艇、大型艦船和破冰船等提供動力，也可以用來進行發(fā)電和供熱。用來進行發(fā)電的原子核反應堆叫做核電站；用來供熱的原子核反應堆叫做核供熱站；又發(fā)電又供熱的原子核反應堆叫做核熱電站。自從1954年蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站以來，現(xiàn)在全世界有幾十個國家在發(fā)展核能發(fā)電，已經(jīng)建成和正在興建的核電站近500座。

葛洲壩二江電廠開關站 攝影/王廣浩

前景廣闊的新能源

最近二三百年來，世界能源結構有過兩次大的轉(zhuǎn)變。一次是從18世紀開始，從木柴轉(zhuǎn)向煤炭；另一次是從上世紀20年代開始，又從煤炭轉(zhuǎn)向石油和天然氣?，F(xiàn)在，世界能源結構正在經(jīng)歷著第三次大轉(zhuǎn)變，這就是從石油和天然氣逐步轉(zhuǎn)向新能源。

為什么這么說呢?一方面是因為現(xiàn)在以石油為主體的能源是不能再生的礦物燃料，用去一點就會減少一點，專家們估計，只能再維持幾十年時間；另一方面，世界新的技術革命帶動著許多新興工業(yè)蓬勃興起，新的生產(chǎn)體系必然要求改變能源系統(tǒng)，并且盡可能地采用可以再生的、分散的、多樣化的能源。專家們認為，新能源是世界新的產(chǎn)業(yè)革命的動力，是未來世界能源系統(tǒng)的基礎。

那么，究竟到什么時候，新能源才能成為世界能源舞臺上的主角呢?對于這個問題，見仁見智，專家們的看法也不盡一樣。

多數(shù)專家預計，從現(xiàn)在算起，大約再過半個世紀，原子核能和太陽能將成為世界能源系統(tǒng)的支柱，再加上其它新能源，將可以為全世界100多億人口(估計到那時全世界的人已超過100億)提供足夠的能源。到那時，煤炭、石油和天然氣等礦物燃料，將只用來作化工原料，以滿足人類衣食住行的需要。

所謂新能源，主要包括原子核能、太陽能、風能、海洋能、地熱能、沼氣能、氫能等。

專家們認為，在未來的一二百年里，原子核能將成為人類的主要能源之一。目前的核電站，大都是采用核裂變反應堆，只有鈾－235能夠燃燒，而鈾－235只占天然鈾總量的0.7%，剩下的99.3%的天然鈾都沒有被利用而成了核廢料，因此鈾資源浪費很大。如果繼續(xù)發(fā)展這種核裂變反應堆，那么世界上高品位的鈾礦用不了幾十年時間就會被消耗光了，而且不僅如此，還將留下大量的核廢料，給環(huán)境造成污染。因此必須大力發(fā)展核裂變快中子增殖反應堆(簡稱“快堆”)。在這方面，目前法國走在前面，現(xiàn)在法國已建成了世界上最大的“快堆”核電站，其發(fā)電能力為120多萬千瓦。

核裂變“快堆”的燃料是氘和氚。目前，核裂變的可行性已經(jīng)得到科學論證。俄羅斯科學家認為，從技術上來看，核裂變“快堆”電站有可能在幾年之內(nèi)建成，而它的廣泛應用大概需要幾十年至上百年才能實現(xiàn)。

關于太陽能，人們或許難以想象得到，我們居住的地球，每天從太陽那里所接受的能量，相當于目前全世界所有電站所發(fā)出的能量的10萬倍。可見太陽能的開發(fā)潛力是多么巨大!

對于太陽能的開發(fā)利用，小規(guī)模的分散的太陽能利用設備世界各國幾乎到處都有，而大規(guī)模的集中利用太陽能，在技術上也已經(jīng)有所突破。早在1982年，美國加利福尼亞州就建成了發(fā)電能力為1萬千瓦的太陽能熱發(fā)電試驗電站；到了1988年，美國加州已建成了10萬千瓦的大型太陽能熱發(fā)電電站。這種電站是利用太陽的熱能產(chǎn)生蒸汽來進行發(fā)電。

另外還有一種更有發(fā)展前途的發(fā)電方式，就是光電轉(zhuǎn)換，它是利用光電池來把太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能。新興的光電池工業(yè)發(fā)展非常迅速，美國加利福尼亞州建成了10萬千瓦級的大型光電池電站。

由于太陽能發(fā)電裝置要受到晝夜交替和天氣變化的影響，占用土地也比較多。因此，美國科學家提出了衛(wèi)星太陽能電站的設想：就是把裝著光電池的人造衛(wèi)星發(fā)射到赤道上空35700千米的軌道上，跟地球同步運行，它在任何時候都能受到太陽的照射。光電池所產(chǎn)生的電轉(zhuǎn)換成電磁波并傳到地球上的地面接收站，然后再轉(zhuǎn)換成直流電來供人們使用。

科學家們還設想如何利用太陽能來從水中分解出氫氣，并通過管道把氫氣輸送給用戶作能源，或者通過大油輪來把氫氣或液態(tài)氫輸送到各地，供人們使用。由于氫能的重量輕，熱值高，無污染，應用面廣，因而被人們譽為21世紀的理想能源。生物質(zhì)能主要是指柴、草、莊稼的秸桿和牛馬的糞便等?，F(xiàn)在利用這些東西的途徑，主要是利用它們來生產(chǎn)沼氣和酒精。例如，巴西用甘蔗生產(chǎn)酒精，用以代替汽油來開汽車，目前已有幾百萬輛汽車是用純酒精來作燃料，還有更多的汽車是用摻著20%酒精的汽油來作燃料。

現(xiàn)代生物技術的進步，為生物質(zhì)能的開發(fā)利用開辟了新的途徑。其中，石油植物和產(chǎn)氫樹的出現(xiàn)，已經(jīng)引起人們的廣泛興趣。石油植物可以種植在農(nóng)場里，它生長快，產(chǎn)量高，也很容易收獲，用它可以提取跟石油差不多的液體燃料。產(chǎn)氫樹更是非常有趣，它是現(xiàn)代高科技的產(chǎn)物。它是利用基因工程把樹干上的植物組織改造成一種氣囊，通過光合作用來生成氫氣。只要往氣囊里插上一根管，就可以把氫氣收集起來供人們使用。

據(jù)統(tǒng)計，目前世界上可供開發(fā)利用的新能源大約相當于120億噸標準煤，其中生物質(zhì)能就占了一半。

風能也很有發(fā)展前途。地球上近地層的風能總量達13000億千瓦。據(jù)世界氣象組織估計，全球可供利用的風能約為200億千瓦。保守一點說，在目前的技術條件下能夠利用的風能總量至少有10億千瓦，其中我國大約有1.6億千瓦。風能的用途很廣，包括風力提水、風能取暖、風帆助航、風力發(fā)電等等。在美國，風力發(fā)電已進入商業(yè)化。

地球的內(nèi)部是熾熱的，而且它的熱量不斷地向空中釋放。這種地球物理現(xiàn)象，叫做“大地熱流”。由于地球的表面積很大，單位面積內(nèi)釋放出來的熱量極其微小，所以全球的平均大地熱流量并不大，以致人們很難直接感覺出來。但是，這種大地熱流的總量是非常之大的。據(jù)科學家估算，地球內(nèi)部每年釋放出來的總熱量達10.17×1020焦，它相當于現(xiàn)在全球每年煤炭、石油、天然氣總耗量的三、四倍。當然，地球上不同地區(qū)的大地熱流量是不同的，大地熱流量越高的地區(qū)其地熱資源就越豐富。目前對地熱資源的開發(fā)利用，包括采暖、發(fā)電、育種、溫室栽培、洗浴等幾個方面。目前全世界地熱電站的總裝機容量約為500萬千瓦，其中美國占了將近40%，菲律賓約占30%。美國已經(jīng)建成了百萬千瓦級的大型地熱電站。

海洋能主要是指依附于海水中的可再生能源，它包括潮汐能、海流能、海浪能、海水溫差能、海水鹽度差能等。一般不包括海底石油和天然氣等化石能源。

全球海洋能的可再生量非常之大。據(jù)專家估計，全世界海洋能的可再生量約為760億千瓦。海洋中蘊藏著如此巨大的可再生能源，是因為海洋占了地球表面積的71%，它接受來自太陽的輻射能比陸地要多得多。

現(xiàn)在，人類正處于一個新的能源過渡時期，即由以化石能源(煤炭、石油、天然氣等)為主體的常規(guī)能源過渡到以可再生能源(太陽能、地熱能、水能、風能等)為主體的新能源時期。1992年9月在西班牙首都馬德里召開的第十五屆世界能源大會上，喊出了“能源與生命”的響亮口號。世界各國的有識之士都在大聲疾呼，呼吁各國政府盡可能限制化石能源消耗量的增長。根據(jù)歐共體國家的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，若以太陽能、水能、風能等清潔能源取代歐共體各國化石燃料發(fā)電量的1%，那么每年將可避免1500萬噸二氧化碳氣體的排放量?？梢姡稍偕茉磳Νh(huán)境的保護作用多么大。

我國的能源問題及其對策

研究和開發(fā)能源，這是我國經(jīng)濟建設和社會發(fā)展的戰(zhàn)略重點。要想使我國經(jīng)濟保持持續(xù)發(fā)展的勢頭，在相當長的時期內(nèi)，必須花大力氣發(fā)展采礦、冶金、化工、建材等基礎工業(yè)和鐵路、公路、航運、航空等交通運輸業(yè)，而這些都是需要大量消耗能源的行業(yè)。

我國要依靠僅占世界7%的耕地來改善占世界22%人口的食物供應，必須依靠能源的保證來實現(xiàn)農(nóng)副產(chǎn)品的現(xiàn)代化大生產(chǎn)。

目前我國人均年耗能還不到1噸標準煤，而要達到“小康”水平，人均能耗至少要達到1.5～1.6噸標準煤?？梢姡覈八幕苯ㄔO的前景，在很大程度上取決于能源的充分供應和有效利用。

然而，我國能源業(yè)正面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，主要存在以下幾個方面的問題。

一是人均資源相對不足。我國已探明的現(xiàn)有能源儲量僅為世界人均值的一半，且分布極不均衡，在東部經(jīng)濟發(fā)展較快地區(qū)只擁有能源儲量的1／3左右，而對西部能源的開發(fā)又受到經(jīng)濟、技術、社會、環(huán)境等諸多因素的制約，難度較大。

目前我國一方面是人均能耗很低(不及世界平均值的1／3)，而另一方面又是世界上單位產(chǎn)值耗能最高的國家之一。這是一個很大的矛盾，而解決這個矛盾的惟一出路是依靠科技進步。

二是煤炭在商品能源中所占比例過大。以1988年為例，在我國商品能源消費中，煤炭占76.1%，石油占17.1%，天然氣占2.1%，水能占4.7%。這種以煤炭為主體的能源結構，不僅導致運輸緊張，能源利用效率低，而且對環(huán)境的污染也比較嚴重。

三是一次能源轉(zhuǎn)換成電力的比例很低。目前我國一次能源轉(zhuǎn)換成電力的比例還不到25%，而工業(yè)化國家平均已達40%以上。

目前我國大陸家庭的平均用電量還不及美國的1%，也不及我國臺灣地區(qū)的4%。

電氣化程度太低，已經(jīng)成為影響我國科技進步和社會發(fā)展的一個重要制約因素。

四是農(nóng)業(yè)耗能高所帶來的能源危機。我國單位面積糧食作物的能源投入量，已經(jīng)超過以“石油農(nóng)業(yè)”而著稱的美國。對于這種高能耗、低效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如果不進行科學的改造，是難以不斷提高12億人口的食物供應水平的。

廣大鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)能源浪費嚴重，其能源利用率只及國營大中型企業(yè)的一半左右，而同時對環(huán)境的污染則更為厲害。

我國農(nóng)村人口近10億，其中3／4以上農(nóng)村人口的生活用能仍然是依靠柴草。目前全國每年砍伐的薪柴接近3000萬噸。我國森林的年生長率為3億立方米，而年消耗量卻達到4億立方米。森林減少所帶來的后果是令人擔憂的，它導致水土流失、草原沙化、土壤肥力減退，使生態(tài)環(huán)境惡化。

根據(jù)綜合預測，到本世紀末，我國能源的需求量將達17～20億噸標準煤，比90年代初10億噸的水平大體上要翻一番。

而根據(jù)現(xiàn)有條件，預計到本世紀末，我國能源的實際供應量大約只能達到14億噸標準煤?？梢姡奖臼兰o末，我國將會出現(xiàn)相當大的能源供應缺口。

我國的“四化”建設，正是在這種能源短缺、能源結構不夠合理、能源需求量迅速增長的條件下進行的。

構成我國能源的格局雖然與工業(yè)發(fā)達國家不盡相同，但在必須依靠科技進步這一點上卻是共同的。

當前，我國的經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，能耗直線上升，環(huán)境問題日趨嚴重，亟須制定長遠的能源發(fā)展戰(zhàn)略，要在厲行節(jié)能的同時，采取多能互補政策，特別要注意開發(fā)利用新能源，尤其是要大力開發(fā)利用可再生能源。