利用新能源解決能源危機(jī)與環(huán)境污染的幾點(diǎn)思考

利用新能源解決能源危機(jī)與環(huán)境污染的幾點(diǎn)思考能源問(wèn)題已成為世界性的重大技術(shù)難題，時(shí)至今日，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)還相對(duì)落后。對(duì)于傳統(tǒng)常規(guī)能源還有很大依賴，一直爭(zhēng)議不斷的化石能源仍屬于支柱產(chǎn)業(yè)，能源利用率較低，還存在許多不合理利用和浪費(fèi)現(xiàn)象，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了大量而無(wú)法彌補(bǔ)的損失。當(dāng)然這與我國(guó)的基本國(guó)情有關(guān)，但我們有責(zé)任有義務(wù)做得更好。展望世界，能源已成為世界各國(guó)注意之焦點(diǎn)：海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)、利比克戰(zhàn)爭(zhēng)等大規(guī)模沖突事件背后都有能源方面的考量。現(xiàn)在的國(guó)際政治也不斷強(qiáng)化著“得能源者得天下”的理念。物質(zhì)、精神、文化、經(jīng)濟(jì)、政治、軍事等人類生活的方方面面因能源而更加深刻而尖銳的交織在一起。能源，已成為世界的中心。它深刻地影響著人類世界的過(guò)去、當(dāng)下與未來(lái)，是人類社會(huì)變革與發(fā)展的一大核心驅(qū)動(dòng)力。世界各國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略的方向不盡相同，但各國(guó)都認(rèn)識(shí)到了擺脫對(duì)終將枯竭且對(duì)全球生態(tài)平衡造成巨大破壞的化石能源的依賴的重要性。新能源，即可再生能源因其之無(wú)可比擬之優(yōu)勢(shì)被各國(guó)放在了發(fā)展的最前列。本文正是我在這種時(shí)代背景下對(duì)于新能源科學(xué)思考的結(jié)果。因?yàn)樾履茉纯茖W(xué)學(xué)術(shù)體系十分龐大，分支學(xué)科與應(yīng)用方向十分多，且各方向的發(fā)展情況也十分復(fù)雜，又因?yàn)榇宋牟⒉恢铝τ趯?duì)新能源學(xué)科體系進(jìn)行全面而系統(tǒng)的梳理，在此就只對(duì)各主要的發(fā)展方向進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述：一、核能方向（一）核裂變?cè)谟?guó)2008年通過(guò)的《氣候變化法案》中，規(guī)定了能源發(fā)展的長(zhǎng)期目標(biāo)：到2050年，英國(guó)的溫室氣體排放量需在1990年的基礎(chǔ)上減少80%。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，英國(guó)正在進(jìn)行一場(chǎng)巨大的能源重組計(jì)劃，即：將傳統(tǒng)發(fā)電廠退役，同時(shí)啟動(dòng)包括核能在內(nèi)的新能源發(fā)電項(xiàng)目。英國(guó)能源研究合作組織（ERP）、國(guó)家核實(shí)驗(yàn)室（NNL）、英國(guó)工程與自然研究理事會(huì)（EPSRC）、核退役管理局（NDA）和能源技術(shù)研究所（ETI）組成的項(xiàng)目聯(lián)盟發(fā)布了《英國(guó)核裂變能技術(shù)路線圖：初步報(bào)告》。報(bào)告指出，英國(guó)必須制定一項(xiàng)明確具體的核能產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略和路線圖，同時(shí)假設(shè)：英國(guó)若要在2050年之前擁有安全、低碳的能源結(jié)構(gòu)，核電必將發(fā)揮更大作用。（二）核聚變核聚變能也有很大的利用價(jià)值，但是人類目前對(duì)其的最有效利用方式仍停留于熱核武器階段，尚無(wú)法達(dá)到可控水平。當(dāng)世實(shí)現(xiàn)可控核聚變的設(shè)想主要是磁約束和慣性約束。磁約束裝置托卡馬克（Tokamak）是目前最有希望實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想的裝置。若人類真能實(shí)現(xiàn)可控核聚變，那么將不會(huì)再有能源危機(jī)。二、風(fēng)能方向一系列促進(jìn)再生能源的政策法規(guī)的頒布實(shí)施，幫助德國(guó)成為全球風(fēng)能利用最成功的國(guó)家。從1991年制定第一部促進(jìn)可再生能源利用的《電力輸送法》開始，德國(guó)政府先后出臺(tái)了多部相關(guān)法律法規(guī)，并多次對(duì)部分法律進(jìn)行修訂和完善，為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)I造了有利的外部條件。科技進(jìn)步是德國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)獲得長(zhǎng)足發(fā)展的保證。德國(guó)政府從1994年開始，把科技政策支持的重點(diǎn)集中在大力發(fā)展風(fēng)電技術(shù)上，每年的投入近1億歐元，有效推進(jìn)了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和風(fēng)電行業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。三、水能方向中國(guó)小水電取得了令人驕傲的成績(jī)，這一點(diǎn)勿庸置疑。但同時(shí)我國(guó)在大型水利工程建設(shè)方面也取得了舉世矚目的成績(jī)。最典型的例子就是三峽水利工程的實(shí)施。放眼世界，經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的美國(guó)的水資源問(wèn)題的成功解決，也主要是依靠水壩建設(shè)。美國(guó)已經(jīng)建有大小壩*****多座，大都建于上世紀(jì)30年代至80年代，其中壩高15m至30m之間的壩有6975座，30m以上的大壩有1749座。水庫(kù)總庫(kù)容約為*****億m3,為世界之最。美國(guó)水壩按主要功能劃分，為供水或灌溉的大壩1890座，防洪的大壩1873座，旅游、娛樂(lè)目的大壩870座，以發(fā)電為主的大壩629座。四、生物質(zhì)能歐洲生物質(zhì)能利用技術(shù)是上世紀(jì)七十年代以來(lái)，為了應(yīng)對(duì)石油危機(jī)逐步發(fā)展起來(lái)的。目前，生物質(zhì)能利用技術(shù)已成為最受歐盟國(guó)家重視的可再生能源技術(shù)。在各國(guó)支持可再生能源發(fā)展的政策推動(dòng)下，生物質(zhì)能利用技術(shù)發(fā)展很快，生物質(zhì)能在能源中比例迅速提高，特別是生物質(zhì)顆粒機(jī)成型技術(shù)和直燃發(fā)電技術(shù)應(yīng)用已非常廣泛。五、海洋能作為國(guó)外技術(shù)進(jìn)步標(biāo)志的法國(guó)朗斯潮汐發(fā)電站，1968年建成，裝有24臺(tái)具有能正反向發(fā)電的燈泡式發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)輪直徑為5.35米，單機(jī)容量1萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量達(dá)5.4億千瓦時(shí)。1984年建成的加拿大安納波利斯潮汐電站，裝有1臺(tái)容量為世界最大的2萬(wàn)千瓦單向水輪機(jī)組，轉(zhuǎn)輪直徑為7.6米，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)在水輪機(jī)葉片外緣，采用了新型的密封技術(shù)，冷卻快，效率高。六、太陽(yáng)能目前，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，一些公用事業(yè)公司通過(guò)大型中心光電場(chǎng)以增加他們的電能，而另一些電力公司則通過(guò)建立靠近用戶的小型光電場(chǎng)達(dá)到這個(gè)目的。有的光電陣列集電板布置在毗鄰建筑的地方，有的布置在屋頂上，或者干脆整個(gè)結(jié)合到建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)中。在這種情況下，建筑光電一體式系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，簡(jiǎn)稱為BIPV。這種BIPV光電設(shè)備可以充當(dāng)建筑的屋頂、外壁板、幕墻、玻璃窗或者雨篷等特殊元件。七、地?zé)崮鼙鶏u開發(fā)利用得最好。該國(guó)早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一個(gè)地?zé)峁嵯到y(tǒng)，現(xiàn)今這一供熱系統(tǒng)已發(fā)展得非常完善，每小時(shí)可從地下抽取7740t80℃的熱水，供全市11萬(wàn)居民使用。由于沒(méi)有高聳的煙囪，冰島首都已被譽(yù)為“世界上最清潔無(wú)煙的城市”。此外利用地都給工廠供熱，如用作干燥谷物和食品的熱源，用作硅藻土生產(chǎn)、木材、造紙、制革、紡織、釀酒、制糖等生產(chǎn)過(guò)程的熱源也是大有前途的。八、氫能20世紀(jì)60年代，氫燃料電池就已經(jīng)成功地應(yīng)用于航天領(lǐng)域。往返于太空和地球之間的“阿波羅”飛船就安裝了這種體積小、容量大的裝置。進(jìn)入70年代以后，隨著人們不斷地掌握多種先進(jìn)的制氫技術(shù)，很快，氫燃料電池就被運(yùn)用于發(fā)電和汽車。德國(guó)已經(jīng)大量應(yīng)用。綜上所述，世界新能源科學(xué)主要就有這八個(gè)發(fā)展方向，每個(gè)方向都有其特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)、困難與美好前景。我個(gè)人認(rèn)為若單一能源欲成為人類替代能源需要滿足這幾點(diǎn)共性要求：①清潔;②可再生；③高效益而符合生態(tài)經(jīng)濟(jì)的理念；④對(duì)其之大力開發(fā)不會(huì)對(duì)現(xiàn)在的生態(tài)環(huán)境造成巨大影響；⑤其潛力或稱儲(chǔ)存總量可以滿足全球總?cè)丝诘男枨?；下面筆者從五個(gè)共性要求來(lái)對(duì)以上八個(gè)方向進(jìn)行考量：核能中的裂變能是目前應(yīng)用較廣的能源，其技術(shù)難題業(yè)已突破，但核裂變之原料（主要是鈾和钚）儲(chǔ)量較小，并不可再生，終會(huì)枯竭。且其產(chǎn)生的放射性廢料會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大而持久的危害。其安全性同樣令人擔(dān)憂，切爾諾貝利和福島之鑒未遠(yuǎn)。筆者認(rèn)為不是權(quán)宜之計(jì)。而聚變之開發(fā)則令人期待。風(fēng)能、海洋能、太陽(yáng)能都有總量大而分布分散、難于富集之特點(diǎn)。風(fēng)能儲(chǔ)量很大，滿足第五條，但其是不穩(wěn)定且無(wú)變化規(guī)律的能源，而且其大規(guī)模開發(fā)會(huì)激化現(xiàn)有的土地緊張的矛盾，但其對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)和海島地區(qū)的供能問(wèn)題仍有巨大作用。海洋能并非只指潮汐能，其還包括海水鹽差能、海水溫差能、波浪能等。其具有不穩(wěn)定但有規(guī)律的特點(diǎn)。其之開發(fā)水平還很低，技術(shù)尚不成熟，但法國(guó)和日本已有成功之例。太陽(yáng)能的發(fā)展水平很高已經(jīng)得到普及，但其占世界能源比重仍不高。光凰混合系統(tǒng)也具有一定的應(yīng)用價(jià)值和前景。水能的發(fā)展水平也很高，三峽大壩就是一個(gè)例證，但其或許會(huì)對(duì)上下游水域的生態(tài)帶來(lái)嚴(yán)重影響。然而因其穩(wěn)定而高效的特性，其仍不失為一個(gè)解決能源危機(jī)的良策。地?zé)崮軆?chǔ)量也很大。但近來(lái)有專家表示如果大量開發(fā)地?zé)崮軙?huì)造成地質(zhì)環(huán)境劇烈改變，地基沉降、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)等后果。生物質(zhì)能利用是歐盟的支柱產(chǎn)業(yè)，但其之過(guò)度開發(fā)如風(fēng)能一樣，都會(huì)造成土地危機(jī)，無(wú)法真正取代化石能源。氫能清潔而環(huán)保但其之劣勢(shì)也是明顯的：電解制取工藝造價(jià)過(guò)高，難于液化儲(chǔ)存運(yùn)輸困難。這兩點(diǎn)劣勢(shì)直接限制了氫能的大規(guī)模開發(fā)與應(yīng)用。所有的研究方向雖然都存在這樣或那樣的困難，都有這樣或那樣的問(wèn)題。但筆者認(rèn)為，從來(lái)沒(méi)有人限制過(guò)人類能源問(wèn)題只能由一種能源解決來(lái)作為新時(shí)代的化石替代能源。這個(gè)世界是多元統(tǒng)一的，萬(wàn)事萬(wàn)物殊途同歸，一切都是順勢(shì)而為，因地制宜。水邊用水能，海島用海能，高原之上有太陽(yáng)與地?zé)?，平原之間有生物與核能。那么多的發(fā)展方向正是針對(duì)不同情況、不同地點(diǎn)、不同類問(wèn)題給出不同的“解題方案”與模板。或許現(xiàn)在無(wú)法找到一種可以“罷黜百家”的完美能源，但多元統(tǒng)一、因地制宜、集合各種能源而形成的“靈活混合能源”難道不是完美能源嗎？多元組合的分地區(qū)分地域的靈活操作難道不能解決能源問(wèn)題嗎？由此而得，人類能源問(wèn)題可能不是一法而成之的，也許多能源混合才是真正