西交大能源環(huán)境學講義第2章 能源及其現(xiàn)狀

PAGEPAGE13第2章能源及其現(xiàn)狀2.1地球能源系統(tǒng)地球最初能源來自太陽。地球能源系統(tǒng)，輸入：太陽、地熱；輸出：大氣輻射（反射、散射）、地面輻射（反射、散射）；地表附近能量貯存、轉(zhuǎn)換、流動。2.1.1太陽—大氣—地球輻射平衡輻射是以電磁波將能量從一處傳向另一處的傳遞方式。萬物生長、氣象變化所需的最初能源來自太陽。太陽熱能輻射到大氣、地球，而后又返回空間。地球的能量收支是平衡的。地球和大氣接受太陽輻射，同時又向外發(fā)出輻射。地球總體上不積累能量，也不失去能量。因而只要保持這種平衡，地球整體來說，溫度不上升也不下降；盡管地球局部有的地方儲存能量，有的地方付出能量。但自然的和人為的因素，會時時打破這種平衡。輻射對大氣空間的溫度分布起決定作用。而熱力結(jié)構(gòu)決定了大氣運動，繼之又作用于污染物的傳輸、轉(zhuǎn)化、擴散。反過來，污染物又對大氣輻射產(chǎn)生影響。溫室氣體阻擋地球向外界空間的紅外輻射，溫室氣體濃度上升使地球表面溫度上升。氣溶膠、水蒸汽通過散射太陽短波輻射而影響地球的輻射平衡。污染物使云凝結(jié)核增加，影響云的輻射性狀，從而對氣候產(chǎn)生作用。在大氣上界、日地處于平均距離位置、垂直于太陽光線的單位面積上單位時間的太陽輻射能量，叫太陽常數(shù)；數(shù)值為S0=1370W/m2。到達地球的太陽輻射要比S0小得多。太陽投向地球的輻射，約30%被反射，其中主要是云（~20%），還有大氣中的氣溶膠顆粒和氣體分子散射（~6%），以及地球表面（~4%）；約21%被空氣和云吸收。太陽、大氣與地球的輻射平衡如圖2.1所示。圖2.1太陽—大氣—地球輻射平衡示意圖資料來源：徐玉貌等，大氣科學概論，南京，南京大學出版社，2000南京大學大氣科學系，氣候?qū)W研究，北京，氣象出版社，1998太陽輻射通過大氣時受到三種減弱：吸收、散射和反射。有云等的反射；有空氣分子的散射，氣溶膠粒子的散射和吸收；有痕量氣體，主要是水汽、O3、CO2等的吸收。反射對太陽輻射減弱作用最顯著。云層、氣溶膠、地面將太陽輻射相當一部分反射回外界空間。主要是云層。反射對波長沒有選擇性。云的反射能力隨云狀、云厚而不同。高云反射率25%，低云65%，稀薄云層10~20%，厚云層可達90%；云的平均反射率為50~55%。太陽輻射遇到空氣分子、粒子、云滴等質(zhì)點發(fā)生散射，輻射以質(zhì)點為中心向周圍發(fā)散。能量并不損失，只是改變了方向；于是一部分返回外界空間。散射特性依賴于粒子尺度與入射輻射波長λ的相對大小。引進參數(shù)ρ=2πr/λ，r為質(zhì)點半徑。當ρ＜0.1(r<<λ)時，稱為瑞利(Raleigh)散射或分子散射；當0.1＜ρ＜50時，稱為米(Mie)散射；當ρ＞50(r>>λ)時散射為幾何光學問題。瑞利散射是對稱的蠶繭形，前向、后向散射最大。米散射沒有對稱性，前向散射大，且隨ρ增大，散射分布形狀越來越不規(guī)則，越來越集中于前向散射。大氣中一些成分具有選擇性吸收某些波長輻射能的特性。吸收太陽輻射的主要成分是O2、O3(紫外區(qū))、H2O(紅外區(qū))，其次是CO2、CH4、N2O等。大氣的吸收光譜如圖4.3所示。O3的吸收帶是：0.2~0.32，0.3~0.36，0.6，9~10m；CO2的吸收帶是1.4，1.6，2.65~2.8，4.15~4.45，13~17m；水蒸汽的吸收帶是0.94，1.1，1.38，1.87，2.55~2.84，5.6~7.6，12~30m。由圖可見，0.29m以下的太陽紫外輻射幾乎被全部吸收了；可見光范圍吸收很少；紅外區(qū)吸收也很強。經(jīng)過選擇性吸收，穿過大氣后的太陽輻射光譜變得很不規(guī)則。由于大氣對太陽輻射的吸收帶都位于太陽光譜兩端能量較小的區(qū)域，因而太陽輻射減弱很小。大氣直接吸收的太陽輻射很少，尤其是對流層，太陽輻射不是主要的直接熱源。2.1.2碳循環(huán)自然界中的碳以有機和無機兩種形式存在，無機形式主要由二氧化碳和碳酸鹽。碳的各種存在形態(tài)和流動如圖3.11所示。據(jù)估計，全球碳量約為26×1015t，絕大部分以碳酸鹽形式固定在巖石圈中。能夠供生物利用的二氧化碳存在于大氣圈和水圈中。大氣中的二氧化碳約有碳量750GtC(GtC—109噸碳)；并在逐年增加，20世紀80、90年代增加速度是3~3.4GtC/a。地球上生物貯存碳量約550GtC，其中森林是生物碳的主要貯存庫，約482GtC，大致是大氣中碳量的2/3。再多一些的碳貯存于陸地的土壤、動植物殘體中（1200~1500GtC），海洋表層水中（1000~2800GtC）。海洋的中層、深層水中貯存量更大。但最大量的碳貯存在沉積物、巖石圈中。碳的循環(huán)流動過程關(guān)鍵在大氣—陸地、大氣—海表層之間。大氣中含碳化學成分主要是二氧化碳、一氧化碳、甲烷。碳循環(huán)的主要環(huán)節(jié)是二氧化碳的循環(huán)。大氣與陸地之間的二氧化碳交換，主要活動是陸地植物光合作用，每年從大氣中吸收約100GtC/a。其中大約一半通過呼吸又釋放給大氣；一半成為有機物貯存于植物體中；積存于植物體中的碳，經(jīng)過一年或幾十年，或上百年，通過落葉、樹干枯死、微生物分解，重新轉(zhuǎn)化為二氧化碳釋放回大氣。此外，人類活動，主要是化石燃料燃燒和森林破壞，向大氣排放二氧化碳。在20世紀80、90年代，估計每年排放7GtC/a。如表3.4，其中一部分在大氣中蓄積，一部分為海洋獲取，還有一部分去向不明，稱為失匯(missingsinks)。對這部分二氧化碳的去向，自從1978年Woodwell等提出后，一直困擾著科學界；并成為研究熱點之一。有許多推測，可能陸地植物吸收量增大；也可能巖石風化，碳酸鹽吸收二氧化碳和水而溶解；或是海洋生物活動增強，吸收量增大，向中深層海水的溶解沉積碳增加。有人考慮北太平洋和南極海的中層水對碳的接收，以及沿岸向大洋底層流入有機物顆粒及其分解生成的碳酸。可能性較大的是陸地植物吸收量增大。有的研究表明，由于氣溫上升和CO2濃度增加，北半球溫帶、北方的森林生長量有加快趨勢；另外的研究也表明，北美大陸森林、熱帶雨林都可能對于CO2失匯起著作用。還有，CO2濃度升高對其它植被的施肥效應(yīng)，也使陸地植被凈吸收大氣二氧化碳量增加1GtC/a。許多研究尚未得到充分肯定。表2.1人為二氧化碳發(fā)生源和匯源匯GtC/a化石燃料燃燒5.4±0.5森林破壞1.6±1.0大氣中沉積3.4±0.2海洋獲取2.0±0.8去向不明1.6±1.4資料來源：方精云，2000大氣與海洋水面之間的二氧化碳交換量，與大氣—陸地的交換量大致相當。大氣中每年約有100GtC/a進入海水表層，同時海水中有略少于這個量的碳進入大氣。從幾十年的時間尺度來看，大氣中二氧化碳量受海洋的影響最顯著。大氣與海洋水面之間的二氧化碳交換量，與大氣—陸地的交換量大致相當。大氣中每年約有100GtC/a進入海水表層，同時海水中有略少于這個量的碳進入大氣。從幾十年的時間尺度來看，大氣中二氧化碳量受海洋的影響最顯著。圖2.2是海水中二氧化碳平衡分布的垂直分布。在海面附近，海水中二氧化碳平衡分壓與大氣中二氧化碳接近。然后隨海水深度增加而增加，到800—1000m處，可達1000ppm的高濃度。再往下濃度降低；在3000—6000m范圍，穩(wěn)定在500—600ppm，這種垂直分布是海洋生物活動造成的。在海面附近的100m混合層內(nèi)，浮游植物進行光合作用吸收二氧化碳，然后含碳物質(zhì)一面下降，一面分解；最終沉到海底的部分，固定了二氧化碳；分解部分又釋放了二氧化碳。研究表明，海洋每年凈吸收大氣CO2約為2GtC/a。這包括海的表層水、中深層水的碳貯量在逐年增加，再加上一部分碳量向海底沉積。因此，海面上不斷地從大氣中吸入二氧化碳。表層水和大氣之間的二氧化碳交換，取決于二者的二氧化碳平衡分壓之差；交換速度取決于該分壓差、風速、洋流、海水溫度、鹽度、堿度等。由全球的海洋表層二氧化碳分壓差分布圖可知，北大西洋高緯度地區(qū)是較強的吸收匯，太平洋東部赤道附近是發(fā)生源。北大西洋的低溫海水，沉入深海緩慢流入印度洋、太平洋，隨之構(gòu)成了碳隨海流的流動。這種流動決定了從大氣中到海洋的二氧化碳吸收量。定量估計尚在研究之中。2.1.3氫循環(huán)2.2能源分類自然界中可被人類開發(fā)利用，得到能量的自然資源稱為能量資源。目前看來，能源是人類生存、發(fā)展的動力基礎(chǔ)。自然界的能量資源有的已被開發(fā)，有的尚待開發(fā)。能量資源可分為三類：第一類是來自太陽的能量。有的是直接來自太陽的輻射能。即通常所說的太陽能；有的是間接來自太陽的能源，如化石燃料、水能、風能、海洋能。第二類是地球本身儲存的能量，例如地球內(nèi)部的地熱能，地球上可用鈾、釷、氘、氚等裂變聚變的核能等。第三類是月亮、太陽、地球之間作用產(chǎn)生的能量，如潮汐能。在這些資源中，已有一部分正在被人類消費使用。被廣泛應(yīng)用的能源稱為常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣、水力、核裂變能。除水能外，由于化石燃料和核裂變?nèi)剂系南乃俣冗h大于生成速度，故稱為貯存性能源。另一些由于技術(shù)、經(jīng)濟的限制，尚未大規(guī)模開發(fā)利用的資源，通常稱之為新能源，如太陽能、地熱能、海洋能、生物質(zhì)能、核聚變等。新能源不僅數(shù)量巨大，種類繁多，而且使用清潔，不易污染環(huán)境；又因它們消耗與補充速度可以持平，故又稱可再生能源。常規(guī)能源中的水能也是可再生能源。從環(huán)境污染程度來說，目前主要的常規(guī)能源，煤、石油、核裂變?nèi)剂隙际遣磺鍧嵞茉?；天然氣污染較輕；水力是清潔能源?？稍偕茉淳乔鍧嵞茉?。自然界中現(xiàn)成存在，可直接取用的能源稱為一次能源，如煤、水力、太陽能等等。經(jīng)過加工或形式轉(zhuǎn)換的能源稱為二次能源，如焦碳、汽油、電力、蒸汽等等。2.2.1化石燃料化石燃料指煤、石油、天然氣、油頁巖等。之所以叫化石燃料，是因為這類燃料是地殼內(nèi)動植物遺體，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，經(jīng)過長期的化學、物理變化而形成的?；剂现械幕瘜W能最初來源于太陽。植物通過光和作用收集，轉(zhuǎn)化了太陽能，接著轉(zhuǎn)存于動植物的有機體中，成為化石燃料的原料。從數(shù)百萬年前照到綠色植被的太陽能，到今天埋在地下的化石燃料的化學能，不僅需要漫長的地質(zhì)年代，而且轉(zhuǎn)換效率極低?！伴_始需要大量的原料，結(jié)果只有一小塊”。因此目前地球上儲存的化石燃料，是寶貴而且十分有限的。煤煤的地質(zhì)年齡有幾百萬年甚至上億年。最初，煤的形成是從生長在沼澤地區(qū)的植物群有機物逐漸轉(zhuǎn)化而來。死亡植物體埋藏在水和其他植物碎屑之下，沼澤地的死水保護了有機物不被氧化，并使細菌繁衍。大量的樹干、樹葉、蕨類、棒狀苔蘚類及其他植物積聚在沼澤靜水中，起初腐爛，而后逐漸被浸埋而失去氧氣供應(yīng)，然后開始分解，堆積物便逐漸成為泥煤?，F(xiàn)在泥煤中的纖維狀物質(zhì)往往還清晰可辨。泥煤在沼澤中繼續(xù)下沉。其他碎屑物質(zhì)在上面不斷堆積，泥煤的炭化過程逐漸進行。在轉(zhuǎn)化過程中，植物的纖維素經(jīng)過化學作用轉(zhuǎn)變成二氧化碳、水、甲烷和碳。在某些地區(qū)，因地殼變動而將植物有機體深埋地下。隨著地質(zhì)年齡增長，在水、細菌、高溫、高壓作用下，碳逐漸富積，其他物質(zhì)逐漸揮發(fā)。煤的地質(zhì)年齡越長，固定碳含量越高，煤的品位也越高。因此，從泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤，固定碳成分依次升高。煤是人類最早利用的礦物燃料。十九世紀末到二十世紀初，煤成為主要能源。其間世界煤炭產(chǎn)量增長很快，1870年世界煤產(chǎn)量2.5×108t，1910年為11×108t。近幾十年來，發(fā)達國家增加石油等其他能源的消費，目前世界能源總體來說，煤炭不再是第一能源。其中，美國的煤炭在石油、天然氣之后居第三位；日本則因煤炭資源缺乏，主要能源是石油、天然氣、水力和核能。但就世界范圍內(nèi)來說，尤其在中國，在今后幾十年乃至幾百年內(nèi)，煤炭仍將是主要能源之一。另一方面，在燃用化石燃料中，燃煤對環(huán)境污染最為嚴重。因此，發(fā)展清潔燃煤技術(shù)是目前的迫切任務(wù)。世界煤炭總產(chǎn)量的變化如表2.2所示。表2.2世界煤炭總產(chǎn)量年份19101940197019801985199019952000年總產(chǎn)量(×108t)11173037.743.647.8345.3043.39地球上煤炭的資源難以準確估計。1993年《能源》期刊的報道，世界煤資源為8.4×1012t，1987年末確認可采量為1.3113×1012t；另外根據(jù)英國石油2002年的統(tǒng)計數(shù)字，2001年的世界煤炭探明可采量是984.453×109t，儲采比——即探明可采量除以當年(2001年)世界總產(chǎn)量，是216年。各個國家的儲采比大不相同。煤在地球上的分布很不均勻。大部分煤蘊藏在北溫帶。亞洲的煤炭資源占世界總量的一半；北美洲的煤炭資源則是除亞洲外其他大陸總和的一半以上。俄羅斯、美國、中國、波蘭、德國、英國、澳大利亞、南非和印度等9個國家集中了世界煤炭資源的90%以上。中國、美國、俄羅斯三國的煤炭年產(chǎn)量常常占世界總產(chǎn)量的一半以上。中國煤炭資源儲量多，分布廣而不均衡。1992年探明煤炭保有儲量為9800×108t。中國大陸30省、市、自治區(qū)，除上海市外，都有煤炭資源。全國2000多個縣，851縣有可觀的煤炭探明儲量。目前，山西、內(nèi)蒙古、貴州、安徽、陜西五省區(qū)合計占全國總儲量的75%。江南10省區(qū)合計僅占全國總量的2%，山西目前仍是我國最大的煤炭基地，煤炭保有儲量占全國的1/3，煤炭年產(chǎn)量占全國的1/4，均為全國第一位。但是隨著煤炭勘探工作發(fā)展，我國煤炭儲量分布正在變化。華東、中南地區(qū)煤炭資源少，且人口和工業(yè)密集，經(jīng)濟發(fā)展快，長期以來存在北煤南運的問題。中國煤炭不僅儲量大，且品種多，質(zhì)量也比較好。無煙煤、煙煤、褐煤及石煤，樣樣俱全。在探明儲量中，各種煤的比例如下：煉焦用煤36%，無煙煤17%，動力用煤45%，石煤2%；華北地區(qū)煤炭儲量多，而且質(zhì)量好，華東、中南地區(qū)儲量少而且質(zhì)量差。2.石油人類進入二十世紀，從內(nèi)燃機發(fā)明到目前為止，石油是人類尤其是發(fā)達國家的主要能源。石油及其產(chǎn)品的勘探、生產(chǎn)、貿(mào)易、運輸、消費，不僅使石油工業(yè)成為世界上最大的工業(yè)之一，而且在地質(zhì)和環(huán)境科學中，石油占據(jù)了極其重要的位置。石油如何形成，在何種巖層生成，以及形成所需時間，都尚無統(tǒng)一的結(jié)論。一般認為，石油由死亡的動植物有機體轉(zhuǎn)化而來；石油生成于細粒結(jié)構(gòu)的沉積層中，由于其滲透性低，細微孔隙易與外界隔絕，創(chuàng)造了化學還原環(huán)境，使有機物質(zhì)避免氧化破壞，進而轉(zhuǎn)化為石油；估計石油生成需要約一百萬年。在不同的地質(zhì)年代的巖層中都找到了石油，但第三紀巖層中最多，白堊紀次之，其他巖層很少。石油在生油層中生成，在壓力作用下，遷移到顆粒粗、孔隙大的儲油層中去。與煤不同，石油若沿巖層滲透到地面，則會逸出外部環(huán)境而散失。因此盡管油田也是有深有淺，但最終石油總是保存于不透水層圈閉之中。美國賓夕法尼亞的第一口油井21.2m，而俄克拉荷馬的一口井則深達9160m。采油時，靠自然壓力或壓入水、氣體以增加壓力，使石油從油井流出，大部分石油仍留在巖石孔縫中。采油技術(shù)不同，采出的石油、占油田總儲量的百分率也不同。目前能采出油田全部儲油的三分之一。在探測新油田的同時，人們還設(shè)法從現(xiàn)有油田中采出更多的石油。石油的產(chǎn)出遍及各大洲。但目前的石油分布是不均勻的。由于經(jīng)濟和技術(shù)的原因，有的地區(qū)勘探和開采進行迅猛，有的發(fā)展緩慢——這并不意味著這些地區(qū)石油資源不豐。新油田的發(fā)現(xiàn)也許會改變世界石油的布局。目前主要的產(chǎn)油國集中在兩個石油帶；一是東半球的地中海——中東——印尼一帶，中東的產(chǎn)油大國如沙特阿拉伯、科威特、伊朗、伊拉克等；一是西半球的沿太平洋西海岸地區(qū)，從美國阿拉斯加、加拿大、美國西部、墨西哥、委內(nèi)瑞拉、哥倫比亞到阿根廷。中國被認為是貧油國家的時代雖然成為過去，但我國的石油資源目前看來不及煤炭資源豐富。據(jù)《能源》1994年報導，石油總資源量為87×108t。目前的石油探明儲量集中在黑、魯、冀三省，其可采量約占全國總量的70%。全國有22個省區(qū)發(fā)現(xiàn)了油、氣田。主要油田有大慶、勝利、大港、任丘、遼河、克拉瑪依、冷湖、玉門、南陽、江蘇等。此外，在沿海大陸架的勘探中，先后發(fā)現(xiàn)了渤海、南黃海、東海、珠江口、北部灣和鶯歌海等6個大型含油盆地。二十世紀前半葉，1904—1948年的45年間，中國石油總量為295×104t；年產(chǎn)量從未超過10×104t。50年代以來，我國進行了大量的石油地質(zhì)勘探工作。先是西部的準噶爾、塔里木、柴達木盆地，后是松遼、渤海灣盆地，發(fā)現(xiàn)和開發(fā)了克拉瑪依、冷湖、大慶等油田。到1963年，中國原油年產(chǎn)量達到648×104t，從而結(jié)束了使用洋油的歷史；1965年開始出口原油。1978年，中國原油年產(chǎn)量突破1×108t，進入世界主要產(chǎn)油大國行列。中國歷年原油產(chǎn)量，總的來說是逐年增長的；其中1978—1983年在1×108t徘徊；以后逐年增長，2000年產(chǎn)量為1.626×108t。3.天然氣天然氣主要指油系天然氣即油田氣和氣田氣；此外還有煤系天然氣。天然氣的發(fā)現(xiàn)通常與石油相似，但不完全相同；近年來在比石油更深的地層下發(fā)現(xiàn)了天然氣。不論是與石油伴生的油田氣還是單獨的氣田氣，天然氣的成分通常是較輕的烷烴，主要是甲烷，還有乙烷、丙烷和丁烷等。燃用天然氣，排放污染很輕。天然氣主要用作工業(yè)、民用燃料，以及化工原料，也用于發(fā)電。例如，日本1992、1993年天然氣發(fā)電量均占全年總發(fā)電量的23%。世界天然氣資源所含能量，與石油儲量大體相當。目前估計全球總資源量在（250~350）×1012m3之間。主要產(chǎn)氣國有美國、俄羅斯、加拿大、荷蘭、墨西哥等。美國也是天然氣消費大國，近年來的年消費量約占世界總消費量的60%，另外的消費大戶是日本和歐共體國家。據(jù)目前報道，我國的天然氣總儲量為33×1012m3。氣田氣主要分布在川、黔兩省，其儲量約占全國總量的70%，油田氣分布在遼河、大港、南陽等油田。在我國能源生產(chǎn)總量中，天然氣所占比重很小。我國天然氣絕大部分用于工業(yè)燃料或化工燃料，民用燃料約10%，作為發(fā)電能源的部分很少。即使在將來，天然氣也不會成為中國的主要發(fā)電能源。2.2.2水能人類以水能作為動力能源由來已久。3000年前中國人就在黃河沿岸架起了水車。100年前，法國人建起了水利發(fā)電站。而今，南美洲建起了裝機容量10360和12600Mw的大型水電站。在挪威、巴西、加拿大等國，水電是本國電能的主要部分。水能是既清潔又可連續(xù)再生的能源。不象燃用化石燃料的火力發(fā)電，水力發(fā)電沒有高溫、氣體、固體廢物排放，無環(huán)境污染；再者，江河滔滔奔流，匯入大海，靠太陽輻射將水分蒸發(fā)，送入空中，回落大地，匯成江河，如此循環(huán)往復，川流不息。還有，水電站運行靈活，啟停迅速，宜于調(diào)峰；水電將一次、二次能源同時開發(fā)，不象火電要涉及燃料供應(yīng)。因此，世界各國都盡力開發(fā)本國水利資源。據(jù)1993年《世界水能資源》統(tǒng)計，世界水能資源總量如表9.2所示。發(fā)達國家如日本、美國、加拿大，以及西歐各國如法國、瑞士、瑞典、意大利、挪威等，都已開發(fā)經(jīng)濟可開發(fā)水能資源的50%以上。一些發(fā)展中國家如巴西、阿根廷、土耳其、印度、委內(nèi)瑞拉等已開發(fā)13~22%。我國的水利資源十分豐富（表2.3），但主要集中在西南地區(qū)，占全國總量的68%。其次是中南地區(qū)，占15%。金沙江水利資源最豐富，從虎跳峽到向家壩，可裝機4900×104kw。長江干流從宜賓到宜昌，包括三峽，可建四級水電站，總裝機可達3380×104kw。雅礱江、大渡河、瀾滄江、紅水河、黔江都有很大的水利資源。黃河、華東、華北、東北地區(qū)水利資源已開發(fā)不少，但仍有可觀數(shù)量可供開發(fā)。就經(jīng)濟可開發(fā)量來說，全國1980年開發(fā)不到3%；1991年為9.9%，繼續(xù)開發(fā)潛力很大。表2.3世界與中國的總水能資源(×1012kw.h/a)理論水能蘊藏量技術(shù)可開發(fā)量經(jīng)濟可開發(fā)量已開發(fā)量(1991年)世界總量35159.352.27中國5.92221.92331.26000.1248水電的問題在于：（1）分布不均。從地理條件來說，水利資源豐富處往往在崇山峻嶺之中，遠離需要能量的地方，且輸送困難；從自然條件來說，水能隨汛期、平水期、枯水期變化，除非建造特大水庫。（2）必須建筑水壩，形成水庫，以得到一個垂直落差。這將對環(huán)境帶來影響，如淹沒耕地，移民、天然風景的破壞、魚類等生物的存亡等諸多不易解決的問題。（3）進水有沉積物，天長日久積填水庫；水力機構(gòu)也有一定壽命年限。2.2.3可再生能源隨著化石燃料迅速耗竭和水能開發(fā)漸盡，人類不得不努力尋求其他的可連續(xù)再生的、無環(huán)境污染的替代能源。除了水能以外，這些可再生能源包括太陽能、風能、海洋能、地熱能、生物質(zhì)能、核能等。太陽能太陽不斷地進行將氫變?yōu)楹さ暮司圩兎磻?yīng)。雖然地球獲得的太陽能，只是太陽輻射能量的極少部分，但其數(shù)量已足夠巨大。太陽能的利用方式，有直接利用熱能的水加熱、太陽蒸發(fā)、蒸餾裝置；有將其轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池；有光—化學轉(zhuǎn)換的化學蓄熱方法。太陽能安全、清潔、又取之不盡，但目前的問題是裝置成本太高。風能地球表面氣壓高低不同使空氣運動形成風。太陽熱輻射對赤道與極地之間、陸地與海洋之間，以及不同季節(jié)的不均勻，形成全球效應(yīng)的不同的風。我國風能資源最豐富地區(qū)是新疆西北部、內(nèi)蒙、遼東半島，年均風速4~5m/s，我國已有數(shù)萬臺中、小型風力發(fā)電機在運行。海洋能主要包括波浪能、潮汐能、溫差能。利用海浪波動，驅(qū)動渦輪機工作，目前已用于燈塔、浮標的燈光電源。潮汐能是利用潮漲潮落造成的水落差來推動水輪發(fā)電機。法國朗斯海灣有24×104kw的潮汐發(fā)電站；我國在山東、浙江等地有100~300kw的潮汐電站在運行。熱帶海洋表層溫度約27℃，深海則4℃，利用這個溫差可使工質(zhì)蒸發(fā)、冷卻，以驅(qū)動渦輪機。目前尚在實驗階段。地熱能地球內(nèi)部蘊藏著巨大熱量，其分布隨深度而增加。在合適的地質(zhì)、水文條件下，形成熱水或蒸汽的地熱田，世界上已有不少地熱電站。我國在西藏羊八井等地熱點開始了發(fā)電實驗，目前地熱能主要用于采暖、醫(yī)療等。生物質(zhì)能植物利用光和作用得到的有機質(zhì)，如木材、農(nóng)作物肥料、市政地下污水等，均可用作能源。核能核能在我國尚未作為主要能源使用，故通常劃在新能源之列。但核裂變在國外已應(yīng)用數(shù)十年，如法國、日本、比利時、瑞典、的國，以及韓國、匈牙利等，核電占據(jù)總發(fā)電量的很大比例（30~70%）。因此，國外已不將核裂變列入新能源范圍。可再生能源中的核能只指核裂變。將氫原子核熔合為氦原子核，即氫的聚變反應(yīng)。原料氘可從海水中提取。核聚變反應(yīng)堆的建造尚在初試階段。與化石燃料相比，通常認為可再生能源不造成環(huán)境污染。然而，隨著可再生能源的廣泛使用，本來局部的影響也會給人類和自然界帶來嚴重危害。如太陽能電池生產(chǎn)中使用有毒物質(zhì)、風能裝置的噪聲、地熱開發(fā)溢出硫化氫等。因此，可再生能源利用同樣要充分考慮環(huán)境保護。2.3中國的能源狀況與特點1.人均少；不滿足發(fā)展需求；2.分布不均，結(jié)構(gòu)不均；3.技術(shù)、管理現(xiàn)狀問題多，效率低，污染重。2.4世界能源形勢預測（一）直面能源危機1.地球上的石油到底還能供人類用多久？地球上的石油到底還能供人類用多久？這是一個有爭議的問題。有專家認為地球上的石油僅夠三四十年，有專家則認為可使用一二百年。1998年6月7日，美國《洛杉磯時報》發(fā)表題為《即將來臨的石油危機——真正的危機》的文章認為，今后10年左右，世界石油供應(yīng)似乎是充足的。在今后20年左右的時間，全球石油產(chǎn)量可能開始持續(xù)下降。雖然市場力量和石油生產(chǎn)技術(shù)的改進可能使石油供應(yīng)繼續(xù)保持到21世紀，但是石油危機的到來可能比一般人的設(shè)想早得多。目前全球每天消耗石油量已達7100萬桶，幾乎每年增加2％。以每年這個增加數(shù)字計算，到2010年，全世界將消耗掉從經(jīng)濟到技術(shù)上都容易開采的全部石油的一半。該文章認為，盡管地質(zhì)勘探技術(shù)有了驚人的進步，但所探明的新的石油儲量明顯減少，因為現(xiàn)有石油消費量同新勘探到的石油量的比例是4∶1。到2003年，不論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，最終都會面臨石油危機。在本世紀內(nèi)，世界主要靠豐富的低價石油推動了經(jīng)濟車輪的前進，如果石油枯竭，那么世界經(jīng)濟將面臨嚴峻挑戰(zhàn)?！吨袞|報》認為，到1997年底，開采石油已達8070億桶，其中一半是在石油動蕩的70年代開采的。根據(jù)一些保守的估計，石油儲量不會超過8300億桶。還有一些報告指出，世界石油總儲量約達9950億桶。目前，世界每年消費石油240億桶，而新勘探出的石油越來越少，每年只有50億桶。中東地區(qū)以外的石油儲量正在下降。石油資源是有限的。

據(jù)美國石油業(yè)協(xié)會估計，地球上尚未開采的原油儲藏量已不足兩萬億桶，可供人類開采時間不超過95年。在2050年到來之前，世界經(jīng)濟的發(fā)展將越來越多地依賴煤炭。其后在2250到2500年之間，煤炭也將消耗殆盡，礦物燃料供應(yīng)枯竭。面對即將到來的能源危機，全世界認識到必須采取開源節(jié)流的戰(zhàn)略，即一方面節(jié)約能源，另一方面開發(fā)新能源。2.近幾年國際能源形勢——石油市場的競爭（1）全球能源格局加速調(diào)整，競爭白熱化伊拉克戰(zhàn)爭對世界經(jīng)濟造成的最大影響在能源領(lǐng)域，全球能源格局因此加速洗牌。特點是：①美國霸主地位基本確立。美國借反恐戰(zhàn)爭已經(jīng)占領(lǐng)阿富汗，并“順便”立足中亞，其控制里海油氣資源之目標因此實現(xiàn)。伊拉克戰(zhàn)爭則使美國支配中東石油的愿望成為事實。中東地區(qū)已探明石油儲量占全球的65％，其中伊拉克占10．5％，加上未探明儲量，估計其石油儲量在2000億桶以上。如果美國再順勢解決伊朗問題，中東油氣資源的控制權(quán)將全部落入美國之手。此前，在北美，美國通過北美自由貿(mào)易協(xié)定，獨霸了加拿大、墨西哥的油氣資源。在西非，美國頻頻發(fā)動外交攻勢，并謀劃從歐洲調(diào)兵進駐幾內(nèi)亞灣，以保“后備油庫”之安全。

②全球能源爭奪愈演愈烈。近兩年，尤其是伊拉克戰(zhàn)爭后，各大國和跨國石油公司之間的油氣爭奪戰(zhàn)此起彼伏。這主要表現(xiàn)在：首先，油氣管道爭奪成焦點。從某種意義上講，控制輸油管比擁有油氣資源更重要。美國力主開通巴庫一杰伊漢、土庫曼斯坦一阿富汗一巴基斯坦油氣管道，來削弱俄羅斯和伊朗對里海油氣開發(fā)的影響力；日本不擇手段與我爭奪遠東輸油管道，旨在遏制“中國勢力”、爭奪亞太油氣主導權(quán)。其次，油氣資源爭奪激烈。近幾年，世界頂尖跨國石油公司幾乎已全部擁入中亞，爭奪里海的油氣資源。在西非，目前它們正忙著瓜分幾內(nèi)亞灣的石油資源。在中東，它們又虎視眈眈地瞄準伊拉克油田的重建。第三，市場爭奪殘酷。俄羅斯一環(huán)里海石油圈崛起、幾內(nèi)亞灣新油田開發(fā)、伊拉克重返國際石油市場，打破了原有油氣市場格局，引發(fā)歐佩克內(nèi)部、歐佩克與非歐佩克之間、生產(chǎn)國與消費國之間對市場的激烈爭奪，俄羅斯成為爭奪中心。

（2）供求平衡使油價穩(wěn)中趨降伊拉克戰(zhàn)爭的順利結(jié)束，基本消除了市場的恐慌心理，石油價格開始從高位下調(diào)。但因各國石油庫存低，伊拉克石油業(yè)恢復低于預期，恐怖分子又不斷滋事，一些產(chǎn)油國局勢不穩(wěn)，致使國際油價未能像上次海灣戰(zhàn)爭后那樣大幅下調(diào)。據(jù)IMF估計，2003年石油價格將高于2002年的25美元／桶，達28．5美元八甬，2004年將回落到25．5美元／桶。但世界銀行認為，2004年油價將跌至22美元/桶。油價未來走勢主要取決于全球供求關(guān)系。據(jù)歐佩克統(tǒng)計，2003年第二季度，全球石油需求為7590萬桶／日，產(chǎn)量則達7820萬桶／日。這表明，國際市場原油供應(yīng)充足，供大于求格局仍能保持。影響未來國際油價走勢的因素主要是：俄羅斯已經(jīng)成為國際石油市場上的戰(zhàn)略賣家。俄原油儲量居全球第七位，但近年來開采量躍居全球第二位，2002年原油產(chǎn)量達3．8億噸，其中44．7%用于出口，2003年的產(chǎn)量將增至4．15億一4．2億噸。伊拉克石油生產(chǎn)正在恢復，2004年可望從2003年的100萬桶／日增加到280萬桶／日，且潛力較大。此外，西非、中亞等新產(chǎn)油地增產(chǎn)潛力也很大。（二）未來全球能源供需形勢礦物燃料仍是絕對主體總部設(shè)在巴黎的國際能源機構(gòu)每年發(fā)表一份《世界能源展望》（下稱《展望》）報告。今年的《展望》除了分析預測世界能源的需求與供應(yīng)外，還包括：持續(xù)高油價對世界石油市場的影響；石油公司油氣儲量數(shù)據(jù)報告系統(tǒng)現(xiàn)存的問題；俄羅斯個案的深入分析；能源與貧困等。（1）能源需求仍將以礦物燃料為主

《展望》預測，2002年至2030年，全球一次性能源需求將增長近60％，但1.7％的年均增長率將低于過去30年2％的平均水平。隨著能源使用效率的提高以及全球經(jīng)濟對重工業(yè)依賴度的降低，能源強度（即單位國內(nèi)生產(chǎn)總值的能耗）將繼續(xù)下降。這份報告認為，礦物燃料仍將是全球能源消費的主體，在全球一次性能源的需求增量中將占到85％左右。這其中，石油需求年增長將達1.6％，到2010年日需求量將達9000萬桶，2030年將達1.21億桶；天然氣需求的增長勢頭最為迅猛，到2030年年需求量將達4.9萬億立方米；煤炭所占比例將略有下降，但仍是最主要的發(fā)電燃料。從2020年至2030年，煤炭消費預計將每年增長1.5％，到2030年需求量將達到70億噸，比目前高出50％?！墩雇愤€預測，地熱、太陽能、風能、潮汐能等可再生能源的消費將以每年5.7％的速度增長。由于這部分能源目前在全球能源消費總量中所占比重較低，到2030年，隨著其他能源消費的增長，其所占比例將僅為2％。報告還預測，到2030年，隨著經(jīng)濟快速增長、人口激增，發(fā)展中國家的能源需求將占全球能源總需求的近一半。（2）石油供應(yīng)格局將改變《展望》認為，世界石油供應(yīng)格局將發(fā)生變化。未來30年，全球能源供應(yīng)足以滿足需求，油價必然下跌，但能源安全在短期內(nèi)將有更大風險?！墩雇奉A計