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继往开来

时间:2019-06-20    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

继往开来

  

到这里,我们已在能源技术百花园里匆匆地走一圈。但毕竟是走马观花,


一晃而过。对前面所介绍的内容,在您的记忆中虽不至于已成过眼云烟,但

也不能对园内一草一木都印象很深刻,甚至就连其中的奇葩(pa)异草恐怕

也难一一记清。为了加深印象,巩固知识,让我们一起回味一下本书的主要

内容,并进一步鉴往观来,作一个概括的分析和预测吧。

火,本是一种自然现象。当人们发现它是摄取和转换能量的最基本的形

式,并加以利用以后,人类便在文明的康庄大道上迅猛前进了。到目前为止,

人类对一切能源的利用,归根结底,或从引伸意义上讲,都是以火或用燃烧

的形式来实现的。人类日常生活中使用的许多能源,大都通过燃烧取能。火

力发电将化石燃料和木材,城市垃圾中的有机物质等生物质能转换成电能等

等,都是直接以火的形式来利用能源。而风能、水能和生物质能等本身呢,

实质上是太阳熊熊燃烧之后辐射能量所转化出来的。当然,太阳的光和热,

不用说,更是烈火高温的直接产物了。核电站燃烧核燃料,通过裂变链式反

应产生很高的温度,将水变成蒸汽,推动涡轮机发电,实质上,它还是以燃

烧形式从核燃料中取能。即使是燃料电池,尽管并不产生很高的温度,也看

不到火光,但本质上依然是燃烧,科学家们将其称之为“冷燃烧”。没有能

源,人类便不能生存,更不能发展。因此,完全可以说,人类正是在火的光

辉照耀下,迈出了一个又一个大发展的步伐,日益文明昌盛起来。

人类对常规能源的利用,无论是在开源方面,还是在节流方面,都在不

断进步。对于煤炭、石油和天然气等化石燃料,从勘探、开采、运输到使用,

技术不断进步,日新月异,令人目不暇接。这对能源本身的盛衰与荣辱,不

但没有影响,反而进一步促进了与这些常规能源有关的能源技术的进步和发

展。于是,资源卫星勘探技术、煤炭地下气化技术、二次三次采油技术、煤

炭液化和气化技术、磁流体发电和燃料电池等直接发电技术,以及高效大容

量输电和余热利用等等新节能技术相继诞生并发展起来,而且已经和正在给

人类带来极大的社会与经济效益。人们对水力能的利用,已经今非昔比,走

上了大规模、经济地开发和系统设计、综合利用的轨道。在常规能源技术领

域,目前,磁流体发电技术、燃料电池、水力能源综合利用工程、高效大容

量输电技术和余热利用技术等已成为人们关注的热点。

本世纪中叶以来,人们对核聚变能、太阳能、地热能、海洋能、风能和

生物质能等等新能源的研究开发和利用付出了辛勤的劳动,坚持进行着孜孜

不倦的研究,并取得了许多可喜的成果与重大突破。

如果从 50 年代初算起,人们研究和开发核聚变能已经有 40 年了。人们

已攻克了许多难关,虽然尚未达到受控热核聚变的目标,但是正在一步步地

逼近实现受控热核聚变的临界条件。随着托卡马克和磁镜约束聚变反应装

置,以及激光驱动等惯性约束聚变反应装置的不断改进,对于等离子体温度、

粒子密度和持续时间等实现聚变的主要条件已达到或接近受控热核聚变必须

的临界条件;这使我们已经看到受控热核聚变航船的桅杆和旌旗出现在地平

线上。而且,据目前发展来看,惯性约束反应堆有可能比磁约束聚变反应堆

更早一些实现商业应用规模。对低温核聚变——冷核聚变的研究,道路虽然

曲折坎坷,甚至在 1989 年还出了一场闹剧,但是,它毕竟是许多科学家所梦

寐以求的;在几十年的研究和试验过程中,有失败的痛苦,也有胜利的喜悦,

并积累了可靠的科学数据。所以,尽管许多议论纷纷,仍然有很多科学家和

工程师在坚持研究,它目前依然是开发和研究核聚变能的一个热点。

在大规模地利用太阳能方面,近 20 年来发展很快。目前,世界上已经建


立起许多装机容量相当可观的太阳热试验电站;还有不少功率已达数十万千

瓦至上百万千瓦的太阳能发电站也陆续建造成功。随着宇航技术的高度发

展,到太空去建造卫星发电站,非但不是遥远的将来才能办到的事,而且很

有可能成为能源技术今后的主攻方向之一。发射“人造月亮”——在几千千

米的高空布设太空伞,不但已指日可待,而且许多国家都在近几年内竞相将

它发射上天,已成为近期内开发和利用太阳能的一个热点。这项技术起初可

能是以做试验和解决照明为主,将来会逐步发展到与地面大规模太阳能发电

结合起来。

“地球是个庞大的热库,有源源不绝的热流。”(李四光)目前,世界

上凡是有条件的地方,利用地下热水和地热蒸汽取暖、洗澡、医疗、做饭,

温室种植、禽类孵养、水产培育等等已经相当普遍了。地下热水和地热蒸汽

在纺织、造纸、制革和制冷等工业领域也已得到了大量应用。自本世纪初意

大利建成第一座地热蒸汽发电站以来,经过 70 年代后的大发展,地热发电技

术也有了长足进步。世界上的地热发电站越来越多,近十年来正以 20%左右

的年增长率发展着。然而,地热蒸汽和地下热水的形成需要一定的地质和地

理条件,不是任何地方都有这种资源。不过,在地球上干热岩到处都有。因

此,开井汲取干热岩中的热能技术受到人们的重视,正在迅速发展起来。目

前,世界上利用干热岩发电的试验电站,装机容量最大的已达 20 万千瓦。预

计在今后 20 年内,数十万至几百万千瓦的干热岩发电站将可进入实用化阶

段。

覆盖着地球表面 71%的海洋中蕴藏着巨大而丰富的能源。波浪能、潮汐

能、海流能、海水温差能、海水盐浓度差能、海洋生物质能和海水中的氢能

等等应有尽有,丰富多彩。对海洋能的利用,目前只有对潮汐能的利用比较

成熟。潮汐发电技术发展较快,已达到大规模商业开发阶段。其中,法国朗

斯潮汐电站和我国江厦潮汐电站是世界上最大的潮汐发电站。对海洋波浪

能、海流能、海水温差能和海水盐浓度差能等等其他形式海洋能的大规模开

发利用,目前仍处在研究试验阶段。其中,对波浪能和海水温差能的开发研

究进步较快,已建成一些试验发电站或效率较高的发电装置,估计到下个世

纪初可达到大规模商业应用阶段。在海洋生物质能的利用方面,虽然也有人

建立过种植巨藻的“海洋农场”,但因成本昂贵和管理上的困难,一直未能

发展起来。从海水中提取氢、氘和氚,尽管可以实现,也有人在做,但还谈

不上大规模地应用。也许将来有一天,热核聚变发电站大批建立起来了,人

们会到海水中去寻求大量的氘和氚。

对风能和生物质能的开发,实质上是对太阳能的间接利用。

利用风能虽然是一个古老的课题,但是,真正大规模地开发利用不过是

近几十年来的事。风力发电技术近期内有了崭新的发展和飞跃。目前,从几

十千瓦到数千千瓦的大型风力发电站已在世界各地运行之中。特别是“风力

田”的开发,为大规模提供稳定电能的风力发电技术找到了一条经济可行的

途径。另外,建立海上风力发电站和空中风力发电站(会飞的风力发电站)

的设想,虽然有很多难题待攻克,但前景还是十分诱人的。预计在不久的将

来,这会有重大突破。

“农业别动队”是近期崛起的开发利用生物质能的劲旅。植物的光合作

用具有了不起的功能,它能够轻松自如而又非常有效地把太阳能转换成丰富

的生物质能。在植物中,不但有可直接作为食物或饲料的碳水化合物淀粉、


糖分和纤维素等——这些成分都可通过微生物的作用,把他们转变成液态或

气态的石油代用品;还有类似石油成分的碳氢化合物——它们有的可直接作

为柴油等液体燃料,有的则可通过化学加工变成各种石油产品。种植薪炭林

得到的木柴、农业秸秆等有机废物和城市垃圾中的有机物质等等都可直接用

来燃烧发电。这些生物质能为火力发电提供廉价的可再生燃料。因此,许多

国家正在研究和开发这类能源。目前,人们在培育优良“石油植物”方面亦

已取得了很好的成绩。试验性的“能源农场”和利用各种生物资源生产油类

或酒精等石油代用品的生物燃料工厂,也正在世界各地如火如荼地发展起

来。种植“氢树”和模拟叶绿素的光合作用直接生产氢能等设想,既美妙而

又艰难,最近也有了一定的突破。完全可以相信,人们的这些愿望,将来一

定能够实现。

对动物发电机、地球发电机、夸克结合能和潜在的理想燃料反物质等名

副其实的未来能源,您也许会感到有点渺茫,但是,它们也决非海市蜃楼。

它们之中至少有一两种,很可能会像太阳光卫星发电技术和太空伞技术一

样,成为能源技术的主攻方向。

能源系统工程是能源技术的运筹帷幄之术,既可以用于广泛开源,又可

以用于有效节流。它从整体或全局的观点、历史发展和辩证的观点,运用系

统科学,“软硬兼施”,综合利用软科学技术和硬科学技术,最优地实现对

能源系统的技术经济管理。

读完这本启蒙书,您或许要产生这样的想法,目前世界上流行着的一种

观点——“人们越来越感到能源紧缺”,是不够恰当和不够科学的。是的,

这正是作者所期望读者应该得到的结论之一。这种说法,至少是有点“近视”,

有点表面化地看问题。其实,能源无处不有,任何物质都有可能变成能源。

人类缺少的不是能源,而是技术和时间。如果我们有足够的时间,开发出高

度发达的精湛技术,那么,在我们的地球上和我们的宇宙空间里,就会有取

之不尽用之不竭的能源供人类使用。只要现在的科学家和工程师们,还有你

们——未来的科学家和工程师们继往开来,努力奋斗,许许多多经济、清洁、

安全而又经久耐用的新能源便会展现在人们面前。


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