能源发展简史

人类利用能源是以薪柴、风力、水力和太阳能等可再生能源开始，后来才发现了煤炭和石油。中国大约在春秋末（公元前500年）开始利用煤炭作燃料，但是直到13世纪英国开采煤矿，才把煤炭推上了能源的主角地位。

18世纪瓦特发明蒸汽机，英国进行产业革命，大量的动力机械逐渐替代了手工业生产方式，交通运输业也迅速发展，使世界能源结构起了重大变革。

1859年美国开始了石油钻探，这种液体燃料显示出比被称为黑色金子的煤炭更具有吸引力。

1876年，德国人奥托创制了内燃机，使机械工业发生了翻天覆地的变化。石油与煤炭的竞争加速了世界工业化的进程。特别是第二次世界大战结束后，中东一带的石油大量开发，廉价石油使发达国家的经济像吹气球似地膨胀起来。在煤炭、石油、天然气加速发展的同时，以电为主导的能源结构大变革又开始了。

作为二次能源的电力，从19世纪开始，无论是火电或水电，以及后来居上的核电，已在一些国家的经济中越来越起主导作用。电给人们带来无限的欢乐，从生活到生产，人们已离不开电，这是人类利用能源的重要里程碑。

综上所述，能源变革就是人类利用能源的简史。时至今日，人类消耗的能源越来越多，能源的种类也很繁多。

能源的有限性

当今支撑世界经济发展的能源主要是化石能源，即煤炭、石油和天然气。这些能源资源都是亿万年前古代太阳能的积存，远古的生物质吸收了太阳辐射能而生长，但是经过地壳变化，翻天覆地，把这些生物质埋藏在地下，受地层压力和温度的影响，慢慢地变成了碳氢化合物，这是一种可以燃烧的矿物质。

然而，这种漫长的地质年代和地壳的巨大变化，已不可能在地球上重复出现。尽管今后仍会有地震发生，而地球本身早已进入了稳定期。否则，像过去一样的造山运动，恐怕人类也将不复存在了。所以说，现在的煤炭、石油和天然气是不可再生的能源，只能是用一点，少一点，这种天赐的能源资源是有限的，值得人们十分珍惜。

1984年，第11届世界能源会议估计，全世界煤的预测贮量为13.6万亿吨，其中可采贮量为1.04万亿吨。20世纪90年代我国公布煤炭总资源贮量为5.06万亿吨，其中可采贮量约0.43万亿吨。中国是煤炭大国，煤产量居世界第一。

全国2000多个县，有煤资源的占1350个。目前，全国的能源供应，70％以上靠煤炭。但是煤是化石能源中最脏、热效率也较低的固体燃料，所以，带来的环境污染也最大。

水电是一种可再生能源，在一些国家还有较大的开发潜力，中国的水能资源较为丰富，但是大多数尚未很好开发利用，若能合理开发，将是弥补电力不足的好出路。由于化石能源的有限性和环境保护的需要，国际上对水电开发又开始重视，特别是有些发展中国家，没有更多的廉价石油和煤炭供火力发电，及早考虑如何充分利用水能资源，把电力工业和基础农业同时发展起来，将是现实可行的。例如巴西在发展水电方面有不少成功的经验。有些经济发达国家，如瑞士、日本、挪威、美国、意大利、西班牙、加拿大、奥地利等国的水能资源都得到了较充分的利用，而在多数发展中国家的水能资源尚未大量开发利用。我国的水能利用率仅及印度的1/2。加速水电开发势在必行。发展经济需要能源，但是从上述能源资源看，经济增长不能无限增加能耗。

20世纪70年代的世界石油危机给人们敲响了警钟，特别是一些靠消耗别国能源资源的国家，不加节制地增加能源用量不是长远之计，明智的办法是提高能源利用率和寻找替代能源。因此，美、日、德、法等国，在节能和开发新能源方面加大了投入。实际上许多经济发达国家从20世纪70年代后期以来，已逐渐做到经济有增长，能耗不增加，甚至有的国家总能耗还略有下降。它们已经认识到天赐资源有限，何况多数发达国家的能源大部分靠进口。如日本，国家小，资源不足，不能靠拼能源去增强经济实力，只能从技术上发挥优势，充分利用有限的资源，开展综合利用，使物尽其用，毫不浪费。

我国和多数发展中国家，对能源资源的紧迫感还不强，能源利用效率偏低。例如，我国比欧洲国家的能源利用，总效率约低20％；在农业方面约差10％，工业方面约差25％，民用商业方面也差20％。发展中国家浪费能源资源的现象比较普遍，技术越落后，浪费也越大。

化石能源资源不仅有限，而且同时也是多用途的宝贵资源。煤炭、石油、天然气除作为燃料使用外，就经济价值而言，作为化工原料更为合理。剖析这些物质的成分，它们都属于碳氢化合物，是有机合成的好原料，可以制造合成纤维、塑料、橡胶和化肥等等。如果我们今天把这些宝贵资源都燃烧掉，将来子孙后代搞化工合成就没有原料了，岂不要遭后人唾骂。因此，为了满足人们各方面的需要，珍惜有限的自然资源，人类应有长远的考虑。

如果20世纪70年代节约使用化石能源，是从防止世界产生石油危机考虑，进入20世纪90年代以后，则不仅是考虑不可再生能源资源的问题，而且更突出的是世界环境保护问题。例如大气中二氧化碳含量的增加，对温室效应和全球气候恶化产生的影响。

1992年6月，联合国在巴西的里约热内卢召开了世界环境与发展大会，许多国家元首和政府首脑出席了会议，会上发表了《关于环境与发展的里约热内卢宣言》，并提出了《21世纪议程》。我国人口多，人均能耗和二氧化碳排放量虽低于外国，但是绝对排放量却居世界第三位，当然不可忽视。亚洲地区新兴国家较多，能源消耗量大，预计到2010年，亚洲总能耗将比1992年翻一番，届时二氧化碳的排放量将占全球的1/4，直接导致的环境问题更为严重。不仅二氧化碳的排放量在直线上升，其实二氧化硫的排放量也令人忧虑，我国几乎40％的国土面积受到酸雨的威胁。主要是因燃煤过多而使二氧化硫的排放量过高引起的。酸雨对农林业影响巨大，仅南方江浙等7省，因酸雨减产的农田就达1.5亿亩，年经济损失约37亿元；森林受害面积128亿平方米，林业及生态效益损失约54亿元。这难道不惊人吗？所以说，没有远虑，必有近忧。现在国际上每年都有能源环境方面的会议，对于使用化石能源的排放标准已有许多限制议案。人们越来越关心这个热门话题，世界各国能源与环境政策制订者正在研究对策。关键还是要在技术上采取必要措施。工业革命时期，工厂的烟囱林立，人们把烟雾腾腾的伦敦称为“雾都”。然而现在世界上究竟有多少个雾都？

在20世纪，能源与环境是人类迫切需要解决的问题，它直接影响到世界生态平衡和人类的可持续发展。现在国际上许多国家政府都把《21世纪议程》当作制订政策的依据。各方面的科学家和工程技术人员都把注意力集中到人类迫切需要解决能源问题的焦点上，为了人类生存发展的共同目的，进行广泛的国际科技合作，攻克难关，创造更美好的明天。《关于环境与发展的里约热内卢宣言》提出：“保护和恢复地球生态，防止环境退化，各国共担责任。”中国在《21世纪议程》中提出：“综合能源规划与管理；提高能源效率和节能；推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术；开发利用新能源和可再生能源。”

最近几十年以来，人们经常可以在传媒中看到“能源危机”的警示。所谓“能源危机”，是指现在人类所使用的主要能源（化石能源）耗尽时，还没有找到足够替代能源这样一种危险。

能源危机的提出，主要是基于这样两个事实——能源消耗量的直线上升及化石能源的逐渐枯竭。据统计，2000年全世界的能源使用量比1900年大了30倍，这一统计还是属于比较保守的。

由于世界人口的2/3生活在发展中国家，他们平均每人的能源消耗只等于富裕地区市民的1/8，他们正在大力工业化，能耗量增长极快，他们有权利耍求避免繁重的劳动和单调的工作，而要做到这一点，就需要“能源奴隶”来代替。

早在20世纪40年代，曾有人作过一项估算，那时每个美国人使用的动力如果产生于体力劳动，则相当于古代150个奴隶的劳动量；20世纪70年代，这个数字已增到将近400个奴隶；至2000年则可能推进到1000个。这些能量所做的，就是过去奴隶曾做的劳动，如烧饭、送人往来、打扇、司炉、浆洗衣物、清除垃圾、演奏音乐以及其他家务劳动。现在干这些劳动的不再是人力，而是用机器来代替了，正是这些机器，代替了人的劳动，消耗了动力，消耗了能源。随着人口的增加，生活需求的增长，对能源的需求量也必将猛增，能源供应的短缺将给人类带来困难。

煤炭、石油、天然气等能源在地壳中的蕴藏量究竟有多大？虽然说法不一，但无论如何总是有限的，连续不断地大量消耗下去，不可避免地会有一天要枯竭，这是历史的必然。以煤炭为例，它是地球上蕴藏量最丰富的化石燃料，据世界能源会议估计，全世界最终可以开发的煤约11万亿吨，经济上有开采价值的约有7370亿吨。

有人估计，人类到2112年时将会消耗掉煤蕴藏量的一半，到2400年，地球上的煤将会全部用光。石油怎样呢？虽然它的开采时间不过100多年的历史，但人们已经感到“石油枯竭”的威胁。今天人们所说的“能源危机”，实际上就是“石油危机”。世界石油蕴藏量究竟还有多少呢？据土耳其权威的《石油》杂志1993年初的估计，大约还值192840亿美元，仅够用至2033年前后。依20世纪90年代石油每桶20美元计算，世界原油蕴藏量约值200000亿美元，其中绝大部分集中在中东地区，以沙特阿拉伯最多，约值51500亿美元；伊拉克次之，值20000亿美元；阿拉伯联合酋长国排名第三，有19000亿美元；第四是科威特，有18900亿美元。原油蕴藏量较多的其他国家依次是伊朗、委内瑞拉、前苏联、墨西哥，美国排名第九，蕴藏量约值5230亿美元，中国有2000亿美元蕴藏量，尼日利亚3400亿美元，印尼2200亿美元，加拿大、挪威、印度各有1000亿美元。总之，在今后几十年内，世界石油的绝大部分将被耗尽，到那时，人类将不得不转而起用其他能源。

能源的重要性

能源，对于人类的物质文明有着巨大的影响。能源发展的每一次飞跃，都引起了人类生产技术的变革，推动了生产力的发展。从木炭时代到煤炭时代，从煤炭时代到石油时代，以至原子能开发和各种各样新能源登上能源的消费舞台，都曾使几近停滞的文明开始新的发展。

现代人类社会依赖2种能量的供应：①维持人体正常生理功能所需要的能量，②维持社会生产力和日常生活所需要的能量。

第一种能量便是食物。在人体内部，各种物质总是处于相互作用之中，它们不断地发生着化学变化，为此必须有促进化学变化的热能，这就要从食物中摄取糖、淀粉等碳水化合物或脂肪，这些物质经转化而在血液中慢慢“燃烧”，使之产生氧化热，以维持必要的体温。由此而得的热能，通过使用肌肉这一“机械”而转化为运动能，以从事活动和工作。

当然，食物中必须有蛋白质，有钙、铁等矿物营养素。它们构成我们身体各部分的原材料，靠它们制成肌肉、骨骼及内脏器官。生命要进一步进行运动，则必须供给燃料，即能量，这就是碳水化合物和脂肪。一个人只要瞬时失去能源的供应，就将无法生存。

第二种能量则是人类进行生产所必须具备的能源，它和原材料、生产工具共同构成了人类生产的必要条件。并不是只要有了资金、材料和劳动力，社会建设就不存在问题了，如果没有能源，人类就不能建设城镇、村庄，不能制造机器，不能开动火车，不能从事各项研究活动。有人作过这样一个比喻：煤炭、石油或铀等能源好比现代社会的米、麦和面包。离开了能源，社会就将停滞以至灭亡。

人类生活水平和物质文明程度的提高，意味着能源需求量的增加。现在，一般都把每人每年平均能源消费量作为大体衡量该国人民生活水平的标准，因为能源消费增长同人均国民生产总值之间存在着一种互为因果的正面关系，这就是说，能源消费增长，会促进国民生产总值的增长，从而促进个人收入的增加，而个人收入增加又意味着对商品和社会服务有更大的需求，这就又导致消耗更多的能源。当然，这也不是绝对的。

地球上的能源种类繁多，但大致可分为2大类：非再生能源和再生能源。前者主要是指化石能源，后者则包括太阳能、水能、风能、生物能和海洋能等。这些能源存在于自然界中，随着人类智力的发展而不断地被发现，被开发利用，而每一种新能源的被发现和被利用，又强有力地推动了人类文明的发展，因此，能源的变迁史是同人类社会文明发展史紧紧联系在一起的。

从能源的利用和人类文化的发展进程看，大致经历了以下四个阶段：原始阶段（火的利用）、木材能源时代、化石能源时代和最后能源时代。煤炭和石油属于化石能源，它们的发现历史已相当悠长，中国早在3000多年前就开始使用煤炭，希腊2000多年前也开始使用。但由于种种原因，直到近代才达到实用化的地步。蒸汽机的发明和广泛应用，促进了对煤炭燃料的开发利用，直到20世纪前半期，煤炭始终占据能源的权威地位，统霸着热源、动力源和电力源。可以说，产业革命以后，文明的发展是靠煤炭推进的。

19世纪末，石油开始开采。1859年，美国人多列依库开发油田成功，使长眠于地下的石油成为大量供应的燃料。尤其是汽油发动机和柴油发动机的发明，使得石油制品得到了广泛应用，它更加迅速地推进了机械文明和近代文明的发展。进入20世纪后半期，石油最后动摇了煤炭的权威地位，在能源消费结构内跃居第一位，占50％以上。现在，大多数工业国家的经济几乎完全依赖于石油和天然气作能源，正因如此，每当石油出现紧张时，人们才普遍关心起能源问题来。

今天，人类利用的几乎完全是非再生能源，因此，人们迟早要面对化石燃料完全耗尽这样一个现实，必须探索新的能源。化石能源必将逐步过渡到最后能源时代。据专家预测，2070年以后，世界将进入以太阳能、地热能、风能、氢能、海洋能和核能、增殖堆等能源为主导的“最后”能源时代。

新能源展望

由于能源是左右人类物质生产发展的主要因素，如果离开了能源，人类的工业和农业就难以发展。正因如此，各国对能源科学的研究都极为重视，对新能源的开发都颇为关注。

新能源一般指太阳能、氢能、地热能、核能、海洋能、生物能、风能等，有的国家将煤炭气化、液化及页岩油、油沙油等也列入新能源之列。在新能源中，名列第一的恐怕是太阳能。据粗略统计，每年太阳照射到地面上的能量要比目前全世界已利用的各种能量的总和还要大1万倍。太阳灶是人们直接利用太阳能的设施之一，它结构简单，使用方便，不仅可以用来蒸熟米饭，还可以加热冷水等。我们还可以把太阳能转变为电能，实现这种转换的装置叫太阳能电池，它在航天、远洋、通信等事业中的应用逐渐广泛，人造地球卫星上的帆板就是给卫星上的设备提供能源的太阳能电池。太阳储藏着巨大的热能，据科学家们推断，它在几十亿年内仍是我们地球上最重要的能源。

迄今为止，就世界范围而言，太阳能的利用还是微不足道的。美国科学家正在为太阳能电池寻找新的电导材料，它叫铜铟联硒化物，与以往的结晶硅相比，它既省料又便宜，用它的薄膜制成的一块10平方米太阳能组件，可将11％的太阳能转换成电能。除此，长期让它在阳光下曝晒，性能也不会下降。有关专家相信，新一代太阳能电池材料尽管价格昂贵，但效益高，这些材料主要是指经过改进的结晶硅和ⅢⅤ族化合物，之所以将它们称为ⅢⅤ族化合物，是因为它们结合了化学元素周期表中的第Ⅲ和第Ⅴ族元素，它们的价格较高，但前景可观。例如砷化镓，有科学家称其为最理想的材料，它可以吸收在最佳光谱范围内的阳光，且可以与许多材料形成合金。美国的太阳能工业部门宣称，即使没有新的技术突破，仅仅依靠现有的技术，其也准备在2000年前大量生产洁净的电能。

20世纪末将是太阳能时代的黎明，太阳能新时代发出的曙光已在驱散人们的疑云。到2030年，太阳能采光板将使世界上绝大多数的居民用上热水，成千上万个太阳能集热器出现在千家万户的屋顶上，如同今天的电视天线一样，成为典型的城市建筑奇观。

核能的开发利用开始于20世纪50年代初。1954年，世界上第一座实用的核电站在苏联建成，向工业电网并网发电，虽然电功率只有5000千瓦，却为人类打开了又一扇能源的宝库。从此，核能在世界上的发展相当迅速，尤其在能源资源缺乏的国家，核能升为第一位，成了主要的能源。从国际原子能机构公布的结果知道，到1989年年底止，全世界的27个国家和地区，已经运行了的核电站有434座反应堆，总共发电功率有318吉瓦，占全世界总电量的17％。此外，正在建设的核电站有97台机组，总共77吉瓦。

目前，核电站的主要原料是铀，它是一种放射性元素，铀矿石同煤、石油一样是从地底下开采出来的，只不过铀的蕴藏量远比煤少得多，然而释放的能量却比煤要多得多，1000克铀裂变放出的热量相当于2500吨标准煤燃烧所放出的热量。但是，由于核能对于人类社会和生态环境有着潜在危险，有人将核反应堆视为潜在的原子弹，是“关在笼中的老虎”。因此，如何看待核能源，是人类解决对能源需求日益扩大过程中一个非常紧迫的问题。

地热能是一个不可忽视的能源。地球内部储藏着灼热的岩浆，犹如石油一样埋在地底下，这些岩浆可以把地下水变为蒸汽，如果我们钻一口深井，这些蒸汽就可以冲出地面，我们不仅可以用它来推动发电机发电，还可推动一些其他机器运转。据统计，地球上全部地下热水和热蒸汽的热能约相当于地球全部煤蕴藏量的1.7亿倍，但对它的利用，进展比较迟缓。

风能也是一种可利用的能源。古时候，人们曾利用风力带动风车，进而带动石磨转动，用来磨面。现在，在一些风力资源比较丰富的地区，还可用风能带动发电机发电。海洋能有2种不同的利用方式：①利用海水的动能，②利用海洋不同深度的温差通过热机来发电。前一种又可分为大范围有规律的动能（如潮汐、洋流等）和无规则的动能（如波浪能）2类，它们都可设法直接转化为机械能。利用海洋不同深度的温差来达到发电的目的，其潜力也是很大的。

据估计，仅仅靠近美国的那一部分墨西哥湾暖流，就可提供超过当今耗能100倍的能量。若是将全世界的潮汐能收集起来，有10亿多千瓦，如能充分利用，每年可发电度数大约相当于目前全世界水电站年发电总量的1万倍，可见海洋能的开发前景是多么辉煌。另一种大有前途的能源是氢能，作为和电类似的二次能源，它也初露头角。氢能可以由“取之不尽”的阳光来分解“用之不竭”的海水而获得，这是一种比较理想的代替石油的燃料，没有污染，使用方便，还可以直接利用现有的热机，不需要对现有的技术设备作重大的更改。

由此可见，人类能源的出路，一是节流，二是开源，自然界为我们提供的能源在短时期内是不会枯竭的，就看我们如何开发和利用它们了。