21世紀(jì)，可否“脫離石油而生活”？

    石油的供應(yīng)處于越來(lái)越脆弱的狀態(tài)。國(guó)際油價(jià)高企，短期內(nèi)可能都不會(huì)有下調(diào)的空間。盡管人類(lèi)已經(jīng)在發(fā)現(xiàn)和利用替代能源方面取得了巨大的進(jìn)步，但石油始終是可利用的少數(shù)幾種燃料之一。如果沒(méi)有了石油，我們的社會(huì)還可以繼續(xù)發(fā)展下去嗎？早前，IEEE美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)專(zhuān)家們提出了若干建議，IEEE高級(jí)會(huì)員、英國(guó)克蘭菲爾德大學(xué)離岸及能源工程學(xué)系教授Patrick Luk先生在接受羊城晚報(bào)電郵采訪時(shí)，指出人類(lèi)正在學(xué)會(huì)逐步“脫離石油而生活”，“我真心希望這能在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)”。

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    [能源利用變遷]

    煤、石油、天然氣仍是三大支柱能源

    20世紀(jì)以前，人類(lèi)的能源消費(fèi)一直以煤為主。20世紀(jì)時(shí)，發(fā)達(dá)國(guó)家的能源消費(fèi)才經(jīng)歷了由煤向石油的過(guò)渡。從上世紀(jì)50年代開(kāi)始，煤炭、石油、天然氣以及水電和核能便占據(jù)了世界能源消費(fèi)的主要部分。根據(jù)發(fā)現(xiàn)先后、資源多少、采集難易、輸送貯供條件、后加工技術(shù)進(jìn)步，以及對(duì)環(huán)境帶來(lái)影響等諸多因素來(lái)看，煤、石油和天然氣至今仍是世界一次能源(指從自然界取得未經(jīng)改變或轉(zhuǎn)變而直接利用的能源，即天然能源)的三大支柱。

    從專(zhuān)家分析的數(shù)據(jù)中可以看到，上世紀(jì)50年代，煤炭的消費(fèi)占據(jù)了世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的50%以上，這一比例在上世紀(jì)60年代迅速下降，上世紀(jì)70年代趨于穩(wěn)定。此時(shí)的石油和天然氣消費(fèi)增長(zhǎng)很快，兩者約占70%。上世紀(jì)80年代以后，核能和水電的比重增加。化石燃料仍是目前能源消費(fèi)的主體，占一次能源消費(fèi)總量的86%。在世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，石油占33.6%，天然氣占23.8%，煤炭占29.6%，核能占5.2%，水電占6.5%，可再生能源占1.3%。石油仍是最主要的能源，但所占比重已連續(xù)11年下降。天然氣的比重卻在顯著提高。

    Patrick Luk指出，21世紀(jì)時(shí)，世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)隨著石油量下降及天然氣量上升、煤炭將持平的狀況出現(xiàn)，逐漸達(dá)到各占27%-28%的局面。然后將出現(xiàn)一個(gè)以天然氣為主的短暫時(shí)期，其后再轉(zhuǎn)向煤為主。這種趨勢(shì)已成為大家的共識(shí)。為了適應(yīng)這種變化，能源多元化已被國(guó)際社會(huì)所關(guān)注。“只是在交通運(yùn)輸?shù)饶承┬袠I(yè)，石油在能源消費(fèi)中仍占比例超過(guò)90%。”

    由于石油、煤炭、天然氣等屬于不可再生資源，這意味著它們必然有枯竭的一天。有人曾預(yù)測(cè)再過(guò)60年，地球上的石油、天然氣就將被開(kāi)采完，雖然計(jì)算出這個(gè)數(shù)字的方法并不是很具說(shuō)服力，但可預(yù)見(jiàn)的是，如何實(shí)現(xiàn)能源的持續(xù)發(fā)展，已成為當(dāng)今世界迫在眉睫的主題和難題。

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    [尋找可替代能源]

    可替代石油的新能源仍未被發(fā)現(xiàn)

    Patrick Luk認(rèn)為目前人類(lèi)技術(shù)所開(kāi)發(fā)的新能源，大都“過(guò)于昂貴，無(wú)法替代相對(duì)廉價(jià)的石油”。但他樂(lè)觀地指出：“終有一天會(huì)有更好的替代能源面世。正如我們的祖先發(fā)現(xiàn)石油及其后續(xù)技術(shù)時(shí)一樣，我們需要的不僅是辛勤勞動(dòng)和開(kāi)發(fā)，還有好運(yùn)氣。”

    他指出，在目前人類(lèi)對(duì)可替代能源的解決方案中，不可再生資源中的油頁(yè)巖和核能，已成為了21世紀(jì)新能源的“希望之星”。

    油頁(yè)巖屬于非常規(guī)油氣資源，因?yàn)橘Y源豐富和開(kāi)發(fā)利用的可行性，被列為“21世紀(jì)非常重要的接替能源”。它與石油、天然氣、煤一樣，都是不可再生的“化石能源”。

    巖油很像石油，除了液態(tài)的碳、氫物質(zhì)外，還含有少量氧、氮和硫的化合物。頁(yè)巖油經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工提煉，可以制得汽油、煤油、柴油等液體燃料，具有與石油相同的作用。

    雖然日本核電事故對(duì)世界各國(guó)的核電政策產(chǎn)生了不同程度上的影響，不少?lài)?guó)家暫停了現(xiàn)有核電設(shè)施的運(yùn)行，或延遲了新建設(shè)施的計(jì)劃，導(dǎo)致核能產(chǎn)業(yè)遭受沉重打擊，但核能則是人類(lèi)最具希望的未來(lái)能源，將在未來(lái)的能源組合中扮演重要的角色。目前人們開(kāi)發(fā)核能的途徑有兩條：一是重元素的裂變，如鈾的裂變；二是輕元素的聚變，如氘、氚、鋰等。前者已得到實(shí)際性的應(yīng)用；后者仍在積極研究之中。而且人們發(fā)現(xiàn)，海洋中有相當(dāng)巨大的重元素鈾和輕元素氘、氚等，因此深海探索，具有重大意義。

    Patrick Luk總結(jié)說(shuō)：“我認(rèn)為不太可能出現(xiàn)一種單一的主要能源，能替代目前的三大能源支柱。更可能出現(xiàn)的，是一種融合不同能源技術(shù)的帶有地區(qū)差異的能源組合。同時(shí)，人們對(duì)能源替代品的選擇也會(huì)呈現(xiàn)地區(qū)差異。水能和風(fēng)能會(huì)是丹麥等國(guó)的主要能源，在其他水能和風(fēng)能資源不發(fā)達(dá)的國(guó)家，情況又會(huì)不一樣。”而歐盟正在積極地將撒哈拉沙漠的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能并運(yùn)輸至歐洲，太陽(yáng)能也很可能成為歐洲和北非最有發(fā)展前景的新能源。

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    [脫離石油的生活]

    電力系統(tǒng)的發(fā)明將成為關(guān)鍵

    Patrick Luk在采訪中提出了“完全脫離石油”的生活方式。他格外自信地說(shuō)：“我們正逐步學(xué)會(huì)怎樣過(guò)一種較少依賴(lài)石油的生活，最終過(guò)渡到完全脫離石油的生活。我真心希望這能在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)。”

    當(dāng)現(xiàn)在的石油依賴(lài)型經(jīng)濟(jì)逐漸轉(zhuǎn)向時(shí)，我們對(duì)生活質(zhì)量的定義，更大程度上將是圍繞“對(duì)我們的生活方式自由地掌控”，而不是像過(guò)去那樣與能源的消耗密切相關(guān)。在新能源時(shí)代，也許我們終將嘗試讓生活質(zhì)量與能源消耗“脫鉤”。

    比如電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)是人類(lèi)目前所開(kāi)發(fā)出的新自由生活方式中不錯(cuò)的選擇。

    電動(dòng)車(chē)簡(jiǎn)而言之就是以電力為驅(qū)動(dòng)，以電力為能源的車(chē)。在實(shí)現(xiàn)真正“零排放”的同時(shí)，它的確可以脫離對(duì)汽油的依賴(lài)。許多知名的汽車(chē)制造廠都在研發(fā)并生產(chǎn)電動(dòng)車(chē)，例如豐田推出的RAV4 EV電動(dòng)車(chē)、smart for two以及寶馬的Megacity Vehicle等。

    混合動(dòng)力汽車(chē)亦稱(chēng)復(fù)合動(dòng)力汽車(chē)，是指車(chē)上裝有兩個(gè)以上動(dòng)力源：蓄電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池、內(nèi)燃機(jī)車(chē)的發(fā)電機(jī)組等。當(dāng)前復(fù)合動(dòng)力汽車(chē)一般是指內(nèi)燃機(jī)車(chē)發(fā)電機(jī)，再加上蓄電池的汽車(chē)。這是目前最為環(huán)保和節(jié)省能源的汽車(chē)類(lèi)型，并且在私人轎車(chē)、公共交通等方面都已廣泛運(yùn)用。

    但以上兩種汽車(chē)都存在一個(gè)共同的問(wèn)題———電力供應(yīng)。因此Patrick Luk指出，電力將會(huì)成為衡量新能源時(shí)代能源發(fā)展的主要矢量。

    那些可以幫助電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的發(fā)明，將被認(rèn)為是“最前沿的發(fā)現(xiàn)”。值得注意的是，涉及電能轉(zhuǎn)換效率和利用率的相關(guān)電力電子技術(shù)，將在推動(dòng)這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展中起到關(guān)鍵作用。“如果電動(dòng)車(chē)的取電會(huì)造成供電網(wǎng)的崩潰，那電動(dòng)車(chē)注定要失敗。因此，配備了雙向能量流動(dòng)(指電網(wǎng)、充電設(shè)備和電動(dòng)車(chē)三者之間的雙向流動(dòng))管理系統(tǒng)和智能電網(wǎng)接入裝置的混合動(dòng)力車(chē)，將實(shí)現(xiàn)雙贏局面。屆時(shí)電動(dòng)車(chē)行業(yè)和公共事業(yè)將共同建立一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的低碳經(jīng)濟(jì)鏈。”

    目前，一些主要的歐盟財(cái)團(tuán)聯(lián)合大型汽車(chē)制造商和公共事業(yè)公司，正共同開(kāi)發(fā)從電網(wǎng)端到電動(dòng)車(chē)電池端的“V2G系統(tǒng)”和其他一些必要的基礎(chǔ)設(shè)施。V2G是Vehicle-to-grid的簡(jiǎn)稱(chēng)，它描述了這樣的一個(gè)系統(tǒng)：當(dāng)混合電動(dòng)車(chē)不運(yùn)行的時(shí)候，通過(guò)鏈接到電網(wǎng)的電動(dòng)馬達(dá)將能量賣(mài)給電網(wǎng)，反過(guò)來(lái)，當(dāng)電動(dòng)車(chē)的電池需要充滿(mǎn)時(shí)，電流又可以從電網(wǎng)中提取出來(lái)補(bǔ)充給電池。V2G技術(shù)使電動(dòng)車(chē)不僅作為一個(gè)電力消費(fèi)體，同時(shí)可在閑置時(shí)為家庭或電網(wǎng)提供電力，甚至使電動(dòng)車(chē)電池可作為再生能源的儲(chǔ)能單元，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)與電動(dòng)車(chē)可雙向互動(dòng)的概念，為未來(lái)智慧電網(wǎng)技術(shù)重要發(fā)展方向之一。據(jù)預(yù)測(cè)，V2G系統(tǒng)的變體將在大概10年后就能被實(shí)現(xiàn)并廣泛使用。

    鏈接

    我們還能用到

    這些可再生資源

    ●地?zé)崮埽菏侵竵?lái)自地球內(nèi)部的熱能資源。它是在地球演化進(jìn)程中儲(chǔ)存下來(lái)的，是獨(dú)立于太陽(yáng)能的又一自然能源，它不受天氣狀況等條件因素的影響，未來(lái)的發(fā)展?jié)摿ο喈?dāng)大。

    ●水能：是通過(guò)運(yùn)用水的勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或電能等形式從而被人們利用的能源資源。水力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是成本低、可連續(xù)再生、無(wú)污染；缺點(diǎn)是受分布、氣候、地貌等自然條件的限制較大。中國(guó)的水能資源理論蘊(yùn)藏量近7億千瓦，是世界上水能資源總量最多的國(guó)家。

    ●風(fēng)能：它存在于地球的任何地方，是由于空氣受到太陽(yáng)能等能源的加熱而產(chǎn)生流動(dòng)形成的能源，通常是利用專(zhuān)門(mén)的裝置(風(fēng)力機(jī))將風(fēng)力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、電能、熱能等各種形式的能量，用于采水、助航、發(fā)電、制冷和致熱等。

    ●生物質(zhì)能：主要是指植物通過(guò)葉綠素的光合作用，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。生物質(zhì)能一直是人類(lèi)賴(lài)以生存的重要能源，目前它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量第四位的能源。據(jù)估計(jì)，地球上每年通過(guò)光合作用生成的生物質(zhì)能，總量就達(dá)1440-1800億噸。

    ●潮汐能：是指海水在潮漲和潮落時(shí)形成的水能。它包括潮汐和潮流兩種運(yùn)動(dòng)方式所包含的能量，其來(lái)源是源于月球和太陽(yáng)對(duì)海水的引力作用所致。潮水在漲落中蘊(yùn)藏著巨大能量，這種能量是永恒的、無(wú)污染的能量。全世界潮汐能的理論蘊(yùn)藏量約為30億千瓦。