能源构成与环境变化

马栩泉   发表于  2013-04-23 10:45

能源是自然资源的重要组成部分,是人类社会发展的先决条件,是国家经济发展、人民生活水平提高的重要物质基础。

能源是自然资源的重要组成部分,是人类社会发展的先决条件,是国家经济发展、人民生活水平提高的重要物质基础。

目前,世界上的主要能源是煤、石油和天然气这些化石能源(又叫化石燃料)。据国际能源署(IEA)统计,2009年全世界一次能源生产总量为175.6亿吨标准煤,其比例构成为:原煤28.1%,原油32.5%,天然气20.6%,水电2.3%,核电5.7%,其他10.9%。同年,全世界一次能源消费总量173.6亿吨标准煤,比例构成为:化石能源80.9%(原煤27.2%,原油32.8%,天然气20.9%),水电2.3%,核电5.8%,其他能源10.2%。2009年世界的电力67%由化石能源产生(煤电40.5%,油电5.1%,气电21.4%),13.4%由核能产生,3.4%由其他能源产生。

2010年,中国的一次能源消费量为32.5亿吨标准煤;生产量为29.9亿吨标准煤,其中煤炭占76.8%,石油占9.6%,天然气占4.3%,水电、核电、风电占9.3%。

燃烧煤、石油和天然气,会向大气中排放二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、二氧化硫(SO2)、氮的氧化物(NOx)等有害气体以及烟尘(包括当前引起人们广泛关注的PM2.5颗粒),造成环境的严重污染。

二氧化碳、甲烷叫“温室气体”,它们产生温室效应,温室效应主要由二氧化碳引起,它笼罩在我们的上空,使太阳照射在地球上的热量很难散逸,从而使地球表面温度上升。煤和石油燃烧产生的二氧化硫和氮的氧化物是形成酸雨的主要物质。

许多著名专家认为,温室效应引起的全球变暖就是一种大规模杀伤性武器,至少与核武器、生化武器的危险性相当。

而核能是一种清洁的能源,利用核能发电既不产生烟尘、二氧化硫和氮的氧化物,又不产生二氧化碳。即使考虑从采矿到生产燃料、使用燃料(例如发电)的整个燃料链来进行比较,核能产生的有害气体也比化石燃料少得多。从整个燃料链比较,我国同样规模的核电与煤电相比,核电向环境释放的温室气体只是煤电的百分之一。

当然,核能的缺点是它产生放射性物质。其实,任何一种能源都是既具有优点,也存在缺点的。仅就向环境中释放放射性物质而造成的辐射影响来看,煤电燃料链也远高于核电燃料链,因为煤中也含有微量的放射性核素。从对公众产生的辐射照射来说,我国的煤电燃料链是同样功率的核电燃料链的50 倍。

目前,能源紧张问题已经凸显出来。化石能源是不可再生能源,它们的储量有限,已经行将用尽。按2010年的消耗量计算,世界的煤炭只可以开采118年,而石油仅可开采46年,天然气可开采58年。

因此,寻找与开发替代能源和新能源,成为摆在人们面前迫在眉睫的问题。新能源是指在新技术基础上开发利用的非常规能源,包括风能、太阳能、海洋能、地热能、生物质能、氢能、核能、天然气水合物(“可燃冰”)等。这些新能源分为两大类,一类是可再生能源,另一类是不可再生能源,但储量很大。这些新能源有的已经研发了较长时间,具有较好的基础,有的受技术性和经济性的限制,离实现商业化还相当遥远。这些新能源中,核能是不可或缺的替代能源,是达到工业规模应用的安全、清洁、经济的能源。

核能发电是核能的重要应用。火电、核电、水电是当前电力的三大支柱。截至2012年5月12 日,全世界共有30个国家建有核电站,建成并在运行的核电机组433座,总装机容量371422兆瓦。2011年核发电量2.518万亿千瓦小时,占世界总发电量的13.5%。目前,核电装机容量约占世界总装机容量的16%。全球核电比重最大的国家是法国,核电占总发电量的78%。世界上拥有核电机组最多的国家是美国,共有104台机组在运行。世界上正在建设的核电机组最多的国家是中国,共有26台机组在建设。内陆核电厂与沿海核电厂的建设并没有本质上的差异。目前全球在运行的433台核电机组中,内陆核电机组数量约占50%。美国的密西西比河是世界第四大河,也是北美洲最长、水量最大的河流。密西西比河流域一共分布有31台核电机组。

当前,“可持续发展”已经成为世界潮流。“可持续发展”的定义是:“既满足当代人的需求,又不危及后代人满足其需求的发展。”这是1987年由布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出来的。从这个意义上说,核能是可持续发展的能源。2012年7月,经合组织核能机构与国际原子能机构正式发布了2011年版的“铀红皮书”(《2011年铀:资源、生产和需求》)。据该资料,截至2011年1月1日,全球开采费用低于130美元/千克铀的已查明铀资源总量为532.72万吨铀,而包括高成本资源(开采费用低于260美元/千克铀)的全球查明铀资源总量达到709.66万吨铀,待查明铀资源总量为1042.91万吨铀。其结论是世界铀资源可确保未来100年全世界热中子堆核电站的供应。如果将热堆乏燃料经后处理回收的铀和钚循环使用,铀资源的利用率可提高1.2倍;如果将铀和钚用于快堆,则铀资源利用率可提高60倍。而未来如果增殖反应堆(如快中子增殖堆,利用钍的高温气冷堆增殖堆,这种反应堆生产出的核燃料比消耗掉的多)发展起来,那么核能的发展前景就更加乐观了。

27条评论
  • 1楼
    wuou 果壳网副主编ψ 2013-04-26 11:28

    核能是清洁能源!

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  • 2楼
    圆肥肥熊 2013-04-26 16:34

    核能的发展取决于工业发展水平和金属加工控制能力,现在的问题是能否使核变的能力在控制范围内输出能源。
    未来的趋势:核能小型化、核能是否由其他元素(可能是太空其他未知的元素)在合成。
    哈哈 科学就是让人着迷。。。

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  • 3楼
    filwaline 2013-04-28 22:51
    引用@wuou 的话:核能是清洁能源!

    可惜广泛利用的裂变核燃料铀是不可再生资源……真心是用一点少一点……
    不过不用也会少……慢慢就衰变掉了……值得庆幸的是铀的半衰期还是蛮长的……

    果然还是要靠可控核聚变~~~人类能源的未来那是妥妥地靠它了~~~

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  • 4楼
    AI油泳的鹰 勘查技术与工程专业,编程爱好者ψ 2013-05-09 10:27

    学石油的表示
    至少在可遇见的未来,我不用愁没饭吃
    无论国企还是外企
    哈哈

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  • 5楼
    果壳用户11947 会计学硕士生,摄影爱好者ψ 2013-05-09 10:57
    引用@wuou 的话:核能是清洁能源!

    核电产生的一系列放射性垃圾可一点都不清洁~

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  • 6楼
    吉娃娃鼠 2013-05-09 12:25

    页岩油页岩气大规模开采后,石油还是很够用的。
    终极解决方案是可控核聚变

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  • 7楼
    Say耶 2013-05-09 15:03

    核能确实是一个未来能源的主要解决方法

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  • 8楼
    沙漠Rose 2013-05-09 15:33
    引用@Say耶 的话:核能确实是一个未来能源的主要解决方法

    有一个朋友是搞这个的,他说未来只有核电才能解决能源危机

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  • 9楼
    耳机在聆听 作者ψ 2013-05-09 15:43

    学习了。。学好知识去参加测试

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  • 10楼
    举手乐呵 2013-05-09 16:19
    引用@橡胶万岁 的话:核电产生的一系列放射性垃圾可一点都不清洁~

    是不是可以这样理解:用核能发电产生的垃圾比其他发电方式更少,所以相对来说是清洁的

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  • 11楼
    果壳用户11947 会计学硕士生,摄影爱好者ψ 2013-05-09 17:44
    引用@举手乐呵 的话:是不是可以这样理解:用核能发电产生的垃圾比其他发电方式更少,所以相对来说是清洁的

    不同的发点模式产生的“垃圾”不一样,可能不好对比吧?看起来核能发电产生的“垃圾”比风能多。
    火电的确污染环境,但是好歹知道主要污染物对环境有哪些影响。核电产生的污染,主要是生产过程中的放射性废物。这些东西目前为止没有可商业化的处理模式,对于环境影响暂时无法预估,但是必然是长久的。

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  • 12楼
    亚特兰蒂斯的憧憬 2013-05-09 19:30

    楼上两位说的都感觉好高端

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  • 13楼
    Twinwheels 2013-05-09 20:10
    引用@双料黑客 的话:增殖反应堆的技术都出来几十年了,怎么现在都还没普及,贫铀拿去做穿甲弹也不做反应堆么。


    技术要求比普通反应堆高
    钚还是需要提纯,依然有核废料问题
    高纯钚可以用来造武器,有政治风险

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  • 14楼
    裂章 2013-05-09 20:15

    核聚变,美国国家点火装置。

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  • 15楼
    清丶白 2013-05-09 21:41

    其实得要多种方式配合!沿海的可以利用风能就近取电,减少电能传输中的损耗。日照较旧的省份可以用太阳能等等,当是最好的是可控的小型化核聚变

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  • 16楼
    Twinwheels 2013-05-09 21:58
    引用@双料黑客 的话:都几十年了,再高也慢慢普及了


    相对来说,核电的政治问题比技术问题更大,很多国家都在去核,增殖堆自然受关注不多了

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  • 17楼
    胡小江 2013-05-09 23:31
    引用@双料黑客 的话:增殖反应堆的技术都出来几十年了,怎么现在都还没普及,贫铀拿去做穿甲弹也不做反应堆么。

    目前的增殖堆主要就是钠冷快堆,俄国法国都有做出来的可商用的。但是钠冷快堆最关键的问题是冷却剂用钠还不够安全,容易泄漏液态钠,这个问题到现在也没能完美解决,法国也是因此关掉了自己的快堆。

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  • 18楼
    Twinwheels 2013-05-09 23:43
    引用@清丶白 的话:其实得要多种方式配合!沿海的可以利用风能就近取电,减少电能传输中的损耗。日照较旧的省份可以用太阳能等等,当是最好的是可控的小型化核聚变

    风能 太阳能 能达到的规模和稳定性都不能取代火电和核电,就目前的技术而言,核电是唯一的出路

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  • 19楼
    donizyo 2013-05-10 12:16
    引用@wuou 的话:核能是清洁能源!

    关键是核电站要放出废热啊,这要怎么办?
    请问:建在地面的发电站所得的电功如果用于消除废热(比如将废热以某种物质为载体,如水,排出到太空),那么净剩余多少电功呢?

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  • 20楼
    donizyo 2013-05-10 12:17
    引用@双料黑客 的话:那就不是我关注的东西了,我是技术狂人,政治神马……

    我看好核聚变电站呢。。。

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  • 21楼
    清丶白 2013-05-11 02:54
    引用@Twinwheels 的话:风能 太阳能 能达到的规模和稳定性都不能取代火电和核电,就目前的技术而言,核电是唯一的出路

    .......但是核聚变的风险其实并不比核裂变大风险小,其实并不一定要规模化,在科技的不断进步中家电的电力消耗会越来越小,而风能.太阳能.只要够普通的够用就好,而核电能就让给大功率的工厂.办公用地.你说这科学不?核聚变的太多问题是世界化的,你总不可能让金三胖来搞吧?政治利益大于人类利益

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  • 22楼
    Twinwheels 2013-05-11 04:50
    引用@清丶白 的话:.......但是核聚变的风险其实并不比核裂变大风险小,其实并不一定要规模化,在科技的不断进步中家电的电力消耗会越来越小,而风能.太阳能.只要够普通的够用就好,而核电能就让给大功率的工厂.办公用地.你说这科学不?核聚变的太多问题是世界化的,你总不可能让金三胖来搞吧?政治利益大于人类利益


    没觉得,到处找不到功率越来越小的电器,住房面积越来越大,制冷制热才是用电的大头,风能.太阳能不光是不够用,而且还不是哪里都有,电网就是一体的,完全不可能把民用电和工业用电分开成2套系统

    什么利益都要让位于经济利益,真的到了缺乏化石能源,不用核电用什么,不过按目前的储藏量,石油用完还早

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  • 23楼
    胡小江 2013-05-13 23:36
    引用@donizyo 的话:关键是核电站要放出废热啊,这要怎么办?请问:建在地面的发电站所得的电功如果用于消除废热(比如将废热以某种物质为载体,如水,排出到太空),那么净剩余多少电功呢?

    当前压水堆的热电转化效率约为33%,即3000MW的热量可以转化为1000MW的电能

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  • 24楼
    胡小江 2013-05-13 23:48
    引用@清丶白 的话:.......但是核聚变的风险其实并不比核裂变大风险小,其实并不一定要规模化,在科技的不断进步中家电的电力消耗会越来越小,而风能.太阳能.只要够普通的够用就好,而核电能就让给大功率的工厂.办公用地.你说这科学不?核聚变的太多问题是世界化的,你总不可能让金三胖来搞吧?政治利益大于人类利益

    核聚变的风险为什么不比核裂变的小呢?目前看来两种比较可行的核聚变方式磁约束和惯性约束从理论上来看都是比较安全的,因为他们不能自发的进行下去,可控性比核裂变还好,只是技术难度太大了。
    就目前来看,随着人类的发展,对能量的消耗是越大而不是越来越小,不用看世界对能源的需求图,看看石油价格的变化也能从侧面知道。
    短时间内,风能的不稳定性和太阳能的低效率+不稳定性使得其不具备能和核电或者化石能源竞争的经济上的优势,虽然看上去很干净,但是没有政府的财政补贴我觉得没有多少人愿意花两倍以上的价钱来买电,而技术上的制约也不是短时间能解决的。

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  • 25楼
    donizyo 2013-05-15 13:09
    引用@胡小江 的话:当前压水堆的热电转化效率约为33%,即3000MW的热量可以转化为1000MW的电能

    你没有明白我意思么?我是说废热问题,不是电能产率问题。

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  • 26楼
    donizyo 2013-05-15 13:14
    引用@胡小江 的话:当前压水堆的热电转化效率约为33%,即3000MW的热量可以转化为1000MW的电能

    热电站发电时会产生大量的废热。有些发电站将用于推动涡轮机旋转的水蒸气直接排放到大气中,另一些发电站则将这些水蒸气冷凝,然后作为“温泉”向市民提供。不管怎么说,这些废热都滞留在大气中,很难向太空辐射。

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  • 27楼
    胡小江 2013-05-15 18:40
    引用@donizyo 的话:热电站发电时会产生大量的废热。有些发电站将用于推动涡轮机旋转的水蒸气直接排放到大气中,另一些发电站则将这些水蒸气冷凝,然后作为“温泉”向市民提供。不管怎么说,这些废热都滞留在大气中,很难向太空辐射。

    没有转化为电能的热能很显然都是废热啊,不管是核电还是火电,只要是利用热电转换原理都会产生废热,无非是效率有所差别。
    核电站推动汽轮机的蒸汽可不会直接排放到大气中的,还要继续循环利用;即使是火电也不会排放,都要循环利用。你所看到的冷却塔里面冒出的水汽可不是推动玩汽轮机后的水。你所说的“一些发电站会把水蒸气冷凝后作为温泉向市民提供”纯粹是自己的想象吧?这种水采用全挥发处理技术,里面要加很多添加物来防止腐蚀,你是肯定不愿意泡这种“温泉”的。。。
    废热当然会存在,而且还很多,不过你要想想你所用掉的机械能,电能,光能,最后都以热能的形式释放到环境中去了,用的能源越多,产生的废热越多。再者你所说的“废热滞留在大气,很难向太空辐射”一说,可见你没有学过传热学,辐射传热的强弱取决于传热双方的温度四次方之差和黑度,假定宇宙环境温度不变,只要地球的温度高了,向外辐射就会增强,不知道你所指的“这些废热”是单指核电站产生的废热?

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