《人类科学技术史-421》当代能源技术的发展

能源是当代社会的血液。第二次世界大战以后，特别是进入60-70年代，石油成为主要能源。60年代，原子能发电技术逐渐成熟，标志着人类在能源开发史上进入了一个新的时代。同时，对太阳能、水能、地热能、生物能的开发利用也取得了卓越的成就。

1.常规能源技术的发展

常规能源是指目前广泛使用的、技术比较成熟的能源，如煤、石油、天然气等。

（1）煤炭利用技术

当今世界能源结构中，煤炭所占的比重仅次于石油而居第二位。当代煤炭利用新技术的重点是煤的气化和液化，以提高效率，减少对环境的污染。

煤的气化是通过煤在高温下与空气和水蒸汽的反应，把煤加工成一氧化碳和甲烷气体。本世纪30年代，德国首创煤加压气化的方法。70年代，美国等国又开拓了第二代煤气化技术，发展了两段气化法、加氢气化法、合成甲烷法等。中国目前采用常压水煤气工艺、常压固定床一段气化工艺等方法。

1990年，煤制气消费量为235.9亿立方米。煤气化联合循环发电是美国洁净煤技术计划的重点，可望在本世纪末商业化，下个世纪可成为燃煤发电的主导技术。美国还研究出把煤在地下直接气化，然后把煤气用管道引到地面上来的方法。

第二次世界大战期间，德国和日本都研究成功了"煤高压直接加氢液化"技术，但发展不快。70年代末以来，美国研究成功新的煤液化技术，适合于大规模的工业化生产。70年代末，德国研制出一种催化剂，能使煤在地下直接液化成石油，然后打深井把油从地下抽出来。这是煤开采技术的重大突破。

（2）石油、天然气

20世纪，内燃机发展很快，广泛用于各种交通工具和工厂，因此汽油、柴油成为重要能源。1950年至1960年间，在中东及南非发现大油田，世界石油产量猛增。到60年代中期，石油在能源结构中已占主要地位，1974年达54％。

在石油开采技术方面，50年代后一些国家又研究出许多新的钻井方法，其中冲旋钻、柔托钻、冲蚀钻等已投入工业试验，激光法、爆炸法、电弧法、电子车法、电火花法等处于试验研究阶段。海上石油开发已有近百年的历史，但本世纪60年代前发展缓慢。70年代后才有了大的飞跃。海上固定钻井平台出现在30年代，当时是木质的。1947年，出现了钢质平台。1965年，一些平台已安装到水深69米的海域中。1988年，荷兰在北海安装了世界上第一座三脚塔式无人操作钢质固定平台，适用于水深10-350米的范围内。1973年，在北海安装了第一座大型混凝土重力平台。活动式钻井平台有沉浮式、自升式、半潜式。沉浮式平台出现在30年代。第一座自升式钻井平台是1948年苏必利石油公司在墨西哥湾建造的，并于1949年创造了6259米的世界海上井深记录。1957年，世界上第一座半潜式平台"沧海1号"问世。1988年，这种平台达177座。除了各种钻井平台外，50年代后还出现了钻井船。

钻井技术的进步，推动了海上石油工业的发展。60年代只有7个国家开采海上石油，到1980年已有35个国家共建成海上油气田430多个。中国1958年在南海莺歌海首次打出石油，1966年，在渤海用固定平台钻出第一口探井，获得有开采价值的油流。近年来，中国海上石油工业有了更快的发展。

2.太阳能

每年到达地面的太阳辐射能总量约在3.3×10↑6-8.4×10↑6千焦／米2。它是可再生能源，而且不会造成污染。所以各国越来越重视太阳能的开发。

世界上第一座太阳能热电站，是法国的奥德约太阳能热电站。它当时的发电能力仅为64千瓦，但为以后的太阳能热电站的建立和发展打下了基础。1981年，法国、原联邦德国和意大利联合建造的世界首座并网运行的塔式太阳能电站正式投入运行，其额定功率为1000千瓦，采用了182个聚光镜。1982年，美国建成了一座大型塔式太阳能热电站，发电能力为10000千瓦，采用了1818个聚光镜。近年来，世界上还研制成一种用炭黑来捕捉太阳能以驱动发电机发电的装置。这种热电站每小时消耗炭黑约30公斤，可产生供1万人的城镇所需的电力。

50年代，以色列科学家就提出建造太阳池电站的设想。70年代初，他们建成世界上第一座太阳池电站的实验设备；70年代末，又建成面积为7000平方米的水池，进行实验发电，其输出功率为35千瓦。美国现已修建了10多个太阳池，进行研究试验。澳大利亚已建成一个3000平方米的太阳池，并将用它发电。

1953年，美国贝尔电话公司研制成世界上第一个硅太阳能电池。1958年，美国就用太阳能电池为"先锋1号"卫星供电。中国在1958年开始研究太阳能电池；1971年，将太阳能电池用于中国的第二颗人造卫星上。1984年，中国试制成功了太阳能汽车——"太阳号"。目前，世界上第一架完全用太阳能电池作动力的飞机"太阳挑战者"号已试飞成功。美国研究开发出性能优异的太阳能电池，其地面光电转换率已达35.6％。

此外太阳能热管、太阳灶等近年也有很大发展。太阳能热管出现在1964年，现已广泛应用。美国使用很普遍，有一处屋顶约800平方米，竟排列了8000支热管。1970年法国在比利牛斯山建造了一座功率为1000瓦的太阳炉，温度可达4000℃。到1991年，中国已推广太阳能热水器180万平方米，被动太阳能节能房30万平方米，太阳灶12万台。

美国于1980年开始研制太阳能卫星电站，并计划在2000年建造约60颗太阳能动力卫星。它们的总发电量可满足美国全部的能量需求。

3.水能

20世纪中期以来水力发电发展很快。五六十年代，美国在西北部哥伦比亚河中下游集中建电站，已建成11座大型水电站。原苏联50年代开始在叶尼塞河建设了4座水电站。巴西和巴拉圭合建的伊泰浦水电站，总装机容量为1260万千瓦，是目前世界上最大的水电站。新中国建立以后，已建造了几十座大中型水电站，比较著名的有黄河刘家峡水电站、长江葛洲坝电站等。

1991年底，长江三峡工程开始兴建。这是一项集水电、水利、航运等于一体的跨世纪的世界大工程。

海洋蕴藏着极大的能量。当代在海洋能的开发利用方面已取得突破性的进展。海洋能源主要有潮汐、波浪能和温差能。

1913年，法国古塔德斯特兰德岛附近建造了第一座试验性潮汐发电站。中国于1956年兴建潮汐动力站。1958年，沿海相继建起一批小型潮汐能电站40余座。1980年，在浙江温县建成了居世界第二位的江厦双向潮汐电站，其装机容量为3000千瓦。法国、英国、美国、加拿大、原苏联和阿根廷等国都建造了潮汐电站，其中最大、最为先进的是法国60年代建造的朗斯潮汐电站，其装机总容量达24万千瓦。

1964年，日本制造出世界上第一个海浪发电装置，它是一个航标灯，带有发电能力为60瓦的发电机。70年代末，日本研制成了"海明"号大型海浪能发电船。它能发出100-150千瓦的电能。英国在90年代初在艾莱岛上建成了一座发电能力为75千瓦的海浪发电站，并正在研制5万千瓦的海浪发电装置。目前世界上已有几百台海浪发电装置投入运行，但发电功率都比较小。一些技术问题尚待进一步解决。

海水温差发电的研究始于20-30年代。此后一度沉寂。70年代的石油危机，使海水温差能的开发研究再度兴起。美国、日本、法国都在政府倡导下展开大规模研究。1979年，美国在夏威夷附近海面利用温差发电首次试验成功，输出功率50千瓦；1982年，又在瓦湖岛建造了岸式和海上试验电站，输出功率均为4万千瓦。全世界蕴藏的海水温差能为600亿千瓦，开发前景十分诱人，但它的利用尚有许多问题没有解决。

4.地热能、风能、生物能、氢能

从本世纪60年代开始，人们利用地热能来发电。1960年，美国在加利福尼亚州建成一座地热蒸汽发电站，装机容量为1万千瓦。中国从1970年开始，先后在广东顺丰、河北怀来、江西温汤、湖南灰场、山东招远、辽宁熊岳、福建南清和西藏羊八井等地建成了地热电站。羊八井地热电站装机容量为1万千瓦，为中国最大的地热电站。迄今已有30多个国家建立了不同规模的地热电站150座左右，装机总容量达320万千瓦。

利用风力发电，以丹麦最早、最为普遍。在1910年，丹麦就有数百个5-25千瓦的风力发电站。到50年代，丹麦有上千个村庄利用风力发电提供所需的电力。1984年初，美国开始安装当今世界上最大的风力发电机，其装机容量为3200千瓦。中国现有小型风力发电机12万台，中、小型风力发电厂9个，装机总容量为20万千瓦。到1992年，全世界风力发电装机容量达2700万千瓦。随着风能利用技术日臻成熟，其经济性将进一步提高，应用将更普遍。

生物能中已广泛应用的是沼气。第二次世界大战后，沼气利用进入实用阶段。1972年，英国伦敦有15个污水处理生产沼气工厂，每天生产沼气24万立方米，中国至今已兴建沼气池400多万个，沼气集中供应站1580处。全国1800多个县的2000多万农民用上了这种新能源。近年来，美国、日本、瑞典等国进行了能源林木、能源作物的种植试验，种植生长快、产量高、可提炼优质燃料的植物。利用淡水藻、海藻等藻类植物产能的技术研究也取得很大进展。

氢能从70年代初开始用于发电及各种机动车和飞行器的燃料。1976年，美国研制出一种以氢气作燃料的汽车。在氢的制取方面，科学家们在水中放入催化剂，用阳光分解水来制取氢。用钛酸锶作光电极，金属铂作暗电极，将它们连在一起放入水中。通过阳光的照射，电极上就释放出氢气。此外，人们还研究出热化学法、离子体法、细菌法等制氢方法。在氢的贮存、运输和利用方面，近年来也取得较多研究成果。科学家预言，氢能源在21世纪将成为最理想的能源之一。