哪種能源最可能替代石油

■ 林天海

每次提到電動(dòng)車，就會有人質(zhì)疑，電從哪里來？石油是當(dāng)今全球的第一大能源，消費(fèi)量、儲量巨大。對任何一種能源而言，若沒有巨大的儲量，想要匹敵石油就無從談起。目前能源行業(yè)內(nèi)流行的太陽能、風(fēng)能、核能等能源是否有足夠大的儲量，可以匹敵石油？

太陽能

太陽能是當(dāng)今非化石能源領(lǐng)域的大熱，甚至不少石油公司也搞起了光伏產(chǎn)業(yè)。那太陽能可以取代石油嗎？不妨做這樣一個(gè)近似計(jì)算：

根據(jù)世界氣象組織公布的數(shù)據(jù)，在地球大氣頂界垂直于太陽光線的單位面積每秒鐘接受的太陽輻射，即太陽常數(shù)，為1368瓦/平方米。

陽光穿過地球大氣層，約有55%的能量會被衰減或反射。我們假設(shè)一年365天中，有70%的時(shí)間為晴天，目前典型的太陽能板能夠?qū)?0%的太陽能轉(zhuǎn)化為電能。

地球表面是圓形的，并且在不停自轉(zhuǎn)，所以陽光不能垂直射于地球表面，這里采取一個(gè)近似計(jì)算：假設(shè)在地球表面某地區(qū)鋪上太陽能發(fā)電板，每天接收到的太陽能，按受陽光垂直照射6小時(shí)近似計(jì)算。

根據(jù)《BP能源統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)，2016年世界原油的消費(fèi)量是44億噸。人類所消耗的石油中，約有84%用作能源用途（37億噸）。這也就意味著，需要鋪18.5萬平方千米的太陽能板。而這一面積恰好和中國廣東省的面積相當(dāng)。

光伏產(chǎn)業(yè)的倡導(dǎo)者們正嘗試在不同的地方鋪設(shè)太陽能板，比如馬路。2016年，在法國諾曼底小鎮(zhèn)Tourouvre，就誕生了世界上第一條太陽能公路。

中國的公路總長度目前已經(jīng)達(dá)到450萬公里，按照50米的公路均寬計(jì)算，中國公路的面積就已經(jīng)達(dá)到了22萬平方千米，已超過廣東省的面積！

不過太陽能公路造價(jià)不菲，法國那條太陽能公路，長度僅有1公里、寬度僅2.8米，耗資卻高達(dá)3600萬元人民幣。按照這個(gè)價(jià)格算，要用太陽能板鋪滿廣東省那么大面積的公路，需要2300萬億人民幣，是中國年GDP的33倍。所以太陽能的問題不在于儲量不夠多，而在于實(shí)在太貴了，難以推廣。

核聚變能

氫彈的威力是眾所周知的，1千克氘核聚變釋放出的能量相當(dāng)于8400噸石油。地球上海水中蘊(yùn)藏的氘高達(dá)45萬億噸，相當(dāng)于378000000萬億噸石油，是目前全球探明可采石油儲量的16億倍。遺憾的是目前人類還不能有效控制核聚變。

對于核聚變能控制的研究，中國近年來也有所突破。在2017年的7月，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院消息，國家大科學(xué)裝置——世界上第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克(EAST)東方超環(huán)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束等離子體運(yùn)行，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。盡管創(chuàng)造了世界紀(jì)錄，不過這一穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的時(shí)間也僅有101.2秒。

轉(zhuǎn)基因食品是將生物的基因轉(zhuǎn)移到某種特定的生物體中并直接或者間接通過原料進(jìn)一步的加工生產(chǎn)，形成產(chǎn)量高、成本低、市場前景廣闊的生物產(chǎn)品。目前為止，國內(nèi)外出現(xiàn)的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，其中包括抗蟲、抗病毒、抗除草劑等優(yōu)良性的作物[1]。轉(zhuǎn)基因食品帶來巨大效益的同時(shí)也存在很大的安全問題，給轉(zhuǎn)基因的發(fā)展和市場拓寬帶來了很大的影響，所以監(jiān)管至關(guān)重要。

利用磁場對等離子進(jìn)行約束的托卡馬克裝置

中國聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR）已于2011年開始進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。目前CFETR裝置已經(jīng)完成設(shè)計(jì)研究并開始了工程化設(shè)計(jì)，不過目前尚未啟動(dòng)。

基于中國目前對核聚變的研究現(xiàn)狀，有中科院的專家預(yù)測，核聚變有望在50年到60年之后實(shí)現(xiàn)商用化。60年之后商業(yè)化？作為一個(gè)石油工人，還好那時(shí)候我已經(jīng)退休了。

總體而言，核聚變能想要取代石油，有很漫長的路要走。

地?zé)崮?/h2>

地球的內(nèi)心是火熱的，其擁有的地?zé)豳Y源，也有著不可忽視的潛力。地?zé)豳Y源類型分為水熱型、干熱巖型和地壓型。其中干熱巖型地?zé)豳Y源占主要，儲量最大。

據(jù)國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局2015年調(diào)查評價(jià)結(jié)果，中國陸域3000～10000米的干熱巖資源量相當(dāng)于600萬億噸石油。

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)，以其2%作為可采資源，全國陸域干熱巖可采資源量達(dá)12萬億噸石油當(dāng)量，而這一當(dāng)量相當(dāng)于目前全球已探明可采石油儲量的50倍。

不過目前全球?qū)Φ責(zé)崮荛_發(fā)的速度也僅處于初級階段。中國計(jì)劃在2050年地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到1900萬千瓦，每年發(fā)電量相當(dāng)于1400萬噸石油，同中國克拉瑪依油田當(dāng)前的油氣年產(chǎn)量相當(dāng)。

可燃冰

可燃冰在2017年著實(shí)火了一把?？扇急鶅α窟h(yuǎn)超煤炭和石油，那可燃冰應(yīng)該可以取代石油了吧？

據(jù)悉，全球可燃冰的資源量為2100萬億方，相當(dāng)于274萬億噸石油。這一資源量相當(dāng)于目前全球探明剩余可采石油儲量的7486倍。

按照目前石油的消費(fèi)速度，可燃冰哪怕只有2%的采出量，也可以夠人類使用1000年以上。論資源量，可燃冰的確也有著替代石油的潛力。

在開采進(jìn)展方面，中國已經(jīng)走在了前面。中石油目前已經(jīng)提出，計(jì)劃在2030年實(shí)現(xiàn)可燃冰商業(yè)化開采，建成天然氣年生產(chǎn)能力10億立方米以上的資源勘查開發(fā)示范基地。

10億方天然氣，僅相當(dāng)于80萬噸石油，占中國石油年消費(fèi)量的0.14%?？陀^來講，可燃冰開采按照這種發(fā)展速度并不快。

風(fēng)能

風(fēng)的力量是絕對不可以小瞧的！據(jù)悉，全球的風(fēng)能約為2740萬億瓦，若全部利用，每年可產(chǎn)生的能量相當(dāng)于2萬億噸石油。

按照地球上風(fēng)能0.73%的可利用率計(jì)算，每年可利用的風(fēng)能相當(dāng)于150億噸石油，是目前世界石油年消費(fèi)量的4倍。而風(fēng)能的潛力還在于該能源可以年復(fù)一年不斷生產(chǎn)。

風(fēng)能目前是全球發(fā)展最快的可再生能源之一，但風(fēng)能利用的規(guī)模仍舊非常小。在2016年，包括風(fēng)能、太陽能在內(nèi)的可再生能源，在世界一次能源消費(fèi)中的占比僅有3.1%。

核裂變能

核裂變能具有超高的能源密度，原子彈想一想都覺得厲害，感覺應(yīng)該可以替代石油？但實(shí)際情況是這樣的。目前用于核能發(fā)電的燃料為金屬元素鈾。在自然界中，鈾有三種同位素，（鈾234、鈾235和鈾238），目前能夠用于發(fā)電的主要是鈾235裂變。

1千克鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于1900噸石油。但鈾235在天然鈾中的含量僅為0.7%，非常非常低。

據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)發(fā)布的《鈾資源、生產(chǎn)和需求2016》稱，全球可識別的、采礦成本低于260美元/kgU的鈾資源量為1019萬噸，其中可采資源量為764萬噸。

U235可采資源量僅有5.348萬噸，相當(dāng)于1020億噸石油。按照目前全球每年37億噸的石油消費(fèi)量計(jì)算，就算鈾235得到100%的利用，也僅夠替代石油27年。這意味著按照目前的核電技術(shù)，核裂變能不足以替代石油，其資源甚至可能比石油更早枯竭。

但國際原子能機(jī)構(gòu)也預(yù)測，地球陸地非常規(guī)鈾資源量可達(dá)到3000萬噸（存在于磷礦、頁巖中），海水中的鈾資源量更是高達(dá)40億噸。不過非常規(guī)鈾資源利用成本太高，離商業(yè)化使用十分遙遠(yuǎn)。

地球上的鈾元素，有99.275%都以鈾238存在。如果有技術(shù)能夠高效利用鈾238，那核裂變能則有替代石油的潛力。

通過快中子反應(yīng)堆，可實(shí)現(xiàn)鈾238的裂變。盡管美國、俄羅斯、日本等國曾修建過快堆核電站，不過人類目前還沒有全面掌握對鈾238利用的技術(shù)。很多國家目前都不太看好鈾238的商業(yè)化前景。

水電

水電目前是非化石能源發(fā)電的主力，那水電能夠取代石油嗎？

中國最大的水電站三峽電站，每年發(fā)電量接近900億度，相當(dāng)于770萬噸石油當(dāng)量。這一石油當(dāng)量略高于中國青海油田的油氣年產(chǎn)量，而這僅占中國年消費(fèi)石油量的1.3%。

據(jù)悉，全世界江河理論水能資源量為48.2萬億度/年，相當(dāng)于41.4億噸石油，高于目前全球石油的年消費(fèi)量。但考慮到環(huán)保因素，水能不可能100%利用。

在技術(shù)上，可開發(fā)的水能資源為19.3萬億度/年，年發(fā)電量相當(dāng)于16.6億噸石油，遠(yuǎn)低于目前全球每年用作能源消耗的石油消費(fèi)量。所以水能是不能夠替代石油的。

可以看出來，從能源儲量而言，以上大部分能源都有匹敵石油的能力。不過需要注意的是，新能源的最大問題在于經(jīng)濟(jì)效益。從當(dāng)前現(xiàn)狀看，在經(jīng)濟(jì)效益上新能源要匹敵石油，要經(jīng)歷漫長過程，并非一朝一夕可以實(shí)現(xiàn)。