未來能源

前言

為了及時學(xué)習(xí)國外油氣勘探開發(fā)新理論、新技術(shù)和新工藝，推動中國石油上游業(yè)務(wù)技術(shù)進步，本著先進、實用、有效的原則，勘探與生產(chǎn)分公司和石油工業(yè)出版社組織多方力量，對國外著名出版社和知名學(xué)者最新出版的、代表最先進理論和技術(shù)水平的著作進行了引進，并翻譯和出版。從2001年起，在跟蹤國外油氣勘探、開發(fā)最新理論新技術(shù)發(fā)展和最新出版動態(tài)基礎(chǔ)上，從生產(chǎn)需求出發(fā)，通過優(yōu)中選優(yōu)已經(jīng)翻譯出版了五期28本專著。在這套系列叢書中，有些代表了某一專業(yè)的最先進理論和技術(shù)水平，有些非常具有實用性，也是生產(chǎn)中所亟需。這些譯著發(fā)行后，得到了企業(yè)和科研院校廣大生產(chǎn)管理、科技人員的歡迎，并在實用中發(fā)揮了重要作用，達到了促進生產(chǎn)、更新知識、提高業(yè)務(wù)水平的目的。該套系列叢書也獲得了我國出版界的認(rèn)可。2002年叢書第2輯整體獲得了中國出版工作者協(xié)會頒發(fā)的“引進版科技類優(yōu)秀圖書獎”，2006年叢書第4輯的《井噴與井控手冊》再次獲得了中國出版工作者協(xié)會的“引進版科技類優(yōu)秀圖書獎”，產(chǎn)生了很好的社會效益。今年在前五期出版的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多次調(diào)研、篩選，又推選出了國外最新出版的6本專著，即《螺桿泵與井下螺桿鉆具》、《氣井排水采氣》、《鉆井和修井作業(yè)實用公式與計算手冊（第二版）》、《未來能源》、《油藏工程手冊》、《層序地層學(xué)原理》，以饗讀者。其中《油藏工程手冊》《層序地層學(xué)原理》以原版影印版的方式引進出版，以滿足廣大讀者希望能夠看到原汁原味的外文書的期望，這也順應(yīng)了國內(nèi)石油行業(yè)廣大員工外語水平普遍提高的趨勢。

內(nèi)容概要

　　人類目前所面臨的最重要的議題之一就是對全球變暖的預(yù)期，這與我們的能源利用極度依賴化石燃料的現(xiàn)狀有關(guān)?！段磥砟茉础窂暮暧^上分析了人類當(dāng)前能源需求與供應(yīng)的狀況，介紹了再生能源與核能的利用情況及發(fā)展趨勢，提出了人類對化石燃料的依賴終將被改變的觀念?！　∵@是一本專業(yè)性并不很強的通俗讀物，可供科技與非科技人員閱讀。

作者簡介

作者：(英國)羅析特 L.埃文斯 譯者：王大銳

書籍目錄

第一篇 總論1 緒言2 能源轉(zhuǎn)化鏈3 能源與環(huán)境3．1 局部環(huán)境問題3．2 全球環(huán)境問題3．3 適應(yīng)與減緩第二篇 全球能源供需平衡4 全球能源需求5 全球能源供應(yīng)5．1 全球能源資源5．2 化石燃料資源5．3 全球供需平衡第三篇 新能源6 非常規(guī)化石燃料6．1 石油與天然氣的新資源6．2 清潔煤炭的加工技術(shù)6．3 碳遷移7 可再生資源7．1 太陽能7．2 風(fēng)能7．3 生物質(zhì)能7．4 水力能7．5 海洋能7．6 地?zé)崮? 核能8．1 輕水反應(yīng)堆8．2 重水反應(yīng)堆8．3 其他類型的反應(yīng)堆8．4 先進反應(yīng)堆的設(shè)計8．5 核能與可持續(xù)性8．6 核能的經(jīng)濟性與公眾接受度第四篇 可持續(xù)能源平衡發(fā)展趨勢9 運輸領(lǐng)域的挑戰(zhàn)9．1 運輸領(lǐng)域的能源需求9．2 公路交通10 實現(xiàn)可持續(xù)能源平衡單位換算表

章節(jié)摘錄

插圖：第一篇總論1緒言為滿足人們對能源日益增長的需求，尋找清潔且可持續(xù)能源就成為人類在21世紀(jì)開始之際所面臨的最關(guān)鍵性問題之一。那些傳統(tǒng)的而且不斷增加的能源利用方式（比如為房間取暖、為工業(yè)提供動力以及交通工具的大量使用等）不是可持續(xù)能源利用方式。原因就在于越來越多的證據(jù)表明，這些因化石燃料的使用而造成的排放導(dǎo)致了全球氣候變暖，同時也造成了區(qū)域性空氣污染。另外一個重要的原因是人們已經(jīng)認(rèn)識到全球的化石能源消耗正在加速，而可以替代它的能源的尋找與開采也越來越困難。這一問題由于許多經(jīng)濟增長速度極快的發(fā)展中國家對能源需求的劇增而變得愈發(fā)嚴(yán)重了，這也導(dǎo)致了對新能源的高度需求。比如在中國，近年來對能源的總需求是以平均每年4％的速度增加的，在印度，這一增長率為6％。全球氣候變暖，尤其是對這種變暖趨勢的預(yù)測，已經(jīng)抑制了我們對化石燃料的極度渴求和欲望。雖然人們對這一問題的看法還有爭議，但大氣層內(nèi)CO2的濃度迅速增加卻是不爭的事實，它就是“溫室氣體”的關(guān)鍵成分。而且，它是人類在地球的各種活動中產(chǎn)生的，或者說是：人類成因”的氣體。任何化石燃料的利用都會產(chǎn)生大量的C02。大量的科學(xué)證據(jù)表明，雖然它在大氣中所占的比例很小，但它的濃度增加卻是全球平均氣溫升高的主要原因。據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的研究，大氣中C0，的濃度已經(jīng)從工業(yè)革命前的280 ug／g增加到了今天的近370ug/g，絕大部分是在最近的200年內(nèi)增加的。在這一時期，全球的平均溫度大約上升了1℃，升溫主要是在近100年內(nèi)發(fā)生的。由IPCC的科學(xué)家根據(jù)未來的全球能源需求遠景而完成的地球大氣層模擬顯示，大氣層內(nèi)C02的濃度可能升高到540～970tx9／g，這將導(dǎo)致全球平均溫度至少升高1.4℃，而最高升溫可達5.8℃。對于前者，人類可能易于接受這種小幅度的全球升溫變化，而后者則可能導(dǎo)致深遠而重大的影響，包括因極地冰蓋融化而導(dǎo)致的全球海水平面上升以及海洋中暖水區(qū)域的擴大等。更為嚴(yán)重的是，這可能導(dǎo)致全球沙漠化擴大，尤其在低緯度地區(qū)，并且會造成全球氣候的進一步惡化。當(dāng)然，化石燃料的大量使用也會造成區(qū)域性的重大影響，會使那里的空氣污染情況加重，尤其是在大城市和工業(yè)化中心地域，化石燃料燃燒后的氮氧化物排放，未能燃盡的碳氫化合物和碳顆粒的排放，也會形成“煙霧”。這些區(qū)域性的污染會導(dǎo)致當(dāng)?shù)孛癖妵?yán)重的健康問題，還會降低這些地域的可見度。當(dāng)仔細分析各經(jīng)濟領(lǐng)域的能源使用情況時，所有的終端能源都可被回溯到一種（或多種）形式——化石燃料、可再生能源以及核能。為了認(rèn)識能源的改變給目前的能源利用模式所帶來的變化，就需要考慮從基本的能源供應(yīng)到終端利用各個環(huán)節(jié)的影響。這常常被稱為“從油井到車輪（well—to-wheel）”式探討，即對能源從供給到為終端用戶交通工具提供化石燃料的完整過程進行分析。這種評價方式也被用于對任何能源體系的研究，即考慮“能源轉(zhuǎn)化鏈”——它是主要的能源與石油煉制產(chǎn)品和電力等這類能源的“輸送者”之間的橋梁，包括能源在工業(yè)、商業(yè)、民用或交通部門的終端用戶。這種探討將在本書后面的章節(jié)中詳細闡述，本書將通篇對從初始能源到終端用戶之間的所有轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)進行研討。在分析中，將涉及所有的能源類型、污染物的排放以及能源轉(zhuǎn)化的各個階段，讀者可以了解作者對人類所用能源體系的一個整體評價。對全球氣候變化和因區(qū)域性空氣污染而引發(fā)的健康問題的恐懼已促使人們對當(dāng)今能源利用的方式提出了許多改進意見與措施，以建立可持續(xù)的全球能源供給。然而，人們往往是強調(diào)了某一種能源的轉(zhuǎn)化鏈，但卻沒有突出建立一種可持續(xù)的能源生產(chǎn)與利用體系。這一點，以及在后面章節(jié)中將看到的，實際上都是所謂的“氫經(jīng)濟”——它的終端利用是“無碳”形式。但是，如果詳細地分析從初始的能源供給到其終端利用的過程，則可能并沒有什么吸引力。通過分析能源轉(zhuǎn)化鏈上的各個環(huán)節(jié)，將能更加容易地了解這種轉(zhuǎn)變將可能提供的“可持續(xù)”能源的宏觀意義。全球日益增長的對各種能源的需求實際上正在迫使人們減少對傳統(tǒng)的化石燃料（尤其是石油與天然氣）的依賴程度。一些大型的油氣跨國公司，為了保持傳統(tǒng)的“可采儲量”水平就需求更大的投入（包括人力與資金投入）。這些公司已經(jīng)為保持原油的儲采比（R／P）付出了40年的艱苦努力，為保持天然氣的儲采比則進行了70年的艱苦奮斗。然而，近年來，僅僅找到了為數(shù)不多的大型油田，而且為了保持這種儲采比而投入的勘探工作量和資金也大幅度上漲了。當(dāng)然，石油與天然氣的供給最終也將取決于人們對勘探與生產(chǎn)的投入，而且，可替代能源也需要發(fā)展。在一些地區(qū)，非傳統(tǒng)石油（比如重油和油頁巖）的供給正在得到發(fā)展，用以生產(chǎn)“人造”石油，在某些地區(qū)這種石油將超過傳統(tǒng)石油的供給。煤炭的儲量也遠大于石油和天然氣，根據(jù)近200年間人類的需求，它的儲采比也要高得多，而且，人類依然有能力找到更多的煤炭儲量。當(dāng)然，煤炭的利用對環(huán)境的影響更大，因此，在大功率的發(fā)電廠投產(chǎn)的同時，煤炭的利用也應(yīng)進一步受到控制。因為人們對化石燃料燃燒所排放的污染與溫室氣體的關(guān)注，使得人們對煤炭轉(zhuǎn)化為液體燃料的興趣大增。在人類的能源利用史上，在天然氣被廣泛應(yīng)用之前，煤炭曾經(jīng)被用于生產(chǎn)“人造天然氣”。這一技術(shù)也曾被用于用人造煤氣生產(chǎn)汽油與柴油。在近代，用煤炭生產(chǎn)液化燃料的商業(yè)化生產(chǎn)僅限于南非，但目前許多產(chǎn)煤國開始探討這一技術(shù)并試圖用其產(chǎn)品替代石油。當(dāng)然，這種方式將會導(dǎo)致煤炭的大量消耗，而且用這一技術(shù)來增加天然氣的產(chǎn)量將會導(dǎo)致溫室氣體與其他污染物排放量的大增。人們對研究與開發(fā)所謂的“碳捕獲與儲存”或“碳回收”的投入已經(jīng)大增，且提出了多種將煤炭轉(zhuǎn)化為氣態(tài)或液態(tài)燃料并進行儲存、回收的技術(shù)，通過這些手段，煤炭燃燒以后的排放物就不會以溫室氣體的形式進入大氣層。目前，這一方案的實施依然處于早期階段，尤其是C02的分離，但已經(jīng)完成了一些在枯竭的石油與天然氣藏內(nèi)建立長期的C02儲存庫的先導(dǎo)性實驗。關(guān)于在深海大量儲存C02的研究也在進行中，但這些研究都尚處在初期。如果這種碳回收與長期儲存工藝能夠被證明在技術(shù)上可行且具有經(jīng)濟效益，就可以在世界范圍內(nèi)擴大碳的利用空間而不必擔(dān)心溫室氣體的排放。 現(xiàn)階段的主要能源消耗是以非可再生的化石燃料為主的，全球所需的能源80％來自石油、天然氣和煤炭。未來可持續(xù)的能源供應(yīng)與終端消耗的模式無疑將會導(dǎo)致對可持續(xù)能源的更大需求，比如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能以及地?zé)崮芘c核能——這些都是人們所認(rèn)定的可持續(xù)能源，至少在可見的未來如此。許多研究表明，人類擁有足夠的可持續(xù)能源來保證自己的能源需求。然而，絕大多數(shù)可持續(xù)能源的“能量密度”（energy density）要比我們所熟悉的能源低得多，這意味著要真正取代目前廣泛使用的化石燃料，就需要更大范圍的土地，更多的設(shè)備，而且常常是兩者皆增。換言之，這就意味著將可持續(xù)能源輸送至終端用戶所需的費用要比傳統(tǒng)的化石燃料所需費用昂貴得多。但由于化石燃料的費用不斷增加，某些情況正在發(fā)生改變，比如風(fēng)能的投資就隨著技術(shù)的發(fā)展和利用區(qū)經(jīng)濟效益的增加而下降了。而且，由于對自然環(huán)境的關(guān)注，尤其對一些著名的自然風(fēng)景區(qū)建造大型設(shè)施對環(huán)境破壞的關(guān)注，人們對可再生能源的關(guān)心程度大大增加了。一些觀察家預(yù)測，大范圍利用核能將成為清潔、低碳的充足能源的保障，可為人類提供足夠的電力。目前核能在能源供應(yīng)中僅占到17％的份額，而且近年的核能消費也未見大的增長。民眾對核能缺乏熱情的原因在于利用核能發(fā)電的費用要高于預(yù)測值，當(dāng)然也有對核能利用的安全因素、廢料處理以及可能的核泄漏等方面的考慮。核工業(yè)部門對這類核電站運行的安全性與穩(wěn)定性做出了承諾，并且已經(jīng)研制出比20世紀(jì)五六十年代的設(shè)計更為經(jīng)濟的核電站設(shè)施。在一些對能源需求猛增的國家（比如印度和中國），已經(jīng)建立了一些新型核反應(yīng)裝置。在一些發(fā)達國家，人們也在重新考慮新型核能發(fā)電的問題。許多國家在廣泛利用核能之前，肯定會出現(xiàn)許多反對意見，但毫無疑問，核能是為數(shù)不多的能夠大量發(fā)電并可實現(xiàn)零碳排放的能源之一，同時也可持續(xù)地減少溫室氣體的排放。如果使用傳統(tǒng)化石燃料的設(shè)備（比如汽車等交通工具）的需求量增加，則人們就可能轉(zhuǎn)向核能發(fā)電，以滿足電力需求的增加。全球能源需求量中，大約有四分之一來自交通工具的消耗，這一領(lǐng)域能源需求的最大挑戰(zhàn)之一就是如何減少對化石燃料的依賴，以及減少溫室氣體和其他污染物的排放。這是由于交通工具所使用的燃料絕大部分是汽油或柴油，這些油品可以儲存在大型容器內(nèi)。正是汽油和柴油的生產(chǎn)，人們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在的內(nèi)燃機才得以連續(xù)使用了100多年。雖然在化石燃料安全燃燒時關(guān)于捕獲和儲存C02的方案早有人提出，但對處在移動狀態(tài)下的交通工具的應(yīng)用領(lǐng)域卻無能為力。在交通工具的應(yīng)用領(lǐng)域，已提出了用氫替代化石燃料的方案。氫既可作為目前廣泛使用的內(nèi)燃機的燃料，又可制成燃料電池廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)。氫的利用可以使汽車實現(xiàn)零排放，既不會排除污染物，也不會排除溫室氣體。這一方案被列為發(fā)展“氫經(jīng)濟”的一個重要步驟。然而，如果看一看能源轉(zhuǎn)化鏈，就會發(fā)現(xiàn)“氫”是這種情況下唯一的能源攜帶者，而基本的能源來源將依然來自化石燃料，或者可再生能源，也可能是核能，而“電”將作為一種中介的能源攜帶者。把可再生資源或核能作為主要能源將會使整個能源循環(huán)各個環(huán)節(jié)都實現(xiàn)零排放，但是整個能源的轉(zhuǎn)化效率則是非常低的，這就需要強大的電網(wǎng)支撐?？茖W(xué)家提出了一種解決辦法，可以用較低的資金而獲得極高的效率，即開發(fā)車用“蓄電池”或“插入式”接到電動汽車上的各種電池。此舉可以用電池為短途行駛提供所需的動力。

編輯推薦

《未來能源》為國外油氣勘探開發(fā)新進展叢書.第6輯之一。

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