传统化石能源百年后即将面临枯竭,核能等新能源前景如何
随着人类科技发展的越来越快,我们对于能源的消耗也是越来越大,自19世纪70年代的产业革命以来,化石燃料的消费急剧增大,也带动了一些化石大国的经济发展。
目前,石油、天然气、煤炭等化石能源约占世界能源消费总量的86%。大部分电力也依赖于化石能源的生产。核能、太阳能、潮汐能、水力发电、风力发电、地热能等新能源仅占不到15%。由于化石能源价格相对较低,开发利用技术已经成熟,并已系统化、规范化。在20世纪,虽然经历了本世纪70年代的两次石油危机(某两国石油生产完全停止,世界石油产量受到严重影响,石油产量剧减),对此发达国家早就想摆脱对石油的过度依赖,但是无可奈何在今后50多年里,石油仍然是世界上最主要的能源,全球需求量将以年均1.9%的速度增长,而煤炭仍然是电力生产的主要燃料,全球需求将以每年1.5%的速度增长。
那么传统石油以及产量大国有哪些?
传统石油以及产量大国
石油储量大国
排名第一的是:委内瑞拉(约2980亿桶)
这一数额占世界总石油储量的17.9%,其实委内瑞拉的经济它严重依赖石油,占其出口的90%以上。
第二是沙特阿拉伯(约2680亿桶)
沙特阿拉伯拥有2680亿桶石油储量,依靠石油出口占该国出口收入的75%以上。
第三是加拿大(约1710亿桶)
由于加拿大经济极为多样化,石油出口占加拿大出口总额的比例略低于20%。
第四是伊朗(约1578亿桶)
伊朗已探明石油储量为1578亿桶,位居第四。目前石油日产量已超过500万桶,由于该国是欧佩克的创始成员国之一,伊朗拥有很大的权力在石油行业。欧佩克是一个由13个国家组成的组织,试图统一和协调这些国家的石油组织。
第五是伊拉克(约1442亿桶)
该国拥有14420万桶石油,曾日产量为450万桶。石油收入是这个国家经济中最大的支柱之一,而且它严重依赖石油收入,最高达到了出口的95%。本来这个国家是非常富有的,无奈被战争洗礼了,伊拉克经济从此一蹶不振。
石油日产量大国
而在石油日产量上,还是以美国、俄罗斯、沙特、伊拉克、中国为主。2019年美国数据统计日均石油产量为1787万桶,连续6年排名世界第一,比沙特高了500万桶左右,且美国日产量是我国的三倍还要多。
虽然化石能源仍然是我们在这个星球上赖以生存和发展的能源基础,但是发达国家们早已经开始未雨绸缪了,因为根据数据推算,石油全球共计还可持续开采46年,煤炭约可持续200-220年左右,但是未来人口也会急剧扩增,能源使用量也将随之剧增,显然这个可用的预测数据还要大大缩水好几年、甚至好几十年。 对此,世界能源结构不得不进行相应变化,核能、水力、地热等其他形式的能源逐渐被开发和利用。
特别是在第二次世界大战中开始被军事所利用的原子核武器副产品的核能发电得到了和平利用之后,其规模不断得到发展。很多国家现已进入了原子能时代。 就目前而言,核能应该是各国追逐的聚焦点。
原子能以及核电站的发展
利用核能进行发电的电站称为核电站,我们知道当今世界上只能利用裂变的链式反应产生的能量来发电。反应堆是核电站中进行链式裂变反应的关键设备。核电站是将核裂变释放的核能转化为热能,再转化为电能的系统和设施。
世界上核电站常用的反应堆有轻水堆、重水堆和改进型气冷堆及快堆等,但使用最广泛的是轻水堆。按产生蒸汽的过程不同,轻水堆可分成沸水堆核电站和压水堆核电站两类。压水堆是以普通水作冷却剂和慢化剂,它是从军用堆基础上发展起来的最成熟、最成功的动力堆堆型,其中压水堆核电站占全世界核电总容量的60%以上。
世界目前的核电站研发共经历了四代。
第一代核电站是由美国于20世纪50年代开始研发和建设的,主要是以研究和验证核能发电的技术与经济可行性。1951年,美国最先建成世界上第一座实验性核电站。1954年苏联也建成发电功率为5000千瓦的实验性核电站。
第二代核电站是在20世纪60年代后期,在实验性和原型核电站机组的基础上,陆续建成发电功率为几十万千瓦或几百万千瓦,并采用不同工作原理的所谓“压水堆””沸水堆”“重水堆”“石墨水冷堆”等核反应堆技术的核发电机组。它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时,使核电的经济性也得以证明。如今,世界上商业运行的四百多座核电机组绝大部分是在这一时期建成的,习惯上称其为第二代核电站。
第三代核电站是在20世纪90年代,为了消除美国三里岛和前苏联切尔诺贝利核电站事故的负面影响,世界核电业界集中力量对严重事故的预防和缓解进行了研究和攻关,美国和欧洲先后出台了《先进轻水堆用户要求文件》(URD文件)、《欧洲用户对轻水堆核电站的要求》(EUR文件),进一步明确了预防与缓解严重事故,提高安全可靠性的要求。于是,国际上通常把满足URD文件或EUR史件的核电机组称为第三代核电机组。第三代核电机组有许多设计方案,其中比较有代表的设计就是美国西屋公司的AP100和法国阿海珐公司开发的EPR技术。
这两项技术在理论上都有很高的安全性。这些设计理论上很好,但实践起来却困难重重,以致在世界各国使用三代核电技术的装机数寥寥无几。而我国走在了世界的前列,浙江三门和山东海阳就采用了美国西屋公司的AP100技术,广东台山则采用法国阿海珐公司的EPR技术,它们的建成,将成为世界第三代核电站的先行者。
第四代核电站是在美国能源部2000年1月的倡议和领导下,美国、英国、瑞士、南非、日本、法国、加拿大、巴西、阿根廷与希腊联合签署了“第四代核能发电安全技术研究“。为了进一步降低其核能发电技术建设成本,尽量减少核废料的产生,防止核扩散。
然而,遗憾的是,第四代核电站并没有建成。
传统的火力发电站相比,核电站具有十分明显的优势:
核能发电不会造成空气污染;
核能发电无碳排放,不会加重地球温室效应;
核燃料的能量密度比起化石燃料高上几百万倍,一座1000万千瓦的核能电厂一年只需30吨的铀燃料。目前铀233、铀235 铀238,和钚239是能发生核裂变的核燃料,又称裂变核燃料。
值得一提的是,如果铀资源不大规模的循环再利用,那么这些核燃料的存量大约也只可供人类使用200多年。
虽然这些原料可使用的量也不多,但是随着科技的发展,如果能实现了核动力堆中燃烧后的核燃料的铀、钚材料回收技术,那么未来的核能将可利用持续几千年。而在核能发电的成本中,燃料费用所占的比例较低,核能发电的成本是不易受到国际经济形势的影响的。
但核电站的最大的缺点也很明显,主要是核泄漏的放射性会对生态及民众造成伤害,而且前期投入研发建设资金太大。所以核电站的安全和废料处理是非常重要的环节。
那么世界上共有多少核电站?各个国家分别有多少?利用情况如何?
目前全球正在运行的核反应堆约457个,总发电量达到2562757.77(GW·h)。
统计表为各个国家和地区对核能的利用情况,包括运行中核反应堆数量、总装机容量、总发电量、核电占该国总发电量比例等数据,截止日期为2020年。
可见到本世纪末,随着传统化石能源的谢幕,以高科技为核心的新能源时代将会到来。未来的人类估计要加大太空资源的探索了。