能源形式更替發(fā)展的新方向

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-20     來源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):95
核心提示:

人類利用能源的形式,根據(jù)所蘊含的人類智慧程度,可以分為啟智能源、小智能源、中智能源和大智能源,其對應(yīng)的能源形式分別是柴薪燃料、“馴化”能源、化石能源與混合能源。能源形式的改進(jìn),是為改善人類生存、更好地滿足文明運行的需要;能源形式的更替,是為促進(jìn)人類發(fā)展、推動文明形態(tài)的演進(jìn)。更替不可能突然發(fā)生,要以能源形式的改進(jìn)為基礎(chǔ)。無論是改進(jìn)還是更替,都是人類的智慧成果的成功運用。

在采獵文明時期,人們從自然界獲取食物,采集植物,狩獵動物,以獲取生存必需的能量。后來,人類發(fā)現(xiàn)并利用了火,柴薪、秸稈等天然生物質(zhì)燃料便成為主要的能源。

在農(nóng)耕文明時期,除了繼續(xù)利用火外,人類開始嘗試“馴化”自然,畜力、風(fēng)力、水力漸漸成為獲得能源的重要方式,以此完成磨面、提水、紡紗和織布等簡單的農(nóng)業(yè)和手工業(yè)活動,F(xiàn)在看來,人類直接獲取水力、風(fēng)力等能源形式有著明顯的缺陷:一是能源動力受自然條件和氣候限制大,沒有風(fēng)和水,風(fēng)車與水車寸步難行;二是能源獲得渠道窄,主要是通過地表和地上,地上能源是太陽能,地表則是太陽能經(jīng)過光合作用而形成的能源,如柴薪能源等。對于地下能源,我們當(dāng)時的視野還難以觸及。盡管如此,低下的能源利用技術(shù)仍然與當(dāng)時同樣低下的勞動生產(chǎn)率相適應(yīng),生產(chǎn)技術(shù)水平的落后使得我們對能源的需求并不迫切,改進(jìn)能源利用技術(shù)的動力不足。較低的能源技術(shù)和較低的能源需求相互適應(yīng),互為因果,支撐著文明緩慢前行。

受益于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,人類的活動范圍逐漸從地表延伸到地下,發(fā)現(xiàn)了豐富的煤炭資源。煤炭燃燒后能釋放出較高的熱量,也適應(yīng)生產(chǎn)的批量化、持續(xù)性需求,因而迅速成為主要的能源。18世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明,煤炭取代柴薪成為支撐工業(yè)文明運行的主體能源。到了19世紀(jì),發(fā)明了比蒸汽機(jī)熱效率高、體積小、功率大、更潔凈的內(nèi)燃機(jī),隨之進(jìn)入了以燃油為主體燃料的時代。石油和天然氣比煤炭燃燒值更高、污染更小,更符合工業(yè)社會的需要,因而得到大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。

通過蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的動力難以在較大的空間范圍內(nèi)隨意傳遞,只能圍繞一臺動力機(jī)械進(jìn)行小范圍、小規(guī)模的生產(chǎn)。19世紀(jì)以來,電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn),為隨后發(fā)電機(jī)、電動機(jī),以及變壓器、電站、低壓電網(wǎng)和超高壓電網(wǎng)等一系列技術(shù)裝備的發(fā)明及廣泛應(yīng)用提供了條件,開啟了第二次工業(yè)革命,迎來了電磁動力新時代。煤炭、石油、水力、風(fēng)力等各種能源都可以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、再轉(zhuǎn)換為電能,然后將電能通過電網(wǎng)延伸到城市、鄉(xiāng)村和山間,廣泛地滿足城鄉(xiāng)生產(chǎn)生活所需。

借助以煤炭與燃油為燃料的蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī),我們由依賴人力、畜力、風(fēng)力和水力轉(zhuǎn)向依賴機(jī)器,人類手臂向外拓展;憑借電力的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用,我們將各種機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,并將之運往遠(yuǎn)方,使得生產(chǎn)和生活的視野進(jìn)一步開闊。兩次工業(yè)革命的能源基礎(chǔ)——化石能源的發(fā)現(xiàn)和利用,滿足了工業(yè)文明對能源的巨大需求,但其儲量有限,不可再生,終究會枯竭,同時也催生了環(huán)境破壞、氣候變化、安全事故等一系列嚴(yán)重問題。

未來清潔高效的新型能源不可或缺。20世紀(jì)60年代以來,“能源革命”的呼聲日漸高漲,開發(fā)包括新型能源和再生能源等在內(nèi)的能源,成為能源形式更替與發(fā)展的新方向。

回顧由火而始走過的漫長歷程,我們可以發(fā)現(xiàn)幾條能源形式改進(jìn)和更替的重要線索。

一是從被動到主動。我們對能源的利用,最早是以“靠天吃飯”的方式被動獲取。即采集植物和狩獵動物以獲取它們本身含有的能量。后來,通過認(rèn)識和利用火,包括引用自然火種和鉆木取火,人們對能源的利用從被動逐漸轉(zhuǎn)為有意識的主動。后來,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,能源利用逐漸主動轉(zhuǎn)移到煤炭和石油,乃至之后的核能、太陽能、風(fēng)能、水能等新的能源形式上。

二是從發(fā)現(xiàn)到發(fā)明。人類從用火山和閃電留下來的火種取火,到掌握鉆木取火歷經(jīng)的時間數(shù)以萬年。而從1820年荷蘭人漢斯·奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng),到法拉第用磁棒來回進(jìn)出金屬線圈制造電力僅僅歷經(jīng)了11年。偶然的發(fā)現(xiàn)是小概率事件,需要等待漫長的時間,同時只能發(fā)現(xiàn)比較單一的規(guī)律。試驗發(fā)明是一個復(fù)雜、系統(tǒng)的過程,同時又有更加明確的目的性和研究方向,大大縮短了發(fā)明的時間。

三是從“膚淺”到深遠(yuǎn)。在采獵文明和農(nóng)耕文明時期,我們就地取材,在視線所及范圍內(nèi)行動。在工業(yè)文明時期,能源利用的目光穿透地層,地下的煤炭、石油和天然氣,成為文明前行的重要動力來源。隨著技術(shù)的進(jìn)步,能源形式開始從有形轉(zhuǎn)為無形,電能開始得到普遍使用,核能、太陽能、可燃冰和地?zé)崮艿乳_始進(jìn)入我們的視野。

總之,我們對能源的利用是從小聰明逐步過渡到大智慧的過程。在農(nóng)耕文明時期,人們利用畜力靠馬車等出行。進(jìn)入工業(yè)文明時期,蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)及電動機(jī)讓能源變得更加豐富和強(qiáng)勁。后來,混合能源又開始被使用,再后來,能源形式進(jìn)一步更新,燃料電池、混合動力、氫能源動力和太陽能等發(fā)展迅猛。隨著文明的演進(jìn),生產(chǎn)技術(shù)水平的提升,主流能源形式中所蘊含的人類智慧元素比重越來越大。

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