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8.3

 TODAY

「能源」

 

 

縱觀幾千年曆史，以煤炭使用為標誌，人類進入工業社會不過近200年的時間，但是，這一時期人類社會面貌改變之大、之快前所未有，超過以往任何時代的總和。

 

 

能源替代是大勢所趨，人類的能源使用史就是一部能源替代史。縱觀能源升級換代的過程，有三大重要驅動因素：高效能源替代低效能源、清潔能源替代化石能源、經濟能源替代昂貴能源。

 

其中，高效能源替代低效能源，是過去人類能源利用變革的基本驅動力。從我們的經驗來看，這在今天和未來仍非常有效。人類利用能源就是擯棄低效追逐高效的過程。舊石器時期，人類學會了使用火，一舉跨入了能源歷史譜表的啟年篇——薪柴時代。

 

進入農業社會，木材和薪柴仍是能源主體。這個時期人類也開始利用一些自然界的可再生能源，如用日光照明和光熱乾燥、取暖、海鹽製造等；將水能轉換為機械能，如水車、水輪泵和水磨等，提水灌溉和磨面；風能利用，如風車和帆船等。在漫長的數千年裡，人類的能源結構沒有多大變化。

 

然而，伴隨著生產發展、人口增長，木材和薪柴能源逐漸不能滿足經濟社會發展的需要了，這一矛盾後來越發突出，人們開始將目光投向煤炭，儘管它又黑又髒且開採困難。19世紀發生在英國並席捲歐洲的工業革命，標誌著煤炭已經成為工業的血液。

 

從宋朝開始的能源革命

 

其實這不過是遲早的事，有關煤炭的能源革命早在宋朝就已經爆發了。起因是當時以柴薪為主的能源供給遠遠跟不上大宋人民群眾的需求。宋代人口比以前大幅增加，首次突破1億。全球有6個超百萬人口的城市，其中5個都在中國，而汴京更是世界第一大城市。由此帶來的生活和生產需求猛增，燃料生長與消費的平衡被打破。近處的林木消失後，人們只能去更遠的地方獲取，連皇家陵墓的樹木也沒有倖免。

 

當時燃料主要依靠木炭，燒取木炭成為森林消失的重要原因。木炭的加工過程中木材損耗極大，木炭與木材之間的轉化率是1：6，即1斤木炭需要6斤木材加工。用土法煉1000斤鐵，需要消耗硬雜木和木炭10立方；將生鐵加工成各種器具或煉鋼，還需要更多木炭。煉銅消耗燃料數倍於煉鐵。此外，除過冶金，陶瓷、煮鹽、釀酒和製礬也需要大量木炭。

 

燃料需求的暴增，使人們將目光瞄準新的燃料來源，這就是煤炭。相比木柴和木炭，煤炭的能量密度更高（煤的燃燒效能是木炭的3倍），也便於運輸，很快成為汴京這樣的大城市的主要燃料，廣泛應用於冶鐵業、兵器製造業、鐵貨幣鑄造業、陶瓷業以及造船業等。

 

工業革命後的能源革命

 

五、六百年後，歐洲的工業革命以更猛烈的方式再次發端於煤炭革命。16、17世紀的歐洲在遭遇到嚴重的燃料危機後，人們不再顧忌煤炭開採難度大，又黑又髒，煙塵污染等問題，義無反顧地投入煤炭的懷抱。果然，煤炭的利用開創了新紀元，把人類社會帶進了第一次工業革命。

 

隨著機器大工業的發展，煤炭越發重要。1846年，英國煤炭年產量達到4400萬噸，成為歐洲乃至全世界第一大產煤國，英國處處可見工廠，龐大的廠房發出隆隆轟鳴。工業革命不僅對英國和歐洲產生巨大影響，也改變了世界的面貌。煤炭開啟了人類利用化石能源的時代，在18、19世紀，煤成為人類社會的主要能源。

 

人類進入石油時代的叩門聲，來自美國和俄國。1859年8月29日，美國人埃德溫•德雷克在賓夕法尼亞州泰斯維爾小鎮打出了一口深21.69米的油井，這口井被美國稱為“世界第一口現代油井”。不過俄國人卻認為，謝苗諾夫1848年在里海阿普歇倫半島開鑿的油井才是世界第一口現代油井。不過沒關係，無論這頂第一的帽子戴在誰的頭上，他們都對開啟石油時代做出了不起的貢獻：德雷克的成就更快轉化為大規模產業，謝苗諾夫則最早使用了井架鑽井技術，在1861年建成了世界上第一座煉油廠。

 

石油時代的到來，催生了一系列副產物。19世紀末，用汽油作燃料的汽車、飛機，以及用柴油作燃料的內燃機火車和輪船相繼出現，柴油還用於火力發電。石油逐漸超過煤炭成為20世紀的主要能源，到了20世紀60年代，全球石油的消費量超過煤炭。

 

之後，天然氣的利用也開始逐漸進入人們的視野。與此同時，伴隨著電磁感應的發現，人類利用電力的大門轟然開啟。19世紀末直流發電機和火力發電廠相繼誕生，電力也開始成為人類廣泛使用的能源，使用電力進行生產和工作的電氣化成為經濟現代化的標誌。

 

縱觀幾千年曆史，以煤炭使用為標誌，人類進入工業社會不過近200年的時間，但是，這一時期人類社會面貌改變之大、之快前所未有，超過以往任何時代的總和。一方面，工業生產更新換代，科學技術日新月異，另一方面，人類所使用的主體能源不斷升級，能源結構發展變化極快。從煤炭到石油、天然氣、電力，伴隨數不清的技術革新，人類的能源利用和控制能力不斷增長。能源變遷與人類發展，從第一塊多米諾骨牌推倒之時，量變與質變就在兩者之間加速交互推進。薪柴→煤炭→石油作為劃時代意義上的主體能源更迭，核心的驅動力正是高效率能源替代低效率能源，高生產力替代低生產力顛撲不破的真理。

 

何為高效率，何為低效率？

 

直觀來看，數量相同，能量不同，是高效率能源和低效率能源的區別之一。用一個參數來表示，高效和低效體現在單位質量的不同燃料完全燃燒後所釋放熱量的差異。比如，同樣質量的煤炭熱值比薪柴高，石油比煤炭高。

 

除了燃燒效率的高低，高效能源同樣體現在，伴隨著薪柴→煤炭→石油的演進，每一種主導能源所對應工業化生產方式效率水平的不斷提高。這也意味著，高效能源的出現提供了支撐高水平生產方式所必需的能源規模和質量，高水平的生產方式客觀要求與高效能源相匹配。

 

 

18世紀，煤炭的​​利用為工業革命提供了能源基礎，由此帶來了蒸汽機的發明。蒸汽機的廣泛應用使紡織、冶金、採礦、機械加工等工業獲得迅速發展，蒸汽機車、輪船相繼出現推動交通運輸業的巨大進步。

 

19世紀末，以汽油和柴油為燃料的奧託內燃機和狄塞爾內燃機出現，此後步入石油時代，汽車、飛機、柴油機輪船、內燃機車、石油發電等，將人類飛速推到現代文明時代。

 

20世紀30年代，燃氣輪機隨著多領域的技術進步，獲得了成功應用，應用領域不斷擴大，如燃氣輪機機車、艦艇、汽車等，並應用於工業領域。燃氣輪機作為重大核心裝備，大幅度提高了煤炭、石油、天然氣等化石能源的使用效率。

 

電動機的出現，與發電機同時起步。電動機是現代工業領域的基本工具，大幅度提高了全社會能源使用效率和工業生產水平，是高效率利用化石能源和現代工業電氣化的基礎。電動機效率也要遠高於蒸汽機、汽油內燃機、煤炭直接燃燒等。電力的普遍應用和電氣化時代的到來，也為大規模開發應用清潔能源並轉化為電力提供了可能性和實現基礎。如果清潔能源能夠成為電源的主力，全球能源效率和能源利用水平將再次大幅提高。

 

高效能源除了能源本身燃燒效能的高低以外，還有一個層面，就是能源利用水平的高效化和精細化，高效能源利用方式不斷替代低效粗放的能源利用方式，也就是我們所說的能源使用效率。從過去的近200年中，人類能源使用效率顯著提高，未來能源效率仍是各國追求提高和突破的方向。

 

影響能源效率的因素

 

影響能源效率的因素有很多。其中，人類生產力水平和生產方式、國家所處的工業化發展階段和程度、科技發展水平和進步程度是共性的決定因素。以單位GDP能耗為例，在工業化初期，大多數發達國家都經歷過從手工生產方式為主，全面轉向機械化大生產為主的階段。此時大批量消耗的