表 8.6 世界各地水电资源及其利用

（资料来源：世界能源会议，1980，引自《世界资源报告》，1987）

电还有一个往往被忽视的弱点，就是水库的寿命，由 30 年至 300 年不等， 视当地土壤侵蚀的程度而异。水库一旦被淤平，将永远失去其功能，在其上游或下游不远处修筑新的水库往往不可能。考虑到这一点，水力资源也可视作非再生资源，它将随着水库的淤塞而逐渐耗竭。事实上，北京的官厅水库已基本丧失发电能力（寿命约 40 年），三门峡水库也已损失了原来 11 亿千瓦容

1. 地热能 指地下热岩和热液中所储存的能量，现已开发利用的多为后者，通常以三种形式存在：干蒸汽（其中不含水滴）、湿蒸汽（蒸汽中含水滴）和热水，以干蒸汽质量最佳，最易开发利用。意大利早在 1904 年就在拉德雷洛（Larderello）附近开发了一口大型干蒸汽井，所生产的电力成为该国电气化铁路的主要电源。美国和日本也有规模较大的干蒸汽地热电站。但干蒸汽田较为稀少，较为常见者为湿蒸汽和热水。后二者的开发难度较大， 费用也较高。众所周知，冰岛的雷克雅未克全靠地下热水给全市 8.5 万居民供热和进行温室栽培。

热岩包括三种不同类型：近地表的熔岩、干热岩和温岩。目前热岩的开发利用尚少。

目前地热能在世界能源供应中所占份额很小（与风能一起共占 0.045

％），其优点是在有可能开发的地方成本比较低廉，其电力成本约为燃煤发电站的一半，或核电成本的 1/4，所排出的 CO2 也很少。其主要限制在于资源过于稀少，可供开发的地点不多。而且就地热蒸汽与热水而言，其更新速度缓慢，一旦开采速度过大，就会面临耗竭的前景。此外，地热资源也只是相对地“干净”，地热蒸汽与热水中通常含有硫化氢、氨气、放射性物质（例如氧）、可溶性盐类乃至有毒物质等。因此，在开发过程中同样需要注意环

境保护问题。

1. 核能 这是来自岩石圈的新能源，19 世纪末元素放射性的发现和 20 世纪初相对论的提出，为核能的利用奠定了理论基础。原子核能的释放可以通过两条途径：一是某种元素裂变为原子量较小的其他元素，一是两个轻元素的原子核聚变为一个较重元素。无论是哪一条途径，都伴随着巨额能量的释放，同时质量有所减少，所减少的质量△m 即转化为释放的能量△E，这就是爱因斯坦著名的公式：△E＝（△m）C2，式中 C 为光速。

现在已投入生产的是核裂变，所用的物质为 U-235，每个 U-235 原子裂变时释放 200MeV 能量，合 3.2×10-11 焦。1 克铀元素有 2.56×1021 个原子， 裂变时释放出的能量相当于 2.7 吨煤。不过天然铀矿中 U-235 的含量只占0.71％（即每 140 个 U-238 原子中才有 1 个 U-235 原子），因此 1 克铀矿产生的能量约等于 19 千克煤。

地壳中铀矿的储量不多，1976 年世界能源会议和 1977 年美国的核能政策研究小组所提供的数字分别为 490 万吨和 487.6 万吨（价格为每千克 U3O8

不高于约 70 美元）两个数字非常接近。

迄至 1990 年，在第一个核电站投产 43 年以后，全世界 27 个国家和地区共有 428 个核电站。1989 年全世界的核电占电力供应的 19％，但其所提供的能量（6783 拍焦）只占世界能耗（310972 拍焦）的 2.18％。而这些核电站每年消耗的铀为 1 万吨（维持量）至 4 万吨（充分运行），也就是说，如果

核发电量维持现有的水平，则世界铀矿储量将于 120—490 年内耗竭。因此， 铀矿作为一种能源的使用周期也是不长的。

近几年来世界核电的发展已呈下降趋势，主要原因是因为基建费用超支、核废料处置问题和不断发生的安全事故，这类事故以 1986 年发生在苏联的契尔诺贝利核电站最为严重。然而远在此以前，核电站建设的速度就已放慢。美国自 1975 年以来就没有再接到核电站的订单，而且前此的 108 个订单亦被撤销。原联邦德国的能源供应中有 10％来自核电，但是从 1975 年以来仅有一个核电站的订货，而且以前所订的八个机组亦迟迟未能动工，主要原因是来自政治上的反对。这种发展趋势使美国的核电生产在 20 世纪 90 年代有所下降。而且，由于核电站的预期寿命一般为 30～40 年，如果不兴建新的核电站，则全世界的核发电能力也将逐渐减少。

目前利用 U-235 发电的技术对铀的利用率很低，其实 U-238 如果受到核裂变时放出的高能中子攻击，就会变成同样能裂变的 U-233，理论上使铀的利用率增加 140 倍。同样原理也能使储量更为丰富的钚（Pu）变成能裂变的Pu-239。按这种原理建造的反应堆称为快速增殖反应堆。此外，原子能利用的另一途径是核聚变，例如氢的同位素氘和氘的聚变以及氘和氘的聚变，以及另一种轻元素锂和氘的聚变，目前都在积极研究之中，这种核聚变是一种较为“干净”的能源。但有关科学家估计，核聚变从实验室走向实用还需要较长的时间才能实现。应该指出的是，无论是快速增殖反应堆还是核聚变均需消耗很高的能量，这又有赖于现有核裂变材料的储存。如果缺了这把“钥匙”，则理论上的巨大核聚变能量也将难以取得。

1. 岩石圈以外的其他能源 包括风能、海洋的潮汐能和波浪能以及太阳能等，目前在世界能源供应中所占比例虽小，但从长远看，可能是未来人类取之不竭的永久性能源。以太阳能为例，现在全球每年经生物圈转化的太阳能即为世界能耗的十几倍。而且，到达大气层顶部的太阳能更是地面的 35000

倍。如果能实现在那里对太阳能的接收、转化和传输，则人类利用的能量就几乎是无限的。

上面概述了世界能源概况，其中石油、天然气、油砂与油页岩、煤和核燃料均来自岩石圈，其他几类则来自岩石圈以外，包括水力、风能、海洋潮汐能和波浪能，以及太阳能等。从能源的过去、现在和对其未来的预测，为了现代文明的持续发展，下述两点是毋庸置疑的：

第一，人类必须把能源消费从非再生能源转化为再生能源。岩石圈内储存着巨大的能量，但是这些在亿万年地质时期内积聚起来的能源是不可再生的。另一方面，人类对能源的消费却持续地呈指数增长，这不仅是由于世界人口的增长，而且是由于人均能源消费量越来越大。因此，岩石圈中这些非再生能源终将不能满足人类不断增长的需求。更为严重的是这几种传统能源的耗竭时间将分别为今后几十年至几百年。

第二，能源浪费现象十分严重，工业化发达国家尤其如此。美国是世界上最大的能源消费者和浪费者，据统计，美国 1989 年能量消费占全世界的24.6％，但其所消费的能量中只有 9％属于有效利用，另有 7％转化为石油化工产品，41％属于因热力学第二定律（能量从一种形式转化成另一种形式时必然造成能量质量降低或数量减少）造成不可避免的损失，其余 43％则纯属不必要的浪费。因此，人类必须学会提高能量使用的效率，以便使用较少的能量来维持较高的生活水准。

上述两点有一个共同的要求：必须尽快实现而不能延误，因为要实现从传统能源向新能源的转变本身也要消耗大量能量，许多新技术与新设备（如核聚变与太阳能发电等）都要耗费巨大能量方能实现，现存的能源储量应该用以实现这种转变。因此，未来的几十年在能源利用上可能会决定人类文明的整个进程。