能源形式更替发展的新方向-北极星火力发电网

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人类利用能源的形式，根据所蕴含的人类智慧程度，可以分为启智能源、小智能源、中智能源和大智能源，其对应的能源形式分别是柴薪燃料、“驯化”能源、化石能源与混合能源。能源形式的改进，是为改善人类生存、更好地满足文明运行的需要；能源形式的更替，是为促进人类发展、推动文明形态的演进。更替不可能突然发生，要以能源形式的改进为基础。无论是改进还是更替，都是人类的智慧成果的成功运用。

在采猎文明时期，人们从自然界获取食物，采集植物，狩猎动物，以获取生存必需的能量。后来，人类发现并利用了火，柴薪、秸秆等天然生物质燃料便成为主要的能源。

在农耕文明时期，除了继续利用火外，人类开始尝试“驯化”自然，畜力、风力、水力渐渐成为获得能源的重要方式，以此完成磨面、提水、纺纱和织布等简单的农业和手工业活动。现在看来，人类直接获取水力、风力等能源形式有着明显的缺陷：一是能源动力受自然条件和气候限制大，没有风和水，风车与水车寸步难行；二是能源获得渠道窄，主要是通过地表和地上，地上能源是太阳能，地表则是太阳能经过光合作用而形成的能源，如柴薪能源等。对于地下能源，我们当时的视野还难以触及。尽管如此，低下的能源利用技术仍然与当时同样低下的劳动生产率相适应，生产技术水平的落后使得我们对能源的需求并不迫切，改进能源利用技术的动力不足。较低的能源技术和较低的能源需求相互适应，互为因果，支撑着文明缓慢前行。

受益于科学技术的进步，人类的活动范围逐渐从地表延伸到地下，发现了丰富的煤炭资源。煤炭燃烧后能释放出较高的热量，也适应生产的批量化、持续性需求，因而迅速成为主要的能源。18世纪蒸汽机的发明，煤炭取代柴薪成为支撑工业文明运行的主体能源。到了19世纪，发明了比蒸汽机热效率高、体积小、功率大、更洁净的内燃机，随之进入了以燃油为主体燃料的时代。石油和天然气比煤炭燃烧值更高、污染更小，更符合工业社会的需要，因而得到大规模的推广和应用。

通过蒸汽机和内燃机产生的动力难以在较大的空间范围内随意传递，只能围绕一台动力机械进行小范围、小规模的生产。19世纪以来，电磁感应定律的发现，为随后发电机、电动机，以及变压器、电站、低压电网和超高压电网等一系列技术装备的发明及广泛应用提供了条件，开启了第二次工业革命，迎来了电磁动力新时代。煤炭、石油、水力、风力等各种能源都可以转换成机械能、再转换为电能，然后将电能通过电网延伸到城市、乡村和山间，广泛地满足城乡生产生活所需。

借助以煤炭与燃油为燃料的蒸汽机和内燃机，我们由依赖人力、畜力、风力和水力转向依赖机器，人类手臂向外拓展；凭借电力的发现和应用，我们将各种机械能转化为电能，并将之运往远方，使得生产和生活的视野进一步开阔。两次工业革命的能源基础——化石能源的发现和利用，满足了工业文明对能源的巨大需求，但其储量有限，不可再生，终究会枯竭，同时也催生了环境破坏、气候变化、安全事故等一系列严重问题。

未来清洁高效的新型能源不可或缺。20世纪60年代以来，“能源革命”的呼声日渐高涨，开发包括新型能源和再生能源等在内的能源，成为能源形式更替与发展的新方向。

回顾由火而始走过的漫长历程，我们可以发现几条能源形式改进和更替的重要线索。

一是从被动到主动。我们对能源的利用，最早是以“靠天吃饭”的方式被动获取。即采集植物和狩猎动物以获取它们本身含有的能量。后来，通过认识和利用火，包括引用自然火种和钻木取火，人们对能源的利用从被动逐渐转为有意识的主动。后来，随着技术的不断进步，能源利用逐渐主动转移到煤炭和石油，乃至之后的核能、太阳能、风能、水能等新的能源形式上。

二是从发现到发明。人类从用火山和闪电留下来的火种取火，到掌握钻木取火历经的时间数以万年。而从1820年荷兰人汉斯·奥斯特发现了电流磁效应，到法拉第用磁棒来回进出金属线圈制造电力仅仅历经了11年。偶然的发现是小概率事件，需要等待漫长的时间，同时只能发现比较单一的规律。试验发明是一个复杂、系统的过程，同时又有更加明确的目的性和研究方向，大大缩短了发明的时间。

三是从“肤浅”到深远。在采猎文明和农耕文明时期，我们就地取材，在视线所及范围内行动。在工业文明时期，能源利用的目光穿透地层，地下的煤炭、石油和天然气，成为文明前行的重要动力来源。随着技术的进步，能源形式开始从有形转为无形，电能开始得到普遍使用，核能、太阳能、可燃冰和地热能等开始进入我们的视野。

总之，我们对能源的利用是从小聪明逐步过渡到大智慧的过程。在农耕文明时期，人们利用畜力靠马车等出行。进入工业文明时期，蒸汽机、内燃机、发电机及电动机让能源变得更加丰富和强劲。后来，混合能源又开始被使用，再后来，能源形式进一步更新，燃料电池、混合动力、氢能源动力和太阳能等发展迅猛。随着文明的演进，生产技术水平的提升，主流能源形式中所蕴含的人类智慧元素比重越来越大。

（作者现任职于国家能源局，兼任中国科学院城市环境研究所研究员、博士生导师）

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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