天然气、风能、太阳能、潮汐能：在不稳定中追求未来

　　清洁能源渐渐受到重视，到处可见光伏、风力发电，这是因为近些年相关技术的进步和成熟。然而，清洁能源仍面临着功率低、稳定性差等问题。未来，增加稳定性、提高发电效率、谷峰存储、升级技术仍然非常重要。

　　能源是现代化的基础和动力。能源供应和安全，事关我国现代化建设全局。新世纪以来，我国能源发展成就显著，供应能力稳步增长，能源结构不断优化，科技进步迈出新步伐，国际合作取得新突破，有效保障了经济社会持续发展。

　　但随着不可再生能源的快速消耗，以及人们逐渐意识到不可再生能源在开发和使用中带来的严重的环境污染，人们开始寻求一种取之不尽、用之不竭且对环境无害或危害极小的资源。这些资源分布广泛，适宜就地开发，并且可以循环利用，即清洁能源。

　　春天到了，如若留心观察，你会发现布谷鸟提前“上班”了，啄木鸟也提前“复工”了，从某种意义上看，动物比被疫情困住的人类还要敬业。

　　已有研究表明，全球变暖让四季更迭乱了套。而这一些都与地球的“空调机”北极牵连甚广。早在2006年，《自然》杂志就发表过一篇论文，论文中指出随着全球变暖，西伯利亚永久冻土层开始融化，永久冻土层中的甲烷释放量将会加倍增加。其时，科学家向人类发出警告：“保护环境，珍惜资源，否则北极冰川将会完全消失！”

　　但对于大部分人来说，北极是他们一辈子都不会踏足的地方，那么它的生死存亡又与人类何干呢？确实，北极的苦楚人类知之甚少，冰川的融化也不为人知，这一切唯有北极熊最先体会到。

　　十多年后，正如科学家预测，随着北极越来越多的冰层以及永久冻土层融化，甲烷释放点也变得越来越多。北极熊失去了赖以生存的冰川，只得趴在一片片即将融化的冰块上，独自飘荡在北冰洋里。失去家园的北极熊，随时都会有生命危险。

　　天然气作为一种清洁能源，燃烧时产生二氧化碳少于其他化石燃料，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，有助于减少酸雨形成，减缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。

　　甲烷作为天然气还有页岩气、可燃冰的主要成分，拥有最稳定的烷烃分子结构，具有高度的四面体对称性。同时，甲烷还是沼气的主要成分，是供暖和发电的重要燃料。刨去其对加速冰川融化的消极影响，甲烷本身是极具利用度的。

　　2004年11月，128户407名牧民群众积极响应国家三江源生态保护政策 , 从海拔4700米的唐古拉乡搬迁至格尔木市南郊长江源村定居。

　　地处长江源头的唐古拉山镇是三江源保护区的核心区域。2004年，中国启动了三江源生态保护和建设工程，唐古拉山镇128户407名牧民放下牧鞭，搬迁至400公里以外的格尔木市南郊移民定居点，形成了今日的长江源生态移民村。

　　如今，为改善农牧区民众生产生活条件、居住环境和乡村面貌，长江源生态移民村的村民们几乎家家户户都用上了天然气。

　　长江源生态移民村村委会主任扎西达娃说，村里用上天然气不仅提升村民生活品质，而且对于环境保护也大有作用。“以前冬天家里都是烧炉子取暖，哪里都是灰。冬天的手就洗不干净，要不停地抓煤弄灰；夏天做饭用煤气罐，经常饭做到一半就没气了。现在取暖烧饭都用天然气，真是方便又干净啊。”

　　除了长江源生态移民村以外，通过“气化”工程的实施，目前拉萨市的天然气居民用户已达9万余户，用气企业达十余家，拉萨市公交系统也已经驶入燃气时代。自治区政府通过对70个县的气化规划，相继启动了那曲、林芝、山南、昌都等地的燃气市场开发工作，旨在用绿色清洁能源呵护青藏高原生态环境。

　　如今，天然气主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。一方面，煤、油属于不可再生能源，需要谨慎开采和利用。另一方面，开采所需要的人力物力和产生的空气污染是人们急需关注的地方。

　　北极作为甲烷的天然温床，具有极其丰富的甲烷资源。如果得以合理转化和利用，不仅可以从源头解决北极冰川的融化问题，还可以为全世界人类输送天然气。但由于北极特殊的地理位置和气候，人们很难在此长期研究和开采。并且甲烷具有极强的稳定性，很难在温和的条件下对其活化，往往需要在600℃至1100℃的高温下进行反应。

　　希望随着人类社会的发展和科技的进步，北极的甲烷库能得以开发和利用，成为人类源源不断的天然气补给站。

　　顾名思义，风能是地球表面大量空气流动所产生的动能。在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。

　　据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约占16亿千瓦。由于风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔的收缩地带，如美国的加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家，中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能资源也很丰富。

　　欧洲海上风电技术起步较早。1991年，Vindeby风电场在丹麦洛兰岛附近的低水位海域开启，首次实现11台风电机组并网运行，这也是世界上第一个海上风电项目。

　　Vindeby海上风电场由11台450千瓦风电机组组成，装机总容量仅为5兆瓦，这些机组均由Bonus Energi（现西门子风电）提供。自1991年投运以来，其累计发电2.43亿度电，满足了约2200户居民的用电需求。

　　风雨无阻地运行了25年之后，它的所有者和运营方丹麦能源巨头DONG Energy决定让这座功勋电场退出历史舞台。2017年3月，DONG Energy启动了Vindeby海上风电场的退役流程。11台风机机组的叶片、机舱和塔筒通过支腿船上的移动吊车被分别拆除并取下。其中的部分叶片将用于丹麦科技大学DTU RIS实验室的研究项目，还有一台机组将在修复后成为丹麦能源博物馆的展品。

　　自2006年以来，DONG Energy公司已经将煤炭消费量减少了73％，该公司现在决定完全停止使用煤炭。到2023年，DONG Energy公司的发电站将停止使用煤作为燃料。发电站将用可持续的生物质替代煤炭。

　　和DONG Energy目前正在新建的风电场相比，Vindeby只能算是一个微型发电项目。DONG Energy正在建设的霍恩西1号风电场装机容量约为1200兆瓦，包含174座7兆瓦风机，预计于今年并网。

　　Vindeby海上风电场负责人雷夫·温特表示，尽管就现在的标准而言，他所管理的风电场只是一个很小的项目，但它对海上风电产业来说却至关重要。“没有从Vindeby得到的运行经验，也就没有现在的海上风电场。Vindeby可以说是海上风电行业的摇篮。”

　　我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大。有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。

　　2008年8月，甘肃酒泉千万千瓦级风电基地全面启动。酒泉市地处甘肃省河西走廊西端，祁连山和马鬃山南北相望，特殊的地理环境及季风的影响，使酒泉蕴藏着丰富的风能资源，在国家风能资源区划中被确定为风能资源丰富区。

　　根据气象部门最新完成的风能资源普查报告，酒泉市风能资源储量约2亿千瓦时，可开发量约8000万千瓦，占甘肃可开发量的80%以上。进入21世纪，国家对风电发展更加重视，随着国家《可再生能源法》的颁布实施，全国风能资源开发步伐进一步加快，掀起了大规模风电开发的热潮。

　　在一些地区，风力发电的经济性不足。许多地区的风力有间歇性，“靠风吃风”的特性让风力发电具有时刻性。更糟糕的情况是如等地，在电力需求较高的夏季及白日，恰好是风力较少的时候，必须等待压缩空气等储能技术发展。

　　并且，风力发电需要大量土地兴建风力发电厂，进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，这对风力发电厂的选址要求极高。

　　在生态上，风力发电机可能干扰鸟类。如美国堪萨斯州的松鸡在风车出现之后已渐渐消失。目前的解决方案是离岸发电，但随之而来的是建厂成本的增高。

　　拥有取之不尽用之不竭的能源，是人类千百年来的梦想。但与此同时，第三类永动机违背基本物理学原理，无法被研制出来，却也是不争的事实。不过，距离地球一亿四千七百万千米外的太阳无时不刻在进行核聚变，并向地球输送光能和热量，如果能把太阳能充分得以收集运用，似乎是个解决“不竭能源”问题的好办法。

　　从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯发明第一台利用太阳能加热空气膨胀做功而抽水的机器开始，人类将太阳能作为一种能源和动力直接加以利用，已有300多年的历史。经过多年的开发，太阳能发电技术得到了长足的发展，太阳能也成为当今全球最主要的清洁能源之一。

　　太阳能热电厂使用大量的镜子聚集阳光，并利用产生的热量发电。但是，目前太阳能电池板的造价较高，无法生产出廉价的电力，多数企业无力承担。于是科学家们有了一个清奇的思路——跳过电力部分，利用阳光产生的热能直接用于工业过程，以替代化石燃料。

　　2019年11月，总部位于洛杉矶的一家名为Heliogen的公司宣布，其位于加利福尼亚州兰开斯特的商业设备实现了这一想法。他们建造了一座这样的小型太阳热能厂，最高温可达1000摄氏度以上。该公司的CEO比尔·格罗斯表示，这是商业设施第一次达到这样高的温度，并在新闻发布会上宣布这是“非凡的科学成就”。

　　由比尔·盖茨参与投资的初创公司Heliogen发现了一种将人工智能和太阳能相结合以产生极高热量的方法。

　　集中式太阳能热电厂已经存在了数十年，通常只能达到不超过600摄氏度的温度。600摄氏度可以恒温加热像熔盐这样的介质，也可以将水转化为蒸汽，从而启动涡轮发电。但是对于繁重的工业过程而言，这个温度还是太低了——全球能源政策中心指出，炼钢炉需要1100摄氏度，水泥厂需要1400摄氏度。如果Heliogen可以扩大其集中式太阳能技术的规模，则可以为工业材料的无排放加工提供捷径。

　　比尔·格罗斯认为自己的技术有望达到1500摄氏度的温度，这个温度足以将二氧化碳和水分解成氢气，用于生产水泥、钢铁，替代化石燃料。如果他能如愿以偿，这将成为解决脱碳难题的关键一环。

　　相比于蓬勃发展的世界光伏工业，中国光伏工业还处于起步阶段，光伏产量和安装容量仅为世界1%。但在国家实施西部大开发战略和国内绿色环保工业开始升温的背景下，中国光伏工业保持了较快的增长速度。

　　2015年，湖北省红安县七里坪镇尤家湾村建成了集光伏发电、生态光伏大棚和观光农业一体的生产基地，为当地农民提供脱贫就业岗位100多个。（曾宪锋/摄）

　　近年来，太阳能光伏电池的应用在我国西部地区逐渐扩大。国家电力公司在无水利资源的地区先后建设了10座光伏电站，解决了7个无电县的工业和生活用电，1.2万余人从中受惠；青海省在电网无法延伸也无水利资源的地区建成了10个太阳能光伏电站，青海及周边地区的6万余无电散居户，利用便携式小功率光伏系统解决了家庭生活用电问题；新疆则在亚欧光缆、南北疆光缆等工程必经之地的无电地区，安装了100多座无人值站的光伏电源。

　　河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地。该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3MW多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面的多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。

　　但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。据业内人士介绍，我国太阳能电池平均转换效率不高，其主要原因是专用材料国产化程度低，如封装玻璃完全依赖进口，低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满足需求，科研成果还没有迅速及完全转化为产业优势。在太阳能技术的开发和运用上，我国仍有很多可探索空间。

　　水不仅可以直接被人类利用，它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环，在地表水流动的帮助下，驱动水循环持续进行，这个过程产生的能量就是水能。随着矿物燃料的日渐减少，水能作为一种可再生清洁能源，是非常重要且前景广阔的替代资源。

　　人类利用水能的历史悠久。两千多年前，在埃及、中国和印度已出现水车、水磨和水碓，人们利用水能从事农业生产。18世纪30年始有新型水力站，随着工业发展，18世纪末这种水力站发展成为大型工业的动力，用于面粉厂、棉纺厂和矿石开采。

　　但从水力站发展到水电站，是在19世纪末远距离输电技术发明后才蓬勃兴起。19世纪80年代，当电被发现后，科学家根据电磁理论制造出发电机，把水力站的水力能转化为电能，并输送给用户。这也使水电能资源的开发利用进入到蓬勃发展时期。

　　中国早在20世纪50年代就已开始利用潮汐能，在这一方面是世界上起步较早的国家。1956年建成的福建省浚边潮汐水轮泵站就是以潮汐作为动力来扬水灌田的。到了1958年，潮汐电站便在全国遍地开花。据1958年10月份召开的“全国第一次潮力发电会议”统计，我国已建成的潮汐电站有41座，在建的还有88座，主要都用于照明和带动小型农用设施。

　　江厦潮汐电站是中国第一座双向潮汐电站，位于浙江省温岭市乐清湾北端江厦港，于1980年5月第一台机组投产发电。（罗里文 摄于2001年）

　　浙江乐清湾的江厦潮汐电站，造价与600千瓦以下的小水电站相当，每年自身经济效益巨大，包括发电67万元，水产养殖74万元和农垦收入190万元，共计可达330万元。这是中国，也是亚洲最大的潮汐电站，仅次于法国朗斯潮汐电站和加拿大安纳波利斯潮汐电站，居世界第三位。

　　据海洋学家计算，世界上潮汐能发电的资源量在10亿千瓦以上，其中我国潮汐能的理论蕴藏量达到1.1亿千瓦。在中国沿海，特别是东南沿海有很多能量密度较高的潮汐能资源。假若充分开发利用，潮汐发电的商用价值和社会意义都能得以最大化体现。

　　假如人类是棵大树，那资源就是高挂在天空中的太阳；假如人类是朵鲜花，那资源就是潺潺流淌着的溪水；假如人类是只飞鸟，那资源就是一片湛蓝无暇的天空……

　　地球母亲如此慷慨，人类也不能一味索取。资源的循环利用已然成为世界各国的焦点，对于清洁能源的开采和利用迫在眉睫。不仅为了地球，更为了人类的未来。