风电常识：海上机组与陆地机组的不同---(技能篇)

海上机组与陆地机组的不同

随着全球节能减排的深入展开，各国对新能源开发利用的步伐也不断加快。随着陆地风力发电技术的的日益成熟，陆地上的有限风能相继开发，人们又想到了海上丰富风能资源，考虑建设海上风电场。海上风电场的风速高于陆地风电场的风速，但海上风电场与电网联接的成本比陆地风电场要高。综合上述两个因素，海上风电场的成本和陆地风电场基本相同。这样一股建设海上风电场的的热潮在世界范围掀起，海上风力发电机的组成为业内关注的焦点，它与陆地风力发电机组的区别主要体现在地基建设的难度高，机组各部件载荷比陆地机组强度大，安全设计采用特殊安全等级。

从外部特征上表现在不同之处（1）、电网连接，国外好多海上风电场电网没有直接并网，而是采用AC(交流输电线)方式并入该地区的输电系统。但有些风电场如瑞典、挪威和德国的其联网方式采用直流方式，输电方式采用高压直流输电。（2）、敷设海底电缆，海上风电场通过敷设海底电缆与主电网并联，为了降低捕鱼工具、锚等对海底电缆造成破坏的风险，海底电缆必须埋起来。如果底部条件允许，可用水冲海床(使用高压喷水)，然后使电缆置入海床而不是将电缆掘进或投入海床，这样做的方法最好。（3）、联结电压，对于120-150兆瓦容量的风电场与30～33千伏的电压等级相联时，每个风电场中，会有一个30～150千伏变电站的平台和相应的辅助设备。与的联结采用150千伏电压等级。（4）、远程监控，海上风电场远程监控要比陆地远程监控更重要一些，海上风电场的工作人员难于跑到现场观测机组，采用远程智能监控更利于运行管理。（5）、定期检修，在天气条件比较恶劣的情况下，维修人员很难接近风机，风机得不到正常检修和维护，就会存在安全隐患。所以，确保海上风机高可靠性显得尤其重要。对于一些偏远的海上风电场，应合理设计风机的定期检修程序。（6）、实验运行，为了保证机组的可靠性，海上风力发电机组必须通过实验运行，来验证机组的可靠性。

从风力发电机组设计载荷工况看:陆上风力发电机组的设计规定载荷工况条件分成几种情况，包括正常载荷工况、极端载荷工况、特殊载荷工况（停机和故障状态）及运输载荷工况。发电（DLC1.1~1.9）：风力发电机处于运行状态，并有电负载。设定设定的风力发电机组构形应考虑风轮不平衡的影响。在设计计算中应考虑风轮制造所规定的最大质量和气动不平衡此外，在运行载荷分析中，应考虑实际运行同理论上最佳运行工况的偏差，如偏航角度误系统跟踪误差。在计算中应假设各种情况的最不利组合，如风向改变与典型偏航角度误差组合（ DLCI . 8 ) 与电气接头损坏组合（ DLCI . 5 ）。设计载荷情况（ DLC1. 1 ~1 . 2 ）包含由大气湍流引起的载荷要求 DLC1 . 3 和 1 . 6 ~1 . 9 规定了作为风力发电机组寿命评定的可能临界事件的瞬态情况。在 DLC1.4和 1 . 5 中，考虑了由于外部故障和电气接头损坏引起的瞬变事件。发电和产生故障（ DLC2 . 1 ~ 2 . 3 ) 控制和保护系统的任何故障，或电气系统的内部故障（如发电机短路），对风力发电机组负载有明显影响，应假设它们在发电期间有可能发生。对于 DLC2 .1 ，控制系统出现的故障属正常事件。对于 DLC2 . 2 ，保护系统或内部电气系统出现的故障为罕见事件，如果某一故障没引起立刻停机和随后的负载可导致结构产生明显疲劳损伤， 则应在DLC2. 3中定义这种工况持续的事件。启动（ DLC3 . l~3 .3 ）这种设计工况包括从任一静止位置或空转状态，到发电过渡期间对风力发电机组产生载荷的所有事件。正常关机（ DLC4.1~ 4.2 ）此设计工况包括从发电工况到静止或空转状态的正常过渡期间对风力发电机组产生载荷事件。应急关机（ DLCS . l ）由于应急关机引起的载荷。停机（静止或空转） ( DLC6.1~ 6 .2 ）停机后的风力机风轮可能处于静止或空转状态，采用极端风况对其进行设计。如果某些零部件产生明显疲劳损伤（如由于空转叶片重量引起的），还应考虑在每个适当风速下所预期的不发电小时数。电网损坏对停机后的风力机影响.停机和故障状态（ DLC7 . 1 ）当电网或风力发电机故障引起停机后的风力发电机组正常特性变化时，应要求对其进行分析，在停机工况中，如果风力发电机组正常特性变化是由任一非电网损坏故障引起时，应作为工况考核之列。故障状态应当同极端风速模型（ EWM ）及一年重复周期相组合。

与陆上风电机组相同，海上风力发电机组也是正常载荷工况、极端载荷工况、特殊载荷工况及运输载荷工况，所不同之处在于，在陆地风机载荷工况基础上多加了海上特定的海波工况载荷。

通过上述的分析对比：海上风力发电机的载荷工况受具体的外部条件和自身运行条件的共同影响，当进行机组结构设计计算时，载荷工况通常包括正常的外部条件和自身运行条件的共同影响，正常的外部条件和故障条件的共同影响，极端外部条件和自身运行条件的共同影响。外部条件和自身运行条件可以假设为能够的统计给出，由于极端的外部条件和故障条件的共同影响很少出现，故在设计时可忽略不计。设计时除重点考虑极端载荷工况E1.0、E1.1、E1.2、E2.0、E2.1和S1.1~S1.4作设计计算输入外，还特别需要分析计算突减海波载荷对机组整体性能的影响。如温度对载荷工况的影响，文献[6]规定安全系数γF选1.5，可见特定的海波工况，与陆地相比有极大的不同。尤其是机组的疲劳载荷，设计结构时应重点考虑，还应根据机组海波载荷变化引起的载荷突增和突减的情况，进行计算对比和设计对比，保证机组的可靠性及使用寿命基础上，寻求最优结构设计。

海上风机不同于陆上风机，它是在现有陆地风机基础上针对海上风资源环境进行适应性“海洋化”发展起来的。为了承受海上的强风载荷、海水腐蚀和波浪冲击等，海上风电机组的基础远比陆上的结构复杂，技术难度大、建设成本高。海上机组与陆上机组最大的区别开发海上风电场对风电机组技术的挑战是既要承受更强的风载荷，还要承受海浪带来的负荷，能抵抗海洋环境的盐雾腐蚀。由于交通和吊装条件的，机组的维修要求应降低到最小程度，需要自备吊装主要部件的起重设备，避免因维修而等待大型浮吊造成的损失。与陆上机组最大的区别是基础结构，目前主要有以下几种：(1)重力基础。已建丹麦海上风电场的机组基础是在陆地上用混凝土制成的，然后运到海里指定位置安放，用砾石和砂子堆在周围，靠重力固定风电机组似方法的新技术是用钢板制成圆筒型，底上焊接平钢板，优点是质量轻，便于普通船运和与吊装风电机相同的设备在海里安放，然后填充密度

很大的橄榄石。(2)单桩基础。另一种新技术是相当于将风电机的塔架延伸到水里，用钻孔或撞击的方式将塔架底部插入海床。瑞典果特兰岛南部由5台丹麦风电机组组成的示范海上风电场，采用的就是这种单桩基础。(3)三角架式基础。正在研究类似海上石油钻台的三角架式基础，用于较深的海上风电场。丹麦能源局所属的海上风电机委员会进行的研究表明，采用钢结构的基础比混凝土的成本低约35％，尤其是水深超过10m，钢结构更经济。可以来用阴极保护技术防止钢材料的腐蚀。

海上风电机组基础由塔架和海底地基组成，按结构类型划分，目前在实践中已经应用的有单桩结构、重力结构和多桩结构，还有处于研发阶段的悬浮式结构。各种结构的优缺点有互补性，基础选型要综合考虑各项因素的影响，主要是水深、土壤和海床条件、环境载荷、建设方法、安装和成本几个方面。目前，世界上的海上风机多数采用重力混凝土和单桩钢结构基础设计方案。其中，应用最为广泛的单桩钢结构是通过钻孔将直径3~5m的钢管植入海床下15~30m深的位置。这种基础的优点是不要求修建海底地基，而且制造相对简单，但是安装相对困难且海水较深时柔性大。重力式一般为钢或混凝土结构，依靠基础的重力抵抗倾覆力矩。海床的清理准备工作对该结构很重要，由于对海浪的冲刷较敏感，只适用于水深较浅、不适合钻孔的场址，运输安装也比较困难，对环境的影响较大。多桩式基础结构曾用于试验机组，目前处于试运行阶段，还没有应用于商业化风电场。一般为三脚架结构，主要采用小直径管状钢结构，通过填塞或成型连接，适合较深的水域。缺点是船只难以接近，并增加了结冰的可能性。沉箱结构是靠重力将钢箱结构插入海床，抽出箱内海水以产生压力，以用于海上平台安装的锚泊固定，目前处于可行性研究阶段。漂浮式结构的好处是可选择的概念较多，成本与海底固定的方式接近，在建设和安装步骤上有较大的弹性，且容易移动或拆卸，并且在挪威取得成功，但目前还处于试验阶段。在海上风电设备安装上，被广泛应用的方案是起重式和锚泊系统，根据海水深度、起吊机的能力和驳船的载重量的不同，具体技术方案的选择有所不同。

在工程因素：修建、电力传输及其他1.建设施工和维修技术难度较大，建设成本高：海上风电场建设前期工作更为复杂，需要在海上竖立70米甚至100米的测风塔，并对海底地形及其运动、工程地质等基本情况进行实地观测；海上风电场需要考虑风和波浪的双重载荷，海上风电机组必须牢固地固定在海底，其支撑结构(主要包括塔架、基础和连接等)要求更加坚固；海上气候环境恶劣，天气、海浪、潮汐等因素复杂多变，风电机组的吊装、项目建设施工以及运行维护难度更大；所发电能需要铺设海底电线输送，建设和维护工作需要使用专业只和设备。所以海上风电的建设成本较高，一般是陆上风电的2—3倍。其中，风机基础投资大约为陆上的10倍。2.电力远距离输送和并网相对困难。海上风电场一般距离电网较远，且海底敷设电缆施工难度大，因此并网相对困难。3.海上风电不占用紧缺的土地资源，远离城镇及居民生活区，对环境及景观负面影响小。海上风电机组受噪声制约小，转速一般比陆上高10%，风机利用效率相应提高5%-6%。

相比陆上费用，海上风电的地基和维护费用较高。占陆地风电68%的风机占比下降到了33%，地基费用上升到了24%，是海上风机主要的费用之一。由于面临很大的环境变数，海上风电的维护费用也达到了23%。维护和地基两项费用直接推高了海上风电的成本。国内风力发电工程造价平均为8000元人民币/千瓦，其中，风力发电设备造价约5000元人民币/千瓦。海上风电的工程造价在2万元/千瓦左右，是陆上风电的两倍多。海上风机：大机型，直驱是趋势。风机发展的主要趋势是，单机容量逐步上升，风机机组结构多样化。海上风机成本较大，所以对风机的单机容量要求更大以摊低成本。目前国内外风机主流机型单机容量为2-3WM。直驱由于稳定性高将获得越多亲睐。

海上风况优于陆地，风流过粗糙的地表或障碍物时，风速的大小和方向都会变化，而海 面粗糙度小，离岸10 km的海上风速通常比沿岸陆上高约25%；海上风湍流强度小，具有稳 定 的 主 导 风 向，机 组 承 受 的 疲 劳 负 荷 较 低 ，使得风机寿命更长；风 切 变 小，因 而 塔 架 可 以 较短；在海上开发利用风能，受噪声、景观影响、鸟类

影响、电磁波干扰等问题的较少；海上风电场不占陆上土地，涉及土地征用等问题，对于人口比较集中，陆地面积相对较小、濒临海洋的国家或地区较适合发展海上风电海上风能的开发利用不会造成大气污染和生任何有害物质，可减少温室效应气体的排放，环保价值可观。与陆上风电场相比，海上风电场的优点主要是不占用土地资源，基本不受地形地貌影响，风速更高，风电机组单机容量更大（3～5兆瓦），年利用小时数更高。但是，海上风电场建设的技术难度也较大，建设成本一般是陆上风电场的2～3倍。

2010年是中国海上风电的起步年，约占全球的5%。按照国家能源研究所等机构的研究，中国近海10米水深以内的海域风能资源约1亿千瓦，20米水深以内的海域风能资源约3亿千瓦，30米水深以内的海域风能资源约4.9亿千瓦。我国海上风电资源丰富，开发和利用的潜力巨大。目前我国的开发，还处在刚刚起步阶段。

金风科技，联合动力、上海电气、明阳和湘电都在不同的地区进行了海上风电项目的实验。作为我国第二大风电整机企业的金风科技已于2007年在渤海湾中海油的钻井平台试水了海上风机的所有工序。2009年11月18日金风科技投资30亿元在江苏大丰经济开发区建设海上风电产业基地项目，并计划将其建设成为国内最大、世界领先的海上风电装备制造基地。2010年生产2.5MW直驱永磁风电机组18台，共45MW，3MW一台。

发展海上风电将是大势所趋。但我国海上风电发展面临的严峻问题是：高成本，低电价。虽然海上风电资源丰富，但是作为海洋永久构筑物工程，海上风电场的建设要求比海上石油平台建设要求还要高。因为海上风机底座要求更加坚固，从而使得桩基工程投入更大，且需要铺设海底电缆来传输电能，加之建设、维护工作均需要专业船只和设备作业。因此，相对于约4.5亿元至5亿元的一个陆地风电场的建设成本，海上风电场的建设成本至少是陆地风电场的两三倍。海上风电合理的电价水平应该比陆上高50％到70％，合理电价应该是0.9元甚至1元以上。但在海上风电的竞标价中，中标价直逼陆上风电电价。高成本

低电价的直接后果是企业亏损导致整个海上风电产业链的危机。

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人类能源的过去、现状及前景

摘要：能源是向自然界提供能量转化的物质，是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。纵观人类文明进程，人类利用能源的历史，同样也是人类认识和征服自然的历史。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。所以，对人类能源利用历史的过去加以深入考察，对能源利用现状进行分析，从而对人类能源的未来前景作出正确的判断和展望。

纵观人类文明进程，我们对人类能源的利用历史加以考察，便可发现，随着社会生产力和科技水平的发展，人类利用能源的历史经历了五个阶段：

第一阶段：火的发现和利用。

第二阶段：畜力、风力、水力等自然动力的利用。

第三阶段：化石燃料的开发利用。

第四阶段：电力的发现、开发及利用。

第五阶段：原子核能的发现、开发及利用。

在能源的利用历史上，其划时代的性转折有三个。第一个转折是煤炭取代了木材成为了人类社会中的主要能源。第二次转折中，石油取代了煤炭而占据了人类能源的主导地位。第三个转折是目前正在发生的向多能源结构的过渡，而现在这个转折正在进行中。

一、人类利用能源的发展史

从普罗米修斯盗火到燧人氏钻木取火

无论是在古希腊神话的普罗米修斯盗火的传奇中，还是在早期人类对火的发现的过程中。火的发现和利用无疑都是人类文化演化的转折点。在普罗米修斯的神话中，他盗取了太阳神阿波罗的火种送予人类，为人类驱赶了黑暗和寒冷，给他们带来光明和温暖。而在早期人类社会中，对火的使用对人类文化演化有非同寻常的重要意义。火的使用令人类烹煮食物，并从加热过的食物中摄取蛋白质和碳水化合物。火又提供温暖，使人类在寒冷的夜间以及寒冷的气候中活动。火提供了天然光源外的另一选择，也给予人类抵御外来食肉动物的入侵的能力。 人类从发现火到利用火，这中间是有个过程的。最初，我们的祖先对自然界因雷电或者其他原因引发的熊熊燃烧的火是无知的，甚至可以说是恐惧的。但当我们的祖先从野火燃烧过的地方捡到并食用了被火烧过的野兽、野菜和野果等，他们发现了这样的食物不仅容易咀嚼、口感更好，而且不容易导致生病。于是我们的祖先渐渐地敢于接近火了。同时，他们也发现了火发出的光亮和产生的热能可以帮助他们抵御寒冷，防范野兽的侵袭。

最初我们的祖先将自然火用火把点燃之后带回居住的洞穴，居住在附近的人再到这里借火，这样的火称为火种。人们取回火种之后要细心照料，以防火种熄灭或者造成火灾。但当时人们对火的利用还处于比较被动的状态，因为一旦火种熄灭，人们可能就要到很远

的地方去借火或者找火。但是这样相当不方便，于是人类根据自身的经验试着去造火，在不断尝试的过程之中，人类逐渐掌握了用石块敲击、摩擦取火的方法，后来人类发现了一旦在木材上以较快的速度钻孔时，会有火花产生的现象，从而进一步发明了钻木取火的方法。中国古代有燧人氏钻木取火。其实燧人氏未必确有其人，只是由于这种方法的发明，给人类利用火带来了极大的方便，人类为了纪念这一伟大创举，于是便创造了燧人氏钻木取火的传说。总之，火的发现和利用是人类第一次支配了一种自然力量，从刀耕火种的原始农业的出现，到烧制陶器、冶炼铜器等都离不开火的发现和利用。火的发现和利用对人类生产力和社会的进步起到了极大的作用。

历史悠久而具有无限前景的水能、风能利用

从能量的角度来看，流动的水和空气都能做功，具有机械能。大自然中的流动的水和拂过的风是取之不尽用之不竭的天然能源，并且人类在很早以前就开始利用水能和风能来满足人类对能源的需求。

人类利用水能的历史相当的悠久，而我们中国也是世界上最早利用水能的国家之一。早在1900多年前，智慧的中国古代人民就发明了木制的水轮，让流水冲击水轮转动，从而将流动的水的机械能转化成水轮的动能，进一步带动其他的装置，完成汲水、磨粉、碾谷、灌溉、排涝等等工作。我国宋代的科学家宋应星的著作《天工开物》中，就详细地记载了古代人民对水能的利用。

至于风能的利用，那就更早了。在蒸汽机发明之前，风能曾经作为重要的动力，用于船舶航行、农田灌溉、排水磨面等。最早的利用方式是“风帆行舟”，埃及被认为是可能是最早利用风能的国家，几千年之前，古埃及人的风帆船就在尼罗河上航行。我国也是最早使用帆船和风车的国家之一，唐代的诗仙李白诗云 ：“乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海”，

可见唐代时风帆船广泛地应用于江河航行。至于风帆船最辉煌的时期则要数中国的明代，明朝时三宝太监郑和七下西洋，远扬国威，成熟的风帆船制造技术功不可没。明朝以后，风车在中国得到了广泛的利用，宋应星的《天工开物》一书中记载有：“扬郡以风帆数扇，俟风转车，风息则止”，这就是对风车比较完整的一个描述。16世纪的时候，荷兰人利用风车排水，与海争地，在低洼的海滩地上发展，逐渐成为一个经济相当发达的国家。当今的荷兰人将风车视为国宝，而在北欧国家保留的那些荷兰式的风车已成为了人类利用风能的历史见证。

在蒸汽机出现之前，水力机械和风力机械都是重要的动力机械，其后随着煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得，曾经被广泛使用的风力、水力机械，由于成本高、效率低、使用不方便等原因，逐渐失去主流地位。

但是，水能、风能作为大自然中取之不尽、储量充沛的可持续能源，在一度被冷落之后却又焕发了新的生机。19世纪末，丹麦人首先研发了风力发电机，建成了世界上第一座风力发电站。风力发电站在解决无电农牧区人民的用电问题方面起到了非常重要的作用，特别是在20世纪70年代之后，利用风力更进入了一个蓬勃发展的阶段，在世界不同地区中建立了许多的风力发电站。至于利用水能的水力发电站更是遍布全世界各个蕴藏丰富水资源的地区，为人类提供着大量的清洁、可持续能源。可以预见的是，水能、风能作为作为储量极其丰富、清洁无污染的自然能源，必将会有进一步的发展，成为多能源结构的一个重要组成部分。

从远古的生命到现代的化石燃料

化石燃料也称为矿石燃料，其包括的天然资源为煤炭、石油以及天然气等。这些资源都是埋藏在地下和海洋下的不能再生的燃料资源。煤炭是埋藏在地下的植物受地下和地热

的作用，经过几千万年乃至几亿年的炭化过程，释放出水份、二氧化碳、甲烷等气体后，含氧量减少而形成的。煤中有机质是复杂的高分子有机化合物。石油是水中堆积的微生物残骸，在高压的作用下形成的碳氢化合物。 瓦特在1776年制造出第一台有使用价值的蒸汽机，以后又经过了一系列的重大改进，使之成为了“万能的原动机”，同时他也开创了人类利用能源的新时代，这也标志工业的开始，此后人类对煤炭的需求突飞猛进，煤炭突然之间就成为了人类能源的支柱。内燃机的发明，其意义不下于瓦特对蒸汽机的改良，它造就了20世纪的石油世纪，使石油变成了极其重要的战略资源，打开了石油的“潘多拉魔盒”。

化石燃料已经成为了现代社会生活中不可或缺的一部分。然而随之而来的对环境的影响也是我们人类不可以忽视的。人类在发现了化石燃料之后，需要加以开采并且进行加工，才能使之被人类利用。而开采过程中对环境影响最典型的就是煤炭的开采。据不完全统计，迄今为止平均每开采一万吨煤炭会造成农田0.2公顷，在开采的同时还会对地下水造成污染，除此之外，开采时所释放的甲烷等气体以及粉尘在相当的程度上破坏了空气环境。在化石燃料的利用过程中，化石燃料中的碳转变成二氧化碳进入大气，使大气中的二氧化碳浓度增大，造成了所谓的温室效应。而温室效应作为当代环境的一个重大问题，随之而来的是全球气候变暖、冰川融化、海平面上升、生物种类的灭绝等等环境问题，同时由于化石燃料的大量使用，产生的硫氧化物和氮氧化物，经过复杂的化学反应，形成了硫酸或者，进一步形成了酸雨，腐蚀建筑物、危害农田，对环境也造成了很大的影响。

由于这些原因，人类应该学会减少化石燃料的使用，而开发太阳能、电能、水能、风能等可持续、无污染的环保能源势在必行，能源危机的缓解和解决也理所应当从这方面去着手。

改变人类生活的万能电力

电能作为一种二次能源，便于从多种途径获得，如水力发电、火力发电、核能发电、太阳能发电及其他各种新能源发电等，同时又便于转换为其他能量形式以满足社会生产和生活的种种需要，如电动力、电热、电化学能、电光源等。与其他能源相比，电能在生产、传送、使用中更易于。这一系列优点，使电能成为最理想的二次能源，格外受到人们关注。

电能的开发及其广泛应用成为继蒸汽机的发明之后，近代史上第二次技术的核心内容。20世纪出现的大电力系统构成工业社会传输能量的大动脉；以电磁为载体的信息与控制系统则组成了现代社会的神经网络。各种新兴电工材料的开发、应用，丰富了现代材料科学的内容。物质世界统一性的认识、近代物理学的诞生以及系统控制论的发展等，都直接或间接地受到电工发展的影响。同时，各相邻学科的成就也不断促进电工向更高的层次发展。因此，电工发展水平是衡量社会现代化程度的重要标志，是推动社会生产和科学技术发展，促进社会文明的有力杠杆。

自19世纪80年代开始应用电能以后，几乎所有社会生产的技术部门以及人民生活，都逐步转移到这一崭新的技术基础上，极大地推动了社会生产力的发展 ，改变了人类的社会生活方式，使20世纪以“电世纪”载入史册。

电能照明给人类的便捷和好处最显著，它消除了黑夜对人类生活和生产劳动的，大大延长了人类用于创造财富的劳动时间，改善了劳动条件，丰富了人们的生活。这同时为电能的应用奠定了最广泛的社会基础，成为推动电能生产的强大动力。

电传动是范围最广、形式最多的电能应用领域，电动机作为最重要的动力源，从根本

上改变了19世纪以蒸汽动力为基础的初级工业化的面貌。电热、电化学、电物理的发展，开辟了一个又一个新的工业部门和科研领域。总之，电的应用不仅影响到物质生产的各个侧面，也越来越广地渗透到人类生活的各个层面。电气化已在某种程度上成为现代化的同义语 ，同时它也已成为衡量我们人类社会物质文明发展水平的重要标志。

爱因斯坦与原子核能的利用

原子核能指的是原子核发生变化时释放的能量。如重核裂变和轻核聚变时所释放的巨大能量。1905年，伟大的物理学家爱因斯坦提出一个令人难以置信的理论：物质的质量和能量可以互相转化，即质量可以转化成能量，能量可以转化成质量。他指出，任何具有质量的物体，都贮存着看不见的内能，而且这个由质量贮存起来的能量大到令人难以想象的程度。如果用数学形式表达质量与能量的关系的话，某个物体贮存的能量等于该物体的质量乘以光速的平方。写成公式就是：E=mc2。

获得原子能的理论准备虽然是在欧洲完成的，但在技术上获得和利用原子能确实在美国首先实现的。30年代法西斯主义猖獗，战争阴云密布。法西斯实施的种族主义和文化迫使许多欧洲科学家、特别是欧洲犹太人科学家国外。其中，爱因斯坦于1933年举家前往美国。

核能利用就是利用铀、钚、钍等核燃料在核反应堆中核裂变所释放出的热能，将水加热成高温高压蒸汽以驱动汽轮发电机组发电的一种发电方式。用核能发电的电厂就叫做核电站。除了核武器的威慑作用以外，发电是核能的最常见的用途。

二、有希望的未来能源

未来石油天然气的替代能源——可燃冰

可燃冰又称天然气水合物，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。

可燃冰中甲烷含量占80%～99.9%，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且储量丰富，全球储量足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油天然气的替代能源。

可燃冰燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要多出数十倍，而且燃烧后不产生任何残渣，避免了最让人们头疼的污染问题。科学家们如获至宝，把可燃冰称作“属于未来的能源”。

可燃冰这种宝贝可是来之不易，它的诞生至少要满足三个条件：第一是温度不能太高，如果温度高于20℃，它就会“烟消云散”，所以，海底的温度最适合可燃冰的形成；第二是压力要足够大，海底越深压力就越大，可燃冰也就越稳定；第三是要有甲烷气源，海底古生物尸体的沉积物，被细菌分解后会产生甲烷。所以，可燃冰在世界各大洋中均有分布。中国东海、南海都有相当数量分布。

页岩气

页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,成分以甲烷为主,是一种重要的非常规天然气资源。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点,往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比,页岩气藏具有自生自储特点,页岩既是烃源岩,又是储层,不受构造控制,无圈闭、无清晰的气水界面。页岩气埋藏深度范围大,埋深从200米到深

于3000米。大部分产气页岩分布范围广、厚度大,且普遍含气,这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气,具有开采寿命长和生产周期长的优点。

全球页岩气资源非常丰富。据预测,世界页岩气资源量为456万亿立方米,主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、拉丁美洲、前苏联等地区。与常规天然气相当,页岩气的资源潜力可能大于常规天然气。

世界上对页岩气资源的研究和勘探开发最早始于美国。依靠成熟的开发生产技术以及完善的管网设施,美国的页岩气成本仅仅略高于常规气,这使得美国成为世界上唯一实现页岩气大规模商业性开采的国家。数据显示,2010年美国页岩气产量已经超过了1000亿立方米。在过去的5年里,美国页岩气产量增长超过20倍——从2006年仅为其天然气总产量的1%,到2010年增长至美国天然气总产量的20%。有关专家指出,依靠页岩气的开发利用,在未来的10年里,美国不仅可以一改天然气大举进口的局面,实现全面的自给自足,还有望成为液化天然气出口国。

页岩气的开发,特别是美国页岩气产量的急剧增加,使这个大多数人还十分陌生的能源话题成为热门。悄然降临的“页岩气”开始对全球天然气供需关系变化和价格走势产生重大影响,并引起天然气生产和消费大国关注。页岩气的开发利用,成为低碳经济战略发展机遇的推动力,成为世界能源发生结构性调整的催化剂。