日本鹤贺模拟计器(1991年世界核能新能源进展综述及几点分析)

文件编号：A149/H28/0157

刊发时间：2019年10月29日

1991年世界核能新能源进展综述及几点分析

王能全

自从70年代两次石油危机以后，世界各国都在大力开展以摆脱对石油依赖的发展核能和新能源的能源开发活动，进入90年代以来这一活动仍在加紧进行。本文简要回顾1991年世界核能和新能源利用、开发和研究的主要活动及取得主要的成果，并在由此而得出的几点感想的基础上，对我国的能源、主要是核能新能源发展问题提出一些粗浅的看法。

一

1991年世界核能领域的主要活动是世界核发电量稳步增长，核聚变研究取得重大突破，各国竞相研制新型核反应堆并提出一些核反应堆和核能利用的新设计、新概念，南朝鲜尝试自行设计核反应堆，美国制定90年代建设的新型核电站标准，国际原子能机构对东欧核电站进行安全检查。

1942年12月，美国科学家在芝加哥大学建成世界上第一座核反应堆，1954年苏联在奥布宁斯克建成了世界上第一座核电站，从此核动力作为一种全新的能源来源被人类逐渐使用。由于1986年苏联切尔诺贝利核电站发生重大事故，世界上有些国家对进一步发展核电产生了动摇，一些国家甚至放弃了发展核电的计划。但是，由于世界经济的发展对能源的需求越来越大和在环保的压力下，传统化石燃料日益不能满足人类对能源消费的需要，发展核电是一种不可替代的选择。正是在这种形势下，1991年世界核能和新能源研究应用取得稳步进展，同时它也从一个侧面说明作为一种能源形式人类对核能的开发利用将继续下去。

一、世界核能利用稳步前进

据日本原子能产业会议拟写的关于“世界核发电的开发动向”的报告和国际原子能机构的有关统计估计，1991年年底全世界30个国家和地区正在运转的核电站共计440座，发电能力为3.43亿千瓦，核发电比上一年增长了2.4%，达到1.9012万亿千瓦时，占世界总发电量的16.4%。全世界核发电量相当于1973年发生第一次石油危机时的6倍。如果用石油进行换算，就等于节约4.6亿吨石油，相当于整个中东国家的石油年产量的一半以上。另一方面，1991年上半年正在建设中的核电站有89座，发电能力为7864.5万千瓦；计划建设的核电站67座，发电能力为6775.6千瓦。如果加上正在运转的核电站，那么，目前全世界核发电站总共为578座，发电能力为4.8981亿千瓦。其中，在1991年上半年开始运转的是法国核电站三号机组（输出功率为136.5万千瓦，加压式轻水慢化核反应堆）和日本北海道电力公司的泊二号机组（输出功率为57.9万千瓦，加压式轻水慢化核反应堆），共两个发电机组；中国的秦山核电站于1991年年底投入运转。

从各国目前正在运转中的核发电规模来看，美国拥有112座核电站，输出功率为1.061亿千瓦，占世界核发电规模的30.9%。法国、原苏联、日本、德国、英国、加拿大、瑞典也都拥有1000万千瓦以上的核发电设备。

从各国的原子能发电量的占有率看，法国原子能发电量占有率最高，为74.5%；比利时、匈牙利、南朝鲜、瑞士等6国的电力供应的40%以上是由原子能发电提供的，日本的核电力供应比率为26.3%。

1991年世界核能利用值得注意的一个动向是原苏联东欧地区建造核电站的势头在加大。美国《商业日报》认为，东欧和苏联正在为发展核能做出新的努力，核能工厂的建设正在转向东面，从美国和西欧向东欧和苏联转移。东欧和苏联虽在已建成的核反应堆中只占有13%，但目前全世界正在建造的每5个核反应堆中该地区就占两个。到2010年原苏联东欧地区的核反应堆将达95座，总发电能力将从4.3万兆瓦上升到7.1万兆瓦。据原苏联原子能工业部负责核能发展的亚历山大·拉普申说，由于苏联所用的近40%的煤要运输4000公里的路程，今后10年，开采和运输石油的费用要增加一倍，天然气运输的平均里程将从530公里猛增到2400公里，这样苏联打算在1995年以前建成拥有7000兆瓦发电能力的核反应堆，接着再用5年时间再建成1.25万兆瓦发电能力的反应堆。他预言，20年后，苏联总的核发电能力（即使现在工作的许多旧反应堆不再运行）将为10万兆瓦。此外，1991年波兰议会批准了一项建造新反应堆的政策，到2005年将建成共有2000兆瓦发电能力的反应堆，另外一些反应堆将在2010年建设，发电能力为4000兆瓦。美国《未来学家》杂志发文估计，到本世纪末，核电将占东欧和原苏联能源总需求的12%。

二、1991年世界受控核聚变研究活动多，成果大，这是过去历年所没有的

1.受控核聚变取得历史性突破

1991年11月9日，40多年来世界范围的核聚变研究取得重大历史性突破。该日，在英国牛津郡的卡勒姆欧洲联合环形装置（即JET）上，在持续2秒的一次脉冲反应中，在此装置上工作的200名来自欧洲的科学家们获得了相当于1.5兆瓦至2兆瓦电能的能量，这是在受控核聚变实验中第一次获得1兆瓦以上的电能。科学家们在试验中两次开动机器，两次都产生了聚变反应。这次核聚变是在比太阳中心温度高20倍（约3亿摄氏度）的条件下进行的，在实验中科学家们首次在核聚变中添加了氢的同位素氚，使用了氘和氚的混合物，其比例是氘占86%，氚占14%。这次实验中氚的用量很少，仅0.2克。在核聚变中添加氚能使反应速度大大提高，获得更多的电能。

2.日本受控核聚变装置改造完成投入试验并已取得一批成果

从1989年11月开始，日本原子能研究所用了大约一年半的时间，完成了对其原有的JT-60聚变反应堆的大电流改造工程，改造后的JT-60u已于1991年3月底开始进行了一系列的实验，4月1日产生等离子体，5月24日等离子体电流最高值达到400万安培（改造前最高值为320万安培），放电时间从改造前的10秒延长到15秒，等离子体的体积比改造前增加1倍，达到100万立方米。同年5月底，该装置开始加热实验，7月底导入重氢燃料，为重氢放电达到最适合的程度做准备。在1991年有关试验的基础上，1992年日本将进行正式等离子体实验，以期在1992年夏天能达到大电流（600万安培）和高加热功率（40兆瓦）的最佳性能试验结果。

3.核聚变研究的国际间合作活动加强

目前世界上共有四个大型受控核聚变装置，即托卡马克装置，它们分别是美国的TFTR，苏联的T-15，日本的JT-60和欧洲的JET。由于受控核聚变研究费用大，条件要求高，技术问题极为复杂，任何一方或一国要进行这一领域的大规模研究都十分困难，如美国自80年代以来，因为能源部拨款减少，研究步伐放慢，使自己在这一领域的领先地位逐渐丧失，而且在其他装置相继进行实验时，美国只是计划在1993年7月后才能进行氚的实验。在这种情况下，欧洲、美国、日本和苏联专家一致认为，核聚变研究要进一步取得进展必须进行国际间的合作。这样，1991年11月中旬，四方代表在莫斯科集会，同意集中人力、财力和智慧，实施国际热核实验反应堆计划，并商定今后6年里各方出资7500万英镑、抽调200名科学家参加这种国际合作。与此同时，1991年2月份，来自这四方的科学家已完成了“国际热核实验反应堆”的设计草图。根据这项设计，计划中的国际热核反应堆比现在运转的托卡马克装置大一倍，其建造费用估计达49亿美元。据认为，这种反应堆可实现其他目前运行的反应堆所无法实现的“无盈亏”--即通过聚变释放的能量等于加热等离子体所用的能量--所必需的温度、密度和约束时间。

4.英国科学家研究模拟神经网络控制核聚变实验

1991年世界受控核聚变的控制技术也取得一定的突破。从1991年年底开始，英国科学家使用模拟人脑的电子设备而不是普通的电子计算机，对设在牛津郡的卡勒姆实验室中的康帕斯核聚变装置的核聚变能量实验进行控制。

三、各国竞相投入更加安全、更加先进和更加经济的核反应堆建造和设计工作

1.日本政府大力改进增殖反应堆，快中子增殖反应堆已投入试验性运行，并动手建造世界上第一座先进沸水堆

快增殖堆不同于普通的热堆，产生的燃料多于消费的燃料，普通的热堆使用的铀必须进口，而且只能使用一次，快增殖堆要么使用钚，要么使用钚和铀的混合燃料，而且实际上“增殖”燃料。但是，巨额的费用、要求颇高的技术和需要小心处理的安全问题迫使一个又一个国家放弃了试验和建造此类堆。美国的快增殖反应堆计划在卡特政府时期被大幅度缩减；德国放弃了在卡尔卡皮发展它的原型反应堆；英国政府削减了在苏格兰敦雷建造试验性快增殖反应堆的经费；法国的超级“凤凰”快增殖反应堆（欧洲最大的）1984年投入运转以来，大部分时间是关闭的；法国、德国、英国、比利时和意大利联合从事的一项快增殖反应堆计划仍然处于设计阶段。

但是，就是在这种形势下，1991年日本政府花大力改进自己的“文殊”反应堆。“文殊”是日本第一座快增殖反应堆原型堆，这座8万千瓦的发电厂定于1992年末投入运转。它只是一个原型堆，下一步是建造一座实证堆，而后建造一座商用堆，商业化预计至少到2030年才能到来。“文殊”堆的设计和建造费用一度估计为1万亿日元（约合70亿美元），后削减到6000亿日元（合40亿美元）。“文殊”反应堆一旦投入使用，产生的燃料是所使用的燃料的1.2倍，可有效地解决日本大量进口核原料问题。

1991年5月18日，日本第一座快中子增殖反应堆在福井县的鹤贺电厂开始试验性运行，这座快中子增殖反应堆的能量输出能力为28万千瓦。该反应堆是日本1985年开始建造的，总造价为6000亿日元。这座快增殖反应堆的运行，标志着日本作为一个拥有先进的快中子增殖反应堆技术的国家，加入了法国、英国和原苏联的行列。

1991年夏末，日本通产省批准东京电力公司建造世界上第一座先进的沸水堆（ABWR）核电厂。日本兴建的这座核电厂共两套ABWR机组，建在东京电力公司的柏崎·刈羽核电站，该电站由美国通用电气公司和日本日立、东芝等公司合营，由美国通用电气公司提供反应堆、核燃料和汽轮发电机组。ABWR是由美国通用电气公司和日本一些公司于1978年开始研制的，它的设计功率为1356兆瓦（MWe），采用最新工艺技术，充分利用当今世界沸水堆的安全措施和运行经验；其特点是设计简化，可靠性和安全性较高，造价、燃料成本和运行费用低。ABWR的设计目标是，功率因子为87%，定期检查时间为55天，辐射照射量为每年49人-雷姆，建造周期为48个月。按照计划，第一套ABWR机组将于1996年7月投入商业运行，第二套机组将于1997年7月投入商业运行。

2.美国瑞典加拿大等国设计更安全的核反应堆

为了使未来的核反应堆更安全可靠，美国等国不断研制新型和更加安全的反应堆，其中由美国、瑞典和加拿大等国研究设计的新一代“自然”核反应堆是最具代表性的一种，这种反应堆比目前运行的反应堆更经济，而且至少更可靠10倍。这种简化反应堆是由通用电气公司、西屋电气公司、ABB公司和燃烧工程公司发明设计的。美国能源部、反应堆制造厂家和供电机构通过电力研究所出资2.4亿美元，支持这项设计工作。

简化反应堆与现有的反应堆相比大大简化了设备，这种反应堆的发电能力为450到600兆瓦。ABB公司的PIUS型（意思是反应堆有内在处理事故程序，最终是安全的）是最引人注目的简化反应堆。这种反应堆的堆芯和其他关键部件在正常运转时是浸在一个百万加仑加压水的水池里，水池和反应堆由一个特别加固的混凝土和钢制大容器封闭，反应堆堆芯的下面是溶有硼的水，由微妙的流体静压平衡使硼保持在反应堆外面，如果水泵失灵引起的变化破坏了流体静压平衡，造成含硼酸的水大幅度上升，使核反应堆停止运转。美国九家大型供电公司发表声明，支持PIUS型设计，美国核管理委员会计划1992年开始审查这种设计，以备将来在美国建造。

目前简化反应堆尚未建造出来一座，不过在美国和其他国家，部分比例缩小的反应堆模型已在试验，而且在远东，一系列“简化型”的核电厂已开始建造，它们采用当前反应堆的元件，但具有简化反应堆的某些特点。如日本东京电力公司1991年动工建造的两座电厂中的一座就是采用通用电气公司设计的ABWR简化反应堆，而其他公司则是采用西屋公司和ABB公司-燃烧工程公司的反应堆。

四、各国科学家提出了一系列新型反应堆和原子能电池的设计技术和设计概念

1.美国科学家提出建造一体化快堆

就核反应堆类型来说，目前世界上大部分运转的反应堆是以美国的轻水反应堆技术为基础的，这种反应堆的一个重大的缺点是使用铀矿资源过大，世界现有铀资源有被耗尽的可能，而且反应堆留下的废料在长达数千年时间里仍有极为危险的放射线。正因为这样，反核运动分子极力反对建造核电站。但是，1991年3月，美国阿尔贡国家实验室的科学家提出了一体化快速反应堆（IFR）的设计构想，这些科学家认为，如能建造满足世界能源需求一半的1500座、每座容量为1000兆瓦的一体化快速反应堆，可使全世界铀矿资源的使用时间延长2000年，并把废料的危险期减少到200年，这种一体化快速反应堆还可将现有的核电站产生的所有废料处理掉。

一体化快速反应堆和其他反应堆一样，也是用钠来冷却的，这种反应堆的独到之处是它的燃料是金属的，这种金属燃料棒浸在液体盐槽中，当电流通过时，燃料棒会溶解，而且所有的U-238、钚和其他锕系金属都朝一个方向移动，而短命的废料则朝另一个方向移动，这一过程不会分离出可供生产核武器的材料，可以重新使用的材料被铸成新的燃料棒，并被送回反应堆中去。此外，一体化快速反应堆利用了一些自然特点来使反应堆被动地安全运行，即这种反应堆的金属燃料棒变得过热时，就膨胀从而中断反应过程，这样在发生危险时不需要任何人为或机械干预就可停堆。

到目前为止，这种一体化快速反应堆已经一次成功地再处理了20磅核材料，而且美国国会已保证给予这项研究以足够的资金支持。

2.日本科学家完成可搬运小型快增殖堆的概念设计，着手研制新型快增殖堆和开发超小型高速增殖堆

1991年7月份，日本动力堆和核燃料开发事业团完成可搬运的小型快增殖堆的概念设计，这种快增殖堆有可能在工厂组装大部分，然后运往设置的场所。这种小型快增殖堆有谋求提高安全性的“自然循环堆”和“多段发电系统”两种。自然循环堆的特点是尽量减少循环泵的控制棒等机械部分，具有固有的安全性，发电功率最大为1万千瓦。多段发电系统是从核反应堆取出约1千摄氏度的高热，利用这种热发生蒸汽，驱动涡轮机发电，余热用于再次发电，发电功率为3千万千瓦。

1991年1月，日本电力中央研究所和东芝公司决定今后3年投资10亿美元，进行新型快增殖堆的概念设计并研究主要技术。这种新型快堆的功率为30万千瓦，建造场地为过去快增殖堆的一半，建设工期可大大缩短，燃料是比较容易加工的金属燃料。新型快堆为双容器型，核堆和冷却系统都纳入一个容器，从而可大幅度减少配管，可使反应堆小型化。

1991年日本电力中央研究所和东芝公司还决定开发提高安全性的超小型高速增殖堆，从当年4月开始概念设计。这种高速增殖堆的特点是在30年使用寿命期间不必更换燃料，为了防止控制棒的误操作，应用移动反射体控制核裂变反应，采取极力减少开关、泵和阀等的简化的机制以确保安全。计划设计的小型高速增殖堆的电功率为5万千瓦和1万千瓦两种，燃料使用适合长期使用连续燃烧的金属燃料。

3.日本两家公司提出原子能电池的概念设计

1991年10月份，日本三菱重工业公司和三菱原子力工业公司开始原子能电池的概念设计。这两家公司设计的原子能电池是发热的放射性同位素和受热即有电流流动的特殊半导体器件组合而成的，这种电池由于没有机械的驱动部分，安全性较高，没有噪音振动，能够长时间提供稳定的电力。考虑作热源用的放射性同位素是锶90,电池设计寿命为10年，10年后的输出功率为8千瓦。

五、南朝鲜尝试自行设计核反应堆

在发展中国家中，南朝鲜的核能利用是较先进的和较成功的，1989年核发电占总发电量的50.1%，而且在政府的“21世纪初核能发展战略展望”中计划到2031年，再建50套核电机组，使核能占总能源的比例达40%。但是，南朝鲜过去所建的核电站设计主要是依靠国外技术力量，如南朝鲜现在正在建造的灵光核发电站3号和4号堆的核反应堆设计就是同外国共同进行的。不过，1991年7月南朝鲜电力公司决定1992年开工的蔚珍核发电站3号和4号堆（均为压水堆，额定功率100万千瓦），以国内为主导力量进行设计，其设计工作由南朝鲜重工业公司承担。

六、美国制定90年代建设的新型核电站的标准

1991年5月，由核能界有关代表组成的美国核能监督委员会发表了核能行业关于标准化共同方针的文件。根据这个文件，美国各电力公司和核反应堆制造厂同美能源部合作开发四种标准型的核反应堆：一是通用电气公司制造的130万千瓦级新沸水型轻水堆；二是ABB燃烧工程公司制造的130万千瓦压水型轻水堆“System 80”；三是威斯汀豪斯电气公司制造的60万千瓦新型反应堆“AP600”；四是通用电气公司制造的60万千瓦简化沸水型轻水堆。美国核电站的标准化不仅包括反应堆的设计，而且还包括从反应堆以外的发电厂机器的设计、制造、建设方法、操作手续和操作人员的训练等。

七、国际原子能机构对东欧核电站实施安全检查

东欧剧变以后，西方国家对该地区拥有的由原苏联建造的核电站安全问题极为担心，害怕再发生一次“切尔诺贝利事故”，国际原子能机构认为，保加利亚科兹洛杜伊核电站的6座反应堆就有4座有发生重大事故的可能。为此，国际原子能机构从1991年4月份起开始对东欧的旧式核反应堆“VVER440·230”进行现场调查。这种类型的核电站是苏联早期开发的加压水型轻水堆，被指责有（1）紧急泠却装置的性能不足；（2）压力容器劣化等问题。

除上述核能利用、研究和设计领域取得十分喜人的成就外，1991年还是世界核能使用令人满意的一年，这一年世界核电站基本工作正常，虽然1991年2月9日下午，日本关西电力公司美滨原子能发电所2号堆（加压型轻水堆，额定功率50万千瓦）因堆冷却水的压力降低而自动停堆外，还未见世界上其他核电站发生事故的报道。

二

从日本新能源发电情况看，虽然因一些关键技术问题未很好解决，世界大部分新能源尚未进入实用性阶段，但1991年太阳能,尤其是太阳能电池、风能、地热能、新型燃料电池和生物质能等新能源领域所取得的成果，为新能源的早日实用化进一步提供了技术条件。

一、日本新能源的使用情况表明，世界新能源的实际开发利用已经具备了一定的基础

新能源的研究和利用各国差别较大，不过从日本利用新能源发电的现状看，基本上可以说，就全世界来说某些新能源的实际使用已经开始，还有一些新能源因关键技术问题虽不能投入实际使用，但也具备了早日实际使用的条件。

二、1991年世界新能源领域，主要是太阳能电池、地热能、风能、新型燃料电池和生物质能的研究利用取得重大进展或再度受到重视，尤其是一些关键技术的研究成果丰硕

（一）太阳能研究、尤其是太阳能电池取得多项重大成果，大规模利用太阳能可望早日实现

1.瑞士科学家在太阳能电池制造技术上取得重大突破

大规模使用太阳能电池的主要障碍是转换效率低和由此而产生的高成本，目前大多数太阳能电池的转换效率为5%或低于5%，低于绿色植物9%的转换效率，其成本是用煤、石油或天然气发电的10倍。但是，1991年10月24日，瑞士洛桑瑞士联邦理工学院的布赖恩·奥里甘和迈克尔·格拉茨宣布，他们已经研制成一种成本低、功率大的太阳能电池，这种电池能吸收46%的可见光，并能把其中的80%转化成电能，电池的能量转换总效率在全满日光条件下达到8%，而在漫射日光条件下达12%，电池的电流密度是12毫安/平方厘米。

过去20多年里，太阳能电池制造技术上存在的主要问题是使用的表层材料太光滑，染料迅速变质，从而使能量的转换率不高。奥里甘和格拉茨研制的太阳能电池表面使用的是涂上一层吸光材料的二氧化钛，这是一种半导体材料，当光分子碰触到电池的表层后立即被吸收，生成自由电子，自由电子进入这种半导体材料时便产生电流。该电池选用的材料能以极高的效率吸收可见光的波长，而且由于使用二氧化钛，这种电池的表面粗糙，从而使电池形成一块很大的收集太阳光的表面。此外，由于漫射日光的频率分布更符合染料的吸收特性，所以这种电池在漫射日光条件下转换效率更高。

科学家认为，这种电池是迄今研制的功率最大的太阳能电池，就成本和效益来说，它可以和目前生产的最好的（硅基）固态电池相媲美，它为首次进行大规模太阳能发电提供了可能性。这样，由于1991年取得的这项新成就，太阳能可能在90年代被广泛使用。

2.日本研制出高效太阳能电池

1991年4月份，日本夏普公司研制出转换率高达16.4%的多晶硅太阳能电池，这种电池10厘米左右，电极与电池成直角，电池表面的防反射光膜由一层增加到两层。据估计，到1992年这种太阳能电池的光电转换效率可达18%。

3.美国推出价格低廉的太阳能反射镜、降低太阳能电池成本的工艺和新型太阳能电池

1991年1月美国达拉斯太阳能动力公司为桑迪亚国立实验室研制出一种廉价的太阳能聚能器，这种聚能器的反射镜是用厚度只有千分之四英寸的不锈钢板制成，并模压成抛物面形状，在不锈钢板上覆盖一层发光的聚合物，形成反射阳光的表面。

1991年4月，美国得克萨斯仪器公司和南加利福尼亚爱迪生公司研制出一种能在太阳能电池中采用廉价低纯度硅的工艺，这种冶金级材料硅每公斤售价仅为1-2美元，而纯硅每公斤售价为75美元。同年7月，这两家公司还研制出由硅、磷和硼组成的球状太阳能小珠，把这种小颗粒粘在一张张铝箔上制成太阳能电池后，在太阳的光子照射下就能释放出电子流。据估计，能发出1000瓦电的一块100平方英尺的这种新型太阳能电池板的成本，只需2000美元。

4.原苏联科学家研制成光热反应器、高效太阳能电池和可用室内光或阳光充电的蓄电池

1991年3月，原苏联发明家亚历山大·普列斯尼亚科夫在世界上首次研制成光热反应器，这种反应器是根据气体分子“结合能”的思想制成的，其原理是：氮、氯、氧和氢分子各含两个原子，在强电场、太阳福射、高温的影响下，它们的分子分裂成单原子，只要一停止这种作用，原子立即重新结成对，形成大自然规定的分子，同时分裂时消耗的能量也得到恢复。

1991年4月，原苏联科学院物理技术学研究所若列斯出·阿尔费罗夫宣布，他的实验室里研制成一种新型光电池，其感光表面在阳光下制造电流，电池的效率高达25-27%。苏联的这种太阳能电池使用的是在砷化镓和砷化铝基础上制成的特殊种类的“分层”半导体材料。

1991年12月，白俄罗斯科学院金属聚合物系统力学研究所的科学家研制成一种用室温或日光就足以不断充电的蓄电池模型，虽然这种蓄电池目前产生的电流还较弱，但它比传统的化学电池耐用得多。

5.以色列建成用管道输送太阳能的工厂

1991年以色列建成了一座试验性工厂，试验通过管道把太阳能从沙漠地区输送到数百公里以外的工业区。这个工厂是世界上第一座利用太阳能的甲烷装置，它是化学热处理的中心部分，热处理管道把太阳能辐射变成化学能，从而可以储存。其原理是，聚集的太阳能被吸收进一个专用的化学反应器里，在反应器里把甲烷和其他碳氢化合物变成气体，能量丰富的气体被储存起来，用管道输送，而后用这座甲烷装置把气体还原成甲烷，并在这个过程中释放出热量。

（二）美国提出利用新的地热能量的方法

1991年7月，设在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯美国国家实验室的研究人员提出不同于目前已经商业开发地下热的技术，并于同年11月在经过10年、花费达1.6亿美元的试验后，在新墨西哥的芬顿希尔建成了已成功运行的、利用热干岩的芬顿希尔系统。他们提出的技术是为了开发地球内部来自熔岩心或是来自放射性衰变的能量，这些热量有些是地球形成时产生的大变动压力的剩余热量，有些是由地球的地幔和较下层的地壳里的钍、铀和钾的天然放射性衰变产生的，其方法是把这些热能以热水的形式产生出可用量的热，并抽上地面用来产生蒸汽。这些科学家认为，在世界上广大地区，只要在地上钻一个洞，就能大量获得丰富而且有益于环境的能源，而且如果能做到经济划算的话，其资源总量将比目前所使用的任何能源资源大几百倍，如美国地表下4英里范围内岩石储存的热量，就相当于3000万亿桶原油，是我们一年使用能源总量的20万倍。该实验室指出，地面和地下岩石之间的温度梯度很大，如美国地块大约2%的地区，每公里的温度梯度超过45摄氏度，这样只要用现有的钻探技术就可达到所需的钻井深度，利用地热能，而且如果以每度电9-10美分的价格，这些热能就可实用。

（三）风能技术有所突破、风能利用增加

1.美国推出新的风车。现在世界上用于风力发电的风车其涡轮基本都是恒速运转的，当风力发生变化、尤其是出现强风时必须有一种装置来吸收增大的风力并使风车运转速度保持稳定。1991年美国风力公司研制出一种大功率、可变速风车，这种风车的叶片长16.4米，发电功率可达300千瓦。更为重要的是，这种风车的变速涡轮有一个新设计的转换器，它可使转子和发电机随着强风加快转速，同时还能使电力输出保持在60赫兹的频率上。据称，使用这种涡轮每千瓦电的成本仅为5美分，因而这种风车用于风力发电可与其他能源相媲美。

2.世界范围的风力发电呈扩大趋势。首先，美国风力发电向西部推进。目前，美国风力发电主要集中在加利福尼亚和夏威夷等地，全美共有15000个风力发电设施，全部装机容量约为160万千瓦，其发电量约占全球风力发电总量的80%。1991年11月，向美国中西部各州供电的衣阿华－伊利诺伊煤气和电力公司与美国风力发电设备公司建立合资企业风力发电开发公司，计划对衣阿华、伊利诺伊、内布拉斯加、南达科他、北达科他、密歇根、明尼苏达、密苏里、威斯康星九个州进行调查，准备在这些州建造至少装机容量25万千瓦的风力发电厂，为64000户供电，估计电价约为每度5美分。美国能源部的太平洋西北实验室认为，风能具有提供美国20%电力的现实可能性。其次，欧洲风力发电将有大的增加。欧洲目前的风力发电总装机容量约为450兆瓦，其中丹麦名列欧洲前茅，风力发电占全国发电总量的2%左右。欧洲风力发电机的功率大部分为40万瓦，1991年欧洲科学家试验开发1兆瓦的发电机。此外，由于海风同陆风相比风力较强和较稳定，1991年丹麦和瑞典还在研究开发近海风力场，在距瑞典南部海岸275码的地方建成了世界上第一座功率为220千瓦的海风发电场。瑞典能源管理部门计算，用60个这样的近海风力发电场，就能最终取代这个国家的12座核电站。由于欧洲几乎所有国家都有可利用的风能，其中沿海一带的平均风速在每秒6米以上，所以欧洲国家正计划到2000年将风力发电的装机总容量扩大到3000兆瓦以上。

（四）澳大利亚科学家推出新型燃料电池，日本建成世界上最大的燃料电池发电设施

由于使用燃料电池不会造成任何空气污染，因此其未来发展前景光明。据美国能源部估计，未来10年对燃料电池的需求量可能激增至1万兆瓦，相当于美国目前电力输出的1.5%，形成100亿美元的市场。目前，世界上可生产的燃料电池共有四种，一是硫酸基电池，效率为36%，工作温度为400F；二是质子交换电池，效率为50%，工作温度为200F左右；三是碳酸盐溶液燃料电池，效率高达60%，工作温度为1200F；四是固态氧化物电池，工作温度为1800F。

1991年12月，澳大利亚陶瓷燃料电池公司研制出一种新型燃料电池，这种燃料电池能比最好的常规燃气电站多生产30%的电力，而且它能给任何场合提供电力。这种燃料电池是氧化锆燃料电池，它使用矿物沙锆（伴有其他奇异的物质）绕过现有的燃气发电站把水加热使它变成蒸汽再由蒸汽驱动发电的涡轮机的工艺过程，而直接把天然气转变成电能。此外，这种燃料电池还能产生约1000摄氏度的高温，如果把这种热量用常规方式驱动一台涡轮机，整套系统可能达到80%的效率。目前这种新型燃料电池的成本约为一座发电设施的20%至30%。

1991年5月12日，日本东京电力公司宣布，该公司建成世界上最大的燃料电池发电设施，并一次试发电成功。该燃料电池为磷酸水冷式，输出功率为11000KW，以天然气为燃料，发电率为41%，加上热的综合利用，能源的总转换率最大可达73%。这座燃料电池相当于一个小型水力发电站的发电量，可供4000户用电。

（五）生物质能、主要是木材使用又受重视

在对回收森林废物、采用锅炉和其它燃烧系统以及矮林作业法进行了长达10年之久的研究之后，英国政府认为木材即将成为重要的能源来源，为此，1991年10月23日，英国能源部负责再生能源的大臣科林·莫伊尼汉宣布，英国政府将提供1200万英镑用于开发木材资源，他认为木材提供能源的潜力是相当巨大的，英国每年可以节省价值约7亿英镑的近700万吨石油。而且，为大规模推广使用木材作能源，英国能源部计划将英格兰南部的5个林场作为种植作燃料用的杨树、柳树和采用矮林作业法的小型试验场。在此之前，瑞典宣布到2000年，其木材生产的电力将占其所需全部电力的20%。欧共体也正在给农场主发放补贴以便将适于耕种的土地留出来种上可作为燃料的木材，到本世纪末欧洲可能有近100万公顷的可耕地将种上这种木材。

（六）日本利用海水温差为沿海市区供暖和制冷

1991年1月，日本关西电力公司和大阪市煤气公司联合成立一个供热公司，该公司决定在大阪南港建设中的一个新区设置以海水为主要热源的地区供暖和供冷系统。大阪港海水平均水温在夏季为24.6度，比气温低3.4度；冬季为10.8度，比气温高5.2度。利用这一温差的方法是引海水通过热交换机或冷冻机把各大楼的空调装置用水加温或冷却。

（七）氢气动力汽车研究取得进展

1991年7月，美国研制的以氢气为动力的汽车结束了路试工作，路试结果说明，以氢气为动力的汽车与以汽油为动力的汽车相比有两个方面的优点：一是这种汽车可将氢能的60-80%转变成驱动能，普通发动机汽车的汽油转化率只有25-30%；二是成本低，这种汽车每英里行走成本不到1便士，而普通汽油汽车的每英里行走成本为35便士。这种汽车的关键部件是燃料电池，它起着从普通水中提取氢气并将氢转化为电能的双重作用，电能使电机转动，驱动汽车前进。该燃料电池是由美国堪萨斯州科学院负责人罗杰·比林斯研究发明的，重45公斤，寿命为25万公里，成本2000美元。此外，英国贸工部也于1991年7月宣布支持一个为期5年、投资1100万英镑的项目以开发氢气动力汽车。英国氢气动力汽车的燃料氢气是在车体内由甲基环乙烷发生反应获得，所获得的氢气为传统的发动机提供动力。1991年年底，日本马自达公司也推出了以旋转发动机为主体的氢气动力车。

（八）海洋能和磁流体发电也在加紧进行

由于具有漫长的海岸线，欧洲在研究和利用海洋能方面走在世界其他国家和地区的前面。1991年7月16日，英国建成了第一座使用韦尔斯气动涡轮机的波浪能发电站，它把一个狭窄岩谷的波浪能变成电能。英国能源大臣科林·莫伊尼汉认为，这一波浪能发电系统是目前世界上最先进的，英国政府将进一步投资20.5万英镑，对该电站系统加以完善。

1991年美国开始建造一座30万千瓦级燃煤磁流体发电站。与此同时，原苏联也在研究以天然气为燃料的磁流体发电技术，并已完成了世界上第一座大型磁流体发电站50万千瓦级磁流体--蒸气联合电站第一期工程。磁流体发电是将热能直接转换为电能的一种新型发电方式，美国在燃煤磁流体发电方面居世界领先地位。

（九）除以上新能源外，原苏联科学家1991年还提出了目前人类尚未提出的、甚至更未想到的两种新的能源方式，人类未来的能源来源选择又有了更大的范围

1.硅酸盐是高效能源

1991年8月，原苏联技术科学博士A．库利科夫提出，结构复杂的硅酸盐，又称高模数硅酸盐能成为传统有机燃料和核燃料的替代物。库利科夫估计，一公斤硅酸盐（NaO.3SiO₂）能够释放850万千卡的热量，等于1000吨的重油。硅酸盐的储量是无限的，每年生产的用途各异的硅酸盐大约为150万吨，每吨价格只有约60卢布，而且它能再生。

2.利用宇宙的“电子海”

1991年9月，原苏联“信号旗”中央科学生产联合公司的一个科学家小组在经过20年的研究后提出，宇宙并不像人们以前所认为的那样是“空的”，而是充满构成宇宙大部分质量的电子波，现在借助专门的装置和仪器（在它们里面形成等离子体），就可以从电子海中取出能量。因此，这些科学家建议，逐步放弃原子能，不要再建更多的水电站和火电站，而转向使用电子能。

三

1991年世界核能新能源取得的进展对我国合理地制定能源、尤其是核能和新能源发展战略有十分重要的参考价值。

一、1991年世界核能新能源利用和研究所取得的成果表明，未来世界核能新能源发展具有以下三大趋势：

1.发展核能是世界未来能源利用不可改变的方向，寻找更安全、更先进和更经济的反应堆是当今世界各国核能研究的主攻方向，其中受控核聚变也是各国竞相大力研究的重点。虽然从世界能源消费总量所占的比重看，核能尚未占太大的份额，但是由于核能具有明显优于其他能源、特别是传统化石能源的特点，各国为此投入了巨额的人力和物力，所以50年来核能的发展速度是很快的。从1991年世界核能进展的情况看，这种势头还将持续下去。当前和未来相当长一段时间各国核能研究的重点是开发更安全、更先进和更经济的反应堆，使核能能更好地为各国人民所接受。在这其中，由于具有原料取之不尽、反应堆运行安全等原因，各国在大力研制新型核反应堆的同时，也将相当一大部分力量投放到核聚变的研究上来，核聚变的未来发展势头会更大。如在继1991年11月9日的核聚变反应取得初步成功后，欧洲科学家计划建造一个造价为28亿英镑、比现有的欧洲联合环形聚变装置反应堆大一倍半的新反应堆，以便对核聚变作进一步的研究。据估计，2040年，核聚变就可进行商业性发电。

2.新能源发展的主攻方向是太阳能技术，其中尤其是以太阳能电池技术为重点。从1991年世界新能源研究的主要活动看，太阳能技术是世界各国开发新能源的重点，在太阳能技术中太阳能电池的研究和成果进展最为迅速，究其原因可能是在目前我们人类知识所能了解的诸如太阳能、风能、地热能和生物质能等等新能源中，太阳能具有分布广、能量供应源稳定、容易获取和基本上无污染等其他新能源来源所没有的优点，如风能、地热能和生物质能在使用过程中也对环境造成一定程度的破坏。从这一点上来说，未来太阳能的利用技术会有更大的突破，因而在我们目前所已知的新能源领域里，太阳能可能将会先于其他新能源来源大规模实用并为人类造福。如美国和日本已将太阳能确定为今后新能源开发的重点，以期在90年代将太阳能价格降到可以大规模商业发电的程度。

3.新概念的新能源不断涌现，虽然目前它们大部分不为我们所了解，而且尚处于概念性阶段，但其未来的发展势头不容忽视。我们目前所谈的新能源，是相对于石油、煤炭等传统能源而言的，这些传统能源虽对人类的文展发明做出过巨大的贡献，但从资源的储量来说它们是有限的，是不可再生的，而且这些能源在使用过程中对地球的生态环境造成巨大的破坏，正是由于这一原因促成我们使用现有的知识去寻找和利用新能源。因而可以说，随着人类知识水平的不断提高，我们会发现和利用大量目前尚不了解的新的能源来源。

二、从1991年世界核能新能源进展和世界能源总形势中，我们应对我国的能源形势有十分强烈的危机感和紧迫感，我们应从这种危机感和紧迫感中制定相应的能源发展战略。

（一）我国的能源供求形势与世界能源总形势基本上是背道而驰的，而核能新能源开发利用与世界迅速发展的核能新能源势头相比更存在相当大的差距。

1.1991年世界能源总形势是供大于求，但我国能源生产却适应不了国民经济发展的需要，而且未来的供求矛盾会更大。自从70年代两次石油危机之后，世界能源总形势的发展趋势是世界能源需求量增长缓慢，供应量逐渐增大，国际能源市场价格疲软，国际石油价格近年来持续低落就是其具体表现。从1985年底暴跌以来，在6年多时间里，国际石油价格一直在每桶20美元以下徘徊，1991年石油输出国组织一揽子原油平均价格只有每桶18.76美元。而与此相反的是，我国能源形势却是能源供应长期不能满足国民经济发展的需要，成了国民经济发展的一条短腿。如自1970年以来，我国持续缺电近20年，1989年缺电700亿度，缺煤3000万吨，缺石油1000万吨。据国家有关单位测算，我国每年能源缺口为一次能源总量的3%，到2000年我国能源供求缺口将为3-4亿吨标准煤。

2.与迅速发展的世界核能新能源相比，我国核能新能源开发和利用，有的刚刚起步，有的还是空白。1991年12月15日，我国大陆第一座核电站秦山核电站并网发电，我国核电实现了零的突破。但是，在核能的和平利用上我国还处于刚刚开始阶段，与世界核能总体利用水平相比还差得很远，与我国国民经济发展水平、与我国的大国地位和我国的科技实力是极不相称的。此外，在新能源的研究和利用方面，除由国家补贴在内蒙古牧区发展风力发电、西藏羊八井的地热发电和全国普及面较广的沼气及太阳能利用外，我国新能源的实用面和总体技术水平与世界相比都有相当大的差距，而且在国家能源总产量中基本上可以忽略不计。

（二）我国能源发展战略应立足于为国民经济发展服务，同时也应从长远考虑有长远打算。因而，我国能源战略选择，既要缓解当前能源供需紧张局面，又要从长远着想，为经济持续稳定增长准备充足的优质能源。

1.能源开发方面：能源工业应适当超前发展，将能源弹性系数提高到1以上，扭转能源生产速度滞后于国民经济发展速度的局面。为此：

将能源工业确定为主导产业。能源工业是一个综合性行业，包括机械制造、电子仪表、化工、交通运输、通讯等，其就业人数在全社会就业总数中占很大的比重。因而，发展能源工业不仅可为国民经济的发展提供充足的能源，还可以作为龙头带动其它行业的发展。

重点保证能源工业的投资资金需求。能源工业的投资应从目前占全社会固定资产投资的14%左右，逐步提高到20-23%。短期内，国家投资应力保煤炭、石油产量不出现大的滑坡，努力做到稳产，并改造更新发电设备，避免90年代能源形势的进一步恶化。从长期看，应为我国能源弹性系数达到1以上提供充足的资金。

2.能源生产和消费结构方面：应优化能源组合，大力加强核能新能源的研究和应用工作，以此逐步改变我国基本上完全依赖传统能源和固体能源比重大于液体能源的不合理的能源消费结构，并为未来国民经济的长远发展准备优质的和充足的能源。

大力发展核电。在东部和南部经济发达而能源贫乏的地区，适当多建一些核电站。应使核电在全国范围内逐渐代替火电、低温核供暖代替烧煤供暖，作为我国现代化的奋斗目标。在核能技术的选择上，应避免走工业化发达国家的老路，尽量采用先进技术，将新型核反应堆特别是快中子反应堆、核聚变作为核能发展的主攻方向。

拿出一定的财力，保证一定规模的新能源的开发和利用，并列入国家有关能源开发计划，力争取得一定程度的实用化或第一手资料，为大规模开发和利用新能源做好准备。在新能源应用的选择方向上，应以目前世界和我国技术比较成熟的太阳能为重点，在全国范围内通过国家干预手段明令规定一些新建筑和一些新型产业使用太阳能。此外，国家应在全国范围内调查我国新能源资源量并确定可能的研究和利用种类和方向，结合我国国情开展新能源的研究和应用工作。

将煤的液化，尤其用煤提取石油也作为新能源的研究应用目标之一，组织科技攻关。二次大战中的德国曾大规模用煤提取石油，南非目前用煤提取石油已达到商品化。考虑到我国能源资源储量中煤炭占绝对比重的现实，我国如能将煤炭的一部分变为石油，石油资源不足的状况就可改观，液体能源在能源消费结构中的比重就会大大提高。同时，大力进行煤的气化和电化工作，变输煤为输气、输电。

在广大农村地区推广小水电、太阳能、沼气和省柴省煤灶，广泛种植薪炭林，使农村用能“再生化”，应力求农村用能自给自足，减缓农村对全国能源的压力。

主要参考资料：

1.新华社、路透社、美联社、塔斯社1991年电讯稿。

2.（美国）《大众科学》1991年各期。

3.1991年度日本《原子能白皮书》，日本原子能产业会议1991年度中期报告“世界核发电的开发动向”。

4.英国《金融时报》1991年各期，《自然》杂志1991年各期。

5.国际原子能机构有关报告。

（本文撰写于1992年初，是1992年4月参加行业会议提交的论文。）

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