文件編號：A149/H28/0157
刊發時間：2019年10月29日
1991年世界核能新能源進展綜述及幾點分析
王能全
自從70年代兩次石油危機以後，世界各國都在大力開展以擺脫對石油依賴的發展核能和新能源的能源開發活動，進入90年代以來這一活動仍在加緊進行。本文簡要回顧1991年世界核能和新能源利用、開發和研究的主要活動及取得主要的成果，並在由此而得出的幾點感想的基礎上，對我國的能源、主要是核能新能源發展問題提出一些粗淺的看法。
一
1991年世界核能領域的主要活動是世界核發電量穩步增長，核聚變研究取得重大突破，各國競相研製新型核反應堆並提出一些核反應堆和核能利用的新設計、新概念，南朝鮮嘗試自行設計核反應堆，美國制定90年代建設的新型核電站標準，國際原子能機構對東歐核電站進行安全檢查。
1942年12月，美國科學家在芝加哥大學建成世界上第一座核反應堆，1954年蘇聯在奧布寧斯克建成了世界上第一座核電站，從此核動力作為一種全新的能源來源被人類逐漸使用。由於1986年蘇聯車諾比核電站發生重大事故，世界上有些國家對進一步發展核電產生了動搖，一些國家甚至放棄了發展核電的計劃。但是，由於世界經濟的發展對能源的需求越來越大和在環保的壓力下，傳統化石燃料日益不能滿足人類對能源消費的需要，發展核電是一種不可替代的選擇。正是在這種形勢下，1991年世界核能和新能源研究應用取得穩步進展，同時它也從一個側面說明作為一種能源形式人類對核能的開發利用將繼續下去。
一、世界核能利用穩步前進
據日本原子能產業會議擬寫的關於「世界核發電的開發動向」的報告和國際原子能機構的有關統計估計，1991年年底全世界30個國家和地區正在運轉的核電站共計440座，發電能力為3.43億千瓦，核發電比上一年增長了2.4%，達到1.9012萬億千瓦時，佔世界總發電量的16.4%。全世界核發電量相當於1973年發生第一次石油危機時的6倍。如果用石油進行換算，就等於節約4.6億噸石油，相當於整個中東國家的石油年產量的一半以上。另一方面，1991年上半年正在建設中的核電站有89座，發電能力為7864.5萬千瓦；計劃建設的核電站67座，發電能力為6775.6千瓦。如果加上正在運轉的核電站，那麼，目前全世界核發電站總共為578座，發電能力為4.8981億千瓦。其中，在1991年上半年開始運轉的是法國核電站三號機組（輸出功率為136.5萬千瓦，加壓式輕水慢化核反應堆）和日本北海道電力公司的泊二號機組（輸出功率為57.9萬千瓦，加壓式輕水慢化核反應堆），共兩個發電機組；中國的秦山核電站於1991年年底投入運轉。
從各國目前正在運轉中的核發電規模來看，美國擁有112座核電站，輸出功率為1.061億千瓦，佔世界核發電規模的30.9%。法國、原蘇聯、日本、德國、英國、加拿大、瑞典也都擁有1000萬千瓦以上的核發電設備。
從各國的原子能發電量的佔有率看，法國原子能發電量佔有率最高，為74.5%；比利時、匈牙利、南朝鮮、瑞士等6國的電力供應的40%以上是由原子能發電提供的，日本的核電力供應比率為26.3%。
1991年世界核能利用值得注意的一個動向是原蘇聯東歐地區建造核電站的勢頭在加大。美國《商業日報》認為，東歐和蘇聯正在為發展核能做出新的努力，核能工廠的建設正在轉向東面，從美國和西歐向東歐和蘇聯轉移。東歐和蘇聯雖在已建成的核反應堆中只佔有13%，但目前全世界正在建造的每5個核反應堆中該地區就佔兩個。到2010年原蘇聯東歐地區的核反應堆將達95座，總發電能力將從4.3萬兆瓦上升到7.1萬兆瓦。據原蘇聯原子能工業部負責核能發展的亞歷山大·拉普申說，由於蘇聯所用的近40%的煤要運輸4000公裡的路程，今後10年，開採和運輸石油的費用要增加一倍，天然氣運輸的平均裡程將從530公裡猛增到2400公裡，這樣蘇聯打算在1995年以前建成擁有7000兆瓦發電能力的核反應堆，接著再用5年時間再建成1.25萬兆瓦發電能力的反應堆。他預言，20年後，蘇聯總的核發電能力（即使現在工作的許多舊反應堆不再運行）將為10萬兆瓦。此外，1991年波蘭議會批准了一項建造新反應堆的政策，到2005年將建成共有2000兆瓦發電能力的反應堆，另外一些反應堆將在2010年建設，發電能力為4000兆瓦。美國《未來學家》雜誌發文估計，到本世紀末，核電將佔東歐和原蘇聯能源總需求的12%。
二、1991年世界受控核聚變研究活動多，成果大，這是過去歷年所沒有的
1.受控核聚變取得歷史性突破
1991年11月9日，40多年來世界範圍的核聚變研究取得重大歷史性突破。該日，在英國牛津郡的卡勒姆歐洲聯合環形裝置（即JET）上，在持續2秒的一次脈衝反應中，在此裝置上工作的200名來自歐洲的科學家們獲得了相當於1.5兆瓦至2兆瓦電能的能量，這是在受控核聚變實驗中第一次獲得1兆瓦以上的電能。科學家們在試驗中兩次開動機器，兩次都產生了聚變反應。這次核聚變是在比太陽中心溫度高20倍（約3億攝氏度）的條件下進行的，在實驗中科學家們首次在核聚變中添加了氫的同位素氚，使用了氘和氚的混合物，其比例是氘佔86%，氚佔14%。這次實驗中氚的用量很少，僅0.2克。在核聚變中添加氚能使反應速度大大提高，獲得更多的電能。
2.日本受控核聚變裝置改造完成投入試驗並已取得一批成果
從1989年11月開始，日本原子能研究所用了大約一年半的時間，完成了對其原有的JT-60聚變反應堆的大電流改造工程，改造後的JT-60u已於1991年3月底開始進行了一系列的實驗，4月1日產生等離子體，5月24日等離子體電流最高值達到400萬安培（改造前最高值為320萬安培），放電時間從改造前的10秒延長到15秒，等離子體的體積比改造前增加1倍，達到100萬立方米。同年5月底，該裝置開始加熱實驗，7月底導入重氫燃料，為重氫放電達到最適合的程度做準備。在1991年有關試驗的基礎上，1992年日本將進行正式等離子體實驗，以期在1992年夏天能達到大電流（600萬安培）和高加熱功率（40兆瓦）的最佳性能試驗結果。
3.核聚變研究的國際間合作活動加強
目前世界上共有四個大型受控核聚變裝置，即託卡馬克裝置，它們分別是美國的TFTR，蘇聯的T-15，日本的JT-60和歐洲的JET。由於受控核聚變研究費用大，條件要求高，技術問題極為複雜，任何一方或一國要進行這一領域的大規模研究都十分困難，如美國自80年代以來，因為能源部撥款減少，研究步伐放慢，使自己在這一領域的領先地位逐漸喪失，而且在其他裝置相繼進行實驗時，美國只是計劃在1993年7月後才能進行氚的實驗。在這種情況下，歐洲、美國、日本和蘇聯專家一致認為，核聚變研究要進一步取得進展必須進行國際間的合作。這樣，1991年11月中旬，四方代表在莫斯科集會，同意集中人力、財力和智慧，實施國際熱核實驗反應堆計劃，並商定今後6年裡各方出資7500萬英鎊、抽調200名科學家參加這種國際合作。與此同時，1991年2月份，來自這四方的科學家已完成了「國際熱核實驗反應堆」的設計草圖。根據這項設計，計劃中的國際熱核反應堆比現在運轉的託卡馬克裝置大一倍，其建造費用估計達49億美元。據認為，這種反應堆可實現其他目前運行的反應堆所無法實現的「無盈虧」--即通過聚變釋放的能量等於加熱等離子體所用的能量--所必需的溫度、密度和約束時間。
4.英國科學家研究模擬神經網絡控制核聚變實驗
1991年世界受控核聚變的控制技術也取得一定的突破。從1991年年底開始，英國科學家使用模擬人腦的電子設備而不是普通的電子計算機，對設在牛津郡的卡勒姆實驗室中的康帕斯核聚變裝置的核聚變能量實驗進行控制。
三、各國競相投入更加安全、更加先進和更加經濟的核反應堆建造和設計工作
1.日本政府大力改進增殖反應堆，快中子增殖反應堆已投入試驗性運行，並動手建造世界上第一座先進沸水堆
快增殖堆不同於普通的熱堆，產生的燃料多於消費的燃料，普通的熱堆使用的鈾必須進口，而且只能使用一次，快增殖堆要麼使用鈽，要麼使用鈽和鈾的混合燃料，而且實際上「增殖」燃料。但是，巨額的費用、要求頗高的技術和需要小心處理的安全問題迫使一個又一個國家放棄了試驗和建造此類堆。美國的快增殖反應堆計劃在卡特政府時期被大幅度縮減；德國放棄了在卡爾卡皮發展它的原型反應堆；英國政府削減了在蘇格蘭敦雷建造試驗性快增殖反應堆的經費；法國的超級「鳳凰」快增殖反應堆（歐洲最大的）1984年投入運轉以來，大部分時間是關閉的；法國、德國、英國、比利時和義大利聯合從事的一項快增殖反應堆計劃仍然處於設計階段。
但是，就是在這種形勢下，1991年日本政府花大力改進自己的「文殊」反應堆。「文殊」是日本第一座快增殖反應堆原型堆，這座8萬千瓦的發電廠定於1992年末投入運轉。它只是一個原型堆，下一步是建造一座實證堆，而後建造一座商用堆，商業化預計至少到2030年才能到來。「文殊」堆的設計和建造費用一度估計為1萬億日元（約合70億美元），後削減到6000億日元（合40億美元）。「文殊」反應堆一旦投入使用，產生的燃料是所使用的燃料的1.2倍，可有效地解決日本大量進口核原料問題。
1991年5月18日，日本第一座快中子增殖反應堆在福井縣的鶴賀電廠開始試驗性運行，這座快中子增殖反應堆的能量輸出能力為28萬千瓦。該反應堆是日本1985年開始建造的，總造價為6000億日元。這座快增殖反應堆的運行，標誌著日本作為一個擁有先進的快中子增殖反應堆技術的國家，加入了法國、英國和原蘇聯的行列。
1991年夏末，日本通產省批准東京電力公司建造世界上第一座先進的沸水堆（ABWR）核電廠。日本興建的這座核電廠共兩套ABWR機組，建在東京電力公司的柏崎·刈羽核電站，該電站由美國通用電氣公司和日本日立、東芝等公司合營，由美國通用電氣公司提供反應堆、核燃料和汽輪發電機組。ABWR是由美國通用電氣公司和日本一些公司於1978年開始研製的，它的設計功率為1356兆瓦（MWe），採用最新工藝技術，充分利用當今世界沸水堆的安全措施和運行經驗；其特點是設計簡化，可靠性和安全性較高，造價、燃料成本和運行費用低。ABWR的設計目標是，功率因子為87%，定期檢查時間為55天，輻射照射量為每年49人-雷姆，建造周期為48個月。按照計劃，第一套ABWR機組將於1996年7月投入商業運行，第二套機組將於1997年7月投入商業運行。
2.美國瑞典加拿大等國設計更安全的核反應堆
為了使未來的核反應堆更安全可靠，美國等國不斷研製新型和更加安全的反應堆，其中由美國、瑞典和加拿大等國研究設計的新一代「自然」核反應堆是最具代表性的一種，這種反應堆比目前運行的反應堆更經濟，而且至少更可靠10倍。這種簡化反應堆是由通用電氣公司、西屋電氣公司、ABB公司和燃燒工程公司發明設計的。美國能源部、反應堆製造廠家和供電機構通過電力研究所出資2.4億美元，支持這項設計工作。
簡化反應堆與現有的反應堆相比大大簡化了設備，這種反應堆的發電能力為450到600兆瓦。ABB公司的PIUS型（意思是反應堆有內在處理事故程序，最終是安全的）是最引人注目的簡化反應堆。這種反應堆的堆芯和其他關鍵部件在正常運轉時是浸在一個百萬加侖加壓水的水池裡，水池和反應堆由一個特別加固的混凝土和鋼製大容器封閉，反應堆堆芯的下面是溶有硼的水，由微妙的流體靜壓平衡使硼保持在反應堆外面，如果水泵失靈引起的變化破壞了流體靜壓平衡，造成含硼酸的水大幅度上升，使核反應堆停止運轉。美國九家大型供電公司發表聲明，支持PIUS型設計，美國核管理委員會計劃1992年開始審查這種設計，以備將來在美國建造。
目前簡化反應堆尚未建造出來一座，不過在美國和其他國家，部分比例縮小的反應堆模型已在試驗，而且在遠東，一系列「簡化型」的核電廠已開始建造，它們採用當前反應堆的元件，但具有簡化反應堆的某些特點。如日本東京電力公司1991年動工建造的兩座電廠中的一座就是採用通用電氣公司設計的ABWR簡化反應堆，而其他公司則是採用西屋公司和ABB公司-燃燒工程公司的反應堆。
四、各國科學家提出了一系列新型反應堆和原子能電池的設計技術和設計概念
1.美國科學家提出建造一體化快堆
就核反應堆類型來說，目前世界上大部分運轉的反應堆是以美國的輕水反應堆技術為基礎的，這種反應堆的一個重大的缺點是使用鈾礦資源過大，世界現有鈾資源有被耗盡的可能，而且反應堆留下的廢料在長達數千年時間裡仍有極為危險的放射線。正因為這樣，反核運動分子極力反對建造核電站。但是，1991年3月，美國阿爾貢國家實驗室的科學家提出了一體化快速反應堆（IFR）的設計構想，這些科學家認為，如能建造滿足世界能源需求一半的1500座、每座容量為1000兆瓦的一體化快速反應堆，可使全世界鈾礦資源的使用時間延長2000年，並把廢料的危險期減少到200年，這種一體化快速反應堆還可將現有的核電站產生的所有廢料處理掉。
一體化快速反應堆和其他反應堆一樣，也是用鈉來冷卻的，這種反應堆的獨到之處是它的燃料是金屬的，這種金屬燃料棒浸在液體鹽槽中，當電流通過時，燃料棒會溶解，而且所有的U-238、鈽和其他錒系金屬都朝一個方向移動，而短命的廢料則朝另一個方向移動，這一過程不會分離出可供生產核武器的材料，可以重新使用的材料被鑄成新的燃料棒，並被送回反應堆中去。此外，一體化快速反應堆利用了一些自然特點來使反應堆被動地安全運行，即這種反應堆的金屬燃料棒變得過熱時，就膨脹從而中斷反應過程，這樣在發生危險時不需要任何人為或機械幹預就可停堆。
到目前為止，這種一體化快速反應堆已經一次成功地再處理了20磅核材料，而且美國國會已保證給予這項研究以足夠的資金支持。
2.日本科學家完成可搬運小型快增殖堆的概念設計，著手研製新型快增殖堆和開發超小型高速增殖堆
1991年7月份，日本動力堆和核燃料開發事業團完成可搬運的小型快增殖堆的概念設計，這種快增殖堆有可能在工廠組裝大部分，然後運往設置的場所。這種小型快增殖堆有謀求提高安全性的「自然循環堆」和「多段發電系統」兩種。自然循環堆的特點是儘量減少循環泵的控制棒等機械部分，具有固有的安全性，發電功率最大為1萬千瓦。多段發電系統是從核反應堆取出約1千攝氏度的高熱，利用這種熱發生蒸汽，驅動渦輪機發電，餘熱用於再次發電，發電功率為3千萬千瓦。
1991年1月，日本電力中央研究所和東芝公司決定今後3年投資10億美元，進行新型快增殖堆的概念設計並研究主要技術。這種新型快堆的功率為30萬千瓦，建造場地為過去快增殖堆的一半，建設工期可大大縮短，燃料是比較容易加工的金屬燃料。新型快堆為雙容器型，核堆和冷卻系統都納入一個容器，從而可大幅度減少配管，可使反應堆小型化。
1991年日本電力中央研究所和東芝公司還決定開發提高安全性的超小型高速增殖堆，從當年4月開始概念設計。這種高速增殖堆的特點是在30年使用壽命期間不必更換燃料，為了防止控制棒的誤操作，應用移動反射體控制核裂變反應，採取極力減少開關、泵和閥等的簡化的機制以確保安全。計劃設計的小型高速增殖堆的電功率為5萬千瓦和1萬千瓦兩種，燃料使用適合長期使用連續燃燒的金屬燃料。
3.日本兩家公司提出原子能電池的概念設計
1991年10月份，日本三菱重工業公司和三菱原子力工業公司開始原子能電池的概念設計。這兩家公司設計的原子能電池是發熱的放射性同位素和受熱即有電流流動的特殊半導體器件組合而成的，這種電池由於沒有機械的驅動部分，安全性較高，沒有噪音振動，能夠長時間提供穩定的電力。考慮作熱源用的放射性同位素是鍶90,電池設計壽命為10年，10年後的輸出功率為8千瓦。
五、南朝鮮嘗試自行設計核反應堆
在發展中國家中，南朝鮮的核能利用是較先進的和較成功的，1989年核發電佔總發電量的50.1%，而且在政府的「21世紀初核能發展戰略展望」中計劃到2031年，再建50套核電機組，使核能佔總能源的比例達40%。但是，南朝鮮過去所建的核電站設計主要是依靠國外技術力量，如南朝鮮現在正在建造的靈光核發電站3號和4號堆的核反應堆設計就是同外國共同進行的。不過，1991年7月南朝鮮電力公司決定1992年開工的蔚珍核發電站3號和4號堆（均為壓水堆，額定功率100萬千瓦），以國內為主導力量進行設計，其設計工作由南朝鮮重工業公司承擔。
六、美國制定90年代建設的新型核電站的標準
1991年5月，由核能界有關代表組成的美國核能監督委員會發表了核能行業關於標準化共同方針的文件。根據這個文件，美國各電力公司和核反應堆製造廠同美能源部合作開發四種標準型的核反應堆：一是通用電氣公司製造的130萬千瓦級新沸水型輕水堆；二是ABB燃燒工程公司製造的130萬千瓦壓水型輕水堆「System 80」；三是威斯汀豪斯電氣公司製造的60萬千瓦新型反應堆「AP600」；四是通用電氣公司製造的60萬千瓦簡化沸水型輕水堆。美國核電站的標準化不僅包括反應堆的設計，而且還包括從反應堆以外的發電廠機器的設計、製造、建設方法、操作手續和操作人員的訓練等。
七、國際原子能機構對東歐核電站實施安全檢查
東歐劇變以後，西方國家對該地區擁有的由原蘇聯建造的核電站安全問題極為擔心，害怕再發生一次「車諾比事故」，國際原子能機構認為，保加利亞科茲洛杜伊核電站的6座反應堆就有4座有發生重大事故的可能。為此，國際原子能機構從1991年4月份起開始對東歐的舊式核反應堆「VVER440·230」進行現場調查。這種類型的核電站是蘇聯早期開發的加壓水型輕水堆，被指責有（1）緊急泠卻裝置的性能不足；（2）壓力容器劣化等問題。
除上述核能利用、研究和設計領域取得十分喜人的成就外，1991年還是世界核能使用令人滿意的一年，這一年世界核電站基本工作正常，雖然1991年2月9日下午，日本關西電力公司美濱原子能發電所2號堆（加壓型輕水堆，額定功率50萬千瓦）因堆冷卻水的壓力降低而自動停堆外，還未見世界上其他核電站發生事故的報導。
二
從日本新能源發電情況看，雖然因一些關鍵技術問題未很好解決，世界大部分新能源尚未進入實用性階段，但1991年太陽能,尤其是太陽能電池、風能、地熱能、新型燃料電池和生物質能等新能源領域所取得的成果，為新能源的早日實用化進一步提供了技術條件。
一、日本新能源的使用情況表明，世界新能源的實際開發利用已經具備了一定的基礎
新能源的研究和利用各國差別較大，不過從日本利用新能源發電的現狀看，基本上可以說，就全世界來說某些新能源的實際使用已經開始，還有一些新能源因關鍵技術問題雖不能投入實際使用，但也具備了早日實際使用的條件。
二、1991年世界新能源領域，主要是太陽能電池、地熱能、風能、新型燃料電池和生物質能的研究利用取得重大進展或再度受到重視，尤其是一些關鍵技術的研究成果豐碩
（一）太陽能研究、尤其是太陽能電池取得多項重大成果，大規模利用太陽能可望早日實現
1.瑞士科學家在太陽能電池製造技術上取得重大突破
大規模使用太陽能電池的主要障礙是轉換效率低和由此而產生的高成本，目前大多數太陽能電池的轉換效率為5%或低於5%，低於綠色植物9%的轉換效率，其成本是用煤、石油或天然氣發電的10倍。但是，1991年10月24日，瑞士洛桑瑞士聯邦理工學院的布賴恩·奧裡甘和麥可·格拉茨宣布，他們已經研製成一種成本低、功率大的太陽能電池，這種電池能吸收46%的可見光，並能把其中的80%轉化成電能，電池的能量轉換總效率在全滿日光條件下達到8%，而在漫射日光條件下達12%，電池的電流密度是12毫安/平方釐米。
過去20多年裡，太陽能電池製造技術上存在的主要問題是使用的表層材料太光滑，染料迅速變質，從而使能量的轉換率不高。奧裡甘和格拉茨研製的太陽能電池表面使用的是塗上一層吸光材料的二氧化鈦，這是一種半導體材料，當光分子碰觸到電池的表層後立即被吸收，生成自由電子，自由電子進入這種半導體材料時便產生電流。該電池選用的材料能以極高的效率吸收可見光的波長，而且由於使用二氧化鈦，這種電池的表面粗糙，從而使電池形成一塊很大的收集太陽光的表面。此外，由於漫射日光的頻率分布更符合染料的吸收特性，所以這種電池在漫射日光條件下轉換效率更高。
科學家認為，這種電池是迄今研製的功率最大的太陽能電池，就成本和效益來說，它可以和目前生產的最好的（矽基）固態電池相媲美，它為首次進行大規模太陽能發電提供了可能性。這樣，由於1991年取得的這項新成就，太陽能可能在90年代被廣泛使用。
2.日本研製出高效太陽能電池
1991年4月份，日本夏普公司研製出轉換率高達16.4%的多晶矽太陽能電池，這種電池10釐米左右，電極與電池成直角，電池表面的防反射光膜由一層增加到兩層。據估計，到1992年這種太陽能電池的光電轉換效率可達18%。
3.美國推出價格低廉的太陽能反射鏡、降低太陽能電池成本的工藝和新型太陽能電池
1991年1月美國達拉斯太陽能動力公司為桑迪亞國立實驗室研製出一種廉價的太陽能聚能器，這種聚能器的反射鏡是用厚度只有千分之四英寸的不鏽鋼板製成，並模壓成拋物面形狀，在不鏽鋼板上覆蓋一層發光的聚合物，形成反射陽光的表面。
1991年4月，美國德克薩斯儀器公司和南加利福尼亞愛迪生公司研製出一種能在太陽能電池中採用廉價低純度矽的工藝，這種冶金級材料矽每公斤售價僅為1-2美元，而純矽每公斤售價為75美元。同年7月，這兩家公司還研製出由矽、磷和硼組成的球狀太陽能小珠，把這種小顆粒粘在一張張鋁箔上製成太陽能電池後，在太陽的光子照射下就能釋放出電子流。據估計，能發出1000瓦電的一塊100平方英尺的這種新型太陽能電池板的成本，只需2000美元。
4.原蘇聯科學家研製成光熱反應器、高效太陽能電池和可用室內光或陽光充電的蓄電池
1991年3月，原蘇聯發明家亞歷山大·普列斯尼亞科夫在世界上首次研製成光熱反應器，這種反應器是根據氣體分子「結合能」的思想製成的，其原理是：氮、氯、氧和氫分子各含兩個原子，在強電場、太陽福射、高溫的影響下，它們的分子分裂成單原子，只要一停止這種作用，原子立即重新結成對，形成大自然規定的分子，同時分裂時消耗的能量也得到恢復。
1991年4月，原蘇聯科學院物理技術學研究所若列斯出·阿爾費羅夫宣布，他的實驗室裡研製成一種新型光電池，其感光表面在陽光下製造電流，電池的效率高達25-27%。蘇聯的這種太陽能電池使用的是在砷化鎵和砷化鋁基礎上製成的特殊種類的「分層」半導體材料。
1991年12月，白俄羅斯科學院金屬聚合物系統力學研究所的科學家研製成一種用室溫或日光就足以不斷充電的蓄電池模型，雖然這種蓄電池目前產生的電流還較弱，但它比傳統的化學電池耐用得多。
5.以色列建成用管道輸送太陽能的工廠
1991年以色列建成了一座試驗性工廠，試驗通過管道把太陽能從沙漠地區輸送到數百公裡以外的工業區。這個工廠是世界上第一座利用太陽能的甲烷裝置，它是化學熱處理的中心部分，熱處理管道把太陽能輻射變成化學能，從而可以儲存。其原理是，聚集的太陽能被吸收進一個專用的化學反應器裡，在反應器裡把甲烷和其他碳氫化合物變成氣體，能量豐富的氣體被儲存起來，用管道輸送，而後用這座甲烷裝置把氣體還原成甲烷，並在這個過程中釋放出熱量。
（二）美國提出利用新的地熱能量的方法
1991年7月，設在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯美國國家實驗室的研究人員提出不同於目前已經商業開發地下熱的技術，並於同年11月在經過10年、花費達1.6億美元的試驗後，在新墨西哥的芬頓希爾建成了已成功運行的、利用熱幹巖的芬頓希爾系統。他們提出的技術是為了開發地球內部來自熔巖心或是來自放射性衰變的能量，這些熱量有些是地球形成時產生的大變動壓力的剩餘熱量，有些是由地球的地幔和較下層的地殼裡的釷、鈾和鉀的天然放射性衰變產生的，其方法是把這些熱能以熱水的形式產生出可用量的熱，並抽上地面用來產生蒸汽。這些科學家認為，在世界上廣大地區，只要在地上鑽一個洞，就能大量獲得豐富而且有益於環境的能源，而且如果能做到經濟划算的話，其資源總量將比目前所使用的任何能源資源大幾百倍，如美國地表下4英裡範圍內巖石儲存的熱量，就相當於3000萬億桶原油，是我們一年使用能源總量的20萬倍。該實驗室指出，地面和地下巖石之間的溫度梯度很大，如美國地塊大約2%的地區，每公裡的溫度梯度超過45攝氏度，這樣只要用現有的鑽探技術就可達到所需的鑽井深度，利用地熱能，而且如果以每度電9-10美分的價格，這些熱能就可實用。
（三）風能技術有所突破、風能利用增加
1.美國推出新的風車。現在世界上用於風力發電的風車其渦輪基本都是恆速運轉的，當風力發生變化、尤其是出現強風時必須有一種裝置來吸收增大的風力並使風車運轉速度保持穩定。1991年美國風力公司研製出一種大功率、可變速風車，這種風車的葉片長16.4米，發電功率可達300千瓦。更為重要的是，這種風車的變速渦輪有一個新設計的轉換器，它可使轉子和發電機隨著強風加快轉速，同時還能使電力輸出保持在60赫茲的頻率上。據稱，使用這種渦輪每千瓦電的成本僅為5美分，因而這種風車用於風力發電可與其他能源相媲美。
2.世界範圍的風力發電呈擴大趨勢。首先，美國風力發電向西部推進。目前，美國風力發電主要集中在加利福尼亞和夏威夷等地，全美共有15000個風力發電設施，全部裝機容量約為160萬千瓦，其發電量約佔全球風力發電總量的80%。1991年11月，向美國中西部各州供電的衣阿華－伊利諾伊煤氣和電力公司與美國風力發電設備公司建立合資企業風力發電開發公司，計劃對衣阿華、伊利諾伊、內布拉斯加、南達科他、北達科他、密西根、明尼蘇達、密蘇裡、威斯康星九個州進行調查，準備在這些州建造至少裝機容量25萬千瓦的風力發電廠，為64000戶供電，估計電價約為每度5美分。美國能源部的太平洋西北實驗室認為，風能具有提供美國20%電力的現實可能性。其次，歐洲風力發電將有大的增加。歐洲目前的風力發電總裝機容量約為450兆瓦，其中丹麥名列歐洲前茅，風力發電佔全國發電總量的2%左右。歐洲風力發電機的功率大部分為40萬瓦，1991年歐洲科學家試驗開發1兆瓦的發電機。此外，由於海風同陸風相比風力較強和較穩定，1991年丹麥和瑞典還在研究開發近海風力場，在距瑞典南部海岸275碼的地方建成了世界上第一座功率為220千瓦的海風發電場。瑞典能源管理部門計算，用60個這樣的近海風力發電場，就能最終取代這個國家的12座核電站。由於歐洲幾乎所有國家都有可利用的風能，其中沿海一帶的平均風速在每秒6米以上，所以歐洲國家正計劃到2000年將風力發電的裝機總容量擴大到3000兆瓦以上。
（四）澳大利亞科學家推出新型燃料電池，日本建成世界上最大的燃料電池發電設施
由於使用燃料電池不會造成任何空氣汙染，因此其未來發展前景光明。據美國能源部估計，未來10年對燃料電池的需求量可能激增至1萬兆瓦，相當於美國目前電力輸出的1.5%，形成100億美元的市場。目前，世界上可生產的燃料電池共有四種，一是硫酸基電池，效率為36%，工作溫度為400F；二是質子交換電池，效率為50%，工作溫度為200F左右；三是碳酸鹽溶液燃料電池，效率高達60%，工作溫度為1200F；四是固態氧化物電池，工作溫度為1800F。
1991年12月，澳大利亞陶瓷燃料電池公司研製出一種新型燃料電池，這種燃料電池能比最好的常規燃氣電站多生產30%的電力，而且它能給任何場合提供電力。這種燃料電池是氧化鋯燃料電池，它使用礦物沙鋯（伴有其他奇異的物質）繞過現有的燃氣發電站把水加熱使它變成蒸汽再由蒸汽驅動發電的渦輪機的工藝過程，而直接把天然氣轉變成電能。此外，這種燃料電池還能產生約1000攝氏度的高溫，如果把這種熱量用常規方式驅動一臺渦輪機，整套系統可能達到80%的效率。目前這種新型燃料電池的成本約為一座發電設施的20%至30%。
1991年5月12日，日本東京電力公司宣布，該公司建成世界上最大的燃料電池發電設施，並一次試發電成功。該燃料電池為磷酸水冷式，輸出功率為11000KW，以天然氣為燃料，發電率為41%，加上熱的綜合利用，能源的總轉換率最大可達73%。這座燃料電池相當於一個小型水力發電站的發電量，可供4000戶用電。
（五）生物質能、主要是木材使用又受重視
在對回收森林廢物、採用鍋爐和其它燃燒系統以及矮林作業法進行了長達10年之久的研究之後，英國政府認為木材即將成為重要的能源來源，為此，1991年10月23日，英國能源部負責再生能源的大臣科林·莫伊尼漢宣布，英國政府將提供1200萬英鎊用於開發木材資源，他認為木材提供能源的潛力是相當巨大的，英國每年可以節省價值約7億英鎊的近700萬噸石油。而且，為大規模推廣使用木材作能源，英國能源部計劃將英格蘭南部的5個林場作為種植作燃料用的楊樹、柳樹和採用矮林作業法的小型試驗場。在此之前，瑞典宣布到2000年，其木材生產的電力將佔其所需全部電力的20%。歐共體也正在給農場主發放補貼以便將適於耕種的土地留出來種上可作為燃料的木材，到本世紀末歐洲可能有近100萬公頃的可耕地將種上這種木材。
（六）日本利用海水溫差為沿海市區供暖和製冷
1991年1月，日本關西電力公司和大阪市煤氣公司聯合成立一個供熱公司，該公司決定在大阪南港建設中的一個新區設置以海水為主要熱源的地區供暖和供冷系統。大阪港海水平均水溫在夏季為24.6度，比氣溫低3.4度；冬季為10.8度，比氣溫高5.2度。利用這一溫差的方法是引海水通過熱交換機或冷凍機把各大樓的空調裝置用水加溫或冷卻。
（七）氫氣動力汽車研究取得進展
1991年7月，美國研製的以氫氣為動力的汽車結束了路試工作，路試結果說明，以氫氣為動力的汽車與以汽油為動力的汽車相比有兩個方面的優點：一是這種汽車可將氫能的60-80%轉變成驅動能，普通發動機汽車的汽油轉化率只有25-30%；二是成本低，這種汽車每英裡行走成本不到1便士，而普通汽油汽車的每英裡行走成本為35便士。這種汽車的關鍵部件是燃料電池，它起著從普通水中提取氫氣並將氫轉化為電能的雙重作用，電能使電機轉動，驅動汽車前進。該燃料電池是由美國堪薩斯州科學院負責人羅傑·比林斯研究發明的，重45公斤，壽命為25萬公裡，成本2000美元。此外，英國貿工部也於1991年7月宣布支持一個為期5年、投資1100萬英鎊的項目以開發氫氣動力汽車。英國氫氣動力汽車的燃料氫氣是在車體內由甲基環乙烷發生反應獲得，所獲得的氫氣為傳統的發動機提供動力。1991年年底，日本馬自達公司也推出了以旋轉發動機為主體的氫氣動力車。
（八）海洋能和磁流體發電也在加緊進行
由於具有漫長的海岸線，歐洲在研究和利用海洋能方面走在世界其他國家和地區的前面。1991年7月16日，英國建成了第一座使用韋爾斯氣動渦輪機的波浪能發電站，它把一個狹窄巖谷的波浪能變成電能。英國能源大臣科林·莫伊尼漢認為，這一波浪能發電系統是目前世界上最先進的，英國政府將進一步投資20.5萬英鎊，對該電站系統加以完善。
1991年美國開始建造一座30萬千瓦級燃煤磁流體發電站。與此同時，原蘇聯也在研究以天然氣為燃料的磁流體發電技術，並已完成了世界上第一座大型磁流體發電站50萬千瓦級磁流體--蒸氣聯合電站第一期工程。磁流體發電是將熱能直接轉換為電能的一種新型發電方式，美國在燃煤磁流體發電方面居世界領先地位。
（九）除以上新能源外，原蘇聯科學家1991年還提出了目前人類尚未提出的、甚至更未想到的兩種新的能源方式，人類未來的能源來源選擇又有了更大的範圍
1.矽酸鹽是高效能源
1991年8月，原蘇聯技術科學博士A．庫利科夫提出，結構複雜的矽酸鹽，又稱高模數矽酸鹽能成為傳統有機燃料和核燃料的替代物。庫利科夫估計，一公斤矽酸鹽（NaO.3SiO2）能夠釋放850萬千卡的熱量，等於1000噸的重油。矽酸鹽的儲量是無限的，每年生產的用途各異的矽酸鹽大約為150萬噸，每噸價格只有約60盧布，而且它能再生。
2.利用宇宙的「電子海」
1991年9月，原蘇聯「信號旗」中央科學生產聯合公司的一個科學家小組在經過20年的研究後提出，宇宙並不像人們以前所認為的那樣是「空的」，而是充滿構成宇宙大部分質量的電子波，現在藉助專門的裝置和儀器（在它們裡面形成等離子體），就可以從電子海中取出能量。因此，這些科學家建議，逐步放棄原子能，不要再建更多的水電站和火電站，而轉向使用電子能。
三
1991年世界核能新能源取得的進展對我國合理地制定能源、尤其是核能和新能源發展戰略有十分重要的參考價值。
一、1991年世界核能新能源利用和研究所取得的成果表明，未來世界核能新能源發展具有以下三大趨勢：
1.發展核能是世界未來能源利用不可改變的方向，尋找更安全、更先進和更經濟的反應堆是當今世界各國核能研究的主攻方向，其中受控核聚變也是各國競相大力研究的重點。雖然從世界能源消費總量所佔的比重看，核能尚未佔太大的份額，但是由於核能具有明顯優於其他能源、特別是傳統化石能源的特點，各國為此投入了巨額的人力和物力，所以50年來核能的發展速度是很快的。從1991年世界核能進展的情況看，這種勢頭還將持續下去。當前和未來相當長一段時間各國核能研究的重點是開發更安全、更先進和更經濟的反應堆，使核能能更好地為各國人民所接受。在這其中，由於具有原料取之不盡、反應堆運行安全等原因，各國在大力研製新型核反應堆的同時，也將相當一大部分力量投放到核聚變的研究上來，核聚變的未來發展勢頭會更大。如在繼1991年11月9日的核聚變反應取得初步成功後，歐洲科學家計劃建造一個造價為28億英鎊、比現有的歐洲聯合環形聚變裝置反應堆大一倍半的新反應堆，以便對核聚變作進一步的研究。據估計，2040年，核聚變就可進行商業性發電。
2.新能源發展的主攻方向是太陽能技術，其中尤其是以太陽能電池技術為重點。從1991年世界新能源研究的主要活動看，太陽能技術是世界各國開發新能源的重點，在太陽能技術中太陽能電池的研究和成果進展最為迅速，究其原因可能是在目前我們人類知識所能了解的諸如太陽能、風能、地熱能和生物質能等等新能源中，太陽能具有分布廣、能量供應源穩定、容易獲取和基本上無汙染等其他新能源來源所沒有的優點，如風能、地熱能和生物質能在使用過程中也對環境造成一定程度的破壞。從這一點上來說，未來太陽能的利用技術會有更大的突破，因而在我們目前所已知的新能源領域裡，太陽能可能將會先於其他新能源來源大規模實用並為人類造福。如美國和日本已將太陽能確定為今後新能源開發的重點，以期在90年代將太陽能價格降到可以大規模商業發電的程度。
3.新概念的新能源不斷湧現，雖然目前它們大部分不為我們所了解，而且尚處於概念性階段，但其未來的發展勢頭不容忽視。我們目前所談的新能源，是相對於石油、煤炭等傳統能源而言的，這些傳統能源雖對人類的文展發明做出過巨大的貢獻，但從資源的儲量來說它們是有限的，是不可再生的，而且這些能源在使用過程中對地球的生態環境造成巨大的破壞，正是由於這一原因促成我們使用現有的知識去尋找和利用新能源。因而可以說，隨著人類知識水平的不斷提高，我們會發現和利用大量目前尚不了解的新的能源來源。
二、從1991年世界核能新能源進展和世界能源總形勢中，我們應對我國的能源形勢有十分強烈的危機感和緊迫感，我們應從這種危機感和緊迫感中制定相應的能源發展戰略。
（一）我國的能源供求形勢與世界能源總形勢基本上是背道而馳的，而核能新能源開發利用與世界迅速發展的核能新能源勢頭相比更存在相當大的差距。
1.1991年世界能源總形勢是供大於求，但我國能源生產卻適應不了國民經濟發展的需要，而且未來的供求矛盾會更大。自從70年代兩次石油危機之後，世界能源總形勢的發展趨勢是世界能源需求量增長緩慢，供應量逐漸增大，國際能源市場價格疲軟，國際石油價格近年來持續低落就是其具體表現。從1985年底暴跌以來，在6年多時間裡，國際石油價格一直在每桶20美元以下徘徊，1991年石油輸出國組織一攬子原油平均價格只有每桶18.76美元。而與此相反的是，我國能源形勢卻是能源供應長期不能滿足國民經濟發展的需要，成了國民經濟發展的一條短腿。如自1970年以來，我國持續缺電近20年，1989年缺電700億度，缺煤3000萬噸，缺石油1000萬噸。據國家有關單位測算，我國每年能源缺口為一次能源總量的3%，到2000年我國能源供求缺口將為3-4億噸標準煤。
2.與迅速發展的世界核能新能源相比，我國核能新能源開發和利用，有的剛剛起步，有的還是空白。1991年12月15日，我國大陸第一座核電站秦山核電站併網發電，我國核電實現了零的突破。但是，在核能的和平利用上我國還處於剛剛開始階段，與世界核能總體利用水平相比還差得很遠，與我國國民經濟發展水平、與我國的大國地位和我國的科技實力是極不相稱的。此外，在新能源的研究和利用方面，除由國家補貼在內蒙古牧區發展風力發電、西藏羊八井的地熱發電和全國普及面較廣的沼氣及太陽能利用外，我國新能源的實用面和總體技術水平與世界相比都有相當大的差距，而且在國家能源總產量中基本上可以忽略不計。
（二）我國能源發展戰略應立足於為國民經濟發展服務，同時也應從長遠考慮有長遠打算。因而，我國能源戰略選擇，既要緩解當前能源供需緊張局面，又要從長遠著想，為經濟持續穩定增長準備充足的優質能源。
1.能源開發方面：能源工業應適當超前發展，將能源彈性係數提高到1以上，扭轉能源生產速度滯後於國民經濟發展速度的局面。為此：
將能源工業確定為主導產業。能源工業是一個綜合性行業，包括機械製造、電子儀表、化工、交通運輸、通訊等，其就業人數在全社會就業總數中佔很大的比重。因而，發展能源工業不僅可為國民經濟的發展提供充足的能源，還可以作為龍頭帶動其它行業的發展。
重點保證能源工業的投資資金需求。能源工業的投資應從目前佔全社會固定資產投資的14%左右，逐步提高到20-23%。短期內，國家投資應力保煤炭、石油產量不出現大的滑坡，努力做到穩產，並改造更新發電設備，避免90年代能源形勢的進一步惡化。從長期看，應為我國能源彈性係數達到1以上提供充足的資金。
2.能源生產和消費結構方面：應優化能源組合，大力加強核能新能源的研究和應用工作，以此逐步改變我國基本上完全依賴傳統能源和固體能源比重大於液體能源的不合理的能源消費結構，並為未來國民經濟的長遠發展準備優質的和充足的能源。
大力發展核電。在東部和南部經濟發達而能源貧乏的地區，適當多建一些核電站。應使核電在全國範圍內逐漸代替火電、低溫核供暖代替燒煤供暖，作為我國現代化的奮鬥目標。在核能技術的選擇上，應避免走工業化發達國家的老路，儘量採用先進技術，將新型核反應堆特別是快中子反應堆、核聚變作為核能發展的主攻方向。
拿出一定的財力，保證一定規模的新能源的開發和利用，並列入國家有關能源開發計劃，力爭取得一定程度的實用化或第一手資料，為大規模開發和利用新能源做好準備。在新能源應用的選擇方向上，應以目前世界和我國技術比較成熟的太陽能為重點，在全國範圍內通過國家幹預手段明令規定一些新建築和一些新型產業使用太陽能。此外，國家應在全國範圍內調查我國新能源資源量並確定可能的研究和利用種類和方向，結合我國國情開展新能源的研究和應用工作。
將煤的液化，尤其用煤提取石油也作為新能源的研究應用目標之一，組織科技攻關。二次大戰中的德國曾大規模用煤提取石油，南非目前用煤提取石油已達到商品化。考慮到我國能源資源儲量中煤炭佔絕對比重的現實，我國如能將煤炭的一部分變為石油，石油資源不足的狀況就可改觀，液體能源在能源消費結構中的比重就會大大提高。同時，大力進行煤的氣化和電化工作，變輸煤為輸氣、輸電。
在廣大農村地區推廣小水電、太陽能、沼氣和省柴省煤灶，廣泛種植薪炭林，使農村用能「再生化」，應力求農村用能自給自足，減緩農村對全國能源的壓力。
主要參考資料：
1.新華社、路透社、美聯社、塔斯社1991年電訊稿。
2.（美國）《大眾科學》1991年各期。
3.1991年度日本《原子能白皮書》，日本原子能產業會議1991年度中期報告「世界核發電的開發動向」。
4.英國《金融時報》1991年各期，《自然》雜誌1991年各期。
5.國際原子能機構有關報告。
（本文撰寫於1992年初，是1992年4月參加行業會議提交的論文。）
免責聲明：本人撰寫和發表的文章，僅是個人研究心得，不代表任何組織和單位，也不構成任何投資建議。