世界能源发展趋势与高校专业发展的关系_能源发展趋势

　　摘要：本文通过分析世界能源消耗引发的全球性矛盾，阐述能源发展的趋势，特别是新能源的发展走向。通过阐述太阳能和核能的基本原理，分析新能源发展需要的技术支撑，从而阐述新能源发展与高等学校专业发展的关系。
　　关键词：能源；环境；专业
　　中图分类号：F206 文献标识码：A
　　
　　一、引言
　　
　　能源是人类活动的物质基础，也是国民经济发展的基础。从某种意义上讲，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。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。
　　随着工业、交通和科技的迅速发展，随着人们生活水平的提高，人类对能源的需求迅速增长，然而，如何保护人类生存环境的问题也越来越迫在眉睫。要解决这样一个全球性的矛盾，必须制定新的能源发展战略，改变能源结构，强化节能减排措施，兼顾能源发展和环境保护。
　　作为世界上最大的发展中国家，中国是一个能源生产和消费大国。能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位；基本能源消费占世界总消费量的1/10，仅次于美国，居世界第二位。中国又是一个以煤炭为主要能源的国家，发展经济与环境污染的矛盾比较突出。近年来能源安全问题也日益成为国家生活乃至全社会关注的焦点，日益成为中国战略安全的隐患和制约经济社会可持续发展的瓶颈。上个世纪90年代以来，中国经济的持续高速发展带动了能源消费量的急剧上升。自1993年起，中国由能源净出口国变成净进口国，能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增大。煤炭、电力、石油和天然气等能源在中国都存在缺口，其中，石油需求量的大增以及由此引起的结构性矛盾日益成为中国能源安全所面临的最大难题。因此，开辟清洁能源的开发、生产途径，减少化石能源的比例，既发展能源，又减少污染，是我国也是全世界面临的迫切的任务。
　　
　　二、全球能源枯竭和全球变暖的严峻形势
　　
　　 （一）当前能源组成结构
　　1.当前世界各国的能源结构
　　图1 显示了2007年公布的世界上8个能耗大国能源结构，可以看出，尽管世界各国都清醒地意识到温室气体对人类生存环境会产生巨大的危害，但由于开发新能源在技术和成本上还有许多问题，各国仍然将生产传统能源放在主导地位，从结构上看，所有能源大国的煤炭、石油、天然气的产量所占整个能源的比例都在60%以上，水电及核电所占比例很小。
　　
　　2.中国的能源结构
　　中国是一个能源生产大国，也是一个能源消费大国。50多年来，中国能源消耗量急剧上升，而且所消耗的能源始终是以煤炭为主。图2显示了1953年~2005年中国一次能源消耗变化情况。
　　
　　以2003年为例,全年能源消费总量约为16.8亿吨，比2002年增长13%，其中：煤炭占67.2%，石油占22.7%，天然气占2.8%，水电等占7.3%。与其他各国相比，我国煤炭能源的比重很大，而清洁能源的比重很小，由此可以看出，要想我国的能源今后能够得到可持续发展，改变能源结构的任务将非常艰巨。
　　（二）国际上矿物能源枯竭还有多远
　　当今世界，每年要消耗大量的能源，且能源的消耗量正以惊人的速度增长着，在消耗的能源中，非再生能源就占了90%。如煤、石油、天然气等矿物能源（也称为化石能源），它们是几十万年来沉寂在地层深处的自然资源，是不可能再生的。对这些资源的大量开采，总有一天会“弹尽粮绝”，“坐吃山空”。
　　根据1992年世界能源会议的报告说，目前世界非再生能源的资源和前景不容乐观，按目前已探明的储量，矿物能源的可供开采期为：
　　煤炭：还可开采210多年。
　　石油：仅够开采40多年。
　　天然气：仅可开采50多年。
　　根据日本、欧盟等能源机构预计，全球化矿物源的枯竭是不可避免的，其峰值将在2020－2030年出现，并在本世纪内基本开采殆尽。
　　人类自1973年以来，共向地球索取了5000亿桶（约合800亿吨）石油，剩下的石油按现有生产水平匡算，还可保证开采44年。天然气也只能持续开采56年，一些国家的煤炭资源已采掘殆尽。
　　世界各国都还在积极地探测蕴藏在地底下尚未被发现的可开采能源。我们还不能准确地预测出地球上的矿物能源还够人类开采多少年，但有一点是肯定的，那就是数量再多，究竟有限，总有被开采完的一天。
　　（三）中国传统能源枯竭还有多远
　　1．需求
　　我国长期能源形势十分严峻，但能源需求却越来越大。预测到2050年，能源年耗将达到标煤38亿吨（相当于2000年的3倍），成为世界第一能耗大国。
　　2．储量
　　如图3所示，我国各种一次性能源资源储量均低于世界平均水平。且我国正处在经济社会的快速发展时期，已经成为世界第二大能源消费国，快速增长的能源需求态势，使能源供应问题在未来越发严重。
　　
　　3．开采
　　与全球能源形势相比，我国一次性能源煤炭、石油和天然气的开采形势更不容乐观，其时间表均早于全球化石能源枯竭速度。开采、利用技术水平低、能效差，能源安全形势严峻。
　　4．结构
　　电力在能源结构中比重小、供应缺口大。 可再生能源的比重很小，发展缓慢。
　　（四）气候变暖的严重后果
　　1．热带面积扩大
　　最近一期的英国《自然•地球科学》杂志发表了美国国家海洋和大气管理局实验室的一项研究报告，地球上的热带区域从1979年至2005年间已向南北方向总计扩张了2至4.8个纬度的距离，相当于200公里至500公里。一般而言，热带是指地球上南纬23.5度和北纬23.5度之间的区域。
　　2．干旱、洪涝加剧
　　 干旱和洪涝程度提高，地域面积扩大。气候良好的地域面积减少。
　　3．海平面提高
　　报告预测，本世纪末全球海平面将上升大约一米。而其中15%是由于北极变暖而造成的。在孟加拉，大约有一千七百万人口居住在海平面一米以下的区域。而在其他地方，如美国的佛罗里达、路易斯安那、曼谷和马尼拉等地也都将受到海平面上升的威胁。
　　（五）温室气体带来的严重后果
　　温室气体是指具有温室效应的气体。大气层短波太阳辐射可以较容易通过这些气体到达地面，而地面和物体发散的长波辐射却被这些气体阻隔不易逸出，使近地面的气温增高。
　　大气中的主要温室气体有二氧化碳（CO2）、臭氧（O3）、甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）、氟氯烃化合物（CFCS）等，空气中温室气体的虽然只有1/10000-1/1000，但其温室效应十分强烈。
　　研究温室气体对全球气候的影响都是利用数值实验取得，实验结果表明，当CO2加倍时会使所有纬度上地面气温增加；全球年降水量增加，但各纬度增加不一致。
　　1．大气中的二氧化碳浓度增加
　　自18世纪晚期以来，大气中的二氧化碳浓度增加了36％，这主要是由人类使用化石燃料和毁林等活动引起的。另外，释放到大气中的一氧化二氮有1/3左右来源于人类活动；大气中60％的甲烷来源于人类活动。
　　2．对北极造成毁灭性影响，北极熊可能灭绝
　　《北极气候变化影响评估》报告是由北极协会的八国政府聘请250多个科学家经过一系列的考察和分析做出的。
　　报告指出，北极地区正在受到气候变化影响并产生严重的后果。北极生物将受到生存环境改变的巨大威胁。北极熊、海豹等物种首当其冲，北极脆弱的生态系统岌岌可危。同时，北极地区气候变化所产生的后果还将反作用于气候系统，引起更大的全球变化。北极冰川所储存大量的淡水注入海洋将使海平面上升。海冰的大量融化使得北极地区反射太阳光能力减弱，这也将进一步引起气温变暖。
　　3．飓风和海啸次数增加、强度加大
　　美国国家海洋及大气管理局3月14日发布了2005年大气的监测数据，初步测算结果显示，2005年大气中二氧化碳浓度创造了新的最高记录，达到了381ppm（ppm表示每百万个空气分子中二氧化碳分子的数量）。
　　据专家介绍，在过去40万年间，二氧化碳在大气中的浓度约为180～280ppm，但是从工业革命后，二氧化碳浓度不断上升。世界气象组织2006年3月14日公布的首份《大气中温室气体状况》年度报告中公布，到2004年底，大气中二氧化碳、甲烷和一氧化二氮三种温室气体浓度分别比工业化时代之前高出35%、155%和18%。
　　4．大气辐射驱动效应增强
　　温室气体长期留存在大气中就会形成辐射驱动效应并导致大气温度上升。世界气象组织说，自1750年工业化时代开始以来，各种温室气体的变化导致了大气辐射驱动效应增强，而二氧化碳、甲烷和一氧化二氮这三种主要温室气体所起的作用，在所有温室气体中所占比例高达88%。
　　根据美国航空航天局的监测结果，2005年地球表面的平均温度达到了19世纪末有温度记录以来的最高。去年9月的一份研究报告指出，过去20年中，风力强大的四级、五级飓风的发生频率一直在持续上升，而在此期间，海洋表面的平均温度也一直在升高。因此，很可能是海洋上温暖的水蒸气为飓风提供了强大能量。
　　科学家担忧地表示，目前大气二氧化碳的浓度已经是侏罗纪时期发生严重温室效应时二氧化碳浓度的1/4。人类如果放任它如此增长下去，100年以后，或者是更短的时间内，很可能发生像侏罗纪时期同样程度的温室效应。届时，两极冰盖融化，陆地减少，气温大幅上升，大量生物灭绝……
　　
　　三、新能源和可再生能源的潜力及新的危机
　　
　　（一）能源的分类
　　1. 常规能源的种类
　　常规能源是指当前普遍使用的能源，即煤、石油和天然气燃烧产生的能源以及水能。
　　2. 新能源的种类
　　新能源的定义是相对于常规能源，其种类有：太阳能，潮汐能，地热能，生物能源，核能等。
　　3. 可再生能源的种类
　　可再生能源是指自然界中可以再度产生的能源，如风能、太阳能、水能、潮汐能、地热能和生物质能等。
　　（二）新能源和可再生能源的原理及发展潜力
　　此处仅针对太阳能和核能阐述其原理和发展潜力。
　　1. 太阳能
　　（1） 原理：
　　① 电的产生
　　太阳能电池结构如图4所示。当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
　　
　　② 光伏电源系统构成
　　图5显示了光伏电源系统构成，太阳能电池组件经过光照，在两极产生电位差，形成电压，送至控制器，控制器将电压送到直流负载，供支流设备用电，如果负载是交流设备，则经过逆变器转换成交流，再送至交流负载。控制器也可以将电压送至电瓶组进行充电，在需要的时候再将电瓶组的电传送至负载，例如，白天对电瓶组充电，晚上供照明用电。
　　
　　（2） 太阳能的发展潜力
　　太阳是一个巨大的、久远的、无穷无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量相当于目前世界上能耗的40倍。
　　太阳能源是可再生能源，它取之不尽、用之不竭；并且，由太阳能产生的能源对环境友好，对地球及人类的生存环境的危害几乎可以忽略不计。因此，世界各国都非常重视太阳能的利用。
　　在地球上应用光伏技术也有许多不利因素，下雨、阴天影响发电，灰尘影响对电池组件的光照效果，风暴可能毁坏电池组件，架设电池组件的地方影响植物生长等。
　　对于人类来说，接收太阳能最理想的地方是月球。因为月球上没有空气，没有云彩，不会下雨，天空中没有灰尘，对太阳光的吸收率很高。世界上发达国家已经提出了在月球上建立光伏发电系统的设想。
　　（3） 太阳能的应用现状：
　　① 国际太阳能的应用现状
　　2005年全球太阳能装机总量达到历史新高的1460MW，增长了34%，而其中德国占据了整个光伏市场的57%，在05年达到837MW，增长53%（如图6所示）。预测到2010年全球年装机总量将达到3.2至3.9GW。
　　
　　据国际太阳能咨询公司最新统计数据显示，2007年全球太阳能电池产量达到3436兆瓦，较2006年增长了56%，中国厂商市场占有率由2006年的20%提升至35%。
　　② 国内太阳能的应用现状
　　与国际上蓬勃发展的光伏发电形式相比，我国落后于发达国家10－15年，甚至明显落后于印度。但是，我国光伏产业正以每年30%的速度增长。
　　光伏发电目前主要的方法是使用硅，我国是世界上盛产硅的国家之一。
　　目前全球金属硅产能100万吨左右，主要生产国有美国、俄罗斯、日本、挪威、巴西、中国等。近几年，巴西、中国生产能力不断提高，成为世界金属硅生产、出口大国，我国金属硅生产能力在77万吨左右，2000年以来，我国每年的工业硅产量都达到40万吨以上，约占世界工业硅的三分之一，年出口量超过了30万吨。
　　据四川网络电视视频台（作者：杨力君）于2007年7月26日报道，从西昌市政府获悉：“十一五”国家高技术研究发展计划先进能源技术领域重点科技项目――“兆瓦级聚光伏（CPV）并网电站（简称太阳能光伏电站）”经四川省科技厅上报，获国家科技部批准落户西昌。
　　通过该项目的研究实施，建立并网聚光光伏（CPV）电站的科学研究体系，将带动我国并网聚光光伏电站产业的发展，还大幅度的降低太阳能光伏发电成本，并加快了太阳能光伏发电商业步伐。
　　2. 核能
　　（1） 原理
　　①能量的产生
　　原子弹：是利用铀-235或钚-239等重原子核裂变反应所产生巨大的能量。
　　氢弹：用一层能产生聚变反应的氘，把一个原子弹包围起来，就成了氢弹。当原子弹爆炸时，产生的热能够引起氘的聚变，这就是氢弹爆炸。
　　由于热核反应难以控制，所以把核聚变能转变成动力，就成了科学家努力的方向之一。在地球上，只有在原子弹的爆炸中心才具备热核反应发生的条件，因为那里能产生几百万度以上的高温。
　　② 核能发电原理和核燃料状况
　　核能发电就是利用核燃料在核反应堆中进行可控自持链式裂变反应产生的热能进行发电的方式。核燃料通常指可裂变核素铀233、铀235和钚239或其混合物。核燃料在裂变反应后，发生所谓质量亏损，即反应中核燃料的一部分质量（m）转化为能量（E）。按爱因斯坦质能关系式 E＝mc2（式中c为光速），很少的质量亏损能转化为巨大能量。据计算，一座百万千瓦的核电站，每年消耗铀235约25吨。而同功率的火电厂每年耗煤达6875万吨。
　　由于过去使用的核燃料具有放射性，所以对核电站的安全防护要求格外严格，所花费投资也很大。从1954年首座核电站在前苏联建成后，直到1966年，由于核浓缩技术的发展，核能发电的成本在发达国家才低于火电成本，从而使核能发电真正迈入实用阶段。自然界存在的可裂变元素只有铀235，而它只占天然铀的0.7％（其余均为铀238），但在核电站中可将一部分铀238转变为钚239，钍232（自然界中大量存在）转变为铀233，所以核燃料的储藏量能满足较长时期的核能发电的需要。
　　从图3可以看出，世界上和中国铀的储量有限，只够开采几十年，为最终解决人类的能源问题，科学家们正在研究热核聚变发电。核聚变能在瞬间释放巨大能量（如氢弹），1千克氘的热值相当于4千克铀235裂变所能释放的能量。而当前最需要解决的问题是如何实现核聚变反应的人工控制。世界各国对此都投入了巨大的人力、财力和物力。
　　③ 压水反应堆核电厂原理
　　利用核能生产电能的电厂称为核电厂。由于核反应堆的类型不同，核电厂的系统和设备也不同。压水堆核电厂主要由压水反应堆、反应堆冷却剂系统（简称一回路）、蒸汽和动力转换系统（又称二回路）、循环水系统、发电机和输配电系统及其辅助系统组成，其流程原理如图7所示。通常将一回路及核岛辅助系统、专设安全设施和厂房称为核岛。二回路及其辅助系统和厂房与常规火电厂系统和设备相似，称为常规岛。电厂的其他部分，统称配套设施。实质上，从生产的角度讲，核岛利用核能生产蒸汽，常规岛用蒸汽生产电能。
　　
　　反应堆冷却剂系统将堆芯核裂变放出的热能带出反应堆并传递给二回路系统以产生蒸汽。通常把反应堆、反应堆冷却剂系统及其辅助系统合称为核供汽系统。现代商用压水堆核电厂反应堆冷却剂系统一般有二至四条并联在反应堆压力容器上的封闭环路（见图8）。每一条环路由一台蒸汽发生器、一台或两台反应堆冷却剂泵及相应的管通组成。一回路内的高温高压含硼水，由反应堆冷却剂泵输送，流经反应堆堆芯，吸收了堆芯核裂变放出的热能，再流进蒸汽发生器，通过蒸汽发生器传热管壁，将热能传给二回路蒸汽发生器给水，然后再被反应堆冷却剂泵送入反应堆。如此循环往复，构成封闭回路。整个一回路系统设有一台稳压器，一回路系统的压力靠稳压器调节，保持稳定。
　　
　　为了保证反应堆和反应堆冷却剂系统的安全运行，核电厂还设置了专设安全设施和一系列辅助系统。
　　一回路辅助系统主要用来保证反应堆和一回路系统的正常运行。压水堆核电厂一回路辅助系统按其功能划分，有保证正常运行的系统和废物处理系统,部分系统同时作为专设安全设施系统的支持系统。专设安全设施为一些重大的事故提供必要的应急冷却措施，并防止放射性物质的扩散。
　　二回路系统由汽轮机发电机组、冷凝器、凝结水泵、给水加热器、除氧器、给水泵、蒸汽发生器、汽水分离再热器等设备组成。蒸汽发生器的给水在蒸汽发生器吸收热量变成高压蒸汽，然后驱动汽轮发电机组发电，作功后的乏汽在冷凝器内冷凝成水，凝结水由凝结水泵输送，经低压加热器进入除氧器，除氧水由给水泵送入高压加热器加热后重新返回蒸汽发生器，如此形成热力循环。为了保证二回路系统的正常运行，二回路系统也设有一系列辅助系统。
　　循环水系统主要用来为冷凝器提供冷却水。
　　我们看到，在压水堆电厂，一回路系统的冷却剂与汽轮机回路工质是完全隔离的，这就是所谓的“间接循环”。采用间接循环具有使二回路系统免受放射性玷污的优点，但它与采用直接循环的沸水堆核电厂（图9）相比，增加了蒸汽发生器。压水堆体积较小和控制要求简单等因素可以弥补这一不足，并使这种系统设计在经济上具有竞争力。
　　发电机和输配电系统的主要设备有发电机、励磁机、主变压器、厂用变压器、启动变压器、高压开关站和柴油发电机组等组成。其主要作用是将核电厂发出的电能向电网输送,同时保证核电厂内部设备的可靠供电。
　　发电机的出线电压一般为22kV左右，经变压器升至外网电压。为保证核电厂安全运行，核电厂至少与两条不同方向的独立电源相连接，以避免因雷击、地震、飓风或洪水等自然灾害可能造成的全厂断电。
　　
　　每台发电机组的引出母线上，均接有两台厂用变压器。为厂用电设备提供高压电源。高压厂用电系统一般为6kV左右。该高压厂用电系统直接向核电厂大功率动力设备供电。对于小功率设备,经
　　变压器降压后供给380/220V低压电源。通常高压厂用电系统分为工作母线和安全母线两部分，高压厂用电系统的工作母线，可以由外电网或发电机供电，高压厂用电的安全母线，除外网和发电机外，还可由柴油发电机供电。
　　在电厂正常功率运行时，发电机发出的电能大部分经主变压器升压至外网电压输送给用户。同时，整个厂用设备的配电系统由发电机的引出母线经厂用变压器降压后供电。当发电机停机时，则由外部电网经启动变压器供电。当外网和发电机组都不能供电时，则由柴油发电机组向安全母线供电，以保证核电厂设备的安全。
　　输配电系统的设计与机组容量、电网系统环境等密切相关，各核电厂设计会有较大差异，图10所示为一般核电厂电气系统示意图。
　　
　　 将重原子的核裂变反应和轻原子的聚变反应所产生的巨大能量不是用于武器而是用于发电等民用需求，称为和平利用核能。
　　世界上已有许多国家加速利用核能。
　　核能的和平利用方式主要是核电厂，其他的还有船舶动力、核供热和海水淡化等。下面以压水堆核电厂为例，简要介绍如何实现核能发电（如图7所示）。
　　（2） 新的核燃料
　　谈到核能，人们很容易想到铀，介绍新的核能源的燃料，需要认识四种人们过去不熟悉的物质，即氕、氘、氚和氦-3。
　　氕〈名〉[piē]
　　原子质量为1的普通的轻氢同位素
　　氕是氢的同位素之一，符号H。质量数1。它是氢的主要成分。
　　氘 [dāo]
　　氘，氢的同位素之一，符号D，其原子量为普通轻氢的二倍，少量的存在于天然水中，用于核反应,并在化学和生物学的研究工作中作示踪原子。
　　氚〈名〉[chuān]
　　氢的放射性同位素,原子量为普通氢的三倍，半衰期12.5年，蜕变时放出β射线后形成质量数为三的氦。用中子轰击锂可产生氚。
　　氚是氢的同位素之一，即“超重氢”。符号T，质量数3。具有放射性。自然界中存在极微，从核反应制得。主要用于热核反应。
　　3He氦-3
　　氦-3是氦的同位素，是一种地球上稀罕的物质，在核聚变反应中能释放出巨大能量，几乎不产生放射性污染，因而被称为完美能源。
　　上述四种物质中，氘、氚和氦-3可以作为核燃料。
　　（3） 新的核燃料的开发潜力和应用前景
　　 谈到新的核燃料的开发潜力和应用前景，可以这样下结论：取之不尽，用之不竭，应用前景广阔。
　　①氘和氚
　　氘和氚在地球上蕴藏极其丰富，据测，每１升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油，这就是说，1升海水可产生相当于300升汽油的能量。一座100万千瓦的核聚变电站，每年耗氘量只需304千克。
　　氘的发热量相当于同等煤的2000万倍，天然存在于海水中的氘有45亿吨，把海水通过核聚变转化为能源，按目前世界能源消耗水平，可供人类用上亿年。锂是核聚变实现纯氘反应的过渡性辅助“燃料”，地球上的锂足够用1万年~2万年，我国羌塘高原锂矿储量占世界的一半。
　　氚虽然在自然界中几乎不存在，但它却可以在聚变过程中通过锂的转化产生，而地球上锂的储量非常丰富。
　　1公斤聚变燃料所产生的能量相当于1000万升石油产生的能量。由此推算，地球上氘和锂的储量足够人类使用数百万年。
　　地球上海水的总量，估计有13亿7千万立方公里，因此海水中氘的总贮存量，大约有25万亿吨，相当于5万亿亿吨石油。假如将这么多石油放在地球上，可以使整个地球表面包上一层厚达1000公里的石油!
　　目前，美、英、俄、德、法、日等国都在竞相开发核聚变发电厂，科学家们估计，到2025年以后，核聚变发电厂才有可能投入商业运营。2050年前后，受控核聚变发电将广泛造福人类。
　　我国自行设计和研制的最大的受控核聚变实验装置“中国环流器一号”已在四川省乐山地区建成，并于1984年9月顺利启动，它标志着我国研究受控核聚变的实验手段，又有了新的发展和提高，并将为人类探求新能源事业做出贡献。美中两国科学家分别于1993年和1994年在这个领域的研究和实验中取得新成果。
　　2002年12月2日，标志着我国核聚变研究踏上新征程的核聚变研究装置――中国环流器二号Ａ（HL-2A）装置在位于四川成都的核工业西南物理研究院宣告建成并举行了隆重的开机典礼。
　　图11给出了中国的“人造太阳”装置――“中国环流器二号Ａ”（简称“HL -2A”）。它是我国第一个具有偏滤器位形的托卡马克装置，其中央为一环形的真空室，外面缠绕着无数线圈，通电时其内部会产生巨大的螺旋型磁场，它可以约束高温（通常为上亿摄氏度）高压极端条件下的等离子体。该装置的目的是探索利用磁约束原理来实现受控核聚变。
　　在最近的几年里，我国科学家利用“HL -2A”取得了一系列成果。
　　2006年，“HL-2A”的运行参数达到等离子体电流430 kA，纵向磁场2.7 T，并实现了在高等离子体电流条件下连续23次的重复稳定放电。这是继“HL-2A”2003年成功实现偏滤器位形放电以来，我国核聚变装置取得的又一重要成果。
　　2006年12月，通过利用兆瓦级电子回旋共振加热等手段，“HL-2A”内的等离子体电子温度“跃升”到5 500万摄氏度，朝核聚变装置“点火”所需的上亿摄氏度高温迈进了一大步，成为迄今我国磁约束核聚变装置达到的最高等离子体电子温度，标志着我国磁约束核聚变研究跃上了一个新台阶。
　　2007年，“HL-2A”的物理实验又取得了一批国际创新性的成果：在国际磁约束聚变研究领域，首次发现了自发产生的粒子输运垒存在；首次观测到与理论一致的准模结构；首次证实低频带状流的环向对称性现象。这是我国科学家对磁约束聚变等离子体物理做出的新贡献，表明我国在高温等离子体输运物理研究方面已步入国际前沿。
　　
　　与此同时，中国西南物理研究院还自主研制了兆瓦级中性束加热系统，并成功地应用于“HL-2A”装置的物理实验；首次成功研发了国内最大功率中性束离子源（单个离子源离子束功率达0.8兆瓦以上），填补了我国在大功率中性束加热领域的工程技术空白，成为我国在核聚变关键工程技术方面的又一项重大技术突破。
　　中性束加热是当今核聚变能源研究及未来聚变堆的主要加热手段之一。大功率离子源是中性束加热系统的核心关键部件。目前，只有日本和欧美等少数西方发达国家掌握了大功率离子源的研制技术。西南物理研究院“HL-2A”兆瓦级中性束系统的成功研制和应用，标志着我国大功率中性束加热技术取得了突破性进展，表明我国已具备开展中性束注入条件下聚变等离子体物理实验研究的能力。这不仅极大地提升了我国核聚变的工程研制能力和实验研究水平，也为我国未来聚变堆的自主研发和运行奠定了必备的工程技术基础。
　　②氦-3
　　氦-3的性能：
　　以3He为燃料的核聚变反应比氘氚聚变更清洁，效益更高，而且与放射性的氘氚不同的是3He是一种惰性气体，操作安全。获得过诺贝尔奖金的科学家博格、美国总统军备控制顾问保罗•尼采1991年曾撰文说，没有其它能源能像3He那样几乎无污染。
　　3He的储量：
　　在地球上氦-3的储量仅有半吨，可在月球上却蕴藏丰富，约有100万吨~500万吨，可满足地球数千年的电力需要。
　　假如能实现以核聚变的能源原料发电，中国一年的发电量需要“氦-3”约为十吨，全世界一年的用量约一百多吨，可供人类近一万年的能源需求。
　　美国核聚变技术专家认为，如果以石油价格为标准，每吨氦-3价值约40亿美元，因此可以说，氦-3是月球上的“金矿”。
　　开发应用计划：
　　美国和俄罗斯都将开采月球上的氦-3作为未来太空开发计划的重点。俄罗斯太空能源机构称，俄计划于2015年在月球上建立氦-3开采基地，使用一次可携带25吨的太空拖船运回地球。虽然开采和运输成本巨大，但据初步估算，在发电量相同的情况下，使用月球能源氦-3的成本只有目前核能成本的1/10。
　　获取能源的方案：
　　获取能源有两种方案。
　　方案一：可以用航天飞机将氦-3运回地球，然后加以利用。如今的技术条件已经足够达到这一点。而星际开发的花费只是现在的核电站发电成本的1/10。
　　方案二：目前还在假设阶段。不将氦-3运回地球，而是直接在月球上建立核能源基地，将电能传输到静止轨道上的中断卫星，再传送到位于地球的接收站，然后分配到各个地区，供用户使用。
　　3．我国发展新能源的优势和前景分析
　　中国是一个常规能源原料贫乏的国家（煤、石油、铀等，但是中国是一个发展新能源占优势的国家。
　　太阳光伏：我国盛产硅，太阳能电池原料丰富。我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。我国地处北半球，南北距离和东西距离都在5000公里以上。在我国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米４千瓦时以上，西藏日辐射量最高达每平米７千瓦时。年日照时数大于2000小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。
　　氘和氚：海中公共资源。我国有300多万平方公里的领海，岸线长，从最北的辽宁鸭绿江口至最南的广西北仑河口，总长18000多公里。如果加上6000多个岛屿与周围海域形成的岛屿岸线14000公里，那么我国海岸线的总长度则超过32000公里，在世界各国中名列前茅。
　　氦-3：中国是一个航天大国，如果其他国家能从月球获取氦-3，中国也已定能够做到。
　　
　　四、世界能源发展趋势和各国政策导向
　　
　　（一）国际
　　人类进入21世纪以后，世界各国更加清醒地认识到化石能源燃料枯竭的危险性、温室气体的危害性和发展新能源的重要性。各国根据自身的国情，纷纷出台政策，鼓励和促进新能源的发展，并采取有力的保护和激励措施。
　　1、美国
　　美国2005年8月公布的能源新法案（EPACT，2005）除了鼓励美国本土的能源生产之外，从立法上提出了促进消费者节约能源，使用清洁能源的可行措施。新能源法案的重点是鼓励企业使用可再生能源和无污染能源，并以减税等措施，鼓励企业、家庭和个人更多地使用节能和清洁能源产品。
　　2、英国
　　英国能源新政策的四大目标：
　　-铺筑减碳之路：英国将走上减碳的道路，到2050年减少（当前水平的）60%的温室气体排放
　　-确保能源供应的可靠性
　　-培育竞争性市场，提高生产力，促进经济的可持续发展
　　-提供每一家庭充足和廉价的能源
　　2000年1月，英国制定了2010年可再生能源发电占英国电力总量10%的目标，而且电价应是消费者能够承受的。在白皮书中，英国政府又提出了2020年可再生能源发电达20％的目标。
　　3、德国
　　2000年4月德国联邦议院正式通过了可再生能源法（KEL）。该法取消了对可再生能源发电的上限，并要求将可再生能源发电在所有供电公司按其总电力销售量进行分配，确保没有一个地区财政负担过重。可再生能源法还要求运行输电线路的公司支付与电力网连接的费用，消除电力公司以抬高联网费用来阻碍风能的开发。
　　该法案最重要的一点是，根据发电的实际成本，为每一种可再生能源发电技术确立了每kWh的特定支付金额。电力公司有资格参与该支付费用的确定，这是电力部门解除官方控制产生的一种变革。该法的实施对德国风电的发展起到的非常重要的促进作用，2001～2005年间，德国风力发电装机容量年均增长20.9%，2005年达到18428MW，为全球最大的风能市场。
　　4、法国
　　法国尤为重视核能的开发利用，2005年核电生产量占其电力生产量的份额高于78%。在其他新能源开发方面，法国制订相应的法规，重点实施加速发展生物能源的各项措施，力求到2010年实现将可再生能源产量提高50%的目标。
　　从2005年1月1日开始，法国政府对使用可再生能源生产能源的设备实施税收抵免40%的政策，并在2006年将抵免幅度进一步提高到50%。与此同时，国家还制定了一系列的扶持计划，其中包括国家电力公司和其他电力供应公司不得拒绝收购企业利用可再生能源，尤其是风能生产的电力等，并制定了在2010年，全国可再生能源生产应占全国能源生产10%的目标。
　　5、日本
　　日本是一个陆地面积仅为37万平方公里的小国，但却是世界第四大能源消费国，第二大能源进口国。由于资源匮乏，日本的能源严重依赖进口，进口能源占能源消费总量的80%。特别在油气资源方面，日本国内产量几乎为零，99%以上的石油都需要依赖进口，是世界第二大油气消费和进口大国。
　　日本是世界上能源利用效率最高的国家之一。当年的能源利用率为中国的7倍，美国的2倍，为同等发达国家之首。
　　日本拥有核电站55座（2006年）之多，核能发电量占全国发电总量的1/3，是仅次于美国的世界第二大核电国家。
　　从2000年开始，日本太阳能光伏发电、太阳电池产量和出口量就已经多年位居世界首位，约占世界的半壁江山。
　　日本大力发展清洁能源车，2000年底，共有清洁能源车6.2万辆，其中电动车3800辆，混和车5万辆，天然气车7800辆，甲醇车1304辆。燃料供应设施中，有54处充电站，556处天然气加气站，38处甲醇添加站。预计到2010年，洁净能源车将达到348万辆，比2000年增长50多倍。
　　日本汽车企业已基本将氢燃料电池视为未来汽车的主要替代能源，而丰田、本田等日本企业在氢燃料电池方面走在世界前列。2002年12月2日，丰田会长奥田硕将燃料电池车“FCHV”交给小泉，成交了世界第一单燃料电池车的生意。另外，日本政府最近制定出环保汽车的发展规划，希望在2010年能够有5万辆燃料电池车在日本国内行驶。日本运输省及环保省的官员宣布：日本将尽量提升低污染汽车的使用率，即从当前全国的63万辆包括双动力引擎汽车和燃料电池汽车增至2010年的1000万辆。
　　（二）国内
　　为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展， 2005年2月28日，我国颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，此后，各省纷纷出台具体政策，鼓励和促进新能源的开发和应用。例如，为加强民用建筑节能管理，降低建筑物使用能耗，提高能源和资源的利用效率，9月20日起，甘肃省开始实施《甘肃省民用建筑节能管理规定》。根据此项规定，甘肃省将鼓励单位和个人在不影响建筑物质量、安全和城市景观的前提下安装使用太阳能热水系统、太阳能供热采暖和制冷系统、太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统。建设单位未在设计或施工招标文件及相关合同中明确民用建筑节能技术要求和产品技术指标的，由县级以上建设行政主管部门处以1万元以上3万元以下的罚款。
　　
　　五、新能源的发展必然促进高校专业的发展
　　
　　世界能源结构和能源燃料的大幅度改变必然导致支撑技术和人才的新的需求，这包括需要在高校开设新的专业，或者已有专业扩展新的方向。现在，仅就太阳能和核能的发展来看需要支撑的专业或技术。
　　（一）光伏技术
　　这是新兴的技术，目前大学里没有这个专业，人才非常缺乏，应该在电气工程与自动化专业中增设光伏技术方向，让学生在学习电气工程与自动化专业的专业课程的基础上学习太阳能发电原理、太阳能电池制造工艺等课程。
　　（二）核工程与核技术
　　这是教育部颁布的《全国普通高等学校本科专业目录》已有的专业，但是，全国只有极少数学校开设了此专业，随着核能开发与应用的发展，人才必然紧缺。
　　（三）航天技术、智能机器人技术
　　无论是在月球上开采氦-3，还是在月球上大面积地安装太阳能光伏系统，都存在一个很大的问题，那就是谁去做这些事情。月球上没有空气，没有水，人不可能长期呆在那儿，只有用机器人取代人，哪个国家拥有高智能的机器人和先进的航天技术，哪个国家就在向月球索取能源方面占有优势。因此，我国应该大力发展智能机器人技术，大学应该为培养这方面的人才做出贡献。
　　（四）太阳能量转换新材料
　　2006年5月8日-12日，第四届世界光伏能量转换大会（The 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion -WCPEC）在美国夏威夷州库纳岛举行。会议预言，在2050年以后，光伏发电量将达到世界总发电量的50%以上。如果这个预言将来能成为现实，太阳能量转换材料是至关重要的。目前，世界上大量使用的是硅材料，但是，目前世界上95％以上的太阳能生产厂家和产品均为多晶硅电池，此项技术制作成本高，制作工艺复杂，且核心技术被少数几个发达国家掌握，严重影响太阳能发电的大面积应用。因此，基于硅材料的新的制造工艺的研究（如非晶硅薄膜光伏电池技术），基于其它材料的太阳能电池的研究（如染料敏化太阳电池）迫在眉睫，高校如果在这个方面积累技术力量，以物理、化学为基础，开展光电转换新材料的研究是非常必要的，培养人才，不仅向社会做出了贡献，也会为自身形成特色。
　　（五）激光技术
　　激光技术应用非常广泛，而从月球上索取能源，也离不开激光技术，利用激光技术，可以进行用于远距离测量和探测稀有资源。
　　（六）自动控制技术
　　太阳能光伏系统和核能发电系统都离不开自动控制技术。
　　《2006年中国太阳级硅材料及硅太阳电池研讨会》大会报告中，有人语言，到2020年全球光伏发电量将占总发电量的1.1%。到2040年占21-26%，在2050年以后，光伏发电量将达到世界总发电量的50%以上。要达到这个目标，需要实现一个巨大的工程，需要大批的工程技术人员，教育若不跟上这个形势，人员将会奇缺。
　　2007年4月份国务院发布了关于核能发展的全球规划，到2020年，我国的电力、核电装机容量要达到4000万千瓦。目前，中国核电只占整个的装机容量的2．2％，世界平均值是16％，所以中国有广阔的空间和发展的余地。
　　到2020年我国总装机容量达到4000万千瓦，必须具备30座百万级千瓦的核电站，只占我们整个装机容量的4％，因此大部分能源供给还是依靠化石原料，煤占了75％，新能源，包括核能在内比例很小。如果我们要达到世界平均值16％，将要建立一批百万级千瓦的核电站，技术人员同样紧缺。
　　六、结束语
　　本文的目的是想引起投资者、教育界人士对能源发展动向的关注，共同促进新能源相关技术的发展。文中如有不妥之处，敬请批评。本文引用网上诸多文章中的阐述和数据，在此向被引用文章的作者和网站表示感谢。
　　
　　参考文献
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　　[9] http：//www.省略 中国经济时报，发展核能前景广阔，2008.

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