下一百年的能源課件

大綱能源的基本性人類社會的能源問題能源現(xiàn)狀與困境新能源核能，聚變，燃料循環(huán)蓄能技術一百年內能源預測1大綱能源的基本性12能源的基本性相關概念：能量，時間，物質，運動，負熵，演化，進化，發(fā)展……能量是一切變化的基礎，沒有能量（能源）就沒有時間從大爆炸到地球從最簡單的生物到人類從原始社會到現(xiàn)代社會生物進化史和社會發(fā)展史就是能源利用史。從低等生物到高等生物，從原始社會到現(xiàn)代社會，雖然能量利用效率不斷提高，但比能量消耗越來越大。對于人類社會，能源消耗總量剛性增加。電力彈性系數(shù)（電力/GDP）一般大于12能源的基本性相關概念：能量，時間，物質，運動，負熵，演化，人類的生物進化史和社會進化史都是能源消耗增加史3人類的生物進化史和社會進化史都是能源消耗增加史3世界能源需求（百萬噸石油）4世界能源需求（百萬噸石油）4二氧化碳排放5二氧化碳排放5能源困境如果沒有大的變化（政策，技術，能源消耗模式），到2030年，總能量消耗在2019年基礎上增加45%，化石燃料仍然占80%。到2030年，全球氣溫將升高6度。海平面上升，極端氣候頻繁大量發(fā)展中國家不太可能得到大規(guī)模先進能源供應。能源枯竭，社會動亂國際爭端加劇6能源困境如果沒有大的變化（政策，技術，能源消耗模式），到20中國能源問題非常嚴重煤比重過大，消耗量占全世界40%，最大煤炭消費國發(fā)電量增加很快。每年一個法國，其中90%來自燃煤環(huán)境污染嚴重，國際壓力很大。京都議定書約定發(fā)達國家到2019年減少的CO2排放量不足中國同期增加的零頭石油儲量僅可開采18年，煤147年人口眾多，城市化，現(xiàn)代化（家電，交通），工業(yè)用電，人均消耗增加更快能源是國家重大戰(zhàn)略問題，必須很快找到大規(guī)模，安全（技術與戰(zhàn)略）的替代能源7中國能源問題非常嚴重788地球能量平衡地球能量平衡9中國初級能源類型10中國初級能源類型10未來聚變能世界初級能源比例未來聚變能世界初級能源比例11新能源12新能源12地球每年能源總量能源類型總量（1018J）吸收的太陽能3，850，000風能2，250生物能3，000人類使用的初級能源（2019）487人類使用的電能（2019）56.7鈾和釷自然裂變能12，000地球黑體輻射能（288K，地表，黑體）6，307，00013地球每年能源總量能源類型總量（1018J）吸收的太陽能3，8可再生能源可再生能源14太陽能總量巨大，約為目前人類利用所有能源的5000倍，是地球上幾乎所有生命活動的能量來源，但只占太陽總輻射能量的20億分之一密度也不小，全球平均340W/m2，海平面直曬大約1000W/m2，但地面平均僅為200～300，西藏也只有400有效利用方式：制熱（太陽灶，熱水器）發(fā)電：熱機（蒸汽渦輪，斯特林熱機）光伏，效率低，有效利用時間短，必須經過儲能過程（蓄電池，逆變）局部偏遠地區(qū)以及有錢環(huán)保人士使用缺點：不穩(wěn)定，能量密度低（光伏發(fā)電平均僅為每平方米數(shù)十瓦），占地，建設和維護成本都高優(yōu)點：多種利用方式，曬鹽，殺菌，供暖，制冷，照明，農業(yè)太陽能總量巨大，約為目前人類利用所有能源的5000倍，是地球15德國的太陽能抽水蓄能系統(tǒng)德國的太陽能抽水蓄能系統(tǒng)16太陽能命題現(xiàn)在市場上可以買到的太陽能板的平均功率(包括天氣，晝夜等因素）是：40W/m^2.

目前世界能源的消耗是：14TW(1TW=1.0E12W).

如果都用太陽能板需要：14E12/40m^2=35萬平方公里.

考慮到結構，間隔，和輔助設備：總用地在50萬平方公里左右，即中國面積的5%，世界

總耕地面積的３％。

世界總農業(yè)耕地面積為：1500萬平方公里

太陽能命題現(xiàn)在市場上可以買到的太陽能板的平均功率(包括天氣，17全部使用太陽能需要的資源40W/m^2.是太陽能板正對太陽時的發(fā)電量，占地面積是面板面積除以面板與地面夾角的余弦，再考慮太陽可利用時間，這個占地面積我相信對于美國的緯度，應該在100萬平方公里左右，否則發(fā)電時間有限制。這個40W/m^2也不是太陽能板的發(fā)電能力，要發(fā)40W/m^2的電，太陽能板的銘牌功率至少需要200W/m^2。

按照50萬平方公里計算，如果每平方米的太陽能面板，金屬支架，控制轉向裝置總重100公斤，50萬平方公里需要500億噸材料，大部分將是鋼鐵，比如300億噸，是全世界鋼鐵年總產量的20多倍，單晶硅需要量如果是10億噸，則是全世界單晶硅生產能力的10萬倍，全部硅生產能力的1000倍。對于鋼鐵，還有資源量的問題。2019年全球太陽能板總產量不到7GW，用15TW除以它再乘以200/40，需要1萬多年才能生產出來，就算再增大10倍生產力，也要1000年。

美國現(xiàn)在的發(fā)電裝機容量是1TW，如果要讓美國白天發(fā)的電，晚上能用，不考慮天氣影

響，至少需要1TWx12小時的蓄電能力，目前最經濟的蓄電手段仍然是鉛酸蓄電池，1TWx12小時等于4.3x10^5TJ，需要鉛酸蓄電池3億噸，是全球鉛酸蓄電池生產能力的200倍。

全部使用太陽能需要的資源40W/m^2.是太陽能板正對太18塵埃沉積“如果每平方米范圍內落下了一層4克重的塵埃，則會導致太陽能效率下降40%。在亞利桑那州，每個月沉積下來的塵埃則四倍于上述的塵埃量。在澳大利亞、中東以及印度等地，塵埃沉積率則更高”塵埃沉積“如果每平方米范圍內落下了一層4克重的塵埃，則會導致19風能與人類活動所需能源相比，總量很大美國大陸48州風力資源100億千瓦（現(xiàn)所有電力裝機10億千瓦，中國8億千瓦）中國的風力資源數(shù)據(jù)很搞笑（2019，2.53億，2009，22億），除了國內，沒有任何國際組織引用。密度也不小，主要資源區(qū)大于1千瓦/m2缺點：實際發(fā)電量是名義裝機容量的20～35%，不穩(wěn)定，對電網(wǎng)影響大，對蓄能總量要求太高中國風力調度能力很強風能與人類活動所需能源相比，總量很大20下一百年的能源課件21風力電機功率-風速曲線風力電機功率-風速曲線22生物質能量不小，對中國來說不實用，除非是為了消耗，比如陳糧利用秸稈利用（造紙，發(fā)電）因為太陽能到生物能轉換效率非常低，再轉換成燃料還要付出能量及生產成本占用大量土地，不減少排放，影響糧食安全生物質能量不小，對中國來說不實用，除非是為了消耗，比如陳糧利23其它潮汐能：資源量小，能量密度低，局部地區(qū)可以利用地熱：供暖和供水不錯，供電會逐年遞減，資源地地質不穩(wěn)定。如果有深層地熱資源開發(fā)技術出現(xiàn)（有助于防止超級火山爆發(fā)），總開發(fā)量可能大量出現(xiàn)水力：也算傳統(tǒng)能源，有季節(jié)性，滿負荷出力時間有限其它潮汐能：資源量小，能量密度低，局部地區(qū)可以利用24裂變核能與一般的看法相反，資源非常豐富，裂變核能對我們的影響很大。如果地球上鈾和釷的豐度與地殼相同，鈾加釷總量大約為1017噸。板塊運動，火山，地震，造山運動的主要能量來源地球形成以來，共有約1017噸鈾和釷已衰變，共釋放1.7×1032J，平均功率為1.2×1015W，地球受太陽照射總功率1.74×1017W（包括被反射的30%）。目前鈾和釷的自然衰變功率還有約4×1014W礦產資源量：130USD/kg下是550萬噸。海洋中有100億噸，目前提取成本不到300

USD/kg，國際市場上鈾價格約100美元一公斤作為能源，與常規(guī)能源相比，鈾的價格非常低（煤約100美元一噸，一公斤鈾熱值相當于3千噸煤）如果完成燃料循環(huán)，所有能源有核能提供，全球每年所需鈾或釷不到1萬噸25裂變核能與一般的看法相反，資源非常豐富，裂變核能對我們的影響裂變燃料價格世界鈾年產量約4萬噸，共有貧鈾存量約100萬噸?，F(xiàn)貨價格不到100USD/kg。產量最高的國家是哈薩克斯坦，1萬余噸/年。26裂變燃料價格世界鈾年產量約4萬噸，共有貧鈾存量約100萬噸。傳統(tǒng)核能利用的問題裂變堆，燃料利用率低（1%），高增殖快中子堆尚未實現(xiàn)商用。必須進行乏燃料后處理，燃料增殖原料要濃縮，成本很高廢料難以安全處理本質的安全問題：鏈式反應是正反饋的，工作在臨界狀態(tài)，需要機械裝置精確控制反應速度，安全由裝置的可靠性保證。到2020年，中國要建近100坐新反應堆，將帶來很大的安全問題沒有任何核反應堆是絕對安全的，特別是在故意破壞和軍事打擊之下。切爾諾貝利級別的事故將疏散一個省，百年內這片土地不能使用解決方案：增殖或聚變驅動（混合堆）27傳統(tǒng)核能利用的問題裂變堆，燃料利用率低（1%），高增殖快中子聚變現(xiàn)有方案非常困難，100年之后磁約束裝置龐大，結構復雜，反應能量密度低，ITER僅500MW許多復雜問題尚未解決慣性約束驅動成本高不穩(wěn)定性不好控制（重復性）還有許多其他問題。如果不要求凈能量增益或者自持運行，兩種方案都容易實現(xiàn)得多，現(xiàn)有技術水平就可實現(xiàn)28聚變現(xiàn)有方案非常困難，100年之后28聚變驅動亞臨界裂變反應堆即混合堆(fusion-fisionhybrid)原理：高能中子與傳統(tǒng)非燃料鈾238和釷232有較高的裂變反應截面～1b，14.1MeV->200MeV由裂變提供額外的能量增益（4～100倍），可以大大降低聚變能量得失相當或增益的要求50年代就有人提出混合堆的想法，70年代美蘇舉辦過聯(lián)合討論會，70年代末80年代初研究比較活躍。后出于核不擴散的考慮，停止混合堆研究。2019年后重新重視。我國混合堆研究始于1980年。IPP和SWIP。將中子壁負荷要求從10MW/m2降到0.5MW/m2。29聚變驅動亞臨界裂變反應堆即混合堆(fusion-fisio優(yōu)點亞臨界，安全。U238和Th232只與高能中子（>2MeV）有較大反應截面，對裂變中子反應截面很小，不會發(fā)生鏈式反應失控。裂變高能中子量小。技術簡單，容易實現(xiàn)。唯一的要求是聚變中子源（<1MW/m2）。中子通量低，對聚變裝置技術要求降低。裂變廢料處理。大量快中子可以將99%的長壽命放射性裂變產物轉化為無害物質。資源豐富，原料利用效率高裂變燃料增殖（U233，Pu239），也可以生產氚30優(yōu)點亞臨界，安全。U238和Th232只與高能中子（>2M方案磁約束或慣性約束聚變+能量增益或增殖包層能源方案：高能量增益。包層采用自然鈾，輕度濃縮鈾，或低增殖鈾(釷)核燃料（Pu239，U233，T）增殖方案第一層采用Pb等非裂變材料，慢化和增殖中子，再用這些中子增殖核燃料需要較高聚變中子通量能源和燃料增殖兼顧31方案磁約束或慣性約束聚變+能量增益或增殖包層31LaserInertialFusion-FissionEnergy32LaserInertialFusion-FissionLIFE（LLNL）33LIFE（LLNL）33LIFE34LIFE34蓄能技術家用蓄能，電網(wǎng)蓄能大規(guī)模蓄能很難抽水蓄能壓縮空氣飛輪電解產氫超導強磁場熱能電池，超級電容蓄熱，蓄冷效率低能量密度低蓄能技術家用蓄能，電網(wǎng)蓄能35蓄能技術一百萬千瓦一天約需要60萬噸鉛酸電池，或12萬噸鈉硫電池，或15萬噸鋰電池，或9千萬噸水提升100米上海電力負荷約為2千萬千瓦，峰谷相差20%中國電力裝機8億千瓦中國鉛產量每年不到400萬噸，鉛酸電池約100萬噸上述電池典型放電周期為500～1000次，深度放電將導致電池失效大的電池陣列有負載和壽命均衡問題風力或太陽能蓄電要蓄很多天蓄能技術一百萬千瓦一天約需要60萬噸鉛酸電池，或12萬噸鈉硫36家用蓄能電池，鋰基，能量密度0.5～0.7kJ/公斤，相當于汽油1%成本仍然很高鋰-空氣電池理論能量密度可以達到現(xiàn)有鋰電池的10倍以上，需要納米科技家用電動汽車推廣后可以一定程度上實現(xiàn)工業(yè)蓄能家用蓄能電池，鋰基，能量密度0.5～0.7kJ/公斤，相當于37一百年內經濟與技術趨勢世界及中國能源需求總量剛性增加，2110年初級能源消耗將達到2019年的3倍，增量主要出現(xiàn)在發(fā)展中國家，人口增加，城市化，供熱供暖能源使用效率提高電動汽車普及超大型建筑大量出現(xiàn)陸上大運量貨運軌道交通一百年內經濟與技術趨勢世界及中國能源需求總量剛性增加，21138百年內石油使用發(fā)電，采暖用油下降汽車用油下降飛機、輪船用油維持用油高峰在2030～40年百年內占初級能源總量低于10%（現(xiàn)接近40%）百年內石油使用發(fā)電，采暖用油下降39Hubbert石油儲量預測Hubbert石油儲量預測40煤炭全球可采儲量僅為1萬億噸，產量70億噸，中國30億噸氣候變化及環(huán)境保護壓力將導致煤炭開采與消費量在2020年左右下降，但不會很快非燃料用途或緩慢上升煤炭全球可采儲量僅為1萬億噸，產量70億噸，中國30億噸41風能20年內發(fā)展速度最快，將很快成為主要能量來源之一到2110年風電將占總電力的20%左右配套的大規(guī)模蓄能系統(tǒng)出現(xiàn)（2020年）間歇式風電利用機制建立風能20年內發(fā)展速度最快，將很快成為主要能量來源之一42太陽能主要利用方式是供熱小規(guī)模分散式利用可行，大規(guī)模工業(yè)利用只在局部地區(qū)可行商用光伏發(fā)電效率20年后可以達到40%左右到2110年各種方式的太陽能發(fā)電占總電力消耗1%左右太空太陽能發(fā)電傳送回來再過100年也不會實現(xiàn)太陽能主要利用方式是供熱43核能現(xiàn)在到2030年，總量緩慢發(fā)展2030～50年，增殖堆與廢料處理技術可用2060～2080年，快中子亞臨界燃燒堆可用限制因素：核擴散，核安全中國現(xiàn)行大規(guī)模發(fā)展核電的政策有很大風險，迫于經濟發(fā)展和氣候變化的壓力核能現(xiàn)在到2030年，總量緩慢發(fā)展44聚變能聚變容易，發(fā)電難前景太美好裝置巨大，投入很大2100年也許基本可以開始用聚變能聚變容易，發(fā)電難45水電現(xiàn)在很多發(fā)展中國家還有很多水力資源（巴西，剛果，……）2110年基本開發(fā)完畢占總電力消耗小于5%水電現(xiàn)在很多發(fā)展中國家還有很多水力資源（巴西，剛果，……）46生物質能生物乙醇，生物柴油農產品廢料（秸稈等）發(fā)電，有多少噸糧食就有多少噸秸稈（數(shù)十億噸）適合人少地多，農業(yè)工業(yè)化國家（美國，巴西）中國除非發(fā)生新的農業(yè)革命（新課題，兩個月后講，不僅是農業(yè)革命）生物質能生物乙醇，生物柴油47天然氣水合物Methaneclathrate估算資源量約為天然氣的數(shù)倍太分散，不容易利用，對環(huán)境的破壞大不太可能大規(guī)模利用，局部（深海，北極）可能使用天然氣水合物Methaneclathrate估算資源量約為48能源構成預測（TW）20192019202020302050207020902110石油5.585.865.85.5543天然氣3.453.84.554.543.53煤炭3.874.85.566543水能0.9331.11.31.51.722.53核能(聚變)0.91411.22481218風能0.020.050.20.82.55812太陽能發(fā)電0.0020.0030.020.10.40.60.60.5生物質能0.10.411.522.533.5地熱，潮汐等0.0210.030.050.080.10.525總共（TW)14.8916.98319.7722.7826.732.639.651能源構成預測（TW）201920192020203020504950謝謝！50謝謝！5151大綱能源的基本性人類社會的能源問題能源現(xiàn)狀與困境新能源核能，聚變，燃料循環(huán)蓄能技術一百年內能源預測52大綱能源的基本性153能源的基本性相關概念：能量，時間，物質，運動，負熵，演化，進化，發(fā)展……能量是一切變化的基礎，沒有能量（能源）就沒有時間從大爆炸到地球從最簡單的生物到人類從原始社會到現(xiàn)代社會生物進化史和社會發(fā)展史就是能源利用史。從低等生物到高等生物，從原始社會到現(xiàn)代社會，雖然能量利用效率不斷提高，但比能量消耗越來越大。對于人類社會，能源消耗總量剛性增加。電力彈性系數(shù)（電力/GDP）一般大于12能源的基本性相關概念：能量，時間，物質，運動，負熵，演化，人類的生物進化史和社會進化史都是能源消耗增加史54人類的生物進化史和社會進化史都是能源消耗增加史3世界能源需求（百萬噸石油）55世界能源需求（百萬噸石油）4二氧化碳排放56二氧化碳排放5能源困境如果沒有大的變化（政策，技術，能源消耗模式），到2030年，總能量消耗在2019年基礎上增加45%，化石燃料仍然占80%。到2030年，全球氣溫將升高6度。海平面上升，極端氣候頻繁大量發(fā)展中國家不太可能得到大規(guī)模先進能源供應。能源枯竭，社會動亂國際爭端加劇57能源困境如果沒有大的變化（政策，技術，能源消耗模式），到20中國能源問題非常嚴重煤比重過大，消耗量占全世界40%，最大煤炭消費國發(fā)電量增加很快。每年一個法國，其中90%來自燃煤環(huán)境污染嚴重，國際壓力很大。京都議定書約定發(fā)達國家到2019年減少的CO2排放量不足中國同期增加的零頭石油儲量僅可開采18年，煤147年人口眾多，城市化，現(xiàn)代化（家電，交通），工業(yè)用電，人均消耗增加更快能源是國家重大戰(zhàn)略問題，必須很快找到大規(guī)模，安全（技術與戰(zhàn)略）的替代能源58中國能源問題非常嚴重7598地球能量平衡地球能量平衡60中國初級能源類型61中國初級能源類型10未來聚變能世界初級能源比例未來聚變能世界初級能源比例62新能源63新能源12地球每年能源總量能源類型總量（1018J）吸收的太陽能3，850，000風能2，250生物能3，000人類使用的初級能源（2019）487人類使用的電能（2019）56.7鈾和釷自然裂變能12，000地球黑體輻射能（288K，地表，黑體）6，307，00064地球每年能源總量能源類型總量（1018J）吸收的太陽能3，8可再生能源可再生能源65太陽能總量巨大，約為目前人類利用所有能源的5000倍，是地球上幾乎所有生命活動的能量來源，但只占太陽總輻射能量的20億分之一密度也不小，全球平均340W/m2，海平面直曬大約1000W/m2，但地面平均僅為200～300，西藏也只有400有效利用方式：制熱（太陽灶，熱水器）發(fā)電：熱機（蒸汽渦輪，斯特林熱機）光伏，效率低，有效利用時間短，必須經過儲能過程（蓄電池，逆變）局部偏遠地區(qū)以及有錢環(huán)保人士使用缺點：不穩(wěn)定，能量密度低（光伏發(fā)電平均僅為每平方米數(shù)十瓦），占地，建設和維護成本都高優(yōu)點：多種利用方式，曬鹽，殺菌，供暖，制冷，照明，農業(yè)太陽能總量巨大，約為目前人類利用所有能源的5000倍，是地球66德國的太陽能抽水蓄能系統(tǒng)德國的太陽能抽水蓄能系統(tǒng)67太陽能命題現(xiàn)在市場上可以買到的太陽能板的平均功率(包括天氣，晝夜等因素）是：40W/m^2.

目前世界能源的消耗是：14TW(1TW=1.0E12W).

如果都用太陽能板需要：14E12/40m^2=35萬平方公里.

考慮到結構，間隔，和輔助設備：總用地在50萬平方公里左右，即中國面積的5%，世界

總耕地面積的３％。

世界總農業(yè)耕地面積為：1500萬平方公里

太陽能命題現(xiàn)在市場上可以買到的太陽能板的平均功率(包括天氣，68全部使用太陽能需要的資源40W/m^2.是太陽能板正對太陽時的發(fā)電量，占地面積是面板面積除以面板與地面夾角的余弦，再考慮太陽可利用時間，這個占地面積我相信對于美國的緯度，應該在100萬平方公里左右，否則發(fā)電時間有限制。這個40W/m^2也不是太陽能板的發(fā)電能力，要發(fā)40W/m^2的電，太陽能板的銘牌功率至少需要200W/m^2。

按照50萬平方公里計算，如果每平方米的太陽能面板，金屬支架，控制轉向裝置總重100公斤，50萬平方公里需要500億噸材料，大部分將是鋼鐵，比如300億噸，是全世界鋼鐵年總產量的20多倍，單晶硅需要量如果是10億噸，則是全世界單晶硅生產能力的10萬倍，全部硅生產能力的1000倍。對于鋼鐵，還有資源量的問題。2019年全球太陽能板總產量不到7GW，用15TW除以它再乘以200/40，需要1萬多年才能生產出來，就算再增大10倍生產力，也要1000年。

美國現(xiàn)在的發(fā)電裝機容量是1TW，如果要讓美國白天發(fā)的電，晚上能用，不考慮天氣影

響，至少需要1TWx12小時的蓄電能力，目前最經濟的蓄電手段仍然是鉛酸蓄電池，1TWx12小時等于4.3x10^5TJ，需要鉛酸蓄電池3億噸，是全球鉛酸蓄電池生產能力的200倍。

全部使用太陽能需要的資源40W/m^2.是太陽能板正對太69塵埃沉積“如果每平方米范圍內落下了一層4克重的塵埃，則會導致太陽能效率下降40%。在亞利桑那州，每個月沉積下來的塵埃則四倍于上述的塵埃量。在澳大利亞、中東以及印度等地，塵埃沉積率則更高”塵埃沉積“如果每平方米范圍內落下了一層4克重的塵埃，則會導致70風能與人類活動所需能源相比，總量很大美國大陸48州風力資源100億千瓦（現(xiàn)所有電力裝機10億千瓦，中國8億千瓦）中國的風力資源數(shù)據(jù)很搞笑（2019，2.53億，2009，22億），除了國內，沒有任何國際組織引用。密度也不小，主要資源區(qū)大于1千瓦/m2缺點：實際發(fā)電量是名義裝機容量的20～35%，不穩(wěn)定，對電網(wǎng)影響大，對蓄能總量要求太高中國風力調度能力很強風能與人類活動所需能源相比，總量很大71下一百年的能源課件72風力電機功率-風速曲線風力電機功率-風速曲線73生物質能量不小，對中國來說不實用，除非是為了消耗，比如陳糧利用秸稈利用（造紙，發(fā)電）因為太陽能到生物能轉換效率非常低，再轉換成燃料還要付出能量及生產成本占用大量土地，不減少排放，影響糧食安全生物質能量不小，對中國來說不實用，除非是為了消耗，比如陳糧利74其它潮汐能：資源量小，能量密度低，局部地區(qū)可以利用地熱：供暖和供水不錯，供電會逐年遞減，資源地地質不穩(wěn)定。如果有深層地熱資源開發(fā)技術出現(xiàn)（有助于防止超級火山爆發(fā)），總開發(fā)量可能大量出現(xiàn)水力：也算傳統(tǒng)能源，有季節(jié)性，滿負荷出力時間有限其它潮汐能：資源量小，能量密度低，局部地區(qū)可以利用75裂變核能與一般的看法相反，資源非常豐富，裂變核能對我們的影響很大。如果地球上鈾和釷的豐度與地殼相同，鈾加釷總量大約為1017噸。板塊運動，火山，地震，造山運動的主要能量來源地球形成以來，共有約1017噸鈾和釷已衰變，共釋放1.7×1032J，平均功率為1.2×1015W，地球受太陽照射總功率1.74×1017W（包括被反射的30%）。目前鈾和釷的自然衰變功率還有約4×1014W礦產資源量：130USD/kg下是550萬噸。海洋中有100億噸，目前提取成本不到300

USD/kg，國際市場上鈾價格約100美元一公斤作為能源，與常規(guī)能源相比，鈾的價格非常低（煤約100美元一噸，一公斤鈾熱值相當于3千噸煤）如果完成燃料循環(huán)，所有能源有核能提供，全球每年所需鈾或釷不到1萬噸76裂變核能與一般的看法相反，資源非常豐富，裂變核能對我們的影響裂變燃料價格世界鈾年產量約4萬噸，共有貧鈾存量約100萬噸。現(xiàn)貨價格不到100USD/kg。產量最高的國家是哈薩克斯坦，1萬余噸/年。77裂變燃料價格世界鈾年產量約4萬噸，共有貧鈾存量約100萬噸。傳統(tǒng)核能利用的問題裂變堆，燃料利用率低（1%），高增殖快中子堆尚未實現(xiàn)商用。必須進行乏燃料后處理，燃料增殖原料要濃縮，成本很高廢料難以安全處理本質的安全問題：鏈式反應是正反饋的，工作在臨界狀態(tài)，需要機械裝置精確控制反應速度，安全由裝置的可靠性保證。到2020年，中國要建近100坐新反應堆，將帶來很大的安全問題沒有任何核反應堆是絕對安全的，特別是在故意破壞和軍事打擊之下。切爾諾貝利級別的事故將疏散一個省，百年內這片土地不能使用解決方案：增殖或聚變驅動（混合堆）78傳統(tǒng)核能利用的問題裂變堆，燃料利用率低（1%），高增殖快中子聚變現(xiàn)有方案非常困難，100年之后磁約束裝置龐大，結構復雜，反應能量密度低，ITER僅500MW許多復雜問題尚未解決慣性約束驅動成本高不穩(wěn)定性不好控制（重復性）還有許多其他問題。如果不要求凈能量增益或者自持運行，兩種方案都容易實現(xiàn)得多，現(xiàn)有技術水平就可實現(xiàn)79聚變現(xiàn)有方案非常困難，100年之后28聚變驅動亞臨界裂變反應堆即混合堆(fusion-fisionhybrid)原理：高能中子與傳統(tǒng)非燃料鈾238和釷232有較高的裂變反應截面～1b，14.1MeV->200MeV由裂變提供額外的能量增益（4～100倍），可以大大降低聚變能量得失相當或增益的要求50年代就有人提出混合堆的想法，70年代美蘇舉辦過聯(lián)合討論會，70年代末80年代初研究比較活躍。后出于核不擴散的考慮，停止混合堆研究。2019年后重新重視。我國混合堆研究始于1980年。IPP和SWIP。將中子壁負荷要求從10MW/m2降到0.5MW/m2。80聚變驅動亞臨界裂變反應堆即混合堆(fusion-fisio優(yōu)點亞臨界，安全。U238和Th232只與高能中子（>2MeV）有較大反應截面，對裂變中子反應截面很小，不會發(fā)生鏈式反應失控。裂變高能中子量小。技術簡單，容易實現(xiàn)。唯一的要求是聚變中子源（<1MW/m2）。中子通量低，對聚變裝置技術要求降低。裂變廢料處理。大量快中子可以將99%的長壽命放射性裂變產物轉化為無害物質。資源豐富，原料利用效率高裂變燃料增殖（U233，Pu239），也可以生產氚81優(yōu)點亞臨界，安全。U238和Th232只與高能中子（>2M方案磁約束或慣性約束聚變+能量增益或增殖包層能源方案：高能量增益。包層采用自然鈾，輕度濃縮鈾，或低增殖鈾(釷)核燃料（Pu239，U233，T）增殖方案第一層采用Pb等非裂變材料，慢化和增殖中子，再用這些中子增殖核燃料需要較高聚變中子通量能源和燃料增殖兼顧82方案磁約束或慣性約束聚變+能量增益或增殖包層31LaserInertialFusion-FissionEnergy83LaserInertialFusion-FissionLIFE（LLNL）84LIFE（LLNL）33LIFE85LIFE34蓄能技術家用蓄能，電網(wǎng)蓄能大規(guī)模蓄能很難抽水蓄能壓縮空氣飛輪電解產氫超導強磁場熱能電池，超級電容蓄熱，蓄冷效率低能量密度低蓄能技術家用蓄能，電網(wǎng)蓄能86蓄能技術一百萬千瓦一天約需要60萬噸鉛酸電池，或12萬噸鈉硫電池，或15萬噸鋰電池，或9千萬噸水提升100米上海電力負荷約為2千萬千瓦，峰谷相差20%中國電力裝機8億千瓦中國鉛產量每年不到400萬噸，鉛酸電池約100萬噸上述電池典型放電周期為500～1000次，深度放電將導致電池失效大的電池陣列有負載和壽命均衡問題風力或太陽能蓄電要蓄很多天蓄能技術一百萬千瓦一天約需要60萬噸鉛酸電池，或12萬噸鈉硫87家用蓄能電池，鋰基，能量密度0.5～0.7kJ/公斤，相當于汽油1%成本仍然很高鋰-空氣電池理論能量密度可以達到現(xiàn)有鋰電池的10倍以上，需要納米科技家用電動汽車推廣后可以一定程度上實現(xiàn)工業(yè)蓄能家用蓄能電池，鋰基，能量密度0.5～0.7kJ/公斤，相當于88一百年內經濟與技術趨勢世界及中國能源需求總量剛性增加，2110年初級能源消耗將達到2019年的3倍，增量主要出現(xiàn)在發(fā)展中國家，人口增加，城市化，供熱供暖能源使用效率提高電動汽車普及超大型建筑大量出現(xiàn)陸上大運量貨運軌道交通一百年內經濟與技術趨勢世界及中國能源需求總量剛性增加，21189百年內石油使用發(fā)電，采暖用油下降汽車用油下降飛機、輪船用油維持用油高峰在2030～40年百年內占初級能源總量低于10%（現(xiàn)接近40%）百年內石油使用發(fā)電，采