第三节 能源
一、能源的分类
人类社会的进步也是对能源与物质消费量持续增长的过程。据研
究，原始社会人类的能源消费极其有限，只限于食物的消费。随着
文明的进步，在生活和生产上所消耗的能量急剧增加，现代化工业
社会人均的能源消费量为原始社会的 100多倍。而且，当今世界各
地能量消费水平差异很大，发达国家与发展中国家人均的能源消费
量的差别也达几十倍至上百倍。
迄今人类所利用的能源种类不过十数种，从原始社会就开始利用
的生物能（包括薪柴、畜力和燃烧畜粪）到后来利用的煤炭、石油
、天然气、水电以及风能、地热能、潮汐能、核能、太阳能等。人
们从不同的角度对能源进行多种多样的分类，例如：
1.按能源的产生和再生能力分为可再生能源和不可再生能源两大
类。前者包括太阳能、水力、生物能、风能、潮汐能和地热能等；
后者包括一切化石燃料与核裂变燃料等。
2.按能源的使用方式分为一次能源与二次能源。前者指直接从自
然界取得而不改变其原有形态的能源、亦称作初级能源，包括一切
直接使用的可再生能源和不可再生能源；后者是指一次能源经过加
工，转换成另一种形态的能源，如火电与煤气等。但有时一次能源
和二次能源之间并无截然的界线。
3.按能源的来源分为：来自太阳的辐射能，通过植物光合作用的
转化而得以储存，包括化石燃料在内；来自地球内部的能量，如地
热能和核能；以及因地球等天体引力形成的能量，如潮汐能。
4.按能源使用的历史分为常规（或传统）能源和新能源，前者常
指煤炭、石油、天然气、水力和生物能等；后者指核能、地热能、
海洋能（潮汐能和波浪能）、太阳能和沼气等。此外，风能的利用
自古有之，但近代高效风力发电机的集群利用又使风能成为新能源
的一种。
表 1 历史上各时期人均能量消费的增长 （单位：每人每日千焦耳）
二、世界能源供求的现状与前景
从人类的全部历史来看，化石燃料大规模使用的历史尚不足 200年
，人类长期以来使用的燃料是薪柴、木炭、作物秸秆和畜粪。有资
料表明，直至 1895年，工业发达的美国与欧洲大陆的能源结构中木
材仍占 90％。只是进入 20世纪以后，煤的地位才开始占据主导。在
木材丰富的北美，煤在能源供应中的比重上升至 70％，木材则下降
至 20％。同期世界商业能源组成中煤炭已占 90％。这个时期煤炭的
地位至高无尚，君临天下（, coalwastheking”）。 从 1920年开始，
石油的开采大幅度上升，煤的重要性开始下降，到 1950年，石油和
天然气二者占美国能源供应的 60％。即使曾经有过 1973年的, 石油
危机, （该年石油在世界能源供应中所占比例下降至 43％），但至
1975年石油和天然气二者仍占世界能耗的 67％。总之，从 1920年至
1970年的半个世纪之中，石油产量急剧增长，构成了能源供应的,
石油时代, 。从 1929年至 1971年，世界煤炭产量增长了 70％，而同
期石油产量增长了 1000％。
人类对能源消费的增长速度是惊人的，上文已经谈及从远古至现代
工业社会人均能耗的增长情况。就全人类而言，有人作过估计，自
从 700年前人类开始利用煤炭以来，到 1860年全人类共消费了煤炭
约 7× 109吨，而从 1860— 1970的 110年间共消费了 133× 109吨，为过
去 700年的 19倍。如果把所有能源均包括在内，则从远古至 1860年
全人类所消费的能源约为 35× 109吨煤当量（英文缩写为 t.c.e.），
大约等于 1Q（ 注,1Q＝ 36.62× 109t.c.e.）。 而 1860— 1970年的消
费量约为 10Q,1980年全世界的能源消费量即为 0.28Q。 据此估计，
本世纪的最后 20年内的能源需求量约为 20Q。 从历史上看，世界能
源消费不仅呈指数增长，而且增长率愈来愈大。 19世纪中期世界能
源消费的年增长率约为 2％，至 20世纪初增长率为 3.5％，而 60年代
的平均年增长率为 5.6％，如果按后一个数字外推，则公元 2025年
全世界的能源需求将达到 200— 400Q。 这个数字可能并没有给读者
留下任何印象，但只要指出岩石圈中所有化石燃料的总储量约为
250Q这一点即足以想象问题的严重性和紧迫性了。
表 2 世界已探明的商业性能源储量 ①, 1987
（单位：拍焦耳 PJ,1PJ＝ 1015焦耳＝ 947.8×109Btus）
表 2 世界已探明的商业性能源储量 ①, 1987
（单位：拍焦耳 PJ,1PJ＝ 1015焦耳＝ 947.8×109Btus）
1.石油 1970年石油曾占世界商业能源的 48％，受, 石油危机,
的影响，此后比重有所下降,1973年占 43％，现仍呈下降趋势。现
在普遍认为用石油作能源是人类极不明智之举：这种本来应是极其
宝贵的化工原料不应用作能源，它又是各类能源中储量最少而且分
布最不均匀的。
近年来陆续发现了一些新的大油田，但是新的油田往往在更深
的地层和离岸更远的近海，说明石油勘探的前景不甚光明。世界石
油耗竭的前景似已属定论。
世界石油总储量通常有两种估计，一是美国标准石油公司 Ryman
的数字,Q∞ ＝ 2100× 109桶，约合 330× 109吨，或大约为 15Q。 他的
估计有两个前提，一是包括了现有技术能够开采的一切近海石油，
二是开采的回收率为 40％（现有回收率仅略高于 30％）。按照这个
数字，石油的有效开采期限（ 0.8Q∞ ） 为 58年（ 1962— 2020），开
采峰值出现在 1991年。另一种是 Hubbert（ 1969） 的估计,Q∞ ＝
1350× 109桶，约合 215× 109吨，或大约等于 10Q。 其有效开采期限
为 64年（ 1965— 2029），开采峰值出现于 2000年。值得注意的是虽
然这两个储量数字差距很大，但它们的有效开采期限和开采峰值出
现的年份却相差不远（ 9年）。
2.天然气 主要成分为甲烷（占 75％ — 79％），其次为轻质烃（丙
烷、丁烷和戊烷），并含有痕量 N2和硫化物，是一切化石燃料中污
染最轻者。世界天然气总储量也相当大，但有关储量的估计数字差
别很大，从 150× 109吨煤当量至 1500× 109吨煤当量不等，前一数字
折合 4186500PJ,与表 8.5所列数字接近。有人认为较现实的估计数
为 600× 109吨煤当量，约合 20Q,与石油储量属于同一数量级。但与
石油相比，其分布对欧洲较为有利：大约有 10％的天然气储量分布
在欧洲，其中荷兰的格罗宁根（ Groningen） 储量达 2000× 109立方
米，是世界最大的气田之一。此外，值得注意的是前苏联天然气储
量十分丰富，占世界总储量的 38％，但是，总的看来，天然气的储
采比 R/P并不大，仅为 60。也就是说，其开采寿命只比石油长 20年。
3.油砂与油页岩 这类资源是岩石中所含一定数量的烃类化合物，
具有很高的粘稠性甚至呈准固态。岩石圈中这类物质储量也很丰富，
仅加拿大艾伯塔省（ Alberta） 的油砂田面积就达 10万平方公里，
估算含烃类 47× 109吨，居世界首位，约合世界石油储量的一半。委
内瑞拉的奥里诺科（ Orinoco） 油砂田含沥青 20× 109吨。另有地质
学家估计，马达加斯加的油砂田含烃 150× 109吨，远远超过加拿大。
世界储量最大的油页岩在美国西部的格林河流域, 包括科罗拉多
、犹他和怀俄明几个州,1860年修筑大陆铁路时即已被发现。全世
界油页岩的远景储量大约含油 2× 1015桶，但目前有经济价值可供开
采的只有约 50× 109吨。
油砂与油页岩的组成与石油颇不相同，因而需要特殊的提炼技术
。例如油砂的技术处理常用沸水与蒸汽的混合物把吸附于惰性砂粒
上的烃类分离出来，然后作进一步的加工。油页岩中所含固态烃类
成分也与原油差别很大，而且还含各种氮的化合物和其他无机杂质
，其提炼过程中需将岩石加热至 48℃ 以上，而且耗水量很大：每产
出 1吨粗挥发油需水 3立方米。因此，其成本将远远高于开采煤炭。
而且，油砂与油页岩处理后所剩余的大量废砂石也造成新的环境问
题。
4.煤 煤在地壳中的分布较有规律，它常出现于某些地层中并成
片分布，较易勘探和制图。因此，在各类自然资源中煤的储量估算
比较准确。现在引用较广的是美国地质调查所埃夫里特（ Averitt）
1969年发表的数据。他认为深度 1200米以内厚度大于 36厘米的煤层
有 50％可供开采。在特殊情况下也考虑深度达 1800米的储量，不过
他指出 1200米以下地层中煤的储量最多只占地壳中总储量的 10％。
埃夫里特提供了两个数字：一是已制图的煤炭储量，为 4300× 109
吨；二是世界煤炭资源总量 Q∞ 为 7600× 109吨，其中前苏联最多，
为 4300× 109吨，约占 3/4，其次为美国,1486× 109吨，再次为中国
，约 1000× 109吨（我国公布的证实储量为 901.5× 109吨），亚洲其
他国家 681× 109吨，西欧 377× 109吨。
根据非再生资源生产周期理论，哈伯特（ Hubbert） 利用上述两
个数据计算了世界煤炭的生产周期。上述较低数字计算的煤炭有用
期限为 2000年至 2200年，生产峰值将出现于 2110年（图 8.8曲线 A）； 上述较高数字即 Q∞ 的煤炭有用期限为 2040年至 2390年，生产峰值
出现在 2160年（图 8.8曲线 B）。 根据 Q∞ 的计算，煤炭尚可满足人类
使用 400年的需要。
5.水力
人类早就发明了水碓、水磨等水力机械和水力提水装置。本世纪
以来水力发电更把水力利用提高到一个崭新的阶段。水力发电具有
很多优点：无污染、运行费用很低、水库寿命一般比火电站和核电
站长，而且水库还有多方面的效益等等。
世界各国均致力于水电的开发，迄至 1988年，水电已占世界电力
供应的 21％和商业能源供应的 6％。有些国家水力发电成为其主要
能源，例如，挪威所用电力几乎全部为水电，其次是瑞士，水电占
全国电力的 74％，再次为加拿大，占 70％，奥地利占 67％，但就绝
对量而言，美国是水力发电最多的国家，适宜修筑水电站的多数地
点已被开发，水电占这个耗能大国（ 1989年消费世界能源的 1/4）
电力供应的 10％ — 14％，全部商业能源的 5％ — 6％。其他发达国家
水电资源的开发率也较高，其中欧洲最高，达 59％，但发展中国家
水电的开发率仍较低，一般不足 10％（表 8.6）。
表 8.6所列世界各地水电资源的开发潜力是以装机容量来表示的。
该表所列世界水电装机的潜力约为 22亿千瓦，若按设备利用率 50％
计，年发电量为 97000亿度，可以满足目前全世界对能源的需求。
但实际上现在水电的开发率只有 17％,1989年占世界能源消费量的
2.4％。表面上看来水电仍有很大的开发余地，但事实上水电开发
仍然存在很大困难和一些难以避免的缺陷。首先是许多最有利的地
点已被开发，西方发达国家尤其如此。有待开发的地点多在远离能
源消费地的偏僻山区，开发难度较大。其次是水电开发所需投资较
大，而开发潜力最大的发展中国家恰恰缺乏资金。据世界银行预测
，如果 1995年发展中国家的水电生产要达到电力供应的 43％，则在
1990年以前水坝建设投资需要 100亿美元。此外，从更长的时间尺
度来看，水力发 电还有一个往往被忽视的弱点，就是水库的寿命，
由 30年至 300年不等，视当地土壤侵蚀的程度而异。水库一旦被淤
平，将永远失去其功能，在其上游或下游不远处修筑新的水库往往
不可能。考虑到这一点，水力资源也可视作非再生资源，它将随着
水库的淤塞而逐渐耗竭。事实上，北京的官厅水库已基本丧失发电
能力（寿命约 40年），三门峡水库也已损失了原来 11亿千瓦容
6.地热能 指地下热岩和热液中所储存的能量，现已开发利用的
多为后者，通常以三种形式存在：干蒸汽（其中不含水滴）、湿蒸
汽（蒸汽中含水滴）和热水，以干蒸汽质量最佳，最易开发利用。
意大利早在 1904年就在拉德雷洛（ Larderello） 附近开发了一口大
型干蒸汽井，所生产的电力成为该国电气化铁路的主要电源。美国
和日本也有规模较大的干蒸汽地热电站。但干蒸汽田较为稀少，较
为常见者为湿蒸汽和热水。众所周知，冰岛的雷克雅未克全靠地下
热水给全市 8.5万居民供热和进行温室栽培。
热岩包括三种不同类型：近地表的熔岩、干热岩和温岩。目前热
岩的开发利用尚少。
目前地热能在世界能源供应中所占份额很小（与风能一起共占
0.045％），其优点是在有可能开发的地方成本比较低廉，其电力
成本约为燃煤发电站的一半，或核电成本的 1/4，所排出的 CO2也很
少。其主要限制在于资源过于稀少，可供开发的地点不多。而且就
地热蒸汽与热水而言，其更新速度缓慢，一旦开采速度过大，就会
面临耗竭的前景。此外，地热资源也只是相对地, 干净,,地热蒸
汽与热水中通常含有硫化氢、氨气、放射性物质（例如氧）、可溶
性盐类乃至有毒物质等。因此，在开发中需要注意环境保护问题。
7.核能 这是来自岩石圈的新能源,19世纪末元素放射性的发现
和 20世纪初相对论的提出，为核能的利用奠定了理论基础。原子核
能的释放可以通过两条途径：一是某种元素裂变为原子量较小的其
他元素，一是两个轻元素的原子核聚变为一个较重元素。无论是哪
一条途径，都伴随着巨额能量的释放，同时质量有所减少，所减少
的质量△ m即转化为释放的能量△ E,这就是爱因斯坦著名的公式：
△E＝（△ m） C2,式中 C为光速。
现在已投入生产的是核裂变，所用的物质为 U-235,每个 U-235
原子裂变时释放 200MeV能量，合 3.2×10-11焦。 1克铀元素有
2.56×1021个原子，裂变时释放出的能量相当于 2.7吨煤。不过天然
铀矿中 U-235的含量只占 0.71％（即每 140个 U-238原子中才有 1个
U-235原子），因此 1克铀矿产生的能量约等于 19千克煤。
地壳中铀矿的储量不多,1976年世界能源会议和 1977年美国的
核能政策研究小组所提供的数字分别为 490万吨和 487.6万吨（价格
为每千克 U3O8不高于约 70美元）两个数字非常接近。
迄至 1990年，在第一个核电站投产 43年以后，全世界 27个国家和
地区共有 428个核电站。 1989年全世界的核电占电力供应的 19％，
但其所提供的能量（ 6783拍焦）只占世界能耗（ 310972拍焦）的
2.18％。而这些核电站每年消耗的铀为 1万吨（维持量）至 4万吨
（充分运行），也就是说，如果核发电量维持现有的水平，则世界
铀矿储量将于 120— 490年内耗竭。因此，铀矿作为一种能源的使用
周期也是不长的。
近几年来世界核电的发展已呈下降趋势，主要原因是因为基建费
用超支、核废料处置问题和不断发生的安全事故，这类事故以 1986
年发生在苏联的契尔诺贝利核电站最为严重。然而远在此以前，核
电站建设的速度就已放慢。美国自 1975年以来就没有再接到核电站
的订单，而且前此的 108个订单亦被撤销。原联邦德国的能源供应
中有 10％来自核电，但是从 1975年以来仅有一个核电站的订货，而
且以前所订的八个机组亦迟迟未能动工，主要原因是来自政治上的
反对。这种发展趋势使美国的核电生产在 20世纪 90年代有所下降。
而且，由于核电站的预期寿命一般为 30～ 40年，如果不兴建新的核
电站，则全世界的核发电能力也将逐渐减少。
目前利用 U-235发电的技术对铀的利用率很低，其实 U-238如果受到
核裂变时放出的高能中子攻击，就会变成同样能裂变的 U-233,理
论上使铀的利用率增加 140倍。同样原理也能使储量更为丰富的钚
（ Pu） 变成能裂变的 Pu-239。 按这种原理建造的反应堆称为快速增
殖反应堆。此外，原子能利用的另一途径是核聚变，例如氢的同位
素氘和氘的聚变以及氘和氘的聚变，以及另一种轻元素锂和氘的聚
变，目前都在积极研究之中，这种核聚变是一种较为, 干净, 的能
源。但有关科学家估计，核聚变从实验室走向实用还需要较长的时
间才能实现。应该指出的是，无论是快速增殖反应堆还是核聚变均
需消耗很高的能量，这又有赖于现有核裂变材料的储存。如果缺了
这把, 钥匙,,则理论上的巨大核聚变能量也将难以取得。
8.岩石圈以外的其他能源 包括风能、海洋的潮汐能和波浪能以及
太阳能等，目前在世界能源供应中所占比例虽小，但从长远看，可
能是未来人类取之不竭的永久性能源。以太阳能为例，现在全球每
年经生物圈转化的太阳能即为世界能耗的十几倍。而且，到达大气
层顶部的太阳能更是地面的 35000倍。如果能实现在那里对太阳能
的接收、转化和传输，则人类利用的能量就几乎是无限的。
上面概述了世界能源概况，其中石油、天然气、油砂与油页岩、煤
和核燃料均来自岩石圈，其他几类则来自岩石圈以外，包括水力、
风能、海洋潮汐能和波浪能，以及太阳能等。从能源的过去、现在
和对其未来的预测，为了现代文明的持续发展，下述两点是毋庸置
疑的：
第一，人类必须把能源消费从非再生能源转化为再生能源。岩石圈
内储存着巨大的能量，但是这些在亿万年地质时期内积聚起来的能
源是不可再生的。另一方面，人类对能源的消费却持续地呈指数增
长，这不仅是由于世界人口的增长，而且是由于人均能源消费量越
来越大。因此，岩石圈中这些非再生能源终将不能满足人类不断增
长的需求。更为严重的是这几种传统能源的耗竭时间将分别为今后
几十年至几百年。
第二，能源浪费现象十分严重，工业化发达国家尤其如此。美国
是世界上最大的能源消费者和浪费者，据统计，美国 1989年能量消
费占全世界的 24.6％，但其所消费的能量中只有 9％属于有效利用，
另有 7％转化为石油化工产品,41％属于因热力学第二定律（能量
从一种形式转化成另一种形式时必然造成能量质量降低或数量减少）
造成不可避免的损失，其余 43％则纯属不必要的浪费。因此，人类
必须学会提高能量使用的效率，以便使用较少的能量来维持较高的
生活水准。
上述两点有一个共同的要求：必须尽快实现而不能延误，因为要
实现从传统能源向新能源的转变本身也要消耗大量能量，许多新技
术与新设备（如核聚变与太阳能发电等）都要耗费巨大能量方能实
现，现存的能源储量应该用以实现这种转变。因此，未来的几十年
在能源利用上可能会决定人类文明的整个进程。
一、能源的分类
人类社会的进步也是对能源与物质消费量持续增长的过程。据研
究，原始社会人类的能源消费极其有限，只限于食物的消费。随着
文明的进步，在生活和生产上所消耗的能量急剧增加，现代化工业
社会人均的能源消费量为原始社会的 100多倍。而且，当今世界各
地能量消费水平差异很大，发达国家与发展中国家人均的能源消费
量的差别也达几十倍至上百倍。
迄今人类所利用的能源种类不过十数种，从原始社会就开始利用
的生物能（包括薪柴、畜力和燃烧畜粪）到后来利用的煤炭、石油
、天然气、水电以及风能、地热能、潮汐能、核能、太阳能等。人
们从不同的角度对能源进行多种多样的分类，例如：
1.按能源的产生和再生能力分为可再生能源和不可再生能源两大
类。前者包括太阳能、水力、生物能、风能、潮汐能和地热能等；
后者包括一切化石燃料与核裂变燃料等。
2.按能源的使用方式分为一次能源与二次能源。前者指直接从自
然界取得而不改变其原有形态的能源、亦称作初级能源，包括一切
直接使用的可再生能源和不可再生能源；后者是指一次能源经过加
工，转换成另一种形态的能源，如火电与煤气等。但有时一次能源
和二次能源之间并无截然的界线。
3.按能源的来源分为：来自太阳的辐射能，通过植物光合作用的
转化而得以储存，包括化石燃料在内；来自地球内部的能量，如地
热能和核能；以及因地球等天体引力形成的能量，如潮汐能。
4.按能源使用的历史分为常规（或传统）能源和新能源，前者常
指煤炭、石油、天然气、水力和生物能等；后者指核能、地热能、
海洋能（潮汐能和波浪能）、太阳能和沼气等。此外，风能的利用
自古有之，但近代高效风力发电机的集群利用又使风能成为新能源
的一种。
表 1 历史上各时期人均能量消费的增长 （单位：每人每日千焦耳）
二、世界能源供求的现状与前景
从人类的全部历史来看，化石燃料大规模使用的历史尚不足 200年
，人类长期以来使用的燃料是薪柴、木炭、作物秸秆和畜粪。有资
料表明，直至 1895年，工业发达的美国与欧洲大陆的能源结构中木
材仍占 90％。只是进入 20世纪以后，煤的地位才开始占据主导。在
木材丰富的北美，煤在能源供应中的比重上升至 70％，木材则下降
至 20％。同期世界商业能源组成中煤炭已占 90％。这个时期煤炭的
地位至高无尚，君临天下（, coalwastheking”）。 从 1920年开始，
石油的开采大幅度上升，煤的重要性开始下降，到 1950年，石油和
天然气二者占美国能源供应的 60％。即使曾经有过 1973年的, 石油
危机, （该年石油在世界能源供应中所占比例下降至 43％），但至
1975年石油和天然气二者仍占世界能耗的 67％。总之，从 1920年至
1970年的半个世纪之中，石油产量急剧增长，构成了能源供应的,
石油时代, 。从 1929年至 1971年，世界煤炭产量增长了 70％，而同
期石油产量增长了 1000％。
人类对能源消费的增长速度是惊人的，上文已经谈及从远古至现代
工业社会人均能耗的增长情况。就全人类而言，有人作过估计，自
从 700年前人类开始利用煤炭以来，到 1860年全人类共消费了煤炭
约 7× 109吨，而从 1860— 1970的 110年间共消费了 133× 109吨，为过
去 700年的 19倍。如果把所有能源均包括在内，则从远古至 1860年
全人类所消费的能源约为 35× 109吨煤当量（英文缩写为 t.c.e.），
大约等于 1Q（ 注,1Q＝ 36.62× 109t.c.e.）。 而 1860— 1970年的消
费量约为 10Q,1980年全世界的能源消费量即为 0.28Q。 据此估计，
本世纪的最后 20年内的能源需求量约为 20Q。 从历史上看，世界能
源消费不仅呈指数增长，而且增长率愈来愈大。 19世纪中期世界能
源消费的年增长率约为 2％，至 20世纪初增长率为 3.5％，而 60年代
的平均年增长率为 5.6％，如果按后一个数字外推，则公元 2025年
全世界的能源需求将达到 200— 400Q。 这个数字可能并没有给读者
留下任何印象，但只要指出岩石圈中所有化石燃料的总储量约为
250Q这一点即足以想象问题的严重性和紧迫性了。
表 2 世界已探明的商业性能源储量 ①, 1987
（单位：拍焦耳 PJ,1PJ＝ 1015焦耳＝ 947.8×109Btus）
表 2 世界已探明的商业性能源储量 ①, 1987
（单位：拍焦耳 PJ,1PJ＝ 1015焦耳＝ 947.8×109Btus）
1.石油 1970年石油曾占世界商业能源的 48％，受, 石油危机,
的影响，此后比重有所下降,1973年占 43％，现仍呈下降趋势。现
在普遍认为用石油作能源是人类极不明智之举：这种本来应是极其
宝贵的化工原料不应用作能源，它又是各类能源中储量最少而且分
布最不均匀的。
近年来陆续发现了一些新的大油田，但是新的油田往往在更深
的地层和离岸更远的近海，说明石油勘探的前景不甚光明。世界石
油耗竭的前景似已属定论。
世界石油总储量通常有两种估计，一是美国标准石油公司 Ryman
的数字,Q∞ ＝ 2100× 109桶，约合 330× 109吨，或大约为 15Q。 他的
估计有两个前提，一是包括了现有技术能够开采的一切近海石油，
二是开采的回收率为 40％（现有回收率仅略高于 30％）。按照这个
数字，石油的有效开采期限（ 0.8Q∞ ） 为 58年（ 1962— 2020），开
采峰值出现在 1991年。另一种是 Hubbert（ 1969） 的估计,Q∞ ＝
1350× 109桶，约合 215× 109吨，或大约等于 10Q。 其有效开采期限
为 64年（ 1965— 2029），开采峰值出现于 2000年。值得注意的是虽
然这两个储量数字差距很大，但它们的有效开采期限和开采峰值出
现的年份却相差不远（ 9年）。
2.天然气 主要成分为甲烷（占 75％ — 79％），其次为轻质烃（丙
烷、丁烷和戊烷），并含有痕量 N2和硫化物，是一切化石燃料中污
染最轻者。世界天然气总储量也相当大，但有关储量的估计数字差
别很大，从 150× 109吨煤当量至 1500× 109吨煤当量不等，前一数字
折合 4186500PJ,与表 8.5所列数字接近。有人认为较现实的估计数
为 600× 109吨煤当量，约合 20Q,与石油储量属于同一数量级。但与
石油相比，其分布对欧洲较为有利：大约有 10％的天然气储量分布
在欧洲，其中荷兰的格罗宁根（ Groningen） 储量达 2000× 109立方
米，是世界最大的气田之一。此外，值得注意的是前苏联天然气储
量十分丰富，占世界总储量的 38％，但是，总的看来，天然气的储
采比 R/P并不大，仅为 60。也就是说，其开采寿命只比石油长 20年。
3.油砂与油页岩 这类资源是岩石中所含一定数量的烃类化合物，
具有很高的粘稠性甚至呈准固态。岩石圈中这类物质储量也很丰富，
仅加拿大艾伯塔省（ Alberta） 的油砂田面积就达 10万平方公里，
估算含烃类 47× 109吨，居世界首位，约合世界石油储量的一半。委
内瑞拉的奥里诺科（ Orinoco） 油砂田含沥青 20× 109吨。另有地质
学家估计，马达加斯加的油砂田含烃 150× 109吨，远远超过加拿大。
世界储量最大的油页岩在美国西部的格林河流域, 包括科罗拉多
、犹他和怀俄明几个州,1860年修筑大陆铁路时即已被发现。全世
界油页岩的远景储量大约含油 2× 1015桶，但目前有经济价值可供开
采的只有约 50× 109吨。
油砂与油页岩的组成与石油颇不相同，因而需要特殊的提炼技术
。例如油砂的技术处理常用沸水与蒸汽的混合物把吸附于惰性砂粒
上的烃类分离出来，然后作进一步的加工。油页岩中所含固态烃类
成分也与原油差别很大，而且还含各种氮的化合物和其他无机杂质
，其提炼过程中需将岩石加热至 48℃ 以上，而且耗水量很大：每产
出 1吨粗挥发油需水 3立方米。因此，其成本将远远高于开采煤炭。
而且，油砂与油页岩处理后所剩余的大量废砂石也造成新的环境问
题。
4.煤 煤在地壳中的分布较有规律，它常出现于某些地层中并成
片分布，较易勘探和制图。因此，在各类自然资源中煤的储量估算
比较准确。现在引用较广的是美国地质调查所埃夫里特（ Averitt）
1969年发表的数据。他认为深度 1200米以内厚度大于 36厘米的煤层
有 50％可供开采。在特殊情况下也考虑深度达 1800米的储量，不过
他指出 1200米以下地层中煤的储量最多只占地壳中总储量的 10％。
埃夫里特提供了两个数字：一是已制图的煤炭储量，为 4300× 109
吨；二是世界煤炭资源总量 Q∞ 为 7600× 109吨，其中前苏联最多，
为 4300× 109吨，约占 3/4，其次为美国,1486× 109吨，再次为中国
，约 1000× 109吨（我国公布的证实储量为 901.5× 109吨），亚洲其
他国家 681× 109吨，西欧 377× 109吨。
根据非再生资源生产周期理论，哈伯特（ Hubbert） 利用上述两
个数据计算了世界煤炭的生产周期。上述较低数字计算的煤炭有用
期限为 2000年至 2200年，生产峰值将出现于 2110年（图 8.8曲线 A）； 上述较高数字即 Q∞ 的煤炭有用期限为 2040年至 2390年，生产峰值
出现在 2160年（图 8.8曲线 B）。 根据 Q∞ 的计算，煤炭尚可满足人类
使用 400年的需要。
5.水力
人类早就发明了水碓、水磨等水力机械和水力提水装置。本世纪
以来水力发电更把水力利用提高到一个崭新的阶段。水力发电具有
很多优点：无污染、运行费用很低、水库寿命一般比火电站和核电
站长，而且水库还有多方面的效益等等。
世界各国均致力于水电的开发，迄至 1988年，水电已占世界电力
供应的 21％和商业能源供应的 6％。有些国家水力发电成为其主要
能源，例如，挪威所用电力几乎全部为水电，其次是瑞士，水电占
全国电力的 74％，再次为加拿大，占 70％，奥地利占 67％，但就绝
对量而言，美国是水力发电最多的国家，适宜修筑水电站的多数地
点已被开发，水电占这个耗能大国（ 1989年消费世界能源的 1/4）
电力供应的 10％ — 14％，全部商业能源的 5％ — 6％。其他发达国家
水电资源的开发率也较高，其中欧洲最高，达 59％，但发展中国家
水电的开发率仍较低，一般不足 10％（表 8.6）。
表 8.6所列世界各地水电资源的开发潜力是以装机容量来表示的。
该表所列世界水电装机的潜力约为 22亿千瓦，若按设备利用率 50％
计，年发电量为 97000亿度，可以满足目前全世界对能源的需求。
但实际上现在水电的开发率只有 17％,1989年占世界能源消费量的
2.4％。表面上看来水电仍有很大的开发余地，但事实上水电开发
仍然存在很大困难和一些难以避免的缺陷。首先是许多最有利的地
点已被开发，西方发达国家尤其如此。有待开发的地点多在远离能
源消费地的偏僻山区，开发难度较大。其次是水电开发所需投资较
大，而开发潜力最大的发展中国家恰恰缺乏资金。据世界银行预测
，如果 1995年发展中国家的水电生产要达到电力供应的 43％，则在
1990年以前水坝建设投资需要 100亿美元。此外，从更长的时间尺
度来看，水力发 电还有一个往往被忽视的弱点，就是水库的寿命，
由 30年至 300年不等，视当地土壤侵蚀的程度而异。水库一旦被淤
平，将永远失去其功能，在其上游或下游不远处修筑新的水库往往
不可能。考虑到这一点，水力资源也可视作非再生资源，它将随着
水库的淤塞而逐渐耗竭。事实上，北京的官厅水库已基本丧失发电
能力（寿命约 40年），三门峡水库也已损失了原来 11亿千瓦容
6.地热能 指地下热岩和热液中所储存的能量，现已开发利用的
多为后者，通常以三种形式存在：干蒸汽（其中不含水滴）、湿蒸
汽（蒸汽中含水滴）和热水，以干蒸汽质量最佳，最易开发利用。
意大利早在 1904年就在拉德雷洛（ Larderello） 附近开发了一口大
型干蒸汽井，所生产的电力成为该国电气化铁路的主要电源。美国
和日本也有规模较大的干蒸汽地热电站。但干蒸汽田较为稀少，较
为常见者为湿蒸汽和热水。众所周知，冰岛的雷克雅未克全靠地下
热水给全市 8.5万居民供热和进行温室栽培。
热岩包括三种不同类型：近地表的熔岩、干热岩和温岩。目前热
岩的开发利用尚少。
目前地热能在世界能源供应中所占份额很小（与风能一起共占
0.045％），其优点是在有可能开发的地方成本比较低廉，其电力
成本约为燃煤发电站的一半，或核电成本的 1/4，所排出的 CO2也很
少。其主要限制在于资源过于稀少，可供开发的地点不多。而且就
地热蒸汽与热水而言，其更新速度缓慢，一旦开采速度过大，就会
面临耗竭的前景。此外，地热资源也只是相对地, 干净,,地热蒸
汽与热水中通常含有硫化氢、氨气、放射性物质（例如氧）、可溶
性盐类乃至有毒物质等。因此，在开发中需要注意环境保护问题。
7.核能 这是来自岩石圈的新能源,19世纪末元素放射性的发现
和 20世纪初相对论的提出，为核能的利用奠定了理论基础。原子核
能的释放可以通过两条途径：一是某种元素裂变为原子量较小的其
他元素，一是两个轻元素的原子核聚变为一个较重元素。无论是哪
一条途径，都伴随着巨额能量的释放，同时质量有所减少，所减少
的质量△ m即转化为释放的能量△ E,这就是爱因斯坦著名的公式：
△E＝（△ m） C2,式中 C为光速。
现在已投入生产的是核裂变，所用的物质为 U-235,每个 U-235
原子裂变时释放 200MeV能量，合 3.2×10-11焦。 1克铀元素有
2.56×1021个原子，裂变时释放出的能量相当于 2.7吨煤。不过天然
铀矿中 U-235的含量只占 0.71％（即每 140个 U-238原子中才有 1个
U-235原子），因此 1克铀矿产生的能量约等于 19千克煤。
地壳中铀矿的储量不多,1976年世界能源会议和 1977年美国的
核能政策研究小组所提供的数字分别为 490万吨和 487.6万吨（价格
为每千克 U3O8不高于约 70美元）两个数字非常接近。
迄至 1990年，在第一个核电站投产 43年以后，全世界 27个国家和
地区共有 428个核电站。 1989年全世界的核电占电力供应的 19％，
但其所提供的能量（ 6783拍焦）只占世界能耗（ 310972拍焦）的
2.18％。而这些核电站每年消耗的铀为 1万吨（维持量）至 4万吨
（充分运行），也就是说，如果核发电量维持现有的水平，则世界
铀矿储量将于 120— 490年内耗竭。因此，铀矿作为一种能源的使用
周期也是不长的。
近几年来世界核电的发展已呈下降趋势，主要原因是因为基建费
用超支、核废料处置问题和不断发生的安全事故，这类事故以 1986
年发生在苏联的契尔诺贝利核电站最为严重。然而远在此以前，核
电站建设的速度就已放慢。美国自 1975年以来就没有再接到核电站
的订单，而且前此的 108个订单亦被撤销。原联邦德国的能源供应
中有 10％来自核电，但是从 1975年以来仅有一个核电站的订货，而
且以前所订的八个机组亦迟迟未能动工，主要原因是来自政治上的
反对。这种发展趋势使美国的核电生产在 20世纪 90年代有所下降。
而且，由于核电站的预期寿命一般为 30～ 40年，如果不兴建新的核
电站，则全世界的核发电能力也将逐渐减少。
目前利用 U-235发电的技术对铀的利用率很低，其实 U-238如果受到
核裂变时放出的高能中子攻击，就会变成同样能裂变的 U-233,理
论上使铀的利用率增加 140倍。同样原理也能使储量更为丰富的钚
（ Pu） 变成能裂变的 Pu-239。 按这种原理建造的反应堆称为快速增
殖反应堆。此外，原子能利用的另一途径是核聚变，例如氢的同位
素氘和氘的聚变以及氘和氘的聚变，以及另一种轻元素锂和氘的聚
变，目前都在积极研究之中，这种核聚变是一种较为, 干净, 的能
源。但有关科学家估计，核聚变从实验室走向实用还需要较长的时
间才能实现。应该指出的是，无论是快速增殖反应堆还是核聚变均
需消耗很高的能量，这又有赖于现有核裂变材料的储存。如果缺了
这把, 钥匙,,则理论上的巨大核聚变能量也将难以取得。
8.岩石圈以外的其他能源 包括风能、海洋的潮汐能和波浪能以及
太阳能等，目前在世界能源供应中所占比例虽小，但从长远看，可
能是未来人类取之不竭的永久性能源。以太阳能为例，现在全球每
年经生物圈转化的太阳能即为世界能耗的十几倍。而且，到达大气
层顶部的太阳能更是地面的 35000倍。如果能实现在那里对太阳能
的接收、转化和传输，则人类利用的能量就几乎是无限的。
上面概述了世界能源概况，其中石油、天然气、油砂与油页岩、煤
和核燃料均来自岩石圈，其他几类则来自岩石圈以外，包括水力、
风能、海洋潮汐能和波浪能，以及太阳能等。从能源的过去、现在
和对其未来的预测，为了现代文明的持续发展，下述两点是毋庸置
疑的：
第一，人类必须把能源消费从非再生能源转化为再生能源。岩石圈
内储存着巨大的能量，但是这些在亿万年地质时期内积聚起来的能
源是不可再生的。另一方面，人类对能源的消费却持续地呈指数增
长，这不仅是由于世界人口的增长，而且是由于人均能源消费量越
来越大。因此，岩石圈中这些非再生能源终将不能满足人类不断增
长的需求。更为严重的是这几种传统能源的耗竭时间将分别为今后
几十年至几百年。
第二，能源浪费现象十分严重，工业化发达国家尤其如此。美国
是世界上最大的能源消费者和浪费者，据统计，美国 1989年能量消
费占全世界的 24.6％，但其所消费的能量中只有 9％属于有效利用，
另有 7％转化为石油化工产品,41％属于因热力学第二定律（能量
从一种形式转化成另一种形式时必然造成能量质量降低或数量减少）
造成不可避免的损失，其余 43％则纯属不必要的浪费。因此，人类
必须学会提高能量使用的效率，以便使用较少的能量来维持较高的
生活水准。
上述两点有一个共同的要求：必须尽快实现而不能延误，因为要
实现从传统能源向新能源的转变本身也要消耗大量能量，许多新技
术与新设备（如核聚变与太阳能发电等）都要耗费巨大能量方能实
现，现存的能源储量应该用以实现这种转变。因此，未来的几十年
在能源利用上可能会决定人类文明的整个进程。
