能源形式更替發(fā)展的新方向

人類利用能源的形式，根據(jù)所蘊含的人類智慧程度，可以分為啟智能源、小智能源、中智能源和大智能源，其對應的能源形式分別是柴薪燃料、“馴化”能源、化石能源與混合能源。能源形式的改進，是為改善人類生存、更好地滿足文明運行的需要；能源形式的更替，是為促進人類發(fā)展、推動文明形態(tài)的演進。更替不可能突然發(fā)生，要以能源形式的改進為基礎。無論是改進還是更替，都是人類的智慧成果的成功運用。

在采獵文明時期，人們從自然界獲取食物，采集植物，狩獵動物，以獲取生存必需的能量。后來，人類發(fā)現(xiàn)并利用了火，柴薪、秸稈等天然生物質(zhì)燃料便成為主要的能源。

在農(nóng)耕文明時期，除了繼續(xù)利用火外，人類開始嘗試“馴化”自然，畜力、風力、水力漸漸成為獲得能源的重要方式，以此完成磨面、提水、紡紗和織布等簡單的農(nóng)業(yè)和手工業(yè)活動�，F(xiàn)在看來，人類直接獲取水力、風力等能源形式有著明顯的缺陷：一是能源動力受自然條件和氣候限制大，沒有風和水，風車與水車寸步難行；二是能源獲得渠道窄，主要是通過地表和地上，地上能源是太陽能，地表則是太陽能經(jīng)過光合作用而形成的能源，如柴薪能源等。對于地下能源，我們當時的視野還難以觸及。盡管如此，低下的能源利用技術仍然與當時同樣低下的勞動生產(chǎn)率相適應，生產(chǎn)技術水平的落后使得我們對能源的需求并不迫切，改進能源利用技術的動力不足。較低的能源技術和較低的能源需求相互適應，互為因果，支撐著文明緩慢前行。

受益于科學技術的進步，人類的活動范圍逐漸從地表延伸到地下，發(fā)現(xiàn)了豐富的煤炭資源。煤炭燃燒后能釋放出較高的熱量，也適應生產(chǎn)的批量化、持續(xù)性需求，因而迅速成為主要的能源。18世紀蒸汽機的發(fā)明，煤炭取代柴薪成為支撐工業(yè)文明運行的主體能源。到了19世紀，發(fā)明了比蒸汽機熱效率高、體積小、功率大、更潔凈的內(nèi)燃機，隨之進入了以燃油為主體燃料的時代。石油和天然氣比煤炭燃燒值更高、污染更小，更符合工業(yè)社會的需要，因而得到大規(guī)模的推廣和應用。

通過蒸汽機和內(nèi)燃機產(chǎn)生的動力難以在較大的空間范圍內(nèi)隨意傳遞，只能圍繞一臺動力機械進行小范圍、小規(guī)模的生產(chǎn)。19世紀以來，電磁感應定律的發(fā)現(xiàn)，為隨后發(fā)電機、電動機，以及變壓器、電站、低壓電網(wǎng)和超高壓電網(wǎng)等一系列技術裝備的發(fā)明及廣泛應用提供了條件，開啟了第二次工業(yè)革命，迎來了電磁動力新時代。煤炭、石油、水力、風力等各種能源都可以轉(zhuǎn)換成機械能、再轉(zhuǎn)換為電能，然后將電能通過電網(wǎng)延伸到城市、鄉(xiāng)村和山間，廣泛地滿足城鄉(xiāng)生產(chǎn)生活所需。

借助以煤炭與燃油為燃料的蒸汽機和內(nèi)燃機，我們由依賴人力、畜力、風力和水力轉(zhuǎn)向依賴機器，人類手臂向外拓展；憑借電力的發(fā)現(xiàn)和應用，我們將各種機械能轉(zhuǎn)化為電能，并將之運往遠方，使得生產(chǎn)和生活的視野進一步開闊。兩次工業(yè)革命的能源基礎——化石能源的發(fā)現(xiàn)和利用，滿足了工業(yè)文明對能源的巨大需求，但其儲量有限，不可再生，終究會枯竭，同時也催生了環(huán)境破壞、氣候變化、安全事故等一系列嚴重問題。

未來清潔高效的新型能源不可或缺。20世紀60年代以來，“能源革命”的呼聲日漸高漲，開發(fā)包括新型能源和再生能源等在內(nèi)的能源，成為能源形式更替與發(fā)展的新方向。

回顧由火而始走過的漫長歷程，我們可以發(fā)現(xiàn)幾條能源形式改進和更替的重要線索。

一是從被動到主動。我們對能源的利用，最早是以“靠天吃飯”的方式被動獲取。即采集植物和狩獵動物以獲取它們本身含有的能量。后來，通過認識和利用火，包括引用自然火種和鉆木取火，人們對能源的利用從被動逐漸轉(zhuǎn)為有意識的主動。后來，隨著技術的不斷進步，能源利用逐漸主動轉(zhuǎn)移到煤炭和石油，乃至之后的核能、太陽能、風能、水能等新的能源形式上。

二是從發(fā)現(xiàn)到發(fā)明。人類從用火山和閃電留下來的火種取火，到掌握鉆木取火歷經(jīng)的時間數(shù)以萬年。而從1820年荷蘭人漢斯·奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應，到法拉第用磁棒來回進出金屬線圈制造電力僅僅歷經(jīng)了11年。偶然的發(fā)現(xiàn)是小概率事件，需要等待漫長的時間，同時只能發(fā)現(xiàn)比較單一的規(guī)律。試驗發(fā)明是一個復雜、系統(tǒng)的過程，同時又有更加明確的目的性和研究方向，大大縮短了發(fā)明的時間。

三是從“膚淺”到深遠。在采獵文明和農(nóng)耕文明時期，我們就地取材，在視線所及范圍內(nèi)行動。在工業(yè)文明時期，能源利用的目光穿透地層，地下的煤炭、石油和天然氣，成為文明前行的重要動力來源。隨著技術的進步，能源形式開始從有形轉(zhuǎn)為無形，電能開始得到普遍使用，核能、太陽能、可燃冰和地熱能等開始進入我們的視野。

總之，我們對能源的利用是從小聰明逐步過渡到大智慧的過程。在農(nóng)耕文明時期，人們利用畜力靠馬車等出行。進入工業(yè)文明時期，蒸汽機、內(nèi)燃機、發(fā)電機及電動機讓能源變得更加豐富和強勁。后來，混合能源又開始被使用，再后來，能源形式進一步更新，燃料電池、混合動力、氫能源動力和太陽能等發(fā)展迅猛。隨著文明的演進，生產(chǎn)技術水平的提升，主流能源形式中所蘊含的人類智慧元素比重越來越大。