全球能源研究 第二期

来源：    发布时间：2014-12-03 16:10:11 

2013年按原油换算的全球能源消费量较上年增长2.3%
   英国BP石油公司发布的全球能源统计显示，2013年按原油换算的全球能源消费量较上年增长2.3%，达到127亿3千万吨。受新兴国家经济减速等因素影响，低于过去10年的平均2.5%的增幅。石油和天然气的消费量均只增长了1.4%，煤炭的消费量则增长了3%。煤炭在能源消费量整体中所占比重达30.1%，为1970年以来的最高水平。
    煤炭的消费量增长主要集中于中国和印度等新兴国家。其原因在于与其它能源相比煤炭价格低廉，且资源丰富。
    核能方面：消费量实现了近10年来的首次增长，但增幅较小。其在整体能源消费量中所占比重为4.4%，为1984年以来的最低水平。煤炭比重的增加和核能比重的减少从短期来看将导致二氧化碳排放量的增加。
    石油方面：2013年美国的日均消费量比2012年增加了40万桶，达到1890万桶，自1999年以来首次超过了中国的增加量。美国产业部门的需求坚挺，而中国则受经济增长放缓的影响，石油消费的增长放缓，2013年的日均石油消费量较上年增加39万桶，达到1080万桶。2013年中美两国的石油消费量占到了全球总消费量的32%。
受页岩油效应带动，2013年美国的日均石油产量同比增加了110万桶，增至1千万桶，增产量为全球首位，连续2年刷新本国最高产量纪录。作为石油生产国，美国的存在感出现增强，另一方面，石油输出国组织（OPEC）的产量在全球总产量中的占比降至42.1%，下降了1.3个百分。
能源战略
洛克希德·马丁公司开发小型核聚变反应堆
    美国航空航天制造巨头洛克希德·马丁（Lockheed Martin）2014年10月15日宣布，该公司正在开发利用可装到大型卡车上的小型核聚变反应堆（CFR：Compact Fusion Reactor）进行100MW发电的技术，目标是在10年内实现实用化。2014年10月9日相关专利的申报材料被公开，上述消息估计就是因此而公布的。该公司表示，利用该技术可实现无需化石燃料及喷气燃料的飞机、船舶，以及小型或可移动的高输出功率发电站。
    洛克希德的技术与大数多核聚变发电技术一样，以“D-T核聚变”为基础（图1）。D-T核聚变的具体反应是：在1亿度以上超高温等离子体中，使普通氢原子的原子核中加入1个中子而获得的重氢（Deuterium），与加入2个中子而获得的三重氢（Tritium）聚合，产生α粒子（氦的原子核）和中子。这个反应过程中可释放出一般化学反应约100万倍的庞大能量。 
洛克希德·马丁公司开发的磁镜型核聚变反应堆的概要：重氢（D）与三重氢（T）聚合，产生庞大的能量。包括洛克希德·马丁公司的技术在内，大部分的核聚变技术主要利用的核聚变反应“D-T核聚变”。 重氢蕴藏在海水等物质中，来源几乎取之不尽，而三重氢可利用锂（Li）和中子在反应堆中生成。有望利用长10m的反应堆实现100MW发电。同时，与利用铀等放射性元素核分裂的已有核能发电不同，核废弃物常少注1。
注1：D-T核聚变使用的三重氢在反应后有残余，存在泄漏至反应堆外的可能性，因此还不能说完全环保。另外还存在反应堆材料的辐射问题。
    洛克希德申报专利的核聚变反应堆由9～18组超导电磁线圈等构成。其中，尤为重要的线圈是2组“尖端线圈（Cusp Coil）”，以及位于反应堆末端的2组“磁镜线圈（Mirror Coil）”。尖端线圈的作用是形成在反应堆内部密封等离子体的磁通密度的斜率，磁镜线圈的作用是防止等离子体粒子流出到外部。设想的典型的反应堆尺寸为长10m、直径7m。
    实际上，该反应堆的原型是20世纪50年代中期开发的“磁镜型”反应堆，相关技术即便在核聚变发电技术中也属于较老的一类（表1）。在磁镜型反应堆中，称为“β值*”的发电效率相关性能指标拥有高理论值。也就是说，容易提高相对于投入能量的净发电输出功率。一般而言，高β值与稳定性大多存在此消彼长关系，而磁镜型反应堆容易使两者保持高水平，因此相关研究曾一度活跃。但是，最初的机型存在等离子粒子容易散失的严重问题，因此逐渐被目前在实用化研究中居主流的托卡马克型（Tokamak）反应堆所取代。*β值＝以磁场压力与等离子体压力的比来定义的无维量。
    不过，托卡马克型反应堆的课题也非常多。这种反应堆由于β值低，要想获得一定的发电输出功率，必须要将装置大型化。在这种情况下，日本、欧盟（EU）、俄罗斯、美国、韩国、中国及印度共同推进的500MW实验反应堆开发项目“ITER”，其建设费用增至数万亿日元，达到了最初预算的近10倍。投入运转的预定时间从最初的2016年大幅滞后到了2027年。而其后续的商业反应堆“DEMO（Demonstration Power Plant）”预计要到2040年才能投入运转。
    鉴于这种情况，业界开始同步研究有望获得高β值的球状托卡马克反应堆等新技术。但目前的情况是，β值高的方式，其稳定性大多较低
    洛克希德在此次的CFR中，通过磁镜线圈等新设计，解决了磁镜型反应堆存在的等离子体粒子损失的课题。这样，得益于原本的高β值及高稳定性，实现了仅为托卡马克型1/10的小型化。由于实现了小型化，因此与ITER等相比，实现了良性循环，“设计只需3个月，建造只需不到1年，5代机型的开发用5年即可完成”（洛克希德臭鼬工厂紧凑型聚变反应堆项目负责人Thomas McGuire）。
    另外，这种反应堆与使用D-T核聚变的核聚变反应堆存在相同的课题，那就是需要开发可承受高速中子冲击的是特殊反应堆材料。而洛克希德的CFR在这一方面也拥有巨大的实力。由于具备小型、低成本且可短期内建造完成的特点，因此没有必要设想长达数十年的设计寿命。在数年后废弃，重新制造新反应堆即可。
    不过，洛克希德目前尚未发表相关学术论文，而且也未明确在技术上做了何种程度的验证，因此有很多专家对该公司的方案表示怀疑注2。
    注2：在包括日本的全球范围内，有专家质疑说，“如果发表人不是洛克希德的话就一笑置之了”，“在开发上还不过处于纯粹的基础阶段”。不过也有部分报道称，洛克希德的试制系统尽管输出功率还很低，但已实现了近10秒的稳定运转。