了解并清醒认识人类社会能源利用的历史和现实

文摘财经 2024-07-07 10:01 北京

了解并清醒认识人类社会能源利用的历史和现实

王能全

煤炭促成了工业革命，工业革命推动化石能源成为人类主体能源，当今世界利用能源的方式没有根本改变，很多地区还处于能源贫困之中。

能源，是作为个体的人生存必备的三大要素之一，是维系人类社会正常运转的动力，是衡量人类社会发展进步的主要标志之一。得益于不竭的想象力和追求美好生活的源源动力，人类社会使用能源的方式，在不断地进步。不过，自工业革命推动化石能源成为人类社会的主体能源来源以来，截至目前为止，人类社会利用和消费能源的方式，没有发生根本性的改变，化石能源的主体地位没有被动摇过。虽然当下的人类社会正在积极探索新的能源及其利用方式，除非未来科技出现重大的突破，从人类社会过去能源利用的历史看，这些新能源及其利用方式，似乎还很难动摇或取代化石能源的主体地位。

化石燃料及其漫长的人类使用史

化石燃料，是由数百万年前沉入地球表面以下的死生物体形成的一类物质。所有的化石燃料曾经都是有机物质，不同的地质条件，如压力、温度、岩石和沉积物等，导致了不同类型的化石燃料的形成。化学成份上，化石燃料主要由碳和氢，以及一些氧、氮、硫和少量其他的元素所组成。

化石燃料，需要数百万年才能通过地壳中的自然过程形成。化石燃料是一种有限的能源，这意味着一旦从地壳中提取出来，它们就是不可再生的，因为我们使用化石燃料的速度比它们形成的速度快得多，而且它们的形成时间长达数百万年，化石燃料是无法替代的。

所有的化石燃料都可以燃烧来提供热量。反过来，这种热量可以直接在家用炉中使用，也可以间接用于为发电机产生蒸汽或为汽车或为飞机的发动机提供动力。

化石燃料，是当今世界能源的主要来源。但是，早在第一台以煤为燃料的蒸汽机或第一口商业油井出现之前，人类早就开始使用化石燃料了。根据历史记录和考古发现，几千年前，各大洲的不同文明，早就使用了某些形式的石油、煤和天然气。

使用化石燃料的历史，与人类文明史一样古老。当然，早期化石燃料的使用在数量上，无法与今天的三种主要化石燃料，即原油、天然气和煤炭的勘探、开采、加工和贸易相提并论。这三种燃料加起来，占到了目前全球能源使用的大部分。在古代，由于缺乏知识和技术，化石燃料的使用受到了限制，但不同的文明试图并在一定程度上，设法充分利用他们在日常生活中可以提取和使用到的化石燃料资源。

化石燃料的早期使用。数千年前，早在任何油井被实际钻探或任何石油公司成立之前，不同的文明就以各种形式使用石油。古代文明没有钻探或提炼石油的技术，但他们利用从地表渗出的石油，用于建筑物和防水等。

根据古希腊历史学家希罗多德的说法，幼发拉底河（今伊拉克）一条小支流的沥青，被用于建造古代美索不达米亚最著名的城市巴比伦的城墙。

美索不达米亚人，还使用沥青修建道路，并对船只进行密封和防水。苏美尔文明，在公元前4000年至公元前2000年间，统治着底格里斯河和幼发拉底河之间的美索不达米亚地区，我们现在称之为中东。苏美尔文明，使用沥青将马赛克作品粘在地板和墙上。马赛克和砖柱，是苏美尔人在艺术和建筑方面的主要成就之一。

美国伊利诺伊州斯波洛克世界文化博物馆的展示说明，虽然沥青并不是木乃伊防腐的典型物质，但在古埃及，一些人类和动物的木乃伊是用沥青制成的。

石油也被用于照明。开始时，石油是在一个火盆里点燃的，后来才被灯芯油灯所取代。

罗马人，使用在达契亚省（现在的罗马尼亚）发现的石油，作为战争武器，用于燃烧。

公元前500年左右，中国人在盐井中发现了油藏，并钻了100英尺深的井，在地下油藏中获取天然气和石油。几百年后，中国人还建造了竹管，将天然气输送到家庭取暖和照明。

一些文明也使用石油作为皮肤的药物治疗，例如，古代波斯人、哥伦布之前的印第安人和10世纪的苏门答腊人，都相信原油有药用的价值。印第安人会用软沥青，或者在阳光下融化的硬沥青，把箭粘在轴上，把刀粘在刀柄上。

早期的文明，对天然气感到困惑，在了解天然气到底是什么之前，人们将超自然和宗教起源归因于地球表面自发发生的火灾，例如，闪电卡住并点燃了从地壳渗透到地表的天然气。古代中国人和波斯人，都使用天然气为家庭供暖。到19世纪，天然气主要用于照明灯具，包括路灯。

石油和天然气，只集中在世界某些地区的地质储层中，但煤炭在世界的分布，比石油和天然气更为广泛。从穴居人时代起，人们就开始使用煤炭，在中国和英国开采煤炭已超过了1000多年了。在英国发现的考古遗迹表明，2世纪和3世纪罗马统治不列颠群岛期间，就使用煤炭，罗马人甚至把一些煤带回到罗马。

13世纪，马可波罗描述了中国对煤炭的使用。在15世纪和16世纪的欧洲，在发明了由耐火砖制成的烟囱后，煤炭成为越来越重要的家庭供暖燃料。

但直到18世纪中期开始的英国工业革命，煤炭以及后来的石油和天然气，才成为英国和世界各地工业和家庭的主要能源。

工业革命。随着蒸汽机的发明，工业革命开始了工厂化的生产、制造机器和建立工厂，这些结合起来，将人类社会带入到现代时代。詹姆斯·瓦特制造的蒸汽机，成为工业革命的主要推动力，蒸汽机是用煤驱动的。

煤炭是一种丰富的动力来源，取代了水，水是工业革命前的主要动力来源。随着煤炭和蒸汽机的出现，蒸汽动力机器使大规模生产成为可能，工业化生产开始了。

工业革命，改变了人们的工作和旅行方式，人们乘坐蒸汽船和蒸汽火车旅行，这些火车燃烧煤炭为锅炉提供动力，成为了主要的交通工具。

18世纪中期，英国生产了全世界棉纺品和铁产量的一半，煤产量的三分之二。到19世纪中期，英国每年产煤量约为7200万吨。1913年，英国煤炭产量高达2.92亿吨。1920年，英国有将近120万人从事煤炭行业的工作，有三千多家煤矿。正是煤炭，让英国成为称霸世界100年的日不落帝国！

19世纪上半叶，工业革命席卷美国，美国的几个煤矿开始运营，煤炭开始取代木材作为供暖来源，因为它比木材释放出更多的能量，而且更容易运输。煤炭消费量稳步增长，超过了木材的能源使用量。

在南北战争期间，制造武器的工厂开始使用煤，而煤在美国储量丰富。到19世纪末，用煤制成的焦炭，已经取代木炭成为炼钢炉的主要燃料。

19世纪80年代，美国首次将煤用于发电。半个世纪后，到20世纪60年代初，煤炭已经成为美国发电的主要能源。

第一口商业油气井。在工业革命之前，历史上的文明都在开采石油，但技术和知识并不普及。在许多情况下，在为开采盐水而挖的井中发现原油，被视为令人讨厌的事情，原油是钻井工人主要目标，即盐的不必要的副产品。

18世纪中期，油井所有者在美国宾夕法尼亚州和纽约都找到了石油，但他们在挖盐，那时还不完全了解原油的用途。

随着钻井手段和技术的进步，以及对石油潜在用途的进一步了解，19世纪中期，人们开始在钻井时有目的地将原油作为目标。

1859年，埃德温·L·德雷克在美国宾夕法尼亚州的泰特斯维尔钻出了第一口现代商业油井。德雷克研究了业主是如何钻探盐的，并决定他可以在泰特斯维尔做类似的钻探石油的工作，他与宾夕法尼亚岩石石油公司合作，该公司正在收集从地下渗出的石油。德雷克认为，钻一口井来开采石油比收集从地表渗出的石油更可行。德雷克用一根钻杆到达了油层，但后来未能为他的钻探方法申请专利。尽管如此，德雷克还是在1859年8月发现了石油，这一成就被认为是第一次成功的商业石油钻探。今天，宾夕法尼亚州的泰特斯维尔，拥有德雷克井博物馆和公园，这里是现代石油工业的发源地。

改变石油工业的发明。当德雷克钻出第一口商业油井时，原油的主要用途是用于照明的煤油灯。煤油需求的增长，引发了第一次“石油热”。

19世纪末，一项新发明永远地改变了全世界对石油产品的需求，第一辆内燃机汽车。1885年，德国工程师卡尔·本茨，发明了第一辆以原油精制产品汽油为燃料的汽车。

在美国，亨利·福特于1908年推出了T型车，这是一种大众市场负担得起的汽车，推动了对汽油的需求。汽车的大量生产导致汽油很快超过煤油，成为需求量最大的石油精炼产品。到20世纪中叶，由于汽油的需求，石油成为美国使用最多的能源。

除了汽车的石油需求外，世界大战也产生了对石油产品的需求，因为卡车、坦克和军舰都需要燃料，海军扩大了舰队。除制造业和工业的繁荣之外，战争力量推动了世界各地对石油的需求持续增长。

全球能源转型的简要历史

在过去的200多年里，人类社会获取能源的方式发生了巨大的变化。这些变化，是由蒸汽机、油灯、内燃机和电力的大规模使用等创新所推动的。从以农业为主的全球经济向工业经济的转变，需要新的能源来源来提供更有效的能源投入。当前的能源转型，是基于这样一种认识:要避免气候变化的灾难性影响，就必须减少温室气体的排放。

煤炭与第一次能源转型。在工业革命之前，人们燃烧木材和晒干的粪便，来取暖和烹饪食物，同时依靠肌肉力量、风力和水车来研磨谷物，通过使用由马或其他动物驱动的车辆来运输。

在16世纪和17世纪，木柴和木炭的价格因短缺而飙升。随着经济的增长和社会变得更加复杂，家庭和不同行业的消费增加推动了这一趋势。因此，像英国这样的工业化经济体需要一种新的、更便宜的能源，他们转向了煤炭，标志着第一次重大能源转型的开始。

由于规模经济，生产成本的下降，煤炭的消费和生产不断增加。与此同时，技术进步，也带来了新的煤炭使用方式。

蒸汽机是工业革命背后的主要推动技术之一，严重依赖煤炭，而房主们用煤炭为家里供暖和做饭，从而带来了煤炭消费的大幅度增加，煤炭在全球能源结构中所占的份额，从1800年的1.7%上升到1900年的47.2%。

石油和天然气的崛起。1859年，埃德温·L·德雷克在美国宾夕法尼亚州建造了第一口商业油井，但近一个世纪后，石油才成为主要的能源。

在大规模生产汽车之前，石油主要用于照明。在引入装配线后，内燃机汽车的石油需求开始攀升，并在第二次世界大战后随着汽车购买量的飙升而起飞。

同样，本生灯的发明为在家庭中使用天然气开辟了新的机会。随着管道的到位，天然气成为家庭取暖、烹饪、热水器和其他设备的主要能源。

煤炭在家庭供暖市场输给了天然气和电力，运输市场输给了石油。尽管如此，它仍然是世界上最重要的发电用能源来源，至今仍占全球发电量的三分之一以上。

向可再生能源的过渡。可再生能源是当前能源转型的核心，随着各国加大减排力度，太阳能和风能正在全球快速扩张。

2000年至2010年的十年间，可再生能源的份额仅增长了1.1%。但是，增长正在加速，2010年至2020年间，这一数字提高到3.5%。

此外，当前的能源转型在规模和速度上都是前所未有的，气候目标要求到2050年实现净零排放，这基本上意味着在不到30年的时间里，化石燃料将完全消失，可再生能源发电将不可避免地迅速增长。

继2020年创纪录的一年之后，2021年，可再生能源新增装机容量有望创下年度纪录。此外，2021年，全球能源转型投资达到创纪录的7550亿美元。

不过，历史表明，仅仅增加发电能力不足以促进能源转型。煤炭，需要煤矿、运河和铁路；石油，需要油井、管道和炼油厂；电力，需要发电机和复杂的电网。完全转向低碳能源，需要在自然资源、基础设施和电网储能方面进行大量的投资，同时改变我们的能源消费习惯。

2023年世界能源利用的现状

2024年6月20日，英国能源研究所发布2024年版的《世界能源统计评论》。从能源消费的角度来看，2023年，是一个可圈可点的一年，一次能源消费总量创出新高，石油消费首次突破每天1亿桶的大关，煤炭消费也创出了历史的新高；从能源供给的角度来看，这一年里，全球的风光等新能源、可再生能源的装机，创出了历史性的记录水平，可喜可贺。不过，更应该看到的是，虽然2023年世界一次能源消费出现了较快的增长，但当今世界上的很多地区，还处于能源贫困之中。

2023年，世界一次能源消费总量为619.63艾焦尔，比2022年增长了2%，这一增长速度为很多年来所罕见，比前10年的平均水平高出0.6%，比新冠疫情前的2019年高出了5%。

2023年，世界石油消费历史性地首次突破了每天1亿桶的大关，为1.0022亿桶/天，比2022年大幅增长了2.6%。分地区看，北美地区的石油消费温和增长了0.8%，欧洲下降了近1%，但亚太地区增长了5%，其中我国的石油消费大涨了10.7%，汽油和柴油消费反弹至每天717.9万桶，比2019年新冠疫情前的消费总量高出了15%。

2023年，世界煤炭消费总量达到164.03艾焦尔，创下历史新高，比2022年增长了1.6%，是过去10年平均增长水平的7倍。其中，2023年，印度煤炭消费增长了9.8%，比中国快两倍以上，煤炭的消费总量历史上第一次超过了欧洲和北美的总和。

2023年，全球天然气消费虽然也创下历史新高，但却是世界三大化石能源中消费增长速度最慢的。当年，世界天然气的消费总量为4.01万亿立方米，仅比2022年增长了0.02%。

从世界一次能源消费的结构看，2023年，石油占比31.7%，是人类社会消费的第一大能源来源；煤炭占比26.47%，排名第二；天然气占比23.29%，排名第三；风光等可再生能源，合计占比8.16%，排名第四；水电占比6.39%，排名第五；核能占比3.96%，排名第六。石油、煤炭、天然气三大化石能源，合计占比81.46%；如再加上水电和核能，五大传统的能源合计占比高达91.81%，是人类社会消费的绝对主体能源。

2023年，世界发电总量为29924.8太瓦时，创下历史新高，比2022年增长2.5%。其中，亚太和中东地区，2023年的发电量增长均超过5%，但欧洲下降了2.4%，北美下降了1%。从发电用能源来源看，2023年，煤炭是世界第一大发电用能源，占比35.13%；天然气第二，占比22.54%；风光等可再生能源第三，占比15.86%；水电第四，占比14.16%；核能第五，占比9.14%。风光等可再生能源，加上水电，合计占2023年世界发电总量的30.02%，为历史上首次。

虽然从总量上，2023年的世界一次能源消费出现了较快的增长，但是，由于人口的增加，2023年的世界人均能源消费增长有限。2023年，世界人均能源消费为77吉焦，仅比2022年增长1.1%，落后于一次能源消费总量的增长速度。分地区看，由墨西哥、加拿大和美国构成的北美地区，是世界一次能源人均消费最高的地区，为230吉焦；前苏联国家地区，排名第二，为163.7吉焦；中东地区排名第三，为142.9吉焦。

2023年，非洲地区的人均能源消费，排名世界最后，仅为14.3吉焦，不仅没有增加，反而比2022年下降了2.7%。可以说，当前的非洲地区，处于能源的赤贫状态。而世界人均能源消费最低的国家，也在非洲地区，为东部非洲国家，包括埃塞俄比亚、厄立特里亚、吉布提、索马里等，仅为人均4.6吉焦。2023 年，非洲地区的总人口数为 14.6 亿，超过印度和我国。2024年5月14日，国际能源署在巴黎召开“非洲清洁烹饪峰会”，联合国际社会为非洲超过10人解决清洁烹饪燃料的问题。

2024年6月，国际可再生能源署与国际能源署、联合国统计司、世界银行以及世界卫生组织联合发布《追踪可持续发展目标7：能源进展报告》，指出全球无电人口数量10多年来首次出现增长，2022年为6.85亿，比上一年增加了1000万人，其中撒哈拉以南非洲地区无电人口为5.7亿，占全球无电人口的80%以上；有21亿人无法获得清洁烹饪的燃料和技术，主要集中在撒哈拉以南非洲地区和亚洲等地。

正因为如此，世界著名能源问题专家瓦茨拉夫·斯米尔，于2024年6月发表《京都与 2050 年之间的中途：零碳排放是极不可能的结果》报告，认为从木材和木炭等传统生物质燃料，到化石燃料的第一次全球能源转型，始于两个多世纪前，目前仍没有完成，全球数十亿人仍然依赖传统的生物质能源做饭和取暖。因此，今天的人类社会，仍然没有达到柴火的峰值！

从国别来看，卡塔尔是世界人均能源消费最高的国家，2023年为816.7吉焦；冰岛第二，为人均602.7吉焦；新加坡第三，为人均577吉焦。

2023年，亚太地区的人均能源消费为67.3吉焦，低于世界平均水平，其中我国为119.8吉焦，高于世界平均水平，与日本的人均141.2吉焦的差距非常接近。

薄薄的《世界能源统计评论》，可以称得上是世界能源行业，尤其是能源研究界的葵花宝典。在由英国石油公司主持出版的期间，我曾写过数篇的评论文章，评论当时的世界能源形势。今年，是这份报告由英国能源研究所主持出版的第二年，谨以拙文，对英国能源研究所为全球的能源研究界所做的这份功德无量的工作，表达深深的感谢！

（后记：今天，是“全说能源”上线6周年的日子，特安排这篇科普性、知识性但又十分严肃且有意义的文章，以资纪念并志庆。

及时发声于世界和我国的石油天然气及能源话题，传播、普及世界石油天然气及能源行业的基础知识，是“全说能源”的使命和任务。自上线以来，“全说能源”已经刊发了507篇文字，其中的476篇为专业性的文章，越来越多的行业内外朋友们对“全说能源”给予了高度的关注。在此，衷心感谢八方朋友们，正是你们持续的关注和厚爱，成为“全说能源”存在并不断提升的源源动力！

进入2024年以来，由于繁重的研究任务，加之行业内外朋友们的厚爱，各种会议和讲课等活动众多，导致从6月开始，“全说能源”刊发的文章和更新的速度下降，很多领导和行业内外朋友们非常关切。根据工作计划，今年7月份还有重要的会议和活动等安排，而且这种情况可能将会持续到今年年底，肯定会影响到后续发稿的数量和更新的速度，在此特此说明，并敬请各位领导和朋友们给予理解。

在过去六年工作成果的基础上，“全说能源”将一如继往，坚守打造硬核的、专业的和有价值的石油及能源问题研究平台的初心，努力安排好自己的工作计划，协调好时间，尽最大可能多出成果，保持一定的发稿数量和更新的速度，回馈行业内外，服务于全社会！）

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