正文 第四十二章 智能自動化技術的展望(四)(1 / 3)

開采海上石油,目前已成為各國解決能源問題的重要目標。英國和挪威曆來是貧油國,但在60—70年代的10年裏,在兩國的北海海域發現並開采石油,目前產量已達1.1億噸左右,英國由石油進口國一舉變成了石油輸出國,還躍居為世界五大產油國之一。海上石油開發自本世紀30年代以來已有半個世紀的曆史,目前海上勘探區域已遍布除南極以外的各大陸架,並正在向深海區延伸。因此,海上石油開發技術的重點,是發展深海鑽探和開采技術。90年代已向海深1000米的目標努力。目前海上石油開發主要在大陸架區域鑽探作業,在水深100米以內一般多采用自升式平台,大於100米水深多采用半潛式平台或鑽探船。少數鑽探船配備有動力定位係統,可以在更深的海域作業。在海上采油技術上,大油田一般采用固定(著底)式采油平台,包括鋼製導管架平台和混凝土重力平台,最大作業水深達300米,小型油田則主要采用浮動采油平台。隨著開發區向深海推進,現在重點研究深海石油開發技術,例如新型的張力腿平台就是一個代表,它是在半潛式平台的基礎上發展起來的。其主要技術差別在於:半潛式平台采用懸鏈式錨泊係統,使用多條柔性係纜在不同方向上把平台錨定在海上,平台的穩定性較低;而漲力腿平台采用垂直錨泊係統,使用多條係纜與海底固定錨垂直連接,通過平台超過自身重量的浮力,使係纜能在各種氣候和負荷條件下保持張力;平台過剩的浮力還可以提供複力,能使平台始終處於垂直站立狀態。張力腿平台的這種機製能更好地適應深海波浪動力特性,使平台的垂直運動保持在最低限度,從而提高了油井裝置和海底至甲板的各種連接裝置的可靠性。目前已有幾個張力腿平台在較深海域作業,其中北海赫頓油田一個水深350米,墨西哥的一個張力腿平台作業水深達520米。

海底鑽探和海底采油係統,是將海麵鑽探和開采技術設備轉移到海底。這是現代海洋石油開發技術概念上的重大轉變,對深海石油開發技術發展有重要意義,可是目前僅在海底采油係統方麵取得成功,海底鑽探技術還是一種設想。海底采油係統也叫做海底油井,就是把生產井口裝置安裝在海底進行生產,通過管道運輸石油,現在有些淺海油田已經采用這種采油係統。它一般用控製索將設備吊放到海底,由潛水員進行安裝和檢修。但是,這種係統在深海使用就比較複雜了,因為水深超過潛水員的可潛深度,就必須采用水下機器人。最近在北海的一個油田采用這種海底采油係統,水深300米,就是使用水下機器人進行安裝和檢修。這個海底采油係統設有六個閥探井口,鋪設了50千米長的輸油管道,並安裝一些監控設備和加壓泵。目前還在設計建造一種可在670米深海底用的采油係統,配備有遙控潛水器和水下機器人。因此估計到2000年,海底采油係統可能得到普遍應用。

專家們預測,21世紀將是“複合能源時代”。日本一家谘詢機構1988年發表長篇報告《21世紀的能源展望》認為,今後能源技術開發研究課題將是多種多樣的。實際上是把當前世界上已經發展的新能源技術都列為研究之列,以形成多種能源互補、初級能源、二級能源共享,形成新能源技術加速發展的新格局。

(四)新能源與可再生能源技術

當前,新能源和可再生能源科學技術是高科技的重要組成部分。自人類文明以來,能源一直與人類的生存及社會的進步息息相關。20世紀中葉以來,世界又麵臨傳統能源逐步枯竭的問題,而新能源和可再生能源科學技術有可能比較徹底地解決這一難題,將會對世界的發展和國際政治產生巨大的影響。自工業革命以來,傳統能源的占有和使用一直是左右世界發展和國際政治的一個十分重要的因素,簡單回顧下人類傳統能源利用史是有必要的。1.傳統能源簡史

史前人類就開始鑽木取火,用以取暖和煮熟食物。與製造工具和使用語3成為人類脫離猿人的重要標誌一樣,能源的利用在史前也對人類進步起了重大作用。

人類真正在生產上比較大規模地利用能源是從公元前2000年巴比倫人用木炭煉鐵開始的,這時人類利用能源已不僅僅是為了生活:煮熟食物和取得溫暖,而且是為了生產。當時使用的是植物能源:雜草和木柴。

公元前2世紀,在中國的漢朝有人類用煤煉鐵的最早記載。人類開始利用固體礦物能源,並利用這種最先進的能源開發了當時的高技術一一煉鐵術,並由於當時的造紙技術、機織技術和煉鐵技術等的發展,使中國成為當時世界上最強盛的國家。

過了1000年,到公元1092年,在中國開始給液體礦物能源“石油”命名,開始了石油的研究和使用,但由於各種曆史原因這次能源的開發沒有在中國得到發展。而是到700多年後的1854年,石油才由美國的第一次進行分餾,1859年在美國的賓夕法尼亞州打了世界上第一口油井。石油新能源的真正利用大大促進了當時的高技術一一內燃機技術和汽車製造技術的發展,使人類步入機械化時代。隨之使用的新能源還有天然氣。人類在幾幹年前就開始以水車和風車的形式小規模、低效益地利用水力能源和風力能源,直到電力技術一一19世紀末的高技術發展以後,水力才能以發電的形式作為一種新能源來使用,這也說明技術發展是和新能源開發互相影響、互相促進的。

2、新能源和可再生能源的開發

高科技中的新能源,比較全麵地講應該稱為新能源和可再生能源,因為嚴格地說,太陽能、風能和水力能等能源都不是新能源。人類使用各種能源的曆史已很久遠,但是以前的利用技術與規模和在高技術條件下的利用是不可比擬的,高技術是用全新的手段來利用傳統能源,而這些能源又多有可再生的特性,因此,將這些能源與新能源一起統稱為新能源和可再生能源。

從高科技的角度來講,目前新能源和可再生能源主要包括核能,其中又分裂變能和受控熱核聚變能、太陽能、潮汐能、風能、地熱能和生物能等,以下擇其主要的介紹下通過高技術利用這些能源的現狀。

(1)受控熱核聚變能人類首先利用的核能是核裂變能,也就是重元素,例如鈾和鈈的原子核分裂所釋放出的能量。第次鈾核裂變反應是於1940年分別在法聞由1約裏奧一居裏([似虹011”。小組和在美國的費米([?杠瓜)小組幾乎同時實現的。第一個核裂變的實驗反應堆是由美國的費米實驗室在伊利諾州的芝加哥研製成功的,第一座裂變核電站由前蘇聯在1954年建成。由於這項技術主要是在50—60年代開發的,而新技術革命一般認為在60年代末才開始,因此,國際上一般不把早期裂變反應堆技術稱為高技術。但是自80年代後,裂變反應堆在燃料、反應方式、冷卻劑和防護方麵都有重大改進,這些改進利用的技術都是高技術,所以新型裂變反應堆技術又被稱為高技術。

受控熱核聚變利用的是輕元素核聚變所釋放的能量,例如氫(隻)。目前實驗反應利用的是氫的同位素氘(口)和氚(了)在特定的高溫和約束條件下進行的可控製的核聚變反應,聚合成較重的原子核並釋放出巨大的能量。氘和氚與鈾等稀有重金屬不同,可以取自海水,1千克海水中可以提取34毫克氘,也就是說1升海水可以頂300升汽油,就是所謂的“海水變汽油”。世界上的海水至少可以提取23萬億噸氘,以1993年世界能源的消耗來計算,可供人類使用100億年以上。因此,可以說人類找到了取之不盡、用之不竭的能源。同時,熱核聚變又不產生放射性汙染,所以,它還是一種清潔能源。