二章：能源宝库

对于贫穷，人们都有直观感受，能源专家却有着更深刻的抽象理解。他们认为，文明程度取决于人均能源占有量。十九世纪末，欧洲人均能源消耗是亚洲的11倍，北美更达到亚洲的30倍！中国人当时积贫积弱，从能源水平上便可见一斑。

即使在今天，中国仍然未能在这个指标上进入世界前列。然而传统能源正走向枯竭，从哪里寻找新能源，进一步提升文明水平？很多人把目光转向了海洋。

一节：海洋石油

“石油”这个词来自宋朝沈括的《梦溪笔谈》。当时，陆地上很多石油蕴藏在浅表处，有的甚至渗杂在泉水里。

十九世纪后半叶，对石油进行工业化开采后，这些浅表处的石油资源率先被开发。随着技术提升，人类又在陆地上钻取较深的矿井。如今，中国陆地油井已经打到8588米，相当于珠峰的高度。随着陆地石油生产逐渐枯竭，人们很早就把视线转向海洋。

全球海洋石油主要产区号称“三湾两海两湖”。“三湾”就是中东波斯湾、美洲墨西哥湾、非洲几内亚湾。“两海”是欧洲的北海和亚洲的南海。“两湖”一指欧亚交界的里海，名字里有海，其实是内陆湖。另外就是南美洲委内瑞拉的马拉开波湖。这两处虽然并不是海洋，但与海洋石油一样要使用水下开采技术。

现在，全球海洋石油探明储量是38亿吨，七百多座海洋钻井平台分布各处，创造了石油总产量的三分之一。有一百多个国家正在开采海洋石油，其中五十多个国家具备深海油气开采能力。在一些地方，深海石油正在占越来越高的比例。在墨西哥湾地区和南美的巴西，深海石油产量已经超过浅海石油。

在深海里开采石油，从勘探到开采，再到运输，都比浅海难度大，体现着一个国家油气开采技术的水平。如今，国际上已经有超过三千米水深的石油开采船队，能覆盖所有大陆架和大陆坡。

今天的小读者可能想象不到，当年中国曾经大量出口石油，来赚取宝贵的外汇。直到1993年，中国才成为石油进口国。现在，虽然也有大庆油田这类高产区，但是中国石油资源只占全球的3.6%，天然气只占2.7%，2011年，中国已经超越美国，成为最大的油气消费国和进口国。

所以，海洋石油是中国的重要经济命脉。在近海，中国已经探明了十亿吨级的储量，三百米以上的水深都具备开采能力。1990年以后，中国石油产量中的增量部分，有60%来自海洋石油。

2019年，中国生产海洋石油五亿桶，达到历史最高水平。即使如此，在我国整体石油储量中，海洋石油也只占12%，低于世界平均水平。在油气开采方面进一步迈向海洋，是中国的战略性步骤。

国际上将中国东海称为第二个中东，南海称为第二个波斯湾，都是极有潜力的海洋石油出产地。不过，这些地方都是深海油气资源，勘探与开采的难度更大。

尽管中国周边海域油气资源丰富，但是作为世界最大石油消费国，还是要将眼光投向全球。通过投资、并购和参股，中国正在获得更多全球海洋石油份额。典型的有投资南美圭亚超深水油田、购买美国优尼科公司、加拿大尼克森公司等等。通过商业手段，在全球海洋为中国油气资源建立了保障网。

二节：可燃冰

如果说海洋油气是马上能到手里的能源，可燃冰就是预计会到手的能源。

可燃冰的学名叫天然气水合物，因为看上去很象冰，所以有了这种通俗叫法。正常条件下，天然气并不与水化合，但是在高压并且低温的环境下，两者会发生反应。地球上哪里会有这种自然环境？一处是冻土，另一处就是深海。不过，陆上冻土中的可燃冰只占整体储量的1%，海洋才是开采可燃冰的主战场。

人类早在19世纪就从实验室里制造出天然气水合物，对它的性质已经有成熟的研究。不过，野外的可燃冰资源一直处在研究和勘探阶段。如果按照含碳量计算，可燃冰能达到煤、石油和传统天然气总和的两倍，是地球上最大的化石能源。另一种计算结果则显示，它可以供人类以现有能源消耗水平使用一千年。

当然，人类不会停留在今天的能源消耗水平上，未来肯定升级换代。可燃冰的价值就是在能源升级之前，保障现有工业不因传统化石能源的枯竭受到影响。

然而，由于可燃冰主要储存在深海，一直没有成功进行商业化开采。由于可燃冰形成于高压和低温环境，开采它就需要使用降压法或者热激法，把天然气从可燃冰里分解出来，再提升到地面。

降压法能量消耗低，工艺相对简单，适合大面积开采。但是天然气的分解速度会越来越小。热激法可以迅速产气，但是只能局部加热，开采面积的扩张受到限制。现在，人们正在根据不同环境条件，综合利用这两种技术。

还有一种办法，就是用二氧化碳置换可燃冰里面的甲烷。这在技术上是可行的，还顺便封存了二氧化碳，减少温室效应，可谓一举两得。不过，虽然二氧化碳是主要的工业废气，但分离它的成本却并不低，这种置换法暂时还缺乏商业前景。

开采可燃冰要考虑到环境因素。甲烷带来的温室气体效应是二氧化碳的十倍。把它作为燃料烧掉当然没问题，如果直接泄漏到大气里，就是新的污染源。目前的天然气开采技术可以防止甲烷泄漏，但如果开采可燃冰，能否阻止甲烷泄漏，现在还没有把握。

将海床深处的可燃冰变成甲烷和水，它就从固体变成了气体和液体，会导致海底软化，进而导致滑坡。由于有这种后果，可燃冰不能在海洋工程附近开采。广东珠江口外就发现了大面积的可燃冰，因为周围存在着不少海洋工程，就对开采造成了约束。由于这些技术原因，目前可燃冰开采还处于实验阶段，各国都没有商业性的可燃冰项目。

在这个领域，中国处于世界领先位置。中科院广东能源研究所研发出了世界首套可燃冰开采系统。2020年，中国在南海进行了可燃冰的试验性试采”，创造日产量的世界记录。中国很有可能在2030年前，成为第一个商业开采可燃冰的国家。

三节：海水作燃料

用海水当燃料？呵呵，这当然不是“水变油”骗局，而是用海水提练氢，再用氢作燃料。

自从富尔顿发明轮船后，先是煤炭，后是重油，轮船始终是化石能源的消费大户，也是污染大户，每年排放9.4亿吨二氧化碳，占全球碳排放的3%。而氢燃烧后只生成水，污染为零。氢动力现在已经在陆地上蓬勃发展，把它移植到轮船上不就行了？

2009年，德国ATG公司研发出全球首艘氢动力船。它可以载客100人，下水后在德国汉堡从事内河运输。由于氢动力电池的续航能力有限，这艘船不能跑远途海上运输。

2017年，比利时“CMB”公司制造出双动力轮船，主要使用柴油，以氢为辅助动力。由于体量小，也只能用于短途通勤。另外，这两艘实验船的氢燃料来自陆上工厂，离通过海水直接制取还差得远。

2017年5月，日本丰田公司研发的全球首艘自主氢动力船开始环球航行实验。它配备太阳能和风能发电设备，用这些电力从海水中制造氢气，再产生推动船只前进的电能。整个航行期间，这艘船不从陆地输入燃料，真正开始以海水为燃料的时代。

不过，这些实验船只体量很小，离大规模的客货运输还差得远。氢燃料用于航运的前景很美妙，但还有很多技术难点要克服。首先，从海水中取氢靠电离技术，这些氢在使用时又用来发电。这么一来一往，如何保证输出大于输入就成了问题。

其次，以氢为动力需要重新建造一套电力发动机系统。目前，它们的功率还远远比不上燃油和燃气发动机。日本丰田公司的实验船虽然环保，航速却只有七节，比帆船都慢。要想让氢动力船有竞争力，无论速度还是体量，还有很多路要走。

海水有腐蚀性，电离海水取氢时会腐蚀阳极。所以，大部分氢动力实验船只能依靠陆上工厂用淡水制备氢气。丰田公司的方案也是先淡化海水，再用来电解，技术过程复杂而不实用。不过，斯坦福大学的科研人员发明了负电荷涂层，可以排斥氯化物。把它们加在阳极上，既不妨碍导电，也会减缓金属腐蚀。

其实技术能否突破，关键在于需求。靠海水自持的氢动力电池，军事方面会产生极大需求。它可以减少舰船靠港次数，提高巡航能力。“辽宁号”出海一次，需要加8000吨燃油！如果舰船都使用海水提取的氢做燃料，可以腾出很多载重量，增加武装设备。本身也可以长期巡航。特别是无人潜艇，依靠此种技术，几乎可以无限期地在海面航行。

军事需求一旦带来技术突破，便会转向民用。一旦大型船只都使用海水作燃料时，整个海运体系都会为之变化。港口那些巨大的储油罐会消失，船上更多的空间也会用于人和货。

四节：海上风电

同样受日照影响，白天陆地温度的上升速度快于海面，风会从较冷的海面吹向陆地。晚上，陆地降温的速度又快于海洋，风就从陆地吹向大海。如此便形成了非常稳定的周期性海陆风，并且风力通常不低，这也是一笔巨大的可再生能源。而利用这种能源的最佳方式，就是兴建大型海滨风电场。

相比于内陆风场，海陆风的变化十分规律，发电效率比陆地风高30%。在海面建设风电场完全不占土地，既节省费用，也不会因为土地矛盾耽误工期。风机体形庞大，在公路上运输会造成沿途交通阻塞。放到巨型海洋工程船上，运输就不是问题。

内陆风电场要放在风力资源丰富的地方，比如甘肃酒泉或者内蒙呼伦贝尔草原，甚至是一些山谷地区。它们通常不是经济中心，甚至周围都没有人烟。发出来的电需要通过电网才能输送到城市和工厂。

而由于长期的趋海移动，滨海城市集中了大量的人口和工业，也集中了用电需求。在这些城市的近海建设电场，节省了大量输电成本。

基于这些优点，海上风电的发展速度快于陆地风电。目前，全球海上风机容量已经达到22吉瓦，到2050年还会增加二十多倍。中国也已经成为全球海上风电的核心。2019年全球的海上风机交易总量中，有76％来自中国。

海洋风电优点不少，但因为要扎在海底，并且要防腐蚀，成本很高。目前，制造和安装成本仍是陆地风电的一倍。未来的技术发展方向除了减少现有风电的成本，就是如何让风机小型化。

现在一提到风电，人们就会想到巨大的叶轮，一片叶轮能有波音飞机的机翼那么长。可能很多年后，人们会认为这只是一种“古典风机”。小型发电树会取代大型风机，成为风电的主流。

2015年，法国工程师拉里维埃研制出发电树，学名叫小型风力涡轮机。它可以接受四面八方的风，叶轮由天然纤维制成，非常轻盈，只要能吹动风向标的微风，就能让它发出电力，发电效率是传统风机的一倍以上。

这种发电树的体量还非常小。拉里维埃制造的原型机有七米高，未来还会缩小到能放在住宅的阳台上发电。它不象风机那样，由形状固定的叶轮采集风能，而是使用很多小叶片，可以根据建筑条件，将发电树改造成各种形状。

由于小巧而灵敏，发电树仅需要城市里拂面的微风就能工作，放到海边更能派上用场。妨碍发电树普及的不是这种技术本身，而是电网。自从当年爱迪生在竞争中失败，放弃直流电以后，人类已经习惯使用交流电，为此就要配置长距离的输电线。即使风力发电，也要先把电力送入电网，再通过变压器传入各家各户。

而无论是大型风机还是小型发电树，都是分布式发电，本质上类似于家用柴油发电机。那些孤悬海外的小海岛，可能更需要这种发电方式。当海上科研和工厂设施普遍建立后，直流输电在这些地方会占优势，发电树也能普遍利用。

五节：太阳的馈赠

石油可以看到，海风可以感受。大海里还有一种看不见，摸不到的能源，完全靠科学知识指明它的存在，那就是温差能。

19世纪，海洋学家已经能测量出深海的水温，知道它们与海洋表面温度相差很多。1881年，法国物理学家阿松瓦尔提出，可以使用某些沸点很低的介质，在海洋表面把它汽化，驱动发电机发电。再把乏汽输送到海洋深处冷凝，重新变为液体。这样形成循环，就能利用上下层海水的温差来发电。

理论上讲，这种能量来自太阳。正是由于它晒热表层海水，才与深层海水形成温差。所以，温差能算是一份太阳的馈赠。不过，海水吸收的太阳能，其中约有一半导致海水蒸发，这部分能量飞散在大气里，另一半才会被海水储存。具体来说，是储存在表面200米厚的一层海水当中。

深层海水温度都很冷，到了几千米深处，如果附近没有海底火山或者热液，海水差不多都只有几摄氏度。但是海域所处的纬度越高，表层海水越冷，上下层温差也就越小。所以，温差发电要在赤道两侧三十个纬度的海洋里才有经济价值。

进入20世纪，阿松瓦尔的学生在古巴建立起第一个温差发电实验系统，证明了它的可行性。古巴位于北纬25度以南，恰好是温差发电的有利区域。

然而，由于石油供应很丰富，没有投资商想发展这种低效率的能源系统。直到七十年代出现第一次石油危机，发达国家寻找各种替代能源，温差发电才又摆到日程上。1979年，美国在夏威夷海边一艘旧驳船上，建立起世界上首座温差电站。如今，日本和中国都建起温差发电实验电站。

海水越深，上下层温差越大，发电效果越好。所以，温差发电最好建立在深海。这也导致温差发电和其它海洋发电方式面临同样的难题，就是把发电系统固定在什么地方。现在只能放在实验船上，规模显然很受限制。

管路系统则是温差发电特有的难题。管道越粗，输送的介质越多，发电能力越强大。然而在海洋里竖起上千米深的粗管道，这是其它海洋工程没遇到过的挑战。石油钻井管道也是竖直的，但是直径远不能与温差发电管道相比。人类在海洋里建有粗大的输油管，但它们都是躺在海底，而不是竖在海水里。

另外，在深海处发出的电，又很难输送回大陆。这也是导致温差发电规模不大的主要原因。目前，它主要是供深海中的科研设施使用。

以中国三沙市为例，当地离海南岛最南端的三亚市有339公里，不能从海南岛拉过去电网。现在，当地靠柴油发电，而柴油则需要从海南岛运过去。如果能在附近建设温差电站，就能解决供电问题。

温差能越靠近赤道，越有开发价值。然而你打开世界地图就会发现，赤道附近恰恰缺乏大型工业设施，或者高密度的人类聚居区，甚至没有多少发达国家。所以，温差发电的前景，取决于人类是否大规模进军海洋。

六节：月球的礼物

如果说温差能是太阳的馈赠，潮汐基本可以算是月球的礼物。虽然太阳和月球共同吸引着地表的海水，但是太阳大而远，月球小而近，两厢比较后，月球引潮力是太阳的2.25倍。?

自从工程师掌握了发电的基本原理，就开始打潮汐的主意。因为它是一种很有规律的机械运动，无论涨和落都可以带动发电机。这种能源称为潮汐能。著名的钱塘江大潮，就是潮汐能的展现。

1912年，德国人便建成了小小的实验型潮汐电站。1968年，法国人在朗茨河入海口建成潮汐电站，此后一直是这个行业的标杆。朗茨河口本身水流较急，潮汐电站使用双向发电方式。涨潮时水从外海进入内河，落潮时反过来，来来去去都在推动水轮机发电。

如果在潮水缓的地方建设潮汐电站，就需要借鉴陆地水电站的运作方式，先建设水库。将海水进来，形成水库与海面的高度差，以此来发电。

还有一种简易的潮汐发电方式，叫做潮汐涡轮发电，直接把改造后的水轮机放在潮流中发电，省去基础设施。不过这只适用于自产自用、规模较小的分布式发电。加拿大圣约翰市外的芬迪湾建有世界首座潮汐涡轮发电站，只能供应五百户家庭的用电。

虽然潮汐到处都有，但适合建电站的地方并不多。必须有狭窄的海湾或者河口，才能形成很高的潮差。这个地方还要接近电网，便于传送电力。入海的河流通常是水运要道，建潮汐电站还不能阻挡航运。

在这些条件约束下，中国沿海总共发现了191处适合建设潮汐电站的地方。浙江省虽然面积不大，由于地形优势，占据中国沿海潮汐能储量的41.9%。

这么多地方，目前总共只建成十来座潮汐电站，还有很大发展空间。以装机容量来计算，中国浙江省的江厦潮汐电站排名世界第三，亚洲第一。

潮汐现象遍布所有海域，但以海边最为明显。由于水浅，海水冲到这里会形成大浪。那些经常有惊涛拍岸的地方，能源密度很高，比太阳能和风能的密度还高。

潮汐电站也因此都建在海边。这也让它更接近用电单位，与其他海水发电形式比更具备市场优势。所以，潮汐电站很早就进入实用阶段，而其它海水发电方式都还在实验中。

内陆建设水电站，一般都要征地和移民，产生社会矛盾，延长工期。适合建设潮汐电站的地方往往是无主荒地，不会形成产权问题。这也让潮汐发电减少一层无形成本。

就目前情况来看，潮汐发电还不是主流发电形式，只能在滨海社区形成补充。但是，在全球向清洁能源转型的大趋势促进下，潮汐发电会有很大的潜力。

七节：洋流发电

依靠着奔腾的长江水，三峡电站建成以来，蝉联世界水电发电量的冠军。然而江水与洋流相比，就是小巫见大巫了。世界最大的洋流是墨西哥湾暖流，水流量相当于全球所有河流流量总和的80倍！注意，是所有陆地河流！即使排在第二位的太平洋黑潮，最大流量也是长江入海口处的两千多倍！

如此洪大的水流，携带着天量的动能循环不息。如果用来发电，未来岂不是会有海上三峡？当然，早就有很多人在打这个主意。可是理论很丰满，现实较骨感，洋流发电一直停留在实验阶段。

水电站的发电机固定在整体结构里面，洋流都位于远海，发电机要如何固定？如果不固定，它就会随波逐流，根本不能发电。这是洋流发电的头号难题。1973年，美国莫顿教授提出了一个方案，在海面下30米处敷设固定管道，直径达170米，内装发电机组。让海流带动发电。

这样巨大的发电机组，尺度已经和三峡电站的水轮机差不多，难以实施。美国人后来开发出驳船式海流发电站，就是在一艘船的两边装上水轮，和早期的明轮船只形状类似。只不过不靠明轮驱动，而是停在那里，让水轮在海流推动下带动发电机。

武汉理工大学能源动力学院另辟途径，把洋流发电与风电机捆绑在一起。如今沿海已经建设有很多风电场，有些洋流也会途径这些地方。该团队设计出双转子发电机，可以同时使用风力和洋流驱动。

我国台湾地区处于西太平洋黑潮影响下，当地中山大学陈阳益领导的黑潮发电研究计划已经通过测试。这个实验电站系泊在900米深的海底，通过低转速洋流能涡轮机，将海流变成电能。

黑潮也流经日本，当地新能源研究所团队在鹿儿岛外海作了类似实验。他们将涡轮机沉入几十米水下，获得了持续的电流。

金门大桥是美国旧金山市一景，我们经常会在美国电影里看到它的身影。当地管理委员会曾经计划利用桥下的水流带动发电机，给周围750户人家供电。这个项目价值220万美元，属于机动灵活的发电方式。

重庆宇冠科技公司还开发出一种数控洋流发电机。每台只有15千瓦，输出功率和最小的柴油发电机差不多。在每秒两米的流速下，这种发电机可以供数十人生活用电。但如果在大洋里敷设5000台，就能支持一座小城市用电。而它不消耗燃料，不产生噪声，清洁环保。

与洋流本身的规模相比，这些洋流发电实验非常不起眼，似乎浪费了洋流的能量。其实，阻碍洋流发电提升规模的原因更在于应用。只有把这种发电站设在深海大洋，发电规模才能扩大。如此一来，就要建设复杂的海洋输电系统，远不如把电站建在城市附近更经济。

未来能释放洋流发电潜力的途径只有一个，就是不再为陆地供电，而是为海上浮城供电。

八节：惊涛骇浪都是电

然而，上述所有能源，都不是海洋中最大的能源。海洋中到处都有波浪，是典型的机械运动，由此产生的波浪能，占全部海洋能量的94%！看着它们日复一日白白消耗，早在19世纪就有人打起波浪发电的主意，它又叫波力发电站。

现在，人们已经设计出各种波力发电装置。其中一种叫做振荡水柱式。它象是打气筒，下面与海水相通，上面与空气相通。波浪进入装置时，空气室里的空气被压缩，波浪下降时空气又膨胀，一来一往都能驱动发电机。这种发电方式可以利用波浪上下振动中的能量

另外一种设计叫摆式波能，它的主要部件是“摆板”，在波浪冲击中摆动，带动发电装置。由于波浪方向不断变化，摆式波力发电机随时调整位置，以对准波浪来袭的方向。

还有一种设计叫波面筏装置，专门收集浅水中的波浪能。它象一只漂在水面上的筏，内置有面板，能随着波浪运动。筏与面板连接处有液压结构，在波浪推动下不断伸缩，转化成电能。有时候，波面筏也会设计成浮筒，适应不同的水面。

这些装置利用的发电原理都是电磁感应定律，让转子切割磁力线来发电，和传统的水电、火电没有区别。另有一种完全不依靠电磁感应的压电材料，可能更适合波浪发电。

某些晶体受到压力时，会在两个端面间出现电压，形成微弱电流，这就叫压电效应。1880年，科学家就从石英晶体里发现了压电效应，现在已经发现了若干种压电材料。但是它们产生的电流一直很微弱。所以，压电材料目前不用于发电，而是用在传感器上，把微弱的压力变化用电流反应出来。

随着材料技术的发展，最新的压电材料已经有很高的能量密度，可以经济地把压力转化成电力。在陆地上，已经有人把压电材料放到公路下面，把来往汽车的压力转化成电力。压电材料更合适于宽阔的洋面，用波浪造成的压力来发电。这样的波力发电机不需要复杂机械传动结构，质量大大减轻。

各种设想和方案研究了一个世纪，2018年，世界首座波浪发电场终于在英国康沃尔郡投产。2020年，中国首台500千瓦级波浪能发电装置也在珠海大万山岛启用，标志着我国处于波浪能开发的前列。

推广波力发电还有一个问题，就是如何输电。和小型洋流发电一样，波力发电也是分布式发电。集中输入电网，再分散到各家各户，这个过程会导致很大损耗。所以，波力发电更适合灯塔这类海洋工程，或者海岛社区使用。

九节：聪明的海水发电术

理论上讲，任何机械运动都可以转化成电力。所以，地球表面并不缺乏能源。只是到目前为止能源技术还很粗放，转化不了自然界那些细微的、杂乱的机械运动，比如纷乱的水流。

所以，能源技术一个新的发展方向就是“智慧能源”。力图把各种新技术融合到发电领域，利用以前难以使用的微小能源和零散能源。水伏发电就是一种。

自然环境中的水被太阳照射，每时每刻都在蒸发。每蒸发1克水就要吸收2.26千焦的能量。全年加起来，地球表面的水在自然蒸发中消耗的能量，相当于人类消耗能源的上千倍！这种无声无息的能量以前根本无法使用，但是现在有种碳纳米管材料，通过与水作用，可以转化水蒸汽携带的能源。几平方厘米的实验材料发出的电，已经可以打开液晶显示器。

这种新兴发电方式被称为水伏发电。和光伏发电一样，也要依靠材料的特殊性能。不需要搞基建，把材料在水面上铺开就能产生电能。

理论上讲，江河湖海都能搞水伏发电，但是陆上水面不适合大规模覆盖，海洋却可以。几平方公里水伏材料就提供一个中型电站的电力。目前，由于碳纳米管材料十分昂贵，水伏发电还没有投入实验。但是碳纳米管的单价也正在不断下跌。等到能进入寻常百姓家的时候，我们就可以见到大洋上的水伏电站。

除了水蒸汽，水滴也可以用来发“聪明电”。1867年，英国科学家开尔文就研制出“滴水起电机”，让水在滴落过程中通过静电感应作用形成电压差。由于发出的电能十分微小，“滴水起电机”只是一种用于演示的实验仪器。

2020年，香港城市大学的团队用聚四氟乙烯薄膜改进了滴水起电机，把发电效率提高了上千倍！每平方米产生的最高能量达到50.1瓦，可以点亮LED灯。现在，水滴发电还只能进行原理演示，未来还要通过建设实验电站，才能走进实用阶段。

海洋和陆地上都在降水，海洋因为占据七成地球表面，降水量也大体是全球降水总量的七成。滴水发电成熟后，既可以在陆地使用，也可以成为海洋社区的电力来源。

相比于我们熟悉的火电厂和水电站，这些能源的潜力大到不可比拟，但它们最大的问题就是散乱，水流方向和幅度都无法控制。即使能发电，也是忽大忽小，忽有忽停。所以，需要自动控制技术更上一层楼，让整个电力系统变得更“聪明”，才能把这些零散电力集中起来，大规模使用。

除了潮汐电站，所有这些海洋发电都离陆地居民点很远。温差能最好在赤道附近，波浪能最密集处在北大西洋。要把这些地方发出的电引回大陆，就要建设复杂的海底电网体系。发电成本虽低，输电成本却高。

所有这些海水发电技术都要等将来的某一天，才能大兴于世，那就是人类在大洋里建成永久驻留地。

十节：终极能源

不久的将来，可控核聚变将成为最主流发电模式，一举替换掉其它大规模发电技术。届时，海水将会给核聚变提供取之不尽的原料，那就是氢的同位素氘。

在极高温度和压力下，两个氘原子核会聚变成氦，中子和电子释放出来，释放巨大能量。由于能量密度极高，氘的使用量很小，百万千瓦核聚变电站每年只消耗304公斤氘。

一升海水就能提炼30毫克的氘，所有海水包含着45万亿吨氘。如果上述工业链条最终形成，一升海水相当于300升汽油。比水变油还值钱。而且海水中提取出氘以后，几乎不改变海水性质，可以重新排放入海。

从1950年代开始，由苏联工程师设计的托卡马克装置，就成为可控核聚变实验平台。90年代后，中国也加入这场能源革命，在合肥建立起世界首座全超导托卡马克装置。它已经创造了1000秒的连续工作记录。未来的使命就是实现真正的连续工作，最终实现能量净输出。

与可控核裂变相比，可控核聚变条件复杂得多，一时半会还得不到收益。所以，一个国家承担不起实验费用，需要国际协作。

如果一切顺利的话，2050年前后，人类将建成第一座可控核聚变的实验电站。这是人类进入太空时代前要登上的最后一级能源台阶。人类普遍使用化石燃料后，就不再烧木头。一旦核聚变电站启动，人类目前的能源结构也将彻底改造。占地面积过于广阔的水电将首先消失，污染严重的火电也随后消失。甚至风电和太阳能发电也不会长久，风机制造和太阳能电池板的制造，也都是高耗能产业。

当然，核裂变电站也在消失名单上。毕竟裂变燃料很少，燃烧后的核废料如何存放，也是矛盾尖锐的问题。而核裂变的最终产物是氦，没有放射性，十分清洁。

更重要的是，人类历史上不断为能源发动战争。可控核聚变将终结这类战争。谁愿意为取之不尽的海水开战？

首座核聚变电站发电半个世纪到一个世纪内，所有其它的集中式发电都会消失，天空变得清洁，大地变得安静。仍然会有一些分布式发电，如风电、太阳能发电和水伏发电，服务于远离居住区和工业区的人们。重要的是，依靠强大的核聚变，人类才能开启宇宙时代。

如果按照现有能源使用量计算，海水中的氘可供人类使用250亿年！即使提高几倍，也足够用到地球被太阳吞蚀掉。早在那之前，人类便已经离开地球，开发星际资源。