煤能够变成石油吗太阳能够被囚造出来吗？人体能成为发电机吗

大胆的尝试、新型的能源，都将在这里逐一展示思考能源的未来、面对审时度势的考验，中国人在能源领域可以肩负怎样的责任与担当以东方智慧结合现代科技，以创新精神推动能源变革这样的故事在为中国，也在为世界打造一个充满动力的未来

当下的我们，前所未有地支配着种类繁多的能源但没有哪一种能源是完美的。

我们开动脑筋维持能源与环境的平衡創造新的技术克服能源的缺陷，而科学家们从未停止对新型能源的探索。

在驾驭能源的路上中国人一直没有松懈，我们用自身的努力期待着一个充满动力的未来。

孵化厂的工人每天要经手上万枚鸡蛋。

蛋变成鸡需要在孵化器里经历21天的时间。

这些刚孵化出来的小雞将被送往40公里外，武夷山脉的深处

福建省光泽县，不仅是福建重要的粮仓也是全亚洲最大的白羽肉鸡养殖基地。

一辆标准的输送車每一趟可以承运3万只鸡苗。

每只鸡从出生到运达养鸡场不会超过一个小时。

面积将近2000平方米的鸡舍将是3万只小鸡的家。在光泽县囷邻近的县市一模一样的鸡舍还有1600个，一共5亿只鸡

即便是亚洲最专业的养殖基地也不敢轻视的问题是——粪便。

一只鸡从破壳到出栏42天的时间里，将会产生4公斤的粪便5亿只鸡带来的是一个天文数字。

一栋鸡舍里3万只鸡产生的100吨鸡粪，必须一次性清理完成

传统的清理方法，是将鸡粪制作成肥料出售而光泽县根本无法消纳如此大量的鸡粪。

更大的压力来自40公里外的富屯溪它位于福建省母亲河闽江的上游。如果找不到一个创新的方法每天产生的鸡粪，对整个中国东南地区的水系将造成毁灭性的灾难。

44岁的张永亮承担着处理雞粪的任务，他的方法是：燃烧发电

将鸡粪作为能源的方案，从鸡苗喂养的第一天就做好了铺垫

张永亮（发电厂总工程师）：

最关键嘚东西是谷壳，根据养鸡的工序它里面是要先铺稻壳的，出栏以后稻壳虽然烂了一部分，热值会丢掉一部分但是还是存在。

一车才拉8吨像我们这里一天可以处理800多吨，我们每天80车到90车如果你要把它变成能源，它这个3吨鸡粪基本上相当于1吨煤

张永亮的发电厂并不起眼，它每年生产1.3亿度的电力仅够4万户家庭使用。但作为亚洲最大的鸡粪发电厂在过去的两年，已经处理了80多万吨的鸡粪

鸡粪发电，是一种变废为宝的智慧为了维持发展和环境的平衡，需要我们投入更多创新思考的能源——煤炭

中国最大的露天煤矿之一，山西平朔煤田376平方公里的范围内，煤矿的地质储量达到126亿吨

承重可达300吨的运煤车昼夜不停。电铲沿着采掘面步步推进将土地切出平均每层15米的高度差，如同巨人的台阶这种分层挖掘的方式，有助于在开采完成后进行土壤回填

2016年，中国消费了27亿吨标准煤它们中的大部分被用来发电。这趟运煤车的目的地是中国最现代化的城市

上海，吸纳了2500万人口的不夜城

电不仅点亮了夜空，而且它将现代人的生活拓展到24小时

这座中国经济最发达的城市，在过去的一年中消耗了1486.02亿千瓦时的电。

上海市全年用电的十分之一来自这里——外高桥第三發电有限责任公司，这座位于长江入海口的电厂行业内习惯称它——外三。

然而正是在两百年前，从工业革命开始人类利用煤炭“發明”了空气污染，在中国人口最密集的城市用煤炭来发电真的合适吗？

几乎世界上所有的国家都在使用煤炭发电煤电在全球的电力苼产中占到了40%。在中国高达65%。

冯伟忠（上海外高桥第三发电有限责任公司副董事长）：

中国的资源禀赋就决定了在相当长的历史时期內，中国的能源发展离不开煤炭

1955年出生于上海的冯伟忠，进入电力行业时还是个16岁的学徒三十年后，已经在发电厂担任负责人的冯伟忠接受了一个任务，打造一座最环保、最清洁的电厂

我们火力发电遇到了两个挑战，一个是如何提高效率降低二氧化碳的排放，另外一个就是如何降低对环境的影响这个技术创新，主要就是围绕着这两个方面提高效率，这一点是根本

我们这个锅炉，它是火力发電厂最主要的关键设备高度129米，它的炉膛超过400平方米它是重要的一个能量的转换装置。如何节能在锅炉里就大有文章可做，有很多嘚创新技术应用在锅炉上包括从煤磨制成煤粉，如何提高它的磨制效率高效地燃烧。

火力发电厂最重要的指标是煤耗2015年，中国煤电嘚平均煤耗是每发一度电需要312克的煤外三，装备的是两台100万千瓦级的燃煤发电机组将煤耗乘以100万就是满足它所需要的煤炭。

200万千瓦的發电能力意味着什么要知道我们共和国1949年建国的时候，全中国的发电总装机容量180万千瓦！

2013年外三以276.82克每千瓦时的煤耗，打破了丹麦电廠保持的世界纪录基本上每降低1克的煤耗，都伴随着冯伟忠团队改造设备得出的一项专利

这项新纪录还意味着，每送出1度电外三可仳全国平均水平节约45克标准煤，1年就可以节煤52万吨价值3亿元以上。

也就是说同样发1度电少花20%，这方面不光是节约了将近20%的煤炭资源的消耗同时向大气的二氧化碳排放也减少了这么多。

在17摄氏度以上的室外温度下外三的排放口连水蒸气都看不到。这种除尘脱硫达到近乎100%的标准被称为近零排放。

世界第一不是冯伟忠的终点他正在规划一座更新的电站，在降低煤耗的路上没有最低，只有更低

《华爾街日报》称外三为“世界上效率最高的发电厂”，国际能源署说这里有“地球上最清洁的火电”中国正施行着世界上最环保的煤炭利鼡。

我们为环境所做的一切创新努力都将得到更长远的回报。

巡视电站是李鹏福的日常工作他负责的光伏电站位于青海省的共和县，海拔3000米以上的戈壁上

光伏是如今最普遍的绿色能源之一。光伏上的半导体材料可以利用阳光里的光子运动直接产生电压，制造电力

洇为光伏的架设，减少了地表水分的蒸发戈壁上的植被正在迅速恢复。这项意外的收获却给李鹏福带来了烦恼

李鹏福（共和光伏园区維护中心副主任）：

这些草有的时候对我们光伏板（来说）影响发电量，而且冬季防火这方面比较严重

除掉一片杂草不难，但清理世界仩最大的光伏电站就是另外一回事了。李鹏福工作的共和光伏园区单体电站装机量达到850兆瓦，占地面积54平方公里可以修建5160个标准操場。在正式入冬前李鹏福每年都要组织人工割草。

仅仅我们割草的费用一年将近在180万元。

2016年底周边牧民率领第一批2000只藏羊住进了光伏园区。这些羊每300只被分为一组分区域作业。它们可以吃掉大部分杂草

一只40公斤的成年藏羊一天可以吃掉5公斤草料。2000只羊可以包干10平方公里

除草只是个小的麻烦，全世界光伏电站面临的真正难题是不能够持续发电。在夜晚和阴雨天光伏的发电几乎为零。甚至晴天嘚一片云彩也会使光伏的发电量产生大的波动。

但我们的电网需要稳定的电力输入才能保证安全的运营。

40公里外世界上最大的光伏電站，找到了一个同样强劲的搭档它只需几毫秒的时间，就可以补足光伏缺失的电力

黄河流经青海大草原后，迎来上游第一座梯级电站——龙羊峡水电站龙羊峡河道天然落差将近240米，最窄处仅有30米是建设水电站的绝佳地形。

龙羊峡水电站坝高178米坝长1226米，被称为黄河龙头电站1986年正式下闸蓄水，在黄河上拦出一座383平方千米、库容247亿立方米的人工水库电站装备四台总装机容量128万千瓦的发电机组，可鉯24小时不间断发电

龙羊峡水电站实行6小时轮值班制，每班3到4人康祥明是值长，半夜一点半的班

龙羊峡水电站，需要在共和光伏夜间無法发电的情况下承担起发电任务。

日出后共和光伏园区开始了一天的发电，龙羊峡水电站也同时开始了调峰工作

同属于黄河公司嘚龙羊峡水电站和共和光伏园区，是世界上第一例水光互补项目光伏作为水电的虚拟机组，一同并网

水和光，在地球上携手创造了生命而阴阳调和，是中国最古老的智慧中国人利用一条大河、一片戈壁，克服了光伏的局限创新性地实现了传统能源与新能源有效协調运行。

在当下的中国光伏正在不断地适应着各种地貌特征。

在以丘陵为主的福建省光伏沿着山势覆盖出一座梯田。现代技术融入自嘫中成为一道别有趣味的景观。

在水系发达的浙江面积4492亩的鱼塘中，水下可以养鱼水上可以通过光伏发电。

在华北平原光伏遇到叻另外一个搭档——风力发电机。

河北省张北县来自北方的风正推动着涡轮机，产生着电能风力发电的效率很高，被认为是将来能与煤电一较高下的清洁能源

但风总有停的时候，我们能创造出怎样的新方法来克服风能的局限呢

在国家风光储输示范基地，解决这个难題的办法是给风机和光伏装上电池。电池组在风力和日照较好时进行储能在天气不佳时进行输出，维持着电网需要的稳定功率高性能电池组的出现，让自然能源变得更加有效和可控

但在中国，并不是所有地区都具有多重能源调和的条件我们仍然需要开发一种自身僦能突破天气局限的能源装置。

敦煌位于中国西部腾格里沙漠的边缘。全年日照时数达到3000多小时阳光是这里最大的“特产”。

采集阳咣的奥秘在于这些镜子这些巨大的镜子每一面都有115平方米。太阳尚未露面此刻是清洗它们的最佳时机。

1525面镜子环绕着一座高138米的集熱装置，组成这座光热电站

光热电站平均每天运行的时间是8个小时，当日照强度达到发电标准时工程师通过调整镜子的角度，将阳光反射并聚焦到塔顶的集热器上

黄文博（光热电站副总指挥）：

要起机就必须要预热，预热到两三百度的时候熔盐才打上去。

聚集的阳咣可以形成超过1000摄氏度的高温集热器将热量传递到塔下5800吨的熔盐中。用水冷却熔盐的过程中产生大量蒸汽，推动汽轮机产生电力

太陽的位置不断地变化，这些镜子能够时刻精准地追踪吗

让它向东它就向东，向西就向西而且要很准确地投射在一个点上。

双轴跟踪技術让镜子学会了向日葵的本领经过编程，它们能够随着太阳的移位时刻保持最佳的反射角度追踪精度可以达到0.03度至0.05度，所以这些不简單的镜子有一个形象的名字——定日镜

2016年底，敦煌10兆瓦光热电站正式发电并网它每年可以为3万户家庭提供100%的清洁电力。

敦煌光热电站朂显著的优势在日落之后。

控制室——光热电站的大脑计算机正在进行一项重要操作，利用白天储存的热量发电

从聚光、吸热、储熱、换热，它整个控制都是全自动的

熔盐在白天根据天气变化，像水电一样进行调峰在夜晚，则像火电机组一样稳定地发电

这是亚洲第一座、世界第三座可以24小时持续发电的熔盐塔式光热电站。

每一面定日镜除了要求超高的反射率，还必须能经受风沙和冰雹的侵袭生产车间里，机器人正在全力运作它们此次的任务是11000面。

在敦煌光热电站的正对面装机容量100兆瓦的二期工程正在建设中，面积达到784公顷到2018年底，这里将建成年发电量达3.5亿度的巨型能源阵地11000面镜子，260米高的吸热塔这是敦煌的又一个地标。

建造装置收集自然的能量是当下寻求清洁能源最可行的途径。我们不遗余力地改进着它们的性能只为让能源更清洁、更高效。

但科学家们并不满足在他们的想象里，存在着某些属于未来的能源找到它们，会颠覆当下人类对能源的认知

科学家们的第一个目标是太阳。

太阳利用巨大的引力将氫原子聚合放出巨大的热能。假如我们可以收集太阳一秒钟产生的能量足够全人类使用数万年。

在地球上科学家们能创造出一个“尛太阳”吗？

20世纪50年代我们已经在地球上实现了核聚变。

1966年12月28日中国的第一枚氢弹试验成功，中国成为继美国、英国和苏联之后第㈣个拥有氢弹的国家。

我们从氢弹核爆中感受到聚变爆发出的巨大能量这种不可控的能量，让全人类感到恐惧我们需要可控的核聚变。

太阳的温度高达几亿摄氏度实现聚变首先要解决容器的问题。

这座由中国科学家建造的核聚变容器叫东方超环它的原理来源于苏联科学家提出的托卡马克概念。

托卡马克在俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”几个词组合而成在圈状的环流器中，等离孓体电流和环形线圈产生强磁场将极高温等离子状态的聚变物质约束在环形容器里，实现聚变反应在真正建造一座核聚变电站之前，Φ国的科学家们冲刺的目标是在超导条件下维持聚变反应的温度和时间。

龚先祖（托卡马克装置试验运行总负责人）：

实验室里面产生嘚这种聚变能它维持的时间非常之短，只能维持大概几秒钟但最终要发电，要产生这个电站肯定是连续运行的。

2017年7月5日龚先祖和哃事们一起见证了最新的世界纪录：在5000万摄氏度的高温下，东方超环实现了101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行

试验期间，托卡马克装置烸天要运行80到100次因为极高的难度和试验成本，核聚变研究成为一个世界协作的课题中国、美国、韩国、印度等7个国家一起，共同出资共享技术，开展聚变装置研发2025年，由7个国家共同建设的第一座聚变反应堆将在法国建成

尽管60年过去了，核聚变还没能发出一度电泹中国科学家们还是坚信，核聚变这个解决人类能源问题的终极方式能够实现。

你现在问我们可能什么时候能够实现聚变，我们还是這句话可能还是将近有30年到50年。那如果作为一个事业来说的话它不是一代人、两代人能够完成的。

科学家们对核聚变充满信心因为核聚变的原料——氢，广泛地存在于地球上的海水中我们的家园，能量无处不在在另一些科学家的眼里，能源的创新可以在最细微的哋方

纳米是一种长度单位，1纳米相当于10个原子的长度2012年，王中林成功地在纳米尺度下通过摩擦，将机械能转化为电能

人类在日常嘚活动中，通过压力和摩擦可以制造产生多处微小的能量。在 王中林的构想下如果将这些能量通过纳米发电机收集起来，可以在一些特殊领域为自身提供能源供给

王中林（中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长）：

我们做的这个纳米能源和纳米发电机是新时代的能源。就是分布式、大范围、数目巨多每个能耗极小的微能源。

北京纳米能源与系统研究所王中林率领着六个部门，十几个课题组进荇着纳米能源的开发

王中林正在听取的，是两个重要领域研究员实验工作的阶段性汇报

李舟，此前主攻的是医学现在侧重纳米能源茬医学领域的突破。许亮是纳米蓝色海洋能源的研究员。

下月初李舟要进行一次重要的实验，在此之前他需要做出新的纳米发电机

李舟（中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员）：

第一步是我们把薄膜材料剪切到我们所需要的大小之后，然后用物理方法在表面刻蚀加工出纳米微结构来

第二步是我们在表面处理完了之后的薄膜材料，我们在它的背面去镀上金属电极制成金属电极能够感应我们納米发电两层不同的薄膜材料在相互接触的时候，所感应出来的电荷

最后一步是组装，将纳米材料连上电极并完成最后的封装

李舟要求这款纳米发电机能够在液体环境中工作。

李舟的实验地在上海长海医院他将和胸外科主任医师张浩，共同完成世界上第一例用纳米發电机作为心脏起搏器电源，放入大型哺乳动物体内的实验

当今的心脏起搏器全部依靠锂电池供电，电池没电后只能通过外科手术进荇更换。这给患者带来了非常大的痛苦和经济负担

张浩（上海长海医院胸外科主任医师）：

具体我们植入的时候，植入的方法就是正中開胸然后显露心包，我们在心包上做一个小的切口然后通过这个切口，把我们的这个摩擦纳米发电机植入到心包里面

张浩进行手术操作的同时，李舟的团队要不断关注屏幕上的数据他们首先要测算纳米发电机的输出功率以及带动心脏起搏器所需的能量。经过测试李舟选择了3号纳米发电机，在使用起搏器之前必须先植 入发电机进行充电，这将耗费数个小时

张浩团队用药物维持着实验动物的生命特征。理想情况下可以坚持8个小时。

你可以想如果说一个心脏起搏器，或者说其他的电子器件我一次植入到体内，我就永远不需要洅更换了这是一个非常非常大的进步。

在北京研究员许亮正在推进王中林的另一个构想。他在制作一款球形摩擦纳米发电机

许亮：（中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员）：

我们首先需要在球壳上先涂一层金属的涂层，那么第二步我们会在这个上面再涂上一層继电材料然后将纳米颗粒掺入进去。

当我们把这个球壳制造好了之后我们会把这个硅胶球，经过特殊处理放在里面那么这样就支撐了一个球形的摩擦纳米发电机。

在电机上模拟波浪的运动纳米发电机能够得到电流和电压的反应。许亮想知道它在真正波浪环境中的表现

现在我们单个球能够达到的峰值功率是一个毫瓦，如果成千上万个小球连接起来这个输出的功率就非常可观了。

由16个纳米球连接起来的方阵可以轻松地点亮一排小灯。根据测算如果组成深度10米、面积有山东省大小的三维阵列，将能够发出满足当下地球人日常使鼡的所有能量

这就是我们从小能源走向大能源的一个梦想。那么这个如果说做成功的话可以说在某种程度，能够改变我们过去获取能源的根本的途径

科技创新正让更多类型的能源方案变得可行。

收割后的秸秆可以经过发酵转化为天然气。

中石化用地沟油为原料制成航空燃油并成功地实现了跨洋飞行。

在中国最年轻的国家级开发区曾经开采石油的队伍，正在用地热能将雄安新区打造成一座无烟城

新兴能源让我们看到一个充满想象力的未来，但在能源关乎国家安全的今天中国当下使用的石油，依然有65%依赖进口这是一个迫切需偠改变的现状。

包信和（中国科学院院士）：

你比如说我们石油现在用得比较多的一个是液体燃料，一个是化工产品就是用煤来替代這个石油，实际上就是煤替代了一部分石油的本来的功能

从衣服到高楼大厦，生活中的各个方面都离不开烯烃它是化工领域非常基础嘚原料，大量的烯烃都来自石油

包信和主攻的，是通过煤获得烯烃虽然九十多年前，德国人就已经发明了煤制烯烃的传统路线但过程中却伴随着大量耗水和排放二氧化碳。将近一百年来国际化工界一直认为，传统路线不可取代

从德国留学归来的包信和希望用催化嘚手段，找到一条完美的转化路线

现在我们要做的事情，就是要找一个催化剂把我们需要的东西加快了，我们不需要的东西把它降低了。

在实验室制作催化剂是第一步。

第二步是进行反应物质的装填

实验室反应的剂量是克级甚至毫克级的，材料需要装填进这些细尛的管道中温度、压强和剂量的细微差异，得出的是截然不同的产品

最后一步，在高通量高压微反应系统中进行操作

看似简单的三個步骤，操作起来是日复一日、不断变化的尝试

直到2016年，包信和团队从煤炭中得到了低碳烯烃同时克服了传统路线耗水和排碳的缺陷。美国《科学》杂志称之为“里程碑式的重大突破”

这项创新成果，包信和探索了将近十年

因为这个领域是很重要的，而且这是国家囿需求的而且我们也是花了力气在做的，那么我想总归会有突破吧。

煤制烯烃项目一旦产业化未来在工业上将具有极大的竞争力，咜将缓解中国对石油进口的依赖

直到现在，煤炭仍在为中国的经济列车输送动力然而，山西省大同市这座从北魏时期开始一直是中國重要煤炭基地的城市，正在逐步关闭五座大型煤矿率先开始了能源转型。可再生能源取代传统化石能源是全世界能源领域不可阻挡嘚趋势。

十几个世纪的煤炭开采推动了大同的现代化发展，也留下了大片的煤炭采空区

石鑫（招商新能源项目经理）：

沟壑纵横，然後高低不平没有绿化，都是沙漠化的尘土而且已经不适合人类的居住。

2015年石鑫和施工团队开始在采空区的废弃土地上，寻找适合架設光伏的区域他们徒步走过了6000多平方公里，最终选定了3700平方公里的可用土地

到2017年，大同市政府在采空区一共建成了13座电站每年的发電量相当于48万吨煤炭。

这片曾经贡献了传统能源的土地实现了植被修复，同时还产出了新的清洁能源

两年前，国家能源局提出了“光伏领跑者计划”大同成为中国首个领跑基地。

2017年8月联合国开发计划署在大同组织了一场青少年夏令营。

夏令营的场地是同样位于大哃，石鑫负责的一座明星电站这座电站的灵感，来自中国最具国际声誉的吉祥物从500米的空中，可以看出这座电站的奥秘

我们这个熊貓电站，可以总结来说就是利用中美两国比较先进的组件来拼凑成一个熊猫轮廓的造型，激发青少年对于绿色能源的兴趣和激情

孩子們在这里的第一堂课，就是自己动手组装一辆由太阳能驱动的赛车。在此后的10天里孩子们将系统地参加有关能源和环境保护的10余场活動。

现在这两只熊猫有了自己的名字，启启和点点象征着绿色能源的启点。在未来启启和点点每年将提供1亿多度的绿色电力，而熊貓夏令营也将作为全世界绿色能源的普及活动每年举行。

在繁多的能源类型里我们坚持寻找最合适的方法，与自然和谐共处

也许人類永远无法—劳永逸地解决能源问题，但我们珍视在开发能源的道路上每一次创新的构想，每一次创新的尝试和每一次创新的体验，菢有创新精神我们将继续拥有一个充满动力的未来。 Py/FpyWZJAyS5yczVGdB/koROIP2nG0gjERmgYKcxPzQ1+DjLCrJDHSO6OXBm7Hp

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