能源革命為了可持續(xù)發(fā)展的未來.docx

中國人口資源與環(huán)境2014年第24卷第7期CHINAPOPULATION。RESOURCESANDENVIRONMENTV0124No72014能源革命：為了可持續(xù)發(fā)展的未來杜祥琬(中國工程院，北京100088)摘要化石能源的發(fā)現(xiàn)和利用使人類告別了農(nóng)耕文明進(jìn)入了工業(yè)文明，同時(shí)，化石能源帶來的環(huán)境問題和氣候問題日益嚴(yán)峻，未來地 球的可持續(xù)發(fā)展呼喚人類由工業(yè)文明邁向生態(tài)文明，這個(gè)轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)是新的能源革命。對(duì)中國環(huán)境容量和氣候容量的宏觀定量分析 表明，中國迫切需要轉(zhuǎn)變粗放的發(fā)展方式，推動(dòng)能源革命。目前和今后幾十年間，化石能源仍將是主導(dǎo)能源之一，因此，化石能源的高 效、潔凈化利用具有重要意義，但還不是治本的能源革命。包括頁巖氣在內(nèi)的非常規(guī)天然氣，對(duì)緩解環(huán)境和氣候問題會(huì)作出貢獻(xiàn)，但 天然氣在中國一次能源結(jié)構(gòu)中的占比最多可提高到百分之十幾，所以“頁巖氣革命”或“頁巖氣時(shí)代”的口號(hào)在中國并不恰當(dāng)。能源 結(jié)構(gòu)由化石能源為主階段，經(jīng)過一個(gè)多元結(jié)構(gòu)階段，轉(zhuǎn)變到非化石能源為主是必然的發(fā)展方向，可再生能源與核能將共同為此作出貢 獻(xiàn)?？稍偕茉粗?，非水可再生能源的比重將逐步提高，其市場競爭力(經(jīng)濟(jì)性)的提高有賴技術(shù)創(chuàng)新，可再生能源是未來地球的支 柱能源。中國乃至世界核能的發(fā)展雖受到福島事故的影響，但人類不可能棄核，安全、穩(wěn)步、規(guī)模發(fā)展核電是中國的理性選擇，從核裂 變電站到未來的核聚變電站是一個(gè)必然的發(fā)展方向和歷史過程，核能將成為可持續(xù)發(fā)展的能源，成為未來地球的另一個(gè)能源支柱。 中國需要樹立新的能源安全觀，大力節(jié)能、并轉(zhuǎn)變能源的供需模式，由“粗放的供給滿足增長過快的需求”，轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝煽茖W(xué)的供給滿足合理的需求”。應(yīng)對(duì)全球的環(huán)境問題和氣候變化，需要各國共同努力，能源革命是可持續(xù)未來的基礎(chǔ)，國際合作空間廣闊，人類解決 全球變化問題的出路只能是合作共贏。關(guān)鍵詞能源革命；可持續(xù)發(fā)展；全球變化中圖分類號(hào)F206 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)10022104(2014)07000104 doi：103969jissn10022104201407001煤炭和石油的發(fā)現(xiàn)與利用使人類告別了農(nóng)耕文1對(duì)中國環(huán)境容量的宏觀分析明，進(jìn)入了工業(yè)文明。200多年工業(yè)文明的實(shí)踐表明，化石能源的使用在帶來巨大社會(huì)進(jìn)步的同時(shí)，它帶來發(fā)展的可持續(xù)性是一個(gè)全球性的問題，對(duì)中國則 的環(huán)境問題和氣候問題日益嚴(yán)峻，人類遭遇了“黑色困是一個(gè)尤為尖銳的問題，這不僅是由于中國人均資源 惑”。中國經(jīng)歷了近30年的快速經(jīng)濟(jì)增長，同時(shí)顯露 (水、耕地、礦產(chǎn)資源等)顯著低于全球平均水平，更是 了愈來愈尖銳的壓縮型、復(fù)合型的環(huán)境問題。由污染 由于中國環(huán)境容量的有限性。 排放造成的環(huán)境污染問題和溫室氣體排放造成的氣候中國80的人口居住在愛輝一騰沖線以東的國土 變化問題，是兩個(gè)不同的概念，但在中國目前的能源結(jié) 上，東部的土地面積約為全球陸地總面積的不到130， 構(gòu)下，兩者基本上同根同源。例如：北京的PM25成 我們?cè)谶@塊土地上每年消耗全球煤炭的40，即在東 份中，23來自煤炭和石油的使用；而中國的溫室氣體部的單位國土面積上消耗的煤炭(可稱“耗煤空間密 排放總量中，以化石能源為源的也占到34以上。未度”)是全球平均值的12倍。且我國煤炭消耗中，高達(dá) 來中國乃至地球的可持續(xù)發(fā)展呼喚著人類由工業(yè)文明一半是直接燃燒(非發(fā)電)的，這是最污染的利用方式。 向生態(tài)文明轉(zhuǎn)變，而這個(gè)轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)是新的能源革命： 數(shù)據(jù)還表明：這塊土地上的“耗油空間密度”已是全球 告別黑色、高碳，轉(zhuǎn)向綠色、低碳。平均值的3倍。而我國東部“碳排放的空間密度”已是收稿日期：20140418 作者簡介：杜祥琬，應(yīng)用物理學(xué)家，曾任中國工程院副院長。中國工程物理研究院研究員、高級(jí)科學(xué)顧問。1997年當(dāng)選為中國工程院院士，2006年當(dāng)選為俄羅斯國家工程科學(xué)院外籍院士?，F(xiàn)任國家能源專家咨詢委員會(huì)副主任。2010年起任國家氣候變化專家委員會(huì)主任。1萬方數(shù)據(jù)中國人口資源與環(huán)境2014年第7期全球平均值的6倍。我國目前每千人汽車擁有數(shù)，不 來以非化石能源為主，是必然的發(fā)展方向，也是全球共 到美國的15，但中國東部的“汽車空間密度”已超過 同的發(fā)展趨勢。完成這個(gè)轉(zhuǎn)變約需百年的時(shí)間，中間 了美國。如果單獨(dú)計(jì)算京津冀地區(qū)的數(shù)據(jù)，則更為嚴(yán) 將經(jīng)歷一個(gè)“多元結(jié)構(gòu)階段”，其問，煤炭、石油、天然 重。僅以“耗煤空間密度”為例，它又是我國東部地區(qū) 氣、可再生能源、核能五足鼎立，前者漸消、后者漸長。平均值的25倍，是全球平均值的30倍之多?？梢?，化石能源估計(jì)還能使用百年以上，但是，它帶來的 我國發(fā)展的高碳特征十分顯著。我國東部的霧霾成為環(huán)境和氣候問題必須解決?；茉串吘故遣豢稍偕?世界之最，不是很容易理解的嗎?如果我們想呼吸質(zhì)的，所以，未來地球必將倚重非化石能源。在我國一次 量說得過去的空氣，能去跟美國攀比人均車數(shù)、人均能能源結(jié)構(gòu)中，非化石能源2020年將占到15，2030年 耗嗎?顯然不能，也不應(yīng)該。我國東部的人口密度是應(yīng)能達(dá)到25一30，2050年應(yīng)能超過40。1。非化 全球平均值的5倍，計(jì)及上述的能耗和能源狀況，我國石能源的占比超過化石能源，可視為能源革命的一個(gè) 東部的環(huán)境負(fù)荷已比世界平均值高出5倍以上。以上標(biāo)志。非化石能源占比的提升要靠可再生能源和核能 最簡單的算術(shù)，給出了最基本的國情，我們的環(huán)境容共同作出貢獻(xiàn)。 量、氣候容量顯著小于世界平均值。中國迫切需要改變粗放的發(fā)展方式，推動(dòng)能源革命；迫切需要轉(zhuǎn)向“新 4可再生能源是未來地球的支柱能源型工業(yè)化道路”，開創(chuàng)一條新型的發(fā)展之路，才能擁有在可再生能源中，比較成熟的水電尚有一定的發(fā) 可持續(xù)發(fā)展的未來。展?jié)摿?，然后趨于飽和，在一次能源結(jié)構(gòu)中，貢獻(xiàn)可近2化石能源的高效、潔凈化利用有重要現(xiàn)實(shí) 10。意義非水可再生能源，包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海 洋能、地?zé)崮艿龋谖覈腿?，資源足夠豐富，技術(shù)上化石能源不會(huì)很快枯竭，今后幾十年問，煤炭和石 沒有原理性的障礙，近年來發(fā)展較快。歐盟最近決定， 油在一次能源結(jié)構(gòu)中的占比會(huì)逐步下降，但仍將是主2030年使可再生能源在終端消費(fèi)中占比達(dá)到30。 導(dǎo)能源之一，因此，化石能源的高效、潔凈化利用具有 當(dāng)前必須解決的問題是：依靠科技創(chuàng)新，降低成本，使 重要的現(xiàn)實(shí)意義。 其經(jīng)濟(jì)性具有市場競爭力。進(jìn)一步降低其全生命周期 在煤炭的勘采、洗選、加工、運(yùn)送和終端利用的各的環(huán)境影響，例如：設(shè)備制造階段的排放。間歇性的風(fēng) 個(gè)環(huán)節(jié)中，有一系列的提高能效、減少污染的技術(shù)，燃 能和太陽能如何提高并網(wǎng)率，為此，必須發(fā)展智能電網(wǎng) 煤電廠的節(jié)煤減排尚有明顯潛力。終端能源中直燃的 和大容量儲(chǔ)能技術(shù)(包括物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能方法)。 煤改電或氣、汽車的油改電也是有益的方向，有關(guān)的技 發(fā)展分布式用能技術(shù)、微網(wǎng)技術(shù)和不并網(wǎng)用電，峰電的 術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)管都很重要。這方面的進(jìn)步使高碳能源可 直接利用(如用于海水淡化、制氫等)。我國可再生能 低碳利用，是重要的能源變革，但還不是治本的能源革 源可能的發(fā)展情景和對(duì)減碳的貢獻(xiàn)如表1和圖1所命。不。包括頁巖氣、煤層氣、天然氣水合物在內(nèi)的非常規(guī)天然氣是相對(duì)潔凈的化石能源，對(duì)緩解環(huán)境污染和應(yīng)表1 20202050年可再生能源減少的溫室氣體排放量對(duì)氣候變化會(huì)作出貢獻(xiàn)，因此要努力提高天然氣(含非 Tab1 Reduction GHG emission from 20202050 by RE常規(guī)天然氣)在一次能源結(jié)構(gòu)中的占比。但是，定量和 具體的國情分析表明：天然氣的占比能從目前的百分 之五提高到百分之十幾，仍需付出巨大的努力。在今后的幾十年問，天然氣將成為一個(gè)低碳能源支柱和重要的過渡性替代能源。但僅靠天然氣不可能5核能是未來地球的可持續(xù)發(fā)展能源完成對(duì)煤炭的高比例替代，所以，在中國“頁巖氣革命”或“頁巖氣時(shí)代”的口號(hào)并不恰當(dāng)。日本福島事故對(duì)中國和全球核電發(fā)展有一定影 響，但各主要核電國家通過認(rèn)真分析，都確定了繼續(xù)發(fā)3實(shí)現(xiàn)能源革命：能源結(jié)構(gòu)演變的“三階段”展核電的方針。究其原因，有以下三點(diǎn)：對(duì)核事故進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)由目前的化石能源為主，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槲纯茖W(xué)的分析、總結(jié)、吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，核電安全的技術(shù)水0萬方數(shù)據(jù)杜祥琬：能源革命：為了可持續(xù)發(fā)展的未來平和管理水平將進(jìn)一步提高，棄核并不理智。核電作6中國需要樹立新的能源安全觀并轉(zhuǎn)變能為潔凈、低碳、高能量密度能源，其優(yōu)點(diǎn)未被動(dòng)搖。以源供需模式非化石能源高比例替代煤炭的客觀需求，需要輸出穩(wěn)定的核電與間歇式的可再生能源相結(jié)合。為了可持續(xù)發(fā)展的未來，中國需要樹立新的能源 中國的核電目前只占到發(fā)電量的2，“安全、穩(wěn)安全觀。除傳統(tǒng)的“能源供應(yīng)安全”觀念外，必需注入 步、規(guī)模發(fā)展核電”是中國的理性選擇。從目前的核裂“能源環(huán)境安全”的觀念，以及“占據(jù)未來能源科技戰(zhàn)變電站到未來的核聚變電站，是一個(gè)必然的發(fā)展方向略制高點(diǎn)”的安全觀念。 和歷史過程，在未來的綠色地球上，核能將成為一個(gè)可對(duì)“能源供應(yīng)安全”的傳統(tǒng)觀念，也必須有新的思 持續(xù)發(fā)展的能源支柱?？己驼{(diào)整，即不能只一味要求供應(yīng)側(cè)滿足一切需求，而綜上，我國能源結(jié)構(gòu)定性變化的情景如圖2所示。應(yīng)由供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)相向而行，達(dá)到供需平衡。改變_囂Ju口ooTo磚uIIoI芎IIo_【葛N_【T11一螻姑蜷f。_【一蒈=I；=熏鼴程州瞬口圖1可再生能源可能的發(fā)展情景Fig1Possible scenario of renewable resources development6 0005 0004 000螻一 窶若_3 000蚓與筠“ 2 000椎1 000O202520302035204020452050年份Year圖2 2050年前中國能源結(jié)構(gòu)的變化情景圖Fig2 Scenario of ChinaS energy structure variation before 20503萬方數(shù)據(jù)巡田鄉(xiāng)中國人口資源與環(huán)境2014年第7期“以粗放的供給滿足增長過快的需求(后者包含有不合旨在建立全球綠色、低碳的能源新體系，這是未來地球 理需求)”，轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙钥茖W(xué)的供給滿足合理的需求”的 可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，在這一領(lǐng)域世界各國面臨著大同 供需模式。2012年中國的GDP占全球的116，卻消 小異的科學(xué)、技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題，國際合作空間廣 耗了219的能源，即單位GDP的能耗比全球平均水 闊。解決全球變化的問題，呼喚人類的良知和智慧，大 平高出近1倍。大量的過剩產(chǎn)能、空置建筑物、短壽命 家都輸，意味著災(zāi)難；一部分人輸，另一部分人贏，意味 建筑和堵車等是浪費(fèi)資源和不合理需求的典型?？?著沖突和混亂。顯然，理智的、最終的出路只能是通過 見，抑制不合理需求、減少浪費(fèi)、大力節(jié)能、提高能效， 合作，實(shí)現(xiàn)共贏。 是中國能源可持續(xù)、環(huán)境可持續(xù)、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)不(編輯：李琪) 可或缺的戰(zhàn)略，也是能源革命的重要內(nèi)涵。 參考文獻(xiàn)(References)1中國工程院研究組中國能源中長期(2030，2050)發(fā)展戰(zhàn)略研究7應(yīng)對(duì)全球變化的出路只能是合作共贏報(bào)告R北京：科學(xué)出版社，2011Research Group of ChineseAcademy of EngineeringReport on Midand Longtenl Development應(yīng)對(duì)全球的環(huán)境問題和氣候變化，需要各國共同Strategy of Chinese Energy(2030，2050)RBeijing：Science努力。世界各國盡管千差萬別，矛盾重重，卻共生在一Publisher2011個(gè)地球上，有著現(xiàn)實(shí)的和潛在的共同利益。能源革命Energy Revolution for Sustainable FutureD U Xiang一以n(Chinese Academy of Engineering，Beijing 100088，China)Abstract As fossil fuels have helped hmnan to get rid of dependence on agricultural civilization and embark on industrial civilization and have brought about serious enviromnental problems and climate changethe earth is calling for hmnan to nlove on from industrial civilization to ecological civilization to reach a sustainable future，where the basis is a newenergy-revolutionA macroscopic quantitative analysis of ChinaS enviromnental capacity and climate capacity shows that China is in an urgent need to change the extensive nlode of development and promote an energy revolutionAt present and in the next few decades，fossil fuels will renlain one of the leading energies in ChinaS energy-nlixSo，efficient and clean use of fossil fuels is importantBut this is not an energy- revolution which is the only fundamental solutionUnconventional gases including shale gas play a role in mitigation of enviromnental problems and climate change，but slogans likerevolution of shale gasorera of shale gasare not appropriate to China because proportion of natural gas in primary-energy-structure in the country-can be increased to a nlaxinlunl of 20The Chinese energy- structureS transition fronl a stage dominated by fossil fuels to a stage of multiple components and then to a stage dominated by non fossil fuels is the inevitable direction，and renewables and nuclear energy-will contribute to this transitionIn renewables，proportion of nonwater renewables will gradually increasehnprovenmnt of their market competitiveness(economical efficiency)relies on technological innovationRenewables will be the mainstay energy-source for the earth in futureDespite the impact of the Fukushima nuclear disaster，the world，including China，will not give up nuclear energy-developmentSafe，steady and largescale development of nuclear power is a rational choice of ChinaTransition from nuclear fission power plant