未來的能源革命

未來的能源革命

煤炭和石油的發(fā)現(xiàn)和使用改變了農(nóng)業(yè)文明，進(jìn)入了工業(yè)文明。200多年工業(yè)文明的實踐表明,化石能源的使用在帶來巨大社會進(jìn)步的同時,它帶來的環(huán)境問題和氣候問題日益嚴(yán)峻,人類遭遇了“黑色困惑”。中國經(jīng)歷了近30年的快速經(jīng)濟(jì)增長,同時顯露了愈來愈尖銳的壓縮型、復(fù)合型的環(huán)境問題。由污染排放造成的環(huán)境污染問題和溫室氣體排放造成的氣候變化問題,是兩個不同的概念,但在中國目前的能源結(jié)構(gòu)下,兩者基本上同根同源。例如:北京的PM2.5成份中,2/3來自煤炭和石油的使用;而中國的溫室氣體排放總量中,以化石能源為源的也占到3/4以上。未來中國乃至地球的可持續(xù)發(fā)展呼喚著人類由工業(yè)文明向生態(tài)文明轉(zhuǎn)變,而這個轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)是新的能源革命:告別黑色、高碳,轉(zhuǎn)向綠色、低碳。1中國煤炭資源量和能源狀況的改變發(fā)展的可持續(xù)性是一個全球性的問題,對中國則是一個尤為尖銳的問題,這不僅是由于中國人均資源(水、耕地、礦產(chǎn)資源等)顯著低于全球平均水平,更是由于中國環(huán)境容量的有限性。中國80%的人口居住在愛輝—騰沖線以東的國土上,東部的土地面積約為全球陸地總面積的不到1/30,我們在這塊土地上每年消耗全球煤炭的40%,即在東部的單位國土面積上消耗的煤炭(可稱“耗煤空間密度”)是全球平均值的12倍。且我國煤炭消耗中,高達(dá)一半是直接燃燒(非發(fā)電)的,這是最污染的利用方式。數(shù)據(jù)還表明:這塊土地上的“耗油空間密度”已是全球平均值的3倍。而我國東部“碳排放的空間密度”已是全球平均值的6倍。我國目前每千人汽車擁有數(shù),不到美國的1/5,但中國東部的“汽車空間密度”已超過了美國。如果單獨計算京津冀地區(qū)的數(shù)據(jù),則更為嚴(yán)重。僅以“耗煤空間密度”為例,它又是我國東部地區(qū)平均值的2.5倍,是全球平均值的30倍之多?？梢?我國發(fā)展的高碳特征十分顯著。我國東部的霧霾成為世界之最,不是很容易理解的嗎?如果我們想呼吸質(zhì)量說得過去的空氣,能去跟美國攀比人均車數(shù)、人均能耗嗎?顯然不能,也不應(yīng)該。我國東部的人口密度是全球平均值的5倍,計及上述的能耗和能源狀況,我國東部的環(huán)境負(fù)荷已比世界平均值高出5倍以上。以上最簡單的算術(shù),給出了最基本的國情,我們的環(huán)境容量、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,推動能源革命;迫切需要轉(zhuǎn)向“新型工業(yè)化道路”,開創(chuàng)一條新型的發(fā)展之路,才能擁有可持續(xù)發(fā)展的未來。2燃煤電廠節(jié)煤減排的前景展望化石能源不會很快枯竭,今后幾十年間,煤炭和石油在一次能源結(jié)構(gòu)中的占比會逐步下降,但仍將是主導(dǎo)能源之一,因此,化石能源的高效、潔凈化利用具有重要的現(xiàn)實意義。在煤炭的勘采、洗選、加工、運送和終端利用的各個環(huán)節(jié)中,有一系列的提高能效、減少污染的技術(shù),燃煤電廠的節(jié)煤減排尚有明顯潛力。終端能源中直燃的煤改電或氣、汽車的油改電也是有益的方向,有關(guān)的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)管都很重要。這方面的進(jìn)步使高碳能源可低碳利用,是重要的能源變革,但還不是治本的能源革命。包括頁巖氣、煤層氣、天然氣水合物在內(nèi)的非常規(guī)天然氣是相對潔凈的化石能源,對緩解環(huán)境污染和應(yīng)對氣候變化會作出貢獻(xiàn),因此要努力提高天然氣(含非常規(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。在今后的幾十年間,天然氣將成為一個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完成對煤炭的高比例替代,所以,在中國“頁巖氣革命”或“頁巖氣時代”的口號并不恰當(dāng)。3非石化能源大有可為能源結(jié)構(gòu)由目前的化石能源為主,逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槲磥硪苑腔茉礊橹?是必然的發(fā)展方向,也是全球共同的發(fā)展趨勢。完成這個轉(zhuǎn)變約需百年的時間,中間將經(jīng)歷一個“多元結(jié)構(gòu)階段”,其間,煤炭、石油、天然氣、可再生能源、核能五足鼎立,前者漸消、后者漸長?；茉垂烙嬤€能使用百年以上,但是,它帶來的環(huán)境和氣候問題必須解決。化石能源畢竟是不可再生的,所以,未來地球必將倚重非化石能源。在我國一次能源結(jié)構(gòu)中,非化石能源2020年將占到15%,2030年應(yīng)能達(dá)到25%-30%,2050年應(yīng)能超過40%。非化石能源的占比超過化石能源,可視為能源革命的一個標(biāo)志。非化石能源占比的提升要靠可再生能源和核能共同作出貢獻(xiàn)。4缺乏自適應(yīng)的能源技術(shù)。在能源在可再生能源中,比較成熟的水電尚有一定的發(fā)展?jié)摿?然后趨于飽和,在一次能源結(jié)構(gòu)中,貢獻(xiàn)可近10%。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?在我國和全球,資源足夠豐富,技術(shù)上沒有原理性的障礙,近年來發(fā)展較快。歐盟最近決定,2030年使可再生能源在終端消費中占比達(dá)到30%。當(dāng)前必須解決的問題是:依靠科技創(chuàng)新,降低成本,使其經(jīng)濟(jì)性具有市場競爭力。進(jìn)一步降低其全生命周期的環(huán)境影響,例如:設(shè)備制造階段的排放。間歇性的風(fēng)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)和大容量儲能技術(shù)(包括物理儲能和化學(xué)儲能方法)。發(fā)展分布式用能技術(shù)、微網(wǎng)技術(shù)和不并網(wǎng)用電,峰電的直接利用(如用于海水淡化、制氫等)。我國可再生能源可能的發(fā)展情景和對減碳的貢獻(xiàn)如表1和圖1所示。5穩(wěn)定和豐富采用可持續(xù)發(fā)展的用電氫日本福島事故對中國和全球核電發(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)展核電的方針。究其原因,有以下三點:對核事故進(jìn)行科學(xué)的分析、總結(jié)、吸取經(jīng)驗教訓(xùn),核電安全的技術(shù)水平和管理水平將進(jìn)一步提高,棄核并不理智。核電作為潔凈、低碳、高能量密度能源,其優(yōu)點未被動搖。以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。中國的核電目前只占到發(fā)電量的2%,“安全、穩(wěn)步、規(guī)模發(fā)展核電”是中國的理性選擇。從目前的核裂變電站到未來的核聚變電站,是一個必然的發(fā)展方向和歷史過程,在未來的綠色地球上,核能將成為一個可持續(xù)發(fā)展的能源支柱。綜上,我國能源結(jié)構(gòu)定性變化的情景如圖2所示。6從供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)轉(zhuǎn)向滿足“供需平衡”的供需模式為了可持續(xù)發(fā)展的未來,中國需要樹立新的能源安全觀。除傳統(tǒng)的“能源供應(yīng)安全”觀念外,必需注入“能源環(huán)境安全”的觀念,以及“占據(jù)未來能源科技戰(zhàn)略制高點”的安全觀念。對“能源供應(yīng)安全”的傳統(tǒng)觀念,也必須有新的思考和調(diào)整,即不能只一味要求供應(yīng)側(cè)滿足一切需求,而應(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“以粗放的供給滿足增長過快的需求(后者包含有不合理需求)”,轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙钥茖W(xué)的供給滿足合理的需求”的供需模式。2012年中國的GDP占全球的11.6%,卻消耗了21.9%的能源,即單位GDP的能耗比全球平均水平高出近1倍。大量的過剩產(chǎn)能、空置建筑物、短壽命建筑和堵車等是浪費資源和不合理需求的典型?？梢?抑制不合理需求、減少浪費、大力節(jié)能、提高能效,是中國能源可持續(xù)、環(huán)境可持續(xù)、社會與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)不可或缺的戰(zhàn)略,也是能源革命的重要內(nèi)涵。7人類共同發(fā)展的現(xiàn)實要求,是全球能源革命的區(qū)域發(fā)展基礎(chǔ),全球應(yīng)對全球的環(huán)境問題和氣候變化,需要各國共同努力。世界各國盡管千差萬別,矛盾重重,卻共生在一個地球上,有著現(xiàn)實的和潛在的共同利益。能源革命旨在