我國后續(xù)能源發(fā)展戰(zhàn)略研究論文
時(shí)間:2022-10-25 09:47:00
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【摘要】后續(xù)能源是指:技術(shù)上可行,經(jīng)濟(jì)上合理,環(huán)境和社會(huì)可以接受,能確保供應(yīng)和替代常規(guī)化石能源的可持續(xù)發(fā)展能源體系。它們主要包括可再生能源(風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、水能、海洋能等)、地?zé)崮堋⒑四堋淠堋?/p>
一、發(fā)展后續(xù)能源的戰(zhàn)略意義
1.新世紀(jì)的可持續(xù)發(fā)展面臨著能源的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),要求我們考慮常規(guī)能源的接替問題
21世紀(jì)我國將加入到全球化經(jīng)濟(jì)的激烈競爭中去,競爭的核心戰(zhàn)場將在高科技領(lǐng)域。新世紀(jì)經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),將不再是過去的能源、原材料、勞動(dòng)力密集的行業(yè),而是知識和技術(shù)高度密集的高新技術(shù)領(lǐng)域。一些技術(shù)發(fā)達(dá)國家將利用高技術(shù)的優(yōu)勢,利用計(jì)算機(jī)、新材料、先進(jìn)管理技術(shù),達(dá)到減員增效,以最少的能源、原材料和人力的投入,取得最廉價(jià)、最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品,從而奪得在全球化經(jīng)濟(jì)競爭中的霸主地位。在新世紀(jì)中,傳統(tǒng)能源將以新的姿態(tài)出現(xiàn)在能源市場上,新能源將層出不窮,能源的利用將更高效,整個(gè)社會(huì)將在強(qiáng)大能源的支撐下高效地運(yùn)行,生態(tài)環(huán)境將比20世紀(jì)更優(yōu)美,人類將全力以赴保衛(wèi)僅有的家園--地球。
我國也將不例外地走能源結(jié)構(gòu)多樣化、能源優(yōu)質(zhì)化的道路。21世紀(jì)上半葉我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展要達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家水平的目標(biāo),而現(xiàn)在則正處在工業(yè)化初期階段,欲保持經(jīng)濟(jì)高速增長,必須有足夠的能源投入。到2020年,我國人口按14-15億計(jì)算,則需要26-28億噸標(biāo)準(zhǔn)煤;到2050年,人口按15-16億計(jì)算,則需要35-40億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
我國能源又面臨著三大突出問題。
第一是能源資源儲量中煤炭占92%、石油占2.9%、天然氣占0.2%、水電占4.7%,這就注定了我國的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)仍以煤炭為主。目前煤炭占70%左右,即使采取各種措施,大力發(fā)展油、氣及可再生能源,可相對減少煤炭所占的比重,但隨著能源消費(fèi)總量的增加,煤炭總量也將增加,大幅度減少煤炭的消費(fèi)是較難辦到的。我國的優(yōu)化和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的思路應(yīng)從我國資源儲量實(shí)際出發(fā),在大力開發(fā)煤炭替代能源的同時(shí),應(yīng)在潔凈煤技術(shù)推廣應(yīng)用上下功夫。
二是我國因能源資源分布不均,能源資源重心偏西偏北,而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域偏南偏東,常規(guī)能源需經(jīng)長途運(yùn)輸才能滿足需求,這給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶來許多問題。只有因地制宜地注意區(qū)域性能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化,在遠(yuǎn)離能源產(chǎn)地的東南沿海地區(qū)發(fā)展本地能源和能量密度大的能源(如核能)方可緩解矛盾。
三是我國煤煙型污染已經(jīng)給生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的問題;而電力、建材、冶金、化工等能源消費(fèi)密集的行業(yè)又是我國支柱產(chǎn)業(yè),它們占大氣污染的70%以上。如我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不發(fā)生根本性的改變,仍是冶金、建材、化工大國,則煤煙型污染難以根本解決。
根據(jù)上述存在的三大問題,以及新世紀(jì)上半葉所肩負(fù)的發(fā)展使命,我國在擬定新世紀(jì)能源發(fā)展戰(zhàn)略時(shí),應(yīng)重視常規(guī)能源的接替問題,其希望就在于發(fā)展后續(xù)能源。
2.石油將是21世紀(jì)我國最大的能源戰(zhàn)略問題,石油的替代品將是后石油時(shí)代的熱門,應(yīng)早作戰(zhàn)略部署
國際權(quán)威預(yù)測機(jī)構(gòu)指出,到2010年世界常規(guī)石油產(chǎn)量將到頂峰,此后世界石油產(chǎn)量將下降,世界將更依賴中東地區(qū)的石油,油價(jià)將會(huì)大幅度上升,第三次世界石油危機(jī)將在2015年前后來臨。屆時(shí),作為我國,這樣優(yōu)質(zhì)能源(石油和天然氣)需求高速增長的國家將需付出高昂的代價(jià)。
后石油時(shí)代到來時(shí),世界上(包括我國)由于交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)達(dá),液體燃料的需求量將大幅度增長,常規(guī)石油供不應(yīng)求,勢必刺激各國走尋求石油替代品的道路。作為我國這樣一個(gè)油氣供應(yīng)不足的國家,更應(yīng)重視石油替代品的開發(fā)。
我國是煤炭大國,研制開發(fā)煤的液化技術(shù),以煤制甲醇代替短缺的石油應(yīng)是現(xiàn)實(shí)可行的途徑。煤的液化在我國已經(jīng)起步研究,但鑒于目前的油價(jià)便宜,人造油因在經(jīng)濟(jì)上沒有吸引力而未能得到應(yīng)有的重視。我國在確定能源技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)時(shí),應(yīng)將煤液化技術(shù)列為攻關(guān)的重點(diǎn),投入一定科研力量,開展煤液化技術(shù)的研究開發(fā),以及其它非常規(guī)石油技術(shù)的開發(fā)研究。預(yù)計(jì)到2010年以后,煤的液化技術(shù)將會(huì)得到快速的發(fā)展。同時(shí)在新世紀(jì)的安排中,我國還應(yīng)積極開展油、氣資源的勘探,增加國內(nèi)油氣資源儲量和產(chǎn)量;積極參與國外油、氣田的勘探和開發(fā),增加準(zhǔn)國有油、氣資源份額。
3.能源科技的創(chuàng)新為后續(xù)能源的發(fā)展提供了良好條件和機(jī)遇
突飛猛進(jìn)的能源科技創(chuàng)新賦予世界能源以新的生命,21世紀(jì)人類在能源的開發(fā)利用領(lǐng)域?qū)?huì)有一次新飛躍。20世紀(jì)90年代,世界能源市場上發(fā)展最為迅速的已不再是石油、煤炭等傳統(tǒng)能源,如風(fēng)力發(fā)電異軍突起,其年均增長速度超過20%以上。今后,各種新型、高效的能源系統(tǒng)將不斷涌現(xiàn),比傳統(tǒng)能源更經(jīng)濟(jì)、更靈活,加上電腦武裝,將使能源創(chuàng)新技術(shù)如虎添翼。未來新型能源經(jīng)濟(jì)模式將由集中轉(zhuǎn)為分散,自然界取之不盡的太陽能和風(fēng)能將得到充分的利用。
目前,先進(jìn)的電子技術(shù)、新材料和生化技術(shù)都被運(yùn)用到能源系統(tǒng)中來了。例如:汽車將成為帶輪子的電腦,電腦不僅控制方向和剎車,還會(huì)改善燃料使用率和降低廢氣排放;伴隨著產(chǎn)業(yè)運(yùn)營機(jī)制的改革,新建的發(fā)電廠都是效率高、成本低的,火電廠環(huán)境保護(hù)的成本提高,將促使可再生能源發(fā)電市場加快發(fā)展。總之,21世紀(jì)將要發(fā)生的能源革命,是以科技創(chuàng)新為動(dòng)力,從而降低長期處于主導(dǎo)地位的傳統(tǒng)能源的競爭力,而使核能、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源逐漸居于主導(dǎo)。
二、后續(xù)能源發(fā)展戰(zhàn)略地位正在逐步得到確立
1.太陽能利用正走上工業(yè)化發(fā)展康莊大道
嚴(yán)格地說,化石燃料利用是得益于太陽能,但僅是太陽賦予地球能量的“九牛一毛”,真正取之不盡的是太陽的熱和光。從20世紀(jì)70年代開始,人類就期待著太陽能發(fā)電技術(shù)能帶來一場革命,但這場革命仍遲遲沒有到來,因光電池成本仍比傳統(tǒng)能源發(fā)電高10倍以上。現(xiàn)在,科技創(chuàng)新正給太陽光發(fā)電帶來福音,光電池效率隨著新型硅材料的誕生而得到提高,光電轉(zhuǎn)換效率已由原來的2%提高到20%,有的甚至達(dá)到30%左右,接近常規(guī)能源發(fā)電效率,這無疑是太陽能發(fā)電走上產(chǎn)業(yè)化之路邁出的第一步。目前太陽能發(fā)電已經(jīng)受到世界的普遍重視,美國已經(jīng)開始建造10萬千瓦太陽能發(fā)電廠。
更為新鮮的是,太陽能與建筑一體化技術(shù)正成為世界太陽能利用的新潮流,美國最先提出這種新設(shè)計(jì)。它是將能把陽光轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體直接嵌入在屋頂和外墻上。這種新型光電材料比高檔建材便宜,只要花費(fèi)不到1輛汽車的錢就能買到1套有太陽能發(fā)電裝置的屋頂,可在25-30年內(nèi)滿足自家的電能需求。對公共建筑,可以像覆蓋外墻面一樣安裝太陽能發(fā)電裝置。美國預(yù)計(jì),到2005年這種太陽能建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)的市場可達(dá)26億美元。
隨著人類將科學(xué)的臂膀伸向太空,太陽能太空發(fā)電技術(shù)也緊鑼密鼓地發(fā)展著。所謂太陽能發(fā)電就是利用衛(wèi)星或在月球上建造太陽能電站,將得到的電能用微波傳送到地球上來。衛(wèi)星太陽能發(fā)電是把衛(wèi)星發(fā)射到地球3.6萬公里的地球同步軌道上或發(fā)射到距地球500-800公里的近地軌道上。因?yàn)樘諢o云霧遮擋、太陽光強(qiáng)烈,發(fā)電效率高且經(jīng)濟(jì),因此很有吸引力。實(shí)現(xiàn)太空太陽能發(fā)電首先要在太空設(shè)置面積達(dá)50平方公里的巨型太陽能板,將太陽光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽賹㈦娔苻D(zhuǎn)變?yōu)槲⒉埽l(fā)射到地面。在地面設(shè)有70平方公里的微波接受器,最后將微波能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋D壳埃绹⑷毡镜葒荚谶M(jìn)行太空太陽能發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)的研究,并取得了進(jìn)展。它們都制訂了新世紀(jì)太空太陽能發(fā)電計(jì)劃,預(yù)計(jì)在21世紀(jì)上半葉可以產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
此外,五花八門的太陽能新產(chǎn)品也層出不窮,太陽能汽車在賽場上大顯身手,永不降落的太陽能飛機(jī)執(zhí)行著各種特殊任務(wù),太陽能為火箭助一臂之力,太陽能游船、太陽能自行車、太陽能空調(diào)機(jī)、太陽能冰箱等形形色色太陽產(chǎn)品在世界各地出現(xiàn),太陽能供熱更為普及,太陽能熱水器已走進(jìn)千家萬戶,太陽能住宅已成為世界投資新熱點(diǎn)。新世紀(jì)應(yīng)是太陽能應(yīng)用技術(shù)大發(fā)展的時(shí)代,太陽能應(yīng)用產(chǎn)業(yè)是有極強(qiáng)生命力的新興產(chǎn)業(yè)。
2.風(fēng)能利用風(fēng)靡全球,風(fēng)力發(fā)電成為電力工業(yè)的新增長點(diǎn)
風(fēng)車是古老的動(dòng)力機(jī)械,而風(fēng)力發(fā)電在1980年才供公用事業(yè)之用。但20年來,風(fēng)力發(fā)電的巨大發(fā)展?jié)摿σ褳槭澜绻J(rèn),正以驚人的速度發(fā)展。全球風(fēng)電裝機(jī)容量從1980年的1萬千瓦猛增到1999年的124。4萬千瓦。1999年全世界風(fēng)電投資達(dá)20億美元。大型風(fēng)輪機(jī)、新型葉片設(shè)計(jì)、高級材料應(yīng)用、智能更高的電子技術(shù)、靈活的輪轱結(jié)構(gòu)及合乎空氣動(dòng)力學(xué)的控制裝置都有助于風(fēng)電效率的提高,使風(fēng)電的產(chǎn)業(yè)化插上了飛翔的翅膀。現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)不但在低風(fēng)速仍能高效發(fā)電,還經(jīng)得起暴風(fēng)的襲擊,安全度大為提高。
從理論上講,開發(fā)地球上1%的風(fēng)能就能滿足全世界能源需求。我國陸上風(fēng)電資源就有2.5億千瓦,近海還有7.5億千瓦,是實(shí)現(xiàn)我國清潔能源可持續(xù)發(fā)展的良好基礎(chǔ)條件。目前各國都采取激勵(lì)風(fēng)電發(fā)展的政策,其中包括減免稅收的經(jīng)濟(jì)政策,及電網(wǎng)優(yōu)先收購風(fēng)電的政策。我國正在實(shí)施“乘風(fēng)計(jì)劃”,加速發(fā)展風(fēng)電。截至2000年底,我國風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)34.4萬千瓦。我國的風(fēng)電發(fā)展已由過去的試驗(yàn)階段逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。
3.綠色能源開始造福子孫后代
生物質(zhì)能又能稱為“綠色能源”,它是指通過植物(包括樹木、青草、農(nóng)作物、藻類及各種有機(jī)廢物等)的光合作用而將太陽能以生物質(zhì)形式固定下來的能源。開發(fā)利用“綠色能源”,已成為許多國家開源節(jié)流、化害為利和保護(hù)環(huán)境的重要措施。其有兩層含義:一是利用現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù),開發(fā)干凈無污染的綠色植物能源;二是化害為利與改善環(huán)境相結(jié)合,充分利用垃圾和污泥等作能源。
垃圾發(fā)電已在世界許多國家推廣,技術(shù)創(chuàng)新提高了其發(fā)電效率并解決了二次污染問題。城市下水道的污泥也被制成燃料,沼氣亦越來越受世界各國重視。隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展,開始大批種植植物能源,而且產(chǎn)量很高。美國開發(fā)的作為發(fā)電燃料的芒屬能源植物能很快長到3米高,每公頃可收獲30多噸。
有眾多植物會(huì)分泌出類似石油的乳汁,有的果實(shí)或枝葉含有很高的油份,只要通過簡單加工,便可提取各種植物油;有的還可代替柴油作燃料。美國有一種香槐樹,在它長成時(shí),可像割橡膠一樣從樹的表皮取出一種白色乳汁。這種乳汁只需稍加提煉,便可獲得類似石油的液體,可代替石油燃料。還有一種能適應(yīng)沙漠惡劣環(huán)境的名叫霍霍巴的灌木植物,它的果實(shí)中含有50%-60%的油性的乳汁,經(jīng)過提煉可做潤滑油。一種“黃鼠草”每公頃可提煉100升石油。我國海南的油楠樹,砍掉枝干后油即會(huì)源源而出,日產(chǎn)“原油”10-15公斤。
目前,世界上森林面積達(dá)3彳.42億公頃,地面上木質(zhì)生物量達(dá)440.5億噸,是重要的薪柴和林產(chǎn)品的來源。將木質(zhì)植物加工成液體燃料的技術(shù)正在悄然興起,這種技術(shù)在美英等國已達(dá)到實(shí)用階段。另外,人類正向海洋索取“綠色能源”,日本正在進(jìn)行從浮游生物中提取乙醇的研究。一些國家還在海洋里種植巨型藻,試圖從粒藻中提煉石油。
4.正在積極開展的核能應(yīng)用新技術(shù)研究,是21世紀(jì)能源持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)的必要條件
在后續(xù)能源技術(shù)中,最具工業(yè)應(yīng)用和規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ氖呛四苄录夹g(shù)。它們包括:先進(jìn)核反應(yīng)堆(包括先進(jìn)壓水堆、先進(jìn)沸水堆和高溫氣冷堆等)、快中子增殖堆、加速器驅(qū)動(dòng)亞臨界系統(tǒng)、受控核聚變等。
先進(jìn)堆是在現(xiàn)有核電堆基礎(chǔ)上研究開發(fā)出來的新一代反應(yīng)堆,它具有效率高、安全性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的特點(diǎn),符合當(dāng)代環(huán)保要求。特別是當(dāng)后石油時(shí)代到來時(shí),將具有上佳的經(jīng)濟(jì)競爭性。
快中子增殖堆可以使鈾資源的利用率提高50-60倍,可解決核裂變的高效、長期應(yīng)用,接替性能良好。快中子增殖堆已接近工業(yè)推廣應(yīng)用,法國已建成電功率120萬千瓦的大型快中子堆電站,并取得了工業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。隨著油價(jià)上漲,它將顯示出非凡的競爭力。
加速器驅(qū)動(dòng)亞臨界系統(tǒng)是目前國際上熱門話題。從科學(xué)概念考慮,這種系統(tǒng)建筑在加速器技術(shù)發(fā)展和核反應(yīng)堆現(xiàn)成技術(shù)的基礎(chǔ)上,有一定的魅力,科學(xué)界正在大力推崇。
受控核聚變是人類夢寐以求的永續(xù)能源選擇,由于該技術(shù)難度大,技術(shù)發(fā)達(dá)國家在過去的半個(gè)世紀(jì)里,耗費(fèi)了大量的資金和精力對其進(jìn)行堅(jiān)持不懈的研究。技術(shù)開發(fā)的接力棒經(jīng)過艱辛的歷程已逐步向成功的終點(diǎn)接近,但其關(guān)鍵技術(shù)尚未走出實(shí)驗(yàn)室的大門,真正要實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用,還需全世界花費(fèi)巨額資金,再經(jīng)歷半個(gè)世紀(jì)才可能達(dá)到目的。
三、當(dāng)前我國發(fā)展后續(xù)能源應(yīng)采取的重要措施
1.風(fēng)能應(yīng)走國產(chǎn)化的推廣應(yīng)用道路
風(fēng)能是當(dāng)今世界公認(rèn)的可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化推廣應(yīng)用的替代能源。我國的風(fēng)能資源比較豐富,特別適合于邊遠(yuǎn)的海島等無電地區(qū)。只要走國產(chǎn)化道路,我國風(fēng)能工業(yè)就會(huì)穩(wěn)定持續(xù)地發(fā)展,在特殊地區(qū)發(fā)揮其特殊作用。
2.地?zé)崮艿拈_發(fā)應(yīng)走因地制宜、供熱和發(fā)電協(xié)調(diào)發(fā)展的道路
我國中低溫地?zé)豳Y源分布面廣、應(yīng)用前景廣闊,應(yīng)在供暖方面予以重點(diǎn)關(guān)注。高溫地?zé)崽镆扬@示了良好的發(fā)展勢頭,應(yīng)作為重點(diǎn)加以開發(fā)。
3.太陽能的開發(fā)利用中,應(yīng)將熱能利用和發(fā)電作統(tǒng)籌安排
在陽光充足地區(qū)應(yīng)開發(fā)先進(jìn)的太陽能熱水器,使之在國民生活和生產(chǎn)中取得實(shí)效。太陽光伏電池的發(fā)展方面,應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)太陽能光電薄膜技術(shù),并與建筑一體化統(tǒng)籌考慮,以提高太陽能利用的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。
太陽能光電的工業(yè)化應(yīng)用有待于空間太陽能發(fā)電站的建立和實(shí)用。工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將空間太陽能電站列入21世紀(jì)科技發(fā)展議程,估計(jì)到2020年以前,美、日等國可能發(fā)射空間太陽能電站衛(wèi)星。隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展,可以預(yù)期,到2050年可能實(shí)現(xiàn)空間太陽能發(fā)電。為了做好技術(shù)貯備,從21世紀(jì)初起,我國應(yīng)著手跟蹤空間太陽能電站的研究。
4.加強(qiáng)核能新技術(shù)的開發(fā)研究
我國應(yīng)從國情出發(fā),把重點(diǎn)放在有現(xiàn)實(shí)意義的先進(jìn)核反應(yīng)堆的技術(shù)開發(fā)上,將其作為近期發(fā)展目標(biāo),因?yàn)樵谶@方面有國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)可借鑒。快中子堆技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用,可作為21世紀(jì)中期發(fā)展目標(biāo)。加速器驅(qū)動(dòng)亞臨界系統(tǒng)可作為中遠(yuǎn)期研究目標(biāo)。受控核聚變研究方面,我國應(yīng)積極參與國際合作研究,這是投入少而可共享成果的好途徑。
開發(fā)時(shí)序可考慮:2000-2020年重點(diǎn)開發(fā)先進(jìn)核反應(yīng)堆技術(shù);2020-2030年重點(diǎn)開發(fā)快中子堆技術(shù);2030-2040年重點(diǎn)開發(fā)加速器驅(qū)動(dòng)亞1臨界系統(tǒng);2040-2050年重點(diǎn)開發(fā)受控核聚變技術(shù)。按目前規(guī)劃,2005年全國核電裝機(jī)容量預(yù)計(jì)為870萬千瓦,2020年可達(dá)到4000萬千瓦;2020年以后不確定因素較多,如核燃料立足國內(nèi),則可發(fā)展快中子堆和熱中子堆核電站,核電裝機(jī)可達(dá)1.2-2.4億千瓦。