（技术经济及管理专业论文）中国城市清洁能源评价方法研究.pdf

北京化工大学硕士学位论文 中国城市清洁能源评价方法研究 摘要 清洁能源在我国可持续发展战略中具有日益重要的地位和作用。 政府、企业、学术界均在清洁能源技术及其评价上作了大量工作，但 研究多数集中在企业技术和产品层面，对以城市为单位的清洁能源科 学评价体系缺少研究，使得多数城市在实现经济快速增长的同时没能 完成节能减排的目标。故本文通过借鉴与改造和企业相关的清洁能源 评价指标体系，结合城市发展需要和城市特征，试图建立一个包含经 济、环境、社会、技术等四个重要指标的综合评价体系。 本文研究中首先对清洁能源的定义进行了重新梳理和界定。针对 目前对清洁能源简单理解为能源品种并因此造成清洁能源的经济、环 境分割式评价的冲突，将清洁能源重新界定为清洁高效、系统化的技 术应用体系。在此基础上，有针对性地建立了适用于城市清洁能源评 价系统的指标体系( 包含就业和能源安全) 。针对城市清洁能源评价 存在大量非定量化指标的特点，引入了比较适合此类评价的模糊综合 评价法建立评价模型。 本研究以济南为典型城市作为清洁能源评价案例分析。结果表明 此评价较之以往评价更加全面和科学。本文研究成果可为我国城市在 能源结构调整，技术选择上提供评判依据，帮助决策者决策。经过本 文研究成果的逐步应用和完善，希望可在我国更多城市得到推广。 关键词：清洁能源评价方法评价模型 些室些三查堂堡：生兰竺堡塞 s t u d yo ne v a l u a t i n gc l e a ne n e r g y0 f c h i n e s ec i t y a b s t r a c t c l e a ne n e r g yi sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t i nc h i n a s s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t e g yo f g o v e r n m e n t s ，b u s i n e s s ，a c a d e m i a h a v ed o n eal o to fw o r kb o t hi nt h et e c h n o l o g ya n de v a l u a t i o no fc l e a n e n e r g y , b u tt h em a j o r i t yi sm o s t l yr e s t r i c t e di nt h ee n t e r p r i s et e c h n o l o g y a n dp r o d u c tl e v e l ，a n dt h e r ei sf e wr e s e a r c ho nt h ec l e a ne n e r g ys c i e n t i f i c e v a l u a t i o ns y s t e mb a s e do nc i t yl e v e l m o s tc i t i e s a c h i e v e dr a p i d e c o n o m i cg r o w t hw h i l ec a nn o ta c c o m p l i s ht h eg o a lo fr e d u c i n g e m i s s i o n so fe n e r g y - s a v i n g c o n s e q u e n t l yt h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e sa n d t r a n s f o r m st h ee n t e r p r i s e sc l e a ne n e r g ye v a l u a t i o ns y s t e m i nl i n ew i t h c i t yd e v e l o p m e n ta n dc i t yc h a r a c t e r i s t i c s ，i t b u i l d sac o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o ns y s t e mi n c l u d i n gf o u ri m p o r t a n ti n d e x e s ，w h i c hi se c o n o m i c ， e n v i r o n m e n t a l ，s o c i a l ，t e c h n o l o g y i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，c l e a ne n e r g yi sc a r e f u l l ys t u d i e da n dr e d e f i n e d i ns p i t eo ft h ec u r r e n td e f i n i t i o no fe n e r g yv a r i e t y , w h i c hl e a d i n gt ot h e c o n f l i c to fs e g m e n t a t i o n e v a l u a t i o n ，c l e a ne n e r g yi sr e d e f i n e da sac l e a n a n dh i g h l ye f f i c i e n ta n ds y s t e m a t i co ft h et e c h n o l o g ya p p l i c a t i o ns y s t e m a ( i n c l u d i n ge m p l o y m e n ta n de n e r g ys e c u r i t y ) i ss e tu p d u et oal a r g e i i 北京化工大学硕f ：学位论文 n u m b e ro fq u a n t i t a t i v ei n d i c a t o r so fc h a r a c t e r i s t i c si nt h ec i t yc l e a n e n e r g ys y s t e me v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m ，am o r ea p p r o p r i a t ee v a l u a t i o n m o d e lb a s e do nf u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o di si n t r o d u c e d j i n a ni sc h o s e na sat y p i c a lc i t yt os e tu pt h ec l e a ne n e r g ye v a l u a t i o n i nt h ed i s s e r t a t i o n t h ee v a l u a t i o nr e s u l t sa p p e a rm o r ec o m p r e h e n s i v ea n d s c i e n t i f i cc o m p a r e dw i t hp a s te v a l u a t i o n s t h es t u a yo ft h i sd i s s e r t a t i o n c a np r o v i d ep o l i c ym a k e r sw i t he v a l u a t i o nc r i t e r i o ni nt h ee n e r g y s t r u c t u r ea d j u s t m e n ta n dt e c h n o l o g yc h o o s i n g a f t e rg r a d u a l l yp e r f e c to f t h ea p p l i c a t i o no ft h es t u d y , i tc a nb ea p p l i e di nm o r ea n dm o r ec i t i e so f c h i n a k e yw o r d ：c l e a ne n e r g y , e v a l u a t em e t h o d ，e v a l u a t em o d e l l 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名： 导师签名： 日期： 日期： 第一章能源概述 1 1 能源概述 1 1 1 能源的概念及分类 1 1 1 1 能源的概念 第一章：能源概述 在了解清洁能源之前。首先让我们了解一下能源的相关概念。存在于自然界 并能够提供能量的资源称之为能源。能源是人类社会发展的重要基础资源。能源 包括物质和物质的运动。其含义【l 】包括：( 1 ) 能量，就是物质做功的本领。( 2 ) 能量 形式，就是物质做功本领的形式，如热能、电能、光能、核能、机械能。( 3 ) 物质 能量，就是如煤、石油、天然气等它们是具有做功本领的物质，是一种物质能源。 ( 4 ) 物质运动能量，就是指风、流水、潮汐、洋流、海浪等物质的运动，也具有做 功的本领，也属于能源。 1 1 1 2 能源的分类 目i i 能源多种多样，分类方法也有很多种。常见的有如下： 按能源的生产方式可以分为一次能源和二次能源【】。一次能源是指直接取自 自然界没有经过加工转换的各种能量和资源，包括原煤、原油、天然气、油页岩、 核能、太阳能、水力、风力、波浪能、地热能，潮汐能、生物质能还有温差能等 等。二次能源是指一次能源经过加工转换后得到的能源产品，包括电力、蒸汽、 煤气、成品油、液化石油气、酒精、人工沼气和焦炭等。一次能源又可按其可再 生性分为可再生能源和不可再生能源。在自然界中可以源源不断地得到补充，取 之不尽，用之不竭的能源称之为可再生能源，如太阳能，风能，水能，生物质能， 地热能，海洋能等。反之称为不可再生能源，如煤炭，石油，天然气等，因为储 量有限，随着人们的利用消耗而不断减少，不可再生。化石能源均属于不可再生 能源。 按能源的使用类型可分为常规能源和新能源。常规能源是指经过相当长的历 史时期已经被人类长期广泛利用的能源。它包括一次能源中的可再生的水力资源 和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。新能源是指采用新的科学技术能丌发 和利用并有发展潜力的能源，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、氢 能以及用于核能发电的核燃料等。 北京亿工大学硕士学位论文 按能源在消耗后对环境的影响，人们把能源可分为清洁能源和非清洁能源。 传统意义上，清洁能源是指对环境友好，排放污染少，不对环境造成污染的能源， 如太阳能，风能，电能等。反之，危害环境，对环境造成污染的能源称之为非清 洁能源，如原煤的直接燃用等。 1 1 2 世界能源现状 能源是人类社会发展的重要基础资源，人们的生产生活与能源息息相关。由 于世界能源资源产地与能源消费中心相距较远( 能源产她多在发展中国家而能源 消费中心是发达国家) ，特别是随着世器经济的发展、世界入口的尉增和入民生 活水平的不断提高，世界对能源的需求量持续增大，由此导致了对能源资源的争 夺日趋激烈、环境污染加重环保压力加大。据美国能源部能源情报署国际能源 展望2 0 0 4 ) ) 基准状态预测，全球能源消费总量将从2 0 0 1 年的1 0 2 4 亿吨油当量 增加到2 0 2 5 年1 6 2 亿吨油当量，世界能源消费在2 0 0 1 2 0 2 5 年将增加5 4 。另 一方面，化石能源的储量有限将是世界能源面临的一个严重问题。 全球化石能源的枯竭是不可避免的，将在本世纪内基本丌采殆尽。b p 世界 能源统计2 0 0 6 ) ) 的数据表明，全球石油探明储量可供生产4 0 多年，天然气和煤 炭则分别可以供应6 5 年和1 5 5 年。 国际能源署2 0 0 5 年分析认为，到2 0 3 0 年世界能源需求将增长6 0 ，届时仍 将有“足够”的资源可满足需求。预测未来石油需求增长的大多数将来自运输邦 f 1 ，运输部门占全球石油需求的份额将从现在豹4 7 增加到2 0 3 0 年的5 4 。莉 时指出，c 0 2 排放也将增多，减排温室气体是一个严峻的挑战。 1 1 2 1 世界能源消费现状 当前世界能源消费呈现出如下特点 3 l ： 1 、受经济发展和人口增长的影响，世界一次能源消费量不断增加。随着世 界经济规模的不断增大，世界能源消费量持续增长。1 9 9 0 年世界国内生产总值 为2 6 5 力亿美元( 按1 9 9 5 年不变价格计算) ，2 0 0 0 年达到3 4 3 万亿美元，年均增 长2 7 。根据2 0 0 4 年b p 能源统计，1 9 7 3 年世界一次能源消费量仅为5 7 3 亿吨浊当量，2 0 0 3 年已达到9 7 a 亿吨油当量。过去3 0 年来，世界能源消费量年 均增长率为1 8 左右。 2 、世界能源消费呈现不同的增长模式，发达国家增长速率明显低于发展中 国家。过去3 0 年来，北美、中南美洲、欧洲、中东、非洲及亚太等六大地区的 能源消费总量均有所增加，但是经济、科技与社会比较发达的北美洲和欧洲两大 地区的增长速度非常缓慢，其消费量占世界总消费量的比例也逐年下降，北美由 2 第一章能源概述 1 9 7 3 年的3 5 1 下降到2 0 0 3 年的2 8 o ，欧洲地区则由1 9 7 3 年的4 2 8 下降到 2 0 0 3 年的2 9 9 。o e c d ( 经- 济合作与发展组织) 成员国能源消费占世界的比例由 1 9 7 3 年的6 8 o 下降到2 0 0 3 年的5 5 4 。其主要原因，一是发达国家的经济发 展已进入到后工业化阶段。经济向低能耗、高产出的产业结构发展，高能耗的制 造业逐步转向发展中国家；二是发达国家高度重视节能与提高能源使用效率。 3 、世界能源消费结构趋向优质化，但地区差异仍然很大。自1 9 世纪7 0 年 代的产业革命以来，化石燃料的消费量急剧增长。初期主要是以煤炭为主，进入 2 0 世纪以后，特别是第二次世界大战以来，石油和天然气的生产与消费持续上 升，石油于2 0 世纪6 0 年代首次超过煤炭，跃居一次能源的主导地位。虽然2 0 世纪7 0 年代世界经历了两次石油危机，但世界石油消费量却没有丝毫减少的趋 势。此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气的比例上升。同时，核能、风 能、水力、地热等其他形式的新能源逐渐被开发和利用，形成了目前以化石燃料 为主和可再生能源、新能源并存的能源结构格局。到2 0 0 3 年底，化石能源仍是 世界的主要能源，在世界一次能源供应中约占8 7 7 ，其中，石油占3 7 3 、煤 炭占2 6 5 、天然气占2 3 9 。非化石能源和可再生能源虽然增长很快，但仍保 持较低的比例，约为1 2 3 。由于中东地区油气资源最为丰富、开采成本极低， 故中东能源消费的9 7 左右为石油和天然气，该比例明显高于世界平均水平，居 世界之首。在亚太地区，中国、印度等困家煤炭资源丰富，煤炭在能源消费结构 中所占比例相对较高，其中中国能源结构中煤炭所占比例高达6 8 左右，故在亚 太地区的能源结构中，石油和天然气的比例偏低( 约为4 7 ) ，明显低于世界平 均水平。除亚太地区以外，其他地区石油、天然气所占比例均高于6 0 。 4 、世界能源资源仍比较丰富，但能源贸易及运输压力增大。根据1 2 0 0 4 年b p 世界能源统计，截止到2 0 0 3 年底，全世界剩余石油探明可采储量为1 5 6 5 8 亿吨，其中，中东地区占6 3 3 ，北美洲占5 5 ，中，南美洲占8 9 ，欧洲占 9 2 ，非洲占8 9 ，亚太地区占4 2 。2 0 0 3 年世界石油产量为3 6 9 7 亿吨，比 上年度增加3 8 。通过对比各地区石油产量与消费量可以发现，中东地区需要 向外输出约8 8 亿吨，非洲和中南美洲的石油产量也大于消费量，而亚太、北美 和欧洲的产消缺口分别为6 7 亿、4 2 亿和1 2 亿吨。 煤炭资源的分布也存在巨大的不均衡性。截止到2 0 0 3 年底，世界煤炭剩余 可采储量为9 8 4 4 5 亿吨，储采比高达1 9 2 ( 年) ，欧洲、北关和亚太三个地区是 世界煤炭主要分布地区，三个地区合计占世界总量的9 2 左右。同期，天然气剩 余可采储量为1 7 5 7 8 力亿立方米，储采比达到6 7 。中东和欧洲是世界天然气资 源最丰富的地区，两个地区占世界总量的7 5 5 ，而其他地区的份额仅分别为 5 7 。随着世界一些地区能源资源的相对枯竭，世界各地区及国家之间的能 北京化下丈学顼l j 学位论文 源贸易量将进一步增大，能源运输需求也相应增大，能源储运设施及能源供应安 全等问题将r 益受到重视。 1 1 2 2 世界能源供应现状 根据美国能源信息署( e i a ) 最新预测结果，随着世界经济、社会的发展， 未来世界能源需求量将继续增加。预计2 0 1 0 年世界能源需求量将达到1 0 5 9 9 亿 吨油当量，2 0 2 0 年达到1 2 8 8 9 亿吨油当量，2 0 2 5 年达到1 3 6 5 0 亿吨油当量，年 均增长率为1 2 。欧洲和北美洲两个发达地区能源消费占世界总量的比例将继 续呈下降的趋势，而亚洲、中东、中南美洲等地区将保持增长态势。伴随着世界 能源锗量分钮集中度的r 益增大，对麓源资源的争夺将只趋激烈，争夺的方式也 更加复杂，由能源争夺而引发冲突或战争的可能性依然存在。当前世界能源供应 主要呈现如下特点【4 】： l 、能源供应的多元化：世界能源结构先后经历了以薪柴为主、以煤为主和 以石油为主的时代，现在正在向以清洁能源为主转变，水能、核能、风能、太阳 能也j 下得到更广泛的利用。可持续发展、环境保护、能源供应成本和可供应能源 的结构变化决定了全球能源多样化发展的格局。天然气消费量将稳步增加，在某 些地区，燃气电站有取代燃煤电站的趋势。未来，在发展常规能源的同时，新能 源和可再生能源将受到重视。在欧盟2 0 1 0 年可再生能源发展规划中，风电要达 到4 0 0 0 万千瓦，水电要达到1 0 5 亿千瓦。2 0 0 3 年初英国政府公布的能源白皮 书确定了新能源战略，到2 0 1 0 年，英国的可再生能源发电量占英国发电总量 的比例要从目蔚的3 提高到1 0 ，到2 0 2 0 年达到2 0 。 2 、能源供应的清洁化：随着世界能源新技术的进步及环保标准的r 益严格， 未来世界能源将进一步向清洁化的方向发展，不仅能源的生产过程要实现清洁 化，而且能源工业要不断生产出更多，更好的清洁能源，清洁能源在能源总消费 中的比例也将逐步增大。在世界消费能源结构中，煤炭所占的比例将由目前的 2 6 4 7 下降到2 0 2 5 年的2 1 7 2 ，而天然气将由目前的2 3 9 4 上升到2 0 2 5 年的 2 8 4 0 ，石油的比例将维持在3 7 6 0 3 7 9 0 的水平。同时，过去被认为是“脏” 能源的煤炭和传统能源薪柴、秸杆、粪便的利用将向清洁化方面发展，洁净煤技 术( 如煤液化技术、煤气化技术、煤脱硫脱尘技术) 、沼气技术、生物柴油技术 等等将取得突破并得到广泛应用。一些国家，如法国、奥地利、比利时、荷兰等 国家已经关闭其国内的所有煤矿丽发展核电，它们认为核电就是高效、清洁的能 源，能够解决温室气体的排放问题。 3 、能源供应的高效化：世界能源加工和消费的效率差别较大，能源利用效 率提高的潜力巨大。随着世界能源新技术的进步，未来世界能源利用效率将r 趋 提高，能源强度将逐步降低。例如，以1 9 9 7 年美元不变价计，1 9 9 0 年世界的能 4 第一章能源概述 源强度为0 3 5 4 1 吨油当量，千美元，2 0 0 1 年已降低到o 3 1 2 1 吨油当量千美元， 预计2 0 1 0 年为o 2 7 5 9 吨油当量，千美元，2 0 2 5 年为o ，2 3 7 5 吨油当量千美元。但 是，世界各地区能源强度差异较大，例如，2 0 0 1 年世界发达国家的能源强度仅 为0 2 1 0 9 吨油当量干美元，2 0 0 1 2 0 2 5 年发展中国家的能源强度预计是发达国 家的2 3 3 2 倍，可见世界的节能潜力巨大。 4 、能源供应的全球化：由于世界能源资源分布及需求分布的不均衡性，世 界各个国家和地区已经越来越难以依靠本国的资源来满足其国内的需求，越来越 需要依靠世界其他国家或地区的资源供应，世界贸易量将越来越大，贸易额呈逐 渐增价的趋势。以石油贸易为例，世界石油贸易量由1 9 8 5 年的1 2 2 亿吨增加到 2 0 0 0 年的2 1 , 2 亿吨和2 0 0 2 年的2 1 8 亿吨，年均增长率约为3 4 6 ，超过同期世 界石油消费1 8 2 的年均增长率。在可预见的未来，世界石油净进口量将逐渐增 加，年均增长率达到2 9 6 。预计2 0 1 0 年将达到2 9 3 0 万桶日，2 0 2 0 年将达到 4 0 8 0 力桶f t ，2 0 2 5 年达到4 8 5 0 万桶。世界能源供应与消费的全球化进程将加 快，世界主要能源生产国和能源消费国将积极加入到能源供需市场的全球化进程 中。 5 、能源供应的市场化：由于市场化是实现国际能源资源优化配胃和利用的 最佳手段，故随着世界经济的发展，特别是世界各国市场化改革进程的加快，世 界能源利用的市场化程度越来越商，世界各国政府直接干涉能源利用的行为将越 来越少，而政府为能源市场服务的作用则相应增大，特别是在完善各国、各地区 的能源法律法规并提供良好的能源市场环境方面，政府将更好地发挥作用。当l ； f ， 俄罗斯，哈萨克斯坦、利比亚等能源资源丰富的国家，正在不断完善其国家能源 投资政策和行政管理措簏，这些国家能源生产的市场化程度和规范化程度将得到 提高，有利于境外投资者进行投资。 1 1 3 我国能源现状 我国能源的压力j 下在加大。对于我国能源生产和消费状况，中科院可持续发 展战略研究组组长牛文元昨天表示，从能源的消费上分析，我国所处的发展阶段， j 下是消耗能源数量和增长速率最高的时期，能源需求压力越来越大，并且这种压 力将至少持续2 0 3 0 年。最近几年，我国经济持续高速发展，能源消费也处在 一个高速发展的水平，近年能源高消费及高增长情况可见下图： 北京化工大学顽七擘位论文 3 0 0 0 0 0 2 5 0 加0 2 0 1 5 q 0 0 0 1 0 5 咖0 o 2 0 0 32 0 0 , 12 0 0 5 图卜l “2 0 0 2 2 0 0 6 年能源消费总量及其增长速度 f i g l 1t o t a le n e r g y n s m ea n dg r o w t hs p e e d 与世界能源状况相比，我国能源又有着自身的特点，从能源构成来看，我国 的能源状况是：贫油少气富煤，油气资源贫乏，煤炭资源丰富。从能源总量来看， 我国是世界第二大能源生产国和第二能源消费国。从能源消费构成来看，煤炭比 例最高，2 0 0 0 年为6 6 1 t “。 目前我能源的状况呈现如下特点： l 、作为能源生产和消费大国，能源总量和消费量居世界前列，但是人均水 平较低。我国既是世界能源生产大国，也是能源消费大国。在能源生产方面，2 0 0 5 年一次能源生产总量达2 0 6 亿吨标准煤，比上年增长了9 5 。其中煤炭产量占 全球的3 8 ，居世界首位：原油产量达1 8 2 亿吨，位居世界第6 位。水电达4 0 1 0 亿千瓦时，居世界第一。2 0 0 5 年我国能源消费总量2 2 2 亿吨标准煤，能源自给 率为9 3 。在能源储量方面，我国仍有较大的潜力。截至2 0 0 5 年底，我国常规 能源资源总量超过8 2 3 0 亿吨煤。探明剩余经济可采储量1 3 9 2 亿吨煤，约占世界 总量的1 0 1 。煤炭探明储量约占世界1 2 ，水力资源占世界总量的3 0 ，分别 居世界第三位和第一位。石油剩余可采储量为2 4 8 5 亿吨，居世界第1 2 位，石 油资源探明率不足2 0 。从常舰能源的资源总量来看，我国是世界能源资源丰富 的国家之一。但是由于我国人口众多，基数的扩大使得人均数量降低，居世界中 下游水平。1 9 9 0 年，中国人均探明煤炭储量1 4 7 吨，为世界平均数的4 1 4 ；人 均探明石油储量2 9 吨，为世界平均数的1 1 ：人均探明天然气为世界平均数的 4 ：探明可丌发水能资源按人口平均也低予世界人均数。从人均能源消费看， 1 9 9 4 年世界平均为1 4 3 3 千克油当量。发达国家为5 0 6 6 千克油当量。中国大约 6 篇 扣 悸 们 5 8 第一章能源概述 为6 7 0 千克油当量。1 9 9 7 年中国入均拥有电力装机容量o 2 1 千瓦、人均用电量 9 0 0 k w h ，仅相当于世界平均水平的1 3 。 2 、能源消费总量不断增长，能源利用效率较低。随着经济规模的不断扩大， 中国的能源消费呈持续上升趋势。1 9 5 7 1 9 8 9 年中国能源消费总量从9 6 4 4 万吨标 准煤( s c e ) 增加到9 6 9 3 4 万吨，增加了9 倍。1 9 8 9 - 1 9 9 9 年，中国能源消费， 从9 6 3 9 4 万吨标准煤增加到1 2 2 0 0 0 万吨，增长2 6 。受资金、技术、能源价格 等因素的影响，中国能源利用效率比发达国家低很多。能源综合利用效率为3 2 ， 能源系统总效率为9 3 ，只有发达国家的5 0 左右。1 9 9 4 年单位g n p 能耗( 吨 标准煤千美元) 比较，中国分别是瑞士、意大利、日本、法国、德国、英国、 美国、加拿大的1 4 4 倍、1 】3 倍、1 0 ，6 倍，8 8 倍，8 3 倍，7 2 倍4 6 倍、4 2 倍。 3 、能源消费以国内供应为主，环境污染状况加剧。中国经济发展主要建立 在国产能源生产与供应基础之上，能源技术装备也主要依靠国内供应。9 0 年代 中期以前，中国能源供应的自给率达9 8 以上。2 0 0 2 年以来，我国经济健康快 速发展，能源需求出现较快增长，些地区出现了不同程度的供应紧张问题。交 通运输业和石油化工等行业对石油需求增长较为强劲。为此，我国政府采取了一 系列措施，努力扩大能源生产，提高能源效率。在供给方面，近两年，我国新增 煤炭生产能力1 5 亿吨、电力装机1 2 亿千瓦。新能源与替代能源发展也取得了 积极的进展。从能源利用方面看，我们倡导能源节约。2 0 0 5 年石油消费量3 1 7 亿吨，进口量为1 3 6 亿吨，净进口比2 0 0 4 年减少了5 3 ，对外依存度为4 2 9 。 我国的的煤炭储量丰富，也导致了我国目前的能源消费主要以煤炭为主。我国在 2 0 0 0 年的能源消耗总量是近1 3 亿吨标准煤，其中煤炭达9 0 7 亿标准煤，占6 9 9 ； 石油达3 2 4 亿吨标准煤，占2 5 ；天然气和一次电力分别是3 6 亿吨和2 9 亿吨标 准煤，分别只占总量的2 。8 和2 3 。我国的能源结构仍是以煤为主，而且根据 我国的能源禀赋条件，这种结构今后2 0 年不可能有太大变化。由于煤炭的直接 燃烧导致我国的环境恶化程度加剧。2 0 0 6 年国际环境研究组织公布的世界最严 重污染城市中，我国的临汾榜上有名，这从一个侧面反映了我国城市的污染程度。 我国的环境污染很大程度上是由于煤炭的直接燃烧造成的。 4 、我能清洁能源发展已经起步，但是程度较低。中国煤炭资源储藏丰富， 洁净煤技术已经得到广泛的应用，只是应用面达不到全面；超过三分之二的水电 资源尚未开发，核电、风力发电、太阳能以及生物质能的应用刚刚起步，燃科乙 醇、甲醇、二甲醚以及煤炭液化等替代能源的发展前景广阔。 1 2 能源对人类社会的重要意义 7 北京化工丈学硕士学位论文 我们知道，人类的生存发展需要依赖于自然资源的供给。自人类文明诞生以 来，能源就紧紧与人类联系起来。人类的生产和生活离不开能源，且随着人类社 会文明的进步对能源的需求量也越来越大。由于受自然资源发展规律的制约 7 】， 人类数量不可能无限地增长，这样就存在着人口发展与资源发展的矛盾。通常， 在人类社会发展初、中期，人口发展和资源发展比较适应。不存在很大矛盾，但 是到了一定的社会发展时期，两者的发展就会产生矛盾，资源的发展满足不了人 类发展的需要，因此人类需要调整人口的发展和自然资源的发展，使两者互相适 应。 能源的每次变革都促进了社会生产力的发展。人类社会已经经历了三个能源 时期，即柴草时期、煤炭时期和石油时期。现在正迸入向清洁能源转型时期。每 当从一个时期进入到下一个时期时，社会生产力就会向前迈进一大步。今天，人 类正面临新的能源转型时期，必将更快地加速社会生产的进程。 能源面临严峻压力的今天，重视能源的合理高效利用尤为重要，加强清洁能 源的应用是解决能源问题的根本出路。 1 2 1 能源对经济的贡献 能源对人类的发展，重要的一方面体现在对经济发展的贡献上。自古以来， 经济的发展都得以对能源发展的依赖。不论什么样的社会制度，或是处于哪一个 发展阶段，经济发展都是以经济增长作为首要的物质基础和中心内容。经济发展 对能源的需求，可以通过经济增长对能源的需求柬表示，能源促进经济发展，最 终也是通过促进经济增长来实现的。另一方面，能源供给或者说能源自身的发展， 通常是以经济增长为前提条件的。 能源与经济的关系相当密切：首先，能源是经济发展的重要物质保证。能源 与工业生产的关系极为密切，被称为工业生产的维生素。煤炭称为工业生产的粮 食，石油称为工业生产的血液，电力称为工业生产的先行官。其次，能源影响经 济发展的速度。能源生产及供给的增长速度要与国民经济发展的速度相适应。二 者比例适当，可促进经济的发展。反之则会延缓国民经济的发展。第三，能源影 响经济发展的结构。对能源的消耗来说，一般工业大于农业，重工业大于轻工业， 平均单位产值的能耗，重工业是农业的四倍。因此，在制定经济发展计划时，要 合理安排重工业、轻工业、农业的发展比例，在能源比较紧张的国家和地区，就 会削减重工业而大力发展轻工业，如瑞士，就以钟表制造等轻工业为主。能源经 济学理论认为，能源消费与经济增长的关系取决于三个重要的因素，一是能源消 费和经济发展的变化；二是能源消费品种结构的变化；三是行业和产业结构调整 的变化。总体来说，经济发展与能源消费是按同方向变化的，而且多数时阳j 存在 第一章能源概述 一定的比例关系。 1 2 2 能源对环境的影响 随着社会的进步发展，人们对环境的认识越来越深入，环保日渐得到重视， 当今绿色和平组织等影响力越来越大，相当程度上可以影响政府决策。研究能源 与环境的关系可以更好的决策以保护环境。环境问题是当今人类共同面临的重大 难题之一。环境质量恶化对人类生存构成严重的威胁【8 l 。一般认为 9 1 ，当今世界 的环境问题大体上可以分为生态破坏和环境污染两大类。能源开发利用与这两类 环境问题都有着密切联系。能源环境阀题己成为国际社会普遍关注的重要问题。 所谓能源环境闫题，是指能源在开采、运输、加工、转换和利用过程中造成的环 境影响能源与环境关系密切。能源的粗放型消费容易造成环境的污染，能源的不 安全使用同样对环境造成严重污染。我国经济的高速发展由于忽视了对环境的保 护，造成了我国环境的严重恶化，很大程度上是因为能源的粗放型消费我国能 源消费对环境影响可见下刚1 0 】。俄罗斯的切尔诺贝利核电站泄漏事件对环境的污 染让世界震惊，是一个典型的能源不安全使用造成环境污染的例子。能源的清洁 与安全使用则会减小对环境的影响，从而保证人类社会的发展条件。现阶段，改 变能源的使用方式，保护环境已经刻不容缓。长远来看，根本出路还是一条：发 展清洁能源。 表卜l 中国能源消费、烟尘和二氧化硫摊放状况 1 9 9 2 1 9 9 31 9 9 41 9 9 5 1 9 9 7 1 9 9 81 9 9 9舢 2 0 0 l 2 0 0 2 2 0 0 3 能源消费量 1 0 9 1 71 1 5 争91 2 2 7 41 3 l i 8 1 3 7 8 01 3 2 2 11 3 0 1 21 3 0 3 01 3 4 9 21 4 8 0 j 01 6 s 0 0 m t c e 煤炭消费量 m t 1 0 2 7 61 1 l o 61 1 8 7 31 3 7 6 71 3 9 2 51 2 9 4 91 2 6 3 7 i 2 4 5 41 2 6 2 ，l1 3 8 7 01 5 7 8 2 烟尘排放繁 1 4 1 41 4 1 6 1 4 1 4 1 4 7 81 8 7 31 4 5 2 1 1 5 91 1 6 5 1 0 7 01 0 1 31 0 4 9 朋t s 0 2 排放鼙m t1 6 8 5 1 7 9 51 8 2 52 3 7 0 2 3 4 6 2 0 9 01 8 5 71 9 9 51 9 4 81 9 2 72 1 5 9 资料来源：历年中国统计年鉴、中国环境年鉴 1 2 3 能源对人类社会可持续发展的贡献 能源是人类的一条重要生命线，能源的重要性已经得到广泛的众识。人类社 会从无到有，从落后到先进，经历了漫长的时期。能源对于人类社会的进步起到 9 北京化工大学硕： 学位论文 了重要的作用，同时能源也经历了由低级到高级的发展历程。 随着人类对于自身发展条件越来越重视，可持续发展也越来越得到人们的认 同。可持续发展( s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n 0 是八十年代提出的一个新概念。19 87 年世界环境与发展委员会在我们共同的未来报告中第一次阐述了可持续 发展的概念，得到了国际社会的广泛共识。 可持续发展【l i 】是指既满足现代人的需求以不损害后代人满足需求的能力。换 句话说，就是指经济、社会、资源和环境保护协调发展，它们是一个密不可分的 系统，既要达到发展经济的目的，又要保护好人类赖以生存的大气，淡水、海洋、 土地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。可持续发 展与环境保护既有联系，又不等同。环境保护是可持续发展的重要方面。可持续 发展的核心是发展，但要求在严格控制人口、提高入口素质和保护环境、资源永 续利用的前提下进行经济和社会的发展。 图l _ 2 全球可持续发展五人要点 f i g1 - 25k e y so f g l o b a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t 在图中可以看到推广清洁能源是实现可持续发展的重要支柱之一。我国于 2 0 0 3 年发布中国21 世纪初可持续发展行动纲要，其中明确提到“改善能源 0 第一章能源概述 结构，提高能源效率：大力发展天然气、水电、可再生能源、新能源等清洁能源， 发展清洁燃料公共汽车和电动公共汽车，积极利用国外油气资源，努力降低煤炭 在一次能源消费中的比重；大力发展清洁利用煤炭和热电联产集中供热技术，强 化能源节约，提高能源利用效率，减少环境污染；在适宜地区大力发展沼气、节 能灶、太阳能、风能等，改善农村能源结构”。 在人类发展的历史长河中，能源扮演了极为重要的角色，把其形容为人类社 会成长的食量一点都不过分。为了人类文明的延续，为了人类社会的发展，能源 这种“食量”的角色还将继续扮演下去，每一次能源革命( 薪柴煤炭石 油) ，都带动了经济的高速发展，同时人类社会更是取得长足的进步【i2 1 。在未来， 人类的发展仍然要依托能源的发展，这个发展的趋势就是清洁能源。 北京纯工大学顽l ? 学位论文 2 1 ：清洁能源概述 第二章：清洁能源概述 2 1 1 清洁能源的概念 2 1 1 1 清洁能源的概念 清洁能源的概念出来已久，传统意义上f 1 3 1 ，清洁能源指的是对环境友好的能 源，意思为环保，排放少，污染程度小。但是这个概念不够准确，容易让入们误 以为是对能源的分类，认为能源有清洁与不清洁之分，从而误解清洁能源的本意。 经过对传统清洁能源概念的整理分析，本文重新界定了清洁能源：清洁能源 足能源清洁高效的系统化的技术应用体系。含义有三点：第一清洁能源不是对能 源品种的简单分类，而是能源利用的技术体系；第二清洁能源是系统性的能源应 用技术体系，贯穿从能源来源到能源应用的全过程，而非某一应用阶段；第三清 洁能源要符合清洁高效，符合一定排放标准的同时具有应用经济性，环保与经济 二者不可分割。 与传统的清洁能源的概念相比，本文的界定更为贴近清洁能源的本意更容 易让人们认识清洁能源： 1 、清洁能源不是对能源品种的划分。传统的清洁能源的概念容易使入误解 清洁能源是能源品种的分类，能源有清洁与不清洁之分，其实不然。比如煤炭， 传统意义上是非清洁的，然而随着技术的发展，洁净煤技术已经可以在相当程度 上降低煤炭利用对环境的影响并达到一定的排放的标准。这样就很难判断煤炭是 否是清洁能源；又比如电力是清洁能源，但是我国的大部分电力还是依赖煤炭发 电，煤炭燃烧造成的污染也并没有与火电彻底脱离关系，这也容易让入迷惑。所 以说传统的概念对清洁能源的表达不够清晰，只是反映了清洁能源的一方面。随 着能源的发展，人们对能源的关注点已经从能源的来源转到了能源的应用方面， 清洁能源是更先进的能源技术的应用，而不是简单的能源种类的划分。本文界定 的清洁能源的含义是能源技术的应用，比如太阳能，是指的太阳能利用技术，核 能是指安全利用原子能技术，洁净煤是指煤炭的清洁利用技术等等。清洁能源的 含义严格柬晚既非指能源利用的源头，比如原煤，也不可以定义在能源利用的终 端，比如煤电，而是指整个贯穿首尾的能源利用系统。相较传统，本文首次说明 清洁能源是能源应用的技术体系，也更加清晰的表达了清洁能源的含义。 2 、清洁能源是能源系统化的应用。传统的定义往往分阶段定义能源，比如 第二章清洁能源评价 应用前端的煤炭，末端的电等。事实上这种定义不可取，例如传统中的电是清洁 能源，但是如果是煤电，同样会在发电的同时造成污染，但在传统定义中这是体 现不出来的：太阳能也是这种情况，太阳能是清洁的，但是太阳能的应用过程却 也会对环境造成污染( 由损坏或废弃太阳能设置造成) ，所以传统的定义对清洁 能源应用分阶段定义是不科学的。针对这个问题，本文对清洁能源的界定指出了 清洁能源指的是清洁能源的系统化应用，是贯穿能源应用首尾两端的全过程的应 用。这样帮助人们更加全面地准确地认识清洁能源。 3 、清洁能源的清洁高效指的是符合排放标准的同时具有应用的经济性，二 者相辅相成不可分割。对于清洁能源而言，应用才是根本的目的。应用必须考虑 经济性。现阶段很多成熟的清洁能源技术已经可以实现经济的应用，如洁净煤， 太阳能热水器等，但是同样也有清洁能源比如氢能因为其应用的不够经济而不能 得到推广。清洁能源另一个重要的方面是其清洁的特性，这是清洁能源区别于传 统化石能源的根本之处。这里的清洁指的是符合一定的排放标准，较之传统能源 的应用，对环境更为友好，对于环境的影响程度更低，可以为环境的可持续发展 做出贡献。 随着清洁能源的发展，相信清洁能源的含义和范畴也将会继续得到发展。 2 1 1 2 清洁能源的种类 清洁能源发展至今，许多技术已经比较成熟，应用广泛的主要有如下几种： 1 、洁净煤技术 洁净煤技术( c l e a nc o a lt e c h n o l o g y ，简称c c t ) 的含义是：旨在减少污染和 提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。当前已成为世界 各国解决环境问题主导技术之一，也是高技术国际竞争的一个重要领域。由于中 国煤炭开采和利用的特点决定，与国外洁净煤技术领域重点放在燃烧发电技术上 有所不同，中国洁净煤技术领域涵盖从煤炭开采到利用全过程。按照国务院1 9 9 7 年批准的中国洁净煤技术九五计划和2 0 1 0 年发展规划，中国洁净煤技术包含 四个领域、十四项技术： l 、煤炭加工领域：选煤、型煤、水煤浆。型煤加工是用机械方法将粉煤和 低品位煤制成具有一定粒度和形状的煤制品。高硫煤成型时可加入适当固硫剂， 以减少s 0 2 排放。型煤可分为民用型煤和工业型煤。我国目前生产的民用型煤 比烧散煤的热效率可提高一倍。一般可节煤2 0 3 0 ，烟尘和s 0 2 减少4 0 6 0 ， c o 减少8 0 。工业型煤用于工业锅炉可节煤1 5 ，烟尘减少5 0 一6 0 ，s 0 2 减 北京化工大学烦 学位论文 少4 0 - 5 0 ，n o x 减少2 0 - 3 0 。水煤浆是7 0 年代发展起来的一种以煤代油的新 燃料。它是把灰分很低而挥发分高的煤，研磨成2 5 0 3 0 0 微米的微细煤粉，按煤 约7 0 、水约3 0 的比例，加入0 5 1 o 的分散剂和0 0 2 0 1 的稳定剂配置 而成的。由于水煤浆所选择的灰分小于8 ，硫分小于0 5 的原料煤，因此， 燃烧时排放烟尘和s 0 2 低。同时燃烧时的着火温度比干燥粉低1 0 0 ，所以n o x 生成量少。我国自1 9 8 2 年开始