能源革命为了可持续发展的未来.docx

中国人口资源与环境2014年第24卷第7期CHINAPOPULATION。RESOURCESANDENVIRONMENTV0124No72014能源革命：为了可持续发展的未来杜祥琬(中国工程院，北京100088)摘要化石能源的发现和利用使人类告别了农耕文明进入了工业文明，同时，化石能源带来的环境问题和气候问题日益严峻，未来地 球的可持续发展呼唤人类由工业文明迈向生态文明，这个转变的基础是新的能源革命。对中国环境容量和气候容量的宏观定量分析 表明，中国迫切需要转变粗放的发展方式，推动能源革命。目前和今后几十年间，化石能源仍将是主导能源之一，因此，化石能源的高 效、洁净化利用具有重要意义，但还不是治本的能源革命。包括页岩气在内的非常规天然气，对缓解环境和气候问题会作出贡献，但 天然气在中国一次能源结构中的占比最多可提高到百分之十几，所以“页岩气革命”或“页岩气时代”的口号在中国并不恰当。能源 结构由化石能源为主阶段，经过一个多元结构阶段，转变到非化石能源为主是必然的发展方向，可再生能源与核能将共同为此作出贡 献。可再生能源中，非水可再生能源的比重将逐步提高，其市场竞争力(经济性)的提高有赖技术创新，可再生能源是未来地球的支 柱能源。中国乃至世界核能的发展虽受到福岛事故的影响，但人类不可能弃核，安全、稳步、规模发展核电是中国的理性选择，从核裂 变电站到未来的核聚变电站是一个必然的发展方向和历史过程，核能将成为可持续发展的能源，成为未来地球的另一个能源支柱。 中国需要树立新的能源安全观，大力节能、并转变能源的供需模式，由“粗放的供给满足增长过快的需求”，转变为“由科学的供给满足合理的需求”。应对全球的环境问题和气候变化，需要各国共同努力，能源革命是可持续未来的基础，国际合作空间广阔，人类解决 全球变化问题的出路只能是合作共赢。关键词能源革命；可持续发展；全球变化中图分类号F206 文献标识码A 文章编号10022104(2014)07000104 doi：103969jissn10022104201407001煤炭和石油的发现与利用使人类告别了农耕文1对中国环境容量的宏观分析明，进入了工业文明。200多年工业文明的实践表明，化石能源的使用在带来巨大社会进步的同时，它带来发展的可持续性是一个全球性的问题，对中国则 的环境问题和气候问题日益严峻，人类遭遇了“黑色困是一个尤为尖锐的问题，这不仅是由于中国人均资源 惑”。中国经历了近30年的快速经济增长，同时显露 (水、耕地、矿产资源等)显著低于全球平均水平，更是 了愈来愈尖锐的压缩型、复合型的环境问题。由污染 由于中国环境容量的有限性。 排放造成的环境污染问题和温室气体排放造成的气候中国80的人口居住在爱辉一腾冲线以东的国土 变化问题，是两个不同的概念，但在中国目前的能源结 上，东部的土地面积约为全球陆地总面积的不到130， 构下，两者基本上同根同源。例如：北京的PM25成 我们在这块土地上每年消耗全球煤炭的40，即在东 份中，23来自煤炭和石油的使用；而中国的温室气体部的单位国土面积上消耗的煤炭(可称“耗煤空间密 排放总量中，以化石能源为源的也占到34以上。未度”)是全球平均值的12倍。且我国煤炭消耗中，高达 来中国乃至地球的可持续发展呼唤着人类由工业文明一半是直接燃烧(非发电)的，这是最污染的利用方式。 向生态文明转变，而这个转变的基础是新的能源革命： 数据还表明：这块土地上的“耗油空间密度”已是全球 告别黑色、高碳，转向绿色、低碳。平均值的3倍。而我国东部“碳排放的空间密度”已是收稿日期：20140418 作者简介：杜祥琬，应用物理学家，曾任中国工程院副院长。中国工程物理研究院研究员、高级科学顾问。1997年当选为中国工程院院士，2006年当选为俄罗斯国家工程科学院外籍院士。现任国家能源专家咨询委员会副主任。2010年起任国家气候变化专家委员会主任。1万方数据中国人口资源与环境2014年第7期全球平均值的6倍。我国目前每千人汽车拥有数，不 来以非化石能源为主，是必然的发展方向，也是全球共 到美国的15，但中国东部的“汽车空间密度”已超过 同的发展趋势。完成这个转变约需百年的时间，中间 了美国。如果单独计算京津冀地区的数据，则更为严 将经历一个“多元结构阶段”，其问，煤炭、石油、天然 重。仅以“耗煤空间密度”为例，它又是我国东部地区 气、可再生能源、核能五足鼎立，前者渐消、后者渐长。平均值的25倍，是全球平均值的30倍之多。可见，化石能源估计还能使用百年以上，但是，它带来的 我国发展的高碳特征十分显著。我国东部的雾霾成为环境和气候问题必须解决。化石能源毕竟是不可再生 世界之最，不是很容易理解的吗?如果我们想呼吸质的，所以，未来地球必将倚重非化石能源。在我国一次 量说得过去的空气，能去跟美国攀比人均车数、人均能能源结构中，非化石能源2020年将占到15，2030年 耗吗?显然不能，也不应该。我国东部的人口密度是应能达到25一30，2050年应能超过40。1。非化 全球平均值的5倍，计及上述的能耗和能源状况，我国石能源的占比超过化石能源，可视为能源革命的一个 东部的环境负荷已比世界平均值高出5倍以上。以上标志。非化石能源占比的提升要靠可再生能源和核能 最简单的算术，给出了最基本的国情，我们的环境容共同作出贡献。 量、气候容量显著小于世界平均值。中国迫切需要改变粗放的发展方式，推动能源革命；迫切需要转向“新 4可再生能源是未来地球的支柱能源型工业化道路”，开创一条新型的发展之路，才能拥有在可再生能源中，比较成熟的水电尚有一定的发 可持续发展的未来。展潜力，然后趋于饱和，在一次能源结构中，贡献可近2化石能源的高效、洁净化利用有重要现实 10。意义非水可再生能源，包括太阳能、风能、生物质能、海 洋能、地热能等，在我国和全球，资源足够丰富，技术上化石能源不会很快枯竭，今后几十年问，煤炭和石 没有原理性的障碍，近年来发展较快。欧盟最近决定， 油在一次能源结构中的占比会逐步下降，但仍将是主2030年使可再生能源在终端消费中占比达到30。 导能源之一，因此，化石能源的高效、洁净化利用具有 当前必须解决的问题是：依靠科技创新，降低成本，使 重要的现实意义。 其经济性具有市场竞争力。进一步降低其全生命周期 在煤炭的勘采、洗选、加工、运送和终端利用的各的环境影响，例如：设备制造阶段的排放。间歇性的风 个环节中，有一系列的提高能效、减少污染的技术，燃 能和太阳能如何提高并网率，为此，必须发展智能电网 煤电厂的节煤减排尚有明显潜力。终端能源中直燃的 和大容量储能技术(包括物理储能和化学储能方法)。 煤改电或气、汽车的油改电也是有益的方向，有关的技 发展分布式用能技术、微网技术和不并网用电，峰电的 术、标准、监管都很重要。这方面的进步使高碳能源可 直接利用(如用于海水淡化、制氢等)。我国可再生能 低碳利用，是重要的能源变革，但还不是治本的能源革 源可能的发展情景和对减碳的贡献如表1和图1所命。不。包括页岩气、煤层气、天然气水合物在内的非常规天然气是相对洁净的化石能源，对缓解环境污染和应表1 20202050年可再生能源减少的温室气体排放量对气候变化会作出贡献，因此要努力提高天然气(含非 Tab1 Reduction GHG emission from 20202050 by RE常规天然气)在一次能源结构中的占比。但是，定量和 具体的国情分析表明：天然气的占比能从目前的百分 之五提高到百分之十几，仍需付出巨大的努力。在今后的几十年问，天然气将成为一个低碳能源支柱和重要的过渡性替代能源。但仅靠天然气不可能5核能是未来地球的可持续发展能源完成对煤炭的高比例替代，所以，在中国“页岩气革命”或“页岩气时代”的口号并不恰当。日本福岛事故对中国和全球核电发展有一定影 响，但各主要核电国家通过认真分析，都确定了继续发3实现能源革命：能源结构演变的“三阶段”展核电的方针。究其原因，有以下三点：对核事故进行能源结构由目前的化石能源为主，逐步转变为未科学的分析、总结、吸取经验教训，核电安全的技术水0万方数据杜祥琬：能源革命：为了可持续发展的未来平和管理水平将进一步提高，弃核并不理智。核电作6中国需要树立新的能源安全观并转变能为洁净、低碳、高能量密度能源，其优点未被动摇。以源供需模式非化石能源高比例替代煤炭的客观需求，需要输出稳定的核电与间歇式的可再生能源相结合。为了可持续发展的未来，中国需要树立新的能源 中国的核电目前只占到发电量的2，“安全、稳安全观。除传统的“能源供应安全”观念外，必需注入 步、规模发展核电”是中国的理性选择。从目前的核裂“能源环境安全”的观念，以及“占据未来能源科技战变电站到未来的核聚变电站，是一个必然的发展方向略制高点”的安全观念。 和历史过程，在未来的绿色地球上，核能将成为一个可对“能源供应安全”的传统观念，也必须有新的思 持续发展的能源支柱。考和调整，即不能只一味要求供应侧满足一切需求，而综上，我国能源结构定性变化的情景如图2所示。应由供应侧和需求侧相向而行，达到供需平衡。改变_嚣Ju口ooTo砖uIIoI芎IIo_【葛N_【T11一蝼姑蜷f。_【一蒈=I；=熏鼹程州瞬口图1可再生能源可能的发展情景Fig1Possible scenario of renewable resources development6 0005 0004 000蝼一 窭若_3 000蚓与筠“ 2 000椎1 000O202520302035204020452050年份Year图2 2050年前中国能源结构的变化情景图Fig2 Scenario of ChinaS energy structure variation before 20503万方数据巡田乡中国人口资源与环境2014年第7期“以粗放的供给满足增长过快的需求(后者包含有不合旨在建立全球绿色、低碳的能源新体系，这是未来地球 理需求)”，转变为“以科学的供给满足合理的需求”的 可持续发展的基础，在这一领域世界各国面临着大同 供需模式。2012年中国的GDP占全球的116，却消 小异的科学、技术与产业发展的问题，国际合作空间广 耗了219的能源，即单位GDP的能耗比全球平均水 阔。解决全球变化的问题，呼唤人类的良知和智慧，大 平高出近1倍。大量的过剩产能、空置建筑物、短寿命 家都输，意味着灾难；一部分人输，另一部分人赢，意味 建筑和堵车等是浪费资源和不合理需求的典型。可 着冲突和混乱。显然，理智的、最终的出路只能是通过 见，抑制不合理需求、减少浪费、大力节能、提高能效， 合作，实现共赢。 是中国能源可持续、环境可持续、社会与经济可持续不(编辑：李琪) 可或缺的战略，也是能源革命的重要内涵。 参考文献(References)1中国工程院研究组中国能源中长期(2030，2050)发展战略研究7应对全球变化的出路只能是合作共赢报告R北京：科学出版社，2011Research Group of ChineseAcademy of EngineeringReport on Midand Longtenl Development应对全球的环境问题和气候变化，需要各国共同Strategy of Chinese Energy(2030，2050)RBeijing：Science努力。世界各国尽管千差万别，矛盾重重，却共生在一Publisher2011个地球上，有着现实的和潜在的共同利益。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