21世纪的能源展望.doc

21世纪的能源展望摘要：针对全球变暖、油价波动、能源安全问题, 本文从能源、环境的角度,阐述中国能源长远发展战略，探讨了21 世纪的能源研究中几个带根本性的问题，展望了21世纪的洁净能源发电技术,认为21世纪能源科技研究开发的重点是提高能源的利用效率、大力发展可再生能源发电技术、能源清洁利用和能源与环境技术。关键词：能源科技；能源效率；环保能源；清洁生产工业革命以来, 人类都是以煤、石油、天然气等矿物燃料作为主要能源。但这些矿物燃料用一点就少一点, 是不可更新、不可再生的能源, 总有一天会最终耗竭, 而且燃烧矿物能源会引起严重的环境问题。如果不重视可再生能源的开发, 下一个世纪由于能源的匾乏将导致全球的能源危机。从环保角度说, 能源消耗的增长带来的环境问题日益严重, 去年联合国环境署报告指出：“ 在过去20年, 全世界能源消耗增长了50%, 从现在到2020年, 全球能源消耗还将比现在增长50%100%, 由此造成温室效应气体排放将会增加45%90%，从而带来灾难性后果” 。我国同样面临着资源、能源和环境的压力。因此, 必须加快开发能源新技术,巧妙地利用自然界循环再生的机制, 做到“ 源远流长”、可持续发展。一、能源使用现状工业革命以来，人类生活在种种创新发明构成的社会中，开始懂得利用化石能源：煤炭、石油和天然气。由于化石能源的大量发现和使用方便性，这些廉价普及的能源成为人类社会现代化的最大推动力。人类进入工业化时代后，能源消耗也随之增加。目前世界能源消耗量是1850年的20倍、20世纪初的10倍、20世纪50年代的4倍。这般倍数的增长令人惊叹！化石燃料中最早被利用的煤炭增长了10倍之多，而20世纪初期开始利用的石油和天然气，增长幅度竟然超过30倍。目前，全球有80以上的能源来自化石燃料，其中最大宗的石油占35，煤炭占23，天然气则占21。再生能源虽有14的比率，但多是传统能源（如木材），而包括水力发电在内的现代化再生能源只约占4，核能则占全球能源用量的6。然而世界人口能源使用十分不平均，全球1/3的人口（约20亿人）仅依靠木材或其它类型的传统能源生活，缺少电力、石油和天然气是这些人贫穷的主因之一。在发展中国家，由于缺乏有效的污染控制以及燃烧效率的低下，污染物浓度都高过世界卫生组织公布标准的好几倍。空气污染在都市中更为严重，每年全球约有50万人的死因与严重的空气污染有关。燃烧化石能源产生的空气污染不是发展中国家的特例，在欧洲，电厂排放的空气污染每年对人类健康、建筑物和农作物造成的损失估计有700亿美元，大约是欧盟国民生产总值的1。这个庞大的数字令人深刻认识到，化石燃料发电产生的外部成本十分高昂。传统的能源使用也造成其它环境冲击。石化燃料的挖掘和开采通常会破坏当地的地下生态，输油管侵蚀、破裂则会造成当地土壤和水源的污染。层出不穷的船只油污外漏事件，也使得许多脆弱的海洋生态系统严重受害。目前的能源形态更存在着社会不公，资源消费大多集中在发达国家，举例来说，西方最发达国家每人平均耗能量是发展中国家的6倍，北美人民平均耗能量更是亚洲和非洲的10倍之多。这样的差异不但存在于国与国之间，也存在于每一个国家之内。在美国，较富有的家庭平均耗能量比较贫穷的家庭多上3/4。中国最富有的沿海四省，每户人家能源消耗是内陆省份的2.5倍。若以电力消耗量来看，资源不均的情形更惊人。西方最发达国家每人平均耗电量是东亚国家的13倍、南亚国家的26倍、撒哈拉沙漠以南国家（除南非外）的65倍。这样的不公也反映在温室气体排放量上。全球人均耗能量前1/5的人口贡献了69的人为温室气体，而人均耗能量后1/5的人口，仅占人为温室气体排放的2。然而，温室效应没有国界，世界每一个角落都会受到全球暖化的影响，发展中国家往往因经济力量不足，较发达国家更难因应因全球变迁带来的环境和社会灾害。过去的能源政策着重在应付世界上较富有族群与日俱增的能源需求，而轻忽对贫困族群提供现代化能源并改善现有的能源服务。乡村电力化和燃料配送的政策多采取集中式，常常因为成本过高使得人们无法负担现代化的能源系统。二、洁净能源技术从能源、环境的角度， 21世纪能源科技研究开发的重点是提高能源的利用效率，大力发展可再生能源发电技术、能源清洁利用和能源与环境技术。1、太阳能太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量, 也是各种可再生能源中最重要的基本能源, 生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能, 广义地说, 太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种, 则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳热能利用技术, 再利用热能进行发电的称为太阳热能发电, 通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光电技术, 光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的, 因此又称太阳能光伏技术。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一, 但已高达173000千瓦, 也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能，都是来源于太阳能，即使是地球上的石化燃料，如煤、石油、天然气等从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能, 所以广义的太阳能所包括的范围非常大, 狭义的太阳能则仅限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。太阳能既是一次能源, 又是可再生能源。它资源丰富, 既可免费使用, 又无需运输, 对环境也无任何污染。2、风力发电2000 年以来, 全球风电装机容量以每年30%以上的速度增长, 2006 年达74223 MW。风电技术不断改进, 现已成为最接近经济竞争力的可再生能源。到2025年, 某些地区的风电可占发电装机容量的10%20%。风力机趋向大型化, 1.53.0 MW 风力机已成为主力机型, 欧洲已批量生产3.6MW 风力机。美国已研制出7MW风力机, 英国正研制10MW风力机。风力发电正向海上发展。2007 年末,中国东海100MW风电项目正式启动。风电技术近期研发重点是: 高塔, 轻叶片, 先进的叶面设计, 直驱式传动系统, 变速恒频, 智能控制, 以及轻而耐久的结构部件。3、水电2006 年, 世界水力发电量为3096.5 TWh, 相当于全球技术可开发水能资源量的21.5%, 还有很大开发潜力。先进水电技术可消除水电对环境的不利影响,增加发电量。研究水电用作间歇性可再生能源的一种蓄能技术。水电可提高风电、光伏发电的供电可靠性。4、地热发电地热能有4 种类型: (1) 地热水或蒸汽。埋藏深度1004500m, 温度90350。(2) 地压地热能。蕴藏在深36 km的蓄热水层, 温度90200。(3) 干热岩地热能。含水很少或无水的干热岩体,温度超过200。(4) 岩浆地热能。贮存在高温(7001200) 熔融岩浆体中的热能,是资源量最大的地热能,可勘查的深度约300010000m。迄今只有热水型地热能已商业开发, 中、低温(150 ) 地热用于发电, 2006 年世界地热发电装机容量9600 MW。今后需要开发高温硬岩钻井、热储预测、压裂等新技术。5、核电近年来, 由于对油价波动、能源安全以及CO2 排放增加的关注, 核电重现生机。据IEA2006年预测,全球核电装机容量有望从2005年的368 GW 增至2030年的519 GW。目前, 核能发电成本为4.95.7美分/ (kWh) , 低于天然气发电成本。核电研究开发重点是: (1) 先进压水堆和高温气冷堆; (2) 新的高效反应堆设计; (3) 防扩散反应堆和燃料技术; (4) 先进的小功率反应堆设计及应用; (5) 先进核燃料和核废物储存新技术; (6)快中子增殖反应堆; (7) 核聚变技术。6、海洋能海洋能主要有潮汐能、波浪能、海流能( 潮流能)、海水温差能和海水盐差能。海洋能蕴藏量巨大, 但能量密度低, 且随时空变化, 开发环境严酷,投资大。迄今只有潮汐能发电和小型波浪能发电装置已商业化。海流能、温差能、盐差能都在研究试验阶段。俄罗斯准备在亚速海和白海岸边建大型潮汐电站, 装机容量分别为8000MW和11400 MW。英国将在圣艾夫斯湾建20MW波浪电站。7、生物质能开发生物质能对中国有重要意义。生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源, 在整个能源系统中占有重要地位, 一直是人类赖以生存的重要能源之一。广义的生物质能包括一切以生物质为载体的能量, 具有可再生性。我国生物质能资源相当丰富, 仅各类农业废弃物如秸秆等的资源量每年即有3.08亿吨标煤。薪柴资源量为1.3亿吨标煤,加上粪便、城市垃圾等, 资源总量估计可达6.5亿吨标煤以上,约相当于1995年全国能源消费总量的一半。在21世纪, 人类面临着经济增长和环境保护的双重压力, 因而改变能源的生产方式和消费方式, 用现代技术开发利用包括生物质能在内的可再生能源资源, 对于建立持续发展的能源系统, 促进社会经济的发展和生态环境的改善具有重大意义。8、氢能氢是无碳清洁能源, 用途广泛。氢将成为世界主要能源载体，因它可采用各种国产资源发电, 确保能源安全。氢能是能源科技研究开发最活跃的领域之一。美国2005年能源法, 规定到2020年投入37亿美元用于氢能的研发、示范和税收优惠。欧盟2003 年制定的“氢能路线图”, 计划在5 年内投入20 亿欧元, 用于氢能、燃料电池和燃料电池汽车的研发和示范。日本政府近5 年每年投入约2.7 亿美元, 用于燃料电池研究。中国把燃料电池汽车为主的电动汽车研发列为国家重大科技专项, 20012005 年投入近9 亿元。正在研究开发氢能的生产、储存、运输和终端利用新技术: 太阳能光解水制氢, 热化学循环分解水制氢, 生物质气化和利用微生物制氢; 金属氧化物储氢, 纳米碳管储氢, 有机化合物储氢; 车载质子交换膜燃料电池, 太阳能- 氢能系统, 用作航空燃料的液氢。三、中国21世纪的能源科技展望2007年9月, 中国科学院提出中国能源科技发展战略路线图，总体目标是加快构建可持续发展能源体系, 逐步提高可再生能源份额,石化能源得到高效、清洁利用, 能源结构逐步优化, 满足中国经济社会发展需要。近期(至2020年) 。重点发展节能和清洁能源技术,提高能源效率,力争突破新一代零排放、多联产整体煤气化联合循环、增压流化床联合循环等技术, 解决CO2 捕集、储存与利用的关键技术并进行示范, 煤炭高效液化技术、煤基醇醚和烯烃代油技术进入工程示范和大规模应用, 积极发展安全清洁核能技术和非水能可再生能源技术, 前瞻部署非传统石化能源技术。中期(至2030年前后) 。重点推动核能和可再生能源向主力能源发展, 突破快中子增殖堆技术并进行商业示范, 核废料有效利用和安全处置技术,突破太阳能高效转化技术及太阳能电热集成应用系统, 突破光合作用机理并筛选或创造高效光生物质转换物种, 实现农业废弃物、纤维素、半纤维素高效