後續能源

後續能源

後續能源是一個廣泛的概念,主要包括核能、可再生能源和氫能源等。

(圖)後續能源後續能源

介紹

從2010年開始,這些能源可能逐步地部分替代石油煤炭天然氣化石能源,具有巨大的發展潛力和廣闊的市場前景。後續能源是指:技術上可行,經濟上合理,環境和社會可以接受,能確保供應和替代常規化石能源的可持續發展能源體系。它們主要包括可再生能源(風能、太陽能生物質能水能海洋能等)、地熱能、核能、氫能。

發展戰略

1.新世紀的可持續發展面臨著能源的嚴峻挑戰

(圖)後續能源後續能源

21世紀我國將加入到全球化經濟的激烈競爭中去,競爭的核心戰場將在高科技領域。新世紀經濟成長點,將不再是過去的能源、原材料、勞動力密集的行業,而是知識和技術高度密集的高新技術領域。一些技術已開發國家將利用高技術的優勢,利用計算機、新材料、先進管理技術,達到減員增效,以最少的能源、原材料和人力的投入,取得最廉價、最優質的產品,從而奪得在全球化經濟競爭中的霸主地位。在新世紀中,傳統能源將以新的姿態出現在能源市場上,新能源將層出不窮,能源的利用將更高效,整個社會將在強大能源的支撐下高效地運行,生態環境將比20世紀更優美,人類將全力以赴保衛僅有的家園——地球。

我國也將不例外地走能源結構多樣化、能源優質化的道路。21世紀上半葉我國經濟發展要達到中等已開發國家水平的目標,而現在則正處在工業化初期階段,欲保持經濟高速增長,必須有足夠的能源投入。到2020年,我國人口按14—15億計算,則需要26—28億噸標準煤;到2050年,人口按15—16億計算,則需要35—40億噸標準煤。

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和消費結構在相當長的時期內仍以煤炭為主。目前煤炭占70%左右,即使採取各種措施,大力發展油、氣及可再生能源,可相對減少煤炭所占的比重,但隨著能源消費總量的增加,煤炭總量也將增加,大幅度減少煤炭的消費是較難辦到的。我國的最佳化和調整能源結構的思路應從我國資源儲量實際出發,在大力開發煤炭替代能源的同時,應在潔淨煤技術推廣套用上下功夫。

二是我國因能源資源分布不均,能源資源重心偏西偏北,而經濟發達區域偏南偏東,常規能源需經長途運輸才能滿足需求,這給社會和經濟帶來許多問題。只有因地制宜地注意區域性能源結構調整和最佳化,在遠離能源產地的東南沿海地區發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給生態環境帶來嚴重的問題;而電力、建材、冶金、化工等能源消費密集的行業又是我國支柱產業,它們占大氣污染的70%以上。如我國產業結構不發生根本性的改變,仍是冶金建材化工大國,則煤煙型污染難以根本解決。

根據上述存在的三大問題,以及新世紀上半葉所肩負的發展使命,我國在擬定新世紀能源發展戰略時,應重視常規能源的接替問題,其希望就在於發展後續能源。

2.石油的替代品將是後石油時代的熱門,應早作戰略部署

(圖)後續能源後續能源

國際權威預測機構指出,到2010年世界常規石油產量將到頂峰,此後世界石油產量將下降,世界將更依賴中東地區的石油,油價將會大幅度上升,第三次世界石油危機將在2015年前後來臨。屆時,作為我國,這樣優質能源(石油和天然氣)需求高速增長的國家將需付出高昂的代價

後石油時代到來時,世界上(包括我國)由於交通運輸業的發達,液體燃料的需求量將大幅度增長,常規石油供不應求,勢必刺激各國走尋求石油替代品的道路。我國作為一個油氣供應不足的國家,更應重視石油替代品的開發。

我國是煤炭大國,研製開發煤的液化技術,以煤制甲醇代替短缺的石油應是現實可行的途徑。煤的液化在我國已經起步研究,但鑒於目前的油價便宜,人造油因在經濟上沒有吸引力而未能得到應有的重視。我國在確定能源技術發展重點時,應將煤液化技術列為攻關的重點,投入一定科研力量,開展煤液化技術的研究開發,以及其它非常規石油技術的開發研究。預計到2010年以後,煤的液化技術將會得到快速的發展。同時在新世紀的安排中,我國還應積極開展油、氣資源的勘探,增加國內油氣資源儲量和產量;積極參與國外油、氣田的勘探和開發,增加準國有油、氣資源份額。

3.能源科技的創新為後續能源的發展提供了良好條件和機遇

突飛猛進的能源科技創新賦予世界能源以新的生命,21世紀人類在能源的開發利用領域將會有一次新飛躍。20世紀90年代,世界能源市場上發展最為迅速的已不再是石油、煤炭等傳統能源,如風力發電異軍突起,其年均增長速度超過20%以上。今後,各種新型、高效的能源系統將不斷湧現,比傳統能源更經濟、更靈活,加上電腦武裝,將使能源創新技術如虎添翼。未來新型能源經濟模式將由集中轉為分散,自然界取之不盡的太陽能和風能將得到充分的利用。

目前,先進的電子技術、新材料和生化技術都被運用到能源系統中來了。例如:汽車將成為帶輪子的電腦,電腦不僅控制方向和剎車,還會改善燃料使用率和降低廢氣排放;伴隨著產業運營機制的改革,新建的發電廠都是效率高、成本低的,火電廠環境保護的成本提高,將促使可再生能源發電市場加快發展。總之,21世紀將要發生的能源革命,是以科技創新為動力,從而降低長期處於主導地位的傳統能源的競爭力,而使核能、太陽能、風能、生物質能等可再生能源逐漸居於主導。

發展戰略地位

太陽能利用正走上工業化發展康莊大道

(圖)後續能源太陽能能源

嚴格地說,化石燃料利用是得益於太陽能,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70年代開始,人類就期待著太陽能發電技術能帶來一場革命,但這場革命仍遲遲沒有到來,因光電池成本仍比傳統能源發電高10倍以上。現在,科技創新正給太陽光發電帶來福音,光電池效率隨著新型矽材料的誕生而得到提高,光電轉換效率已由原來的2%提高到20%,有的甚至達到30%左右,接近常規能源發電效率,這無疑是太陽能發電走上產業化之路邁出的第一步。目前太陽能發電已經受到世界的普遍重視,美國已經開始建造10萬千瓦太陽能發電廠。

更為新鮮的是,太陽能與建築一體化技術正成為世界太陽能利用的新潮流,美國最先提出這種新設計。它是將能把陽光轉換成電能的半導體直接嵌入在屋頂和外牆上。這種新型光電材料比高檔建材便宜,只要花費不到1輛汽車的錢就能買到1套有太陽能發電裝置的屋頂,可在25—30年內滿足自家的電能需求。對公共建築,可以像覆蓋外牆面一樣安裝太陽能發電裝置。美國預計,到2005年這種太陽能建築一體化發電系統的市場可達26億美元。

隨著人類將科學的臂膀伸向太空,太陽能太空發電技術也緊鑼密鼓地發展著。所謂太陽能發電就是利用衛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。衛星太陽能發電是把衛星發射到地球3.6萬公里的地球同步軌道上或發射到距地球500—800公里的近地軌道上。因為太空無雲霧遮擋、太陽光強烈,發電效率高且經濟,因此很有吸引力。實現太空太陽能發電首先要在太空設定面積達50平方公里的巨型太陽能板,將太陽光能轉變為電能,再將電能轉變為微波能,並發射到地面。在地面設有70平方公里的微波接受器,最後將微波能轉變為電能。目前,美國、日本等國都在進行太空太陽能發電關鍵技術的研究,並取得了進展。它們都制訂了新世紀太空太陽能發電計畫,預計在21世紀上半葉可以產業化生產。

此外,五花八門的太陽能新產品也層出不窮,太陽能汽車在賽場上大顯身手,永不降落的太陽能飛機執行著各種特殊任務,太陽能為火箭助一臂之力,太陽能遊船、太陽能腳踏車、太陽能空調機、太陽能冰櫃等形形色色太陽產品在世界各地出現,太陽能供熱更為普及,太陽能熱水器已走進千家萬戶,太陽能住宅已成為世界投資新熱點。新世紀應是太陽能套用技術大發展的時代,太陽能套用產業是有極強生命力的新興產業。

2.風能利用風靡全球,風力發電成為電力工業的新增長點

(圖)後續能源風車能源

風車是古老的動力機械,而風力發電在1980年才供公用事業之用。但20年來,風力發電的巨大發展潛力已為世界公認,正以驚人的速度發展。全球風電裝機容量從1980年的1萬千瓦猛增到1999年的124。4萬千瓦。1999年全世界風電投資達20億美元。大型風輪機、新型葉片設計、高級材料套用、智慧型更高的電子技術、靈活的輪軲結構及合乎空氣動力學的控制裝置都有助於風電效率的提高,使風電的產業化插上了飛翔的翅膀。現代風力發電機不但在低風速仍能高效發電,還經得起暴風的襲擊,安全度大為提高。

從理論上講,開發地球上1%的風能就能滿足全世界能源需求。我國陸上風電資源就有2.5億千瓦,近海還有7.5億千瓦,是實現我國清潔能源可持續發展的良好基礎條件。目前各國都採取激勵風電發展的政策,其中包括減免稅收的經濟政策,及電網優先收購風電的政策。我國正在實施“乘風計畫”,加速發展風電。截至2000年底,我國風電總裝機容量達34.4萬千瓦。我國的風電發展已由過去的試驗階段逐步進入產業化發展階段。

3.綠色能源開始造福子孫後代

生物質能又能稱為“綠色能源”,它是指通過植物(包括樹木、青草、農作物藻類及各種有機廢物等)的光合作用而將太陽能以生物質形式固定下來的能源。開發利用“綠色能源”,已成為許多國家開源節流、化害為利和保護環境的重要措施。其有兩層含義:一是利用現代科學和技術,開發乾淨無污染的綠色植物能源;二是化害為利與改善環境相結合,充分利用垃圾和污泥等作能源。

垃圾發電已在世界許多國家推廣,技術創新提高了其發電效率並解決了二次污染問題。城市下水道的污泥也被製成燃料,沼氣亦越來越受世界各國重視。隨著生物工程技術的發展,開始大批種植植物能源,而且產量很高。美國開發的作為發電燃料的芒屬能源植物能很快長到3米高,每公頃可收穫30多噸。

有眾多植物會分泌出類似石油的乳汁,有的果實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,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。還有一種能適應沙漠惡劣環境的名叫霍霍巴的灌木植物,它的果實中含有50%—60%的油性的乳汁,經過提煉可做潤滑油。一種“黃鼠草”每公頃可提煉100升石油。我國海南的油楠樹,砍掉枝幹後油即會源源而出,日產“原油”10—15公斤。

目前,世界上森林面積達3彳.42億公頃,地面上木質生物量達440.5億噸,是重要的薪柴和林產品的來源。將木質植物加工成液體燃料的技術正在悄然興起,這種技術在美英等國已達到實用階段。另外,人類正向海洋索取“綠色能源”,日本正在進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,試圖從粒藻中提鍊石油。

4.正在積極開展的核能套用新技術研究,是21世紀能源持續穩定供應的必要條件

在後續能源技術中,最具工業套用和規模發展潛力的是核能新技術。它們包括:先進核反應堆(包括先進壓水堆、先進沸水堆和高溫氣冷堆等)、快中子增殖堆、加速器驅動亞臨界系統、受控核聚變等。

先進堆是在現有核電堆基礎上研究開發出來的新一代反應堆,它具有效率高、安全性好、經濟實惠的特點,符合當代環保要求。特別是當後石油時代到來時,將具有上佳的經濟競爭性。

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、長期套用,接替性能良好。快中子增殖堆已接近工業推廣套用,法國已建成電功率120萬千瓦的大型快中子堆電站,並取得了工業運行經驗。隨著油價上漲,它將顯示出非凡的競爭力。

加速器驅動亞臨界系統是目前國際上熱門話題。從科學概念考慮,這種系統建築在加速器技術發展和核反應堆現成技術的基礎上,有一定的魅力,科學界正在大力推崇。

受控核聚變是人類夢寐以求的永續能源選擇,由於該技術難度大,技術已開發國家在過去的半個世紀裡,耗費了大量的資金和精力對其進行堅持不懈的研究。技術開發的接力棒經過艱辛的歷程已逐步向成功的終點接近,但其關鍵技術尚未走出實驗室的大門,真正要實現工業套用,還需全世界花費巨額資金,再經歷半個世紀才可能達到目的。

採取的重要措施

(圖)後續能源後續能源

1.風能應走國產化的推廣套用道路

風能是當今世界公認的可實現工業化推廣套用的替代能源。我國的風能資源比較豐富,特別適合於邊遠的海島等無電地區。只要走國產化道路,我國風能工業就會穩定持續地發展,在特殊地區發揮其特殊作用。

2.地熱能的開發應走因地制宜、供熱和發電協調發展的道路

我國中低溫地熱資源分布面廣、套用前景廣闊,應在供暖方面予以重點關注。高溫地熱田已顯示了良好的發展勢頭,應作為重點加以開發。

3.太陽能的開發利用中,應將熱能利用和發電作統籌安排

在陽光充足地區應開發先進的太陽能熱水器,使之在國民生活和生產中取得實效。太陽光伏電池的發展方面,應重點開發太陽能光電薄膜技術,並與建築一體化統籌考慮,以提高太陽能利用的實用性和經濟性。

太陽能光電的工業化套用有待於空間太陽能發電站的建立和實用。工業已開發國家已經將空間太陽能電站列入21世紀科技發展議程,估計到2020年以前,美、日等國可能發射空間太陽能電站衛星。隨著我國航天事業的發展,可以預期,到2050年可能實現空間太陽能發電。為了做好技術貯備,從21世紀初起,我國應著手跟蹤空間太陽能電站的研究。

4.加強核能新技術的開發研究

我國應從國情出發,把重點放在有現實意義的先進核反應堆的技術開發上,將其作為近期發展目標,因為在這方面有國外先進經驗可借鑑。快中子堆技術的開發套用,可作為21世紀中期發展目標。加速器驅動亞臨界系統可作為中遠期研究目標。受控核聚變研究方面,我國應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。

開發時序可考慮:2000—2020年重點開發先進核反應堆技術;2020—2030年重點開發快中子堆技術;2030—2040年重點開發加速器驅動亞1臨界系統;2040—2050年重點開發受控核聚變技術。按目前規劃,2005年全國核電裝機容量預計為870萬千瓦,2020年可達到4000萬千瓦;2020年以後不確定因素較多,如核燃料立足國內,則可發展快中子堆和熱中子堆核電站,核電裝機可達1.2—2.4億千瓦。

“可燃冰”有望成為後續能源

(圖)後續能源“可燃冰”

“可燃冰”可能成為人類新的後續能源來源,幫助人類擺脫日益臨近的能源危機。這是不久前在蘭州召開的一次能源地質國際研討會上,許多中、外科學家們的一致看法。

據中科院院士戴金星等人介紹,“可燃冰”是水與天然氣相互作用形成的晶體物質,學術上稱為"天然氣水合物"。據測定,一立方米固體“可燃冰”中可釋放出200立方米甲烷氣體。同時,“可燃冰”還具有使用方便、清潔衛生等許多優點。“可燃冰”主要存在於凍土層中和海底大陸坡中,在地球上儲量十分巨大。據估計,這種物質在地球上的儲量至少是煤和石油總儲量的兩倍以上。在中國青藏高原的凍土層中以及東海、南海、黃海的海底,都有可能存在巨大體積的“可燃冰”。

目前,世界上不少已開發國家都在加緊對“可燃冰”這種新能源形式進行開發研究,起步較早的美國俄羅斯已經開始進入初級工業開發階段,開發出可供人們使用的“可燃冰”。中國如今也已經在實驗室內人工合成了“可燃冰”,在資源勘探方面,也確定了“可燃冰”存在的東海、南海等幾個重要地域。

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