我國的能源現(xiàn)狀與戰(zhàn)略對策

Ⅰ引子

近年來能源及與之相關(guān)的環(huán)境成為全世界各國最為關(guān)注的熱點(diǎn)，各國都在從自己本國的國情出發(fā)來解決能源與環(huán)境問題。對我國來說，由于人均能源資源短缺（尤其是油、氣、水），環(huán)境容量（亦是資源）有限，西部生態(tài)脆弱，這個問題尤為嚴(yán)重，它將極大的制約我國的可持續(xù)發(fā)展以及為中華民族子孫萬代生生息息留有生存空間。近年來，我國GDP每年以10%的速度發(fā)展，能源消耗急驟增加，環(huán)境、生態(tài)日益惡化。這種對自然無序的、掠奪性索取的發(fā)展模式已難以為繼，實(shí)際上已造成當(dāng)前十分嚴(yán)重的、不可逆轉(zhuǎn)的后果，大自然的懲罰已經(jīng)不斷地凸現(xiàn)出來，并還要繼續(xù)加重。在這樣的嚴(yán)峻形勢下，每一個能源領(lǐng)域的工作者，尤其是身上負(fù)有責(zé)任的各級政府官員，都要充分想到身上的重?fù)?dān)。

Ⅱ幾個無法改變的現(xiàn)實(shí)

——煤現(xiàn)在是、將來（直到2050年或更晚）仍是我國能源的主力，雖然煤在總能源（energymix）中所占的比例會逐漸下降（從75%下降到60%），但總量仍會不斷增加。

——煤用于發(fā)電的比例會越來越大，從目前的50%增加到70%以上。

——煤的開采和直接燃燒已引起嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境污染問題，70~80%以上的SO2，NOx，汞，顆粒物，CO2等都是由于煤炭直接燃燒所引起的。

——由于我國石油短缺，車用液體燃料還是得從煤基替代燃料上找出路。我國2005年進(jìn)口原油及其成品油約1.3億噸，估計(jì)2010年將進(jìn)口石油2.5億噸，對外依存度將超過50%，這會引起一系列的能源安全問題。當(dāng)然，煤炭對我國來說也是稀缺產(chǎn)品，但相對其它能源資源仍可“忍受”，若每年將煤炭產(chǎn)量的八分之一用于車用液體燃料（或甲醇，或二甲醚，或煤制油）的生產(chǎn)，從總的能源供應(yīng)角度不會帶來很大的不平衡。

前一個時期在我國廣泛推廣的糧食乙醇，從長遠(yuǎn)來看很難作為一個有份額的替代，因?yàn)槲覈木唧w情況是：用世界上7%的可耕地來養(yǎng)活世界22%的人口，這是一個大前提。按現(xiàn)有的技術(shù)水平，3.5噸糧食做1噸乙醇，考慮到乙醇的熱值，則5噸糧食做1噸汽油當(dāng)量。此外還要消耗0.5~0.8噸的煤用于發(fā)酵和脫水。若有1000萬噸當(dāng)量汽油的替代，需用糧食5000萬噸，是我國糧食總產(chǎn)量的十分之一強(qiáng)，這是不可能的。當(dāng)然，可以考慮用木薯和甜高粱等其它作物來生產(chǎn)乙醇，或是用秸稈及其它纖維素來制造（目前技術(shù)還沒有商業(yè)化），但后者存在著大規(guī)模收集與運(yùn)輸問題。

——在煤的直接燃燒條件下很難解決溫室氣體的減排，因?yàn)閺碾姀S的大容積流量的煙氣中收集濃度在13~14%左右的CO2將耗費(fèi)很多附加的能量，使發(fā)電效率降低10個左右的百分點(diǎn)。目前我國溫室氣體排放已居世界第2位，近年來還在不斷的快速增長，如此下去在10年或略長一些的時間內(nèi)將超過美國，居世界第一。

——可再生能源（主要是風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能）在2020年以前很難在總能源平衡中占有一定分量的比例，這個情況和歐洲的其他國家在國情上有很大區(qū)別。一些歐洲國家，他們總能耗已經(jīng)不再增長（或增長很少），可再生能源的發(fā)展逐步替代目前在用的化石能源。而我國卻處于總能耗急劇增長之中，單是發(fā)電設(shè)備（其中主要是燃煤的發(fā)電），每年增長的裝機(jī)容量是60~80GW，超過三個長江三峽。在這個高速增長量中，可再生能源所能起的作用是很有限的，更不用說去替代原有的化石能源消耗。譬如說，按國家規(guī)劃，到2020年風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量將達(dá)30GW（是2005年的24倍），考慮到每單位裝機(jī)容量的滿負(fù)荷工作時間平均只有2500小時，則30GW的風(fēng)電相當(dāng)于火電12GW左右，也就是2020年我國發(fā)電總裝機(jī)容量950～1000GW的1.2％左右。

Ⅲ面臨的五個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)

1）總量需求的巨大壓力

從2000到2020年，國家規(guī)劃全國GDP增長四倍，而能源消耗增長一倍，這意味著能源彈性系數(shù)應(yīng)為0.5。但是最近三年，這個系數(shù)為1.3以上，也即能源需求將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)劃。從發(fā)展趨勢來看，我國工業(yè)已進(jìn)入重化階段，按世界各國發(fā)展的歷史規(guī)律來看，能耗迅速增長階段似不可逾越。問題是這么大的一次能源需求我們是否能夠供應(yīng)，其所引起的污染是否有足夠的環(huán)境容量？怎么解決？

2）液體燃料短缺

圖1我國石油的年產(chǎn)量和消費(fèi)量

從上圖看出，我國石油對進(jìn)口的依賴度將從40％增加為50％和60％，能源安全如何考慮？如何加速石油的替代？我國的汽車工業(yè)、石化工業(yè)如何用創(chuàng)新的發(fā)展模式來適應(yīng)這個形勢？在車用替代燃料方面我國應(yīng)以此為契機(jī)走出自主創(chuàng)新的道路。

3）環(huán)境污染嚴(yán)重

污染物質(zhì)主要是SO2、NOx、PM2.5-10、Hg和CO2，這些污染物的80%是由于化石能源的應(yīng)用，尤其是煤的直接燃燒所引起。目前我國有30~40%的地區(qū)（尤其是西南地區(qū)）出現(xiàn)酸雨現(xiàn)象，呼吸系統(tǒng)疾病不斷增加。需要認(rèn)真研究的是我國對這些污染物“可容忍”的環(huán)境容量究竟是多少？

4）溫室氣體排放

目前全球每年排放250多億噸CO2，空氣中的CO2濃度，從工業(yè)化150多年以來，已從280ppm增至380ppm，目前以3ppm/年的速度增長。溫室氣體對地球?qū)⑿纬傻臑?zāi)難性后果，在經(jīng)歷了長期的爭論后，全世界的學(xué)者已有共識。所以，全世界都在采取多種措施減排CO2，我國已于2002年成為“京都議定書”的第37個簽約國?？偟膩碚f，作為一個負(fù)責(zé)人的大國，我國在不遠(yuǎn)的將來必然要承擔(dān)一定量、甚至大幅度溫室氣體的減排任務(wù)。因而，從戰(zhàn)略高度、從現(xiàn)在開始就應(yīng)該認(rèn)真考慮我國CO2如何分階段減排的有關(guān)戰(zhàn)略技術(shù)和政策問題，否則的話，在今后幾十年我國將會為此付出更多的代價。

5）8億農(nóng)民及城鎮(zhèn)化所需能源的供應(yīng)

到目前為止，有相當(dāng)數(shù)量的農(nóng)民沒有得到良好的能源服務(wù)，他們?nèi)砸蕾嚠?dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)廢棄物（秸稈、柴草等）作為主要能源，有些地方甚至仍在砍伐森林和破壞生態(tài)。此外，我國城鎮(zhèn)化率以每年1%在增長，每年有將近一千萬人口進(jìn)入新的城鎮(zhèn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每個城鎮(zhèn)居民人均所消耗的能源是農(nóng)村人均的3.5倍。這部分份額巨大的能源應(yīng)來自何處？怎樣才能結(jié)合社會主義新農(nóng)村的建設(shè)提供給廣大農(nóng)村和新建中、小城鎮(zhèn)符合中國國情的現(xiàn)代化能源服務(wù)，以減少生態(tài)破壞，減少室內(nèi)污染，提高農(nóng)民生活質(zhì)量…。這是整體能源戰(zhàn)略的重要組成部分。

以上這五點(diǎn)是我國能源面臨的嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，能源戰(zhàn)略、能源科技、能源政策都應(yīng)以解決以上五點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。

 Ⅳ若干個重要的戰(zhàn)略對策

整個能源、環(huán)境問題是一個龐大的系統(tǒng)工程，牽涉到科學(xué)、技術(shù)、文化、歷史傳統(tǒng)、教育、外交、政治等方面，且這些方面是相互耦合、相互影響的。本文只是從技術(shù)層面提出若干個重要的戰(zhàn)略對策，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能說明問題的全部，甚至所提到的科學(xué)、技術(shù)也只能是一個局部而已。

1）節(jié)能為本

我國雖然人均資源短缺，供應(yīng)壓力較大，但另一方面單位GDP的能耗強(qiáng)度（EnergyIntensity）很大，大約是日本的5~6倍，其原因是多層次的：

? 工業(yè)結(jié)構(gòu)的原因。如高能耗、低附加值的產(chǎn)業(yè)；制造業(yè)缺乏自主創(chuàng)新，處于低端；第三產(chǎn)業(yè)不夠發(fā)達(dá)……

? 技術(shù)相對落后的原因。我國發(fā)電、水泥、煉鋼、電解鋁等的單位能耗都比先進(jìn)技術(shù)低20~30%。

? 政策方面的原因。節(jié)能往往是軟指標(biāo)，政策相互不配套，貫徹不力，統(tǒng)計(jì)混亂，一般號召多，落實(shí)少。用能企業(yè)、機(jī)關(guān)、個人沒有真正節(jié)能的驅(qū)動力和意識。

? 傳統(tǒng)習(xí)慣、文化、觀念、道德層面的原因。

從某種意義上講，人們沒有把節(jié)能作為自己的行為準(zhǔn)則，在消費(fèi)模式方面不加選擇地模仿西方，更有甚者以奢侈、豪華為榮。中央提倡的循環(huán)經(jīng)濟(jì)，十分節(jié)約型社會，多是在口號上跟得很快，表面文章多，政績工程多，扎扎實(shí)實(shí)的實(shí)效工作少。

從科學(xué)技術(shù)層次考慮，節(jié)能有非常大的覆蓋面，從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究，一直到節(jié)能產(chǎn)品的研發(fā)和商業(yè)化推廣，有大量的工作。例如，強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)，兩相、多相流動，可再生能源（太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地源冷熱能，以及由這些能源應(yīng)用組成的復(fù)合系統(tǒng)）的高效、合理利用，新型蓄能（熱、電）裝置，新型的熱力系統(tǒng)，復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的集成、優(yōu)化……

其實(shí)，節(jié)能本身就是一種能源，而且是最最“清潔”的能源，在這方面我國的潛力是極大的，這給廣大的科技工作者、政策制定者提供了十分廣闊的發(fā)揮聰明才智的天地。

2）煤的現(xiàn)代化利用

如前述，我國的一次能源在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)主要是煤，而煤的直接燃燒引起嚴(yán)重的環(huán)境問題，因而，煤的現(xiàn)代化利用——以煤的氣化為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是對應(yīng)我國能源問題嚴(yán)重挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略方向。煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的框圖如下：

圖2以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)概念圖

煤經(jīng)氣化后成為合成氣（CO+H2），凈化以后可用于生產(chǎn)化工原料、液體燃料（合成油、甲醇、二甲醚）和電力。這些生產(chǎn)過程的能量流、物質(zhì)流、火用流（exergy）按最優(yōu)原則耦合在一起，比分別生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品在基本投資、單位產(chǎn)品成本，污染的排放（硫、汞、顆粒物）、環(huán)境等方面都有顯著的效益。這種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在化工產(chǎn)品、液體燃料和電力之間可以按市場需求或是發(fā)電的“峰-谷”差適當(dāng)調(diào)節(jié)，有很好的靈活性。

多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)所生產(chǎn)的液體燃料，尤其是甲醇和二甲醚是絕好的煤基車用替代燃料，可以有份額的緩解我國石油的短缺。同時，甲醇還可以用來生產(chǎn)烯烴和丙烯，用煤化工去“替代”一部分傳統(tǒng)的石油化工，以減少石油消耗。二甲醚是一種物理性質(zhì)與液化石油氣（LPG）相近的化工產(chǎn)品，除了替代柴油外，是一種絕好的民用燃料，可以給城市和一些缺乏能源的地區(qū)提供清潔能源服務(wù)。

在整個工藝過程中可以捕捉（Capture）高濃度、高壓的CO2，為溫室氣體減排創(chuàng)造條件，所耗費(fèi)的能量與成本比常規(guī)電站煙氣中捕捉CO2低得多。

隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，例如大容量高溫固體氧化物燃料電池（SOFC）的商業(yè)化，這類多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)把SOFC耦合進(jìn)來，還有很大提高效率的潛力，使發(fā)電效率提高到60~65%，這將是發(fā)電的一個新的里程碑。

這種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)組成部件的絕大部分技術(shù)是成熟的，如大型煤的氣化裝置（2000~5000噸/天）、各種化學(xué)反應(yīng)器和相應(yīng)的催化劑、燃用合成氣的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)等。只要我國各部門（煤炭、化工、電力）打破行業(yè)界線，通力合作，加上國際合作，在3~5年內(nèi)就有可能建立大型的示范多聯(lián)產(chǎn)裝置，并在2020年前后有相當(dāng)數(shù)量的推廣。

這類多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)有很大的進(jìn)一步提高能源利用效率、減少環(huán)境污染的潛力。要研究的關(guān)鍵技術(shù)如：①溫室氣體的捕捉和埋存（CarbonCaptureandSequestration，簡稱CCS）；②多種不同配置的系統(tǒng)的集成、優(yōu)化；③系統(tǒng)的變工況運(yùn)行，系統(tǒng)的動態(tài)特性；④系統(tǒng)的最優(yōu)控制策略，系統(tǒng)的安全運(yùn)行及故障診斷；⑤用膜技術(shù)來代替目前的空分（ASU）；⑥收率更高的一次通過的漿態(tài)床技術(shù)；⑦用膜技術(shù)來低耗能地分離CO2和H2；⑧用更高初溫、燃用合成氣或是富氫氣體、甚至純氫的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)；⑨把SOFC耦合到整個系統(tǒng)中來……

這些都是需要我們下大功夫研究的問題，花費(fèi)整個一代人的精力也不為過。

3）煤基醇醚燃料的應(yīng)用和車用動力

如上述，液體車用燃料的短缺將是我國現(xiàn)代化發(fā)展的瓶頸，尤其是我國汽車工業(yè)和汽車保有量近年來迅速的增長。2005年我國生產(chǎn)汽車570萬輛，僅次于美國和日本，居世界第三。2005年比2004年汽車保有量增加20%。近年來車用燃料消費(fèi)量增長很快，平均約為12%，2005年全國汽油消耗是4770萬噸，柴油消耗是8513萬噸。在我國石油儲量、產(chǎn)量不多和車用液體燃料必須安全供應(yīng)的形勢下，煤基醇醚燃料的替代成為我國必然的戰(zhàn)略方向。

用于替代汽油的甲醇有很高的辛烷值，在汽油機(jī)車應(yīng)用可以提高壓縮比（從9到12，甚至14），從而提高發(fā)動機(jī)的熱效率。按熱值，汽油和甲醇是2：1，但由于效率提高，甲醇替代汽油可以做到1.6：1。當(dāng)然，燃用甲醇也有一系列問題，如金屬腐蝕，橡皮元件溶脹，冷起動困難，非常規(guī)排放物（甲醛等）等，但是經(jīng)過多年努力，這些問題都可得到適當(dāng)?shù)慕鉀Q。甲醇低比例摻燒（10%）對原發(fā)動機(jī)只需作小量的改動，而高比例（85%）或是純甲醇，則需重新設(shè)計(jì)發(fā)動機(jī)，對此，國內(nèi)有關(guān)研究單位已設(shè)計(jì)并成功試運(yùn)行純甲醇汽車。當(dāng)然，在這方面還需進(jìn)行大量的科研和開發(fā)工作，在使用中積累經(jīng)驗(yàn)，不斷改進(jìn)。

用于替代柴油的二甲醚（DME）有很高的十六烷值，燃燒完全，排放滿足歐Ⅲ，經(jīng)優(yōu)化它可滿足歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。NOx排放比常規(guī)柴油機(jī)可降低50％以上，運(yùn)行噪聲低，無黑煙排放。但二甲醚在常溫是氣態(tài)，所以車的燃油系統(tǒng)必需加壓，此外，二甲醚粘度只有柴油的三十分之一，且楊氏模量小，燃油噴射系統(tǒng)的零件的磨損以及噴射時間的嚴(yán)格控制都有新的問題需要解決。

總的來說，一種新的燃料在汽車中應(yīng)用不會一帆風(fēng)順，肯定會伴隨這樣或那樣的問題，但是，正因?yàn)槿绱耍枰覀兛萍脊ぷ髡呒颖杜?，從理?實(shí)踐-再理論-再實(shí)踐中走出我們具有中國特色的道路來。醇醚燃料的應(yīng)用也是我國自主創(chuàng)新、形成自己有特色的汽車工業(yè)的一個契機(jī)，因?yàn)樵谶@方面國外由于其國情方面的原因，應(yīng)用得不多，或是剛起步不久（如瑞典Volvo，日本三菱），這樣，如果我們從國情出發(fā)，加強(qiáng)研究和實(shí)踐，就可以有跨越式的前進(jìn)，走出自己的道路來。

非糧食乙醇肯定也是一個可行的方向，關(guān)鍵是這種能源作物不能與糧食和其它人民生計(jì)農(nóng)作物爭地、爭水，且單位面積有高產(chǎn)出率。生物柴油從技術(shù)來看基本上是成熟的，關(guān)鍵在于含油植物的資源。各種能源作物如何大規(guī)模種植，通過基因調(diào)控和分子生物學(xué)，培植耐旱、耐堿、高產(chǎn)的品種，這將是農(nóng)業(yè)能源專家們的重大課題。

說到車用燃料替代，就要提到燃料電池汽車，以及前幾年由美國帶頭炒得很熱的“氫能經(jīng)濟(jì)”。氫氣只不過是一種象電一樣的載能體，是要用其它一次能源轉(zhuǎn)換得到的。一種十分迷惑人的說法是氫能可以從“水到水（fromwatertowater）”，用電解水制氫，通過燃料電池發(fā)電，又變成水。其實(shí)電解水要耗費(fèi)大量的電，1公斤氫要耗9公斤高純度水，45~50度電，而電本身又絕大部分來自化石能源。關(guān)于燃料電池汽車，目前有很多關(guān)鍵技術(shù)有待突破，如氫的制備、壓縮、儲運(yùn)、車載、加氫的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、要用價格昂貴的鉑作催化劑……，對燃料電池汽車，積極開展基礎(chǔ)性研究是必需的，但離真正商業(yè)化還有很長的路，少說也得15~20年。從現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢來說，各種混合動力方興未艾，有強(qiáng)大的生命力，尤其是最近發(fā)展起來的“插電（plug-in）”汽車，在50~60公里范圍內(nèi)可以通過蓄電池來驅(qū)動，而蓄電池可以十分方便的用市電充電。一般的在城市內(nèi)上、下班或辦事，行駛距離不大，就可以不用液體燃料，只是在一天之內(nèi)要長距離行駛時，才會起動發(fā)動機(jī)，從而使車用燃料耗量大大減少。所以，應(yīng)該從多種混合模式，從汽車給用戶提供服務(wù)的方式，從充分發(fā)揮電作為載能體的角度來進(jìn)行研究。近來純電動車（鋰離子電池）一次充電可行駛300公里，城市公共交通用超級電容、鋅-空氣電池都有示范，以電為載能體的交通工具正在迅速發(fā)展。若在蓄電池方向有突破的話，將來在汽車動力上是否還有燃料電池的“位置”是一個大問號。把氫能燃料電池看作是汽車動力的“最高目標(biāo)”是不妥的。多種技術(shù)的多元發(fā)展將會提出新的問題，有新的結(jié)論。可以設(shè)想一下，如果研制出200或以上瓦•時/公斤的高能蓄裝置，且充電方便，對汽車動力和其它可再生能源的應(yīng)用將會產(chǎn)生革命性的影響。百年技術(shù)發(fā)展的歷程證明，電是最最好的載能體，多種化石能源、可再生能源，核能都可以轉(zhuǎn)化為電，而且對電能已經(jīng)建立了基本覆蓋全球、也覆蓋我國國土的網(wǎng)絡(luò)，再去建立氫的網(wǎng)絡(luò)是絕對不可能，也沒有必要的。

4）加速發(fā)展核能

核能在運(yùn)行過程中基本沒有排放（核廢料除外），能提供清潔的電能。人們對核電主要的顧慮有兩點(diǎn)：一是單位裝機(jī)容量基本投資較大，是常規(guī)火電的1.5~2.0倍；二是運(yùn)行安全性，包括最終核廢料的處理。其實(shí)，由于環(huán)保要求越來越高，常規(guī)火電站要加FGD、SCR、脫汞、脫微顆粒、最后脫CO2等裝置，它們的造價一定會不斷攀升，對核電站的價格上差別會逐漸消失。再考慮到核電站每年運(yùn)行時間長，設(shè)備壽命也大于常規(guī)火電站，因此，從總體上來看，基本投資應(yīng)不是一個問題。隨著技術(shù)發(fā)展，反應(yīng)堆技術(shù)、自動控制技術(shù)，故障診斷和預(yù)報技術(shù)日臻完善，核電站應(yīng)是十分安全的。我國應(yīng)該加速發(fā)展自主設(shè)計(jì)、建造的百萬千瓦級的先進(jìn)壓水堆核電站，使之形成統(tǒng)一類型和規(guī)模化，不要使堆型“五花八門”和“八國聯(lián)軍”，這對我國核電產(chǎn)業(yè)是不利的。此外，要加速發(fā)展快中子堆和快中子燃燒器，主要用于處理壓水堆的乏燃料，使其增值，以形成合理的核燃料循環(huán)，大大緩解我國核燃料不足的困難。

5）因地制宜，因應(yīng)用制宜，充分利用可再生能源

近年來由于化石能源（煤、石油、天然氣）的價格不斷攀升，其資源逐步枯竭的“前景”也略顯端倪，由化石能源使用的環(huán)境污染、生態(tài)退化、全球變暖亦日益嚴(yán)重，因而人們都把眼光投向可再生能源?？稍偕茉吹母咎攸c(diǎn)是能量密度低、隨機(jī)性大、不可控因素多，和一個國家、一個地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、資源分布、人口分布、人均占有量、用能形式、技術(shù)水平、社會發(fā)展階段等有十分緊密的聯(lián)系，適用的技術(shù)和所起的作用必然是各不相同。所以，可再生能源的應(yīng)用一定要從國情，從各地區(qū)的具體情況出發(fā)，千萬不能套用國外的模式。對我國來說，雖然都在談?wù)摽稍偕茉吹闹攸c(diǎn)發(fā)展，但從各種能源（煤、水、油、氣、核）的配合，可再生能源應(yīng)該有的地位并不清楚，沒有一個和其它能源取長補(bǔ)短、相互配合、發(fā)揮各自優(yōu)勢的戰(zhàn)略布局，而是各提指標(biāo)，“各打各的仗”，“各吹各的號”。一個國家的能源系統(tǒng)是一個整體，是一個各種不同能源的轉(zhuǎn)換，各種不同能源的輸送，以各種不同形式（交流電、直流電、高溫?zé)帷⒌蜏責(zé)?、機(jī)械能等）服務(wù)于不同的終端用戶的龐大復(fù)雜系統(tǒng)。若把可再生能源當(dāng)作一種有份額的一次能源“插入”到整個能源系統(tǒng)中，必須對整個能源系統(tǒng)作相應(yīng)的調(diào)整，使之各得其所，發(fā)揮各自的長處。這是需要我們深入研究的。不然的話，費(fèi)了很大人力、物力、財力去發(fā)展可再生能源，表面上看起來轟轟烈烈，但從國家能源系統(tǒng)的整體來看，卻收益不大。所以說，因地制宜，因不同的需求制宜是一個原則，或者說，從國家高度一定要把“合適的能源放在合適的地方”。

可再生能源種類繁多，從其所能提供的能量，在總的能源平衡可以起相當(dāng)份額作用的角度看，一般是指風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能。

A. 風(fēng)能

我國風(fēng)能資源是相對比較豐富的，按照目前流行的說法是陸上2.54億千瓦（按10米高度），近海7.5億千瓦。這些數(shù)據(jù)只是一個大概，很不準(zhǔn)確，對現(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電來說，更重要的是50米，甚至100米高度的風(fēng)力資源。目前，國家正在著手詳細(xì)的風(fēng)力資源調(diào)查，這是我國風(fēng)電發(fā)展的基礎(chǔ)，但工作量較大。

到2005年，我國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量是126萬kW，所產(chǎn)生的總電量約是當(dāng)前發(fā)電總量的千分之一左右。目前運(yùn)作的機(jī)組約75%是引進(jìn)的國外機(jī)組，25%是國產(chǎn)的。自主產(chǎn)權(quán)的機(jī)組有600kW，750kW，1.2MW和1.5MW，后兩種還有一個成熟期。目前，我國風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵不是急急忙忙利用國外技術(shù)和設(shè)備建設(shè)很多風(fēng)場，因?yàn)槲覈静蝗边@些“微不足道”的電量，而是要利用大家關(guān)注可再生能源的時機(jī)，集中有關(guān)力量，研制出具有自己自主知識產(chǎn)權(quán)的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（1.5-3.0MW）。在風(fēng)機(jī)整體優(yōu)化、氣動設(shè)計(jì)、強(qiáng)度疲勞、振動、長期可靠運(yùn)行、控制、材料制造等方面掌握關(guān)鍵技術(shù)，在3~5年后給市場提供和國外機(jī)組相當(dāng)水平的大型風(fēng)電機(jī)組。不然的話，大家一哄而上，幾十個、甚至上百個企業(yè)都在做風(fēng)電的整機(jī)，運(yùn)作的模式都是找一個外國的合伙人，形成八國聯(lián)軍，把我們自己已經(jīng)多年積累、形成一定規(guī)模的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)“邊緣化”了。也就是說，近幾年風(fēng)電發(fā)展要投入的資金，應(yīng)主要用于支持培植我國自己風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的研制和生產(chǎn)能力，而不是拿到一定量的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量，寧愿容量少一些、增長慢一些，而給我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)這個“弱小母雞”多一些食吃，以便將來滿足大規(guī)模風(fēng)電發(fā)展的需要。

中國的風(fēng)電發(fā)展還有另一個重要制約因素。新疆、內(nèi)蒙地區(qū)風(fēng)力資源十分豐富，但這些地方經(jīng)濟(jì)相對不發(fā)達(dá)，用電負(fù)荷不緊張，其它化石能源價格低，供應(yīng)充足，地區(qū)電網(wǎng)規(guī)模小，電價比較低。因而，這些地區(qū)的電網(wǎng)沒有發(fā)展風(fēng)電的驅(qū)動力，風(fēng)電多了不僅對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，且由于當(dāng)?shù)仉妰r低，電網(wǎng)對每度風(fēng)電要補(bǔ)貼更多，會降低地區(qū)電網(wǎng)的效益。在這樣情況下，中國風(fēng)電應(yīng)如何發(fā)展？中國的電力負(fù)荷中心在東部沿海，是否應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展東部沿海和近海的風(fēng)電？此外，是否把大型風(fēng)力發(fā)電裝置并網(wǎng)是唯一的出路？中國有大量的耗能工業(yè)，如氯堿（每噸耗電3000kWh）、電解鋁（每噸耗電15000～18000kWh），這些工業(yè)都由電網(wǎng)供電，且要從高壓交流通過降壓、整流轉(zhuǎn)換成低壓、大電流的直流電。是否可以設(shè)想由風(fēng)電“直供”這些耗能企業(yè)，而不通過并網(wǎng)？這樣就可以免除并網(wǎng)所帶來的消極后果和風(fēng)電上網(wǎng)所需的復(fù)雜設(shè)備。例如，可以免除齒輪箱，不需要轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和昂貴的發(fā)電機(jī)控制，使風(fēng)電設(shè)備造價大幅度降低。風(fēng)電發(fā)出的低頻、頻率變化不定的交流電經(jīng)整流后直接供給用戶。這種非并網(wǎng)風(fēng)電和目前世界上正在迅速發(fā)展的分布式熱、電、冷聯(lián)供在思路上有相通之處，即能源的利用和轉(zhuǎn)換盡量貼近用戶的需求（從地域、從用能形式）。這是一個十分值得探討的問題，總之要結(jié)合我們具體情況，走出我國自己風(fēng)電發(fā)展的路子。

B.太陽能利用

太陽能光伏（PV）利用肯定是一個有十分廣闊前景的方向。可惜的是近年來PV的研究雖然取得了很大成績，但相對常規(guī)發(fā)電，單位容量價格仍高幾十倍，要真正變成有份額的發(fā)電還有很長的道路要走。我國在PV材料和工藝方面和國外先進(jìn)技術(shù)相比還有不小的差距，在這方面開展深入的材料制備，先進(jìn)工藝和提高轉(zhuǎn)化效率方面的基礎(chǔ)和基礎(chǔ)性研究是十分必要的，國家也應(yīng)加大投入力度。

太陽能熱發(fā)電雖已有各種互有優(yōu)劣的方案，如槽式、碟式、塔式等，國際也已有小規(guī)模示范，有必要開展這方面的基礎(chǔ)性研究、關(guān)鍵元件和技術(shù)研究，同時也可以進(jìn)行小規(guī)模的示范項(xiàng)目。不過，從本質(zhì)上說，把能量密度十分低的太陽光能用聚焦的方法把溫度提高到遵循卡諾循環(huán)原理的熱力機(jī)械所需的水平，是否是一個主流方向？從和自然和諧、順從自然的角度，應(yīng)該是分散能源分散用，分散能源直接提供給合適的分散用戶和其所需的用能方式。我國是否要發(fā)展大規(guī)模的太陽能的熱發(fā)電值得深入探討，不能因?yàn)閲庥惺痉段覀兙鸵欢ㄒ?ldquo;跟上”。

太陽能熱利用太陽能熱利用是一種最現(xiàn)實(shí)、最有前途、最能夠有份額的替代化石能消耗的太陽能利用方式。我國在真空集熱管的高吸收率涂層和工藝處于世界領(lǐng)先，在應(yīng)用方面也居世界首位，已有6000萬m2的太陽能集熱管在全國和世界各地應(yīng)用。目前的應(yīng)用主要是用于生活熱水供應(yīng)，其實(shí)在建筑節(jié)能方面有很大的、更為廣闊的應(yīng)用前景。目前，尤其是我國房屋總建筑面積迅速增長，用于空調(diào)、采暖的能耗必隨之增加，建筑用能已達(dá)總能耗的30%。因而，更應(yīng)利用太陽能集熱管，研究中溫和高溫集熱管，和地源熱泵相結(jié)合，組成新的采暖，空調(diào)系統(tǒng)，大大降低建筑中的化石能源（包括電能）的消耗。從建筑耗能的本質(zhì)來說，大量能源消耗是用在將室內(nèi)溫度相對環(huán)境溫度下降7~8℃（夏天）和提高18～20℃（冬天），而所用能源卻要通過多重轉(zhuǎn)換（化石燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成1500℃的熱能，通過傳熱、傳質(zhì)和各種熱力機(jī)械轉(zhuǎn)換成電能或高溫?zé)崮埽┖拖喈?dāng)距離的輸運(yùn)才能解決上、下只有十余度的溫差。怎樣使本質(zhì)上分布式的建筑用能和大自然中分布式的太陽熱能更緊密結(jié)合起來，是一個意義十分重大、和建筑理念、政策調(diào)控相結(jié)合的長期大課題。

C．生物質(zhì)能

關(guān)于糧食和非糧食作物轉(zhuǎn)換成車用燃料的問題前面已有分析。我國可利用的農(nóng)作物秸桿大約相當(dāng)于3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可利用的森林廢棄物大約也是相當(dāng)于3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。因此總量相當(dāng)有限、人均更少。這和美國（大農(nóng)場）、巴西（大量、高產(chǎn)甘蔗）和一些北歐國家（如瑞典，人口800萬，面積40萬平方公里，森林覆蓋率80％）有本質(zhì)的差別。我國人均耕地少（一畝多一些），從而人均生物質(zhì)保有量也很少，且高度分散。所以，絕不能照搬國外的做法，而是必須從國情出發(fā)，因地制宜。

生物質(zhì)是高度分散的資源，順其自然，應(yīng)該是分布式利用，應(yīng)發(fā)展各種生物質(zhì)就地加工、就地使用的新工藝、新方法。要總結(jié)多年來小規(guī)模氣化、做液體燃料難以為繼的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。目前比較好的方法之一就是用新的力學(xué)原理（擠、切、捻），把秸桿和其它各種纖維質(zhì)、木質(zhì)素做成顆粒，不需要加熱和粘接劑，制造顆粒的能耗盡量小。這種顆粒燃盡率高，使用方便，污染小，是建設(shè)社會主義新農(nóng)村解決能源問題的有效途徑。這樣，可以把農(nóng)村居民相當(dāng)普遍使用的炊事、采暖用煤替換出來，用于高效低污染的大電廠。此外，我國還有大量低效率（65％左右）和高污染的小型工業(yè)鍋爐，這些鍋爐每年用煤量為2～3億噸，生物質(zhì)顆粒亦可以把它們的用煤部分替換出來，大大提高利用效率和減少污染。目前國家發(fā)改委的優(yōu)惠政策導(dǎo)向和利用生物質(zhì)的規(guī)劃都是以全生物質(zhì)發(fā)電為主，很多地方和電網(wǎng)公司也熱衷于建設(shè)25MW級容量以下的生物質(zhì)發(fā)電廠，這個方向是很值得質(zhì)疑的。這類電站單位容量投資大（常規(guī)電站一倍以上），熱效率偏低（30％左右），收集困難，消耗大量的其它能源（如柴油）來運(yùn)輸?shù)兔芏鹊慕諚U，而產(chǎn)生的電量有限，從全生命周期來說是很不劃算的。以此導(dǎo)向，就會出現(xiàn)一種“怪”現(xiàn)象，集中開采、高能量密度的煤分散到廣大農(nóng)村和小型鍋爐被低效、高污染的應(yīng)用，而高度分散的生物質(zhì)卻要組織龐大的物流系統(tǒng)，把它集中起來作效率偏低的小規(guī)模的發(fā)電。我國正在迅速發(fā)電超臨界、高超臨界100萬kW級煤電機(jī)組，用電的任務(wù)完全可以由這些現(xiàn)代化的大電廠來承擔(dān)。用收集困難、單位體積能量密度小的生物質(zhì)來發(fā)電，是逆自然而動的、不合理的安排和人力、物力、資源的浪費(fèi)。

Ⅴ結(jié)論

中國按以往的過量消耗資源、能源和污染環(huán)境的發(fā)展模式已難以為繼，必需果斷地、迅速地走向十分節(jié)約、十分勤儉、盡可能與大自然和諧相處的發(fā)展模式。否則大自然的懲罰會越來越凸現(xiàn)，中國人民將付出越來越沉重的代價。

我國在能源方面的科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的主流應(yīng)是有份額地、起顯著作用的緩解我國面臨的五大嚴(yán)重挑戰(zhàn)。當(dāng)然一些基礎(chǔ)性和前瞻性的課題也應(yīng)作適當(dāng)?shù)陌才?，但要輕重有分，前后有序。此外，一定要從中國的國情出發(fā)，認(rèn)真作科學(xué)分析，千萬不要受國內(nèi)、外炒作的影響。

21世紀(jì)能源發(fā)展的一個重要趨勢是多類能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的集成，物理能、化學(xué)能以及物理、化學(xué)的優(yōu)化梯級利用。由于一些單項(xiàng)技術(shù)的水平已經(jīng)接近于“極限”，譬如說大流量、高性能軸流壓氣機(jī)的效率已達(dá)92％，先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獬鯗匾堰_(dá)1400～1500℃，熱效率再要提高1～2個百分點(diǎn)雖還有可能，但已是十分艱難了。但化工、石化、發(fā)電、鋼鐵集成一體化，卻可以帶來能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)（3E）的最大效益，文中提到的以煤氣化為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)就是一個突出的例子，用這個思路還可以發(fā)展出各種不同的新的系統(tǒng)。近年來出現(xiàn)的COREX煉鐵系統(tǒng)也是一個把鋼鐵工業(yè)與能源、化工工業(yè)結(jié)合在一起的先進(jìn)系統(tǒng)。因而，我國的工業(yè)部門一定要站在整體3E最大效益的高度，打破原來的行業(yè)界線，整體集成。

對可再生能源一定要結(jié)合我國具體情況，探索這些能源在我國整體能源系統(tǒng)中的最佳“位置”，發(fā)揮它們的長處，使它們各得其所。我們需要重點(diǎn)研究的不是這些可再生能源能做什么，而是它們在我們能源系統(tǒng)中應(yīng)該做什么，這是兩回事。

再生能源利用、車用液體燃料用電動替代以及將來的發(fā)電的峰－谷調(diào)節(jié)，電能的大、中、小容量的存儲是關(guān)鍵的關(guān)鍵，應(yīng)該集中力量在基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、示范、商業(yè)化多個方面全面推進(jìn)。

倪維斗院士人生格言:

人生并不是一帆風(fēng)順。也許，當(dāng)你張開人生風(fēng)帆的時候，劈頭而來的是無情的風(fēng)雨,砸碎了你的帆船；當(dāng)你正待摘取勝利桂冠的時候，腳下的梯階坍塌，把你摔得頭破血流。成功似乎都是近在咫尺,而對你總是遠(yuǎn)在天涯。

人生未必盡如你意,并非所有的愿望都能夠成為現(xiàn)實(shí)。也并非所有的道路都不能修改和放棄。"條條大路通羅馬",成功的道路萬萬條，這條不通再換一條,艱辛的實(shí)踐終有回報。相信你最終能找到你自己的那一條。

作者：兩院院士、清華大學(xué)教授、博導(dǎo)倪維斗