一、引子
近年來(lái)能源及與之相關(guān)的環(huán)境成為全世界各國(guó)最為關(guān)注的熱點(diǎn)，各國(guó)都在從自己本國(guó)的國(guó)情出發(fā)來(lái)解決能源與環(huán)境問(wèn)題。對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，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(gè)問(wèn)題尤為嚴(yán)重，它將極大的制約我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展以及為中華民族子孫萬(wàn)代生生息息留有生存空間。近年來(lái)，我國(guó)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(duì)自然無(wú)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(lái)，并還要繼續(xù)加重。在這樣的嚴(yán)峻形勢(shì)下，每一個(gè)能源領(lǐng)域的工作者，尤其是身上負(fù)有責(zé)任的各級(jí)政府官員，都要充分想到身上的重?fù)?dān)。
二、幾個(gè)無(wú)法改變的現(xiàn)實(shí)
―――煤現(xiàn)在是、將來(lái)（直到2050年或更晚）仍是我國(guó)能源的主力，雖然煤在總能源（energymix）中所占的比例會(huì)逐漸下降（從75%%下降到60%%），但總量仍會(huì)不斷增加。
―――煤用于發(fā)電的比例會(huì)越來(lái)越大，從目前的50%%增加到70%%以上。
―――煤的開(kāi)采和直接燃燒已引起嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境污染問(wèn)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(guó)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(guó)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(duì)外依存度將超過(guò)50%%，這會(huì)引起一系列的能源安全問(wèn)題。當(dāng)然，煤炭對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)也是稀缺產(chǎn)品，但相對(duì)其他能源資源仍可“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(huì)帶來(lái)很大的不平衡。
前一個(gè)時(shí)期在我國(guó)廣泛推廣的糧食乙醇，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看很難作為一個(gè)有份額的替代，因?yàn)槲覈?guó)的具體情況是：用世界上7%%的可耕地來(lái)養(yǎng)活世界22%%的人口，這是一個(gè)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(wàn)噸當(dāng)量汽油的替代，需用糧食5000萬(wàn)噸，是我國(guó)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他作物來(lái)生產(chǎn)乙醇，或是用秸稈及其他纖維素來(lái)制造（目前技術(shù)還沒(méi)有商業(yè)化），但后者存在著大規(guī)模收集與運(yùn)輸問(wèn)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(gè)左右的百分點(diǎn)。目前我國(guó)溫室氣體排放已居世界第2位，近年來(lái)還在不斷的快速增長(zhǎng)，如此下去在10年或略長(zhǎng)一些的時(shí)間內(nèi)將超過(guò)美國(guó)，居世界第一。
―――可再生能源（主要是風(fēng)能、太陽(yáng)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(gè)情況和歐洲的其他國(guó)家在國(guó)情上有很大區(qū)別。一些歐洲國(guó)家，他們總能耗已經(jīng)不再增長(zhǎng)（或增長(zhǎng)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(guó)卻處于總能耗急劇增長(zhǎng)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(zhǎng)的裝機(jī)容量是60―80GW，超過(guò)三個(gè)長(zhǎng)江三峽。在這個(gè)高速增長(zhǎng)量中，可再生能源所能起的作用是很有限的，更不用說(shuō)去替代原有的化石能源消耗。譬如說(shuō)，按國(guó)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(shí)間平均只有2500小時(shí)，則30GW的風(fēng)電相當(dāng)于火電12GW左右，也就是2020年我國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量950―1000GW的1.2％左右。
三、面臨的五個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)
1.總量需求的巨大壓力
從2000到2020年，國(guó)家規(guī)劃全國(guó)GDP增長(zhǎng)四倍，而能源消耗增長(zhǎng)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(gè)系數(shù)為1.3以上，即能源需求將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)劃。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，我國(guó)工業(yè)已進(jìn)入重化階段，按世界各國(guó)發(fā)展的歷史規(guī)律來(lái)看，能耗迅速增長(zhǎng)階段似不可逾越。問(wèn)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
從上圖看出，我國(guó)石油對(duì)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(guó)的汽車工業(yè)、石化工業(yè)如何用創(chuàng)新的發(fā)展模式來(lái)適應(yīng)這個(gè)形勢(shì)？在車用替代燃料方面我國(guó)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(guó)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(guó)對(duì)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(lái)，已從280ppm增至380ppm，目前以3ppm/年的速度增長(zhǎng)。溫室氣體對(duì)地球?qū)⑿纬傻臑?zāi)難性后果，在經(jīng)歷了長(zhǎng)期的爭(zhēng)論后，全世界的學(xué)者已有共識(shí)。所以，全世界都在采取多種措施減排CO2，我國(guó)已于2002年成為“京都議定書(shū)”的第37個(gè)簽約國(guó)�？偟膩�(lái)說(shuō)，作為一個(gè)負(fù)責(zé)任的大國(guó)，我國(guó)在不遠(yuǎn)的將來(lái)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(kāi)始就應(yīng)該認(rèn)真考慮我國(guó)CO2如何分階段減排的有關(guān)戰(zhàn)略技術(shù)和政策問(wèn)題，否則的話，在今后幾十年我國(guó)將會(huì)為此付出更多的代價(jià)。
5.八億農(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(méi)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(guó)城鎮(zhèn)化率以每年1%%在增長(zhǎng)，每年有將近一千萬(wàn)人口進(jìn)入新的城鎮(zhèn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每個(gè)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(lái)自何處？怎樣才能結(jié)合社會(huì)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(guó)國(guó)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(guó)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)。
四、若干個(gè)重要的戰(zhàn)略對(duì)策
整個(gè)能源、環(huán)境問(wèn)題是一個(gè)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(gè)重要的戰(zhàn)略對(duì)策，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能說(shuō)明問(wèn)題的全部，甚至所提到的科學(xué)、技術(shù)也只能是一個(gè)局部而已。
1.節(jié)能為本
我國(guó)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(duì)落后的原因。我國(guó)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(hào)召多，落實(shí)少。用能企業(yè)、機(jī)關(guān)、個(gè)人沒(méi)有真正節(jié)能的驅(qū)動(dòng)力和意識(shí)。
●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(méi)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)，資源節(jié)約型社會(huì)，多是在口號(hào)上跟得很快，表面文章多，政績(jī)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(dòng)，可再生能源（太陽(yáng)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(guó)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(guó)的一次能源在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)主要是煤，而煤的直接燃燒引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)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(duì)應(yīng)我國(guó)能源問(wèn)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：
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(guò)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(chǎng)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(guó)石油的短缺。同時(shí)，甲醇還可以用來(lái)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(gè)工藝過(guò)程中可以捕捉（Capture）高濃度、高壓的CO
3.煤基醇醚燃料的應(yīng)用和車用動(dòng)力
如上述，液體車用燃料的短缺將是我國(guó)現(xiàn)代化發(fā)展的瓶頸，尤其是我國(guó)汽車工業(yè)和汽車保有量近年來(lái)迅速的增長(zhǎng)。2005年我國(guó)生產(chǎn)汽車570萬(wàn)輛，僅次于美國(guó)和日本，居世界第三。2005年比2004年汽車保有量增加20%%。近年來(lái)車用燃料消費(fèi)量增長(zhǎng)很快，平均約為12%%，2005年全國(guó)汽油消耗是4770萬(wàn)噸，柴油消耗是8513萬(wàn)噸。在我國(guó)石油儲(chǔ)量、產(chǎn)量不多和車用液體燃料必須安全供應(yīng)的形勢(shì)下，煤基醇醚燃料的替代成為我國(guó)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(dòng)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(wèn)題，如金屬腐蝕，橡皮元件溶脹，冷啟動(dòng)困難，非常規(guī)排放物（甲醛等）等，但是經(jīng)過(guò)多年努力，這些問(wèn)題都可得到適當(dāng)?shù)慕鉀Q。甲醇低比例摻燒（10%%）對(duì)原發(fā)動(dòng)機(jī)只需作小量的改動(dòng)，而高比例（85%%）或是純甲醇，則需重新設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)此，國(guó)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(kāi)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(wú)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，二甲醚黏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(shí)間的嚴(yán)格控制都有新的問(wèn)題需要解決。
總的來(lái)說(shuō)，一種新的燃料在汽車中應(yīng)用不會(huì)一帆風(fēng)順，肯定會(huì)伴隨這樣或那樣的問(wèn)題，但是，正因?yàn)槿绱耍枰覀兛萍脊ぷ髡呒颖杜�，從理�?mdash;實(shí)踐—再理論—再實(shí)踐中走出我們具有中國(guó)特色的道路來(lái)。醇醚燃料的應(yīng)用也是我國(guó)自主創(chuàng)新、形成自己有特色的汽車工業(yè)的一個(gè)契機(jī)，因?yàn)樵谶@方面國(guó)外由于其國(guó)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(guó)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(lái)。
非糧食乙醇肯定也是一個(gè)可行的方向，關(guān)鍵是這種能源作物不能與糧食和其他人民生計(jì)農(nóng)作物爭(zhēng)地、爭(zhēng)水，且單位面積有高產(chǎn)出率。生物柴油從技術(shù)來(lái)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(guò)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(shuō)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(guó)帶頭炒得很熱的“氫芫謾�。丘Q徊還且恢窒竦繅謊腦嗇芴�，是要訍灉O淮文茉醋壞玫降摹Ｒ恢質(zhì)置曰筧說(shuō)乃搗ㄊ喬餑蕓梢源印八剿╢romwatertowater）”，用電解水制氫，通過(guò)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(lái)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(chǔ)運(yùn)、車載、加氫的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、要用價(jià)格昂貴的鉑作催化劑……對(duì)燃料電池汽車，積極開(kāi)展基礎(chǔ)性研究是必需的，但離真正商業(yè)化還有很長(zhǎng)的路，少說(shuō)也得15—20年。從現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，各種混合動(dòng)力方興未艾，有強(qiáng)大的生命力，尤其是最近發(fā)展起來(lái)的“插電（plug-in）”汽車，在50—60公里范圍內(nèi)可以通過(guò)蓄電池來(lái)驅(qū)動(dòng)，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(zhǎng)距離行駛時(shí)，才會(huì)起動(dòng)發(fā)動(dòng)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(lái)進(jìn)行研究。近來(lái)純電動(dòng)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(jí)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(lái)在汽車動(dòng)力上是否還有燃料電池的“位置”是一個(gè)大問(wèn)號(hào)。把氫能燃料電池看作是汽車動(dòng)力的“最高目標(biāo)”是不妥的。多種技術(shù)的多元發(fā)展將會(huì)提出新的問(wèn)題，有新的結(jié)論�？梢栽O(shè)想一下，如果研制出200或以上瓦時(shí)/公斤的高能蓄裝置，且充電方便，對(duì)汽車動(dòng)力和其他可再生能源的應(yīng)用將會(huì)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(duì)電能已經(jīng)建立了基本覆蓋全球、也覆蓋我國(guó)國(guó)土的網(wǎng)絡(luò)，再去建立氫的網(wǎng)絡(luò)是絕對(duì)不可能，也沒(méi)有必要的。
4.加速發(fā)展核能
核能在運(yùn)行過(guò)程中基本沒(méi)有排放（核廢料除外），能提供清潔的電能。人們對(duì)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(lái)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(jià)一定會(huì)不斷攀升，對(duì)核電站的價(jià)格上差別會(huì)逐漸消失。再考慮到核電站每年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備壽命也大于常規(guī)火電站，因此，從總體上來(lái)看，基本投資應(yīng)不是一個(gè)問(wèn)題。隨著技術(shù)發(fā)展，反應(yīng)堆技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)，故障診斷和預(yù)報(bào)技術(shù)日臻完善，核電站應(yīng)是十分安全的。我國(guó)應(yīng)該加速發(fā)展自主設(shè)計(jì)、建造的百萬(wàn)千瓦級(jí)的先進(jìn)壓水堆核電站，使之形成統(tǒng)一類型和規(guī)�；�，不要使堆型“五花八門(mén)”和“八國(guó)聯(lián)軍”，這對(duì)我國(guó)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(guó)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(lái)，由于化石能源（煤、石油、天然氣）的價(jià)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(gè)國(guó)家、一個(gè)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(huì)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(guó)情，從各地區(qū)的具體情況出發(fā)，千萬(wàn)不能套用國(guó)外的模式。對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，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(méi)有一個(gè)和其他能源取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互配合、發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略布局，而是各提指標(biāo)，“各打各的仗”，“各吹各的號(hào)”。一個(gè)國(guó)家的能源系統(tǒng)是一個(gè)整體，是一個(gè)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)做一種有份額的一次能源“插入”到整個(gè)能源系統(tǒng)中，必須對(duì)整個(gè)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(zhǎng)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(cái)力去發(fā)展可再生能源，表面上看起來(lái)轟轟烈烈，但從國(guó)家能源系統(tǒng)的整體來(lái)看，卻收益不大。所以說(shuō)，因地制宜，因不同的需求制宜是一個(gè)原則，或者說(shuō)，從國(guó)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(yáng)能和生物質(zhì)能。
A.風(fēng)能
我國(guó)風(fēng)能資源是相對(duì)比較豐富的，按照目前流行的說(shuō)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(gè)大概，很不準(zhǔn)確，對(duì)現(xiàn)代大型風(fēng)力發(fā)電來(lái)說(shuō)，更重要的是50米，甚至100米高度的風(fēng)力資源。目前，國(guó)家正在著手詳細(xì)的風(fēng)力資源調(diào)查，這是我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的基礎(chǔ)，但工作量較大。
到2005年，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量是126萬(wàn)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(guó)外機(jī)組，25%%是國(guó)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(gè)成熟期。目前，我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵不是急急忙忙利用國(guó)外技術(shù)和設(shè)備建設(shè)很多風(fēng)場(chǎng)，因?yàn)槲覈?guó)根本不缺這些“微不足道”的電量，而是要利用大家關(guān)注可再生能源的時(shí)機(jī)，集中有關(guān)力量，研制出具有自主知識(shí)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(dòng)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度疲勞、振動(dòng)、長(zhǎng)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(chǎng)提供和國(guó)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(gè)、甚至上百個(gè)企業(yè)都在做風(fēng)電的整機(jī)，運(yùn)作的模式都是找一個(gè)外國(guó)的合伙人，形成八國(guó)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(shuō)，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(guó)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(zhǎng)慢一些，而給我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)這個(gè)“弱小母雞”多一些食吃，以便將來(lái)滿足大規(guī)模風(fēng)電發(fā)展的需要。
中國(guó)的風(fēng)電發(fā)展還有另一個(gè)重要制約因素。新疆、內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)力資源十分豐富，但這些地方經(jīng)濟(jì)相對(duì)不發(fā)達(dá)，用電負(fù)荷不緊張，其他化石能源價(jià)格低，供應(yīng)充足，地區(qū)電網(wǎng)規(guī)模小，電價(jià)比較低。因而，這些地區(qū)的電網(wǎng)沒(méi)有發(fā)展風(fēng)電的驅(qū)動(dòng)力，風(fēng)電多了不僅對(duì)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(jià)低，電網(wǎng)對(duì)每度風(fēng)電要補(bǔ)貼更多，會(huì)降低地區(qū)電網(wǎng)的效益。在這樣情況下，中國(guó)風(fēng)電應(yīng)如何發(fā)展？中國(guó)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(guó)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(guò)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(guò)并網(wǎng)？這樣就可以免除并網(wǎng)所帶來(lái)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(jià)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(gè)十分值得探討的問(wèn)題，總之要結(jié)合我們具體情況，走出我國(guó)自己風(fēng)電發(fā)展的路子。
B.太陽(yáng)能利用
●太陽(yáng)能光伏（PV）利用肯定是一個(gè)有十分廣闊前景的方向�？上У氖墙陙�(lái)PV的研究雖然取得了很大成績(jī)，但相對(duì)常規(guī)發(fā)電，單位容量?jī)r(jià)格仍高幾十倍，要真正變成有份額的發(fā)電還有很長(zhǎng)的道路要走。我國(guó)在PV材料與工藝方面和國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比還有不小的差距，在這方面開(kāi)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(guó)家也應(yīng)加大投入力度。
●太陽(yáng)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(guó)際也已有小規(guī)模示范，有必要開(kāi)展這方面的基礎(chǔ)性研究、關(guān)鍵元件和技術(shù)研究，同時(shí)也可以進(jìn)行小規(guī)模的示范項(xiàng)目。不過(guò)，從本質(zhì)上說(shuō)，把能量密度十分低的太陽(yáng)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(gè)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(guó)是否要發(fā)展大規(guī)模的太陽(yáng)能的熱發(fā)電值得深入探討，不能因?yàn)閲?guó)外有示范我們就一定要“跟上”。
●太陽(yáng)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(yáng)能利用方式。我國(guó)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(wàn)m2的太陽(yáng)能集熱管在全國(guó)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(guó)房屋總建筑面積迅速增長(zhǎng)，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(yáng)能集熱管，研究中溫與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(lái)說(shuō)，大量能源消耗是用在將室內(nèi)溫度相對(duì)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(guò)多重轉(zhuǎn)換（化石燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成1500℃的熱能，通過(guò)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、下只有十余攝氏度的溫差。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(yáng)熱能更緊密結(jié)合起來(lái)，是一個(gè)意義十分重大、和建筑理念、政策調(diào)控相結(jié)合的長(zhǎng)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(wèn)題前面已有分析。我國(guó)可利用的農(nóng)作物秸稈大約相當(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(guó)（大農(nóng)場(chǎng)）、巴西（大量、高產(chǎn)甘蔗）和一些北歐國(guó)家（如瑞典，人口800萬(wàn)，面積40萬(wàn)平方公里，森林覆蓋率80％）有本質(zhì)的差別。我國(guó)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(guó)外的做法，而是必須從國(guó)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(lái)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），把秸稈和其他各種纖維質(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(huì)主義新農(nóng)村解決能源問(wèn)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(lái)，用于高效低污染的大電廠。此外，我國(guó)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(lái)，大大提高利用效率和減少污染。目前國(guó)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(jí)容量以下的生物質(zhì)發(fā)電廠，這個(gè)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、消耗大量的其他能源（如柴油）來(lái)運(yùn)輸?shù)兔芏鹊慕斩挘a(chǎn)生的電量有限，從全生命周期來(lái)說(shuō)是很不劃算的。以此導(dǎo)向，就會(huì)出現(xiàn)一種“怪”現(xiàn)象，集中開(kāi)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(lái)作效率偏低的小規(guī)模的發(fā)電。我國(guó)正在迅速發(fā)電超臨界、高超臨界100萬(wàn)kW級(jí)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(lái)承擔(dān)。用收集困難、單位體積能量密度小的生物質(zhì)來(lái)發(fā)電，是逆自然而動(dòng)的、不合理的安排和人力、物力、資源的浪費(fèi)。
五、結(jié)論
●中國(guó)按以往的過(guò)量消耗資源、能源和污染環(huán)境的發(fā)展模式已難以為繼，必須果斷地、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(huì)越來(lái)越凸現(xiàn)，中國(guó)人民將付出越來(lái)越沉重的代價(jià)。
●我國(guó)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(guó)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(guó)的國(guó)情出發(fā)，認(rèn)真作科學(xué)分析，千萬(wàn)不要受國(guó)內(nèi)、外炒作的影響。
●21世紀(jì)能源發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)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(jí)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(shuō)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(gè)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(lái)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(gè)突出的例子，用這個(gè)思路還可以發(fā)展出各種不同的新的系統(tǒng)。近年來(lái)出現(xiàn)的COREX煉鐵系統(tǒng)也是一個(gè)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(guó)的工業(yè)部門(mén)一定要站在整體3E最大效益的高度，打破原來(lái)的行業(yè)界線，整體集成。
●對(duì)可再生能源一定要結(jié)合我國(guó)具體情況，探索這些能源在我國(guó)整體能源系統(tǒng)中的最佳“位置”，發(fā)揮它們的長(zhǎng)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?cè)谖覀兡茉聪到y(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(dòng)替代以及將來(lái)的發(fā)電的峰－谷調(diào)節(jié)，電能的大、中、小容量的存儲(chǔ)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(gè)方面全面推進(jìn)。
