能源是社会发展的物质基础,是实施可持续发展战略的先决条件。但随着常规能源的严重短缺及其长期使用所带来的环境问题,开发利用可再生能源已成当务之急。
加大可再生能源资源的开发力度,将逐步改善我国以化石资源为主的消费结构,减少煤炭对环境的污染,促进常规能源资源更加合理和有效的利用,实现能源经济与环境的协调和可持续发展。
第一节我国的能源安全受到严重威胁
一、常规能源严重短缺
能源分为不可再生能源和可再生能源,或者分为生化能源和可再生能源。生化能源主要有石油、天然气、煤炭、核能。从全球利用能源的现状来看,我们可以肯定地指出,人类正处在生化能源时代。
相关统计显示,世界能源消耗的32%来自石油燃烧,25%来自煤炭燃烧,17%来自天然气燃烧,5%为核能,14%为燃烧各种生物质能。
种种迹象表明,到2010年,全球被点燃的生化能源还将提高50个百分点。生化能源是大自然赐予我们人类的宝贵财富,但却是有限的,是一种不可再生能源。随着全球经济的发展,人类对能源的需求呈增长态势,因此,生化能源的作用将会在未来某个时期停止,生化能源终将枯竭,这是人类必将面临的难以抗拒的命运。
石油:据日内瓦“石油咨询机构”估计,世界石油蕴藏量约1800亿吨,以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算,石油储备大约在2050年宣告枯竭。国际能源机构(IEA)预测,石油枯竭将从2040年开始。IEA进一步指出,若到2020年石油年消耗量达到52.6亿吨,那么石油储备到2035年就会消耗殆尽。
天然气:储量估计131800兆立方米至152900兆立方米,若年开采量维持在2300兆立方米,天然气储量将在57年到65年内枯竭。
煤:储量约为5600亿吨,保持现有世界开采水平,大约还可以供应169年。如果考虑天然气、石油的较早枯竭,煤的储量在2100年之前就会枯竭。
铀:根据1993年世界能源委员会的统计,铀作为核反应堆原料,其储量可以维持到21世纪30年代中期。
中国原煤储量约1145亿吨,人均95吨,而美国人均962吨,世界人均209吨;中国原油储量33亿吨,人均3吨,而美国人均15吨,世界人均28吨;中国天然气储量1.7亿立方米,人均1416立方米,而美国人均118400立方米,世界人均28400立方米。可见,我国生化能源不仅人均数量少,而且储量低。按照现在中国能源需求量推算,到2050年中国能源需求量将超过360亿吨标煤,电力需求量为27.5万亿千瓦时,大大超过目前全世界的能源和电力消费量。但是,到2050年,中国能源生产总量只有34.2亿吨标煤,发电总量约12.5万亿千瓦时。可见,我国的能源是不可能完全自给的。事实上,目前我国的石油已出现短缺,1999年中国的自我开采量为1.6亿吨,但是消耗量已经上升到1.9亿吨,到2010年将达到3亿吨。
二、以煤为主的化石能源造成严重污染
化石燃料的燃烧尤其是煤的燃烧造成城市的空气污染,间接导致大气变暖、海平面上升和酸雨问题。我国煤的消耗量约占化石燃料总消耗量的90%左右,因此以煤为主的能源结构是形成以城市为中心的大气污染严重现象的主要原因。大气中90%的二氧化硫、70%的烟尘和85%的二氧化碳来自煤的燃烧。
在我国600多个城市中,大气环境质量符合国家一级标准的城市不到1%,目前已有62.3%的城市二氧化硫年平均浓度超过国家环境空气质量二级标准,日平均浓度超过三级标准。一些大城市的颗粒物和二氧化硫浓度已经超过世界卫生组织及国家标准的2~5倍。
国家海洋局发布的《2000年中国海平面公报》显示,我国沿海海平面近50年来呈上升趋势,平均以每年1~3毫米的速率上升。特别是近三年来,上升速率有所加快,达每年2.5毫米。尤其在一些河口的三角洲地区,由于地面下沉较严重,相对海平面上升是非常明显的,因此这些地区未来海平面上升的问题是十分棘手的。
酸雨问题已成为我国重要的环境问题,且污染程度居高不下。
酸雨主要分布在长江以南、青藏高原以东和四川盆地,其中华中地区酸雨污染最重。目前酸雨波及的面积达100多万平方公里,年均降水的PH值低于5.6的区域占全国面积的40%。长期的酸雨污染导致农业生态环境急剧恶化,加速了土壤酸化过程。
三、能源冲突威胁世界和平
能源既是经济发展和社会进步的重要物质资料,也是重要的战略物资。20世纪的两次世界大战,第一次在欧洲,第二次主要局限于欧洲和太平洋地区。1990~1991年的海湾战争,揭开了日趋尖锐化的资源战争的序幕……远在资源枯竭之前,洲际经济区域之间及其内部因为传统资源趋于枯竭而引发的经济冲突便不断升级,而且这种冲突是无法避免的,因为两条走势相反的曲线已经越走越近:一方面是对生化能源和战略资源的经济支配能力越来越低,一方面是国民经济与人口的增长导致需求的不断增长。一旦两条曲线相交,世界史上前所未有的、更具威胁力的冲突在所难免。
第二节发展可再生能源的必要性
一、可再生能源是实现人类社会可持续发展的基础
依靠提高能源效率和发展核能都无法从根本上解决目前存在的能源问题,必须通过寻找替代能源的方式来解决能源危机和环境问题。
发展可再生能源是能源可持续发展战略的重要内容。选择可持续发展的道路不仅是当前的需要也是中国未来发展的需要。国内外的实践表明,通过高消耗获得的经济增长和“先污染后治理”的传统发展模式已不再适应当今和未来发展的要求,从能源发展战略的角度来看,人类必须寻求一条满足经济、社会、环境和资源相互协调的能源可持续发展道路。要达到具有可持续意义的经济增长,必须将经济增长方式从粗放型转变为集约型,减少每单位经济活动所造成的环境压力。只有大力发展可再生能源,才能从真正意义上实现人类社会的可持续发展。
二、可延长常规能源的使用年限
据世界能源委员会(WEC)和国际应用系统分析研究所(IIASA)分析,虽然全球化石能源最终可采储量至少还可供人类使用100年,但开采成本较低的储量将在21世纪后期耗尽。我国石油资源的前景十分严峻。据专家分析,国内石油产量估计2020年前后达到峰值,年约1.8亿吨,此后逐渐下降,到2050年降到不足1亿吨,而届时石油需求将达5亿吨以上。我国现有重点煤矿区一级经济储量(交通、煤质、地质和开采条件优良)仅500亿吨,2000~2050年全国煤产量的增长,3/4以上要靠晋陕蒙和新甘宁青地区。因此,以化石能源为主的常规资源将成为能源供应的一个问题。
我国的可再生能源已经开始在能源供应中发挥作用,在未来能源供应构成中可以形成举足轻重的地位,2020年可再生能源的发电比例可以达到10%,2040年之后可以达到30%或以上的水平,成为重要的替代能源。
三、是减排温室气体的重要途径
能源的生产和消费是我国大气环境污染物的最重要来源,废气排放中约90%的二氧化硫和氮氧化物是能源生产和消费活动造成的。温室气体减排是全球环境保护和可持续发展的一个主题。我国作为一个经济快速发展的大国,努力降低化石能源在能源消费结构中的比重,承担与自己国际地位和经济发展水平相适应的减排温室气体义务,树立良好的国家形象是必要的。水电、核电、可再生能源和新能源是最能有效减少温室气体排放的技术手段,其中可再生能源和新能源又是国际公认的对环境没有破坏的清洁能源。因此,从减少温室气体排放、承担减缓气候变化的国际义务出发,我国也应加大可再生能源的开发利用量。
无污染和少污染的可再生能源的产业发展最为突出的特征是带来了明显的环境效益。计划到2015年:(1)可再生能源对化石燃料的替代量达到4314万吨标煤,相应年减排二氧化碳为2877万吨标煤,比1998年的185万吨标煤多减排了2692万吨标煤。(2)二氧化硫、氮氧化物和烟尘的减排量达到211.4万吨标煤,其中,太阳能热水器和并网风电作了主要贡献,减排量分别占总量的70%和16.2%。
四、能开拓新的经济增长领域
可再生能源的开发利用主要是使用当地资源和人力物力,对促进地区经济发展具有重要意义,同时快速发展的可再生能源和新能源也是一个新的经济增长领域。我国太阳能热水器的成功经验说明,可再生能源和新能源可以形成重大产业,在推动经济增长中发挥重要作用。目前,国际上太阳能光伏发电、风力发电的年增长速度达30%以上,我国太阳能热水器的年增长速度也达到15%以上。可再生能源和新能源已是一个新兴的经济增长领域,发达国家和部分发展中国家把发展可再生能源和新能源作为占领未来能源领域制高点的重要战略。据欧盟预测,到2020年,欧洲仅风力发电就可带来180万个就业岗位,年市场经营额达750亿欧元(约折合人民币7200亿元)。我国新能源和可再生能源的发展也将拉动制造业等行业的经济增长,带动农业生态建设,巩固封山育林和退耕还林成果,同时也可促进就业和边远地区脱贫致富。发展可再生能源和新能源技术是开拓新的经济增长领域,促进我国经济持续健康发展的重要措施。
第三节我国可再生能源的发展潜力巨大
一、太阳能
太阳能资源是指到达地面的太阳辐射总量,包括太阳的直接辐射和天空散射辐射的总和。它受地理位置和地面反射等因素的影响,各地差异较大。太阳能的转换和利用方式有光—热转换、光—电转换和光—化学转换。接收或聚集太阳能使之转换为热能,然后用于生产和生活的一些方面,是光—热转换即太阳能热利用的基本方式。太阳能热水系统是太阳能热利用的主要形式,它是利用太阳能将水加热储于水箱中以便利用的装置。太阳能产生的热能可以广泛应用于采暖、制冷、干燥、蒸馏、温室、烹饪以及工农业生产等各个领域,并可进行太阳能热发电。利用光生伏打效应原理制成的太阳能电池,可将太阳的光能直接转换成电能加以利用,称为光—电转换即太阳能光电利用。光—化学转换尚处于研究开发阶段,这种转换技术包括半导体电极产生电而电解水产生氢,利用氢氧化钙或金属氢化物热分解储能等。
我国太阳能辐射年总量在3.35×103~8.40×103焦耳/平方米之间,其平均值大约为5.86×103焦耳/平方米。以5.86×103焦耳/平方米为等值线,则自大兴安岭西麓的内蒙古东北部开始,向南经过北京的西北侧,朝西偏南至兰州,再沿横断山脉转向西藏南部,把中国分为两大部分。其西北地区高于5.86×103焦耳/平方米,东南则低于5.86×103焦耳/平方米。根据我国太阳能资源区划,把全国分为五类地区:一类为丰富区;二类为较丰富区;三类为可利用区;四类为一般区;五类为贫乏区。其中前三类地区的太阳能资源占全国总量的三分之二以上。
进入21世纪以来,我国的太阳能热水器产业呈现强劲的发展势头,每年以30%左右的速度增长,成为最具发展潜力的新兴行业之一,市场需求潜力也很大。
二、风能
风能是太阳辐射造成地球各部分受热不均匀,引起各地温差和气压不同,导致空气运动而产生的能量。利用风力机可将风能转换成电能、机械能和热能等。风能利用的主要形式有风力发电、风力提水、风力致热以及风帆助航等。
我国幅员辽阔,海岸线长,风能资源比较丰富。据中国气象科学研究院估算,全国陆地上可开发利用的风能约2.53亿千瓦(依据地面以上10米高度风力资料计算),海上可开发利用的风能约7.5亿千瓦,共计约10亿千瓦。风能资源丰富的地区主要分布在东南沿海及附近岛屿,内蒙古、新疆和甘肃河西走廊,东北、西北、华北和青藏高原的部分地区。另外,内陆也有个别风能资源丰富的地区。我国海域面积广大,海上风能资源也非常丰富,目前技术条件下可在距离海岸10公里内,深度不超过20米的海域安装风力发电机组。近期风力资源可以大规模开发的地区有经济发达的华东和华南的沿海地区、华北地区和东北老工业基地地区,这些地区都具有建成千百万千瓦级别大型风力发电场的资源潜力。未来30到50年内随着能源需求的增加,风力资源在我国能源供应,特别是电力供应中的战略地位将日益突出,2050年形成3~5亿千瓦的能力是可能的。换言之,风力发电的中期(10~30年内)发展潜力可以超过核电成为第三大发电电源,长期(30~50年)可能超过水电成为第二大主力发电电源。
总之风力发电将在我国能源供应战略中具有举足轻重的地位。