我國的能源現狀與戰略對策

Ⅰ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(lái)解決能源與環(huán)境問(wèn)題。對我國來(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)題尤為嚴重，它將極大的制約我國的可持續發(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(wú)序的、掠奪性索取的發(fā)展模式已難以為繼，實(shí)際上已造成當前十分嚴重的、不可逆轉的后果，大自然的懲罰已經(jīng)不斷地凸現出來(lái)，并還要繼續加重。在這樣的嚴峻形勢下，每一個(gè)能源領(lǐng)域的工作者，尤其是身上負有責任的各級政府官員，都要充分想到身上的重擔。

Ⅱ幾個(gè)無(wú)法改變的現實(shí)

——煤現在是、將來(lái)（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(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。

——由于我國石油短缺，車(chē)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2010年將進(jìn)口石油2.5億噸，對外依存度將超過(guò)50%，這會(huì )引起一系列的能源安全問(wèn)題。當然，煤炭對我國來(lái)說(shuō)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(chē)用液體燃料（或甲醇，或二甲醚，或煤制油）的生產(chǎn)，從總的能源供應角度不會(huì )帶來(lái)很大的不平衡。

前一個(gè)時(shí)期在我國廣泛推廣的糧食乙醇，從長(cháng)遠來(lái)看很難作為一個(gè)有份額的替代，因為我國的具體情況是：用世界上7%的可耕地來(lái)養活世界22%的人口，這是一個(gè)大前提。按現有的技術(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)噸當量汽油的替代，需用糧食5000萬(wàn)噸，是我國糧食總產(chǎn)量的十分之一強，這是不可能的。當然，可以考慮用木薯和甜高粱等其它作物來(lái)生產(chǎn)乙醇，或是用秸稈及其它纖維素來(lái)制造（目前技術(shù)還沒(méi)有商業(yè)化），但后者存在著(zhù)大規模收集與運輸問(wèn)題。

——在煤的直接燃燒條件下很難解決溫室氣體的減排，因為從電廠(chǎng)的大容積流量的煙氣中收集濃度在13~14%左右的CO2將耗費很多附加的能量，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(cháng)，如此下去在10年或略長(cháng)一些的時(shí)間內將超過(guò)美國，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家在國情上有很大區別。一些歐洲國家，他們總能耗已經(jīng)不再增長(cháng)（或增長(cháng)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(cháng)之中，單是發(fā)電設備（其中主要是燃煤的發(fā)電），每年增長(cháng)的裝機容量是60~80GW，超過(guò)三個(gè)長(cháng)江三峽。在這個(gè)高速增長(cháng)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)，按國家規劃，到2020年風(fēng)力發(fā)電的裝機容量將達30GW（是2005年的24倍），考慮到每單位裝機容量的滿(mǎn)負荷工作時(shí)間平均只有2500小時(shí)，則30GW的風(fēng)電相當于火電12GW左右，也就是2020年我國發(fā)電總裝機容量950～1000GW的1.2％左右。

Ⅲ面臨的五個(gè)嚴峻的挑戰

1）總量需求的巨大壓力

從2000到2020年，國家規劃全國GDP增長(cháng)四倍，而能源消耗增長(cháng)一倍，這意味著(zhù)能源彈性系數應為0.5。但是最近三年，這個(gè)系數為1.3以上，也即能源需求將遠遠大于規劃。從發(fā)展趨勢來(lái)看，我國工業(yè)已進(jìn)入重化階段，按世界各國發(fā)展的歷史規律來(lái)看，能耗迅速增長(cháng)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，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)量和消費量

從上圖看出，我國石油對進(jìn)口的依賴(lài)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(chē)工業(yè)、石化工業(yè)如何用創(chuàng )新的發(fā)展模式來(lái)適應這個(gè)形勢？在車(chē)用替代燃料方面我國應以此為契機走出自主創(chuàng )新的道路。

3）環(huán)境污染嚴重

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用，尤其是煤的直接燃燒所引起。目前我國有30~40%的地區（尤其是西南地區）出現酸雨現象，呼吸系統疾病不斷增加。需要認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(lái)，已從280ppm增至380ppm，目前以3ppm/年的速度增長(cháng)。溫室氣體對地球將形成的災難性后果，在經(jīng)歷了長(cháng)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(shū)”的第37個(gè)簽約國?？偟膩?lái)說(shuō)，作為一個(gè)負責人的大國，我國在不遠的將來(lái)必然要承擔一定量、甚至大幅度溫室氣體的減排任務(wù)。因而，從戰略高度、從現在開(kāi)始就應該認真考慮我國CO2如何分階段減排的有關(guān)戰略技術(shù)和政策問(wèn)題，否則的話(huà)，在今后幾十年我國將會(huì )為此付出更多的代價(jià)。

5）8億農民及城鎮化所需能源的供應

到目前為止，有相當數量的農民沒(méi)有得到良好的能源服務(wù)，他們仍依賴(lài)當地的農業(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，我國城鎮化率以每年1%在增長(cháng)，每年有將近一千萬(wàn)人口進(jìn)入新的城鎮。據統計，每個(gè)城鎮居民人均所消耗的能源是農村人均的3.5倍。這部分份額巨大的能源應來(lái)自何處？怎樣才能結合社會(huì )主義新農村的建設提供給廣大農村和新建中、小城鎮符合中國國情的現代化能源服務(wù)，以減少生態(tài)破壞，減少室內污染，提高農民生活質(zhì)量…。這是整體能源戰略的重要組成部分。

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

 Ⅳ若干個(gè)重要的戰略對策

整個(gè)能源、環(huán)境問(wèn)題是一個(gè)龐大的系統工程，牽涉到科學(xué)、技術(shù)、文化、歷史傳統、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)重要的戰略對策，遠遠不能說(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）節能為本

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

? 工業(yè)結構的原因。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……

? 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。節能往往是軟指標，政策相互不配套，貫徹不力，統計混亂，一般號召多，落實(shí)少。用能企業(yè)、機關(guān)、個(gè)人沒(méi)有真正節能的驅動(dòng)力和意識。

? 傳統習慣、文化、觀(guān)念、道德層面的原因。

從某種意義上講，人們沒(méi)有把節能作為自己的行為準則，在消費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，十分節約型社會(huì )，多是在口號上跟得很快，表面文章多，政績(jì)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，節能有非常大的覆蓋面，從基礎研究到應用研究，一直到節能產(chǎn)品的研發(fā)和商業(yè)化推廣，有大量的工作。例如，強化傳熱、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，以及由這些能源應用組成的復合系統）的高效、合理利用，新型蓄能（熱、電）裝置，新型的熱力系統，復雜工業(yè)系統的集成、優(yōu)化……

其實(shí)，節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）煤的現代化利用

如前述，我國的一次能源在相當長(cháng)的一段時(shí)間內主要是煤，而煤的直接燃燒引起嚴重的環(huán)境問(wèn)題，因而，煤的現代化利用——以煤的氣化為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)系統是對應我國能源問(wèn)題嚴重挑戰的戰略方向。煤基多聯(lián)產(chǎn)系統的框圖如下：

圖2以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統概念圖

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(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(zhù)的效益。這種多聯(lián)產(chǎn)系統在化工產(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”差適當調節，有很好的靈活性。

多聯(lián)產(chǎn)系統所生產(chǎn)的液體燃料，尤其是甲醇和二甲醚是絕好的煤基車(chē)用替代燃料，可以有份額的緩解我國石油的短缺。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CO2，為溫室氣體減排創(chuàng )造條件，所耗費的能量與成本比常規電站煙氣中捕捉CO2低得多。

隨著(zhù)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(lèi)多聯(lián)產(chǎn)系統把SOFC耦合進(jìn)來(lái)，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(gè)新的里程碑。

這種多聯(lián)產(chǎn)系統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)反應器和相應的催化劑、燃用合成氣的燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)等。只要我國各部門(mén)（煤炭、化工、電力）打破行業(yè)界線(xiàn)，通力合作，加上國際合作，在3~5年內就有可能建立大型的示范多聯(lián)產(chǎn)裝置，并在2020年前后有相當數量的推廣。

這類(lèi)多聯(lián)產(chǎn)系統有很大的進(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(jiǎn)稱(chēng)CCS）；②多種不同配置的系統的集成、優(yōu)化；③系統的變工況運行，系統的動(dòng)態(tài)特性；④系統的最優(yōu)控制策略，系統的安全運行及故障診斷；⑤用膜技術(shù)來(lái)代替目前的空分（ASU）；⑥收率更高的一次通過(guò)的漿態(tài)床技術(shù)；⑦用膜技術(shù)來(lái)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、甚至純氫的燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)；⑨把SOFC耦合到整個(gè)系統中來(lái)……

這些都是需要我們下大功夫研究的問(wèn)題，花費整個(gè)一代人的精力也不為過(guò)。

3）煤基醇醚燃料的應用和車(chē)用動(dòng)力

如上述，液體車(chē)用燃料的短缺將是我國現代化發(fā)展的瓶頸，尤其是我國汽車(chē)工業(yè)和汽車(chē)保有量近年來(lái)迅速的增長(cháng)。2005年我國生產(chǎn)汽車(chē)570萬(wàn)輛，僅次于美國和日本，居世界第三。2005年比2004年汽車(chē)保有量增加20%。近年來(lái)車(chē)用燃料消費量增長(cháng)很快，平均約為12%，2005年全國汽油消耗是4770萬(wàn)噸，柴油消耗是8513萬(wàn)噸。在我國石油儲量、產(chǎn)量不多和車(chē)用液體燃料必須安全供應的形勢下，煤基醇醚燃料的替代成為我國必然的戰略方向。

用于替代汽油的甲醇有很高的辛烷值，在汽油機車(chē)應用可以提高壓縮比（從9到12，甚至14），從而提高發(fā)動(dòng)機的熱效率。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，冷起動(dòng)困難，非常規排放物（甲醛等）等，但是經(jīng)過(guò)多年努力，這些問(wèn)題都可得到適當的解決。甲醇低比例摻燒（10%）對原發(fā)動(dòng)機只需作小量的改動(dòng)，而高比例（85%）或是純甲醇，則需重新設計發(fā)動(dòng)機，對此，國內有關(guān)研究單位已設計并成功試運行純甲醇汽車(chē)。當然，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，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(mǎn)足歐Ⅲ，經(jīng)優(yōu)化它可滿(mǎn)足歐Ⅳ標準。NOx排放比常規柴油機可降低50％以上，運行噪聲低，無(wú)黑煙排放。但二甲醚在常溫是氣態(tài)，所以車(chē)的燃油系統必需加壓，此外，二甲醚粘度只有柴油的三十分之一，且楊氏模量小，燃油噴射系統的零件的磨損以及噴射時(shí)間的嚴格控制都有新的問(wèn)題需要解決。

總的來(lái)說(shuō)，一種新的燃料在汽車(chē)中應用不會(huì )一帆風(fēng)順，肯定會(huì )伴隨這樣或那樣的問(wèn)題，但是，正因為如此，需要我們科技工作者加倍努力，從理論-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(lái)。醇醚燃料的應用也是我國自主創(chuàng )新、形成自己有特色的汽車(chē)工業(yè)的一個(gè)契機，因為在這方面國外由于其國情方面的原因，應用得不多，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它人民生計農作物爭地、爭水，且單位面積有高產(chǎn)出率。生物柴油從技術(shù)來(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模種植，通過(guò)基因調控和分子生物學(xué)，培植耐旱、耐堿、高產(chǎn)的品種，這將是農業(yè)能源專(zhuān)家們的重大課題。

說(shuō)到車(chē)用燃料替代，就要提到燃料電池汽車(chē)，以及前幾年由美國帶頭炒得很熱的“氫能經(jīng)濟”。氫氣只不過(guò)是一種象電一樣的載能體，是要用其它一次能源轉換得到的。一種十分迷惑人的說(shuō)法是氫能可以從“水到水（fromwatertowater）”，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(chē)，目前有很多關(guān)鍵技術(shù)有待突破，如氫的制備、壓縮、儲運、車(chē)載、加氫的基礎設施建設、要用價(jià)格昂貴的鉑作催化劑……，對燃料電池汽車(chē)，積極開(kāi)展基礎性研究是必需的，但離真正商業(yè)化還有很長(cháng)的路，少說(shuō)也得15~20年。從現代汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢來(lái)說(shuō)，各種混合動(dòng)力方興未艾，有強大的生命力，尤其是最近發(fā)展起來(lái)的“插電（plug-in）”汽車(chē)，在50~60公里范圍內可以通過(guò)蓄電池來(lái)驅動(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，只是在一天之內要長(cháng)距離行駛時(shí)，才會(huì )起動(dòng)發(fā)動(dòng)機，從而使車(chē)用燃料耗量大大減少。所以，應該從多種混合模式，從汽車(chē)給用戶(hù)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(chē)（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(huà)，將來(lái)在汽車(chē)動(dòng)力上是否還有燃料電池的“位置”是一個(gè)大問(wèn)號。把氫能燃料電池看作是汽車(chē)動(dòng)力的“最高目標”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，有新的結論?？梢栽O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，對汽車(chē)動(dòng)力和其它可再生能源的應用將會(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(méi)有必要的。

4）加速發(fā)展核能

核能在運行過(guò)程中基本沒(méi)有排放（核廢料除外），能提供清潔的電能。人們對核電主要的顧慮有兩點(diǎn)：一是單位裝機容量基本投資較大，是常規火電的1.5~2.0倍；二是運行安全性，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行時(shí)間長(cháng)，設備壽命也大于常規火電站，因此，從總體上來(lái)看，基本投資應不是一個(gè)問(wèn)題。隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展，反應堆技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)，故障診斷和預報技術(shù)日臻完善，核電站應是十分安全的。我國應該加速發(fā)展自主設計、建造的百萬(wàn)千瓦級的先進(jìn)壓水堆核電站，使之形成統一類(lèi)型和規?；?，不要使堆型“五花八門(mén)”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、隨機性大、不可控因素多，和一個(gè)國家、一個(gè)地區的經(jīng)濟、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，可再生能源的應用一定要從國情，從各地區的具體情況出發(fā)，千萬(wàn)不能套用國外的模式。對我國來(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，可再生能源應該有的地位并不清楚，沒(méi)有一個(gè)和其它能源取長(cháng)補短、相互配合、發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢的戰略布局，而是各提指標，“各打各的仗”，“各吹各的號”。一個(gè)國家的能源系統是一個(gè)整體，是一個(gè)各種不同能源的轉換，各種不同能源的輸送，以各種不同形式（交流電、直流電、高溫熱、低溫熱、機械能等）服務(wù)于不同的終端用戶(hù)的龐大復雜系統。若把可再生能源當作一種有份額的一次能源“插入”到整個(gè)能源系統中，必須對整個(gè)能源系統作相應的調整，使之各得其所，發(fā)揮各自的長(cháng)處。這是需要我們深入研究的。不然的話(huà)，費了很大人力、物力、財力去發(fā)展可再生能源，表面上看起來(lái)轟轟烈烈，但從國家能源系統的整體來(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(lèi)繁多，從其所能提供的能量，在總的能源平衡可以起相當份額作用的角度看，一般是指風(fēng)能、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能。

A. 風(fēng)能

我國風(fēng)能資源是相對比較豐富的，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。這些數據只是一個(gè)大概，很不準確，對現代大型風(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，國家正在著(zhù)手詳細的風(fēng)力資源調查，這是我國風(fēng)電發(fā)展的基礎，但工作量較大。

到2005年，我國風(fēng)力發(fā)電裝機容量是126萬(wàn)kW，所產(chǎn)生的總電量約是當前發(fā)電總量的千分之一左右。目前運作的機組約75%是引進(jìn)的國外機組，25%是國產(chǎn)的。自主產(chǎn)權的機組有600kW，750kW，1.2MW和1.5MW，后兩種還有一個(gè)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)和設備建設很多風(fēng)場(chǎng)，因為我國根本不缺這些“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，集中有關(guān)力量，研制出具有自己自主知識產(chǎn)權的大型風(fēng)力發(fā)電機組（1.5-3.0MW）。在風(fēng)機整體優(yōu)化、氣動(dòng)設計、強度疲勞、振動(dòng)、長(cháng)期可靠運行、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)提供和國外機組相當水平的大型風(fēng)電機組。不然的話(huà)，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，運作的模式都是找一個(gè)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)電裝機容量，寧愿容量少一些、增長(cháng)慢一些，而給我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)這個(gè)“弱小母雞”多一些食吃，以便將來(lái)滿(mǎn)足大規模風(fēng)電發(fā)展的需要。

中國的風(fēng)電發(fā)展還有另一個(gè)重要制約因素。新疆、內蒙地區風(fēng)力資源十分豐富，但這些地方經(jīng)濟相對不發(fā)達，用電負荷不緊張，其它化石能源價(jià)格低，供應充足，地區電網(wǎng)規模小，電價(jià)比較低。因而，這些地區的電網(wǎng)沒(méi)有發(fā)展風(fēng)電的驅動(dòng)力，風(fēng)電多了不僅對電網(wǎng)的穩定性產(chǎn)生負面影響，且由于當地電價(jià)低，電網(wǎng)對每度風(fēng)電要補貼更多，會(huì )降低地區電網(wǎng)的效益。在這樣情況下，中國風(fēng)電應如何發(fā)展？中國的電力負荷中心在東部沿海，是否應重點(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(guò)降壓、整流轉換成低壓、大電流的直流電。是否可以設想由風(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)所需的復雜設備。例如，可以免除齒輪箱，不需要轉速調節和昂貴的發(fā)電機控制，使風(fēng)電設備造價(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(hù)。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，即能源的利用和轉換盡量貼近用戶(hù)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(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(jì)，但相對常規發(fā)電，單位容量?jì)r(jià)格仍高幾十倍，要真正變成有份額的發(fā)電還有很長(cháng)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(kāi)展深入的材料制備，先進(jìn)工藝和提高轉化效率方面的基礎和基礎性研究是十分必要的，國家也應加大投入力度。

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，國際也已有小規模示范，有必要開(kāi)展這方面的基礎性研究、關(guān)鍵元件和技術(shù)研究，同時(shí)也可以進(jìn)行小規模的示范項目。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(hù)和其所需的用能方式。我國是否要發(fā)展大規模的太陽(yáng)能的熱發(fā)電值得深入探討，不能因為國外有示范我們就一定要“跟上”。

太陽(yáng)能熱利用太陽(yáng)能熱利用是一種最現實(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)能集熱管在全國和世界各地應用。目前的應用主要是用于生活熱水供應，其實(shí)在建筑節能方面有很大的、更為廣闊的應用前景。目前，尤其是我國房屋總建筑面積迅速增長(cháng)，用于空調、采暖的能耗必隨之增加，建筑用能已達總能耗的30%。因而，更應利用太陽(yáng)能集熱管，研究中溫和高溫集熱管，和地源熱泵相結合，組成新的采暖，空調系統，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(guò)多重轉換（化石燃料的化學(xué)能轉換成1500℃的熱能，通過(guò)傳熱、傳質(zhì)和各種熱力機械轉換成電能或高溫熱能）和相當距離的輸運才能解決上、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(yáng)熱能更緊密結合起來(lái)，是一個(gè)意義十分重大、和建筑理念、政策調控相結合的長(cháng)期大課題。

C．生物質(zhì)能

關(guān)于糧食和非糧食作物轉換成車(chē)用燃料的問(wèn)題前面已有分析。我國可利用的農作物秸桿大約相當于3億噸標準煤，可利用的森林廢棄物大約也是相當于3億噸標準煤。因此總量相當有限、人均更少。這和美國（大農場(chǎng)）、巴西（大量、高產(chǎn)甘蔗）和一些北歐國家（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，應該是分布式利用，應發(fā)展各種生物質(zhì)就地加工、就地使用的新工藝、新方法。要總結多年來(lái)小規模氣化、做液體燃料難以為繼的經(jīng)驗教訓。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，是建設社會(huì )主義新農村解決能源問(wèn)題的有效途徑。這樣，可以把農村居民相當普遍使用的炊事、采暖用煤替換出來(lái)，用于高效低污染的大電廠(chǎng)。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(lái)，大大提高利用效率和減少污染。目前國家發(fā)改委的優(yōu)惠政策導向和利用生物質(zhì)的規劃都是以全生物質(zhì)發(fā)電為主，很多地方和電網(wǎng)公司也熱衷于建設25MW級容量以下的生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)，這個(gè)方向是很值得質(zhì)疑的。這類(lèi)電站單位容量投資大（常規電站一倍以上），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(lái)運輸低密度的秸桿，而產(chǎn)生的電量有限，從全生命周期來(lái)說(shuō)是很不劃算的。以此導向，就會(huì )出現一種“怪”現象，集中開(kāi)采、高能量密度的煤分散到廣大農村和小型鍋爐被低效、高污染的應用，而高度分散的生物質(zhì)卻要組織龐大的物流系統，把它集中起來(lái)作效率偏低的小規模的發(fā)電。我國正在迅速發(fā)電超臨界、高超臨界100萬(wàn)kW級煤電機組，用電的任務(wù)完全可以由這些現代化的大電廠(chǎng)來(lái)承擔。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。

Ⅴ結論

中國按以往的過(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，必需果斷地、迅速地走向十分節約、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，中國人民將付出越來(lái)越沉重的代價(jià)。

我國在能源方面的科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的主流應是有份額地、起顯著(zhù)作用的緩解我國面臨的五大嚴重挑戰。當然一些基礎性和前瞻性的課題也應作適當的安排，但要輕重有分，前后有序。此外，一定要從中國的國情出發(fā)，認真作科學(xué)分析，千萬(wàn)不要受?chē)鴥?、外炒作的影響?/p>

21世紀能源發(fā)展的一個(gè)重要趨勢是多類(lèi)能源轉換系統的集成，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、高性能軸流壓氣機的效率已達92％，先進(jìn)燃氣輪機的燃氣初溫已達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（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。近年來(lái)出現的COREX煉鐵系統也是一個(gè)把鋼鐵工業(yè)與能源、化工工業(yè)結合在一起的先進(jìn)系統。因而，我國的工業(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(xiàn)，整體集成。

對可再生能源一定要結合我國具體情況，探索這些能源在我國整體能源系統中的最佳“位置”，發(fā)揮它們的長(cháng)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中應該做什么，這是兩回事。

再生能源利用、車(chē)用液體燃料用電動(dòng)替代以及將來(lái)的發(fā)電的峰－谷調節，電能的大、中、小容量的存儲是關(guān)鍵的關(guān)鍵，應該集中力量在基礎研究、應用研究、示范、商業(yè)化多個(gè)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，當你張開(kāi)人生風(fēng)帆的時(shí)候，劈頭而來(lái)的是無(wú)情的風(fēng)雨,砸碎了你的帆船；當你正待摘取勝利桂冠的時(shí)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,而對你總是遠在天涯。

人生未必盡如你意,并非所有的愿望都能夠成為現實(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(wàn)萬(wàn)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、博導倪維斗