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迎接可再生能源时代(中国社会科学院院士:何祚庥)

中国为何要大力发展可再生能源

首先,当代能源技术以及相关产业,正积极向可再生能源方向发展,已为世界共识。国家发改委能源研究所的周凤起同志在一篇《中国可再生能源发展战略》文章中指出国际上有如下六条理由要大力发展可再生能源:(1)能源安全和能源供应多元化;(2)减少温室气体排放;(3)减少化石燃料引起的城市环境污染;(4)替代核能;(5)创造就业机会和发展中小企业的动力;(6)扩大技术和装备出口。

2002年全世界消费的可再生能源为19.66亿t标准煤,约相当于全球一次能源消费总量的13.4%。其中传统利用的可再生能源约占77.5%,新的可再生能源利用约占22.5%。可再生能源发电量占总的发电量17.9%,仅次于煤电39%和气电19.1%,高于核电16.6(%)。

欧盟已规定可再生能源在一次能源中的比例要由1997年的6%提高到2010年的12%,2020年为20%,2050年将达50%;可再生能源电力在整个电力中的比例将由1999年的14%提高到2010年22%。2006年3月底,欧盟首脑会议决定:要在20年内拿出1万亿欧元,投入于欧盟国新的能源产业,转入以可再生能源为主导能源的轨道。

美国也提出到2025年,生物质发电4500万kW ,风电1000 万kW,光伏发电3000万kW,光热发电2000万kW。2006年2月20日,美国布什总统开展了“能源之旅”,参观了许多可再生能源研究所。布什还不断发表讲话,呼吁美国要大力减少油的进口,呼吁发展风能、太阳能,并希望2015年,美国太阳能发电成本,将下降到和火力发电相竞争的水平。

印度2012年可再生能源发电装机将达到10%。

拉丁美洲2010年整个能源的10%将来自可再生能源。

其次,无论从经济,政治还是国防角度我国都需要大力发展可再生能源。

365bet体育线上平台发展可再生能源是,可持续发展的需要;是调整能源结构的需要;是保护环境的需要;是开发西部的需要;西部地区可再生能源资源丰富,占全国资源总量的70%以上;其中风力资源占陆地风力资源85%以上,太阳能资源占90%左右,小水电资源占65%以上;发展可再生能源必将带动西部地区经济的发展和保护西部地区的生态环境;(5)解决农村用能及边远地区用电和生态建设的需要 ,现在我国边远地区仍有700万农户没有电力供应,有的农民连基本的生活用能都没有保障;(6)提高能源供应安全的需要;可再生能源属于本地资源,如生物质能,不仅可转换为电力,还可以转换为代油的液体燃料,如乙醇燃料、生物柴油和氢燃料,为各种移动设备提供能源;因此,发展可再生能源,不仅可以提供新的能源,而且可以提高能源供应安全;(7)开辟新的经济增长点的需要。可再生能源在21世纪将逐步取代化石能源,成为全球新的经济增长点。

首先,大力发展可再生能源是中国走和平发展道路的需要。(1)当代战争的根源,已由对市场、对殖民地等争夺。转向对能源,对资源的争夺。当前集中表现为对石油的争夺;(2)中国必须大力发展可再生能源,避免卷入由于能源争夺,而引起的国际性的战争;(3)能源外交,能源合作和争夺,已成为时代的主题,中国需要大力发展可再生能源,以增强中国在国际谈判中的谈判地位;(4)中国在发展可再生能源中增加的支出,有望在国际能源合作中,获得收益,甚而是极大的收益。

如果不幸而卷入一场战争,中国必须保证能以有限的资源,集中供应战争所需要的能源,所以,需大力节约中国自身所拥有的有限的化石能源,从而能保证战争立于不败之地。能源将决定未来的战争的胜负!现在世界范围内正处于和平发展时期,但是, “居安必须思危”、“有备才能无患”!

可再生能源在资源总量上远远大于核能的资源储量。中国的水能资源远大于中国的天然铀资源;中国的风能资源亦即远大于在使用快中子堆技术条件下,已扩大了60倍利用率的天然铀资源;至于太阳能资源亦远大于所谓“取之不尽,用之不竭”的海水中的氘。诚然,海水中的氘和自然界存在的锂可为受控热核电站提供充足的资源,但仍是总量有限的资源!

可再生能源,有的已在技术上完全成熟(如水能),有的接近完全成熟(如风能),而且其发电成本将远低于核能。有在技术上尚未成熟,其发电成本也较高(如太阳能),但太阳能的资源无限,并已找到有望实现大幅降低发电成本,直至和火力发电相竞争的现实的技术途径。中国必须将尽可能地转向可再生能源为主导的能源结构,应大力发展4种可再生能源:水能,生物质能、风能,太阳能。

第一,水能

2005年年底,我国共有电力装机5亿千瓦,其中水电装机1.1亿千瓦。已知中国水能资源约是7亿千瓦,其中技术可开发是5.4亿千瓦,经济可开发约是4亿千瓦。国家计划投入1.3万亿资金,计划再开发1.9亿千瓦。

当前中国的大力发展水电的最佳时机,建议在15-20年内,国家共投入2万亿人民币,将剩余经济可开发的约3亿千瓦的水电资源都开发出来。

第二,生物质能

中国约有5亿吨标准煤当量的生物质能。可以考虑在农村中大量开发生物质能。但由于光合效应的效率仅为0.2%,很难期望用生物质能做为中国的主导能源。但有望和太阳能、风能、小水电等,共同合作成为主导农村需要的能源。生物质能的缺点是,资源总量有限,但能补充解决其它可再生能源在时间上有间隙性,或地区分布不均的重大缺点。

但是,中国的生物质能毕竟有5 ~6亿吨标准煤当量;而且,随着农业技术的发展,中国也将能大幅度增加桔杆或能源植物的产出。预期这将成为中国农业发展的重大方向。所以我国也必须高度关注生物质能。我以为,其最佳利用方式,是将大量的桔杆经过发酵制成酒精,这将能大幅度缓解机动车和轮船用油的需求。现在在世界范围内出现的一种新动向是:用酒精取代石油;用可适用任何比例的酒精和汽油混合的双燃料车取代仅能在汽油中掺入10%酒精的内燃机车。所以,我国农业发展的还要为缓解能源紧张问题做出贡献,这是我国农业发展重大方向之一。

第三,风能

中国在10米高空的风电资源是2.53亿千瓦,海上约是7.5亿千瓦。由于风电的资源将和风速的三次方成正比,所以如果扩展到50米高空,将是25亿千瓦。现在发展的大风机已进入80~100米的高空,所以如果风能的利用,扩展到80米高空,有望大幅度增加中国的风电资源。前一时期,美国人曾重新估算了世界在80米高空的风能资源,总计约为700亿千瓦。如果中国大陆占世界陆地面积6.4%,可期望中国的风电资源可高达45亿千瓦。

由于风电的运转是3000小时,所以40亿千瓦的风电只能折成20亿千瓦的火电。如果开发其中的1/2,即相当于1000座标准核电站。

在世界范围内,风电技术已相当成熟。已出现有单机为5兆瓦的大风机,并正在向10兆瓦进军!风电成本已具有市场竞争能力,在国外风电成本已下降到和煤电成本相当,甚而比煤电还要低廉一些,并仍在不断下降中。

中国现有风电装机约为50万千瓦。如果到2020年,年平均以40%的速度上升,将能“期望”上升至1亿千瓦,亦即占2020年电力装机12亿千瓦的8%,或发电站总量的4%。

参考欧洲各国迅速发展风电的经验,平均年增长40%,并不是不可设想发展速度!近5~6年来,德国风电以年平均36%的速度上升,法国更以60%的速度急起直追。从2020年到2050年,如果进一步年平均以9%~10%的速度上升,将能“期望”风电由1亿千瓦的装机,上升到约16亿千瓦的装机。

中国陆上的风电资源,集中在内蒙古以及东北、西北的部分地区。海上风电资源尤其丰富,特别是东南沿海的台风地区。

中国将能期望由西南地区的水电,东南沿海地区的风电和北部、东北西北地区的风电,较为均衡地分别实现各不同地区发展所需电力。

蒙古人民共和国境内有比内蒙地区更为丰富的风电资源。所以,我国风电产业进一步的发展方向,将是和蒙古人民共和国合作开发属外蒙地区的风电资源。

风力发电还能有效地遏制温室效应和沙尘暴灾害;风力发电也是解决边远农村独立供电的重要途径。

第四,太阳能

简单的计算表明:中国的太阳能资源将至少是风能资源的100倍!

一个简单的设想是:中国的沙漠地区将能集中地提供丰富的太阳能。我国现有沙漠约52万平方公里,有沙漠化土地17.6万平方公里,潜在沙漠化土地15.8万平方公里,三者共计为85.4万平方公里。大部分集中在内蒙古地区和新疆地区。

一个尖锐的问题是:到2050年,中国是否需要用到太阳能?

如果2050年需求30亿千瓦的电力,一个可能的结构是:9亿火电+5亿水电+2亿核电+8亿风电+6亿太阳能发电=30亿千瓦。

其实,9亿千瓦的火电也是一个不可接受的数字。这意味着中国的二氧化碳的排放量,将远大于当前世界第一的美国!其实,5亿水电、2亿核电、8亿风电都已经达到资源所能提供的极限。所有的缺额,都只能由太阳能发电来补充。

当前,太阳能发电成本约是火电的10倍,(一说为11~18倍,可能这是与中国的火力发电成本相比较),但是,在未来的发展中,太阳能发电有可能下降到和火力发电相竞争的水平。现在在国内若干地区,已建成了某些光伏发电的示范电站,其发电成本约是每千瓦时为人民币5元。但是,已有一些值得关注的技术方向,有可能大力降低太阳能光伏发电成本。计有:1)有可能设计出能大幅度降低纯净硅料成本的专用炉;2)已出现某些高效、简易可行、但又成本低廉的集光技术,将能大幅度提高光电池的电能产出;3)目前单晶硅或多晶硅的光电转光率约是15%,砷化镓约是25%,但理论分析表明,上述两种材料均还有大幅度提高其光电转化效率的潜在能力,其理论上可能的转化效率,可高达40%~60%!因此,综合地应用上述技术,将能预期在10~15年的时间内,将太阳能光伏发电成本,下降到可以和火力发电相竞争的水平。

但是,可再生能源的重大缺点,是有风有电,无风无电,有太阳有电,无太阳无电。为保证风能、太阳能的持续供应,就要相应地发展能调节供求的调峰电站;而这一技术,却有可能通过太阳能热发电加以解决。人们将可能将太阳能聚集在某一大型储热罐,并用适当的气体,导热按需求发出所需电力。现在也出现了某些大幅度降低太阳能热发电成本的新的设想。所以,人类的未来,将可能依靠可再生能源充分满足当代以及子孙万代对能源的需求。

人类即将迎来一个广泛利用可再生能源的新时代!


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