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传统的世界观形成在19世纪中叶,其科学基础是牛顿的三个机械定律和热力学第一定律,以及达尔文的“进化论”。基本的观念是“物质不灭”和“能量守恒”,“运动着物质的永远循环是宇宙的最终结论”,认为世界总的方向是从无序向有序发展。全社会的目标是建立一个“物质极大丰富”的人类大同世界,地球上的资源和能量将随着技术的发展“取之不尽,用之不竭”。
1850年,德国科学家克劳修斯总结并发表了热力学第二定律,即“熵定律”(加入的热量/绝对温度=熵),他认为:热可以自发地从高温传向低温,而低温不会自发的传向高温。简单地说,一杯热水可以自己变冷,确不会自动变热,除非借助外部更多的能量。能量虽然守恒,但质量却发生了变化,一桶温水可能比一小锅开水所含的热量要多,但它永远煮不熟一个鸡蛋。熵会自发的越来越增加,而不会自动减少。热向何处去了?向更低的温度散去,直到绝对温度-273℃,一旦散去将难以重新聚积,一旦能量散尽,温差将消失,宇宙将热寂,能量实际上是从有序向无序发展。
进入20世纪,随着科学的发展,人们对世界的认识也在深化,科学家发现热力学第二定律是一个具有普遍意义的真理,而并非“形而上学”。特别是俄藉比利时科学家普利高津,对热力学第二定律进行了广泛的延伸,并创立了耗散结构理论。不仅能源科学进一步证实了这些理论的正确性,而且资源专家也相信尽管物质不灭,但资源的品位将逐渐失去,最终将无法再利用。宇宙天文学家肯定地认为:对于太阳和地球,熵定律是一切自然定律中的最高定律,因为对于宇宙和天体的研究,越来越证实这一定律的正确。物理学家也发现时间是不可逆的,如同熵增加的过程也不可逆转一样,时间和能量起源于一点,时间最终指向熵增加。生物学家发现生命的过程也在熵定律的涵盖之下,生命就是一个能量转换的过程,生命的能量过程就是整个宇宙的能量过程中的一部分,生命逝去的过程恰恰就是一个熵增的过程。而环境学家也认为熵增正是地球环境面临的基本规律,甚至社会学家和经济学家也在沿用这一定律来分析、认识和解释问题。
熵定律已经成为一种新的世界观,它为人类规范了一种行为界线,我们无法逆转熵的方向,就像无法逆转时间一样,但是可以减缓熵增加的速度和过程,通过我们对自身的生活方式和行为方式的调整和约束,通过科学技术进步和社会观念进步,来减缓有效资源和有效能量的耗散速度。20世纪70年代之后,先后两次石油危机,使人们更加坚信不移,世界的资源不可能无限制地支持人类的高速发展和肆无忌惮地消费,“物质极大丰富”仅仅是一个梦想,社会、经济发展的有序性是由更多的无序作为代价的。因此,“可持续发展”、“绿色GDP”和“循环经济”等观念开始成为人类文明的主题,影响人类的发展进程。
在熵的世界观的感召下,为了落实可持续发展的战略转变,一些以节约资源、保护环境、提高能效为核心的“行动浪潮”在发达国家迅速涌起,相应提出“能源需求侧管理(DSM)”、“合同能源管理(EMC)”、“综合资源规划(IRP)”、“资源环境交易”、“温室气体减排机制”、“能源服务公司(ESCO)体系”等,这些立足于需求侧的能源优化和以节能环保为发展空间的市场化运作手段得到全社会的支持,同时也提出了在需求侧和一些小规模资源综合利用现场直接建立相关的能源利用设施的必要性。从而分布式能源(DE)发展也提到议事日程上来。
(一)节能优先发展战略
提高能源利用率是确保中国中长期能源供需平衡的先决条件,中国人口基数大,到21世纪中叶将超过15亿人。无论是从国内资源还是世界资源的可获量考虑,中国只有创造比目前工业化国家更高的能源效率,才可能在有限的资源保证下,实现高速经济增长和达到中等发达国家人均水平,如果仅从增加供应量出发,则无法确保能源供需平衡。因此,在国家能源发展战略上要充分体现把提高能源效率作为基本立足点。
根据大量案例研究和综合分析,提高能源效率的节能潜力很大。如果用国际上先进的技术和设备替代现有的落后技术和设备,全部节能潜力可达目前能源消费量50%,如用国内已有的先进技术和设备进行落后设备的更新,总节能潜力可达目前能源消费量的30%。
(二)优化能源行业结构
半个世纪以来,世界大多数国家早已完成了由煤炭时代向石油时代的转换,现在正向石油、天然气时代的过渡,并初步向新能源时代迈进。1950年,煤炭在世界一次能源结构中占75.7%,1970年下降到30.5%,1996年为26.9%,而1996年世界能源结构中石油占39.5%,天然气占23.5%,二者共占63%。到2003年世界一次性能源生产结构为:石油占38%,天然气占24%,煤炭占26%,核能占6%,水电占6%。石油依然是世界上最重要的一次性能源。
从世界各国发展趋势看,工业化国家无一例外均采用了以油、气燃料为主的能源路线,逐步减少固体燃料的比例是世界各国提高能源效率、降低能源系统成本、提供优质能源服务的必然选择。OECD国家的一次能源结构中煤炭比例均小于30%,由于历史的原因,中国一直维持着以煤为主要能源的结构,但随着消费量的增大,其弊端日益明显。
世界能源供应随着生产力发展水平的变化而变化。到目前为止,人类社会已经历了三次能源变革,总的趋势是低含碳燃料逐步替代高含碳燃料,即:薪柴—煤炭—石油天然气,未来有可能向氢能方向发展。第一次能源变革是指煤炭替代薪柴的能源转换。18世纪下半叶,瓦特发明了蒸汽机,从而推动了煤炭的生产。到20世纪初,煤炭在能源消费结构中的比例上升到60%,从而完成了煤炭取代薪柴的能源转化过程。第二次能源变革是指石油代替煤炭的能源转换。二次世界大战后,世界石油生产迅速上升,石油在能源消费中的结构从1950年的27%上升到1967年的40.4%,而同期煤炭的比重则从61%下降到38.8%,这标志着人类社会进入了“石油时代”。第三次能源变革是由矿物能源向非矿物能源的转变。自20世纪70年代的首次石油上涨,引发了两次全球性能源危机以及海湾战争的爆发,这促使人们采取措施减少对石油的依赖。目前是第三次能源变革的起步阶段,重点开发生物质、水能、太阳能、风能和氢能等新能源和可再生能源。
根据全球趋势,中国要改变能源消费以煤为主的状态需要几十年的时间,但是我们必须清醒地认识到这个问题,并从现在起就向着这个方向努力。由于中国能源消费总量巨大,优质能源所占比例过小,因而想单纯依靠某种优质能源进行替代是不现实的。大家都知道,OECD国家的油气比例在60%以上,中国现在为20%,如果我们想把这个比例在2020年提高到30%,就要供应3.5亿吨原油和2000亿立方米天然气。水电装机容量2000年是7000万千瓦,核电是210万千瓦,到2020年,水电将达到2.1亿千瓦,核电达到4000万千瓦,届时可分别占一次能源的10%和3.7%。可见,能源供应优质化是一个艰难的过程,需要采取多种措施去发展多种优质的清洁能源。
(三)发展清洁煤技术
改变能源结构、实现能源结构优质化和多元化是我们发展能源战略的基本目标,但无论如何,煤炭在未来几十年中仍将是中国的基础能源,因此,清洁地利用煤炭必将是能源工业的重要任务之一。
决定煤炭生产成本和前景的是煤矿的质量,而并非一个国家的实际储藏规模。应该这样讲,影响今后煤炭供应的最不确定因素是环境政策对需求的冲击。对煤炭的需求主要取决于电力部门的洁净煤技术能否满足环境需求。同时取决于用煤发电是否对用其他燃料发电更具竞争力。煤炭对世界能源消费始终具有重要意义。因此,洁净煤是解决能源发展问题的必然选择。由于煤炭的非洁净利用是中国大气的主要污染源。根据有关统计数据显示:燃煤排放物占总量的比例为二氧化硫为8.5%,二氧化碳为8.5%,氮氧化物为60%,烟尘为70%。其中,二氧化硫排放量为世界第一,二氧化碳排放量为世界第二,氮氧化物、二氧化硫均超过环境自净能力。国外研究表明:大气污染造成的经济损失占GDP的3%~7%。如不能有效控制,经济发展成本会越来越大。因此,我们面对的是:一方面是能源的主要提供者,一方面是大气污染的主要污染源。煤炭对中国而言无疑是两难选择。能源资源禀赋特征和中国的现实决定了洁净煤利用是两难选择中的必由之路。
(四)保证能源供应安全
为了保证能源供应的安全,降低进口的风险,我们须采取以下措施。
多元化、多边化和多途径。多元化指进口多种油气产品;多边化指从多国或多地区进口油气;多途径是指进口方式的多样化,如直接进口、合作开发、在国外建立石油基地等。考虑到今后进口原油主要来自中东,除马六甲海峡外,开辟泰国南部的原油通道与俄罗斯远东石油管道将有利于石油供应的安全。建立东北亚能源供应共同体,将更适应世界多极化发展的格局。
建立能源储备制度。完备的石油储备制度是能源供应安全的保障,中国需立即着手建立国家和地区的石油储备体系。
解决石油的替代问题。一是水煤浆代油,此技术应积极推广;二是煤合成液体燃料,中国正分别与美国、日、德等国合作研究开发;三是生物质液化,可引进技术或进行合作生产;四是发展天然气汽车和电动汽年。
(五)可再生能源的发展
从根本上来说,只有可再生能源才是清洁能源,因而它是我们最终的追求目标。近年来世界上可再生能源发展迅速,技术逐步趋于成熟,经济上也逐步被人们接受。欧洲一些国家拟在2010年使可再生能源在一次能源中的比例达到10%,中国政府也制定了1996~2010年新能源和可再生能源发展纲要,要求15年中实际使用的可再生能源数量从目前的近3亿吨标准煤增长到3.9亿吨标准煤。
为加快可再生能源的发展,政府需加大研究、开发和商业化的资金投入,并提供减免税收、价格补贴、低息贷款等一系列的经济激励措施。这不仅是发达国家,也是发展中国家发展可再生能源的共同经验。
能源问题是全球性问题,实现可持续发展,关系到人类的前途和命运,影响着世界上每一个国家,每一个民族,以致每一个人。1992年6月,联合国在巴西的里约热内卢召开环境与发展大会,期望在全球范围内,采取协调一致的行动,有效地解决环境与发展问题,并制定了实施既满足当代人的需求,又不对后代人满足其需求构成危害的全球可持续发展战略。大会通过了《里约环境与发展宣言》、《21世纪议程》以及《关于森林问题的原则声明》等重要文件,并签署了联合国《气候变化框架公约》、联合国《生物多样性公约》,充分体现了人类社会可持续发展的新思想,尤其是《21世纪议程》,已经成为指导世界各国制定和实施可持续发展战略的纲领性文件,为21世纪人和自然的发展,为人口、资源、环境以及经济和社会的协调发展指明了正确的新方向。
(本文摘自《中国能源发展报告》,由中国网独家发布。其他媒体不得以任何形式擅自转载,否则将负法律责任。)
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