传统能源结构与利用模式显然是不可持续发展的。通过开发清洁能源、改善能源结构,开发节能技术、推广节能产品、限制能源消费,有效减少能源消费总量,提高能源效率,可以相对减轻人类生产、生活系统对不可再生能源(化石燃料、生物薪材等)的依赖程度,减少碳排放量,恢复碳循环平衡,抑制全球变化。这要求我们必须实现从碳能源经济向太阳能经济的转型。总体上讲,能源战略应该包括:抑制能源消费、转变能源结构、提高能源效率,实现能源的可持续利用几个方面。
实现从碳能源经济向太阳能、风能、氢能、地热能经济的转型,是经济系统实现可持续发展的必要条件。这些能源虽然现在还没有得到充分的利用,但至少每一种都已经在某个国家或地区开始或者已经成功应用,只是它们在能源结构中所占的比例有限,没有成为能源的支柱。但这些清洁能源的使用有助于改善能源结构,促进能源安全,维持社会的持续运转。
一、风能开发目前在技术上相对成熟
风能作为一种异常丰富、用之不竭、便宜、分布广的清洁能源,已经成为许多国家新能源开发的重点之一。在众多的可再生能源产业中,风力发电的增长速度最快,年增长率达到35%。由于风力发电技术相对成熟,许多国家投入较大、发展较快。其中美国、意大利和德国年增长高达50%以上。1995年到2002年间,世界风能发电量猛增五倍多,达到31100兆瓦,德国、西班牙和美国风能发电量位居前三位。世界风力发电能力现在足以满足挪威、瑞典、芬兰、丹麦和比利时所有居民对电力的需要。
在世界风能发电量快速增长的同时,单位发电量的成本也在逐渐下降,从20世纪80年代每千瓦时38美分降至2001年的低于4美分。2003年4月,哈里8226;布劳恩提出了一个迅速向风能/氢能经济转型的建议。他认为风轮发电机工业与汽车工业所需的技术领域和手段几乎相同,一旦风轮发电机能够像汽车那样进入大批量生产时,就可以使风力发电的成本降低到每千瓦时1~2美分。[1]有人专门考察过汽车生产与风轮发电机生产所涉及的技术基本上是相同的。汽车生产技术体系只要加以改造就可以很好地适应生产风轮发电机的需要。这好像应该是汽车生产企业转产的一个很好的方向。
我国风能资源丰富。资源丰富的地区主要集中在北部、西北和东北的草原、戈壁滩以及东部、东南部的沿海地带和岛屿上。此外,海上风速比陆上高,湍流小,符合风能发电要求。我国东部沿海地区水深2~15m的海域面积非常巨大。
我国目前风力发电的成本约为煤电的1.7倍。随着风力发电技术的不断发展、规模化经营成效日益明显,风电价格会不断下降。如果能够考虑到环保和地理因素,政府税收和财政补贴方面能够给予适度的优惠和相应的支持,我国的风力发电产业就可以与火电等能源展开竞争。并为我国未来的能源安全框架提供有力的支撑。
表-1 世界与我国可再生能源规模
资料来源:广州能源研究所建设的中国新能源网和中国新能源与可再生能源网。
但风力发电有其自身的局限性。由于风的随机性,风电不能调度,它不可能完全替代其他能源满足电网的全负荷要求。只有当风电装机容量不超过当地电网总容量的10%时,风电才不会对电网运行的质量造成不利影响。因此,不能把未来发电的主体寄托于风能,能源能安全还需要各种能源产业的协调发展。
二、太阳能是当前可再生能源中发展最快的一种,并将成为人类未来主要的能源
地球生态系统的能量归根结底都来源于太阳能(包括风能、水能、生物质能、化石能源等)。太阳能通过生物转换成为生物质能。生物对太阳能的利用效率是很低的。全球生物质生产规模注定是有限的,并且从总体上进一步提高的潜力也不大。而我国陆地每年接收的太阳能总量相当于24000亿t标准煤。我国2/3以上地区的年日照时间大于2000h,年均辐射量约为5900MJ/m2。青藏高原、内蒙古、宁夏、甘肃北部、陕西、河北西北部、新疆南部、东北以及陕甘宁部分地区的光照尤为突出。如果按陆地面积的1%、太阳能电池的转换效率平均按20%计,每年太阳能可提供相当于48亿吨标准煤的能量。这一能量供给水平约为我国目前年能量需求量的3倍。
从产业发展的角度分析,无论是我国、还是全世界,太阳能产业都正处于迅猛发展的阶段。1998~2001年我国太阳能电池及其组件销售额以年均26%的幅度高速增长。到2001年底我国太阳能电池累计装备容量达到23.5MWp。2002年由于国家发改委“送电到乡”工程的实施,太阳能电池及其组件当年销售量达到16MWp,比2001年激增4.5倍。而根据Strategies Unlimited调研公司的调研结果显示,2004年全球太阳能电池销售量估计超过了990兆瓦,较2003年增长47%;2000-2004年5年间,全球太阳能电池销售量年均增长率超过了40%。
从技术层面上分析,太阳能电池的能量转换效率也在不断提高。根据美国国家再生能源实验室的测量结果,最近SunPower公司开发成功的A-300太阳能电池光电转化效率达到了21.5%。而目前正处于开发阶段的第三代太阳能电池,其太阳能转换成电能的卡诺循环效率理论上可以达到95%。无限增加太阳能电池的层数,理论上层叠电池(Tandem Cells)可获得的最高效率为86.8%。最简单的多能带电池(Multiple Band Cells)是3能带电池,其极限效率可以达到63.2%,随着能带数的增大,效率还可以进一步提高。冲击离子化电池(又叫量子点电池(Quantum Dot Solar Cells))的极限转换效率为85.9%。热载流子电池(Hot Carrier Cells)极限效率约为85.8%,热太阳电池(Themo-photo-voltaics Solar Cells)的效率可达85.4%。这说明提高太阳能电池的效率还有很大的空间。[2]
可以预言,随着化石能源的逐渐耗竭以及太阳能技术和产业规模的进一步发展,太阳能将最终取代其他能源,成为人类最主要的能源。预期的战略能源地位会逐渐得到巩固和发展,并将最终成为人类未来最主要的能源支柱。但从目前情况来看,太阳能发电成本约为火电成本的几倍到十几倍。发电成本高是制约其发展的重要因素。如何提高技术水平和降低太阳能发电的生产成本将成为制约我国太阳能产业的关键因素。国家应该在超越个人的层面上发挥调节和引导作用,通过政府补贴和税收优惠促进关系国计民生的重要产业的发展,造福长远。
三、抑制能源消费是解决能源危机的重要途径
上面我们谈的是能源结构的转型。既然能源对于人类是有限的,那么通过抑制能源消费、提高能源效率,同样也可以起到控制系统能量流量、维持系统良性运转的目的。在抑制能源消费方面,限制汽车消费首当其冲。汽车工业是现代工业社会的核心产业,汽车在为人类提供了速度和便利的同时,它不仅消耗了大量的钢铁和石油资源,产生了大量的尾气污染环境,而且需要占用大量的耕地修建停车场和公路。据布朗估计,如果按美国的标准每个家庭拥有1~2辆汽车,中国每天就要消耗8000万桶原油,比目前世界每天全部的石油产量还要多。而且为数以亿计的汽车修建停车场和公路,需要占用1600万公顷的土地[3]。中国没有足够的石油资源保障能源安全,更无法满足汽车鲸吞土地的胃口。显然10多亿人口的基本生存问题(粮食和土地)比汽车更重要。
在中国发展以汽车为中心的交通系统,是一个显然有悖社会公平的决策,没有汽车的人,同样也要为发展汽车交通事业支付环境成本(包括污染、健康、占地)、承担能源危机的后果。对于资源制约型的中国经济,大力发展汽车工业不啻为一项不合时宜的奢侈之举。
如果在中国不是选择优先发展公共交通和清洁交通,而是继续发展以汽车为中心的交通系统,可能面临的能源安全问题将更加严重。而限制汽车消费,可以起到降低能源需求,减少土地资源浪费,提升国家能源安全的多重效果。
是身份的象征,还是落后的注脚。网上车市的一份调查表明,超过65%的被调查者认为汽车不仅是代步的工具,而且是显示身份的消费品,所以汽车品牌、汽车外形等也是购车时相当重要的考虑因素。一个社会中的大部分人(65%)把汽车作为身份和品位加以追求,忽略了汽车污染环境和危害他人的特性。这确实只能作为社会愚昧与落后的注脚。
很多人,尤其是传统的经济学家有一种惯性思维。凡是发达国家在发展过程中的经历过的历史阶段,中国在发展过程中也必然经历;凡是发达国家在相应的发展阶段出现的问题,在中国一定会发生。当然发达国家在解决这些问题的办法也一定是可以借鉴的。我就曾见过一个会议论文集,这本论文集中有n篇论文引用同一段话说明同一个问题,得出同一个结论。可谓n篇一律。这样的学问既没有自己的思维,也没有自己的语言,实在没有评说的必要。我们大家应该充分认识到,发达国家发展的相应历史阶段,可供选择的道路与当代可供选择的道路显然是不同的。历史的经验与教训可供借鉴,现实的更加科学合理的道路可供选择,为什么我们不能选择更加合理的道路?有机会大家还是多说几句属于自己的话吧。
美国等西方国家,汽车产业是其核心产业。汽车产业推动了美国经济的腾飞,同时也把美国绑在保障能源安全的战车上,能源安全成为其战略中心。中国没有足够的财力和军力像美国那样保障能源的安全。即使我们有足够的力量保障我们的能源安全,由此造成的环境污染我们也难以承受。对中国而言,发展公共交通和清洁交通才是根本之计。
四、大力提高能源效率,推广节能产品和工艺
按照目前我国GDP的年增长率和能源消耗的增长速度比例推算,我国对煤、电、油的消耗量大约每5年增加1倍。如果继续以这种粗放型的增长方式实现工业化,我国的资源需求量将逐渐超过世界其他国家资源消费量的总和。
数据表明,我国工业占能源消费总量的比重自1990年以来始终保持在70%左右的水平,明显高于发达国家。每百万美元国内生产总值能耗,我国为1274吨标准煤,比世界平均水平高2.4倍,分别比美国、欧盟、日本、印度高2.5倍、4.9倍、8.7倍和0.43倍。电力、钢铁、有色金属、石化、建材、化工、轻工、纺织等8个行业主要产品的单位能耗平均比国际先进水平高40%,其中火电煤耗高22.5%,大中型钢铁企业吨钢可比能耗高21.4%,铜冶炼综合能耗高65%,水泥综合能耗高45.3%,大型合成氨综合能耗高31.2%,纸和纸板综合能耗高120%。机动车百公里油耗比欧洲高25%,比日本高20%。我国建筑采暖、空调能耗均高于发达国家,其中单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近的发达国家的2~3倍。我国的能源利用效率不仅大大低于发达国家,也低于世界平均水平,在能源开采、运输、使用三个环节上都存在严重的浪费现象。
预计到2020年底,我国房屋建筑面积将达686亿平方米,其中城市261亿平方米。但到目前为止,不仅400多亿平方米的城乡建筑中有99%为高耗能建筑,而且新建的数量可观的建筑中,也有95%以上属于高能耗建筑。单位建筑面积采暖能耗约为气候条件相近的发达国家新建建筑的3倍左右。发达国家从1973年能源危机之后开始关注建筑节能,后来由于减排温室气体、缓解地球变暖的需要,更加重视建筑节能。在生活舒适性不断提高的条件下,新建建筑单位面积能耗已减少到原来的1/3~1/5,对既有建筑也已经组织了大规模的节能改造。如果我国能够从现在起下定决心狠抓建筑节能,对新建建筑全面强制实施建筑节能设计标准,并对既有建筑有步骤地推行节能改造,预计到2020年,我国建筑能耗可减少3.35亿吨标准煤,空调高峰负荷可减少约8000万千瓦时(约相当于4.5个三峡电站的满负荷发电量,可减少电力建设投资约6000亿元),能源紧张状况必将大为缓解。[4]
如果我国的能源效率能够达到日本当前的水平(1:8.7),我国就可以在不增加能源消耗的情况下实现经济翻三翻多;或者说,我国可以以年均7%的增长率持续增长30余年。可见我国在提高能源效率方面存在着巨大的潜力和非常可观的效益。并且节能还意味着保护环境。每节约一度电,就意味着要消耗掉0.4千克标准煤、4升水,同时排放0.272千克粉尘、0.997千克二氧化碳、0.03千克二氧化硫、0.015千克氮氧化物。
采用节能技术和节能产品,节约资源的潜力巨大。比如,与普通白炽灯泡相比,小型日光灯只消耗1/3的电力,而寿命却延长了9倍。如果每个家庭都用小型日光灯取代白炽灯,用于照明的电力就可以减少一半。[5]美国还推出了“太阳能路灯计划”,旨在让美国一部分城市的路灯都改为由太阳能供电,根据计划,每盏路灯每年可节电 800 度。
五、生物质能开发是能源开发的误区(详见另文)