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浅谈人类解决能源问题的途径

2020-04-02 18:59能源 人已围观

简介预报天气今天预报天气浅谈人类解决能源问题的途径_能源/化工_工程科技_专业资料。随着科技的进步,高新技术的不断发展。无论是在工业,农业,还是第三产业服务业,都是处于人类历史上发展最快的一个阶段...

  浅谈人类解决能源问题的途径_能源/化工_工程科技_专业资料。随着科技的进步,高新技术的不断发展。无论是在工业,农业,还是第三产业服务业,都是处于人类历史上发展最快的一个阶段。同时,高速发展的势态对于能源的需求大幅提高。本文分析了能源的重要性以及当今世界所面临的能源问题,通过对一些数据的分析得出对于当前能源使用的现状。由现状引出对能源问题现状产生原因、解决办法的思考。解决能源问题主要由两个方面组成:开源、节流。本文对开源的技术方面以及节流的政策方向做了阐述。

  浅谈人类解决能源问题的途径 摘 要:随着科技的进步,高新技术的不断发展。预报天气今天预报天气无论是在工业,农业,还是第三产业服务业,都是处于 人类历史上发展最快的一个阶段。同时,高速发展的势态对于能源的需求大幅提高。本文分析了能源的重 要性以及当今世界所面临的能源问题,通过对一些数据的分析得出对于当前能源使用的现状。由现状引出 对能源问题现状产生原因、解决办法的思考。解决能源问题主要由两个方面组成:开源、节流。本文对开 源的技术方面以及节流的政策方向做了阐述。 关键词:能源 能源问题 发展 解决途径 中图分类号: Solutions on energy issues Abstract:With the development of science and technology, high-tech industry has made progress substantially. Regardless of the industry, agriculture and the tertiary industry, service industry, the industries are all in the phase which is developing rapidly. At the same time, the situation of rapid development has demand of energy. The paper analyzes the importance of energy resource and its problems which our current world are faced with. It discusses the situation of the usage of energy resource in current society through the analysis of some data. Then, it also involves the thinking of causes as well as solutions of energy resource. The solutions falls into two broad categories: new energy creating and energy saving. This article refers to techniques of new energy resource creating and policies of energy saving. Key words: Entergy Resource; Energy Problem; Development; Solution 0 引言 从煤炭的发现,到蒸汽机的发明和改造,成就了第一次工业革命。接着150年前发现的 石油, 至20世界初叶简单的石油利用技术, 再到20世界中叶后石油作为一个划时代的产物成 为社会发展的绝对主力军。能源一直为人类的进程和发展做出着不可磨灭的贡献。 因而, 可以说能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力, 是人类赖以生存的基 础。但是,自上述工业革命以来,伴随着能源的利用,能源安全问题也开始出现。在全球经 济高速发展的今天, 国际能源安全已上升到了国家的高度, 各国都制定了以能源供应安全为 核心的能源政策。在此后的二十多年里,在稳定能源供应的支持下,世界经济规模取得了较 大增长。但是,人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时,也遇到一系列无 法避免的能源安全挑战, 能源短缺、 资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题威胁 着人类的生存与发展。 1 能源的重要性 人类迄今已有400万年的历史,消耗的能源也日益增长,其中煤、石油等是今天主要的 能源来源。今天,能源更在国民经济中具有特别重要的战略地位。现代化程度越高的城市对 能源的依赖越强,因为能源在维系以下重要功能:照明、交通、餐饮、供暖、降温、自动化 管理系统。从现代社会的运行以及发展来看,能源问题的重要性主要体现在如下几个方面。 1.1 能源是经济社会的驱动力 能源是国家经济的命脉,并制约着社会的发展。能源产业是国家机器运行的基本条件, 几乎所有产业都与能源有直接或者间接的关系。 其次, 与能源有关的产业直接关联的上游产 业和下游产业,涵盖了社会生产、流通、分配和消费的许许多多产业部门、行业和企业,它 们加在一起, 在整个国民经济构成中占有相当大的比重。 通过能源的供应来保证各个产业链 的完整, 也保证了产业链条各环节的基本有效运行, 从而为整个社会以及国家机器的运作提 供稳定的动力源保证。 能源在经济方面的直接体现还可以由并不符合经济学简单原理的石油 价格来表示。根据经济学原理,价格的高低是由需求曲线和供给曲线的交叉点决定的,但是 国际原油价格往往不受这种规律的控制。2008年7月11日世界原油价格从六年前的25美元/ 桶上升到147.27美元/桶,创下历史天价。此轮油价上涨,原因复杂,时间长,史无前例,致 使美国次贷危机加速爆发,甚至带来了新一轮的全球金融危机,世界经济由此重创,至今经 济余震未完全消除。能源对国家经济甚至世界经济的驱动能力不言而喻。 而在中国,自从20世纪50年代以来,中国的工业水平不断发展,特别是改革开放以来, 能源供应能力不断增强,社会经济持续快速发展。但日益增进的需求无法得到满足。能源供 给不足的问题日益凸显。能源已然成为制约社会发展的因素之一。对于人口众多,工业结构 并不合理的我国来说,高耗能企业占了很大一部分比例,所以能源消耗总量巨大。而我国的 石油、天然气等能源总量虽然居世界前列,但由于工业结构和人口问题,人均占有量偏低。 一大部分能源需要依靠从国外进口, 能源的消费也就成为了一笔巨大的消费。 进入21世纪以 来, 随着工业化和城市化步伐加快, 高耗能行业的存在使得能源对社会发展的制约更加明显。 1.2 能源对世界格局变动的影响 能源因素不仅参与了对国际政治格局的塑造, 有时甚至在国际关系发展演变过程中起决 定性作用。 能源在国际冲突和战争中的作用是能源直接影响国际关系的最佳例证, 而能源价 格波动则对国际关系、 世界格局产生着更长期和深刻的影响。 能源在一国对外政策中有着非 常重要的地位,发挥着十分重要的作用,对世界格局的变动产生着重要影响。 伴随着能源消耗数量的不断增长, 能源短缺与枯竭的趋势愈加明显, 能源对世界格局重 组、塑造的影响愈加突出。在所有的能源种类中,石油是全球消费比例最高的能源。石油作 为一种战略资源,现代工业社会的“血液” ,其安全关系着国家政治外交的影响力。某种意 义上,能源也具有政治商品属性,是“战略政治商品” 。 由于其具有特殊战略价值, 围绕着石油资源各种政治力量展开了争夺, 而世界能源中心 的每一次转移,都导致世界政治格局的相应变化,从而形成一幅幅新的世界能源政治图景。 美国前副总统切尼领导的国家能源政策发展小组的研究报告指出, 未来 20 年, 美国的 石油消耗量将增加三分之一,石油产量将下降12%; 到 2020年,进口石油将占美国石油消 费的三分之二。 “911” 后美军进驻中亚, 同样具有明显控制里海石油的战略考虑。 相比之下, 对世界石油市场需求较大的日本和欧洲等主要力量在美国面前都将处于明显弱势地位。 1.3 能源关乎生存环境 一直以来,我国的经济发展以能源的过度消耗、环境的恶化为代价。目前,环境污染和 生态破坏是中国所面临的最大挑战之一。 经济发展再也不能以环境的继续恶化甚至是长期得 不到治理为代价。 中国的环境问题也不仅仅是污染物问题, 更应该关注到能源的过度开发所 带来的对人类生存环境的破坏。由于对能源的过度开发,所带来的生态、水资源的破坏已相 当严重,很多地方已不适宜人类居住。中国还有很多地方连吃水都没有解决。如果继续保持 这种经济发展方式,继续对能源过度开发,对环境进行破坏,中国人的生存条件将会越来越 差。 根据国际能源机构( IEA, 2002) 的资料, 2001年我国能源消费的 CO 2 排放量约为31.12 亿吨,占全球能源消费 CO 2 排放总量的13.14% , 占我国 CO 2 排放总量的90%以上, 已成 为世界第二大 CO 2 排放国家. 2001 年我国单位 GDP 的 CO2 排放强度为2.43kg/美元, 是 世界平均水平的 3.52 倍, 单位能源消费的 CO 2 排放强度为2.69t/t 标准油, 比世界平均水 平高出14%. 单位能源消费的 CO 2 排放强度取决于能源消费结构及单位GDP 能耗.要控制 我国 CO 2 等温室气体排放量, 在我国经济快速增长和人民生活水平提高的情况下,优化我 国能源消费结构,降低我国单位GDP 能耗显得非常重要。 中国的 SO 2 排放量居世界第一位, 2000 年 SO 2 排放量达到1165 万吨 (未计香港、 澳 门和台湾地区)。我国有一半以上的北方城市及1/ 3 以上的南方城市受到了 SO 2 浓度超标的 威胁. 燃煤排放的 SO 2 是造成酸雨的主要原因,我国酸雨区面积90 年代中期比80 年代扩大 了100万平方公里之多,当前我国年均降水pH 值低于5.6的区域面积已占全国面积的30%左 右。 造成大气环境严重污染的主要原因是中国以燃煤为主的能源消费结构, 并且没有对煤 炭利用采取有效的环保措施. CO 2 排放量的71%、 SO 2 的87%、 NO x 的67%、烟尘的60% 来自于燃煤, 煤炭的环境污染已经成为了我国可持续发展必须考虑的重大环境问题之一.此 外机动车快速增长所带来的 NO x 污染正在加剧. 由于较严重的环境污染, 造成了高昂的经 济成本和环境成本, 并对公众健康产生较明显的损害,国内、 外研究机构的成果显示,大气污 染造成的经济损失占 GDP 的3% ~ 7% 。 2 能源结构的特点 2.1 全球能源结构的特点 从总体上看,21世纪,世界能源的需求量仍将继续增长,但能源开发结构无疑将由石油 主导型发展为多元共进型,可再生能源将迅速发展。由于能源结构调整和变化的周期较长, 因此,在相当长的一段时期内,世界能源形势表现出下述特征: 第一,传统的矿物燃料仍将是世界较长一段时期内能源生产消费的主体。这是因为,世 界能源需求在2020年将达到110-352亿吨标准煤,如此巨大的能源需求是任何一种新能源在 短期内都无法满足的,而矿物燃料的资源目前看依然较为丰裕,价格也比较低廉。有 第二,能源开发利用所造成的环境问题日趋严重。目前,在许多发展中国家,城市大气 污染已达到十分严重的程度,在欧洲和北美,出现了超越国界的大气污染,形成了广泛的环 境酸化,上千个湖泊的湖水酸度达到了不能支持鱼类生存的程度。欧洲的部分土壤,其树根 部100厘米深度内已经酸化。据较为保守的估计,欧洲仅材料腐蚀和鱼类损失,每年就达30 亿美元,若计入庄稼、森林和人体健康受到的损害,每年将超过100亿美元。目前全球性的 能源环境问题主要为:酸雨、臭氧层破坏、水资源污染、温室气体排放等。 第三, 能源生产消费结构将出现多元化趋势, 特别是可再生能源和核能将会发挥较大的 作用。核能也将成为发电最有希望的潜在能源之一。 2.2 中国能源结构 作为世界上最大的发展中国家, 中国是一个能源生产和消费大国。 能源生产量仅次于美 国和俄罗斯,居世界第三位;基本能源消费占世界总消费量的l/10,仅次于美国,居世界 第二位。中国又是一个以煤炭为主要能源的国家,发展经济与环境污染的矛盾比较突出。近 年来能源安全问题也日益成为国家生活乃至全社会关注的焦点, 日益成为中国战略安全的隐 患和制约经济社会可持续发展的瓶颈。 上个世纪90年代以来, 中国经济的持续高速发展带动 了能源消费量的急剧上升。自1993年起,中国由能源净出口国变成净进口国,能源总消费已 大于总供给,能源需求的对外依存度迅速增大。煤炭、电力、石油和天然气等能源在中国都 存在缺口, 其中, 石油需求量的大增以及由其引起的结构性矛盾日益成为中国能源安全所面 临的最大难题。 中国能源结构有以下特点: ——总量丰富。中国拥有较为丰富的化石能源资源。其中,煤炭占主导地位。2006 年,煤炭保有资源量10345亿吨,剩余探明可采储量约占世界的13%,列世界第三位。已探 明的石油、天然气资源储量相对不足,油页岩、煤层气等非常规化石能源储量潜力较大。中 国拥有较为丰富的可再生能源资源。水力资源理论蕴藏量折合年发电量为6.19万亿千瓦时, 经济可开发年发电量约1.76万亿千瓦时,相当于世界水力资源量的12%,列世界首位。 ——人均拥有量低。中国人口众多,人均能源资源拥有量在世界上处于较低水平。 煤炭和水力资源人均拥有量相当于世界平均水平的50%,石油、天然气人均资源量仅为世界 平均水平的1/15左右。 ——资源分布不均衡。煤炭资源主要赋存在华北、西北地区,水力资源主要分布在 西南地区,石油、天然气资源主要赋存在东、中、西部地区和海域。但是,中国主要的能源 消费地区集中在东南沿海经济发达地区。 ——开发难度较大。与世界相比,中国煤炭资源地质开采条件较差,大部分储量需 要井工开采,极少量可供露天开采。石油天然气资源地质条件复杂,埋藏深,勘探开发技术 要求较高。 ——能源效率偏低。中国经济增长方式粗放、能源结构不合理、能源技术装备水平 低和管理水平相对落后, 导致单位国内生产总值能耗和主要耗能产品能耗高于主要能源消费 国家平均水平。 ——以煤为主,环境压力大。煤炭是中国的主要能源。相对落后的煤炭生产方式和 消费方式,加大了环境保护的压力。煤炭消费是造成煤烟型大气污染的主要原因,也是温室 气体排放的主要来源。 随着中国机动车保有量的迅速增加, 部分城市大气污染已经变成煤烟 与机动车尾气混合型。这种状况持续下去,将给生态环境带来更大的压力。 3 能源问题的解决方向 3.1 开拓能源获取途径 常规能源和新能源其中, 已被人类广泛利用并在人类生活和生产中起过重要作用的能源, 称为常规能源,通常是指煤炭、石油、天然气、水能等四种。而新近才被人类开发利用、有 待于进一步研究发展的能量资源称为新能源, 相对于常规能源而言, 在不同的历史时期和科 技水平情况下,新能源有不同的内容。当今社会,新能源通常指核能、太阳能、风能、地热 能、氢气等。 3.1.1 核能 世界上有比较丰富的核资源,核燃料有铀、 钍氘、 锂、硼等等,世界上铀的储量约为417 万吨。地球上可供开发的核燃料资源,可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。核能应用作为 缓和世界能源危机的一种经济有效的措施有许多的优点, 其一核燃料具有许多优点, 如体积 小而能量大, 核能比化学能大几百万倍; 1000克铀释放的能量相当于2400吨标准煤释放的能 量; 一座100万千瓦的大型烧煤电站, 每年需原煤300~400万吨, 运这些煤需要2760列火车, 相当于每天8列火车, 还要运走4000万吨灰渣。 同功率的压水堆核电站, 一年仅耗铀含量为3% 的低浓缩铀燃料28吨;每一磅铀的成本,约为20美元,换算成1千瓦发电经费是0.001美元 左右,这和目前的传统发电成本比较,便宜许多;而且,由于核燃料的运输量小,所以核电 站就可建在最需要的工业区附近。 核电站的基本建设投资一般是同等火电站的一倍半到两倍, 不过它的核燃料费用却要比煤便宜得多, 运行维修费用也比火电站少, 如果掌握了核聚变反 应技术,使用海水作燃料,则更是取之不尽,用之方便。其二是污染少。火电站不断地向大 气里排放二氧化硫和氧化氮等有害物质,同时煤里的少量铀、钛和镭等放射性物质,也会随 着烟尘飘落到火电站的周围,污染环境。而核电站设置了层层屏障,基本上不排放污染环境 的物质,就是放射性污染也比烧煤电站少得多。据统计,核电站正常运行的时候,一年给居 民带来的放射性影响,还不到一次X光透视所受的剂量。其三是安全性强。从第一座核电站 建成以来, 全世界投入运行的核电站达400多座, 30多年来基本上是安全正常的。 虽然有1979 年美国三里岛压水堆核电站事故和1986年苏联切尔诺贝利石墨沸水堆核电站事故, 但这两次 事故都是由于人为因素造成的。随着压水堆的进一步改进,核电站有可能会变得更加安全。 3.1.2 氢能 氢能是公认的清洁能源 ,它最有希望成为世纪人类所企求的清洁能源 ,人们对氢能的开 发应用寄于极 大的热忱和希望。氢具有燃烧热值高 ,其燃烧产物为水,不会带来环境污染的 特点。氢还可以通过燃料电池把化学能直接转换为电能,效率高,清洁无污染。氢的资源极 其丰富 ,取之不尽 、用之不竭。制氢气的方法很多,主要有1.从化石燃料中还原制氢,如煤 气中的氢;2电解水制氢;3热化学分解水制氢;4核能制氢,包括热化学法和电解法;5太阳 能热节水制氢。 但是并不能代表人类对氢气的制取和应用已经达到了高技术水平。 人们还要 解决许多难题:如氢的大量 、廉价的制取安全方便的储运氢广泛地 、经济地的应用 ,特别 是作为能源造福于人类 ,诸如发电 、 代替石油产品作汽车燃料 ,以及城市燃气等。 随着科学 技术的发展和进步,氢这种清洁能源必将得到更加广泛的研究和开发应用。 3.1.3 太阳能 阳能,一般是指太阳光的辐射能量,在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太 阳提供的热和光生存,而自古人类也懂得以阳光晒干物件,并作为保存食物的方法,如制盐 和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下,才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利 用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能 是地球上许多能量的来源,如风能、化学能、水的势能等等。 太阳能热利用是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。 国际上,太阳能的使用技术已进入新的发展阶段。在太阳能热利用系统中,重要的一个 技术关键是如何高效率地收集太阳光并将其转变为热能。 太阳辐射的能流密度低, 在利用太 阳能时为了获得足够的能量,或者为了提高温度,必须采用一定的技术和装置(集热器) , 对太阳能进行采集。 太阳能集热器是把太阳辐射能转换成热能的设备, 它是太阳能热利用中 的关键设备。 太阳能的实际利用还涉及光电利用太阳能,如太阳能热发电,可通过热电直接转换(半 导体温差发电、 磁流体) 或者蒸气热动力发电还有太阳能光发电中的光伏发电、 光化学发电、 光生物发电、光感应发电等。 3.2 节约能源的使用 3.2.1 提高能源使用效率 运用科技手段创新方法、创新理念来提高能源利用效率。 随着行业的发展和制度的完善, 科技创新对能源使用效率的提高作用逐渐增强。 通过科 技创新来改进现有能源使用方式、能源结构,使运行当中的工业设备效率提高,起到节约能 源的作用。同时,科技创新应用于提高诸如太阳能、氢能等清洁能源的利用水平,解决其开 采、储存、运输等方面的瓶颈,同样可以有效提高能源的使用效率,降低能源使用的成本。 在科学技术外,从政策上规范能源使用,促使产业链当中高耗能低效率的部分整改、更 换乃至关停,也是提高能源使用效率的重要方法。 特别就我国的国情和资源情况, 更应坚定不移地实施节能优先的战略。 国家能源局也因 此提出了“双控”概念,在控制单一资源能耗的同时,也要控制能源消耗的总量。 “双控” 的目的是通过能源约束的倒逼方式来促进产业结构的转型和发展质量的提高, 帮助我们国家 跨越中等收入国家的限制。 3.2.2 减少能源浪费 国家出台一系列法律法规规范公共机构等的能源使用, 并已经取得了较大的进展, 主要 表现在相关政策、 机制出台并落实, 加大财政资金支持力度以及推进能源合同管理模式运用 等方面。同时,大力宣传家庭、个人节能,施行节能产品补助,在各种传媒方式当中宣传节 能措施,深入广大群众。在中小学、高等教育中,着重强调节能从学生做起,以学生为中心 带动周边践行节能减排的举措。 4.总结 本文以能源在人类400万年生命历程当中所具有的代表性为引,为大家展示了能源对社 会经济、政治格局和生态环境的重要性。然后,通过对当下世界能源格局剖析,以及对我国 能源现状的研究, 提出了能源发展问题的方向, 并对其中重要并且具有实际应用价值的方面 做了简单的阐述。同时,本文还从节约能源的两个方面:提高能源效率和减少能源浪费,做 了简要的概括,对当下政策走向进行展望。 在当今飞速发展的社会经济当中,我国资源人均储量少,能源结构不合理,对外依存度 过高的问题日益凸显,这就更需要我们能源人,乃至全国人民、世界人民一道完成对世界能 源的开源节流工作。 作为能源学子, 本人谨在此向致力于能源改革、 能源利用等方面研究工作的周乃君老师 及其团队,向所有为能源工作贡献力量的人致以最崇高的敬意! [参考文献] [1] 中国能源综合发展战略与政策研究课题小组. 国家能源战略的基本构想[ N] . 中国经 济时报, 2003 年 11 月 10 日. [2] Xuchang Xu, Changhe Chen, Haiyin Qi, Rong He, ChangfuYou, Guangming Xiang. Development of coal combust ionpollut ion control f or SO2 and NOx i n China[ J] . Fuel Processing Technology, 2000, 62: 153~ 160. [3] 周大地. 2020 中国可持续能源情景[M] . 北京: 中国环境科学出版社, 2003. 5~ 6 [4] 陈清泰. 中国的能源战略和政策——在中国发展高层论坛“能源战略和改革”国际研讨 会上的主题发言[N] . 中国经济时报, 2003 年 11 月17 日.

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