馬誠超，張紹良

（1.宿州學(xué)院 宿州 234000；2.中國礦業(yè)大學(xué) 低碳能源研究院，江蘇 徐州 221116；3.中國礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

低碳能源國際發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢分析

馬誠超1,3，張紹良2

（1.宿州學(xué)院 宿州 234000；2.中國礦業(yè)大學(xué) 低碳能源研究院，江蘇 徐州 221116；3.中國礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

介紹了美國、歐盟、英國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家的最新低碳能源政策和發(fā)展路線圖，分析了我國能源現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn).在此基礎(chǔ)上，提出了我國低碳能源發(fā)展戰(zhàn)略：大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)和碳捕集與儲存技術(shù)（CCS），大力開發(fā)太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮?，適度發(fā)展生物質(zhì)能、水勢能和核能，積極探索冷聚變能、真空能和環(huán)境能.

能源科學(xué)技術(shù)；低碳能源；冷聚變能

自從2009年12月哥本哈根世界氣候大會以來，低碳浪潮席卷全球，作為世界第二大能源消費(fèi)國，低碳能源的發(fā)展在我國頗受關(guān)注，特別是高碳能源低碳利用、低碳發(fā)電技術(shù)等已成為學(xué)者研究的焦點(diǎn).張玉卓等人分析了我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了煤炭清潔轉(zhuǎn)化技術(shù)，并展望了煤炭清潔轉(zhuǎn)化的前景和方向[1].郭磊等人簡要介紹了英國低碳能源白皮書——《英國低碳轉(zhuǎn)變計(jì)劃》的主要內(nèi)容，并就我國的情節(jié)能源發(fā)展提出建議[2].康重慶等人則剖析了“低碳電力”這一新領(lǐng)域在國內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀，制定低碳電力技術(shù)的研究框架，并就低碳電力技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略所面臨的挑戰(zhàn)及問題進(jìn)行了闡述[3].本文擬在闡述低碳能源所包含內(nèi)容的基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)介紹美國、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國家的低碳能源發(fā)展?fàn)顩r，并就中國的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出適合我國的低碳能源發(fā)展戰(zhàn)略.

1 低碳能源概述

所謂低碳能源，是指利用過程中產(chǎn)生較少CO2等溫室氣體的能源.國際上通常將煤炭、石油、天然氣等化石能源稱為高碳能源和傳統(tǒng)能源，因?yàn)樗鼈儐挝荒芰恐挟a(chǎn)生的CO2量遠(yuǎn)高于其它能源（見表1）.利用黑煤采用新亞臨界技術(shù)發(fā)電，每度電需要消耗2.85千瓦熱能，同時排放出941克CO2，而水力發(fā)電只需要0.046千瓦熱能，產(chǎn)生的CO2僅15克，不到煤的1/63.對應(yīng)地，風(fēng)能、太陽能、氫能、核聚變能、潮汐能、波浪能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿冉y(tǒng)稱為低碳能源，可見低碳能源的概念很寬泛.

表1 不同能源發(fā)電的能源強(qiáng)度和產(chǎn)生溫室氣體強(qiáng)度(CO2)比較表[4]

在低碳能源體系中有一類被稱為可再生能源，即來自于自然資源如陽光、風(fēng)、水、潮汐和地?zé)岬饶軌蛟丛床粩嘌a(bǔ)充的能源.生物質(zhì)能也被視為可再生能源，盡管它不一定低碳，但它是地球碳循環(huán)的一部分，不會產(chǎn)生額外的碳.

2 國外低碳能源發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

2.1 美國

2008年美國的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是：化石能源57.94×1015Btu（英國熱量單位，1瓦=3.413Btu），核電8.455×1015Btu，可再生能源7.316×1015Btu.能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是：化石能源83.436×1015Btu，核電8.455×1015Btu，可再生能源7.300×1015Btu[5].可見美國化石能源仍占生產(chǎn)與消費(fèi)的絕對主導(dǎo)地位，可再生能源比例低，其產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的10%，其消費(fèi)量僅占總消費(fèi)量的7.3%.2009年美國通過了“美國清潔能源與安全法案，2009”（The American Clean Energy and Security Act of 2009），從法律角度保障大力發(fā)展可再生能源，確保2025年總電力的25%來自于可再生能源.而且提出大力發(fā)展CCS技術(shù)以保證煤炭能源的低碳與持續(xù)利用，通過示范工程、大規(guī)模商業(yè)刺激計(jì)劃、制定新的燃煤電廠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等措施來逐步推進(jìn).

2.2 歐盟

歐盟面臨的困境十分嚴(yán)重，隨著能源消費(fèi)的持續(xù)增加其能源產(chǎn)量卻不斷下降，當(dāng)前70%的原油依靠進(jìn)口，預(yù)測到2030年將達(dá)到94%.歐盟國家的實(shí)踐證明新的能源戰(zhàn)略是可能實(shí)施的，例如在過去2-3年中通過政策引導(dǎo)與驅(qū)動，奧地利、瑞士、德國等歐盟國家電力生產(chǎn)部門采用再生能源的比例顯著增加.瑞士政府更是雄心勃勃地宣布，到2020年原油能源將完全退出市場.盡管新的能源技術(shù)很昂貴，但是隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，成本正在穩(wěn)步減少，例如15年來歐盟的風(fēng)力發(fā)電成本降低了一半.歐盟預(yù)測，到2020年25%的制熱制冷將采用可再生能源；北海風(fēng)能、生物質(zhì)能、太陽熱能發(fā)電技術(shù)可望得到規(guī)模使用，波浪能、潮汐能和光伏發(fā)電等將有突破.歐盟估計(jì)，到本世紀(jì)末世界能源將會全部由可再生能源替代，其中太陽能和風(fēng)能增加會最快；40%的燃料需求將由生物質(zhì)能提供.

2.3 英國

2007年英國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是：石油占38.0%，天然氣占37.7%，煤16.7%，核電5.8%，可再生能源1.8%.高碳能源消費(fèi)占90%以上.但英國作為低碳經(jīng)濟(jì)最早倡導(dǎo)國，已經(jīng)在政策、法律、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等層面大力推行低碳能源開發(fā).2007年英國政府發(fā)布的“能源白皮書”提出了四點(diǎn)關(guān)鍵政策目標(biāo)，即2050年CO2減排60%并在2020年前取得實(shí)質(zhì)進(jìn)展、維持可靠的能源供應(yīng)、促進(jìn)競爭性市場、保證每戶供熱充足且能支付得起.2009年英國發(fā)布《低碳轉(zhuǎn)變規(guī)劃》（the UK Low Carbon Transition Plan），提出到2020年CO2相對1990年水平減少34%，保證700萬家庭能源利用升級，其中150萬利用再生能源，規(guī)劃40%的電能來自低碳能源（主要指再生能源、核能和潔凈煤）.規(guī)劃還明確優(yōu)先發(fā)展的是潮汐能和風(fēng)能，然后是生物質(zhì)能（作為燃料）和太陽光伏.同時政府提出五項(xiàng)應(yīng)對措施：第一，建立國際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對全球氣候變化，包括“大氣溫室氣體濃度穩(wěn)定計(jì)劃”（stabilization of atmospheric greenhouse gas concentrations）和歐盟排放貿(mào)易方案（European Union Emissions Trading Scheme）等；第二，通過氣候變化法案的實(shí)施，減少CO2排放；第三，推進(jìn)國際市場的自由競爭和透明度；第四，通過宣傳、激勵和政策規(guī)定等措施鼓勵節(jié)約能源；第五，提供低碳技術(shù)更多的支持，包括增加國內(nèi)外公私部門在研究、開發(fā)、示范、部署等方面的合作等.

2.4 德國

德國2000年通過《可再生能源法》規(guī)定新能源占德國全部能源消耗的比例最終要超過50%，政府制定了政府補(bǔ)助、新能源發(fā)電無條件入網(wǎng)等一系列非常規(guī)政策，全力扶植新能源企業(yè)發(fā)展.2004年通過的《優(yōu)先利用可再生能源法》進(jìn)一步明確了新能源電價補(bǔ)貼政策、促進(jìn)太陽能應(yīng)用的“十萬屋頂計(jì)劃”等.2009年通過《新取暖法》，政府繼續(xù)提供5億歐元補(bǔ)貼采用可再生能源取暖的家庭，扶植重點(diǎn)逐漸向新能源下游產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，如研發(fā)電動汽車、車用電池等.2008年3月，德國聯(lián)邦教研部推出了“能源基礎(chǔ)研究2020”新計(jì)劃，確定未來資助的重點(diǎn)是，對能源的有效生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、儲存、利用和輸送技術(shù)的研究以及工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的二氧化碳地下儲存技術(shù)的研究等.經(jīng)過十多年的發(fā)展，德國當(dāng)前可再生能源占全部能源消耗的比例已超過15%，新能源企業(yè)每年產(chǎn)值達(dá)250億歐元.無論風(fēng)能、太陽能，還是生物能、地?zé)岬阮I(lǐng)域，德國都享有盛譽(yù)，并逐漸向全球市場擴(kuò)張.尤其是風(fēng)能利用方面，德國位居世界首位.10年間，發(fā)電風(fēng)車單機(jī)功率實(shí)現(xiàn)了100KW到1MW再到5MW的巨大飛躍.

2.5 日本

早在1974年日本就提出了新能源技術(shù)開發(fā)計(jì)劃，此后又分別于1978年和1989年提出了“節(jié)能技術(shù)開發(fā)計(jì)劃”和“環(huán)境保護(hù)技術(shù)開發(fā)計(jì)劃”.1993年將上述三個計(jì)劃合并成了規(guī)模龐大的“新陽光計(jì)劃”.“新陽光計(jì)劃”的主要研究課題涉及七大領(lǐng)域，即再生能源技術(shù)、化石燃料應(yīng)用技術(shù)、能源輸送與儲存技術(shù)、系統(tǒng)化技術(shù)、基礎(chǔ)性節(jié)能技術(shù)、高效與革新性能源技術(shù)、環(huán)境技術(shù)等，其中再生能源技術(shù)研究包括太陽能、風(fēng)能、溫差發(fā)電、生物能和地?zé)崂眉夹g(shù)等[7].“新陽光計(jì)劃”采取政府主導(dǎo)、產(chǎn)學(xué)官三者聯(lián)合的方式，共同攻關(guān)新能源開發(fā)方面遇到的各種難題.2000年以來，日本太陽能光伏發(fā)電、太陽電池產(chǎn)量一直位居世界首位，約占世界總產(chǎn)量的半壁江山.1997年至今，日本太陽能普及始終保持著90%的增長率，太陽能研究居世界領(lǐng)先水平.

3 中國低碳能源發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

我國能源消費(fèi)的快速增長以及以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)使得我國能源面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)：首先，從中長期角度看我國能源剛性需求巨大.目前我國是世界第二大能源消費(fèi)國，約占世界總量的15%，但是我國人均能源消費(fèi)僅有1.6toe，是美國的1/5，日本的40%，但是我國人均GDP僅3000美元，是美國的1/8，日本的1/15.假如中國達(dá)到日本、美國發(fā)達(dá)國家水平，那么就算目前全世界所有能源全部貢獻(xiàn)給中國都不夠！

其次，我國能源資源匱乏，自有資源難以支撐經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展.我國煤炭儲量很大，可采儲量達(dá)1800多億噸，但是人均僅占世界平均水平的79%；石油儲量約120億噸，人均僅占世界的6.1%，2008年石油進(jìn)口已超過1.5億噸；天然氣可采儲量為7-10億立方米，煤層氣可采儲量達(dá)10萬億立方米，但人均不到世界水平的6.5%，目前45%左右天然氣依靠進(jìn)口.

再次，現(xiàn)有高碳能源消費(fèi)對環(huán)境造成的污染十分嚴(yán)重，全球氣候變化引起的國際政治壓力日益增大.煤炭是我國的第一能源，而地球上75%的CO2和90%的SO2都是由煤炭燃燒利用引起的.2009年我國已經(jīng)是世界第二大碳排放國.哥本哈根會議上我國已經(jīng)感受到強(qiáng)大的國際政治壓力，中國政府也已做出承諾：到2020年全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%.

面對壓力，我國必須創(chuàng)新一條符合我國國情的能源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的道路，那就是開源節(jié)流！節(jié)流就是能源節(jié)約利用，開源就是發(fā)展低碳能源.2010年1月22日，國家能源委員會正式成立，由國務(wù)院總理任主任，這是中國最高層次的能源管理機(jī)構(gòu)，表明能源已上升為國家安全戰(zhàn)略.

縱觀國際低碳能源的發(fā)展態(tài)勢，從我國國情出發(fā)，我國低碳能源發(fā)展方面，應(yīng)該大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)和碳捕集與儲存技術(shù)（CCS），大力開發(fā)太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮?，適度發(fā)展生物質(zhì)能、水勢能和核能，積極探索冷聚變能、真空能和環(huán)境能.具體可從以下幾方面著手：第一，大力提倡高碳能源的低碳利用.我國是富煤貧油大國，煤炭能源的基礎(chǔ)地位在未來幾十年不會改變，因此在新能源發(fā)展戰(zhàn)略中煤的清潔利用和低碳利用將會作為優(yōu)先發(fā)展重點(diǎn).需要大力開發(fā)高效率、低成本的CO2捕集、封存與利用技術(shù)（CCS技術(shù)），發(fā)展CO2捕集設(shè)備、儲存設(shè)備和燃煤電廠改造設(shè)備等并形成新的產(chǎn)業(yè).同時，急需對我國CO2地質(zhì)儲存潛力展開調(diào)查，加大科技投入，建設(shè)CO2捕集和封存示范工程.第二，大力開發(fā)利用太陽能.長遠(yuǎn)來看，太陽能可能是世界首選的優(yōu)質(zhì)能源.我國幅員遼闊，太陽能資源豐富，根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年力爭使太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到180兆瓦，到2050年將達(dá)到600兆瓦.預(yù)計(jì)到2050年，中國可再生能源的電力裝機(jī)將占全國電力裝機(jī)的25%，其中光伏發(fā)電裝機(jī)將占到5%.預(yù)計(jì)2030年之前，中國太陽能裝機(jī)容量的復(fù)合增長率將高達(dá)25%以上.第三，大力開發(fā)風(fēng)能，尤其是海上風(fēng)能.據(jù)中國氣象局最新公布的我國首次風(fēng)能資源詳查和評價結(jié)果：陸上離地面50米高度達(dá)到3級以上風(fēng)能資源的潛在開發(fā)量約23.8億千瓦，5—25米水深線以內(nèi)近海區(qū)域、海平面以上50米高度可裝機(jī)容量約2億千瓦，表明我國風(fēng)能資源很豐富.但是我國陸地風(fēng)能主要分布在內(nèi)蒙古的蒙東和蒙西、新疆哈密、甘肅酒泉、河北壩上、吉林西部等，風(fēng)電場受沙蝕影響大，維護(hù)成本高.不過我國海岸線長，海風(fēng)能源利用潛力大.2006年《可再生能源法》頒布后就提出了海上風(fēng)電開發(fā)戰(zhàn)略，之后國家能源局和國家海洋局又聯(lián)合出臺了《海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)管理暫行辦法》（國能新能[2010]29號），這標(biāo)志著我國海上風(fēng)電開發(fā)已經(jīng)起航.不過從國際上看，目前海風(fēng)發(fā)電仍是一個重要研究方向，國際成功經(jīng)驗(yàn)、可靠技術(shù)、場地建設(shè)、設(shè)備監(jiān)控、海洋環(huán)境保護(hù)等非常少，因此一方面要謹(jǐn)慎推廣現(xiàn)有技術(shù)，另一方面要加大科技投入，建立示范基地.第四，適度開發(fā)利用生物質(zhì)能.生物質(zhì)能在我國是一個備受爭議的新能源，一方面國際生物質(zhì)能發(fā)展很快，我國如不跟上就會落后，另一方面我國人多地少，生物質(zhì)能發(fā)展受到“糧食安全”的嚴(yán)重制約，因此我國生物質(zhì)能開發(fā)利用的方向和重心還在爭論中.從我國城市化發(fā)展速度看，可以在農(nóng)村大力發(fā)展沼氣，解決農(nóng)村燃料、電力等能源問題，而對生物制氫、生物柴油、燃料乙醇以及生物質(zhì)能發(fā)電項(xiàng)目則要適度，當(dāng)然技術(shù)研發(fā)投入不應(yīng)在控制之列.除此之外，隨著環(huán)境保護(hù)意識的提高，我國對水電、核電發(fā)展需要適度控制，但是應(yīng)該大力開發(fā)熱能和煤層氣資源，大力發(fā)展戶用可再生能源、熱泵、IGCC和智能電網(wǎng)技術(shù)等.

4 結(jié)論

低碳能源已成為當(dāng)前科學(xué)研究中最熱門的問題之一，本文在明晰低碳、低碳能源等概念的基礎(chǔ)之上，介紹了美國、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國家的低碳能源政策及發(fā)展路線圖，并對我國低碳能源的現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了剖析.在總結(jié)國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合當(dāng)前國情的基礎(chǔ)之上，提出我國的低碳能源發(fā)展戰(zhàn)略：大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)和碳捕集與儲存技術(shù)（CCS），大力開發(fā)太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮埽m度發(fā)展生物質(zhì)能、水勢能和核能，積極探索冷聚變能、真空能和環(huán)境能.

〔1〕張玉卓.從高碳能源到低碳能源-煤炭清潔轉(zhuǎn)化的前景[J].中國能源，2008，30（4）：20-22.

〔2〕郭磊，馬莉.英國低碳能源戰(zhàn)略白皮書及對我國的啟示[J].電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2009，21（6）：13-17.

〔3〕康重慶，陳啟鑫，夏清.低碳電力技術(shù)的研究展望[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（2）：1-7.

〔4〕Lenzen M.Life cycle energy and greenhouse gas emissions of nuclear energy:a review[J].Energy Conversion and Management,2008,49(8):2178-2199.

〔5〕U.S.Energy Information Administration.Annual energy review[OL].[2011-10-19].http://www.eia.gov/totalenergy/data/annual/index.cfm.

〔6〕龍夫.美國開發(fā)可再生能源的政策與措施[J].中國三峽建設(shè),2008,(5):55-59.

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F407.21

A

1673-260X（2012）06-0102-03

安徽教育廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目（KJ2011Z370）；宿州學(xué)院校級自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2008yzk13）