低碳能源國(guó)際發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析

馬誠(chéng)超，張紹良

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

低碳能源國(guó)際發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析

馬誠(chéng)超1,3，張紹良2

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

介紹了美國(guó)、歐盟、英國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的最新低碳能源政策和發(fā)展路線圖，分析了我國(guó)能源現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn).在此基礎(chǔ)上，提出了我國(guó)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(chǔ)存技術(shù)（CCS），大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能和地?zé)崮?，適度發(fā)展生物質(zhì)能、水勢(shì)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(huì)以來(lái)，低碳浪潮席卷全球，作為世界第二大能源消費(fèi)國(guó)，低碳能源的發(fā)展在我國(guó)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(guó)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(jiǎn)要介紹了英國(guó)低碳能源白皮書(shū)——《英國(guó)低碳轉(zhuǎn)變計(jì)劃》的主要內(nèi)容，并就我國(guó)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(guó)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(wèn)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(guó)、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的低碳能源發(fā)展?fàn)顩r，并就中國(guó)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出適合我國(guó)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(guò)程中產(chǎn)生較少CO2等溫室氣體的能源.國(guó)際上通常將煤炭、石油、天然氣等化石能源稱(chēng)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(jiàn)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(shí)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(duì)應(yīng)地，風(fēng)能、太陽(yáng)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(chēng)為低碳能源，可見(jiàn)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(lèi)被稱(chēng)為可再生能源，即來(lái)自于自然資源如陽(yáng)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(huì)產(chǎn)生額外的碳.

2 國(guó)外低碳能源發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2.1 美國(guó)

2008年美國(guó)的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是：化石能源57.94×1015Btu（英國(guó)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(jiàn)美國(guó)化石能源仍占生產(chǎn)與消費(fèi)的絕對(duì)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?jī)H占總消費(fèi)量的7.3%.2009年美國(guó)通過(guò)了“美國(guó)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(lái)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(guò)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(lái)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(cè)到2030年將達(dá)到94%.歐盟國(guó)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(guò)去2-3年中通過(guò)政策引導(dǎo)與驅(qū)動(dòng)，奧地利、瑞士、德國(guó)等歐盟國(guó)家電力生產(chǎn)部門(mén)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(chǎng).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(lái)歐盟的風(fēng)力發(fā)電成本降低了一半.歐盟預(yù)測(cè)，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(yáng)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(huì)全部由可再生能源替代，其中太陽(yáng)能和風(fēng)能增加會(huì)最快；40%的燃料需求將由生物質(zhì)能提供.

2.3 英國(guó)

2007年英國(guó)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(guó)作為低碳經(jīng)濟(jì)最早倡導(dǎo)國(guó)，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(kāi)發(fā).2007年英國(guó)政府發(fā)布的“能源白皮書(shū)”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(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)、保證每戶(hù)供熱充足且能支付得起.2009年英國(guó)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(duì)1990年水平減少34%，保證700萬(wàn)家庭能源利用升級(jí)，其中150萬(wàn)利用再生能源，規(guī)劃40%的電能來(lái)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(yáng)光伏.同時(shí)政府提出五項(xiàng)應(yīng)對(duì)措施：第一，建立國(guó)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對(duì)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(guò)氣候變化法案的實(shí)施，減少CO2排放；第三，推進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)的自由競(jìng)爭(zhēng)和透明度；第四，通過(guò)宣傳、激勵(lì)和政策規(guī)定等措施鼓勵(lì)節(jié)約能源；第五，提供低碳技術(shù)更多的支持，包括增加國(guó)內(nèi)外公私部門(mén)在研究、開(kāi)發(fā)、示范、部署等方面的合作等.

2.4 德國(guó)

德國(guó)2000年通過(guò)《可再生能源法》規(guī)定新能源占德國(guó)全部能源消耗的比例最終要超過(guò)50%，政府制定了政府補(bǔ)助、新能源發(fā)電無(wú)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(guò)的《優(yōu)先利用可再生能源法》進(jìn)一步明確了新能源電價(jià)補(bǔ)貼政策、促進(jìn)太陽(yáng)能應(yīng)用的“十萬(wàn)屋頂計(jì)劃”等.2009年通過(guò)《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(dòng)汽車(chē)、車(chē)用電池等.2008年3月，德國(guó)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(lái)資助的重點(diǎn)是，對(duì)能源的有效生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)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(chǔ)存技術(shù)的研究等.經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，德國(guó)當(dāng)前可再生能源占全部能源消耗的比例已超過(guò)15%，新能源企業(yè)每年產(chǎn)值達(dá)250億歐元.無(wú)論風(fēng)能、太陽(yáng)能，還是生物能、地?zé)岬阮I(lǐng)域，德國(guó)都享有盛譽(yù)，并逐漸向全球市場(chǎng)擴(kuò)張.尤其是風(fēng)能利用方面，德國(guó)位居世界首位.10年間，發(fā)電風(fēng)車(chē)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(kāi)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(kāi)發(fā)計(jì)劃”和“環(huán)境保護(hù)技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃”.1993年將上述三個(gè)計(jì)劃合并成了規(guī)模龐大的“新陽(yáng)光計(jì)劃”.“新陽(yáng)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(chǔ)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(yáng)能、風(fēng)能、溫差發(fā)電、生物能和地?zé)崂眉夹g(shù)等[7].“新陽(yáng)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(kāi)發(fā)方面遇到的各種難題.2000年以來(lái)，日本太陽(yáng)能光伏發(fā)電、太陽(yáng)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(yáng)能普及始終保持著90%的增長(zhǎng)率，太陽(yáng)能研究居世界領(lǐng)先水平.

3 中國(guó)低碳能源發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

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

其次，我國(guó)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(guó)煤炭?jī)?chǔ)量很大，可采儲(chǔ)量達(dá)1800多億噸，但是人均僅占世界平均水平的79%；石油儲(chǔ)量約120億噸，人均僅占世界的6.1%，2008年石油進(jìn)口已超過(guò)1.5億噸；天然氣可采儲(chǔ)量為7-10億立方米，煤層氣可采儲(chǔ)量達(dá)10萬(wàn)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(duì)環(huán)境造成的污染十分嚴(yán)重，全球氣候變化引起的國(guó)際政治壓力日益增大.煤炭是我國(guó)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(guó)已經(jīng)是世界第二大碳排放國(guó).哥本哈根會(huì)議上我國(guó)已經(jīng)感受到強(qiáng)大的國(guó)際政治壓力，中國(guó)政府也已做出承諾：到2020年全國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%.

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

縱觀國(guó)際低碳能源的發(fā)展態(tài)勢(shì)，從我國(guó)國(guó)情出發(fā)，我國(guó)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(chǔ)存技術(shù)（CCS），大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能和地?zé)崮?，適度發(fā)展生物質(zhì)能、水勢(shì)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(guó)是富煤貧油大國(guó)，煤炭能源的基礎(chǔ)地位在未來(lái)幾十年不會(huì)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(huì)作為優(yōu)先發(fā)展重點(diǎn).需要大力開(kāi)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(chǔ)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(shí)，急需對(duì)我國(guó)CO2地質(zhì)儲(chǔ)存潛力展開(kāi)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(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能.長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，太陽(yáng)能可能是世界首選的優(yōu)質(zhì)能源.我國(guó)幅員遼闊，太陽(yáng)能資源豐富，根據(jù)《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年力爭(zhēng)使太陽(yáng)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(guó)可再生能源的電力裝機(jī)將占全國(guó)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(guó)太陽(yáng)能裝機(jī)容量的復(fù)合增長(zhǎng)率將高達(dá)25%以上.第三，大力開(kāi)發(fā)風(fēng)能，尤其是海上風(fēng)能.據(jù)中國(guó)氣象局最新公布的我國(guó)首次風(fēng)能資源詳查和評(píng)價(jià)結(jié)果：陸上離地面50米高度達(dá)到3級(jí)以上風(fēng)能資源的潛在開(kāi)發(fā)量約23.8億千瓦，5—25米水深線以?xún)?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(guó)風(fēng)能資源很豐富.但是我國(guó)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(chǎng)受沙蝕影響大，維護(hù)成本高.不過(guò)我國(guó)海岸線長(zhǎng)，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(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，之后國(guó)家能源局和國(guó)家海洋局又聯(lián)合出臺(tái)了《海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)管理暫行辦法》（國(guó)能新能[2010]29號(hào)），這標(biāo)志著我國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)已經(jīng)起航.不過(guò)從國(guó)際上看，目前海風(fēng)發(fā)電仍是一個(gè)重要研究方向，國(guó)際成功經(jīng)驗(yàn)、可靠技術(shù)、場(chǎng)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(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能.生物質(zhì)能在我國(guó)是一個(gè)備受爭(zhēng)議的新能源，一方面國(guó)際生物質(zhì)能發(fā)展很快，我國(guó)如不跟上就會(huì)落后，另一方面我國(guó)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(guó)生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用的方向和重心還在爭(zhēng)論中.從我國(guó)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(wèn)題，而對(duì)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(shí)的提高，我國(guó)對(duì)水電、核電發(fā)展需要適度控制，但是應(yīng)該大力開(kāi)發(fā)熱能和煤層氣資源，大力發(fā)展戶(hù)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(mén)的問(wèn)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(guó)、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的低碳能源政策及發(fā)展路線圖，并對(duì)我國(guó)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(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合當(dāng)前國(guó)情的基礎(chǔ)之上，提出我國(guó)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(chǔ)存技術(shù)（CCS），大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能和地?zé)崮?，適度發(fā)展生物質(zhì)能、水勢(shì)能和核能，積極探索冷聚變能、真空能和環(huán)境能.

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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(jí)自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2008yzk13）