低碳能源

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低碳能源(Low Carbon Energy)

目录

什么是低碳能源[1]

  低碳能源是指利用过程中产生较少二氧化碳等温室气体的能源。国际上通常将煤炭石油天然气等化石能源称为高碳能源传统能源, 因为它们单位能量中产生的二氧化碳量远高于其它能源。对应地,风能、太阳能氢能、核聚变能、潮汐能波浪能生物质能地热能等统称为低碳能源。

低碳能源的分类[2]

  从集中开发利用的规模大小上划分,可以把低碳能源划分为集约式低碳能源和分散式低碳能源:

  集约式低碳能源一般装机容量比较大、建设周期相对较长,一般由国家主导进行建设,主要包括水能核能、风能以及油气资源等;

  分散式低碳能源装机容量较小且分散,多位于用户需求终端,主要包括生物质能、太阳能、地热能和海洋能等。

我国低碳能源发展的必要性[2]

  我国发展低碳能源、控制碳排放的必要性,主要从以下三个方面考虑:

  1.以二氧化碳为主的温室气体引起环境及气候的恶化

  政府间气候变化专家委员会(IPCC)2001年出版的第3次评估报告指出,自1860年以来,由于二氧化碳大量排放,全球平均地面温度上升了0.64±0.2℃,预测全球平均地表气温到2100年将比1990年上升1.4~5.8℃,这一增温值将是20世纪内增温(0.16℃左右)的2~10倍,是近1万年中最显著的增温。由于全球变暖,冰原融化以及海平面升高无法避免。

  20世纪50年代以来,我国沿海海平面上升速率为每年1.4~3.2毫米,渤海和黄海北部冰情等级下降:西北冰川面积减少了21%,西藏冻土层减薄,最大达和5米。北方干旱受灾面积扩大,南方洪涝加重;农业生产的不稳定性增加,局部干旱高温危害加重;作物发育期提前,抗寒性减弱。我国六大江河的实测径流量都呈下降趋势,下降幅度最大的是海河流域,北方部分河流发生断流。同时,局部地区洪涝灾害频繁发生,特别是1990年以来,长江、珠江、松花江、淮河、太湖、黄河等连续发生多次大洪灾,损失日趋严重。我国海岸带已经受到气候变化和海平面上升的影响,风暴潮、洪水、强降雨等极端天气事件和干旱等气候事件对沿海地区造成的灾害更明显,其中对黄河三角洲、长江三角洲、珠海三角洲的社会经济产生的影响最为严重。气候变化增加了疾病发生和传播的机会,危害人类健康。我国同世界上其他国家一样,都面临着环境及气候恶化所带来的严峻局面,并已深切认识到,为了人类社会的可持续发展,必须采取措施遏制环境状况的持续恶化。

  2.来自国际社会的压力

  尽管《京都议定书》并未规定发展中国家具体的减排义务,但却同样提出了一定的要求。其中,议定书的第10条、第11条等相关条目是专门针对发展中国家的,旨在督促这些国家制定国家规划或区域规划,以改进排放温室气体的因素、数据和模式。我国作为《京都议定书》的缔约方只是暂时不需要像多数发达国家那样承担具体的减排指标,而在实际上,我国业已开始承担该议定书规定的全球控排温室气体的所有缔约方都应承担的普遍性义务。

  2007年12月12日,在印度尼西亚巴厘岛,联合国气候变化大会召开。该次会议旨在拟定“巴厘岛谈判路线图”,使2012年《京都议定书》第一承诺期结束后的减排工作能顺利进行。围绕着“减排”与“减贫”,发展中国家与发达国家的分歧仍是此次会议的焦点。但是,为了缓解当前气候变暖的严峻形势必须谋求实现二氧化碳减排已经成为各方共识。

  相关资料显示,我国已经成为世界二氧化碳第一排放国。按照目前的二氧化碳排放增长速度,下一步很有可能成为国际社会一致要求严格承担减排任务的对象,我国控制二氧化碳排放的任务将是十分繁重的。对此,必须要有清醒的意识和前瞻的安排。

  3.气候变化事关国家安全

  现在国家安全的概念已经从传统的国防安全扩大到更为广泛的国土安全、环境安全、食物安全、水资源安全等领域,气象事业对国家安全、社会进步具有重要的基础性作用。

  2005年7月7日,8个发达国家和5个发展中国家首脑在苏格兰举行对话,首次将气候变化问题列为会议的主要议题之一。胡锦涛出席会议并发表重要讲话,指出气候变化既是环境问题,也是发展问题,归根到底是发展问题;处理气候变化应坚持以《公约》为指导,应坚持可持续发展,应重视科学技术的作用。世界各主要国家最高领导人首次讨论气候变化问题,表明气候变化问题在国际议程上占有越来越重要的份量,也充分体现了应对气候变化的重要性和复杂性。

  从长远考虑,我国实施二氧化碳减排是必由之路,应在保障国家社会经济增长的同时,为缓解全球二氧化碳排放的增加做出有效的贡献。实施低碳能源发展战略能够有效促进节能减排、促进可再生能源发展和能源结构调整,对于国家能源可持续发展能源安全同样具有战略意义。

发展低碳能源的实现途径[2]

  1.在集约式、分布式能源市场上分别推进低碳能源

  (1)集约式能源生产与供应低碳战略

  电力供应减少煤电比例,增加低碳发电比例,相应提高稳定石油和天然气比例;减少工业中煤炭、天然气原料比例;提高煤炭、石油及天然气的开采率;优化并提高煤电转换效率;提高电气化铁路运输比例,大力发展电启动的城市轨道交通和城际轨道交通,减少燃油汽车比例,改善城市大气环境;强化工农业的自主创新能力建设,缩减加工贸易比重。由此,降低集约式能源生产与消费的碳排放密度。

  (2)分布式能源生产与供应

  分布式能源生产与供应最能实现低密度碳排放。要尽最大可能因地制宜地生产利用各类分布式能源。如小型风力发电及风能利用,光伏发电及太阳能光热利用,高中低温地热的优化利用,各类沼气利用,生物质能源利用,各类清洁的燃料油、燃料气利用。

  2.在交通、建筑两大消耗领域重点加强低碳能源利用

  在我国能源使用方面,交通石油消耗量占化石能源消耗总量的40%左右,且与日俱增。我国汽车销售量自1992年以来便以每年两位数的百分比上升,2007年,汽车销售量更是达到880万辆,交通能耗给国家能源安全造成了巨大压力。此外,化石能源的燃烧会产生大量二氧化碳,交通领域温室气体的排放对大气造成严重污染。

  在交通领域能源消耗上,应当从三个方面减少碳排放:一是大力发展城市公共交通和城际交通,并且使用电启动机车。城市公共交通和城际交通本身可降低交通能源消耗;采用电力机车减少燃料油消耗,进一步减排碳排放密度;如果电的生产为低碳过程,则可进一步降低碳排放密度。二是鼓励汽车使用醇类燃料、二甲醚类燃料,醇类燃料和二甲醚类燃料如来源于生物质或合成工艺,则可降低碳排放密度。三是鼓励电动汽车,电动汽车本身有利于城市污染控制,如果消耗的电力来自低碳能源转换,则可因替代燃油而显著降低碳排放。

  现在及未来三十年是我国城镇发展高峰期,建筑量突增。而目前我国的建筑耗能尤其高。因此,建筑节能就能大幅度降低碳排放。建筑用能主要是空调、热水供应和照明,依据目前技术发展现状,建筑用能容易用低碳能源替代。太阳能热水供应技术和地热源空调技术己成熟且已市场化;太阳能蓄热、供热技术,光伏照明、太阳光转移照明技术逐渐成熟并走向市场。

  3.突破、优化、尽最大可能利用生物质能源

  生物质能源的利用应从能源、转化、输送,终端用户一体化的角度来研究其战略定位。根据我国经济社会发展需要和生物质能利用技术状况,重点发展生物质发电、沼气、生物质固体成型燃料和生物液体、气体燃料,研究生物质转换并替代化工原料的可能性。

  目前,生物质电厂存在诸如原料来源不稳定、系统可靠性不高等缺陷,作为分散能源的生物质能,如果用来做大规模发电集约式利用,则可能偏离实际,应用前景并不值得看好,大型的生物质直燃发电项目不宜作为重大战略进行推广。生物质还田应作为生物质资源化利用的重要方向。发展非粮生物质能源有利于保障我国粮食安全和能源安全。

  化工业采用煤炭、天然气作原料,也是消耗大户。考虑化工业的替代原料对于碳减排具有重要意义。化肥原料为煤炭、天然气,改为秸秆(秸秆易生产合成气)作原料形成一种循环经济模式:光合作用产生秸杆—秸杆制取合成气—合成气合成化肥—化肥还田;二甲醚的原料一般为煤炭、天然气,改为秸秆,秸秆生产合成气,秸秆合成气合成炼制二甲醚。二甲醚是一种液态清洁燃料,可供应汽车动力燃料或农村城镇生活燃料。

  4.全方位推进核能、风能和太阳能利用

  当前,世界范围内核电年发电量占世界发电总量的17%,我国的这一比例还不到2%。各国核电装机容量的多少,很大程度上反映了各国经济、工业和科技的综合实力和水平。核电与水电、火电一起构成世界能源的三大支柱,在世界能源结构中有着重要的地位。与水电和火电相比,核电在我国能源结构中的比例明显偏低,其发展前景是非常广阔的。发展低碳能源,核能是一个很好的突破点。

  在风电总体开发利用量、风电装机容量、国产风电机组单机容量、风电机组关键技术等方面,我国与世界风电发达国家相比还非常落后。但是,我国风能资源位居世界第一,而且在小风电技术应用上有自己的优势。另一方面,随着风电的技术进步和应用规模的扩大,风电成本持续下降,经济性与常规能源已十分接近。在此形势下,推进风电的快速发展符合低碳能源发展的战略需求。

  我国目前是世界上最大的太阳能热水器生产国和第三大太阳能电池生产国,已经形成了比较完善的太阳能产业链。但总体来看,我国光伏发电产业的整体水平与发达国家尚有较大差距,太阳能热水器应用技术与发达国家差距也仍然存在。发挥太阳能光伏发电适宜分散供电和太阳能热利用适宜分散供热的优势,出台相关补贴和促进措施,大力推进太阳能光热利用。发展太阳能产业,应该作为“十二五”期间低碳能源战略的实现途径之一。

低碳能源体系的构建[3]

  建设科学低碳能源体系必须要大力发展可再生能源。中国发展可再生能源的战略目的是:最大限度地提高能源供给能力,改善能源结构,实现能源多样化,切实保障能源供应的安全。中国可再生能源资源丰富,具有大规模开发的资源条件和技术潜力,可以为未来社会和经济发展提供足够的能源,开发利用可再生能源大有可为。

  1.稳步发展风能

  风能是指风所负载的能量,现代利用风能的主要方式是风力发电。风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染,在全球经济的大背景下,风电继续成为可再生能源发电技术的首选。风力发电正在世界上形成一股热潮。到目前为止,全球75个国家有商业运营的风电装机,其中22个国家的装机容量超过1GW。2011年中国风电面临诸多挑战,中国的风电累计装机容量达到62000MW。据全球投资银行的最新统计数据显示,2011年中国风电新增装机达20GW,目前总装机容量已达65GW。巩固了其全球风电领袖的地位。我国风能资源丰富的地区主要分布在内蒙古、新疆和甘肃河西走廊,华北和青藏高原的部分地区,沿海及附近岛屿,陆上风能资源大于海上。我国在西部地区大力提倡风电。如果能够对风能资源加以充分利用,将能获得总计7亿—12亿千瓦电力。其中,陆上6亿—10亿千瓦,海上1亿—2亿千瓦。

  从资源储量、开发成本以及与负荷中心的距离考虑,我国近中期风电开发应遵循“以陆上为主,因地制宜地开发海上风电”的原则。《国家“十二五”科学和技术发展规划》指出,“十二五”期间我国将积极发展风电。其中,重点发展5兆瓦以上风电机组整机及关键部件设计、陆上大型风电场和海上风电场设计和运营、核心装备部件制造、并网、电网调度和运维管理等关键技术,形成从风况分析到风电机组、风电场、风电并网技术的系统布局。积极推进10万千瓦级海上示范风场、1000万千瓦级陆上示范风场建设,推动近海和陆上风力发电产业技术达到世界先进水平。风电产业要适应各种政府政策和市场的新要求,实现稳健发展,将中国建设成世界最大最强的风力发电国家。

  2.大力发展生物质能

  生物质能主要是指植物通过叶绿素的光合作用将太阳能转化为化学能贮存在生物质内部的能量。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,目前它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。生物质能包括自然界可用作能源用途的各种植物、人畜排泄物以及城乡有机废物转化成的能源,如薪柴、沼气、生物柴油、燃料乙醇、林业加工废弃物、农作物秸秆、城市有机垃圾、工农业有机废水和其他野生植物等。目前发展中的开发利用技术主要是,通过热化学转换技术将固体生物质转换成可燃气体、焦油等,通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等,通过压块细密成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。利用生物质能源中的秸秆燃料发电,农作物可以重新吸收碳排放,具有“碳中和”效应。

  在众多的可再生和新能源中,生物质能源是目前唯一能对石油液体运输燃料以及塑料等上千种石化产品生产原料进行直接替代的。我国山地资源丰富,发展林业生物质能源潜力大:有约4404万公顷的宜林荒山、荒地,可用于培育能源林;有约近1亿公顷沙地、矿山、油田复垦地等土地,可用于发展能源林;有约600万公顷疏松林地和5312万公顷的低产林地,可以大幅增加森林资源量。我国生物质能源前景广阔,尽管要受到技术等因素制约。我国《全国林业生物质能源发展规划》中提出,到2020年能源林面积达到2000万公顷,每年转化的林业生物质能源可替代2025万吨标准煤的石化能源,占可再生能源的比例达3%。近年来,我国已在内蒙古、吉林等地进行试点,以生物质为原料发电、生产燃料取得成效。

  3.突出发展太阳能

  太阳能是指太阳所负载的能量,太阳能的利用方式主要有:光伏(太阳能电池)发电系统,将太阳能直接转换为电能;太阳能聚热系统,利用太阳的热能产生电能;被动式太阳房;太阳能热水系统;太阳能取暖和制冷。太阳能是目前及未来可再生能源中最清洁、最环保、最经济的能源,具备十分独特的优势,也是未来新能源发展的必然选择。以太阳能电池为核心和主导的新能源革命,将成为改变中国和全球能源、环境问题的根本手段和有效途径。据专家统计,我国太阳能资源蕴含量约2.1万亿千瓦,只需开发1%即可达到210亿千瓦,远大于生物质能的1亿千瓦、水电的3.78亿千瓦以及风电的2.53亿千瓦。随着世界经济向低碳方式的转变,太阳能光伏发电将以其自身接近零碳排放而尤具优势。我国应加快发展以太阳能光伏产业为主导的新能源产业,为经济和社会的可持续发展提供强大持久的助推力。光伏发电的成本控制取得突破性进展,经济性前进了一大步,它为商业化运作打下了坚实基础,让行业倍感振奋。预计在未来数十年里,随着光伏产业各环节成本的继续下降,尤其是政府引导、政策支持以及其他必要的培育和推动,太阳能发电一定可以而且能够从我国能源结构的补充和配角,变为我国能源供应的主要选择和主流方式。

  4.积极开发水电

  我国水电在清洁电源中所占的比例最大。目前,水能的利用方式主要是水力发电。水力发电的优点是成本低、可连续再生、无污染,缺点是受分布、气候、地貌等自然条件的限制较大。中国水电资源在世界上蕴藏最丰富。中国的水能资源理论蕴藏量近7亿千瓦,可开发的资源量大约5.4亿千瓦,是世界上水能资源总量最多的国家。2011年,全国水电装机容量达2.305亿千瓦,开发的利用程度仅仅只有42%,远远低于美国(82%)、日本(84%)等发达国家的水平,发展潜力巨大。在科学论证、系统规划、妥善处理好生态环境保护和移民安置的前提下.加快水电开发建设,力争2020年水电装机规模达到3亿千瓦左右,近期已开工金沙江上的溪洛渡等重大水电工程项目。到2020年,常规水电装运机容量将达到3.2亿千瓦,占电力总装机容量的20%,开发程度达60%。同时,进一步实施西电东送等重点工程。在更大范围内实现电力资源的优化配置,促进水电的科学经济利用。发展水电的关键是处理好生态环境保护,和充分考虑移民群众的合理安置。

  5.安全快速发展核能

  核能作为新型能源,具有高效、无污染等特点,是一种清洁优质的能源。加快发展核电。核电是清洁高效的能源,污染少、温室气体接近零排放,是有效优化能源结构的优先选择。我国已有秦山一期核电站、大亚湾核电站、岭澳核电站一期、秦山二期核电站、秦山三期核电站、田湾核电站共6座核电站11台核电机组建成投产运行。根据国家核电中长期发展规划,到2020年,我国将建成核电装机容量4000万千瓦,在建1800万千瓦。目前我国岭澳核电站二期、秦山二期扩建工程、红沿河核电站、宁德核电站共12台核电机组已获得国家批准开工建设,总装机容量为1224万千瓦。

  近几年,中国加快了核电发展步伐,组建了国家核电技术公司,推动了三代核电技术装备引进和国产化工作,启动了大型先进压水碓及高温气能碓、核电站等重大项目。新开工了辽宁“红延河”、福建宁德等核电项目,发展态势很好。力争2020年核电占电力总装机比例达到5%以上。到本世纪中期,核电在我国总能源需求中所占的比例应达到10%以上。

  6.加强开发海洋能

  海洋能通常指蕴藏于海洋中的可再生能源,主要包括波浪能、潮汐能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。海洋能蕴藏丰富,分布广,清洁无污染,但能量密度低,地域性强,因而开发困难有一定的局限。开发利用的方式主要是发电,其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。波浪能发电利用的是海面波浪上下运动的动能。目前已开发出60—450千瓦的多种类型波浪发动装置。潮汐能是指海水在潮涨和潮落时形成的水能。它包括潮汐和潮流两种运动方式所包含的能量,其来源是源于月球和太阳对海水的引力作用所致。潮水在涨落中蕴藏着巨大能量,这种能量是永恒的、无污染的能量。我国目前可以开发的潮汐电站大约有一千万千瓦。和一般的水力发电相比,潮汐能的能量密度比较低,因此开发成本较高。

  7.要突出加快农村地区可再生能源发展

  广大的农村地区太阳能、浅层地能等可再生能源资源丰富、应用条件优越、发展空间巨大。在农村地区加快推进可再生能源建筑应用,可节约与替代大量常规化石能源;可以加快改善农村民房、农村中小学、农村卫生院等公共建筑供暖设施,保障与改善民生;可以带动清洁能源等相关产业发展,促进扩大内需与调整结构。支持在农村、边远地区和条件适宜地区开发利用生物质能、太阳能、地热、风能等新型可再生能源,使优质清洁能源比重有所提高。因地制宜、因需制宜,统筹城乡能源发展。我们必须清醒地看到,尽管我国经济总量已列世界前茅,但生产力水平总体上还不高,产业结构不合理,城乡、区域发展不平衡,长期形成的结构性矛盾和粗放型增长方式尚未根本改变,工业化、城镇化快速发展同能源资源和生态环境的矛盾日趋突出,影响科学发展的体制机制障碍依然存在。农村能源产业市场化。建立区县农村能源服务体系,推进农村能源市场化,管理标准化,服务社会化、专业化。中国工程院原副院长院士杜祥琬认为:2050年前的40年,是我国能源体系的转型期。能源体系要从现在比较粗放、低效、高排放、欠安全的能源体系,逐步转型为节约、高效、洁净、多元、安全的现代化能源体系,能源的结构、“颜色”、质量都将发生革命性的变革。2050年后,我国将拥有一个中国特色的能源新体系,我国将进入比较自由的绿色、低碳能源发展阶段。我国未来的能源是可持续发展的,这是一个重要的战略判断。

参考文献

  1. 马诚超,张绍良.低碳能源国际发展现状与趋势分析[J].赤峰学院学报(自然科学版),2012(6)
  2. 2.0 2.1 2.2 刘灿伟.我国低碳能源发展战略研究[J].山东大学,2010
  3. 莫神星.论低碳经济与低碳能源发展[J].社会科学,2012(9)
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