能源革命

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什么是能源革命

  能源革命是指推动人类文明进步的根本性能源变革,具体表现为资源形态、技术手段、管理体制、人类认知等方面出现一系列显著的变化。

能源革命的历史轨迹与特征[1]

  纵观人类的发展史,共经历了三次能源领域的重大变革。发现火并利用火是人类文明的开端。能源利用的第一次质的变化大约是在4O万年前,以人工火代替自然火的利用为标志,木材、秸秆等柴薪能源成为人类社会生产和生活的主要能源,人类进入植物能源时代。植物能源时代主要是利用地表上的生物质能,促进了农业的发展,推动了农业文明。但由于植物能源密度较低、运输不便,植物能源主要用于人类取暖、照明和炊事等活动。生产过程中的动力主要是使用人力和畜力,对生产效率的改进作用有限,植物能源时代经济长期处于极慢增长。

  第二次能源利用的变革开始于18世纪的英国,以蒸汽机的发明和19世纪煤炭的大规模使用为主要标志。19世纪初期,英国煤矿、法国的加莱海峡地区和德国鲁尔地区的煤矿的发现与开发,使1850年到1869年间,法国的煤炭产量由440万吨上升到1330万吨,德国煤炭产量由420万吨迅速上升到2370万吨。整个世界从1830年煤炭消耗量占整个能源消耗量的不到30%,在1888年迅速达到48%,随后迅速超过木材使用量,成为主要能源。而这一过程中,煤炭的大规模应用使得蒸汽机从实验室成功地走向现实,使人类摆脱以人力(或畜力)和手工工具为主的生产方式,极大提升了社会劳动生产率。人类社会进入了利用机械力的工业文明时代。这一时代也被称为化石能源时代的第一阶段——煤炭时代,即固体能源。人类可利用的能源由地表转向地下。

  化石能源的第二阶段始于l9世纪下半期,一是电力的发明,使人类对化石能源进行延伸利用,生产出二次能源,使人类用上了清洁、便利的电力。电的发明改变了人类用能方式,也为各种电器生产制造和使用提供了便捷的动力。二是石油资源的开发,尤其是汽车的生产与使用,对液体能源的依赖进一步加强,液体能源逐步接替固体煤炭,成为世界经济发展的主要动力。

  第三次能源利用的重大变革是正发生于当下的新能源革命。持续使用了200多年的化石能源不仅面临战略性资源枯竭,而且给地球的生态环境造成极大的破坏。把埋藏在地下的化石能源挖出来用作燃料,向大气释放了大量的二氧化碳和其他有害物质,使人类的生存环境面临着威胁。而新能源革命是利用自然能,如风能太阳能可再生能源满足人类不断增长的能源需求,并逐步替代化石能源。与此同时,能效问题受到极大的重视,被视为第五种能源(煤、油、气、可再生能源、能效)。需指出的是,第三次能源利用的重大变革仍以开发不同电源的方式体现出来,例如风力发电光伏与光热发电等。从能源终端消费来看,电力将成为主导能源。尤其是随着电动汽车的发展,其他化石能源在终端消费的比例会进一步下降。

能源革命的作用[1]

  历史上工业革命与能源革命几乎是同时发生的。能源革命促进了工业革命,促进了社会生产力的极大提高,也促进人类文明的进步。总的来看,能源的历次重大变革所产生的作用具有以下几个特征:

  (一)能源利用方式的变革带动新的产业发展

  植物能源只能提供有限的能量,第一次工业革命把人类社会带人了以机器为动力的社会化生产时期。煤炭的大规模应用解决了社会发展的动力瓶颈,促进了纺织工业钢铁行业、冶金矿产等重:业的发展和城市建设的快速发展。石油天然气的开发利用,为飞机、汽车化工产业的发展提供了高效燃料和原料,促进了相关产业的发展,同时也使石油和天然气成为主要能源。风能、太阳能等可再生能源的开发利用,则带动了新型装备制造、输配电产业、储能产业、新型原材料产业等的快速发展。

  按照1吨秸秆的热值约为0.7吨普通煤炭或者相当于0.5吨标准煤的效果测算,煤炭对秸秆的替代意味着单位能量成本下降30%一50%。与煤炭相比,石油是一种物理性更加优越的化石能源:按照传统的算法2吨煤炭等同于1吨石油的热值,而石油的燃烧效率又高于煤炭30%~50%。如果考虑运输、设备的投资,石油的能量效果更高,其总体效果是1吨石油的实际作用等同于3~5吨煤炭。另一方面,石油极易气化,因而,使传统能源使用方式发生一个重大革命,即可以实现连续性燃烧;同时,汽化燃烧比煤炭的表面性的固体燃烧优越,可实现能量效率的大幅度提高。柴薪~煤炭~石油的演变过程,是单位能源能量不断提高的过程,也是单位能源成本不断下降的过程。从运营成本来看,风能太阳能接近于零,因此,新能源的开发利用形成相当规模后会极大地降低生产过程中的能源投入成本。

  (二)能源利用方式的变革促进经济效率的改进

  能源使用效率是指单位能源投入所取得的产出。在农耕时代,经济发展非常缓慢,柴薪能源的使用效率处于较低水平。而化石能源时代,是工业革命爆发的时代,也是社会劳动生产率极大提高的时代。从工业化国家的发展过程来看,能源利用效率随着柴薪一煤炭一石油的替代演变过程逐步提高。

  据资料显示,19世纪初期的化石能源时代以来,能源消费与经济基本保持同步增长的态势。煤炭时代,发达国家经济增长与能源消费增长(即能源消费弹性)大致保持了1:1的比例关系。1950年以后,石油成为主导能源,平均而言,能源消费弹性系数大致为1:0.6—1:0.7的比例关系,这意味着从煤炭到石油,能源使用效率平均提升了30%~40%。电力对煤炭的替代,提高煤炭转换电力的比重,也是目前各国提高能源利用效率的优选方法,而且还能够集中控制和治理污染。与化石能源相比,风电、光电的物理转换效率较低,主要是在于化石能源的能量是多年累积形成的,可在短期内集中使用。从广泛上讲,新能源的利用意味着人类可以对世界上存在的低密度的能源形式加以利用,这本身也是一种使用效率的提高。

  (三)能源利用方式的变革指向可持续发展

  与柴薪相比,煤炭的能量高,便于运输。与煤炭相比,石油天然气热值更高,而且可以通过管道运输,更加方便,而电力则更加清洁、便利。可再生能源发电则是使整个生产过程实现了清洁化。尤其是可再能源发电可实现分布式利用,不依赖大规模能源基础设施投资,因此,三次能源革命是朝着更加清洁、更加便利使用的方向发展。

  第三次工业革命正在悄然发生。这场由信息、通信技术,新材料技术,互联网技术等通用技术的突破和大规模应用所驱动的第三次工业革命将促进制造技术向一体化、智能化、微型化、全周期化和人机关系更加友好的方向快速发展,并最终促使整个工业生产方式呈现出高度柔性化、可重构化和社会化的特征。能源消费方式将面临重大变革:信息技术、互联网技术不断突破,智能化电网,分布式电源得到较快发展,越来越多的家庭成为能源消费者和生产者,由单向接受、模式单一的用电方式,向互动、灵活的智能化用电方式转变。人类社会将会进入到以高效化、清洁化、低碳化、智能化为主要特征的能源时代。

参考文献

  1. 1.0 1.1 史丹;王蕾.能源革命及其对经济发展的作用[J].产业经济研究.2015,1
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