化学在解决能源危机中起着重要的作用

运用化学知识解决能源危机能源消费总量预测：在过去20年间，我国一次能源消费总量逐年增加，人均年能源消费量从80年代初期的约100千克/人增长到1996年的145千克/人。预测到2010年人均能源消费量将增长到158.6千克/人，2020年将达到172.2千克/人，2050年增加到212.6千克/人。尽管人均年能源消费量在未来50年都保持增长趋势，但我国能源年均消费增长率却一直处于下降趋势，80年代初期的年均能源消费增长率为7%—8%，90年代下降到5%—6%。预测2010年我国能源消费增长率将下降到3.58%左右，至2020年降为3%，2050年降为1.05%左右，达到发达国家现今的能源消费增长水平。与此同时，我国单位国内生产总值的能源消耗量也逐渐降低，1980年单位国内生产总值的能源消耗量约为40吨油当量/万美元，到1998年下降到14.6吨油当量/万美元。预测到2050年我国单位国内生产总值的能源消耗量将降至3吨油当量/万美元左右，达到目前中等发达国家的水平。此外，随着能源利用效率的提高，能源消费弹性系数也呈下降趋势。据此预测，2010年我国能源消费总量为17.38亿吨标准煤，2020年为22.59亿吨标准煤，2030年为27.79亿吨标准煤，2040年为32.23亿吨标准煤，2050年为35.61亿吨标准煤。在新经济论者看来，新经济-知识经济的出现业已改变了当代经济活动的性质。在工业经济时代，能源和其它原材料是生产活动的基础，能源、原材料的价格对产品成本影响很大，直接决定投入-产出比，对经济效益具有很大的决定作用。而在新经济-知识经济时代，在传统经济中扮演重要角色的能源、原材料的地位大大下降了，对经济活动的整体效率已经起不了决定性作用。这种状况在新经济滥觞的西方发达国家显得尤为突出。今后半个世纪将是我国完成工业化过程的重要时期。工业发达国家在这个过程中都经历了从全球获取所需资源以保证其高度消费的过程。如今，随着发展中国家的崛起，全球资源日趋紧张，完全照搬发达国家所走过的资本、资源高度消耗的模式已不可能也不应该。因此，我们必须充分发挥先进文化和先进技术的作用，寻求工业化进程中新的社会发展模式，以保证在减少资源消耗的条件下，保持经济的高速发展。这是建设节约型社会的题中应有之意。节约型社会所包含的内容很多，这里我仅以工业领域为例来谈谈这方面的认识。工业化过程主要是为了满足人们在衣食住行等物质生活及文化娱乐等精神生活方面的需求。为此，必须建立起庞大的制造业，以便能够生产人们所需要的消费品。制造业需要设备、材料和能源。该领域资源的节约主要依靠采用高效、节能的先进设备和工艺流程，利用现代先进技术。在工业化过程中，有两个高消耗资源的领域，即建筑业和汽车工业。这两大产业的发展能够带动钢铁、水泥、玻璃、塑料、木材、电子设备等一系列产业的发展，从而成为各国工业化过程中的产业发展龙头和支柱。我国也有同样的趋势。从建筑业来看，改善居住条件是每个人的愿望。随着人均收入的增长，人们对住房的要求也越来越高，这是必然的趋势。今后几十年，我国的建筑业必然会经历一个高涨的时期。倘若我们仍然主要依靠钢筋水泥以及传统材料，伴随这些原材料需求量的大幅增长，我国现有资源状况将难以承受。因此，必须加速对节约能源、资源的新型建筑材料的研究开发及推广应用。目前我国建筑物在隔热、采光等方面存在很多缺陷，大量的能源主要用于保温、制冷、采光，造成了能源的极大浪费。为了减少能源的消耗，在建筑设计中应大力研究改进隔热、采光的途径，并尽量利用太阳能以节约能源。随着生活水平的提高，人们对交通运输的需求也日益增长。汽车是最方便的工具，因为它是可以携带物品从出发点直达目的地的机动工具。但是大量发展汽车，除生产过程要消耗钢铁、玻璃、塑料等材料外，在使用中，停车场、公路要占土地资源，行驶要消耗汽油、柴油等燃料。按照工业发达国家的发展模式，今后几十年，我国可能将拥有数亿辆汽车，这对资源状况来说也是难以承受的。因此，必须大力提高汽车的燃烧效率，降低单车的耗油率。但是，仅仅依靠这些解决不了根本问题，还必须根据我国国情，研究、寻找交通运输的最佳模式，尽量做到资源的最大节约。在最近有关中国能源战略和改革的研讨会上，陈博士提到中国能源政策的国际影响力将越来越大。为了使中国的能源政策得到广泛的理解和支持，陈博士就如何应对这些可能的国际影响提出了一些建议。第一，就是在制定中国能源政策中必须考虑的国际因素和需要吸取的世界上其他国家的经验和教训。能源市场，特别是石油市场，是一个全球化的市场。但能源产品并不是一个象大米和小麦那样的产品，它有很大的地缘政治成分。如果不考虑国际市场的局势，不了解发展趋势，不充分分析并吸取别的国家在能源市场体制改革上的经验或教训，光看国内的情况，这样制定出来的能源政策可能是很不现实的。在这方面，我想国内的研究人员和政策制订者已经开始意识到了，并在这方面做努力。第二，也就是您所说的中国能源政策的国际影响。中国目前在能源生产和消费，石油消费，电力市场，二氧化碳排放等方面都是世界第二，仅次于美国。在煤炭生产和消费以及二氧化硫排放方面还是世界第一。随着中国经济的持续发展，对能源需求的不断增加，对世界能源市场的影响也将大大地加大。以石油市场为例。从1995到2002年的7年中，中国的石油需求以每年7%的速度递增，需求增量占全世界同期石油消费增加总量的30%。有些年份，如2002年，这一比例还达到三分之二。中国作为一个在全球化市场里的消费大国，目前所制定的有关今后发展趋势的能源政策必将对全球市场产生巨大影响。由于能源与环境的紧密联系，中国的能源政策也将对本国和全球的环境产生巨大影响。根据我国能源面临的严峻形势和国内外能源科技的发展趋势，我国中长期能源产业发展的基本方针应是：节能为本，多元发展，通过科学用能和积极开发国内外资源，为全面建设小康社会提供能源保障，实现一次能源翻一番，国民经济翻两番，为建立充足、清洁、经济和安全的可持续发展的能源结构打下基础。大力发展一次能源，确保能源总量供应，发展洁净煤技术，积极开发石油、天然气，发挥先进开采技术的作用。在迅速发展水电的同时，必须高度重视生态环境保护。新型安全高效输配电系统对提高电网的经济性、可靠性和稳定性都有重要意义。发展核电，是实现我国能源结构优化和调整能源资源分布不平衡的重要途径。努力实现多层次全社会节能战略，提高能源利用效率。研发科学用能新方法、新材料、新系统与新工艺，研发新能源和可再生能源，改善能源结构，减少环境污染。能源科学与工程今后的发展方向：1提高环保意识环境污染已成为制约经济、社会发展，危及人类生存的重要因素，能源发展必须与环境治理统筹考虑，决不能走先污染后治理的老路。所有新建、扩建、改建和技术改造项目，必须坚持治污设施与项目主体工程同时设计、同时施工、同时投产的方针。必须积极推进经济增长方式的转变，要采用先进适用技术装备，淘汰落后设备，严格禁止能源消耗大、污染严重的产品生产。必须加强法制建设，严格执行排放法规，要把环境保护建立在法制的基础上。政府应加大环保资金的投入。2提高能源利用效率在我国能源构成中，煤炭约占70%，提高煤碳利用效率，可以从以下几个方面来考虑(1)工业锅炉大型化。全国现约有60万台工业锅炉，由于锅炉容量小、效率低，年耗煤达4亿吨，平均热效率仅有60%。我国应推广热电联供、集中供热或分片供热系统以取代分散的小锅炉，不仅可降低煤耗，而且将大大改善环境。(2)火电机组近代化。我国火力发电占总发电量的75%，2002年火电装机容量已达3亿千瓦。我国火电平均煤耗比工业发达国家约大1/3，主要原因是火电机组设备落后，效率低。应有计划地淘汰中小型低压机组，发展30—90万千瓦亚临界和超临界机组，逐步使电厂热效率接近40%，同时发展超超临界大机组，使电厂热效率接近45%。(3)发展先进的高效低污染的燃煤发电技术。包括循环流化床燃烧发电(CFBC)、增压流化床燃烧联合循环发电(PFBC-CC)、整体煤气化联合循环发电(IGCC)及磁流体蒸汽联合循环发电(MHD-CC)，我国在上述四个方面已开展了相应的工作，并取得了一定的进展。3采用洁净煤技术(1)煤炭燃烧前处理。包括：①洗选处理，除去或减少原煤中所含的灰分、矸石、硫等杂质，洗选效率应达到95%以上；洗选煤技术有4种：筛分、物理选煤、化学选煤及细菌脱硫。②用机械方法将粉煤和低品位煤制成一定形状和粒度的煤制品，高硫煤成型时加入适量的固硫剂，可大大减少二氧化硫的排放。(2)煤炭燃烧过程中净化。研制新型燃烧器，如低NOx燃烧器，使燃料和空气逐渐混合，或调节燃料与空气的混合比，降低火焰温度，减少NOx生成。流化床燃烧，把煤和吸附剂加入燃料床层中，沸腾燃烧，减少SO2排放，且燃烧温度较低，大大减少NOx生成量。(3)煤炭燃烧后净化。采用湿式或干式脱硫工艺，效率可达90%；在大型电站中应采用静电除尘，除尘效率可达99%。(4)煤炭气化。煤炭气化是把适当处理过的煤送入反应器，通过气化剂空气或氧和蒸汽在一定温度压力下转化成气，可以在燃烧前脱除气态硫和氮组分。还有地下煤层气化也值得进行研究和开发。(5)煤炭液化。上世纪90年代已完成了万吨级煤基合成液体燃料关键技术及工业软件开发，已发展到可产业化阶段。我国对煤制甲醇，二甲醚，合成油等多种可供汽车用液体燃料做了大量工作，尚应继续进行研究。(6)发展水煤浆技术。其对贯彻执行国家以煤代油、压缩烧油的能源政策，合理利用能源，加强环境保护，是一种现实可行的选择。(7)绿色煤电计划。最近华能集团公司提出“绿色煤电”计划，总体目标是研究开发、示范推广煤基能源系统，以煤气化制氢和氢能发电为主，并对CO2进行分离和处理，大幅度提高煤炭发电效率，使煤炭发电系统的污染物接近零排放。4提高石油利用效率我国石油生产与资源不足，2000年进口量已达9000万吨，2020年可能达到1.4亿吨，除大力发展石油工业和参与国际开发外，应进行各方面的节油技术研究，千方百计节约用油。目前内燃发动机用油已占全国石油消费量1/2以上，必须进一步提高发动机热效率。提高石油利用效率和降低排气污染的关键技术，可采取以下措施并开展研究：(1)汽油机缸内直接喷射及分层稀燃技术。(2)共轨式电控高压燃油喷射技术。(3)醇类(甲醇、乙醇)燃料用于点燃式内燃机替代燃料。(4)可用近年来发现的二甲基醚作为压燃式发动机的新燃料。(5)多气门技术。增加流量系数，喷油嘴、火花塞可以中心布置以提高燃烧效率。(6)废气再循环技术。将部分废气引入新鲜进气，通过降低温度以达到降低NOx的目的。(7)排气后处理技术。可以研究用稀土金属来制造催化剂。(8)利用均质混合气压燃(HCCI)技术控制排放。5提高天然气在能源利用中的比例天然气是优质能源，我国天然气资源比较丰富，2002年底累计探明可采储量为2.6万亿立方米，预计到2010年将达到4.7—5.1万亿立方米，2020年将达到6—7万亿立方米。目前我国天然气年产量仅为170亿立方米，应加快建立我国天然气工业体系，到2010年建成年生产和输送800—900亿立方米，2020年将达到1300亿立方米，从资源讲是有基础的。6节电技术重点发展高效电动机，高压大功率变频调速技术，高效电光源及整流器技术，高效变压器和非晶态合金铁芯变压器技术，家用电器、电解电镀电源、输变电网系统及工业电炉等先进节电技术。7多联供技术重点发展热电联产、集中供热及热能梯级利用技术，推广热电冷联供和热电煤气三联供等技术，余热余压回收技术，高炉热风炉余热回收技术，转炉煤气回收技术，油田排放散气集中回收技术及大型余热锅炉和先进的热交换技术。三开发利用清洁与可再生能源提高环境1加快开发水电我国可开发的水能资源为3.78亿千瓦，2003年我国水电装机仅占技术可开发的水力资源的24%，低于世界平均水平。到2020年我国需要新增水电装机容量在1亿千瓦以上，使全国大中型水电装机容量达到2.4亿千瓦。加快水电的发展有利于改善我国电力工业结构，同时，水能是可再生的清洁能源，无大气污染问题，且运行费用低。在发展水电时