发展可再生能源和新能源与必须深层次思考的几个科学问题——非化石能源发展的必由之路

书书书第２５卷第４期２０１０年８月（页码：１１１５～１１５２）地　球　物　理　学　进　展ＰＲＯＧＲＥＳＳ　ＩＮ　ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＶｏｌ．２５，Ｎｏ．４Ａｕｇ．２０１０滕吉文，张永谦，阮小敏．发展可再生能源和新能源与必须深层次思考的几个科学问题———非化石能源发展的必由之路．地球物理学进展，２０１０，２５（４）：１１１５～１１５２，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４２９０３．２０１０．０４．００１．ＴｅｎｇＪＷ，ＺｈａｎｇＹＱ，ＲｕａｎＸＭ．Ｓｏｍｅｉｍｐｒｏｔａｎｔｓｃｉｅｍｔｉｆｉｃｐｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｒｅｎｅｗａｂｌｅａｎｄｎｅｗｅｎｅｒｇｙ—Ｔｈｅｏｎｌｙｗａｙｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｏｎｆｏｓｓｉｌｅｎｅｒｇｙ．犘狉狅犵狉犲狊狊犻狀犌犲狅狆犺狔狊．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ），２０１０，２５（４）：１１１５～１１５２，ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４２９０３．２０１０．０３．００１．发展可再生能源和新能源与必须深层次思考的几个科学问题　　　　　———非化石能源发展的必由之路滕吉文，　张永谦，　阮小敏（中国科学院地质与地球物理研究所，北京１０００２９）摘　要　随着高新科技的进步和经济的快速发展，对不可再生能源的需求日益巨增，而且导致了严重的环境污染和资源枯竭．基于对能源安全和环境承受的力度，在发展进程中必须调整能源消费的配置，即在广为利用化石能源的同时必须大力发展和使用可再生能源和新能源．可再生能源主要包括太阳能、风能、生物能、海洋能和氢能，而新能源则主要包括地热能、天然气水合物和核能．预计到２０５０年新型可再生能源的比重将会由现在的３％左右上升到４０％以上，化石能源的比重将会由现在的８０％降至５０％左右，之后还将会降低于新型可再生能源的水平．应当说此乃人类未来可利用能源的潜在效能．然而在这种发展进程中人类则又必须对生态平衡、环境污染、气候变暖、冰山熔化与全球变化及对营造人类良好生活与生存空间给予切实的关注．关键词　能源消耗，可再生能源，新能源，能源配置，必由之路ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４２９０３．２０１０．０４．００１　　　　中图分类号　Ｐ６３１　　　　　文献标识码　Ａ　　　　　犛狅犿犲犻犿狆狉狅狋犪狀狋狊犮犻犲犿狋犻犳犻犮狆狉狅犫犾犲犿狊犳狅狉犱犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋狅犳狉犲狀犲狑犪犫犾犲犪狀犱狀犲狑犲狀犲狉犵狔—犜犺犲狅狀犾狔狑犪狔犳狅狉犱犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋狅犳狀狅狀犳狅狊狊犻犾犲狀犲狉犵狔ＴＥＮＧＪｉｗｅｎ，　ＺＨＡＮＧＹｏｎｇｑｉａｎ，　ＲＵＡＮＸｉａｏｍｉｎ（犐狀狊狋犻狋犪狋犲狅犳犌犲狅犾狅犵狔犪狀犱犌犲狅狆犺狔狊犻犮狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵１０００２９，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋　Ａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｈｉｇｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｃｏｎｏｍｙ，ｔｈｅｄｅｍａｎｄｆｏｒｎｏｎｒｅｎｅｗａｂｌｅｉｓｅｎｅｒｇｙｇｒｏｗｉｎｇｖｅｒｙｆａｓｔ．Ｉｔｈａｓｃａｕｓｅｄｓｅｒｉｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｉｏｎｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｅｎｄｕｒａｎｃｅ，ｗｅｍｕｓｔａｄｊｕｓｔｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｗｅｓｈｏｕｌｄｍａｋｅｇｒｅａｔｅｆｆｏｒｔｓｔｏｄｅｖｅｌｏｐａｎｄｕｓｅｔｈｅｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙａｎｄｎｅｗｅｎｅｒｇｙ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｏｗｉｄｅｌｙｕｓｅｆｏｓｓｉｌｅｎｅｒｇｙ．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅｓｍａｉｎｌｙｉｎｃｌｕｄｅｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ，ｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙ，ｂｉｏｅｎｅｒｇｙ，ｏｃｅａｎｅｎｅｒｇｙａｎｄｈｙｄｒｏｇｅｎｅｎｅｒｇｙ．Ａｎｄｎｅｗｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅｓａｒｅｍａｉｎｌｙｇｅｏｔｈｅｒｍａｌｅｎｅｒｇｙ，ｇａｓｈｙｄｒａｔｅｓａｎｄｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒ．Ｗｅｐｒｅｄｉｃａｔｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙ，ｃｕｒｒｅｎｔｌｙａｂｏｕｔ３％，ｗｉｌｌｂｅｕｐｍｏｒｅｔｈａｎ４０％ｉｎ２０５０，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｆｏｓｓｉｌｅｎｅｒｇｙｗｉｌｌｄｅｃｒｅａｓｅｆｒｏｍｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔ８０％ｔｏ５０％ｉｎ２０５０．Ｉｎｔｈｅｕｓｅｏｆｅｎｅｒｇｙｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ，ｗｅｓｈｏｕｌｄａｌｓｏｐａｙａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｂａｌａｎｃｅ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｇｌｏｂａｌｗａｒｍｉｎｇ，ｍｅｌｔｉｎｇｇｌａｃｉｅｒｓａｎｄｂｕｉｌｄｉｎｇｇｏｏｄｌｉｆｅａｎｄｌｉｖｉｎｇｓｐａｃｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊　ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙ，ｎｅｗｅｎｅｒｇｙ，ｅｎｅｒｇｙｃｏｌｌｏｃａｔｉｏｎ，ｏｎｌｙｗａｙ收稿日期　２０１００６３０；　修回日期　２０１００７３１．基金项目　国家自然科学基金委重大专项（华北克拉通专项）（９０９１４１２７）资助．作者简介　滕吉文，１９３４年生，教授，研究员，中国科学院院士，主要从事地球物理学和地球动力学研究．地　球　物　理　学　进　展２５卷　０　引　言能源是人类社会生存和发展的重要物质基础，安全可靠的能源供应体系和高效、清洁、经济的能源利用，是支撑经济和社会持续发展的基本保证．世界工业革命发展进程表明：世界各国经济与社会的发展与能源的需求将必会越来越迫切，并显示出其不可替代性之必然．这也就是说，世界各国的经济腾飞和工业化必须以大量的能源消费作为支撑，这却是不以人们的意志为转移的事实，因为它与经济增长共存．由于各国历史背景不同，发展程度不同，经济积累不同，且地域各异，故展现出各国对能源的消费和需求程度是极不均衡的．当今在能源消耗中唯英国趋于下降．法国化石能源极度贫乏、在２０世纪７０年代以后突出地发展核能体系，即为世界上唯一以核能为主的国家（占一次性能源的４０％以上）．美国却是化石能源的第一消费大国，每年耗油量达９亿吨左右，人均为３吨左右．日本则能源极度匮乏，对外依存度达９５％左右，韩国则为能源高消费国家，２００７年为２．４亿吨，人均为４．９吨油当量，其人均消费量和强度均高于英、法、德、日等国，趋于世界平均水平．俄罗斯则为能源的生产大国，剩余探明石油储量为１０９亿吨，占世界总量的６．４％，居第七位，天然气储量４４．６５万亿立方米，占世界总量的２５．２％，居第一位，而且煤炭资源、铀矿资源、地热资源、电力资源均十分丰富，不仅能自给，而且有一定量的资源可以出口［１］．中国则是新崛起的能源大国，正在快速工业化和经济腾飞之际，对能源的需求不仅日益增长，而且需求十分迫切．面对这一国内外的能源形势，如何在前进中求发展，在发展中求生存，当前必须不失时机地多元化、且广泛的利用世界能源，与此同时必须立足于本土［２］，强化第二深度空间的化石能源勘查与开发［３，４］，并潜心发展可再生能源和新能源及其高效利用［５～７］．基于世界化石能源供需矛盾的严峻势态，必须极力为开拓非化石能源打造一条通道．为此世界各国有关政府部门和有关科学家们在其发展与预测方面曾进行了大量的具总结性工作以及统计和分析．由于这些论著全是大部头的，为了能更为简捷地让更多关心这一领域人们的了解和认识，这里主要是基于很多人一系列的工作，大量的数据、图表等资料（详见参考文献目录），加上自己的一些研究和认识及理解试图来讨论下我国未来能源的发展导向．显然将一系列有关资料进行分析、研究和综述是不无?益的！为此针对可再生能源和新能源的发展和利用讨论以下五个问题：第一，未来２０年期间能源的需求与发展势态；第二，能源供给不足，对外依存度不断增大；第三，发展可再生能源乃必由之路；第四，大力发展新能源和其应用；第五，在大力发展可再生能源和新能源进程中应重视的几个问题．１　未来２０年期间能源的需求与发展势态保证能源供给是人类社会赖以生存和发展的重要重要条件之一．当今世界，能源与环境已成为人类社会共同面临的重大挑战，影响着人类社会发展的进程与未来，可是由于化石能源的地理分布极不均匀，供应的地区性和结构性矛盾，不仅会长期存在，而且一个控制与反控制的格局已在蕴酿或发生．这是因为化石能源的国家拥有度和人均占有量差异悬殊［１～７］．以中东为例，中东地区的人口不足世界人口的３％，仅占全球陆地面积４．２１％，而其石油探明剩余可采储量为１０２２亿吨，占世界储量的６０．５％，是亚太地区的８．４倍和欧洲及欧亚大陆的近８倍．为此能源供应的地区性短缺将必会长期存在，２００７年且会不断加巨．当今在全球范围内，欧洲（不含俄罗斯）化石能源产量为７．５亿吨油当量，消费量则达到了１６．７亿吨油当量，进口量约９亿吨油当量，亚洲（不含中东）化石能源产量为２６．４亿吨油当量，消费量则接近３６亿吨油当量，进口量近达１０亿吨油当量；北美化石能源进口约５亿吨油当量．与此呈现出明显反差的是：中东地区、俄罗斯、非洲和拉丁美洲则扮演着能源供应者的角色，分别出口１０、５．７、４．９和１．２亿吨油当量的化石能源，是世界能源的供应者．同时应当清晰地看到，欧洲石油进口量的一半，天然气进口量的４０％仍来自前苏联地区，并且主要是俄罗斯．这种供需关系具有它脆弱的一面，尽管冷战已经结束，但是颜色革命还没有完结，多极化的世界格局还没有形成，这种脆弱面及其对全球能源供应可能产生的影响仍需密切关注；亚洲石油进口主要来自中东地区，其数量超过中东地区石油出口量的６４％．中东地区民族主义和恐怖活动以及价值观的冲突，影响着以进口中东石油为主的亚太国家的能源安全，风险极大，必须打造新的路线图．６１１１　４期滕吉文，等：发展可再生能源和新能源与必须深层次思考的几个科学问题———非化石能源发展的必由之路１．１　２０１２年前后中国将会成为世界上第一能源消费大国２０世纪中、下叶，中国由一个能源能自给自足的国家一跃而成为能源的进口国，且日益巨增．进入２１世纪以来，中国能源消费增长已为世界上最快的国家之一，能源消费总量居世界第二位．２００７年，一次能源生产、消费和净进口量分别为１６．６、１８．６３和１．７３亿吨油当量，对外依存度为４９．４％．中国人口占世界人口的２０％；ＧＤＰ总量（按ＰＰＰ）占世界１９．８％；一次能源消费总量占世界１６．８％．人均ＧＤＰ与世界平均水平相当，人均一次能源消费量为１．４１吨油当量，不足世界平均水平的８０％．人均用于生活性能耗的为０．１３６吨油当量，不足美国人均水平的１／１２、ＯＥＣＤ（经济合作与开发组织）国家人均水平的１／５．应当说当前中国能源的利用效率均高于世界平均水平．过去的１００年间，中国一次能源累计消费量不足３００亿吨油当量，只有美国同期能源消费量（１３００亿吨）的２２％，而且其中的６０％乃是近１５年来消费的．这便进一步预示着中国未来能源消费的巨大增长潜力．２００７年，我国一次能源消费结构为煤炭７０．３８％、石油１９．７５、天然气３．２５％、水电等可再生能源５．８６％、核能０．７６％．在化石能源部门消费结构中，用于产业的为７５．６％、交通７．５％、生活１０．５％、商业６．２％，而与目前的发达国家（如美国）在能源消费结构中，用于产业的为３２％、交通２８％、民用２１％和商业１８％的比例形成明显反差，反映出不同国家在其工业化和后工业化发展阶段能源部门消费结构的不同特点．图１　中国一次能源消费总量趋势［１］Ｆｉｇ．１　ＴｒｅｎｄｆｏｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｆｏｓｓｉｌｅｎｅｒｇｙｉｎＣｈｉｎａ［１］表１　不同机构对中国一次能源需要的预测趋势（不含非商品生物质能）　单位：亿吨油当量犜犪犫犾犲１　犉狅狉犲犮犪狊狋狊狅犳狋犺犲狋狉犲狀犱狅犳狉犲狇狌犻狉犲犿犲狀狋犳狅狉犳狅狊狊犻犾犲狀犲狉犵狔犻狀犆犺犻狀犪犫狔犱犻犳犳犲狉犲狀狋犻狀狊