新能源发展展望

总第 80 期2009.10第 10 期技术综述总第 80 期2009.10第 10 期新能源发展展望赵新一（中国国电集团公司，北京100034）【摘　要】发展新能源对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭问题具有重要意义，被认为是继蒸汽机化、电气化、信息化之后改变全球发展的第四次技术革命。本文介绍了核能、太阳能、风能、地热能等新能源的技术发展趋势以及世界主要国家新能源的发展概况，通过对新能源发展动因的分析，揭示了发展新能源的重要性。【关键词】新能源；气候变化；政策实施；发电【中图分类号】X382【文献标识码】A【文章编号】1674-4586(2009)09-0007-080　前言新能源是指传统能源之外的各种能源形式，又称非常规能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核能等。一般来讲，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都是常规能源，而太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等为新能源。相对于常规能源而言，在不同历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当前，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能等。新能源包括各种可再生能源和核能。相对于常规能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。新能源在第一次石油危机发生后就开始受到重视，不过，其快速发展还是这一两年的事情，主要是能源安全和环境保护推动的。新能源技术被广泛认为是继蒸汽机化、电气化、信息化之后改变全球发展的第四次技术革命。1　新能源发展动因工业革命以来，全球能源消费不断增加。1971~2006年，全球GDP年均增长率为3.1%，能源消费弹性系数为0.74，在35年里全球能源消费量增长了1.2倍。2007年全球能源消费量高达158亿吨标准煤，在2006年的基础上增长了2.4%。1.1　全球能源安全危机随着能源消费量的不断增加，全球能源消费结构也在经历不断变革，第一次工业革命时期煤炭替代传统生物质能木材；上世纪60年代石油替代煤炭；目前技术综述9总第 80 期2009.10第 10 期电力技术9总第 80 期2009.10第 10 期是化石能源为主多种新能源互补。2007年全球能源消费结构中，石油占35.6%，天然气占25.6%，煤炭占28.6%，核能占5.6%，水力占6.4%。由此可见，全球能源消费结构当中90%左右仍然是不可再生的石油、天然气和煤炭。据统计，全世界发电量80%以上同样来自不可再生能源，其中燃煤发电占40.8%，燃气发电占20.0%，燃油发电占5.8%，核电占14.7%，可再生能源发电当中除了水电占16.4%以外，太阳能发电、风电、生物质发电等总共还不到3%。由于全球能源需求总量大、增长快，而且过分依赖于传统的化石能源，这给不可再生能源的勘探开采提出了严峻的挑战。虽然世界能源矿产已探明的储量巨大，石油已探明储量为1700亿吨，天然气探明储量为175万亿立方米，煤探明储量为9400亿吨，铀生产成本小于40美元/kg的探明储量为2.8亿吨。但根据2005年的生产水平，石油、天然气、煤、铀分别只可以开采42年、65年、168年和68~115年。虽然探明储量仍然在增加，但消费量增长更快，国外多个预测表明，整个化石燃料平均开采峰值将在本世纪中叶到来。以目前对经济影响最大的石油为例，1990~2007年世界石油消费年增长率为2.6%，最近几年呈加速增长趋势，2000~2007年增长率达到4.2%。世界能源矿产虽然在未来50年内不会出现枯竭，但是局部性能源短缺现象将不可避免，传统能源的价格必将节节攀升。人类能源结构在本世纪前半期必须进行重大变革，以保证能源安全供应。1.2　全球环境加速恶化化石能源释放的温室气体被认为是气候变暖的罪魁祸首。IEA指出，全球与能源有关的CO2排放量占全球温室气体排放的61%。工业革命以来，全球主要温室气体浓度不断增加，温室气体过量排放已经导致全球变暖，联合国政府间气候变化专业委员会(IPCC)的第四次评估报告指出，过去100年（1906～2005）地球表面的平均温度已经上升了0.74±0.18℃。如果不采取有效应对措施，全球气候变化将使人类面临严峻的生存危机。根据IEA的预测，如果在现有政策框架体系下不采取更为严厉的碳减排措施的话，全球与能源有关的二氧化碳排放量将从2006年的280亿吨增长到2030年的410亿吨，涨幅45％。到本世纪末，温室气体排放的增长将使这些气体在大气中的浓度增加一倍，这最终将导致全球的平均温度上升６℃。届时，农牧业、森林及其他自然生态系统、水资源、海岸带、社会经济及其他领域将会遭受极端冲击，人类生存面临严峻挑战。由此表明，当前全球面临着非常严峻的节能减排形势，控制温室气体排放将气候变化控制在合理范围内已迫在眉睫。当前，大部分发达国家在《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》的全球气候变化政策体制下已经开始承受温室气体减排压力。2012年后的最新的全球气候变化政策将会在2009年的哥本哈根会议基础上建立。能源行业将是讨论的核心，特别是将温室气体浓度控制在什么目标，及如何达到这一目标。稳定温室气体排放浓度的长期目标将决定全球能源体系转型的步伐。1.　我国面临的形势改革开放30年来，我国经济高速发展，经济规模已跃居世界前列。2007年我国GDP总量达到32508亿美元，占世界6.0%，对世界经济增长的贡献率达17.1%。不过，我国目前仍然处于工业化和城镇化阶段，工业仍然是我国经济增长的主要动力（工业产值约占GDP的50%），高耗能产业在工业中所占的比重非常高，我国是全球最大的钢铁、水泥和氨制品等原材料商品的生产国和消费国。我国目前由高能耗而引发的能源以及环境问题已越来越突出。我国一次能源消费总量2008年达到了28.5亿吨标准煤，位居全球第二。自1990年以来，我国消耗了全球50%以上的新增能源、70%以上的新增煤炭以及40%的新增石油。庞大的能源消费需求导致了能源供应的全面紧张，能源安全问题日益突出。我国的能源消费结构很不合理，2008年煤炭消费量在一次能源消费中占了68.7%，远高于世界28.6%的水平；相对清洁的天然气只占了3.8%，远低于世界25.6%的水平；而更加清洁的水电、核电、风电消费量之和只占了8.9%，同样低于世界12%的水平。因此，我国因为能源消费而导致的环境恶化问题更加严重。这主要体现在大气污染与温室气体排放两9总第 80 期2009.10第 10 期技术综述9总第 80 期2009.10第 10 期新能源发展展望方面。我国大气污染状况十分严重，主要呈现为煤烟型污染特征。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趋势；全国形成华中、西南、华东、华南多个酸雨区，以华中酸雨区为重。我国能源消费的温室气体排放强度比世界平均水平高出30%以上。这主要是由于单位热量燃煤引起的温室气体（CO2）排放比石油、天然气分别高出36%和61%，更远远高于低碳或无碳的新能源与可再生能源的温室气体排放。2　新能源发展概况在国际金融危机下，各国纷纷大力增加投资来拉动经济增长，这给新能源的加快发展带来了机会。当前，全球掀起了一股新能源投资热潮，新能源技术被广泛认为是继蒸汽机化、电气化、信息化之后改变全球发展的第四次技术革命。2.1　核电核电发展起源于20世纪50年代。截至2008年1月，全球正在运行的核电站435座，总装机容量约为3.92亿千瓦。拥有核电站最多的国家是美国，104座，其次是法国59座，日本55座，俄罗斯27座，印度17座；全球在建核电站共有43座。在核电占各国发电总量比重方面，法国为80%，日本为30%，美国为20%。从20世纪50年代世界第一座核电站核反应堆运行发电以来，核反应堆技术已从第一代发展到第四代。第一代为20世纪50～60年代的早期原型堆；第二代为70年代以后建成并运行的商业动力堆；第三代为近十年来开发成功或正在开发的先进水冷堆(如ABWR，EPR，SYSTEM80+，AP1000等)和先进气冷堆；第四代为正在进行概念设计并可能于2030年以后大规模采用的新型核能系统，第四代核能系统与现有核能系统相比较将能够更好地解决核能的经济性、安全性、废物处理和防止核扩散等问题。我国核电事业起步于上世纪70年代。经过20多年的努力，已完成了从无到有的跨越，运行业绩良好。截至2008年底，国内有6座核电站共11台核电机组先后投入商业运行，核电总装机容量906.8万千瓦，在建装机容量2290万千瓦。2008年我国核电发电量684亿千瓦时，占全社会发电量的比重为2.0%，远低于世界平均水平。我国核电建设将按照采用先进技术、统一技术路线、推进核电自主化的原则有序开展。近期将通过国家核电技术公司从美国西屋公司引进第三代先进核电AP1000技术，以浙江三门核电站1、2号机组和山东海阳核电站1、2号机组为依托，组织实施好我国引进核电技术的转让和关键核电设备的国产化，创新形成中国具有自主知识产权的大型先进压水堆核电技术。国家核电技术公司目前已完成大型先进压水堆核电站示范工程（CAP1400）的概念设计，CAP1400是在引进、消化、吸收AP1000先进核电技术的基础上，通过再创新所形成的拥有自主知识产权的科技成果。CAP1400机组将于2011年完成初步设计，2013年开始建设，2017年建成重大专项示范工程。除了以三代核电技术引进为依托的三门、海阳项目外，我国批准建设的核电项目也有采用在引进法国技术基础上，经过消化、吸收、再创新后所形成的中国自主设计的“二代加”百万千瓦级压水堆核电技术。此外，我国不仅在继续改进和创新“二代加”和三代技术，同时也参与国际第四代核电站研发。2.2　风电全球可利用风能资源大约有200亿千瓦。我国风力资源丰富，根据国家气象局最新的测算结果，我国陆地技术可开发风能资源储量大于海上，陆地可装机容量约为6~10亿kW，海上可装机容量约为1~2亿kW。2008年底，我国风电装机达到1217万千瓦，居世界第4位。按照目前的发展速度，中国将赶超德国和西班牙，至2010年总装机容量跃居世界第二位，提前十年实现2020年3000万千瓦的目标。随着几个千万千瓦级特大型风电基地的建设，到2020年，我国风电装机容量很可能会突破1亿千瓦。从发展趋势看，变桨变速型有齿轮箱技术是主流方向。随着技术不断进步，单机容量不断增大，目前技术综述11总第 80 期2009.10第 10 期10电力技术11总第 80 期2009.10第 10 期10陆上单机以1.5MW为主，新一代陆基2～3MW机组正在加紧研制之中；目前我国海上单机以3MW为主，新一代海基5～6MW机组也正在研制之中。当前，风电作为新能源发电替代传统能源发电的主力，已经得到政府的大力支持，各参与企业也投入了极大的热情，风电建设热潮还将持续下去。2.　太阳能利用全球太阳能经济可开发量为6000亿千瓦，我国太阳能资源也非常丰富，目前对太阳能的直接利用主要有三种形式：太阳能热水、光热发电和光伏发电。我国的太阳能热水器因为真空管技术的出现而得到大规模的应用。2008年我国太阳能热水器生产能力达到3100万平方米，累计使用量超过1.3亿平方米，居世界第1位。目前西方国家主要采用德国和奥地利的平板式技术，热效率与我国的真空管技术相差不大，但成本更高，预计我国在太阳能热水器领域的优势将长期持续下去。未来太阳能热水器在采暖和高温制冷领域将会有所突破，从而使应用领域更加广泛。太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程获得电能的技术，是太阳能热利用的重要方向。美国、以色列、澳大利亚、德国、西班牙等国的光热发电技术相对领先。美国已经制定发展规划，并成功建成多个示范项目，西班牙政府近两年也开始重视光热发电项目的推广工作。世界现有的太阳能热发电系统大