中国低碳能源战略刍议.docx
《中国低碳能源战略刍议.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中国低碳能源战略刍议.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
中国低碳能源战略刍议
中国低碳能源战略刍议
作者：
华贲来源：
中国能源网2009-09-18
一、2009：
世界和中国能源的第三次大转型
人类从19世纪开始工业化进程以来已经经历了两次能源构成的转型。
图1给出了世界能源构成变化的历史轨迹（黑线，为文献[1]给出。
图中自2001至2100各点及红色箭头是本文所加。
）。
第一次大转型开始于19世纪，由蒸汽机的发明和推广应用所促成的由薪柴为主的可再生能源向煤的转化。
第二次是在20世纪初的20年间；从煤转向石油。
推动力是汽车和飞机的普遍使用。
而从现在开始，人类间将开始第三次能源大转型。
即重点转向可再生能源，并且化石能源内部结构重组。
这次大转转型推动力主要是气候变化，即自开始工业化一百多年来，特别是自1990年开始的近20年来，由于化石能源加速消耗、大气中温室气体浓度急剧增加而导致的气温上升、冰山融化、海平面上升，和各种灾害性气象增加的频度和速度都大大增加了。
图1世界一次能源构成的变化轨迹以及发展趋势
气候变化是我们这一两代人面临的最严峻挑战之一。
化石能源的过度使用加速了气候变化和地球表面升温人为的过程。
科学家预测，地球生态警戒线是大气中CO2浓度450ppm,地表温升2℃；一旦超过2℃，就会朝着6～7度的严酷升温发展，全球变暖将无法控制。
2008年，全球CO2的总排放量已达300亿吨/年，大气CO2浓度已达400ppm。
IEA预测，照此趋势，2050年地表温升就将达到2℃！
此外，气候变化导致的风暴、热浪、洪水、冰灾等灾害也正在加剧。
人类需要有一个所有国家参与的国际协议来划分责任，落实避免灾难的规划和进程。
1997年的《京都议定书》，要求发达国家在1990年基准上，2008～2012年的5年间减排5.2%。
2002年通过了《联合国气候变化公约》之后，在2007年制订的《巴厘行动计划》是气候科学的关键一年。
开始了“双轨谈判”；坚持在可持续发展框架下应对气候变化，坚持“共同带有区别的责任”原则。
并且提出了“巴厘岛路线图”，指出了减排的具体途径和措施、目标[2]。
图2巴厘岛路线图指出的能源转型的7项内容[2]
2009年12月将在哥本哈根举行的会议是一次更加重要的人类共同行动。
目标是发达国家以1990年为基准年（总排放量约为21.5Gt/a），到2020年减排40%，全球排放将2020年左右达到峰值（450ppm），以后逐步降低；底线是控制温升不超过2℃。
美英等国带头表示了积极的态度。
今年6月28日，美国奥巴马政府已宣布到2020年减排2005年（5.87Gt/a）的17%，2050年减排83%（仅排放1Gt/a）。
英国政府在7月15日发布的《英国低碳转换计划》白皮书中提出到2020年和2050年英国将碳排放量在1990年基础上分别减少34％和80％。
相应于这些强制减排目标的措施，就是能源利用的大转型。
如图2右侧所概括，大体可分为两类措施。
自下而上的前3项：
提高终端利用能效，提高电网效率（“智能电网”），和天然气替代煤，旨在减少能源消耗的总量；而后4项：
发展可再生能源、核能、工业和发电用能产生的CO2的扑集和封存（CCS），则着眼于大幅度增加零排放的清洁能源的比率。
二、气候变化对世界和中国能源消耗总量和构成的约限
1、按年增长0.8%计，2030年世界人口将从目前的67亿增加到83亿人。
世界能耗总量约为240亿吨标煤[3]（人均能耗为2.9tec/人年）。
基于巴厘岛路线图和能耗与二氧化碳排放关系数据的分析，可以估算出2030年控制气温升高不超过2°C的世界CO2总排放量约为230亿吨。
为了满足230亿吨排放总量的约限，在240亿吨能源消耗中，可再生能源（包括核能）必须占40%以上；石油和天然气约占30%，煤约占30%,但是煤的一半须采用CCS利用。
图1中标志为2030年的红点示出了这种能源构成的位置。
从2030到2100（绿色点），继续朝这个方向前进；排放量进一步减低。
2、由于世界各国、各地区发展程度和时间不同，能耗和碳排放也存在极大的差异。
图3给出了1990—2002年世界各地碳排放的比较数据。
图32002年世界各个地区CO2排放总量和人均量比较
1990年，世界约排放21.5Gt/aCO2当量；其中发达国家排放约17Gt/a，占80%。
自工业化以来的百多年间累计的排放比率，大致也是如此。
而1990年中国温室气体净排放量约为3.1Gt/a，占世界14.4%。
由于中国经济近20年经济起飞所带来的能源消耗，特别是煤炭消耗急剧增长，到2008年全世界排放的30Gt/aCO2中，中国占了6.2Gt/a，即20.7%；成了第一位的排放大国。
曾几何时，60年前的1950年，中国CO2排放量为0.079Gt，仅占当时世界1.31%[4]。
分析各项数据的走势可以看出，1990年以来导致世界气候变化的各种因素中，中国因素起着相当大的作用：
1990年以来中国新增能源消耗占世界的40%，其中中国新增煤炭消耗占世界的70%。
这就导致世界新增温室气体排放量中，中国新增部分占了50%[2]。
美、欧、日等发达国家先后在上世纪中、晚期完成了工业化。
他们已经经历过了人均能耗较高的历史时期；也积累了强大的经济实力和科技基础。
低碳发展对于他们，首先是通过发展各种新能源科学技术进一步提高能效、降低能源消耗总量和人均能耗，以及然后才是加速发展无碳能源来实现的。
特别是美国，奥巴马政府期望藉领先发展新能源科学技术和能源金融机制，以保持世界领先地位。
表1给出了大道各国达到人均1万美元时能耗的历史数据[5]。
表1人均GDP达到1万美元的时间和能耗
美国英国日本韩国
年份60年代70年代80年代90年代
能耗tec/p.a8.64.13.9
2008年美国的人均GDP为4.7万美元，人均能耗为11tec/p.a，人均碳排放为19.5亿吨。
按照奥巴马的计划，到2020年减排2005年的17%，2050年减排83%，即2050年人均碳排放减为3.3吨。
相应地，人均能耗也将大幅度降低。
按照计生委和发改委能源所的预测，2030年中国人口约14.7亿，（占世界18%）；GDP约150万亿人民币[6]。
按照“共同但有区别的责任”原则，相信中国在哥本哈根会议上能够争取到的2030年二氧化碳排放约限可能在50亿吨/年（占世界21.7%）左右，（人均碳排放3.4吨）。
按照可持续地完成工业化的需要，届时中国的总能耗将控制在44亿tec/a，（人均能耗3tec/p.a）。
按照不同一次能源排放CO2的数据和中国能源资源、自产能力，以及合理的进口规模、比率估算，相应于50亿吨/年CO2排放的能耗构成应是：
新能源可再生能源27%，石油16%，天然气17%，煤40%（其中近一半约12亿t/a采用CCS利用）；见下表。
照此估算，2010-2030年期间，中国的能耗弹性系数为0.36。
表2碳排放控制的中国2030-2050年能耗及构成的估计
项目时间2002%2030%2050%
煤（亿t/a/亿tec/a）13.6/9.765.526.9/19.24020.2/14.432
石油（亿t/a/亿tec/a）2.5/3.624.34.9/7.0164.4/6.314
天然气.31/0.42.758/7.51756/7.216
（100bcm/a/亿tec/a）
其它1.117.511.92718.038
（水电、核、再生，亿tec/a）
总计（亿tec/a）14.8100441004510
三、中国实现低碳能源发展的可能性讨论：
在20年内实现上述气候变化对中国能源构成的约限目标，将是中国能源构成的180°大转型；也是一个极大的挑战。
以下从四方面分析实现的可能性。
（1）、关于人均能耗。
表1的历史数据和美国政府今后的能源规划说明，科技进步是促使能源利用效率快速提高的根本因素。
只要能够充分利用今后20年能源科技加速进步的成果，中国人均能耗不超过3tec/p.a是完全可能的。
而2030年以后到2050年，中国已经完成了工业化，人口增长也步入常规，充分全世界的科技成果，不断提高能效，总能耗应当不会有大的增长。
（2）、27%，11.9亿tec/a可再生能源，能否实现？
按照最近2年中国可再生能源发展的速度，和对发展规划的研究，这个目标是完全可以实现的。
表3给出了最近的研究结果。
注意，这里还没有包括核能。
表3可再生能源发展规划的最新研究[7]
项目单位2010202020302050
不包括水电亿tec/a0.61.8-3.34-89-17
水电2.33.64.64.1
合计2.95-79-1213-21
占一次能源%1025-1920-3030-40
（3）、5800亿m3/a天然气的供应保障
在政策的推动和各部门、各大公司的努力下，近年来我国天然气从勘探开发、生产,到国外资源的利用和进口，都取得了很快的进展。
天然气消耗量以每年20%以上的速度增加。
表4是根据各方面的信息估算的2020年我国天然气供应情况。
表42020年中国天然气供应总量和构成的估计
总量350--450bcm/a，4.5--5.8亿吨油当量/年
国内生产160-180
非常规天然气80—120
国内小计240–300，占70%
进口管输70—90
进口LNG40—60（3100-4700万tLNG/a）
国外小计110—150，占30%
（4）、近一半的煤通过CCS洁净利用，能否实现？
表5列出了2008年4月颁布的煤化工规划数据。
但自那时起的一年多以来，情况已经有很大变化。
油价冲高和气候变化压力在中国掀起了一波波煤化工高潮。
文献[8]甚至提出了12亿吨煤/年大化工的设构想；中国自主知识产权的气化炉走出了国界[9]；IGCC等从煤发电角度考虑CCS的各种技术的规模化应用也已起步。
中国在煤CCS利用的技术和规模上，必将领先于世界。
表2中煤CCS利用的目标，是完全可以实现的。
表52008年4月颁布的中国煤化工中、长期规划[10]
项目（百万t/a）201020152020
煤制油1.51030
甲醇163866
二甲醚51220
煤制烯烃1.45.08
（估计耗煤，亿t/a134.2）
四、中国低碳能源战略刍议
1、中国碳减排任务和途径既有特殊性，也有后发优势。
世界各国实现低碳发展都有三个共同的途径。
一是节制用能和提高能效，指标是降低总能耗和人均能耗；二是快速提高没有CO2排放的核能和可再生能源的比率；三是采用CCS技术的化石能源（主要是煤）的洁净利用。
与已经实现工业化的发达国家相比，中国的特殊性在于：
（1）煤在一次能源中比率过高，占70%（世均28%），天然气则过低（为3.5%，世均23%）；加上经济的粗放性，致使能源利用效率低（36.8%，低于世均的50%）；
（2）处于工业化中期，总能耗（28.5亿tec/a和人均能耗2.1tec/p.a）都还要增加；（3）除水电外，新能源及可再生能源基础薄弱，成为主导一次能源还需要较长的时间；（4）煤的洁净利用和CCS刚刚起步，受资金和技术的制约，也需要时间。
这个特殊性，特别是
（1），既展示了中国减排任务的艰巨性，也指出了通过产业结构优化调整、改变粗放的发展模式，以及尽快调整化石能源中煤、油、气的比率，实现藉总能效快速提高而减排的潜力和后发优势。
2、在2030年之前的继续工业化时期，中国碳减排的关键是降低能源需求总量增长的速度和比率；体现为能源弹性系数不能超过0.36。
因为如果能源弹性系数继续保持改革开放前30年的0.5的话，那么2030年中国总能耗将达60亿tec/a，人均能耗4.1tec/p.a。
由于届时核能与可再生能源只能达到12亿tec/a的规模；则其余48亿tec/a化石能源导致的CO2排放量将超过100亿吨，占届时气候变化所约束的世界排放总量40%以上；是不可接受的。
因此，今后的20年，中国只能藉优化产业结构、节制用能和提高能效，使在0.36的能源弹性系数下保持经济持续和实现工业化。
优化产业结构主要是藉宏观调控抑制钢铁、化肥、电解铝等一批高耗能产业的过度扩张和大量出口；在全球化的格局下，摈弃一切自给自足的小农经济思想，以全方位评价（GSA）的思维[11]，依照资源、环境等要素配置，把产业链的不同环节安置在不同的国家和地区。
不单纯以目前和局部的经济指标作为宏观调控的尺度，而是以全生命周期分析（LCA）的社会经济效益、能效、碳排放3个指标来衡量产业发展的布局和取舍。
几年前，日本把全部先进的预焙槽电解铝停掉，全部需求以回收废铝来满足的时候，中国却在保留许多落后的自焙槽工艺电解铝得情况下，以几百万吨/年的规模扩张电解铝，LCA研究指出，投资者获取40亿元/年的代价是社会效益损失上千亿元[12、13、14]。
节制用能在中国政府所提倡的“循环型经济，节约型社会”里有充分的阐述。
不过目前无论在衣、食、住、行的各个领域，相当一部分人铺张浪费、挥霍排场之风还很盛行；节制用能在中国的潜力还相当大。
3、在2030年之前，最重要的提高能效措施是尽快增加天然气在一次能源构成中的比率。
中国的GDP从1990年的1.87万亿增加到了2008年的30万亿。
就是说，94%是近18年新增的。
其中的工业、建筑和交通等增加部分，相当多是从国外（成套）引进的、先进的技术和设备。
为什么能效却比国外低13个百分点之多呢？
中国到2008年煤电转换效率约35%，而天然气联合循环发电效率为50—55%；天然气冷热电联供（DES/CCHP）的能源利用效率更在70%以上。
而天然气CCHP的CO2排放则只有煤电+燃煤锅炉的1/4。
中国总能效比世均低13个百分点的一个重要原因，是天然气在一次能源中的比率太小；经过几年的努力才从2.7%提高到3.5%，远低于世均的23-25%。
把天然气比率提高到17%，是中国能够在人均能耗3tec/p.a下实现中等发达的最重要保证。
主要战略措施包括：
⑴、作为主要工业燃料（包括68万台小锅炉中的8成）的煤（占全国煤耗30%，其余55%发电，15%制水泥）尽可能采用集约化的天然气DES/CCHP替代；
（2）占建筑物耗能80%的采暖、空调、热水和占14%的用电，尽可能用天然气DES/CCHP集约化高效联供；（3）占中国1.2亿t/a柴油耗量近30%的中、重型卡车，改用高效、廉价、低排放的LNG车，（还可大幅度降低石油对外依存度，保障能源安全）[15、16、17]。
这3项技术在发达国家已经开发和成熟应用，但还没有充分推广。
如果中国能够随着天然气的快速普及而同时普及推广这些技术，就能真正发挥“后发优势”。
此外还有用天然气替代LPG等实现城市炊事燃料洁净化，天然气调峰发电等的节能减排效果，自不待言。
4、2030年之后到2050年，新能源、可再生能源利用和CCS的CO2减排作用将更加重要。
因为到那时⑴、科技进步将使新能源开发成本大幅度降低，可供应量大大增加，占一次能源的百分比也将大大提高；⑵、公众节能意识的普及和能源利用效率的进一步提高使总能耗比2030年不会有大幅度的增加，因而不仅化石能源在一次能源中所占的比率将稳步下降，而且绝对耗量也将递减；⑶、bp公司刚刚宣布的“石油还能用42年、天然气60年、煤122年”的推断将彻底改变；三种化石能源资源将会被“细水长流”地“物尽其用”，直到百年以后。
5、“能源转型”将不仅仅是一次能源的构成，更重要的是从一次能源到终端利用的模式和技术途径。
人们的观念往往落后于时代的发展和进步，并采用习惯思维来计算和推理。
图4展示了从各种一次能源到工业和建筑物用能、交通用能、有机化工原料三类终端利用目前科技已经掌握的主要技术路线[18]。
以交通能源为例，虽然迄今为止绝大部分还是依赖石油产品（图中黑色线），但是不可以按照交通总量的扩大而对石油需求增张量作随着线性外推。
因为飞速的科技进步使电、LNG、煤基二甲醚、生物燃料和氢气等替代能源，凭借它们在经济上、能效上、和CO2排放上的优势，必将在今后20-40年替代大部分汽柴油。
智能电网所推进的电动和混合动力汽车将替代部分公交和私家车；新型高效LNG车将取代相当比率的柴油车；麻风树、亚麻寄、藻类等为原料的第二代生物燃油2040年将占航空燃料的50%，非粮乙醇取代部分汽油；都已取得技术突破。
氢气燃料电池车也将在20年后实现商业化应用。
图4从一次能源到终端利用途径的大系统优化示意[18]
再以有机化工原料为例，本来是从20世纪初才从煤化工转为石油化工的。
一百年后的今天，带CCS的现代煤化工也在经济上、能效上、和CO2排放三个指标上，初步具有了对石油化工的竞争力；虽然在不同国家、不同时期、不同条件下的具体比较结论会有不同。
但是显然，在大多数情况下，天然气或碳一化工不会成为主流，因为从三个指标来衡量，碳一化工并不全比煤和石油化工好；但天然气直接、高效发电和用作工商业燃料，却有煤和石油难以比拟的优势。
现代信息技术已经完全能够追踪所有上述技术途径的最新科技成果的技术经济数据，建立包括所有从一次能源到终端利用的模式和技术途径的大系统模拟、展示和优化决策的模型；既可用于特定终端应用目标选取不同一次能源路线的比较决策，也可用于不同地区或国家在各个时期能源战略辅助决策工具
6、石油需求和资源优化利用刍议
迄今的大部分能源规划和预测研究，都估计中国石油需求继续保持直线上升；到2050年达到7-8亿吨/年[19]。
这可能是因为他们都以现有的交通能源模式和有机化工原料路线为默认基准，采用线性外延的方法来估算的。
但如图1的历史所提示和本节第5段所描述，经济和环境的硬约束所推动的科技进步，将极大地改变今后的发展趋势。
消耗石油约11亿t/a、60%依靠进口的美国，奥巴马总统正是基于推动能源新科技发展的安排信心，才提出了彻底摆脱对中东石油依赖的日程表的。
中国也没有理由把交通和有机化工的能源供应吊在石油这一棵树上；把石油对外依存度推向70%以上的对国家安全极为不利的局面。
除上述替代路线之外；值得一提的是目前我国石油资源的利用效率还有提高的空间。
目前用作城市燃气的2400万t/aLPG，可以在10年之内用天然气顶替出来用作化工原料。
数以百万吨/年计的油气田伴生的乙、丙、丁烷，迄今还有不少放空或随天然气一起作为燃料烧掉。
富含氢气的数百亿m3/a焦炉煤气,仍以发电为主要的利用方向。
近2000万t/a用作燃料的炼厂气中，也还有数百万吨乙烷、乙烯等宝贵资源能够分离出来利用。
而目前需求日益增多的炼厂氢气，仍主要依靠自产的轻烃水蒸汽裂解来制备。
挖掘出这数千万t/a化工原料资源的潜力，可以减少上亿t/a的石油进口[17]。
这都不是技术问题，而是粗放经营的体现。
认真的系统优化研究应可证明，经过10-20年的努力，开发、推广应用上述各个技术路线，是可以把中国石油需求控制在5亿t/a之内的。
拓展时间和空间的视野，高屋建瓴、高瞻远瞩，充分认识科技进步的巨大潜力和关键作用，利用好全球化的正面因素，用大系统优化的思维认识和处理当今世界能源大转型带来的挑战和机遇，尽到政府的责任、发挥它的政策、立法、规划和组织职能；中国必将能够同时完成现代化和能源转型两个历史使命。
参考文献：
[1]www.ipcc.ch/ipccreports/sers/emission/index.php?
idp=135（气候变化国际组织网站：
）
[2]李俊峰，气候变化孕育的商机—低碳经济与可再生能源，大珠三角地区低碳经济发展论坛，广州，2008.6.23
[3]唐伟章，确保可持续的能源供应，南沙科技论坛，香港科技大学2005.5.26
[4]《中国应对气候变化国家方案》
[5]徐建中，中国能源战略的一些问题，南沙科技论坛，香港科技大学2005.5.26[6]姜克隽、胡秀莲等，中国2050年低碳情景和低碳发展之路，中外能源，14（6），pp.1—7.
[7]黄其励，科技日报2008年7月日
[8]李琼玖等，中外能源，
[9]兖矿集团、华东理工大学，多喷嘴对置式煤气化技术及其工业应用，2009‘中国煤化工技术、信息交流会暨产业发展研讨会，深圳，2009.4.1
[10]中国煤化工产业规划，中外能源，
[11]华贲经济与资源、环境协调的全方位评价法华北电力大学学报20041131（6）：
1-4
[12]王小伍华贲从电解铝工业看能源和环境与产业结构的协调能源研究通讯2004.4：
35-40
[13]王小伍等，中国电解铝工业的多因素综合生命周期评价轻金属2005（6）：
3-6
[14]金涌，低碳经济：
理念、实践、创新，全国石油与化工行业节能节水减排高级研讨会，北京，2009.8.29
[15]华贲龚婕分布式能源与天然气产业在中国协同发展的历史机遇能源政策研究20075：
14-20
[16]华贲,中国城市建筑能源系统的集成创新,华南理工大学学报,35（10）：
111-116,2007.10
[17]熊标,华贲,加速开发中国LNG汽车产业链,中外能源,12
（1）,12-15,2007.2
[18]华贲。
中国能源和资源优化配置的战略思考,能源思考,2008.306－11
[19]倪维斗，以煤气化为核心的多联产系统，《2009年中国化石能源清洁利用技术论坛》论文集，pp.3—20,2009.8
升级会员 