节能是低碳的第一战略

前沿视点

“碳减排”这个过去中国人很少接触到的词语如今像一座大山横亘在中国经济发展的快车道上,压迫着经济增长的大动脉.如何实现“低碳”发展正在成为全民话题.

日前,能源研究领域著名学者中国工程院院士、清华大学教授倪维斗,中国科学院院士、西安交通大学教授陶文铨和北京工业大学教授马重芳,在谈到“低碳”话题时一致认为、节能是最干净、最便宜的能源,是低碳发展的第一战略.

建立能源消费总量控制概念

在上世纪七八十年代一度盛行的“地大物博”的乐观情绪,曾经被中科院国情研究小组的一号国情研究报告《生存与发展》当头棒喝.

20年前的这份报告首次提出中国现代化过程将面临人口“三大高峰”、资源紧缺、环境恶化等多重挑战,应坚持“持久战”的战略思想,实行低度消耗资源的生产方式和适度消费的生活方式,实施保证生存和可持续发展战略.

这样的观念置于时下,尤其显示出它的战略远见和厚重的警示意义.

“长期以来,中国都以尽量满足需求为基本出发点.但这样的观点是有问题的.”倪维斗指出,本世纪初国家设定的2020年使用30亿吨标准煤的总量目标现已达到,2020年估计达到50亿吨,大大超标,2009年中国进口石油近2亿吨,对外依存度超过了50%,并且还有上升趋势.

倪维斗认为:“当今社会不科学、不合理的需求量太大,中国必须建立起总量控制概念,不能无限制地满足需求,尤其不能不计成本地追求GDP.”

“中国的发展到底要用多少煤要用多少油各种资源都大量进口肯定是不行的,将来会出政治、经济问题.”倪维斗认为,应按照中国自身的资源情况进行估算,设定资源总量的天花板,在这个总量的框架下计算每年能够用多少,并限制使用量,而不是为了GDP毫无限制地投资、建设.

有观点认为中国正处在一个加快提升经济实力的战略崛起期,这一阶段的资源能源的大量消耗是合理的.倪维斗提出质疑:提升的是否是可持续的经济实力他举例说,我国的风力发电发展很快,从2006年开始每年的装机容量都能翻番,但并网发电量极低,且核心技术并不掌握.

从理论高度重新认识节能的重要性

在国际碳减排压力与国内经济增长的双重压力下,中国的能源问题,走到了一个必须确定未来战略方向的交叉路口.在多条“看起来很美”的可行路径中,北京工业大学教授马重芳始终强调:节能、节能、节能！

对于发展可再生能源,马重芳表示支持,但是他认为,从中国的实际出发,可再生能源在现有能源结构中占有的绝对比例太少了,在短时期内不可能发挥大作用.

国际上称节能为煤炭、石油、可再生能源、核能之后的第五能源.有人将节能称为“负瓦特”革命,即减少瓦特的革命.

节能优先,已然被作为国策为中国的能源决策定下了基调.可是节能这场革命究竟能在中国掀起多大的风暴

马重芳认为,这之间有一个重大的认识问题需要厘清一一“必须提高到理论高度来重新认识节能的重要性.”在他看来,如何改变传统的能源利用方式,如何挖掘节能的潜质与空间,绝不仅仅是人们理解的一般意义上的技术和管理的问题.

节能的基础科学问题有哪些热能传递的规律是什么热能强化涉及哪些基础理论问题等等.马重芳认为,相对于节能优先的国策,之前人们对这些理论问题,注意得太不够了,投入得太不够了.

在他看来,能源问题的关键在于“热功转换”,这四个字也是中国节能问题的本质.

人类社会对于能源利用的主要方式,通常是化石燃料燃烧后产生热能,通过热功转换,进而成为机械能或者电能,由此形成驱动力,支撑人类各种经济社会活动.

在现阶段人类社会中,无须热功转换的动力体系很少.仅存在光伏电池、燃料电池和温差热发电这三种技术体系.“这三项技术尽管都具有很高的创新性.但现阶段依然存在着技术路线难以把握的问题.”马重芳认为,“一旦仔细讨论这些技术的路线图和时间表,恐怕它们就站不住脚了.”

热功转换基于热力学第二定律,温度越高,温差越大,热功转换效率就越高.目前人类社会可以普遍实现的热功转换的效率是30%～40%,大部分未能得到利用而白白浪费掉了.提高热功转换效率,将是巨大的节能潜力之所在,也将是低碳能源技术发展的一项重大挑战.

“人类仅仅满足于30%～40%,甚至只有20%的热功转换效率,这是极不合理的.”马重芳说,“提高热功转换效率就是要把单一热力循环变成复合循环.而我们要将近300年的单一热力循环格局打破,在理论和技术上作重大创新.留给我们的时间很有限,这是一个非常重大的任务.”

节能应有国家层面的统筹安排

如果按照汇率折算,2006年我国单位GDP的能耗,分别是世界平均的2.5倍和日本的7.2倍.冶金、化工等一些重要的工业设施,耗能高于发达国家水平.陶文铨在接受《科学时报》记者采访时说道.

“因此,中国的二氧化碳减排要结合国情和能源结构特点制定策略.”陶文铨指出,在提高能源终端利用效率方面有很大的空间,这还不包括减少发电输电过程中的能源损耗的潜力.

陶文铨认为,在实现低碳发展过程中,提高能源利用效率应置于优先地位.“发电、传输一直到终端利用,都要提高能效.政府要带头做好.这是一件双赢的事,既提高了能源效率,减少了碳排放,而且还能直接减轻温室效应,对生态环境有利.”

“大力发展可再生能源,这是大家的共识,但是究竟哪种应该优先发展,存在很多争议.”陶文铨说,值得注意的是,每个专家在发表意见时,都愿意强调自己所从事领域的优势.这几乎是普遍现象,但是在国家层面制定包括发展可再生能源在内的低碳能源发展战略盹必须统一考虑,统筹安排.

对于碳捕集与封存(CCS)技术,陶文铨也从能效的角度谈了自己的看法.这种技术实施的成本很高,在实施过程中要消耗很多能量,使电厂的实际效率显著降低,“有资料显示,电厂热效率会降低5～10个百分点,发电效率降低1个百分点就是不得了的事情.”不过,陶文铨赞成CCS技术的研发和示范,他还提到,美国普林斯顿大学土木与环境工程系的几位教授曾经对中国9个大型煤制氨的企业进行了CCS可行性分析:这件事情本来是中国自己应该做的,开展CCS的研究为未来作好技术储备,同时在国际合作中也有话语权.

在陶文铨看来,节能战略离不开企业.虽然节能被列为国策,但实施得并不好,主要是企业的积极性不高.国家应该有统一的政策安排,确立标准,应强制执行.

另外他提到,在节能的科学研究方面,国家应该确定优先资助领域.首当其冲的是摸清能源从生产到利用的全生命周期,各个环节都有哪些基本的科学问题,全面了解各个环节的节能潜力、成本和效益.鉴于中国节能潜力巨大,陶文铨建议应高度重视传统能源利用过程中的科研资助.

陶文铨认为,节能领域的产学研旧子一旦打开,前景会非常好.一方面,研究机构研发实力较强,要重视产学研结合,与技术应用的终端企业紧密结合.“尤其要重视与民营企业的结合,它的体制灵活,效率很高,更注重产学研结合的实际效果.”另一方面,国家对于企业研发、利用先进减排技术应该提供优惠的财税政策,鼓励企业减排.

在采访中,陶文铨与马重芳不约而同地提到了已故的著名工程热物理学家吴仲华院士.早在1980年8月14日书记处举办的科学技术知识讲座报告中,吴仲华就预见性地提出了“依靠科学技术解决中国能源问题”的理论.

陶文铨强调,应重视吴仲华先生基于能的综合梯级利用的科学用能思想.人们熟知的“分配得当、各得其所”、“温度对口、阶梯利用”的原则,能够形象地说明科学节能的策略安排.吴仲华从能量转化的基本定律出发,认为应“总体综合利用好各级能源,以取得更好的总效果,而不仅仅着眼于提高单一的设备或工艺的能源利用率”.

马重芳介绍,在能源配置上,还有一个重要的原则就是:“能够使用一次能源解决的,尽量不要使用二次能源,能够利用废弃能源的,就不要使用优质能源.”他说:“不要用高品位的能源,干低品位的事情.只有根据能源的品位,实现‘温度对口、阶梯利用’,尽力扩大对于温度的利用范围,将高品位的能源满足高端的需求,将低品位的能源满足低端的需求.只有如此,才能切实有效利用能源,提高能源综合利用率.”

四个层次制度安排实现节能

倪维斗认为,节能战略应该包括四个层次的制度安排.

首先是技术节能.倪维斗指出,目前我国工业界的节能方案和节能技术其实都有,关键是积极性不足.他说:“我了解的很多企业如果领导比较积极,节能的事情就开展起来了,如果领导不积极就做不起来.于是企业节能这么件大事最后好像仅仅取决于某些个人的积极性而没有一套政策来驱使.”

其次是系统节能.倪维斗表示,如何让每件东西发挥最大的效用很有讲究,现在存在很多高能低用的情况.“比如前段时间秸秆发电很热.我坚决发对.中国是小农经济,每户人家有多少秸秆能烧费劲收起来,建设和运输很花钱,只能发一点电,根本不划算.但是这种风在中国一阵阵地刮,合理的系统配置很成问题.”

天然气是一种高效的能源.目前,从国外引进天然气的呼声很高,煤制天然气也方兴未艾.不过,倪维斗却指出,其实我国并没有解决天然气最佳利用的问题.他表示,天然气是氢碳比最高、质量最好的能源,但现在却相当一部分用于城市居民采暖等民用方向,从热力学角度来说是最高级的能源被最低级地利用了.应梯级考虑,建立一套高能高用、中能中用、低能低用的能源利用体系.

第三,体制节能.倪维斗再次将矛头指向了“唯GDP论”,他说,现在各地都以GDP为第一要务的政策导向使得各地建设中没有把能耗和效率放在第一位,体制问题导致产能过剩、重复建设的情况大量出现.

2009年底,国家发改委对几大行业提出产能过剩的预警.如2008年我国风电装机达到1200万千瓦,实际发电量仅有120亿度.“现在各地搞风电也不管能否并网,都先建起来,把风能资源‘圈’在自家名下,把GDP拉上去再说.”倪维斗表示,我国的很多风电场都建在西北地区,电网薄弱,要并网,需要建设大量火电站用于热备用,实际上非常耗能.

针对目前拉动经济最快的基础建设和房地产,倪维斗指出,虽然经济拉动了,但能耗也加大了.他表示,现在我国调整产业结构、减少耗能工业至关重要.

另外,社会节能也是节能降耗的一大途径.根据倪维斗的调查统计,同一栋楼中50户家庭的耗能能相差五六倍.“这就是生活习惯和节能意识的问题”,倪维斗举例说,目前社会上已经形成了一种为求舒服、不计能源消耗的生活态度和生活习惯,从普通老百姓到各地官员都是如此,各种层出不穷的“形象工程”就是最好的例证.倪维斗希望社会上能多有一些低碳教育,改变这种生活态度.在行动上,从中央到地方,各级官员必须首先带头,不然的话,只停留在一般的号召上,是没有公信力的.