中國能源可持續(xù)發(fā)展與發(fā)展電力新技術(shù)講義

積極構(gòu)建我國能源可持續(xù)發(fā)展體系與發(fā)展電力新技術(shù)嚴(yán)陸光中國科學(xué)院電工研究所二〇〇八年五月十六日1

目錄

一、引言

二、廿一世紀(jì)上半葉我國能源可持續(xù)

發(fā)展體系的構(gòu)想

三、積極構(gòu)建的主要建議

四、努力發(fā)展電力新技術(shù)

五、結(jié)束語

主要參考文獻(xiàn)2一、引言3保證能源供應(yīng)是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的最重要條件之一。本世紀(jì)初，基于對化石能源開始耗竭比較清晰的分析和大量使用化石能源引起的環(huán)境污染與氣候變暖日益明顯與嚴(yán)重，全世界已普遍認(rèn)識(shí)到，必須最大限度地提高能源生產(chǎn)與利用效率，清潔、有效地利用各種能源，在較長時(shí)期內(nèi)向著減小化石能源份額，增大可再生能源份額的方向，逐步建立可持續(xù)發(fā)展能源體系。這些工作應(yīng)該積極起步，在本世紀(jì)上半葉要取得明顯進(jìn)展，為過渡奠立可靠基礎(chǔ)。4

全國上下對能源都十分重視與關(guān)心，擬定了2020年能源中長期發(fā)展規(guī)劃綱要。對能源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題，近年來，中國科學(xué)院學(xué)部組織了有關(guān)院士及專家，進(jìn)行了研究、探討

：“我國核能（裂變能）發(fā)展戰(zhàn)略研究”（2004年3月—2006年1月）“我國中遠(yuǎn)期石油補(bǔ)充與替代能源發(fā)展戰(zhàn)略研究”（2005年4月—2006年11月）

“我國大規(guī)模可再生能源基地與技術(shù)的發(fā)展研究”，（2005年4月—2007年1月）“釷的核能利用研究”（2006年2月—2007年2月）

國際科學(xué)院委員會(huì)“向可持續(xù)能源發(fā)展過渡”的咨詢研究（2005年4月—2007年7月）中美科學(xué)院、工程院“中美能源與空氣污染合作研究”（2005年2月—2007年7月）

56這些研究的特點(diǎn)是：（1）立足國情，放眼長遠(yuǎn)，從我國能源現(xiàn)狀，前瞻2050年及長遠(yuǎn)的需求出發(fā)來考慮能源的發(fā)展。（2）綜合資源、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理多方面的因素，研究能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，充分重視并逐步建立可持續(xù)能源供應(yīng)體系。7二、廿一世紀(jì)上半葉我國能源可持續(xù)發(fā)展體系的構(gòu)想

81850-2050年全球一次能源結(jié)構(gòu)的變化

9

我國能源體系發(fā)展的主要趨勢與特點(diǎn)是：

1．能源需求仍將快速增長2．一次能源結(jié)構(gòu)將開始發(fā)生明顯變化3．保障石油供應(yīng)是能源安全的突出矛盾4．電力發(fā)展更加迅速，電源結(jié)構(gòu)也將改變10年代年總能耗EJ/億tce全國總?cè)丝趦|人全國總GDP萬億元世界總能耗EJ/億tce占世界總能耗的比例%全國人均能耗tce/人年萬元GDP能耗tce/萬元19500.94/0.325.440.0619608.8/3.026.950.1460.4320.719708.6/2.938.00.225218/74.54.00.3713.0198017.6/6.039.90.452301/1036.00.6113.3199028.9/9.8711.31.89366/1257.90.875.31199538.3/13.112.25.80386/13210.01.072.27200038.0/13.012.78.95389/1339.81.021.45200565.2/22.313.118.23445/15214.71.701.222020～102/35.0～14.536.6629/21516.32.410.962050～176/60.0～15117.41013/34617.34.00.51注：：1tce（（噸噸標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)煤煤））=29.27GJ表1A我我國國一一次次商商品品能能源源耗耗量量的的發(fā)發(fā)展展和和展展望望11年代能源結(jié)構(gòu)化石合計(jì)%煤%石油%天然氣%水電+核電%非水能的可再生%195097.696.30.7/3.0/196098.593.94.110.451.54/197096.580.914.70.923.53/198096.072.220.73.14.0/199094.976.216.62.15.1/199593.974.617.51.86.1/200093.266.124.62.56.8/200593.469.621.12.76.6/2020～86～60～20～6～10～42050～70～40～20～10～15～15表1B我我國國一一次次商商品品能能源源構(gòu)構(gòu)成成的的發(fā)發(fā)展展和和展展望望12年代年總發(fā)電量億度總裝機(jī)容量億千瓦/%煤電容量億千瓦/%氣電容量億千瓦/%水電容量億千瓦/%核電容量億千瓦/%非水可再生發(fā)電容量億千瓦/%1950460.019/1000.017/90.9/0.0017/9.1//19605940.12/1000.10/83.7/0.019/16.3//197011590.24/1000.175/73.8/0.0623/26.2//198030060.66/1000.456/69.2/0.204/30.8//199062131.38/1001.02/73.9/0.36/26.1//1995100682.17/1001.63/75.0/0.52/24.10.021/0.90.001/2000136853.19/1002.37/74.3/0.794/25.00.021/0.60.005/0.12005247075.08/1003.72/73.20.12/2.41.17/22.70.068/1.320.02/0.42020～60000～12/100～7.5/620.70/6.02.6/220.4/3.30.8/6.72050～120000～24/100～9.6/401.2/5.03.6/152.6/117.0/29表2我我國國電電力力的的發(fā)發(fā)展展與與展展望望13表3我我國國石石油油的的發(fā)發(fā)展展與與展展望望年代195019802000200520202050年總耗量億噸%0.93/1002.27/1003.17/1004.5/100～8.0/100年產(chǎn)量億噸%0.002/1.06/1.6/701.81/571.8/40～2.0/25年進(jìn)口量億噸%-0.130.7/301.36/432.7/60～6.0/75交通用油億噸%0.55/252.56/57～5.0/6214圖2我我國國總總能能耗耗、、總總GDP、、人人均均能能耗耗與與萬萬元元GDP能能耗耗的的變變化化曲曲線線15我國國本本世世紀(jì)紀(jì)上上半半葉葉可可持持續(xù)續(xù)能能源源體體系系設(shè)設(shè)想想由由五五方方面面組組成成：：1、、大力力發(fā)發(fā)展展煤煤的的高高效效、、清清潔潔、、低低碳碳排排放放的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換技技術(shù)，，繼續(xù)續(xù)發(fā)發(fā)揮揮煤煤的的重重要要作作用用；；2、、大大力力開開源源節(jié)節(jié)流流，，保保障障石石油油與與天天然然氣氣供供應(yīng)應(yīng)；；3、、充充分分利利用用資資源源，，最最大大可可能能地地發(fā)發(fā)展展水水電電與與核核電電；；4、、大大規(guī)規(guī)模模發(fā)發(fā)展展非非水水能能的的可可再再生生能能源源；；5、、充分分支支持持未來來新新型型能能源源的的研研究究開開發(fā)發(fā)。。本報(bào)報(bào)告告集集中中研研究究能能源源供供應(yīng)應(yīng)，，提提高高能能源源效效率率與與節(jié)節(jié)能能將將另另行行研研究究。。16三、、積積極極構(gòu)構(gòu)建建的的主主要要建建議議17主要要建建議議：：1、、沿沿著著減減小小煤煤炭炭份份額額，，大大幅幅度度增增大大可可再再生生與與核能能份份額額的的方方向向，，進(jìn)進(jìn)行行能能源源結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)調(diào)調(diào)整整已已經(jīng)經(jīng)刻刻不容容緩緩。。2、、設(shè)設(shè)立立大大規(guī)規(guī)模模非非水水能能可可再再生生能能源源國國家家重重大大專專項(xiàng)項(xiàng)3、、設(shè)設(shè)立立以以快快中中子子堆堆和和釷釷資資源源利利用用為為核核心心的的先先進(jìn)進(jìn)核核能能系系統(tǒng)統(tǒng)與與核核燃燃料料循循環(huán)環(huán)的的研研究究開開發(fā)發(fā)與與產(chǎn)產(chǎn)業(yè)業(yè)化化國國家家重重大大專專項(xiàng)項(xiàng)4、、其其他他重重大大措措施施181、、沿沿著著減減小小煤煤炭炭份份額額，，大大幅幅度度增增大大可可再再生與與核核能能份份額額的的方方向向，，進(jìn)進(jìn)行行能能源源結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)調(diào)整整已已經(jīng)經(jīng)刻刻不不容容緩緩。。2005年年，，我我國國GDP總總和和18.23萬萬億億元元，，人人口口13.1億億人人，，一一次次能能源源總總耗耗量量65.3EJ(22.3億億噸噸標(biāo)標(biāo)煤煤)，，占占世世界界總總能能耗耗的的14.7%，，全全國國人人均均能能耗耗50GJ/人人年年(1.7噸噸標(biāo)標(biāo)煤煤/人人年年)，，萬萬元元GDP能能耗耗36GJ(1.22噸噸標(biāo)標(biāo)煤煤)。。我我國國一一次次能能源源結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)為為：：煤煤占占69%，，石石油油占占21%，，天天然然氣氣占占3%，，水水電電占占6%，，核核電電占占1%。。發(fā)發(fā)電電裝裝機(jī)機(jī)總總?cè)萑萘苛考s約5億億千千瓦瓦，，其其結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)為為：：煤煤電電占占73.2%，，氣氣電電占占2.4%，，水水電電占占22.8%，，核核電電占占1.4%。。19二十一一世紀(jì)紀(jì)上半半葉，，我國國經(jīng)濟(jì)濟(jì)與城城市化化仍將將繼續(xù)續(xù)快速速發(fā)展展，估估計(jì)全全國人人口將將不超超過15億億，GDP總總量可可能達(dá)達(dá)近117萬億億元，，為2005年年的6.4倍，，相應(yīng)應(yīng)能源源需求求亦將將大幅幅度增增長。。對2050年年我國國能源源需求求的多多種預(yù)預(yù)測進(jìn)進(jìn)行分分析，，比較較接近近實(shí)際際的展展望可可選為為：全全國一一次商商品能能源總總耗量量176EJ(60億億噸標(biāo)標(biāo)煤)，為為2005年的的2.7倍倍，占占世界界總能能耗17.3%；人人均耗耗能117GJ/人年年(4.0噸噸標(biāo)煤煤/人人年)，為為2005年的的2.35倍；；萬元元GDP能能耗15GJ(0.51噸標(biāo)標(biāo)煤)，為為2005年的的42%；；發(fā)電電總裝裝機(jī)增增至約約24億千千瓦，，為2005年年的4.8倍，，人均均約1.6千瓦瓦，為為2005年的的4.2倍倍。20與世界界一次次能源源供應(yīng)應(yīng)的發(fā)發(fā)展趨趨勢相相一致致，2050年年我國國能源源結(jié)構(gòu)構(gòu)也應(yīng)應(yīng)發(fā)生生重大大變化化，突突出表表現(xiàn)在在煤炭炭份額額的大大幅度度下降降。我我國2005年年原煤煤產(chǎn)量量22億噸噸，若若保持持其份份額不不變（（69%）），則則2050年年年產(chǎn)量量應(yīng)達(dá)達(dá)約60億億噸，，達(dá)到到當(dāng)前前全世世界煤煤炭總總產(chǎn)量量水平平。從從環(huán)境境污染染、溫溫室氣氣體排排放及及資源源的合合理可可持續(xù)續(xù)利用用看，，都是是不能能允許許的。。即使使2050年煤煤炭份份額降降至40%，其其年耗耗量仍仍在大大幅度度增長長，大大氣污污染與與二氧氧化碳碳排放放可能能更為為嚴(yán)重重。必必須大大力發(fā)發(fā)展煤煤的高高效、、清潔潔、低低碳排排放轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換技技術(shù)。。21從我國各種能能源的實(shí)際出出發(fā)，我國石石油與水能的的份額大體不不變，約20%及6%；；天然氣與核核能將會(huì)增加加，天然氣由由3%增至10%；核能能由約1%增增至9%，剩剩余的15%差額要依賴賴于風(fēng)能、太太陽能與生物物質(zhì)能等非水水的可再生能能源。從電力力供需方面看看，發(fā)電裝機(jī)機(jī)容量中氣電電份額略有增增長，由2%增至5%，，水電將由23%降至15%，核電電則由1%增增至11%，，其余約30%的缺額（（約7億千瓦瓦）幾乎要全全部依靠非水水可再生能源源發(fā)電的發(fā)展展。降低煤的份額額及增大非水水可再生能源源與核能的份份額將是能源源結(jié)構(gòu)調(diào)整的的主要發(fā)展方方向。222、設(shè)立大規(guī)規(guī)模非水能可可再生能源國國家重大專項(xiàng)項(xiàng)2050年我我國將有約15%（9億億噸標(biāo)煤/年年）的一次能能源缺口，約約30%（7億千瓦）的的發(fā)電能力缺缺口依靠發(fā)展展非水可再生生能源填補(bǔ)。。風(fēng)能、生物質(zhì)質(zhì)能與太陽能能近年來得到到了可喜的進(jìn)進(jìn)展和日益增增強(qiáng)的關(guān)注，，但離2050年的大規(guī)規(guī)模發(fā)展需求求相距甚遠(yuǎn)，，其增長速率率對能源結(jié)構(gòu)構(gòu)調(diào)整的影響響很大。大規(guī)規(guī)模、穩(wěn)定、、快速的發(fā)展展必須采取有有力措施，需需要設(shè)立國家家重大專項(xiàng)來來促進(jìn)其快速速成長。23太陽能是最主要的可可再生能源資資源，其利用用方式包括熱熱利用與太陽陽能建筑的規(guī)規(guī)模推廣，制制氫的多途徑徑探索研究，，以及太陽能能發(fā)電的研發(fā)發(fā)、示范、產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化與大規(guī)規(guī)模應(yīng)用。太太陽能發(fā)電，，包括光伏發(fā)發(fā)電與熱發(fā)電電，是重大專專項(xiàng)的重點(diǎn)。。要大力加強(qiáng)強(qiáng)新型光伏電電池及光伏電電池材料的探探索與研發(fā)，，大幅度降低低成本，提高高效率，盡快快實(shí)現(xiàn)大批量量光伏硅材料料國產(chǎn)化，開開拓應(yīng)用，形形成大規(guī)模產(chǎn)產(chǎn)業(yè)。要探索索新的太陽能能利用模式，，要及早部署署荒漠地區(qū)集集中式超大規(guī)規(guī)模太陽能電電站分階段的的研發(fā)與示范范，與荒漠地地區(qū)生態(tài)治理理及資源開發(fā)發(fā)利用緊密結(jié)結(jié)合。2020年建成十十萬千瓦級示示范電站，2030年建建成百萬千瓦瓦級示范電站站，才能填補(bǔ)補(bǔ)此后與時(shí)俱俱增的能源缺缺口。建立大大型太陽能基基地，還要解解決大型太陽陽能電站有效效溶入電力系系統(tǒng)、儲(chǔ)能與與輸電有關(guān)的的電力技術(shù)難難題。24生物質(zhì)能源是重要可再生生能源，對現(xiàn)現(xiàn)有資源及能能源作物資源源的潛力分析析和估算，到到2050年年每年可達(dá)15億噸標(biāo)煤煤。充分高效效用好傳統(tǒng)生生物質(zhì)能，包包括沼氣、發(fā)發(fā)電、制造顆顆粒燃料和液液體燃料等仍仍是近期主要要任務(wù)。生物物質(zhì)能大規(guī)模模發(fā)展的關(guān)鍵鍵是提供大規(guī)規(guī)模的生物質(zhì)質(zhì)資源，并要要與解決三農(nóng)農(nóng)問題相結(jié)合合。根據(jù)我國國的情況，要要在邊際土地地建立穩(wěn)定的的生物質(zhì)能的的產(chǎn)業(yè)基地。。大力進(jìn)行能能源植物遴選選、改良、努努力提高生物物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的的效率和科技技水平，為大大規(guī)模發(fā)展創(chuàng)創(chuàng)造條件。其其中研發(fā)以纖纖維素為原料料的新技術(shù)具具有特殊的意意義，為此必必須加大科研研投入。因地地制宜，發(fā)展展農(nóng)村地區(qū)生生物質(zhì)能分散散利用技術(shù)。。25風(fēng)力發(fā)電已開始進(jìn)入規(guī)規(guī)模發(fā)展階段段，可以期望望2050年年達(dá)到數(shù)億千千瓦規(guī)模，為為此，要抓緊緊解決大容量量新型風(fēng)電機(jī)機(jī)組研制與國國產(chǎn)化，資源源詳查，近海海風(fēng)電場前期期研究與有效效進(jìn)入電網(wǎng)的的調(diào)度、儲(chǔ)存存、調(diào)節(jié)與控控制問題。263、設(shè)立以快快中子堆和釷釷資源利用為為核心的先進(jìn)進(jìn)核能系統(tǒng)與與核燃料循環(huán)環(huán)的研究開發(fā)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化國國家重大專項(xiàng)項(xiàng)鑒于核能利用用從研究開發(fā)發(fā)示范到產(chǎn)業(yè)業(yè)化商用是一一個(gè)相當(dāng)長期期的過程，《《國家中長期期科技發(fā)展規(guī)規(guī)劃》和《核核電中長期科科技發(fā)展規(guī)劃劃（2005-2020年）》已經(jīng)經(jīng)明確了到2020年我我國的目標(biāo)任任務(wù)，并將《《大型先進(jìn)壓壓水堆及高溫溫氣冷堆核電電站》列為重重大專項(xiàng)，建建議在上述兩兩個(gè)規(guī)劃基礎(chǔ)礎(chǔ)上，延伸到到2050年年，把《先進(jìn)進(jìn)核能系統(tǒng)與與核燃料循環(huán)環(huán)的研究開發(fā)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化》》列為國家重重大專項(xiàng)，作作為應(yīng)對全球球氣候變化的的另一重大措措施付諸實(shí)施施。27目前世界界上已實(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)業(yè)化的只只有熱中中子堆核核電站，，我國2020年前將將有4000萬萬千瓦核核電運(yùn)行行，1800萬萬千瓦核核電在建建，也都都是熱中中子堆。。熱中子子堆的核核燃料利利用率低低，僅能能利用天天然鈾的的1-2%，而而快中子子堆能將將天然鈾鈾的利用用率提高高到60-70%。面面對2050年年期望我我國核電電將提高高到2.6億千千瓦，快快中子堆堆的研發(fā)發(fā)與產(chǎn)業(yè)業(yè)化是一一項(xiàng)投資資巨大、、耗時(shí)較較長的系系統(tǒng)工程程，必須須大力加加快其研研發(fā)進(jìn)程程，力爭爭在2030-2035年內(nèi)內(nèi)實(shí)現(xiàn)快快中子堆堆核電機(jī)機(jī)組的商商用示范范發(fā)電，，隨即進(jìn)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)業(yè)化發(fā)展展階段。。28初期快堆堆的核燃燃料要從從熱堆用用過的乏乏燃料中中經(jīng)后處處理提取取出來供供應(yīng)，快快堆燃料料實(shí)現(xiàn)自自持增值值后，也也需要對對其乏燃燃料進(jìn)行行后處理理，因此此，必須須統(tǒng)籌安安排建立立包括后后處理在在內(nèi)的核核燃料閉閉式循環(huán)環(huán)系統(tǒng)所所需進(jìn)行行的研究究、開發(fā)發(fā)和工程程示范等等工作，，以及對對后處理理分離出出來的高高放射性性、長壽壽命廢物物如何使使其數(shù)量量和毒性性最小化化的研究究試驗(yàn)工工作。鑒于核電電已在世世界范圍圍內(nèi)復(fù)蘇蘇，天然然鈾的供供應(yīng)必將將日益緊緊俏（最最近兩年年內(nèi)天然然鈾市場場價(jià)已上上漲四倍倍），我我國釷資資源比較較豐富，，為了節(jié)節(jié)約天然然鈾的用用量和擴(kuò)擴(kuò)大核燃燃料的供供應(yīng)后備備，應(yīng)對對釷的核核能利用用作必要要的研究究開發(fā)。。必須加強(qiáng)強(qiáng)核科研研基地和和人才隊(duì)隊(duì)伍的建建設(shè)，形形成完整整的科技技與產(chǎn)業(yè)業(yè)體系，，注意拓拓展核能能的制氫氫、工藝藝供熱、、海水淡淡化等綜綜合利用用方面的的研究。。294、其他他重大措措施（1）繼繼續(xù)將節(jié)節(jié)能放在在優(yōu)先地地位。（2）進(jìn)進(jìn)一步爭爭取在應(yīng)應(yīng)對全球球氣候變變化中的的主動(dòng)地位，，用全面面、確鑿鑿、詳實(shí)實(shí)有力的的數(shù)據(jù)來闡明明問題的的實(shí)質(zhì)，，以維護(hù)護(hù)國家發(fā)發(fā)展的權(quán)益；；與此同同時(shí)，采采取切實(shí)實(shí)有效的的措施限制二二氧化碳碳的排放放。（3）保保障石油油供應(yīng)是是我國能能源安全全的首要要問題。30（4）構(gòu)構(gòu)建適應(yīng)應(yīng)新形勢勢的我國國能源技技術(shù)研發(fā)發(fā)體系。（5）推推動(dòng)清潔潔、節(jié)能能高增值值制造業(yè)業(yè)和服務(wù)務(wù)業(yè)技術(shù)的產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化與與規(guī)?；?。（6））盡早早建立立全國國統(tǒng)一一協(xié)調(diào)調(diào)的管管理機(jī)機(jī)制。。（7））持續(xù)續(xù)進(jìn)行行能源源戰(zhàn)略略研究究。31四、努努力發(fā)發(fā)展電電力新新技術(shù)術(shù)32為在二二十一一世紀(jì)紀(jì)上半半葉開開始逐逐步構(gòu)構(gòu)建我我國能能源可可持續(xù)續(xù)發(fā)展展體系系，努努力發(fā)發(fā)展電電力新新技術(shù)術(shù)，有有著重重要意意義，，最主主要的的應(yīng)抓抓緊：：（1））以高高效、、低污污染、、低碳碳排放放為中中心繼繼續(xù)發(fā)發(fā)展燃燃煤發(fā)發(fā)電技技術(shù)。。包括IGCC多多聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)、各各種污污染物物減排排、CO2的處理理與埋埋藏技技術(shù)，，確保保電站站的排排放在在日益益嚴(yán)峻峻的允允許范范圍之之內(nèi)。。（2））在資資源與與生態(tài)態(tài)的可可能范范圍內(nèi)內(nèi)，充充分發(fā)發(fā)展水水電。。處理好好水電電開發(fā)發(fā)與生生態(tài)保保護(hù)及及移民民安置置間的的關(guān)系系，盡盡早部部署西西部開開發(fā)有有關(guān)的的研發(fā)發(fā)與技技術(shù)攻攻關(guān)，，包括括西藏藏開發(fā)發(fā)的前前期工工作。。（3））大力力發(fā)展展核電電。不失時(shí)時(shí)機(jī)地地建設(shè)設(shè)好先先進(jìn)壓壓水堆堆電站站，加加速快快中子子堆的的研發(fā)發(fā)與產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化化，積積極研研究釷釷資源源的有有效利利用。。33（4））大力力發(fā)展展大規(guī)規(guī)模非非水能能可再再生能能源發(fā)發(fā)電。。以風(fēng)電電、光光伏發(fā)發(fā)電、、太陽陽熱發(fā)發(fā)電及及生物物質(zhì)能能發(fā)電電為