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思路很重要：怎样用油、怎样用煤、怎样用能源
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中国应朝着节约型社会方向发展，正确定位生活质量，控制、降低生产和消费总能耗
——专访清华大学原副校长中国工程院院士倪维斗
2009年，早春，清华大学一间古朴庄重的中式小会议室里，76岁的倪维斗院士精神饱满，声音洪亮地与本刊记者谈起当前的能源问题，“我总觉得能源的战略和思路很重要。但是我感觉，目前，还没有跳出传统的方法。到底怎样用油、怎样用煤、怎样用能源的思路还没有很好建立，这涉及到生活方式、思想、道德和文化等多方面的因素。”我们的采访就从“拉家常”开始了。
中国能源面临五个方面的严峻挑战
记者：当今中国能源面临的最严峻的挑战是什么？
倪院士：中国能源正面临：总量需求的巨大压力；液体燃料短缺；温室气体排放；环境污染严重；及8亿农民和城镇化所需的能源供应。
从2000~2020年，国家规划中国GDP翻两番，而能源消耗翻一番，即能源弹性系数应为0.5。但是最近3年，这个系数超过1.3，即能源需求远远大于规划。从发展趋势看，中国工业已进入重化工业阶段，按世界各国发展的历史规律来看，能耗迅速增长阶段似不可逾越。问题是这么大的一次能源需求我们是否能够承担，其所引起的污染是否有足够的环境容量？怎么解决？2007年中国进口石油约为1.63亿吨，今后将继续增加，能源安全如何考虑？影响环境的污染物质主要是SO2、NOx、PM2.5-10、Hg和CO2，这些污染物的80%是由于化石能源的应用，尤其是煤的直接燃烧所引起。目前中国有30%~40%的地区（尤其是西南地区）出现酸雨现象，呼吸系统疾病不断增加。需要认真研究的是中国对这些污染物“可容忍”的环境容量究竟是多少？目前全球每年排放250多亿tCO2，空气中的CO2浓度，自工业化150多年以来，已从280ppm增至380ppm，目前以3ppm/a的速度增长。全世界都在采取多种措施减排CO2，中国已于2002年成为“京都议定书”的第37个签约国。因而，从战略高度、从现在开始就应该认真考虑中国CO2如何分阶段减排的有关战略技术和政策问题，否则的话，在今后几十年中国将会为此付出更多的代价。到目前为止，有相当数量的农民没有得到良好的能源服务，他们仍依赖当地的农业废弃物（秸秆、柴草等）作为主要能源，有些地方甚至仍在砍伐森林和破坏生态。此外，中国城镇化率以每年1%在增长，每年有将近1000万人口进入新的城镇。据统计，城镇居民的人均能耗是农村人均能耗的3.5倍。这部分份额巨大的能源应来自何处？
中国应朝着节约型社会方向发展
记者：您能否谈谈中国应如何应对严峻的能源需求供应？
倪院士：从世界上人均GDP增长与一次能源的一般规律来看，人均GDP达到1万美元，各国人均能源消费量将在4tce以上。人均能耗水平和变化与地理、消费模式、工业结构等多方面相关，中国人均GDP已达到3000~10000美元区间，在当前能耗水平较低时，应当科学决策和引导人们在生产与消费过程中节能减排，为我国的长远发展“奠好基、塑好型”。
按发达国家的历史经验，当人均GDP处于3000~10000美元阶段，均有一个较长的能源强度高速增长的时期，产业结构均呈现“重化工业”特征。调整产业结构、采用新技术，可以削减能源强度的峰值并缩短能源强度上升的持续时间，但以重化工业为主导的工业化加速发展阶段难以逾越。
发达国家，如英、德、法、日等，均经历过不可逾越的坡峰时期，但随着时间的发展，坡峰越来越低，尤其是日本。全世界在经历300多年工业化的发展后，如今已没有足够的空间按常规走下去。目前全世界人口60亿，将来90亿或更多。人均能耗的不断增长，以及技术的发展，使得人均耗能会越来越大，破坏地球也越来越快。从发展规律来说，中国必须经历这样一个坡峰时期，但在目前新的形势下，坡峰应当多高、延续多长需要仔细研究。
中国人口多，起步晚，作为一个人口众多的国家（13亿~16亿），按发达国家的传统发展道路走已经“挤”不上去了——地球已没有这种常规发展的空间。全世界大的政治格局已形成，资源瓜分几近结束，难以重新洗牌。中国不是一个小国家，在全世界举足轻重（人均能源、资源、污染都乘以13亿）。其次，从中国的资源禀赋、环境容量、生态平衡与社会和谐之间的矛盾，以及对子孙后代负责的角度来说，也没有空间。如图3中所示，GDP的强大驱动力，推动着中国总能耗的发展趋势越来越倾向于传统的发展道路，这个倾向是不可持续的、十分令人担忧的。人们在高能耗的生活模式下养成的生活和消费习惯，由于惯性难以降低对能源的需求，进而可能走向更高能耗的发展道路。针对中国的国情，在满足人们基本需求的条件下，中国应争取朝着节约型社会的方向发展，正确定位生活质量，控制并降低生产和消费总能耗的高峰值。
记者：近年来，中国GDP每年以10%的速度增长，能源消耗则急剧增加，中国应当如何从节能方面来减少对能源需求的增长？
倪院士：中国一方面人均资源短缺，供应压力较大；但另一方面单位GDP的能耗强度很大，大约是日本的5~6倍，其原因是多层次的：
（1）工业结构的原因。如高能耗、低附加值的产业；制造业缺乏自主创新，处于低端；第三产业不够发达……
（2）技术相对落后的原因。我国发电、水泥、炼钢、电解铝等的单位能耗都比先进技术高20%~30%；
（3）政策方面的原因。节能往往是软指标，政策相互不配套，贯彻不力，统计混乱，一般号召多，落实少。用能企业、机关、个人没有真正节能的驱动力和意识；
（4）传统习惯、文化、观念、道德层面的原因。
从某种意义上讲，人们没有把节能作为自己的行为准则，在消费模式方面不加选择地模仿西方，更有甚者以奢侈、豪华为荣。中央提倡的循环经济，资源节约型社会，其扎扎实实的实效工作需要增强。
从科学技术层次考虑，节能有非常大的覆盖面，从基础研究到应用研究，一直到节能产品的研发和商业化推广，有大量的工作可做。例如，强化传热、传质，两相、多相流动，可再生能源（太阳能、风能、生物质能，以及由这些能源应用组成的复合系统）的高效、合理利用，新型蓄能（热、电）装置，新型的热力系统，复杂工业系统的集成、优化……
其实，节能本身就是一种能源，而且是最“清洁”的能源，在这方面我国的潜力是极大的，这给广大的科技工作者、政策制定者提供了十分广阔的发挥聪明才智的天地。
发展可再生能源必须从中国实际出发
记者：发展可再生能源风能、太阳能、生物质能，将如何应对各种挑战，例如环保、资金、技术、政策等等。中国可再生能源应遵循何种路径进行良性发展？
倪院士：可再生能源（主要是风能、太阳能和生物质能）在2020年以前很难在总能源平衡中占有一定分量的比例，这个情况和欧洲的其他国家在国情上有很大区别。一些欧洲国家，他们总能耗已经不再增长（或增长很少），可再生能源逐步替代目前在役的化石能源。而中国却处于总能耗急剧增长之中，单是发电设备（其中主要是燃煤的发电），每年增长的装机容量是60G~80GW，超过三个长江三峡。在这个高速增长量中，可再生能源所能起的作用是很有限的，更不用说去替代原有的化石能源消耗。对可再生能源一定要结合中国具体情况，探索这些能源在中国整体能源系统中的最佳“位置”，发挥它们的长处，使它们各得其所。我们需要重点研究的不是这些可再生能源能做什么，而是它们在我们能源系统中应该做什么。可再生能源利用应该集中力量在基础研究、应用研究、示范、商业化多个方面全面推进。
我国风能资源是相对比较丰富的，据最新风能资源研究结果，风能资源可开发量约为7-12亿kW，其中陆地风能资源可开发量约为6-10亿kW，海上风能资源可开发量约为1-2亿kW。目前，国家正在着手详细的风力资源调查。到2008年，我国风力发电装机容量达到1200万kW左右，位居世界第4位。近年来，风电以每年超过100%的发展速度增长。中国原有的风电发展规划是到2020年风电装机容量达3000万kW，但按这几年的发展势头，准备重新修改的规划是2020年风电总装机容量将达到1亿kW，是原规划的3倍以上。国家对于风电的发展在政策和财政上也给予了很大的扶持力度。目前运作的机组约75%是引进的国外机组，25%是国产的。自主产权的机组有600kW、750kW、1.2MW和1.5MW，后两种还有一个成熟期。目前，我认为要利用大家关注可再生能源的时机，集中有关力量，研制出具有自主知识产权的大型风力发电机组（1.5M~3.0MW）。在风机整体优化、气动设计、强度疲劳、振动、长期可靠运行、控制、材料制造等方面掌握关键技术，在3~5年后给市场提供和国外机组相当水平的大型风电机组。
太阳能光伏（PV）利用肯定是一个有十分广阔前景的方向。可惜的是近年来PV的研究虽然取得了很大成绩，但相对常规发电，单位容量价格仍高几十倍，要真正变成有份额的发电还有很长的道路要走。我国在PV材料与工艺方面和国外先进技术相比还有不小的差距，在这方面开展深入的材料制备、先进工艺和提高转化效率方面的基础研究是十分必要的，国家也应加大投入力度。太阳能热利用是一种最现实、最有前途、最能够有份额地替代化石能源消耗的太阳能利用方式。中国在真空集热管的高吸收率涂层和工艺处于世界领先水平，在应用方面也居世界首位，已有9000万m2的太阳能集热管在全国各地应用。目前主要是用于生活热水供应，其实在建筑节能方面有很大的、更为广阔的应用前景。目前，尤其是我国房屋总建筑面积迅速增长，用于空调、采暖的能耗必随之增加，建筑用能已达总能耗的30%。因而，更应利用太阳能集热管，研究中温与高温集热管和地源热泵相结合，组成新的采暖，空调系统，大大降低建筑中的化石能源（包括电能）的消耗。
中国可利用的农作物秸秆大约相当于3亿tce，可利用的森林废弃物大约也是相当于3亿tce。因此总量相当有限、人均则更少。这和美国（大农场）、巴西（大量、高产甘蔗）和一些北欧国家（如瑞典，人口800万，面积40万km2，森林覆盖率80％）有本质的差别。我国人均耕地少（一亩多一些），从而人均生物质保有量也很少，且高度分散。所以，绝不能照搬国外的做法，而是必须从国情出发，因地制宜。生物质是高度分散的资源，顺其自然，应该是分布式利用，应发展各种生物质就地加工、就地使用的新工艺、新方法。要总结多年来小规模气化、做液体燃料难以为继的经验教训。目前比较好的方法之一就是用新的力学原理（挤、切、捻），把秸秆和其他各种纤维质、木质素做成颗粒，不需要加热和粘接剂，制造颗粒的能耗尽量小然后用作燃料。这样，可以把农村居民相当普遍使用的炊事、采暖用煤替换出来，用于高效低污染的大电厂。
人类应更科学、更聪明地与自然和谐相处
记者：倪院士，听说您不愿意与人争论，只是说实话而已。请您就能源问题畅谈您的一些看法？
倪院士：目前自然环境是地球内、外动力在万亿年动态变化过程中的阶段表现，是不以人们的意志为转移的。人有生命，整个生态系统也有生命。“自然”与人在生态道德上是平等的。以敬重和呵护之心对待自然，是生态道德的基本要求。过去，人们做了一些违反自然规律的蠢事，“自然”给了我们应有的惩罚。如何处理人与自然的关系是对每一个人的重要考验，也是对是否真正理解和谐社会的试金石。由于现在科学在物质、技术进步方面的巨大成就，一些科学家和一些工程技术人员认为科学技术可以解决一切问题。实际上，科学技术和相关的方针政策，只有尊重自然，善待自然，与自然和谐相处，才能成为第一生产力。否则的话，科学技术会走向其“为人类造福”这个根本目的的反面，人类将为此付出惨重的代价。
人类使用能源大致经过几个阶段：薪柴-煤炭-石油-天然气，各国由于资源不同，发展阶段不同，这些“阶段”有重叠和交叉。煤、石油、天然气是地球几千万、几亿年太阳能的“沉淀”。在用量较小时问题不大，而现在由于人口的增长，现代化条件下人均用能的大幅度增加，引发了日益严重的资源、环境、生态问题。所产生的问题逐渐扩大，从能源、环境、生态……延伸到经济、政治、军事，越来越显得不可持续。但是，即使如此，人类使用的能源基本上是几千万、几亿年太阳能积累下来的化石燃料，从地层深处较“集中”地开采出来，和“大自然”的交互相对较少，主要是大量使用过程中发生了问题。目前，大规模、有份额地转向使用可再生能源，用的是当年的太阳能（表现形式为：水能，风能，生物质能，太阳能的直接辐射能和热能等）。采集面积和大自然已存在“循环”的交互就会越来越大，也就是说，人类与自然的交互，相互影响，比利用化石能源交互的范围，交互的深度，交互的频度……将会起很大变化，甚至于会从量变到质变。因而，在这种形势下，人与自然和谐相处，尊重自然，爱护自然，将进入一个新的阶段，问题会越来越突出，弄不好的话，大自然的惩罚会来的更快、更早、更严峻。从本质上讲，没有人与自然的和谐，就没有人与人的和谐以及社会的和谐。人类为了解决大量利用化石燃料而转向大规模利用可再生能源，就要对上述问题做十分深入、谨慎的全面分析，扎扎实实地前进。否则的话，为了解决一个问题就会“制造”出另几个更为复杂、更为严重的问题。大自然的惩罚已经教训了人类，人类应该更科学、更聪明地与自然和谐相处，并在相处中实事求是、相互尊重、不断前进。
（本文发表于《世界石油工业》 2009年4月30日第2期）
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