低碳能源國際發展現狀與趨勢分析

馬誠超，張紹良

（1.宿州學院 宿州 234000；2.中國礦業大學 低碳能源研究院，江蘇 徐州 221116；3.中國礦業大學 環境與測繪學院，江蘇 徐州 221008）

低碳能源國際發展現狀與趨勢分析

馬誠超1,3，張紹良2

（1.宿州學院 宿州 234000；2.中國礦業大學 低碳能源研究院，江蘇 徐州 221116；3.中國礦業大學 環境與測繪學院，江蘇 徐州 221008）

介紹了美國、歐盟、英國、日本、德國等發達國家的最新低碳能源政策和發展路線圖，分析了我國能源現狀和面臨的挑戰.在此基礎上，提出了我國低碳能源發展戰略：大力發展潔凈煤技術和碳捕集與儲存技術（CCS），大力開發太陽能、風能和地熱能，適度發展生物質能、水勢能和核能，積極探索冷聚變能、真空能和環境能.

能源科學技術；低碳能源；冷聚變能

自從2009年12月哥本哈根世界氣候大會以來，低碳浪潮席卷全球，作為世界第二大能源消費國，低碳能源的發展在我國頗受關注，特別是高碳能源低碳利用、低碳發電技術等已成為學者研究的焦點.張玉卓等人分析了我國能源生產與消費的結構特點，重點介紹了煤炭清潔轉化技術，并展望了煤炭清潔轉化的前景和方向[1].郭磊等人簡要介紹了英國低碳能源白皮書——《英國低碳轉變計劃》的主要內容，并就我國的情節能源發展提出建議[2].康重慶等人則剖析了“低碳電力”這一新領域在國內外的研究發展現狀，制定低碳電力技術的研究框架，并就低碳電力技術發展戰略所面臨的挑戰及問題進行了闡述[3].本文擬在闡述低碳能源所包含內容的基礎之上，系統介紹美國、歐盟、日本等發達國家的低碳能源發展狀況，并就中國的現狀進行分析，提出適合我國的低碳能源發展戰略.

1 低碳能源概述

所謂低碳能源，是指利用過程中產生較少CO2等溫室氣體的能源.國際上通常將煤炭、石油、天然氣等化石能源稱為高碳能源和傳統能源，因為它們單位能量中產生的CO2量遠高于其它能源（見表1）.利用黑煤采用新亞臨界技術發電，每度電需要消耗2.85千瓦熱能，同時排放出941克CO2，而水力發電只需要0.046千瓦熱能，產生的CO2僅15克，不到煤的1/63.對應地，風能、太陽能、氫能、核聚變能、潮汐能、波浪能、生物質能、地熱能等統稱為低碳能源，可見低碳能源的概念很寬泛.

表1 不同能源發電的能源強度和產生溫室氣體強度(CO2)比較表[4]

在低碳能源體系中有一類被稱為可再生能源，即來自于自然資源如陽光、風、水、潮汐和地熱等能夠源源不斷補充的能源.生物質能也被視為可再生能源，盡管它不一定低碳，但它是地球碳循環的一部分，不會產生額外的碳.

2 國外低碳能源發展現狀與趨勢

2.1 美國

2008年美國的能源生產結構是：化石能源57.94×1015Btu（英國熱量單位，1瓦=3.413Btu），核電8.455×1015Btu，可再生能源7.316×1015Btu.能源消費結構是：化石能源83.436×1015Btu，核電8.455×1015Btu，可再生能源7.300×1015Btu[5].可見美國化石能源仍占生產與消費的絕對主導地位，可再生能源比例低，其產量約占總產量的10%，其消費量僅占總消費量的7.3%.2009年美國通過了“美國清潔能源與安全法案，2009”（The American Clean Energy and Security Act of 2009），從法律角度保障大力發展可再生能源，確保2025年總電力的25%來自于可再生能源.而且提出大力發展CCS技術以保證煤炭能源的低碳與持續利用，通過示范工程、大規模商業刺激計劃、制定新的燃煤電廠執行標準等措施來逐步推進.

2.2 歐盟

歐盟面臨的困境十分嚴重，隨著能源消費的持續增加其能源產量卻不斷下降，當前70%的原油依靠進口，預測到2030年將達到94%.歐盟國家的實踐證明新的能源戰略是可能實施的，例如在過去2-3年中通過政策引導與驅動，奧地利、瑞士、德國等歐盟國家電力生產部門采用再生能源的比例顯著增加.瑞士政府更是雄心勃勃地宣布，到2020年原油能源將完全退出市場.盡管新的能源技術很昂貴，但是隨著生產規模的不斷擴大，成本正在穩步減少，例如15年來歐盟的風力發電成本降低了一半.歐盟預測，到2020年25%的制熱制冷將采用可再生能源；北海風能、生物質能、太陽熱能發電技術可望得到規模使用，波浪能、潮汐能和光伏發電等將有突破.歐盟估計，到本世紀末世界能源將會全部由可再生能源替代，其中太陽能和風能增加會最快；40%的燃料需求將由生物質能提供.

2.3 英國

2007年英國的能源消費結構是：石油占38.0%，天然氣占37.7%，煤16.7%，核電5.8%，可再生能源1.8%.高碳能源消費占90%以上.但英國作為低碳經濟最早倡導國，已經在政策、法律、經濟、技術等層面大力推行低碳能源開發.2007年英國政府發布的“能源白皮書”提出了四點關鍵政策目標，即2050年CO2減排60%并在2020年前取得實質進展、維持可靠的能源供應、促進競爭性市場、保證每戶供熱充足且能支付得起.2009年英國發布《低碳轉變規劃》（the UK Low Carbon Transition Plan），提出到2020年CO2相對1990年水平減少34%，保證700萬家庭能源利用升級，其中150萬利用再生能源，規劃40%的電能來自低碳能源（主要指再生能源、核能和潔凈煤）.規劃還明確優先發展的是潮汐能和風能，然后是生物質能（作為燃料）和太陽光伏.同時政府提出五項應對措施：第一，建立國際網絡應對全球氣候變化，包括“大氣溫室氣體濃度穩定計劃”（stabilization of atmospheric greenhouse gas concentrations）和歐盟排放貿易方案（European Union Emissions Trading Scheme）等；第二，通過氣候變化法案的實施，減少CO2排放；第三，推進國際市場的自由競爭和透明度；第四，通過宣傳、激勵和政策規定等措施鼓勵節約能源；第五，提供低碳技術更多的支持，包括增加國內外公私部門在研究、開發、示范、部署等方面的合作等.

2.4 德國

德國2000年通過《可再生能源法》規定新能源占德國全部能源消耗的比例最終要超過50%，政府制定了政府補助、新能源發電無條件入網等一系列非常規政策，全力扶植新能源企業發展.2004年通過的《優先利用可再生能源法》進一步明確了新能源電價補貼政策、促進太陽能應用的“十萬屋頂計劃”等.2009年通過《新取暖法》，政府繼續提供5億歐元補貼采用可再生能源取暖的家庭，扶植重點逐漸向新能源下游產業轉移，如研發電動汽車、車用電池等.2008年3月，德國聯邦教研部推出了“能源基礎研究2020”新計劃，確定未來資助的重點是，對能源的有效生產、轉化、儲存、利用和輸送技術的研究以及工業生產產生的二氧化碳地下儲存技術的研究等.經過十多年的發展，德國當前可再生能源占全部能源消耗的比例已超過15%，新能源企業每年產值達250億歐元.無論風能、太陽能，還是生物能、地熱等領域，德國都享有盛譽，并逐漸向全球市場擴張.尤其是風能利用方面，德國位居世界首位.10年間，發電風車單機功率實現了100KW到1MW再到5MW的巨大飛躍.

2.5 日本

早在1974年日本就提出了新能源技術開發計劃，此后又分別于1978年和1989年提出了“節能技術開發計劃”和“環境保護技術開發計劃”.1993年將上述三個計劃合并成了規模龐大的“新陽光計劃”.“新陽光計劃”的主要研究課題涉及七大領域，即再生能源技術、化石燃料應用技術、能源輸送與儲存技術、系統化技術、基礎性節能技術、高效與革新性能源技術、環境技術等，其中再生能源技術研究包括太陽能、風能、溫差發電、生物能和地熱利用技術等[7].“新陽光計劃”采取政府主導、產學官三者聯合的方式，共同攻關新能源開發方面遇到的各種難題.2000年以來，日本太陽能光伏發電、太陽電池產量一直位居世界首位，約占世界總產量的半壁江山.1997年至今，日本太陽能普及始終保持著90%的增長率，太陽能研究居世界領先水平.

3 中國低碳能源發展現狀與趨勢

我國能源消費的快速增長以及以煤炭為主的能源消費結構使得我國能源面臨著嚴重挑戰：首先，從中長期角度看我國能源剛性需求巨大.目前我國是世界第二大能源消費國，約占世界總量的15%，但是我國人均能源消費僅有1.6toe，是美國的1/5，日本的40%，但是我國人均GDP僅3000美元，是美國的1/8，日本的1/15.假如中國達到日本、美國發達國家水平，那么就算目前全世界所有能源全部貢獻給中國都不夠！

其次，我國能源資源匱乏，自有資源難以支撐經濟的持續發展.我國煤炭儲量很大，可采儲量達1800多億噸，但是人均僅占世界平均水平的79%；石油儲量約120億噸，人均僅占世界的6.1%，2008年石油進口已超過1.5億噸；天然氣可采儲量為7-10億立方米，煤層氣可采儲量達10萬億立方米，但人均不到世界水平的6.5%，目前45%左右天然氣依靠進口.

再次，現有高碳能源消費對環境造成的污染十分嚴重，全球氣候變化引起的國際政治壓力日益增大.煤炭是我國的第一能源，而地球上75%的CO2和90%的SO2都是由煤炭燃燒利用引起的.2009年我國已經是世界第二大碳排放國.哥本哈根會議上我國已經感受到強大的國際政治壓力，中國政府也已做出承諾：到2020年全國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%.

面對壓力，我國必須創新一條符合我國國情的能源環境可持續發展的道路，那就是開源節流！節流就是能源節約利用，開源就是發展低碳能源.2010年1月22日，國家能源委員會正式成立，由國務院總理任主任，這是中國最高層次的能源管理機構，表明能源已上升為國家安全戰略.

縱觀國際低碳能源的發展態勢，從我國國情出發，我國低碳能源發展方面，應該大力發展潔凈煤技術和碳捕集與儲存技術（CCS），大力開發太陽能、風能和地熱能，適度發展生物質能、水勢能和核能，積極探索冷聚變能、真空能和環境能.具體可從以下幾方面著手：第一，大力提倡高碳能源的低碳利用.我國是富煤貧油大國，煤炭能源的基礎地位在未來幾十年不會改變，因此在新能源發展戰略中煤的清潔利用和低碳利用將會作為優先發展重點.需要大力開發高效率、低成本的CO2捕集、封存與利用技術（CCS技術），發展CO2捕集設備、儲存設備和燃煤電廠改造設備等并形成新的產業.同時，急需對我國CO2地質儲存潛力展開調查，加大科技投入，建設CO2捕集和封存示范工程.第二，大力開發利用太陽能.長遠來看，太陽能可能是世界首選的優質能源.我國幅員遼闊，太陽能資源豐富，根據《可再生能源中長期發展規劃》，到2020年力爭使太陽能發電裝機容量達到180兆瓦，到2050年將達到600兆瓦.預計到2050年，中國可再生能源的電力裝機將占全國電力裝機的25%，其中光伏發電裝機將占到5%.預計2030年之前，中國太陽能裝機容量的復合增長率將高達25%以上.第三，大力開發風能，尤其是海上風能.據中國氣象局最新公布的我國首次風能資源詳查和評價結果：陸上離地面50米高度達到3級以上風能資源的潛在開發量約23.8億千瓦，5—25米水深線以內近海區域、海平面以上50米高度可裝機容量約2億千瓦，表明我國風能資源很豐富.但是我國陸地風能主要分布在內蒙古的蒙東和蒙西、新疆哈密、甘肅酒泉、河北壩上、吉林西部等，風電場受沙蝕影響大，維護成本高.不過我國海岸線長，海風能源利用潛力大.2006年《可再生能源法》頒布后就提出了海上風電開發戰略，之后國家能源局和國家海洋局又聯合出臺了《海上風電開發建設管理暫行辦法》（國能新能[2010]29號），這標志著我國海上風電開發已經起航.不過從國際上看，目前海風發電仍是一個重要研究方向，國際成功經驗、可靠技術、場地建設、設備監控、海洋環境保護等非常少，因此一方面要謹慎推廣現有技術，另一方面要加大科技投入，建立示范基地.第四，適度開發利用生物質能.生物質能在我國是一個備受爭議的新能源，一方面國際生物質能發展很快，我國如不跟上就會落后，另一方面我國人多地少，生物質能發展受到“糧食安全”的嚴重制約，因此我國生物質能開發利用的方向和重心還在爭論中.從我國城市化發展速度看，可以在農村大力發展沼氣，解決農村燃料、電力等能源問題，而對生物制氫、生物柴油、燃料乙醇以及生物質能發電項目則要適度，當然技術研發投入不應在控制之列.除此之外，隨著環境保護意識的提高，我國對水電、核電發展需要適度控制，但是應該大力開發熱能和煤層氣資源，大力發展戶用可再生能源、熱泵、IGCC和智能電網技術等.

4 結論

低碳能源已成為當前科學研究中最熱門的問題之一，本文在明晰低碳、低碳能源等概念的基礎之上，介紹了美國、歐盟、日本等發達國家的低碳能源政策及發展路線圖，并對我國低碳能源的現狀及面臨的挑戰進行了剖析.在總結國外先進經驗并結合當前國情的基礎之上，提出我國的低碳能源發展戰略：大力發展潔凈煤技術和碳捕集與儲存技術（CCS），大力開發太陽能、風能和地熱能，適度發展生物質能、水勢能和核能，積極探索冷聚變能、真空能和環境能.

〔1〕張玉卓.從高碳能源到低碳能源-煤炭清潔轉化的前景[J].中國能源，2008，30（4）：20-22.

〔2〕郭磊，馬莉.英國低碳能源戰略白皮書及對我國的啟示[J].電力技術經濟，2009，21（6）：13-17.

〔3〕康重慶，陳啟鑫，夏清.低碳電力技術的研究展望[J].電網技術，2009，33（2）：1-7.

〔4〕Lenzen M.Life cycle energy and greenhouse gas emissions of nuclear energy:a review[J].Energy Conversion and Management,2008,49(8):2178-2199.

〔5〕U.S.Energy Information Administration.Annual energy review[OL].[2011-10-19].http://www.eia.gov/totalenergy/data/annual/index.cfm.

〔6〕龍夫.美國開發可再生能源的政策與措施[J].中國三峽建設,2008,(5):55-59.

〔7〕能源在線.日本新能源戰略分析[OL].[2007-06-21].http://www.eeo.com.cn/industry/related/2007/07/19/76619.shtml.

F407.21

A

1673-260X（2012）06-0102-03

安徽教育廳自然科學基金項目（KJ2011Z370）；宿州學院校級自然科學基金項目（2008yzk13）