开启我国低碳转型窗口的几点意见(一)

倪维斗

  

  主讲人名片

  倪维斗,清华大学热能工程系教授。历任清华大学热能系、汽车系主任,副校长,校务委员会副主任,北京市科协副主席,教育部科技委员会主任,国家重点基础研究规划专家顾问组第一届和第二届成员,国家电力公司科技委委员,中国环境与发展国际合作委员会(CCICED)能源组中方组长,煤燃烧国家重点实验室主任,国家“攀登计划”B项目首席专家。1999年当选中国工程院院士。

全球能源与严峻的环境形势

  生态文明和美丽中国,这是最近比较热门的一个话题。

  可以说,想要实现“美丽中国”,就必须建设生态文明。今天很高兴能来到这个讲座,也想借此机会谈谈我国低碳转型的问题。在此之前,我觉得有必要先跟大家聊一聊目前全球的能源和环境形势。

  首先,必须明确一点,能源环境是人类可持续发展的永恒课题。如今,世界人口不断增长已成为必然趋势,全球人口很快将增加到90亿。随着科技的发展,人们对于美好生活的标准也在不断提高,人均能源需求量越来越大,所要求的能源服务水平也越来越高。公共汽车、私家车、高铁、飞机,这些交通工具无一例外需要消耗能源。再如,无论是北方还是南方,夏天需要制冷,冬天希望有暖气,这些也都需要消耗能源。

  人类对舒适度的要求,必然随着技术的发展越来越高。从这个角度来说,一方面全世界的人口不断增长,另一方面每个人要求的能源消费量也在增长,两者相乘,总量之大地球将难以承担。因此,能源与环境的可持续发展是人类永恒的课题,人类想要存活下去,就必须解决好能源问题。

  下面再谈一下能源与环境的关系。能源问题,实际上也是人类和大自然是否和谐相处的一个焦点。但如今的情况并不和谐,总量巨大的温室气体排放对气候变化的影响、细颗粒物PM2.5对空气质量的影响等,一方面是由于大量化石能源消耗破坏了大自然,另一方面其实也是大自然对人类的惩罚。在很长一段时期内,我国乃至全世界的发展,都认为技术可以决定一切。所谓“人定胜天”,只要我们同心合力,就能克服大自然的一切问题。事实上,大自然是永远不可能被征服的。如果人类掠夺了大自然,大自然必定要报复。能源利用和环境问题就是人类和大自然交流中产生不和谐的一个焦点。

随着越来越严格的环保规定,煤气化多联产在经济上的优势将会越来越显著。

  随着技术的发展,我们渐渐发现以往强调不可再生的资源,主要指化石能源,总量其实还是很可观的。比如说,在北冰洋地下就蕴藏着很多的资源可以利用。南海问题、钓鱼岛争端,实际上都包含着海底资源的问题。能源资源并不是没有,真正没有的,是环境资源。也就是说人类在消耗完化石能源———煤、石油、天然气之前,首先被消耗光的会是环境资源。环境资源的损耗,导致了气候变化、全球变暖、空气污染,其所引发的后果将不堪设想,例如极端气候、海平面上涨和持续重度污染的雾霾天气等。人类的诸多活动导致气温不断上升,经历量变到质变的过程后,突发事件会在某一时刻降临地球,届时人类是否还能存在就是个问题。因此,环境资源、生态资源才是问题的核心。

  而如今,允许人类用智慧思考和处理这个问题的时间已经所剩无几,人类在耗尽有形的资源之前,会首先把环境资源用光,形势已然迫在眉睫。

我国特殊资源禀赋加剧能源形势

  中国的资源禀赋以煤为主,这使我国能源和环境问题更为严重。目前我国CO2排放总量居世界第一,但换个角度分析,从人均排放量和历史责任来看,发达国家应该承担更多的责任。不过这并不是说,包括我国在内的发展中国家就可以放任不管,因为气候问题是全世界的问题。发达国家应该投入更多的资金、提供更好的技术来减排CO2,而发展中国家也应重视CO2的排放问题,积极减排以应对全球环境问题。

  另外,能源安全也是我国能源领域面临的一个重大挑战。我国的能源消费量,尤其是石油,一直在不断增长。如今,我国年石油消费量接近5亿吨,但自产量却只有2亿吨,这就意味着一半以上的石油消费量都需要进口,对外依存度接近60%。如此高的石油对外依存度,显然会威胁到能源安全。因此,我国理应扩大石油储备。但是石油储备不仅需要大量资金,储存石油的技术也是个大问题,短期内难以解决。由此看来,我国液体燃料处于极不安全的状态。

  提到能源和环境,就不得不提最近大家都非常关心的一个问题———PM2.5。其来源非常广泛,其中约一半来自于燃煤和汽柴油的燃烧。2012年,我国的一次能源消费总量已达36.2亿吨标准煤,其中煤炭占66.4%。煤在燃烧过程中产生很多污染物,除CO2外,还包括硫氧化合物、氮氧化物、粉尘、细颗粒物、汞和其它重金属等痕量元素。但如果我国不以煤为主,而以石油为主,那能源的对外依存度就必然更高,全世界都无法支撑中国的能源消耗。因此,就目前来看,我国的能源供应依然主要靠煤,因此如何清洁、高效地利用煤炭,这是个值得研究的课题。

  中国未来的能源结构中,可再生能源、核电以及天然气的发展都很快,但是到2050年依旧累计需要约1200~1500亿吨的煤。预计在2050年我国能源消费总量高达65亿吨标准煤,人均消耗量约为4吨标准煤,而如今我国人均煤炭的消耗量已经达到2.7亿吨标准煤。这意味着,我国人均煤炭消费量的增长空间已经非常小了。

  经过全世界很多科学家的分析,到2050年,如要维持全球气温升高不超过2℃,那时候全球CO2的排放量只能是1990年的一半,即104亿吨,这也是届时全球CO2排放的总空间。如此看来,即使发达国家承诺减排其中的80%,发展中国家整体上也需要比2005年减排 36%。而中国正处于CO2排放的上升期,面临国际上对我国CO2排放峰值出现时间和绝对值的要求 (譬如2030年80亿吨,2035年90亿吨,2040年100亿吨等),在已经大力强化节能、发展核能和可再生能源的条件下,未来我国在碳减排上仍将处于被动状态。正因为国际留给中国的CO2排放空间非常小,我们应及早主动采取措施而不是被动减排以应对全球气候变化。

低碳减排:煤炭现代化协同利用

  为了掌握碳减排的主动权,我也作了一些思考,想借此机会与大家交流一下。

  首先,我们需要认清一个不可改变的事实:煤现在是、将来仍是我国能源的主力,而且煤用于发电的比例也将越来越大。但是煤的直接燃烧已引起严重的环境污染,如果仍延续这种做法,将很难解决温室气体减排问题。因此,要减排CO2,对于中国来说,也只有在煤炭利用上下功夫。

  如何在煤燃烧的过程中大量减排CO2,这也是我国面临的大问题。目前来看,比较好的方法之一,就是采用煤炭现代化协同利用-多联产的方式。也就是说,煤不直接燃烧,而是先将煤气化,生成合成气,主要成分是CO、H2和一部分CO2等。合成气净化之后,可用于发电,也可用于生产化工产品,同时把这些过程协同起来,也提高了煤炭利用效率。考虑到不同产品对合成气成分的要求,把合成气里CO通过变换过程生成H2,分离出CO2,再对CO2进行处理。H2可以做燃料,氢能是很干净的能源。

  简单来说,将来的煤需要经过这样的处理:经过气化、净化,然后用于多联产,生产电、液体燃料、化工产品等。这种方式可以使煤炭利用更加清洁,效率也提高10%左右。同时,CO2以此种方式处理会比直接燃烧后在烟气尾部处理要容易一些,因为气化过程中压力比较高,CO2浓度高。整个过程相互耦合,可以实现能量流、物质流的总体优化。一方面达到了氢碳比合理优化利用,尽量减少“无谓”的化学放热过程,另一方面通过蒸汽联合循环等方式也实现了热量的梯级利用,以及温度、压力潜力和物质的充分利用。

  (未完待续。本文根据倪维斗院士2013年3月28日做客清华大学新人文讲座所作报告录音编辑整理。编辑整理/张瀛辰 郭智慧 李东雅 马逸昕)

  来源:新清华2012-5-17

 

2013年05月23日 10:37:00  清华新闻网

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