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    一、引子 　　
   近年來能源及與之相關的環境成為全世界各國最為關注的熱點，各國都在從自己本國的國情出發來解決能源與環境問題。對我國來說，由于人均能源資源短缺（尤其是油、氣、水），環境容量（亦是資源）有限，西部生態脆弱，這個問題尤為嚴重，它將極大的制約我國的可持續發展以及為中華民族子孫萬代生生息息留有生存空間。近年來，我國GDP每年以10%%的速度發展，能源消耗急驟增加，環境、生態日益惡化。這種對自然無序的、掠奪性索取的發展模式已難以為繼，實際上已造成當前十分嚴重的、不可逆轉的后果，大自然的懲罰已經不斷地凸現出來，并還要繼續加重。在這樣的嚴峻形勢下，每一個能源領域的工作者，尤其是身上負有責任的各級政府官員，都要充分想到身上的重擔。 
   二、幾個無法改變的現實 
   ———煤現在是、將來（直到2050年或更晚）仍是我國能源的主力，雖然煤在總能源（energymix）中所占的比例會逐漸下降（從75%%下降到60%%），但總量仍會不斷增加。 
   ———煤用于發電的比例會越來越大，從目前的50%%增加到70%%以上。 
   ———煤的開采和直接燃燒已引起嚴重的生態和環境污染問題，70%%—80%%以上的SO2、NOx、汞、顆粒物、CO2等都是由于煤炭直接燃燒所引起的。 
   ———由于我國石油短缺，車用液體燃料還是得從煤基替代燃料上找出路。我國2005年進口原油及其成品油約1.3億噸，估計2010年將進口石油2.5億噸，對外依存度將超過50%%，這會引起一系列的能源安全問題。當然，煤炭對我國來說也是稀缺產品，但相對其他能源資源仍可“忍受”，若每年將煤炭產量的八分之一用于車用液體燃料（或甲醇，或二甲醚，或煤制油）的生產，從總的能源供應角度不會帶來很大的不平衡。 
   前一個時期在我國廣泛推廣的糧食乙醇，從長遠來看很難作為一個有份額的替代，因為我國的具體情況是：用世界上7%%的可耕地來養活世界22%%的人口，這是一個大前提。按現有的技術水平，3.5噸糧食做1噸乙醇，考慮到乙醇的熱值，則5噸糧食做1噸汽油當量。此外還要消耗0.5—0.8噸的煤用于發酵和脫水。若有1000萬噸當量汽油的替代，需用糧食5000萬噸，是我國糧食總產量的十分之一強，這是不可能的。當然，可以考慮用木薯和甜高粱等其他作物來生產乙醇，或是用秸稈及其他纖維素來制造（目前技術還沒有商業化），但后者存在著大規模收集與運輸問題。 
   ———在煤的直接燃燒條件下很難解決溫室氣體的減排，因為從電廠的大容積流量的煙氣中收集濃度在13%%—14%%左右的CO2將耗費很多附加的能量，使發電效率降低10個左右的百分點。目前我國溫室氣體排放已居世界第2位，近年來還在不斷的快速增長，如此下去在10年或略長一些的時間內將超過美國，居世界第一。 
   ———可再生能源（主要是風能、太陽能和生物質能）在2020年以前很難在總能源平衡中占有一定分量的比例，這個情況和歐洲的其他國家在國情上有很大區別。一些歐洲國家，他們總能耗已經不再增長（或增長很少），可再生能源的發展逐步替代目前在用的化石能源。而我國卻處于總能耗急劇增長之中，單是發電設備（其中主要是燃煤的發電），每年增長的裝機容量是60—80GW，超過三個長江三峽。在這個高速增長量中，可再生能源所能起的作用是很有限的，更不用說去替代原有的化石能源消耗。譬如說，按國家規劃，到2020年風力發電的裝機容量將達30GW（是2005年的24倍），考慮到每單位裝機容量的滿負荷工作時間平均只有2500小時，則30GW的風電相當于火電12GW左右，也就是2020年我國發電總裝機容量950—1000GW的1.2％左右。 
  三、面臨的五個嚴峻的挑戰 
   1.總量需求的巨大壓力 
   從2000到2020年，國家規劃全國GDP增長四倍，而能源消耗增長一倍，這意味著能源彈性系數應為0.5。但是最近三年，這個系數為1.3以上，即能源需求將遠遠大于規劃。從發展趨勢來看，我國工業已進入重化階段，按世界各國發展的歷史規律來看，能耗迅速增長階段似不可逾越。問題是這么大的一次能源需求我們是否能夠供應，其所引起的污染是否有足夠的環境容量？怎么解決？ 
   2.液體燃料短缺 
   從圖看出，我國石油對進口的依賴度將從40％增加為50％和60％，能源安全如何考慮？如何加速石油的替代？我國的汽車工業、石化工業如何用創新的發展模式來適應這個形勢？在車用替代燃料方面我國應以此為契機走出自主創新的道路。 
   3.環境污染嚴重污染物質主要是SO2、NOx、PM2.5-10、Hg和CO2，這些污染物的80%%是由于化石能源的應用，尤其是煤的直接燃燒所引起。目前我國有30%%—40%%的地區（尤其是西南地區）出現酸雨現象，呼吸系統疾病不斷增加。需要認真研究的是我國對這些污染物“可容忍”的環境容量究竟是多少？ 
   4.溫室氣體排放 
   目前全球每年排放250多億噸CO2，空氣中的CO2濃度，從工業化150多年以來，已從280ppm增至380ppm，目前以3ppm/年的速度增長。溫室氣體對地球將形成的災難性后果，在經歷了長期的爭論后，全世界的學者已有共識。所以，全世界都在采取多種措施減排CO2，我國已于2002年成為“京都議定書”的第37個簽約國。總的來說，作為一個負責任的大國，我國在不遠的將來必然要承擔一定量、甚至大幅度溫室氣體的減排任務。因而，從戰略高度、從現在開始就應該認真考慮我國CO2如何分階段減排的有關戰略技術和政策問題，否則的話，在今后幾十年我國將會為此付出更多的代價。 
   5.八億農民及城鎮化所需能源的供應 
   到目前為止，有相當數量的農民沒有得到良好的能源服務，他們仍依賴當地的農業廢棄物（秸稈、柴草等）作為主要能源，有些地方甚至仍在砍伐森林和破壞生態。此外，我國城鎮化率以每年1%%在增長，每年有將近一千萬人口進入新的城鎮。據統計，每個城鎮居民人均所消耗的能源是農村人均的3.5倍。這部分份額巨大的能源應來自何處？怎樣才能結合社會主義新農村的建設提供給廣大農村和新建中、小城鎮符合中國國情的現代化能源服務，以減少生態破壞，減少室內污染，提高農民生活質量……這是整體能源戰略的重要組成部分。 
   以上這五點是我國能源面臨的嚴峻的挑戰，能源戰略、能源科技、能源政策都應以解決以上五點為出發點和落腳點。 
四、若干個重要的戰略對策 
   整個能源、環境問題是一個龐大的系統工程，牽涉到科學、技術、文化、歷史傳統、教育、外交、政治等方面，且這些方面是相互耦合、相互影響的。本文只是從技術層面提出若干個重要的戰略對策，遠遠不能說明問題的全部，甚至所提到的科學、技術也只能是一個局部而已。 
   1.節能為本 
   我國雖然人均資源短缺，供應壓力較大，但另一方面單位GDP的能耗強度（EnergyIntensity）很大，大約是日本的5—6倍，其原因是多層次的： 
   ●工業結構的原因。如高能耗、低附加值的產業；制造業缺乏自主創新，處于低端；第三產業不夠發達…… 
   ●技術相對落后的原因。我國發電、水泥、煉鋼、電解鋁等的單位能耗都比先進技術低20%%—30%%。 
   ●政策方面的原因。節能往往是軟指標，政策相互不配套，貫徹不力，統計混亂，一般號召多，落實少。用能企業、機關、個人沒有真正節能的驅動力和意識。 
   ●傳統習慣、文化、觀念、道德層面的原因。 
   從某種意義上講，人們沒有把節能作為自己的行為準則，在消費模式方面不加選擇地模仿西方，更有甚者以奢侈、豪華為榮。中央提倡的循環經濟，資源節約型社會，多是在口號上跟得很快，表面文章多，政績工程多，扎扎實實的實效工作少。 
   從科學技術層次考慮，節能有非常大的覆蓋面，從基礎研究到應用研究，一直到節能產品的研發和商業化推廣，有大量的工作。例如，強化傳熱、傳質，兩相、多相流動，可再生能源（太陽能、風能、生物質能、地源冷熱能，以及由這些能源應用組成的復合系統）的高效、合理利用，新型蓄能（熱、電）裝置，新型的熱力系統，復雜工業系統的集成、優化…… 
   其實，節能本身就是一種能源，而且是最最“清潔”的能源，在這方面我國的潛力是極大的，這給廣大的科技工作者、政策制定者提供了十分廣闊的發揮聰明才智的天地。 
   2.煤的現代化利用 
   如前述，我國的一次能源在相當長的一段時間內主要是煤，而煤的直接燃燒引起嚴重的環境問題，因而，煤的現代化利用———以煤的氣化為龍頭的多聯產系統是對應我國能源問題嚴重挑戰的戰略方向。煤基多聯產系統的框圖如下： 
   煤經氣化后成為合成氣（CO+H2），凈化以后可用于生產化工原料、液體燃料（合成油、甲醇、二甲醚）和電力。這些生產過程的能量流、物質流、火用流（exergy）按最優原則耦合在一起，比分別生產相關產品在基本投資、單位產品成本，污染的排放（硫、汞、顆粒物）、環境等方面都有顯著的效益。這種多聯產系統在化工產品、液體燃料和電力之間可以按市場需求或是發電的“峰-谷”差適當調節，有很好的靈活性。 
   多聯產系統所生產的液體燃料，尤其是甲醇和二甲醚是絕好的煤基車用替代燃料，可以有份額的緩解我國石油的短缺。同時，甲醇還可以用來生產烯烴和丙烯，用煤化工去“替代”一部分傳統的石油化工，以減少石油消耗。二甲醚是一種物理性質與液化石油氣（LPG）相近的化工產品，除了替代柴油外，是一種絕好的民用燃料，可以給城市和一些缺乏能源的地區提供清潔能源服務。 
   在整個工藝過程中可以捕捉（Capture）高濃度、高壓的CO2，為溫室氣體減排創造條件，所耗費的能量與成本比常規電站煙氣中捕捉CO2低得多。 
   隨著技術的進一步發展，例如大容量高溫固體氧化物燃料電池（SOFC）的商業化，這類多聯產系統把SOFC耦合進來，還有很大提高效率的潛力，使發電效率提高到60%%—65%%，這將是發電的一個新的里程碑。 
   這種多聯產系統組成部件的絕大部分技術是成熟的，如大型煤的氣化裝置（2000—5000噸/天）、各種化學反應器和相應的催化劑、燃用合成氣的燃氣/蒸汽聯合循環等。只要我國各部門（煤炭、化工、電力）打破行業界線，通力合作，加上國際合作，在3—5年內就有可能建立大型的示范多聯產裝置，并在2020年前后有相當數量的推廣。 
   這類多聯產系統有很大的進一步提高能源利用效率、減少環境污染的潛力。要研究的關鍵技術如：①溫室氣體的捕捉和埋存（CarbonCaptureandSequestration，簡稱CCS）；②多種不同配置的系統的集成、優化；③系統的變工況運行，系統的動態特性；④系統的最優控制策略，系統的安全運行及故障診斷；⑤用膜技術來代替目前的空分（A鄄SU）；⑥收率更高的一次通過的漿態床技術；⑦用膜技術來低耗能地分離CO2和H2；⑧用更高初溫、燃用合成氣或是富氫氣體、甚至純氫的燃氣/蒸汽聯合循環；⑨把SOFC耦合到整個系統中來…… 
   這些都是需要我們下大功夫研究的問題，花費整個一代人的精力也不為過。