開啟我國低碳轉(zhuǎn)型窗口的幾點(diǎn)意見（一）
倪維斗
主講人名片
倪維斗，清華大學(xué)熱能工程系教授。歷任清華大學(xué)熱能系、汽車系主任，副校長，校務(wù)委員會(huì)副主任，北京市科協(xié)副主席，教育部科技委員會(huì)主任，國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究規(guī)劃專家顧問組第一屆和第二屆成員，國家電力公司科技委委員，中國環(huán)境與發(fā)展國際合作委員會(huì)(CCICED)能源組中方組長，煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，國家“攀登計(jì)劃”B項(xiàng)目首席專家。1999年當(dāng)選中國工程院院士。
全球能源與嚴(yán)峻的環(huán)境形勢
生態(tài)文明和美麗中國，這是最近比較熱門的一個(gè)話題。
可以說，想要實(shí)現(xiàn)“美麗中國”，就必須建設(shè)生態(tài)文明。今天很高興能來到這個(gè)講座，也想借此機(jī)會(huì)談?wù)勎覈吞嫁D(zhuǎn)型的問題。在此之前，我覺得有必要先跟大家聊一聊目前全球的能源和環(huán)境形勢。
首先，必須明確一點(diǎn)，能源環(huán)境是人類可持續(xù)發(fā)展的永恒課題。如今，世界人口不斷增長已成為必然趨勢，全球人口很快將增加到90億。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)于美好生活的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高，人均能源需求量越來越大，所要求的能源服務(wù)水平也越來越高。公共汽車、私家車、高鐵、飛機(jī)，這些交通工具無一例外需要消耗能源。再如，無論是北方還是南方，夏天需要制冷，冬天希望有暖氣，這些也都需要消耗能源。
人類對(duì)舒適度的要求，必然隨著技術(shù)的發(fā)展越來越高。從這個(gè)角度來說，一方面全世界的人口不斷增長，另一方面每個(gè)人要求的能源消費(fèi)量也在增長，兩者相乘，總量之大地球?qū)㈦y以承擔(dān)。因此，能源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是人類永恒的課題，人類想要存活下去，就必須解決好能源問題。
下面再談一下能源與環(huán)境的關(guān)系。能源問題，實(shí)際上也是人類和大自然是否和諧相處的一個(gè)焦點(diǎn)。但如今的情況并不和諧，總量巨大的溫室氣體排放對(duì)氣候變化的影響、細(xì)顆粒物PM2.5對(duì)空氣質(zhì)量的影響等，一方面是由于大量化石能源消耗破壞了大自然，另一方面其實(shí)也是大自然對(duì)人類的懲罰。在很長一段時(shí)期內(nèi)，我國乃至全世界的發(fā)展，都認(rèn)為技術(shù)可以決定一切。所謂“人定勝天”，只要我們同心合力，就能克服大自然的一切問題。事實(shí)上，大自然是永遠(yuǎn)不可能被征服的。如果人類掠奪了大自然，大自然必定要報(bào)復(fù)。能源利用和環(huán)境問題就是人類和大自然交流中產(chǎn)生不和諧的一個(gè)焦點(diǎn)。
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隨著越來越嚴(yán)格的環(huán)保規(guī)定，煤氣化多聯(lián)產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢將會(huì)越來越顯著。
隨著技術(shù)的發(fā)展，我們漸漸發(fā)現(xiàn)以往強(qiáng)調(diào)不可再生的資源，主要指化石能源，總量其實(shí)還是很可觀的。比如說，在北冰洋地下就蘊(yùn)藏著很多的資源可以利用。南海問題、釣魚島爭端，實(shí)際上都包含著海底資源的問題。能源資源并不是沒有，真正沒有的，是環(huán)境資源。也就是說人類在消耗完化石能源———煤、石油、天然氣之前，首先被消耗光的會(huì)是環(huán)境資源。環(huán)境資源的損耗，導(dǎo)致了氣候變化、全球變暖、空氣污染，其所引發(fā)的后果將不堪設(shè)想，例如極端氣候、海平面上漲和持續(xù)重度污染的霧霾天氣等。人類的諸多活動(dòng)導(dǎo)致氣溫不斷上升，經(jīng)歷量變到質(zhì)變的過程后，突發(fā)事件會(huì)在某一時(shí)刻降臨地球，屆時(shí)人類是否還能存在就是個(gè)問題。因此，環(huán)境資源、生態(tài)資源才是問題的核心。
而如今，允許人類用智慧思考和處理這個(gè)問題的時(shí)間已經(jīng)所剩無幾，人類在耗盡有形的資源之前，會(huì)首先把環(huán)境資源用光，形勢已然迫在眉睫。
我國特殊資源稟賦加劇能源形勢
中國的資源稟賦以煤為主，這使我國能源和環(huán)境問題更為嚴(yán)重。目前我國CO2排放總量居世界第一，但換個(gè)角度分析，從人均排放量和歷史責(zé)任來看，發(fā)達(dá)國家應(yīng)該承擔(dān)更多的責(zé)任。不過這并不是說，包括我國在內(nèi)的發(fā)展中國家就可以放任不管，因?yàn)闅夂騿栴}是全世界的問題。發(fā)達(dá)國家應(yīng)該投入更多的資金、提供更好的技術(shù)來減排CO2，而發(fā)展中國家也應(yīng)重視CO2的排放問題，積極減排以應(yīng)對(duì)全球環(huán)境問題。
另外，能源安全也是我國能源領(lǐng)域面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。我國的能源消費(fèi)量，尤其是石油，一直在不斷增長。如今，我國年石油消費(fèi)量接近5億噸，但自產(chǎn)量卻只有2億噸，這就意味著一半以上的石油消費(fèi)量都需要進(jìn)口，對(duì)外依存度接近60%。如此高的石油對(duì)外依存度，顯然會(huì)威脅到能源安全。因此，我國理應(yīng)擴(kuò)大石油儲(chǔ)備。但是石油儲(chǔ)備不僅需要大量資金，儲(chǔ)存石油的技術(shù)也是個(gè)大問題，短期內(nèi)難以解決。由此看來，我國液體燃料處于極不安全的狀態(tài)。
提到能源和環(huán)境，就不得不提最近大家都非常關(guān)心的一個(gè)問題———PM2.5。其來源非常廣泛，其中約一半來自于燃煤和汽柴油的燃燒。2012年，我國的一次能源消費(fèi)總量已達(dá)36.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭占66.4%。煤在燃燒過程中產(chǎn)生很多污染物，除CO2外，還包括硫氧化合物、氮氧化物、粉塵、細(xì)顆粒物、汞和其它重金屬等痕量元素。但如果我國不以煤為主，而以石油為主，那能源的對(duì)外依存度就必然更高，全世界都無法支撐中國的能源消耗。因此，就目前來看，我國的能源供應(yīng)依然主要靠煤，因此如何清潔、高效地利用煤炭，這是個(gè)值得研究的課題。
中國未來的能源結(jié)構(gòu)中，可再生能源、核電以及天然氣的發(fā)展都很快，但是到2050年依舊累計(jì)需要約1200~1500億噸的煤。預(yù)計(jì)在2050年我國能源消費(fèi)總量高達(dá)65億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，人均消耗量約為4噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而如今我國人均煤炭的消耗量已經(jīng)達(dá)到2.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。這意味著，我國人均煤炭消費(fèi)量的增長空間已經(jīng)非常小了。
經(jīng)過全世界很多科學(xué)家的分析，到2050年，如要維持全球氣溫升高不超過2℃，那時(shí)候全球CO2的排放量只能是1990年的一半，即104億噸，這也是屆時(shí)全球CO2排放的總空間。如此看來，即使發(fā)達(dá)國家承諾減排其中的80%，發(fā)展中國家整體上也需要比2005年減排 36%。而中國正處于CO2排放的上升期，面臨國際上對(duì)我國CO2排放峰值出現(xiàn)時(shí)間和絕對(duì)值的要求 （譬如2030年80億噸，2035年90億噸，2040年100億噸等），在已經(jīng)大力強(qiáng)化節(jié)能、發(fā)展核能和可再生能源的條件下，未來我國在碳減排上仍將處于被動(dòng)狀態(tài)。正因?yàn)閲H留給中國的CO2排放空間非常小，我們應(yīng)及早主動(dòng)采取措施而不是被動(dòng)減排以應(yīng)對(duì)全球氣候變化。
低碳減排：煤炭現(xiàn)代化協(xié)同利用
為了掌握碳減排的主動(dòng)權(quán)，我也作了一些思考，想借此機(jī)會(huì)與大家交流一下。
首先，我們需要認(rèn)清一個(gè)不可改變的事實(shí)：煤現(xiàn)在是、將來仍是我國能源的主力，而且煤用于發(fā)電的比例也將越來越大。但是煤的直接燃燒已引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，如果仍延續(xù)這種做法，將很難解決溫室氣體減排問題。因此，要減排CO2，對(duì)于中國來說，也只有在煤炭利用上下功夫。
如何在煤燃燒的過程中大量減排CO2，這也是我國面臨的大問題。目前來看，比較好的方法之一，就是采用煤炭現(xiàn)代化協(xié)同利用-多聯(lián)產(chǎn)的方式。也就是說，煤不直接燃燒，而是先將煤氣化，生成合成氣，主要成分是CO、H2和一部分CO2等。合成氣凈化之后，可用于發(fā)電，也可用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品，同時(shí)把這些過程協(xié)同起來，也提高了煤炭利用效率。考慮到不同產(chǎn)品對(duì)合成氣成分的要求，把合成氣里CO通過變換過程生成H2，分離出CO2，再對(duì)CO2進(jìn)行處理。H2可以做燃料，氫能是很干凈的能源。
簡單來說，將來的煤需要經(jīng)過這樣的處理：經(jīng)過氣化、凈化，然后用于多聯(lián)產(chǎn)，生產(chǎn)電、液體燃料、化工產(chǎn)品等。這種方式可以使煤炭利用更加清潔，效率也提高10%左右。同時(shí)，CO2以此種方式處理會(huì)比直接燃燒后在煙氣尾部處理要容易一些，因?yàn)闅饣^程中壓力比較高，CO2濃度高。整個(gè)過程相互耦合，可以實(shí)現(xiàn)能量流、物質(zhì)流的總體優(yōu)化。一方面達(dá)到了氫碳比合理優(yōu)化利用，盡量減少“無謂”的化學(xué)放熱過程，另一方面通過蒸汽聯(lián)合循環(huán)等方式也實(shí)現(xiàn)了熱量的梯級(jí)利用，以及溫度、壓力潛力和物質(zhì)的充分利用。
（未完待續(xù)。本文根據(jù)倪維斗院士2013年3月28日做客清華大學(xué)新人文講座所作報(bào)告錄音編輯整理。編輯整理/張瀛辰 郭智慧 李東雅 馬逸昕）
來源：新清華2012-5-17
