低碳能源国际发展现状与趋势分析

马诚超，张绍良

（1.宿州学院 宿州 234000；2.中国矿业大学 低碳能源研究院，江苏 徐州 221116；3.中国矿业大学 环境与测绘学院，江苏 徐州 221008）

低碳能源国际发展现状与趋势分析

马诚超1,3，张绍良2

（1.宿州学院 宿州 234000；2.中国矿业大学 低碳能源研究院，江苏 徐州 221116；3.中国矿业大学 环境与测绘学院，江苏 徐州 221008）

介绍了美国、欧盟、英国、日本、德国等发达国家的最新低碳能源政策和发展路线图，分析了我国能源现状和面临的挑战.在此基础上，提出了我国低碳能源发展战略：大力发展洁净煤技术和碳捕集与储存技术（CCS），大力开发太阳能、风能和地热能，适度发展生物质能、水势能和核能，积极探索冷聚变能、真空能和环境能.

能源科学技术；低碳能源；冷聚变能

自从2009年12月哥本哈根世界气候大会以来，低碳浪潮席卷全球，作为世界第二大能源消费国，低碳能源的发展在我国颇受关注，特别是高碳能源低碳利用、低碳发电技术等已成为学者研究的焦点.张玉卓等人分析了我国能源生产与消费的结构特点，重点介绍了煤炭清洁转化技术，并展望了煤炭清洁转化的前景和方向[1].郭磊等人简要介绍了英国低碳能源白皮书——《英国低碳转变计划》的主要内容，并就我国的情节能源发展提出建议[2].康重庆等人则剖析了“低碳电力”这一新领域在国内外的研究发展现状，制定低碳电力技术的研究框架，并就低碳电力技术发展战略所面临的挑战及问题进行了阐述[3].本文拟在阐述低碳能源所包含内容的基础之上，系统介绍美国、欧盟、日本等发达国家的低碳能源发展状况，并就中国的现状进行分析，提出适合我国的低碳能源发展战略.

1 低碳能源概述

所谓低碳能源，是指利用过程中产生较少CO2等温室气体的能源.国际上通常将煤炭、石油、天然气等化石能源称为高碳能源和传统能源，因为它们单位能量中产生的CO2量远高于其它能源（见表1）.利用黑煤采用新亚临界技术发电，每度电需要消耗2.85千瓦热能，同时排放出941克CO2，而水力发电只需要0.046千瓦热能，产生的CO2仅15克，不到煤的1/63.对应地，风能、太阳能、氢能、核聚变能、潮汐能、波浪能、生物质能、地热能等统称为低碳能源，可见低碳能源的概念很宽泛.

表1 不同能源发电的能源强度和产生温室气体强度(CO2)比较表[4]

在低碳能源体系中有一类被称为可再生能源，即来自于自然资源如阳光、风、水、潮汐和地热等能够源源不断补充的能源.生物质能也被视为可再生能源，尽管它不一定低碳，但它是地球碳循环的一部分，不会产生额外的碳.

2 国外低碳能源发展现状与趋势

2.1 美国

2008年美国的能源生产结构是：化石能源57.94×1015Btu（英国热量单位，1瓦=3.413Btu），核电8.455×1015Btu，可再生能源7.316×1015Btu.能源消费结构是：化石能源83.436×1015Btu，核电8.455×1015Btu，可再生能源7.300×1015Btu[5].可见美国化石能源仍占生产与消费的绝对主导地位，可再生能源比例低，其产量约占总产量的10%，其消费量仅占总消费量的7.3%.2009年美国通过了“美国清洁能源与安全法案，2009”（The American Clean Energy and Security Act of 2009），从法律角度保障大力发展可再生能源，确保2025年总电力的25%来自于可再生能源.而且提出大力发展CCS技术以保证煤炭能源的低碳与持续利用，通过示范工程、大规模商业刺激计划、制定新的燃煤电厂执行标准等措施来逐步推进.

2.2 欧盟

欧盟面临的困境十分严重，随着能源消费的持续增加其能源产量却不断下降，当前70%的原油依靠进口，预测到2030年将达到94%.欧盟国家的实践证明新的能源战略是可能实施的，例如在过去2-3年中通过政策引导与驱动，奥地利、瑞士、德国等欧盟国家电力生产部门采用再生能源的比例显著增加.瑞士政府更是雄心勃勃地宣布，到2020年原油能源将完全退出市场.尽管新的能源技术很昂贵，但是随着生产规模的不断扩大，成本正在稳步减少，例如15年来欧盟的风力发电成本降低了一半.欧盟预测，到2020年25%的制热制冷将采用可再生能源；北海风能、生物质能、太阳热能发电技术可望得到规模使用，波浪能、潮汐能和光伏发电等将有突破.欧盟估计，到本世纪末世界能源将会全部由可再生能源替代，其中太阳能和风能增加会最快；40%的燃料需求将由生物质能提供.

2.3 英国

2007年英国的能源消费结构是：石油占38.0%，天然气占37.7%，煤16.7%，核电5.8%，可再生能源1.8%.高碳能源消费占90%以上.但英国作为低碳经济最早倡导国，已经在政策、法律、经济、技术等层面大力推行低碳能源开发.2007年英国政府发布的“能源白皮书”提出了四点关键政策目标，即2050年CO2减排60%并在2020年前取得实质进展、维持可靠的能源供应、促进竞争性市场、保证每户供热充足且能支付得起.2009年英国发布《低碳转变规划》（the UK Low Carbon Transition Plan），提出到2020年CO2相对1990年水平减少34%，保证700万家庭能源利用升级，其中150万利用再生能源，规划40%的电能来自低碳能源（主要指再生能源、核能和洁净煤）.规划还明确优先发展的是潮汐能和风能，然后是生物质能（作为燃料）和太阳光伏.同时政府提出五项应对措施：第一，建立国际网络应对全球气候变化，包括“大气温室气体浓度稳定计划”（stabilization of atmospheric greenhouse gas concentrations）和欧盟排放贸易方案（European Union Emissions Trading Scheme）等；第二，通过气候变化法案的实施，减少CO2排放；第三，推进国际市场的自由竞争和透明度；第四，通过宣传、激励和政策规定等措施鼓励节约能源；第五，提供低碳技术更多的支持，包括增加国内外公私部门在研究、开发、示范、部署等方面的合作等.

2.4 德国

德国2000年通过《可再生能源法》规定新能源占德国全部能源消耗的比例最终要超过50%，政府制定了政府补助、新能源发电无条件入网等一系列非常规政策，全力扶植新能源企业发展.2004年通过的《优先利用可再生能源法》进一步明确了新能源电价补贴政策、促进太阳能应用的“十万屋顶计划”等.2009年通过《新取暖法》，政府继续提供5亿欧元补贴采用可再生能源取暖的家庭，扶植重点逐渐向新能源下游产业转移，如研发电动汽车、车用电池等.2008年3月，德国联邦教研部推出了“能源基础研究2020”新计划，确定未来资助的重点是，对能源的有效生产、转化、储存、利用和输送技术的研究以及工业生产产生的二氧化碳地下储存技术的研究等.经过十多年的发展，德国当前可再生能源占全部能源消耗的比例已超过15%，新能源企业每年产值达250亿欧元.无论风能、太阳能，还是生物能、地热等领域，德国都享有盛誉，并逐渐向全球市场扩张.尤其是风能利用方面，德国位居世界首位.10年间，发电风车单机功率实现了100KW到1MW再到5MW的巨大飞跃.

2.5 日本

早在1974年日本就提出了新能源技术开发计划，此后又分别于1978年和1989年提出了“节能技术开发计划”和“环境保护技术开发计划”.1993年将上述三个计划合并成了规模庞大的“新阳光计划”.“新阳光计划”的主要研究课题涉及七大领域，即再生能源技术、化石燃料应用技术、能源输送与储存技术、系统化技术、基础性节能技术、高效与革新性能源技术、环境技术等，其中再生能源技术研究包括太阳能、风能、温差发电、生物能和地热利用技术等[7].“新阳光计划”采取政府主导、产学官三者联合的方式，共同攻关新能源开发方面遇到的各种难题.2000年以来，日本太阳能光伏发电、太阳电池产量一直位居世界首位，约占世界总产量的半壁江山.1997年至今，日本太阳能普及始终保持着90%的增长率，太阳能研究居世界领先水平.

3 中国低碳能源发展现状与趋势

我国能源消费的快速增长以及以煤炭为主的能源消费结构使得我国能源面临着严重挑战：首先，从中长期角度看我国能源刚性需求巨大.目前我国是世界第二大能源消费国，约占世界总量的15%，但是我国人均能源消费仅有1.6toe，是美国的1/5，日本的40%，但是我国人均GDP仅3000美元，是美国的1/8，日本的1/15.假如中国达到日本、美国发达国家水平，那么就算目前全世界所有能源全部贡献给中国都不够！

其次，我国能源资源匮乏，自有资源难以支撑经济的持续发展.我国煤炭储量很大，可采储量达1800多亿吨，但是人均仅占世界平均水平的79%；石油储量约120亿吨，人均仅占世界的6.1%，2008年石油进口已超过1.5亿吨；天然气可采储量为7-10亿立方米，煤层气可采储量达10万亿立方米，但人均不到世界水平的6.5%，目前45%左右天然气依靠进口.

再次，现有高碳能源消费对环境造成的污染十分严重，全球气候变化引起的国际政治压力日益增大.煤炭是我国的第一能源，而地球上75%的CO2和90%的SO2都是由煤炭燃烧利用引起的.2009年我国已经是世界第二大碳排放国.哥本哈根会议上我国已经感受到强大的国际政治压力，中国政府也已做出承诺：到2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%.

面对压力，我国必须创新一条符合我国国情的能源环境可持续发展的道路，那就是开源节流！节流就是能源节约利用，开源就是发展低碳能源.2010年1月22日，国家能源委员会正式成立，由国务院总理任主任，这是中国最高层次的能源管理机构，表明能源已上升为国家安全战略.

纵观国际低碳能源的发展态势，从我国国情出发，我国低碳能源发展方面，应该大力发展洁净煤技术和碳捕集与储存技术（CCS），大力开发太阳能、风能和地热能，适度发展生物质能、水势能和核能，积极探索冷聚变能、真空能和环境能.具体可从以下几方面着手：第一，大力提倡高碳能源的低碳利用.我国是富煤贫油大国，煤炭能源的基础地位在未来几十年不会改变，因此在新能源发展战略中煤的清洁利用和低碳利用将会作为优先发展重点.需要大力开发高效率、低成本的CO2捕集、封存与利用技术（CCS技术），发展CO2捕集设备、储存设备和燃煤电厂改造设备等并形成新的产业.同时，急需对我国CO2地质储存潜力展开调查，加大科技投入，建设CO2捕集和封存示范工程.第二，大力开发利用太阳能.长远来看，太阳能可能是世界首选的优质能源.我国幅员辽阔，太阳能资源丰富，根据《可再生能源中长期发展规划》，到2020年力争使太阳能发电装机容量达到180兆瓦，到2050年将达到600兆瓦.预计到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%.预计2030年之前，中国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上.第三，大力开发风能，尤其是海上风能.据中国气象局最新公布的我国首次风能资源详查和评价结果：陆上离地面50米高度达到3级以上风能资源的潜在开发量约23.8亿千瓦，5—25米水深线以内近海区域、海平面以上50米高度可装机容量约2亿千瓦，表明我国风能资源很丰富.但是我国陆地风能主要分布在内蒙古的蒙东和蒙西、新疆哈密、甘肃酒泉、河北坝上、吉林西部等，风电场受沙蚀影响大，维护成本高.不过我国海岸线长，海风能源利用潜力大.2006年《可再生能源法》颁布后就提出了海上风电开发战略，之后国家能源局和国家海洋局又联合出台了《海上风电开发建设管理暂行办法》（国能新能[2010]29号），这标志着我国海上风电开发已经起航.不过从国际上看，目前海风发电仍是一个重要研究方向，国际成功经验、可靠技术、场地建设、设备监控、海洋环境保护等非常少，因此一方面要谨慎推广现有技术，另一方面要加大科技投入，建立示范基地.第四，适度开发利用生物质能.生物质能在我国是一个备受争议的新能源，一方面国际生物质能发展很快，我国如不跟上就会落后，另一方面我国人多地少，生物质能发展受到“粮食安全”的严重制约，因此我国生物质能开发利用的方向和重心还在争论中.从我国城市化发展速度看，可以在农村大力发展沼气，解决农村燃料、电力等能源问题，而对生物制氢、生物柴油、燃料乙醇以及生物质能发电项目则要适度，当然技术研发投入不应在控制之列.除此之外，随着环境保护意识的提高，我国对水电、核电发展需要适度控制，但是应该大力开发热能和煤层气资源，大力发展户用可再生能源、热泵、IGCC和智能电网技术等.

4 结论

低碳能源已成为当前科学研究中最热门的问题之一，本文在明晰低碳、低碳能源等概念的基础之上，介绍了美国、欧盟、日本等发达国家的低碳能源政策及发展路线图，并对我国低碳能源的现状及面临的挑战进行了剖析.在总结国外先进经验并结合当前国情的基础之上，提出我国的低碳能源发展战略：大力发展洁净煤技术和碳捕集与储存技术（CCS），大力开发太阳能、风能和地热能，适度发展生物质能、水势能和核能，积极探索冷聚变能、真空能和环境能.

〔1〕张玉卓.从高碳能源到低碳能源-煤炭清洁转化的前景[J].中国能源，2008，30（4）：20-22.

〔2〕郭磊，马莉.英国低碳能源战略白皮书及对我国的启示[J].电力技术经济，2009，21（6）：13-17.

〔3〕康重庆，陈启鑫，夏清.低碳电力技术的研究展望[J].电网技术，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〕龙夫.美国开发可再生能源的政策与措施[J].中国三峡建设,2008,(5):55-59.

〔7〕能源在线.日本新能源战略分析[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

安徽教育厅自然科学基金项目（KJ2011Z370）；宿州学院校级自然科学基金项目（2008yzk13）