第二节 清洁能源

    能量的来源称为能源,它是能够为人类提供某种形式能量的自然资源及其转化物。能源按其来源大致可分为三类:
    第一类:太阳能及其转化物。除了太阳直接的辐射能外,煤炭、石油、天然气以及生物质能、水能、风能、海洋能都间接来自太阳能,是太阳能转化而成的。
    第二类:地球本身的能量。主要是以热能形式蕴藏于地球内部的地热能。如地下热水、地下蒸汽、岩浆等,还有铀、钍等核燃料所具有的核能。
    第三类:天体对地球的引力能。太阳、月亮及其他大体对地球产生的引力场产生的能量。如潮汐能等。
    能源按其利用方式不同可分为一次能源和二次能源,一次能源是从自然界直接获得,并不改变基本形态的能源。二次能源是一次能源经过加工、转换成新的形态的能源。依据能否再生、循环使用,可将一次能源分为再生能源和非再生能源。能够循环使用,不断得到补充的一次能源叫再生能源,如水力、太阳能、风能、海洋能。经亿万年形成而短期之内无法恢复的一次能源称非再生能源,像煤炭、石油、天然气、核燃料等。
    非再生能源的无节制使用,一方面将使人类面临能源危机,因为我们今天的世界主要是依靠这一类能源在维持运转,而这类能源总有枯竭的一天;另一方面,非再生能源的使用给我们的生存环境造成了巨大压力,一般意义上说,它也是非清洁能源。
    清洁能源的含义包含两方面内容:一是指可再生能源,消耗后可以得到恢复补充,不产生或很少产生污染物;二是指非再生能源在生产产品及其消费过程中尽可能减少对生态环境的污染。包括使用低污染的化石能源(如天然气)和利用洁净能源技术处理过的化石能源(如洁净煤和洁净油),尽可能地降低能源生产与使用对生态环境的危害。

    一、能源与环境危机
    人类对能源的利用可以分为四个阶段:第一阶段是在较低水平上的可持续使用阶段。这一阶段是指人类在进入工业化时代以前,能源的消耗还比较少,虽然在局部有破坏,但总体上不构成对环境的威胁。第二阶段是廉价能源毫不节制的消耗阶段。这是指工业革命后,人类对能源的开发和利用有了巨大的变化,主要表现为大规模开发煤炭和石油。这种掠夺性的开发利用给生态环境造成了无可挽回的影响。第三阶段是珍惜使用即将枯竭的能源资源阶段,1973年和1979年两次石油危机对世界经济产生的巨大影响,人类意识到矿物燃料总有枯竭的一天。西方工业化国家开始节省能源,提高能效并积极寻求替代能源。第四阶段是指即使能源资源不会枯竭,环境容量也要求人类对自己的能源消费加以限制阶段。人们开始注意到能源给环境带来的压力和危机,意识到能源与环境协调发展的重要性。
    一百年来,能源产生和利用过程中造成的环境危害事件屡有发生:
    1873-1892年,伦敦,由于工业燃烧废气的排放造成大气污染,使500-2000余人死亡。
    本世纪40年代,美国洛杉矶地区由于汽车尾气和工业废气污染形成光化学烟雾。
    1952年,由于伦敦大气污染,死亡人数比往年增加3500-4000人。
    1959年,日本三重县四日市大气污染,造成哮喘病患者急增,1964年出现死亡。
    1984年,墨西哥液化气爆炸。
    1989年,墨西哥城在1989年1月因大气污染,学校被迫放假,人们被告诫不要外出散步。
    能源利用特别是燃煤造成的环境问题越来越突出。危害人类环境的酸雨主要是由于燃煤引起的。目前,欧洲、北美洲及东亚地区都是酸雨危害较严重的地区。全球变暖是人们关注的另一个全球性环境问题,它不仅涉及地球变暖这一自然变化,还涉及其它领域,严重制约人类活动。对于温室效应变化的贡献,二氧化碳占25%左右。二氧化碳的产生是人类利用煤炭资源造成的,它在大气中的数量也是人类所能控制的。
    发展中国家对能源的需求越来越大。目前,发展中国家排放的二氧化碳已占全球排放量的四分之一。据预测,到下世纪中叶,这一比例将提高到二分之一。如果不采取有效措施控制全球二氧化碳的排放,全球持续变暖将会给人类带来灾难性的后果。

    二、寻求清洁能源
    目前,我国能源开发利用还存在着一些突出的问题,主要表现在:
    1.能源短缺仍是一个突出问题
    我国是世界上能源较为丰富的国家之一,煤炭储量10019亿吨,居世界第三位;水力资源6.76亿千瓦(其中可开发量3.79亿千瓦),居世界前位。但由于我国人口众多,人均能源占有量远低于世界平均水平。如天然气人均930立方米,是世界人均占有量的1/22;液化石油气人均930立方米,是世界人均的1/10。能源的短缺使全国将近1亿人尚未用上电,许多地区拉闸限电现象屡有发生。
    2.能源资源分布极不均衡
    大约有70%的煤炭资源集中分布在山西、陕西、内蒙等中西部地位,一半以上的石油分布在东北地区,80%以上的水力资源分布在我国西南地区。而我国经济活动最活跃的东南沿海地区则能源资源奇缺,长距离的能源资源运输给能源的有效利用造成了重重困难。
    3.能源结构不合理,以煤为主的能源结构仍将长期存在
    长期以来,我国的煤炭消耗占整个能源消费的75%,而且这种状况还将在相当长一段时间内存在。在能源消费结构中,美国的煤炭消费只占24%、日本占17%。发达国家中,煤炭消费比例最高的是德国,占30%,都远远低于中国的水平。这些国家相应的石油和天然气的消费水平较高。
    由于以上这些问题,特别是绿色能源比例较低,使能源的开发利用给环境造成了巨大的压力,煤炭的开采和使用都对生态环境造成了严重的破坏。特别是露天煤矿的开采大量剥离表土、底土和岩石,使原有的植物和生态系统遭到毁灭性的破坏。而煤炭的利用最直接的危害是“酸沉降”,使土地和湖泊酸化,威胁人类和其他生物的生存。为减轻环境压力,保护我们的生存条件,同时提高能源的使用效率,我们必须寻求清洁能源。
    1.水能
    我国具有丰富的水能资源,可开发的水能资源3.78亿千瓦,年发电可达1.92万亿度。我国一直重视水电资源的开发,全国现有小型水电站6万个,占全国电力11%,发电316亿度,占全国发电量6%,如果我国的水能全部被开发,就能发电1.8万亿度,是1994年发电总量的2倍。因此水能开发潜力较大。但应该注意到,任何水资源开发利用项目都会对水环境产生较大影响。任何一个开发项目一定要进行科学的环境影响评价,在充分利用水能资源的同时,保护好水环境。
    2.生物质能
    生物质能包括一切由光合作用产生的有机物,如农作物秸杆、薪柴、水生植物和各种有机废物(如酒糟等工业有机废物)。生物质能是一种重要的能源。从全球一次能源的消费情况看,目前生物质能仅次于石油、煤炭和天然气,居第四位。特别是对于农业生产较发达的国家,生物质能的开发利用显得更为重要。我国年产稻谷约1785万吨,稻壳量为3400~3600万吨,作物秸杆量2610万吨,工业有机废物更为可观。淮河流域的一些企业,如酒厂、酒精厂、味精厂,在治理污染的过程中,利用厌氧产沼技术,变废为宝,为企业本身和一方居民提供生物质能,取得了显著成效。
    在生物质能的开发利用方面,我国的技术已很成熟。目前我国利用生物质能约为2.6亿吨标准煤,占农村能源消费的70%左右。农村已建成各种沼气池500万座,产生沼气相当于70万吨标准煤。我国农村的一些地区,如安徽小张庄,正是成功地利用生物质能,在造福一方的同时,成功地保护了农村的生态环境。被联合国环境署授予“全球500佳”称号,在国际上享有较高声誉。很多发展中国家也像我国一样积极开发、研究、利用生物质能技术。近期的生物质能开发利用应优先考虑与工业有机废物的治理结合在一起,开发、研究、推广工业有机废物综合利用技术,同时大力推广沼气应用技术。深入研究适合中国国情的生物质能,包括城市生活垃圾的气化、焚烧、热解技术,将生物质能的开发利用与生态环境的保护结合起来。对于清洁能源利用和保护都有重要的意义。
    3.太阳能
    太阳能是无所不在、取之不尽、用之不竭而又无污染的绿色能源。如果人类能够将大量的太阳能电池送到太空,并将产生的能量输送到地球上,那么地球的能量消耗便可基本满足。目前我国有160家太阳能热水器厂,年产35万平方米,约1/3-1/4用于农村。我国已推广1.2万台太阳灶,全部用于农村,节约秸杆50万吨以上。在太阳能利用中,光-电转换技术是人类大规模利用太阳能的主要途径。我国在继前苏联、美国和日本之后成为第四个拥有较高效率的光-电转换技术的国家,自行研制的砷化镓太阳能电池其转换效率已达15.8%。随着太阳能利用技术的不断完善,建设大型太阳能电站也许不再是遥不可及的梦想。
    4.风能
    风能是太阳能的一种转换形式。风能具有可再生、不要运输、不用开采。洁净没有污染等优点,但开发利用的难度较大。我国是世界上风能利用最早的国家之一,风能资源丰富,总量约为16亿千瓦,约有10%可供开发利用。从50年代开始风力发电机的试制至今,风力发电总装机容量达2.8万千瓦。风能的开发潜力巨大。
    此外,已被开发利用并具有巨大利用前景和潜力的还有地热能、海洋能等。

    三、中国推进清洁能源的战略与行动
    从1949年到1994年,我国的能源生产总量从24000万吨标煤到11.88亿吨标煤,总产量列世界第三位;煤炭产量从3200万吨到12.4亿吨,居世界各国之首;石油、天然气产量也有较大幅度的提高。与此同时,节能工作也取得了显著成绩。从1981年到1990年10年间,我国的单位国民生产总值能耗降低了30%,年均节能率为3.6%,但是传统的能源开发利用模式仍然满足不了我国经济高速增长的需要,同时给生态环境造成了巨大的压力。
    随着经济的快速发展和人口的不断增长,能源需求也将不断增加,能源供需缺口日益扩大,所以中国的经济发展必须由粗放经营逐步转向集约经营,走资源节约型道路。如果能源生产和消费方式保持不变,中国未来的能源需求无论从资金、资源、运输还是环境方面都是无法承受的。改变能源生产与消费方式,开发利用对环境危害较小甚至无害的清洁能源,是中国可持续发展战略的重要组成部分。
    我国《国民经济与社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》中指出“能源工业要适应国民经济增长需要,逐步缓解瓶颈制约”,“能源建设以电力为中心,以煤炭为基础,加强石油天然气的资源勘探和开发,积极发展新能源”;“加快开发煤炭洁净技术,推广应用烟气脱硫技术。”“积极发展风能、海洋能、地热能等新能源发电”;“坚持开发与节约并举,把节约放在首位”等。这就是对我国发展清洁能源的总体部署。
    为推进我国清洁能源发展战略,我国正在采取和即将采取的行动包括以下几方面内容:
    1.加强规划和管理,引导能源的开发利用向清洁能源的方向发展
    研究建立一套适合中国国情的能源-环境-经济综合规划方法并付诸实施。能源的开发利用是为经济发展和人类社会的繁荣服务的。在其开发利用过程中必然对环境产生影响,这种影响又会制约经济的持续发展和影响人类的生存环境。所以能源的开发利用规划应综合考虑其经济效益和环境效益。同时要加强能源管理,改善能源供应和布局,提高清洁能源和高质量能源的比例。
    2.积极推广低污染的煤炭开采技术和洁净煤技术
    在今后相当长一段时间内,以煤为主的能源结构仍将不会有大的变化。这就需要我们必须在煤炭的开采、运输和使用上做文章,尽可能减少煤炭开采和使用带来的对环境不利的影响。一是在煤炭开采过程中改进采煤的工艺,减少煤矸石外排,利用煤矸石和粉煤灰回填塌陷区,利用煤矸石发电,生产建筑材料和化工原料等;开发采煤与复垦相结合的新工艺体系,引进无覆土的生物复垦技术;加强煤矿区水资源管理,对采煤矿中水进行处理,并尽量做到矿井水处理后回用,同时注重矿井开采对地下水资源的影响。二是推广应用高效清洁的燃煤技术。扩大原煤入洗比例;研究、开发高硫煤洗选脱硫技术,降低煤炭的灰分和硫分;扩大民用和工业型煤生产,提高动力配煤的比例等。三是开发利用先进高效的烟气净化技术。重点发展适合中国国情的烟气除尘、脱硫、脱硝、废物资源化技术与装备。建立清洁煤技术信息系统,为清洁煤技术的推广应用提供数据支持和决策依据。开展煤渣、粉煤灰的资源化利用技术的研究,并完善和制定有关政策,促进其市场开拓。
    3.积极开发新能源与可再生能源
    中国在开发可再生能源方面的主要目标是,在2000年前,水电装容量到8000万千瓦以上;太阳能利用量达到200~300万吨标准煤;风力发电机容量达到20万千瓦;热利用量在80万吨标准煤以上;高生物质能的利用效率,利用方式逐步转变成以生产沼气或清洁液体燃料为主。要实现这些目标,须采取适当的财政鼓励措施和市场经济手段,国家必须增加在开发可再生能源方面的投入,地方政府和用户也应积极参与。
    4.开发利用节能技术
    节约能源,特别是节约清洁能源,是中国国民经济发展的一项长远战略方针,不仅对保障清洁能源的供给,推进技术进步和提高经济效益有直接影响,而且是减少污染和保护环境、实现可持续发展的重要手段。
    首先是加强节能管理,建立和健全节能管理程序和审批制度及相应的政策法规。对能源生产、运输、加工和利用的全过程进行节能管理。通过技术进步,提高能源利用效率,降低单位产值能耗。其次是针对一些重点环节,开发利用节能技术,如对电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉进行节能技术改造,提高终端用能设施的能源利用效率。对发电厂进行老厂、老机组改造,使发电耗煤从1990年的427克/千瓦小时下降到2000年的365克/千瓦小时。此外还要加强电网建设,改造城市电网,减少输电损失等。
    能源是当今社会赖以生存和发展的基础,能源的利用状况,特别是清洁能源开发利用的程度直接反映了一个国家或民族的经济发展水平、科技水平和社会文明程度。我国在清洁能源的开发利用方面己取得了许多重大的技术突破,在应用上也取得了明显的成效,但随着人口增加,经济的进一步发展,在这方面还有很多工作要做。

第三节 城市环境基础设施建设

返回《环境保护知识读本》目录

本书由环保人网站录入制作