一、引子

　　近年來能源及與之相關(guān)的環(huán)境成為全世界各國最為關(guān)注的熱點，各國都在從自己本國的國情出發(fā)來解決能源與環(huán)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(huán)境容量（亦是資源）有限，西部生態(tài)脆弱，這個問題尤為嚴重，它將極大的制約我國的可持續(xù)發(fā)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(fā)展，能源消耗急驟增加，環(huán)境、生態(tài)日益惡化。這種對自然無序的、掠奪性索取的發(fā)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(zhuǎn)的后果，大自然的懲罰已經(jīng)不斷地凸現(xiàn)出來，并還要繼續(xù)加重。在這樣的嚴峻形勢下，每一個能源領(lǐng)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(xiàn)實

　　―――煤現(xiàn)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(fā)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(tài)和環(huán)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(chǎn)品，但相對其他能源資源仍可“忍受”，若每年將煤炭產(chǎn)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(chǎn)，從總的能源供應(yīng)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(yǎng)活世界22%%的人口，這是一個大前提。按現(xiàn)有的技術(shù)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(fā)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(chǎn)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(chǎn)乙醇，或是用秸稈及其他纖維素來制造（目前技術(shù)還沒有商業(yè)化），但后者存在著大規(guī)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CO

　　2將耗費很多附加的能量，使發(fā)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(nèi)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(zhì)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(qū)別。一些歐洲國家，他們總能耗已經(jīng)不再增長（或增長很少），可再生能源的發(fā)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(fā)電設(shè)備（其中主要是燃煤的發(fā)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(guī)劃，到2020年風力發(fā)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(fā)電總裝機容量950―1000GW的1.2％左右。

　　三、面臨的五個嚴峻的挑戰(zhàn)

　　1.總量需求的巨大壓力

　　從2000到2020年，國家規(guī)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(shù)應(yīng)為0.5。但是最近三年，這個系數(shù)為1.3以上，即能源需求將遠遠大于規(guī)劃。從發(fā)展趨勢來看，我國工業(yè)已進入重化階段，按世界各國發(fā)展的歷史規(guī)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(yīng)，其所引起的污染是否有足夠的環(huán)境容量？怎么解決？

　　2.液體燃料短缺

　　從上圖看出，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(yè)、石化工業(yè)如何用創(chuàng)新的發(fā)展模式來適應(yīng)這個形勢？在車用替代燃料方面我國應(yīng)以此為契機走出自主創(chuàng)新的道路。

　　3.環(huán)境污染嚴重污染物質(zhì)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(yīng)用，尤其是煤的直接燃燒所引起。目前我國有30%%—40%%的地區(qū)（尤其是西南地區(qū)）出現(xiàn)酸雨現(xiàn)象，呼吸系統(tǒng)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(huán)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(yè)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?qū)⑿纬傻臑?zāi)難性后果，在經(jīng)歷了長期的爭論后，全世界的學(xué)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(wù)。因而，從戰(zhàn)略高度、從現(xiàn)在開始就應(yīng)該認真考慮我國CO2如何分階段減排的有關(guān)戰(zhàn)略技術(shù)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(nóng)民及城鎮(zhèn)化所需能源的供應(yīng)

　　到目前為止，有相當數(shù)量的農(nóng)民沒有得到良好的能源服務(wù)，他們?nèi)砸蕾嚠數(shù)氐霓r(nóng)業(yè)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(tài)。此外，我國城鎮(zhèn)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(zhèn)。據(jù)統(tǒng)計，每個城鎮(zhèn)居民人均所消耗的能源是農(nóng)村人均的3.5倍。這部分份額巨大的能源應(yīng)來自何處？怎樣才能結(jié)合社會主義新農(nóng)村的建設(shè)提供給廣大農(nóng)村和新建中、小城鎮(zhèn)符合中國國情的現(xiàn)代化能源服務(wù)，以減少生態(tài)破壞，減少室內(nèi)污染，提高農(nóng)民生活質(zhì)量……這是整體能源戰(zhàn)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(zhàn)，能源戰(zhàn)略、能源科技、能源政策都應(yīng)以解決以上五點為出發(fā)點和落腳點。

　　四、若干個重要的戰(zhàn)略對策

　　整個能源、環(huán)境問題是一個龐大的系統(tǒng)工程，牽涉到科學(xué)、技術(shù)、文化、歷史傳統(tǒng)、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(shù)層面提出若干個重要的戰(zhàn)略對策，遠遠不能說明問題的全部，甚至所提到的科學(xué)、技術(shù)也只能是一個局部而已。

　　1.節(jié)能為本

　　我國雖然人均資源短缺，供應(yīng)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(yè)結(jié)構(gòu)的原因。如高能耗、低附加值的產(chǎn)業(yè)；制造業(yè)缺乏自主創(chuàng)新，處于低端；第三產(chǎn)業(yè)不夠發(fā)達……

　　●技術(shù)相對落后的原因。我國發(fā)電、水泥、煉鋼、電解鋁等的單位能耗都比先進技術(shù)低20%%—30%%。

　　●政策方面的原因。節(jié)能往往是軟指標，政策相互不配套，貫徹不力，統(tǒng)計混亂，一般號召多，落實少。用能企業(yè)、機關(guān)、個人沒有真正節(jié)能的驅(qū)動力和意識。

　　●傳統(tǒng)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(jié)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(huán)經(jīng)濟，資源節(jié)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(xué)技術(shù)層次考慮，節(jié)能有非常大的覆蓋面，從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究，一直到節(jié)能產(chǎn)品的研發(fā)和商業(yè)化推廣，有大量的工作。例如，強化傳熱、傳質(zhì)，兩相、多相流動，可再生能源（太陽能、風能、生物質(zhì)能、地源冷熱能，以及由這些能源應(yīng)用組成的復(fù)合系統(tǒng)）的高效、合理利用，新型蓄能（熱、電）裝置，新型的熱力系統(tǒng)，復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的集成、優(yōu)化……

　　其實，節(jié)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(fā)揮聰明才智的天地。

　　2.煤的現(xiàn)代化利用

　　如前述，我國的一次能源在相當長的一段時間內(nèi)主要是煤，而煤的直接燃燒引起嚴重的環(huán)境問題，因而，煤的現(xiàn)代化利用———以煤的氣化為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是對應(yīng)我國能源問題嚴重挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略方向。煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的框圖如下：

　　煤經(jīng)氣化后成為合成氣（CO+H2），凈化以后可用于生產(chǎn)化工原料、液體燃料（合成油、甲醇、二甲醚）和電力。這些生產(chǎn)過程的能量流、物質(zhì)流、火用流（exergy）按最優(yōu)原則耦合在一起，比分別生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品在基本投資、單位產(chǎn)品成本，污染的排放（硫、汞、顆粒物）、環(huán)境等方面都有顯著的效益。這種多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在化工產(chǎn)品、液體燃料和電力之間可以按市場需求或是發(fā)電的“峰-谷”差適當調(diào)節(jié)，有很好的靈活性。

　　多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)所生產(chǎn)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(chǎn)烯烴和丙烯，用煤化工去“替代”一部分傳統(tǒng)的石油化工，以減少石油消耗。二甲醚是一種物理性質(zhì)與液化石油氣（LPG）相近的化工產(chǎn)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(qū)提供清潔能源服務(wù)。

　　在整個工藝過程中可以捕捉（Capture）高濃度、高壓的CO

　　2，為溫室氣體減排創(chuàng)造條件，所耗費的能量與成本比常

　　規(guī)電站煙氣中捕捉CO2低得多。

　　隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，例如大容量高溫固體氧化物燃料電池（SOFC）的商業(yè)化，這類多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)把SOFC耦合進來，還有很大提高效<