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科普講座:水電新能源與人類命運共同體(張博庭)
2018/5/30 11:05:43    新聞來源:中國水力發電工程學會

 

       【本網訊】2018年5月30日,在第二個“全國科技工作者日”到來之際,中國水力發電工程學會與漢能控股集團有限公司在北京共同舉辦水電與新能源科普論壇暨科普教育基地授牌儀式?;嶸?,漢能集團董事局副主席史國松致歡迎辭,水電學會常務副理事長兼秘書長袁柏松作講話;水電學會理事長張野為“水電與新能源科普教育基地”授牌;水電學會副秘書長張博庭、漢能集團副總裁曹陽分別作科普講座。中國電力報、中國能源報、中國網等媒體記者出席和交流。

       水電學會副秘書長作“水電新能源與人類命運共同體”的科普講座:

水電、新能源作為一項工程技術怎么會與人類的命運發生了聯系呢?要解釋清楚這個問題,首先要從當前我們人類文明所遭遇到的發展難題說起。


一、人類文明可持續發展的新課題

1.1、人類社會遭遇減排難題

在人類的工業化之前,人們還沒有能力大規??擅禾?、石油。因此,人類活動對地球碳循環的影響是極其有限的。但當我們學會了開采利用煤炭、石油等化石能源之后,大量的化石能源被燃燒,不斷排放出二氧化碳和其它溫室氣體。使得原來沉積在地下的碳元素,大量地被釋放到空氣中去。

這必然會導致地球大氣中的二氧化碳等溫室氣體含量急劇升高,帶來強烈的溫室效應,最終可能會產生冰山融化、海水上漲、淹沒大陸、氣候環境變化異常等一系列可怕的后果。當前,過量的溫室氣體排放,已經成為當前人類社會最大的生態難題。


1.2、科學證實,過量碳排放的威脅巨大

09年,美國加里佛尼亞大學地質系科研人員在《科學》雜志上發表論文指出,“地球3億年前曾發生過大規模溫室效應”,

研究人員通過分析發生在二迭紀初、4000萬年時間段內的二氧化碳含量與氣候和生物進化的情況發現:在古生代晚期時代的千百萬年里,就曾發生過二氧化碳引起的全球性溫室效應,而且這一現象不僅僅在人類出現之前,甚至在哺乳動物之前。

研究人員還指出,今天,大氣中二氧化碳的含量為360ppm,是近50萬年里最高的時期。

今后,如果人類將地球上所有的礦物資源耗盡,大氣中二氧化碳的含量將恢復到3億年前古生代晚期時2000ppm的水平。

也就是說,除了我們已經預見到的“冰山融化、海水上漲、淹沒大陸、氣候環境變化異常等一系列可怕的后果”之外,我們不知道,當時地球上還沒有哺乳動物,是因為還沒有足夠的時間進化出來,還是那種碳濃度下,根本就不適應哺乳動物的生存。


1.3、可持續發展也需要的可再生的能源

能源是文明基礎。人類發展進入現代之后,化石能源的使用成為不可或缺的。然而,地球上的化石能源都是幾億年來動植物的軀體積累構成的,它們在漫長的生長過程中吸收了大量的太陽能,逐步形成了化石能源。

但是,當人們學會使用化石能源之后,這種能源的消耗速度,就遠遠大于它的積累速度了。煤炭、石油、天然氣、頁巖氣、可燃冰。所有這些能源都加起來,相對于人類社會未來的需求,絕對是杯水車薪。

過去200 多年間,人類的能源利用經歷了從薪柴時代到煤炭時代,再到油氣時代的演變,在能源利用總量不斷增長的同時,能源結極也在不斷變化(見圖? 1800--2000年能源消費的變化 )。

由于我們人類個體的壽命最多只有百十年,所以,本來我們這一代還可以暫時不考慮那么多的事情,把能源資源枯竭的難題留給我們的后代。

但是,現在,氣候變化的問題,已經讓我們把未來不得不面對的能源枯竭的難題,大大提前了。

緊跟在在溫室氣體排放難題后面的是地球的能源枯竭。隨著時間的推移,各種礦物能源資源終將都要有一個逐漸枯竭的問題。從這個意義上來看,只有盡可能的開發利用可再生能源,才是既能解決溫室氣體排放,又能解決能源枯竭矛盾的有效措施。

人類不應該等到資源枯竭了再采取行動,必須從現在起就減少礦物能源的應用。


二、應對氣候變 能源必須革命?

2.1、聯合國提出更嚴格的減排目標

在上個世紀人類應對氣候變化的《京都議定書》即將到期的201411月,聯合國又發布報告稱,在遏制氣候變化問題上,要爭取平均溫度升幅不超過2攝氏度,至2050年全球溫室氣體排放須較當前減少40%70%,到2100年接近零。否則,到21世紀末,氣候變暖將很可能在全球范圍內帶來嚴重的、廣泛的、不可逆轉的影響。

此后不久,在北京召開的APAC峰會期間,世界上最大的排放國中、美兩國首腦也進行了磋商,并發表了聯合公報作出了相應的減排的具體承諾。為了響應聯合國的2100年碳排放為零的號召,我們國家的承諾是到2030年能耗減低60%65%,非化石能源的比重達到20%以上,以及在2030年前達到碳排放的峰值。

何為碳排放為零,怎么樣做到碳排放為零呢?其實就是碳源等于碳匯。也就是基本不使用化石能源。


2.2、使用化石能源就是釋放埋藏地下碳

可再生碳排放:在地球表面的各種動植物正常的碳循環。包括使用各種可再生能源的碳排放。

不可再生碳排放:從地下把幾億千年前沉積下來的礦物能源開發出來,燃燒后產生的碳排放。

溫室氣體排放的最核心問題,不應該是所觀測到的碳排放量的大小,而應該是碳排放活動所使用的原料的來源。(如生物質能發電與天然氣發電的比較)

不再使用化石能源,我們人類的能源靠什么?到目前為止,由于核聚變控制技術還沒有取得突破,而且,能否最終突破,目前還是一個未知數。當前,比較現實的選擇當然就只能是依靠可再生能源。總之,實現這樣一種能源轉變的規劃和思路,也可以說就是一場深刻的能源革命。也是我們人類文明發展的必由之路。

總之,目前人類可持續發展可以預期的能源提供方式,就是可再生能源。


2.3、應對氣候變化有助于可持續發展

假設我們全球都不減排,我們仍然按照目前的速度消耗化石能源,恐怕到2150年最多到2200年地球上的各種化石能源就都要枯竭了。到那個時候,不管我們人類自己愿不愿意,我們只能讓全球的碳排放為零了。

從這個意義上說,能源(革命)轉型是歷史的必然,是不以人的意志為轉移的客觀規律,是不可抗拒的。因此,聯合國氣候變化的報告,在某種意義上說是一種讓我們在資源沒有枯竭的時候,就解決好我們人類可持續發展問題的號召。不要等到我們人類走投無路的時候,再去想辦法。

所以,即使現在有人懷疑氣候變化不準確,甚至有人說這是一種發達國家的陰謀。但是我們要強調的是,即便它就是陰謀,也是有利于人類可持續發展、有利于我們子孫后代的好陰謀。所以世界各國都應該積極響應。


三、能源革命的一些特點

電力是主戰??; 水電是主力軍; 風能是第二梯隊; 太陽能是決勝力量


3.1、能源革命的四個革命一個合作。

供給(生產)革命:用清潔能源和可再生能源取代化石能源。消費、技術、體制革命。

能源革命的四個方面,我們發現其作用和重要性是非常不一樣的。供給革命是由我們人類所面臨的可持續阿發展難題,和一系列的客觀現實所決定的,是客觀的,也是我們必須要實現的。其它的消費革命、技術革命和體制革命其實都是圍繞和服務于能源供給革命的。

國際合作最重要的是履行和落實《巴黎協定》

所以能源革命的核心特點是:近期,低碳取代高碳能源;遠期,非化石取代化石能源。推論:

1、電力領域是能源革命的主戰場。因為,我們人類獲取可再生能源的最主要方式是用可能再生能源發電。

2、根據各國的發展現實和預測,水電是當前能源革命的主力軍;風能是能源革命的第二梯隊;太陽能將是能源革命的決勝力量。

因此,目前世界各國可再生能源發展的普遍規律就是:水電、風電、太陽能是可再生能源發展的三部曲,缺一不可。水電是發展其它可再生能源的基礎和保障。


3.2、水電是當前最有效的減排手段

工業化以來,全球水電的開發應用是減少世界溫室氣體排放的最大功臣。目前由于一些發達國家的水電資源幾乎開發殆盡,已經進入大規模發展風能、太陽能等新型可再生能源的階段。

國外各種媒體所宣傳的可再生能源,也大都以風能、太陽能、生物質能為主。

但是,事實上由于受到技術水平和能量密度的局限,水電仍然是當前最有效率、最起作用的可再生能源。

在發電領域內,目前全球可以利用的其它所有形式的新型可再生能源量的總和,恐怕還要與水電的減排作用相差很多。這就是世界的現實,而且這種局面在短期內還不可能被改變。

水電是清潔的可再生能源,在發電領域內它是目前人類社會替代化石能源減少溫室氣體排放的第一主力。

2015年全球電力構成情況

水電的減排作用遠大于風能、太陽能等其它所有非水可再生能源過發電的總合。


3.3、可再生能源中,水電的地位特殊

在眾多的可再生能源中,水能不僅是目前唯一具有大規模商業化應用的。而且在改善電網的調節性方面,和經濟回報率方面,將會對其他可再生能源的發展應用,起到重要的支撐和保障作用。

當然,由于目前我國的水電建設還普遍缺少龍頭大水庫,常常無法進行有效的調解。所以,我們國家對水電在電網中的重要的調節作用,體會并不深。而當我國水電開發全部按照規劃完成之后,水電在電網中的可調節性能將大幅度的提高。

例如,我國雅礱江的規劃完成后,將實現枯水期發電量超過汛期的目標。實際上,很多流域都存在著類似的情況。所以,加速水電開發,加快龍頭水庫的建設,就能大幅度的增加我國電網接納其它新能源的能力。同時我們還可以建設大批純抽水蓄能的電站,直接解決可再生能源入網的難題。

除此之外,我們水電家族中的抽水蓄能電站,也是目前最有效的電網調節手段。同時也是大規模的風、光等間歇性、波動性的非水可再生能源發電入網的重要保障。


3.4、太陽能利用是解決能源問題的關鍵

雖然水電在當前的量最大,調節性最好,也最重要,但是,自然界中的水電資源畢竟是非常有限的。相對于未來,我們要全面地替代化石能源的重任,水電還是遠遠不能勝任的。此外,根據預測,地球上風能的發電能力也是非??曬鄣?,目前的風電已經是全球第二大可再生能源。但是,風能的資源總量也是非常有限的,盡管可能會與水電相當,甚至會超過水電,而最有希望滿足人類能源需求的,則是太陽能的直接利用。

所以,我們說:水電是當前能源革命的主力軍;風能是能源革命的第二梯隊;太陽能將是能源革命的決勝力量。這一點是由自然界的資源稟賦決定的客觀現實。

因此,我們搞水電的不僅要開發利用好水電資源,還要有為非水可再生能源服務的全局意識,尤其是對將來要起決定作用的太陽能發電,更要關注。

在這方面,很多年以前,我們就開始了抽水蓄能電站的建設。最近,我們學會還正在籌建探討發展風、光發電技術的新能源專委會,包括我們今天把漢能集團的薄膜光伏發電展示廳作為學會的《水電與新能源科普教育基地》。都是我們水電專業人士高度重視與非水可再生能源協調發展的體現。


四、我國能源電力行業的減排路線圖

4.1、應對聯合國減排目標,我國的電力如何發展?

要滿足聯合國的2100年凈零排放的減排要求,對2030年前的能源構成,因為中央已有定論2020(非化石能源占到15%)、2030(非化石占到20%)所以,分歧不大。但對2030以后的能源結構的看法,社會各界目前的分歧極大:

企業界(如:工程院、中電聯)認為2050年(非化石能源30%)、煤電裝機(占比電力裝機的50%以下)就可以了。

政府(如:國家能源局)和國內外的研究機構認為2050年煤電裝機要降到20%以下(非化石能源占比要達到50%,非化石的電力占比要達到80%);

國際學界(全球經濟與氣候委員會)也認為2度方案,煤電要消減84%;

能源研究所等機構在北京舉行的G20能效論壇,非化石電力要占82%。

(中國的煤電裝機到2040年降到4.7億瓦、2050年降至1.45億瓦{那時全世界的煤電裝機也只有2.71億千瓦})。

總之,國內外的研究機構都認為,要實現聯合國的2100年凈零排放的目標,2050年的能源結構中至少要有50%以上的非化石能源,電力結構中非化石比重不能少于80%。

而我們國家的電力和煤炭產業部門,則是僅從我國電力能源安全和經濟性方面考慮(沒考慮聯合國的減排要求能否滿足),認為中國在2050年的時候,煤電的比重雖然已經下降到不足50%了,但仍然要是絕對的主力。煤電裝機大約要在17億左右。

這兩種路線圖的前端(2030年前),基本上還看不出什么區別,都符合我們國家已經承諾的內容。但是,對于國家沒有明確提出路線圖的2030-2050,兩者卻表現出來的極大的不同。


反映企業界態度典型文章:

《不要爭了!煤電趨勢看這里!》電力決策與參考,“中電聯專職副理事長王志軒早前則預測煤電將持續增長,到2050年達到17億千瓦,占比34.7%?!?/span>

《工程院: 預計2050年中國火電發電量占比低于50%》第三步,2031-2050年,為能源革命定型期,形成新型能源體系,煤炭、油氣、非化石能源消費比例達到433。

2050年火電發電量占比低于50%


反映政府意見的新聞報道:

2050年能源轉型路線圖如何定 國家能源局明確7方向 》2017/6/19 --21世紀經濟

中央財經領導小組第六次會議指出,能源革命戰略思想首次把能源發展提升到革命的戰略高度,形成了化解能源資源和環境約束、促進人類永續發展、建設人類命運共同體的"中國方案"。

2050年,非化石能源消費占比達到50%。文章認為,這一目標比學界的建議要高出很多。69日,中國工程院發布的重大咨詢項目"推動能源生產和消費革命戰略研究(一期)"成果顯示,到2050年非化石能源消費占比僅為30%。


反映國際研究機構觀點的:

2℃情景下的2050年全球能源供需格局 》

2016/5/26 中國能源報(全球經濟與氣候委員會(The Global Commission on the Economy and Climate)最近發布了2016年版的新氣候經濟報告,側重于可持續的基礎設施,其中涉及煤電廠部分)

20142050年,全球發電裝機將由61億千瓦增至300億千瓦,年均增長4.5%。其中,以風電和太陽能發電為主的非水可再生能源發電裝機將由6.7億千瓦增至228.6億千瓦,2050年占全部發電裝機的比重超過3/4;


4.2、能源轉型的緊迫性催生巴黎協定

為應對氣候變化,全球能源(轉型)革命的大趨勢難以改變。由于中、美兩國在減排問題上積極合作,2015年在巴黎的氣候大會上,各國代表承諾了自主減排基礎上的《巴黎協定》。2016年的杭州G20會議期間,我國政府又正式提交了《巴黎協定》的批準文件。目前,巴黎協定已經生效。

根據巴黎協定,地球的溫升要爭取控制在1.5度內,因此,要求爭取在本世紀下半葉(2050年后),就達到凈零碳排放。這個承諾,其實要比我們在2014APAC會議期間所提交的承諾,又提高了很多。

不過,目前巴黎協定似乎還沒有與我們國內政策有效銜接。當前我們的各項電力產業政策基本上還是以產業界設想的線路為發展目標。所以,盡管當前我國的煤電已經嚴重過剩,但是,目前仍然還有不少的煤電正在建設中。

目前,我們社會各界似乎還沒有意識到我們現有的能源政策,根本就實現不了巴黎協定。但這種情況絕對不會長久。因為,作為一個負責任的大國,我國在履行《巴黎協定》承諾問題上,決不可能會開倒車。

可是,要落實巴黎協定,絕不是光說說就能辦到的,必須要解決好我國的能源轉型問題。

美國總統特朗普為何要宣布推出巴黎協定,是因為他要廢除美國限制煤電發展的《清潔電力法案》。他非常清楚如果美國2050年還不能徹底告別煤電,巴黎協定是不可能得到履行的。所以,他要宣布退出。特朗普清楚地知道,美國要繼續新建煤電站和落實巴黎協定,只能在二者中選其一。


4.3、落實巴黎協定的電力構成預測

國內外的研究機構普遍認為,要想實現聯合國提出的控制溫升2度,在2100實現凈零排放的目標,那么2050年的能源結構中至少要有50%以上的非化石能源,相應的在電力結構中,非化石能源發電的比重至少要占80%以上。

如果要實現巴黎協定所提出的爭取把溫升控制在1.5度,在本世紀下半葉就實現凈零排放的話,那么2050年的能源結構中非化石的比重至少要占80%以上。相應的在電力構成中,應該達到100%的非化石能源。

國內外的研究機構普遍認為,要想實現聯合國提出的控制溫升2度,在2100實現凈零排放的目標,那么2050年的能源結構中至少要有50%以上的非化石能源,相應的在電力結構中,非化石能源發電的比重至少要占80%以上。

如果要實現巴黎協定所提出的爭取把溫升控制在1.5度,在本世紀下半葉就實現凈零排放的話,那么2050年的能源結構中非化石的比重至少要占80%以上。相應的在電力構成中,應該達到100%的非化石能源。

最近(媒體報道:《專家:世界2050年前有望全部使用可再生能源〉2017/4/13 經濟日報)

歐洲、美國的一些能源研究機構,根據各國現有的可再生能源發電的技術水平,認為只要我們轉型的方向正確,在2050年在全球實現百分之百的由可再生能源供電是完全可行的。

研究認為,不僅技術上可行,而且經濟上還能比發展傳統的化石能源更有優勢。

研究預測,2050年的全球發電結構可能是:

太陽能光伏(69%)、風電(18%)、水電(8%)、生物質能(2%),其中儲能電源將覆蓋31%的電力需求。

這是研究機構對全球總體情況的設想,由于我們中國的水能豐富,具有天然的能源轉型優勢。

全球的水電貢獻率8%,在中國應該可以達到18-20%,

相應的全球的儲能電源需要31%,而我們中國則可以適當的減少到20%左右即可。

也就是說,我們中國落實巴黎協定,不僅完全可能,而且會比別的國家更有優勢。原因就在于我們國家的水能資源相對豐富。


4.4、百分之百由可再生供電的實踐

百分之百的實現可再生能源供電,并非不可能。很多國家已經做出了成功的嘗試。水電資源非常豐富的挪威,幾乎一直都是由可再生的水電,滿足99%以上的供電。在非水可再生應用方面,比較近的例子是葡萄牙可再生能源協會(APREN)報告說,20183月份實現了全月100%可再生能源供電。其中,葡萄牙的水電和風電分別滿足了當月電力消費的55%42%。

可見,水能資源豐富的國家,具有實現百分之百可再生能源供電的天然優勢。


結語

在去年黨的十九大報告和我國今年的政府工作報告都提出了一個嶄新的口號,叫做構建人類文明共同體。什么是人類文明共同體?社會各界可能有各種各樣的解釋,看法。

我們國家倡導的“一帶一路”肯定是一種人類文明共同體的形式。中國科協今年的9月要倡議成立全球的提高公民科學素質聯盟,這也是一種人類文明共同體。但是,我們恐怕不能否認目前全球最成熟、最公認的人類文明共同體,就是應對氣候變化的《巴黎協定》。

然而,要落實巴黎協定,絕不是光說說就能辦到的,必須要解決好我國的能源轉型問題。

美國總統特朗普知所以要宣布推出巴黎協定,是因為他要廢除美國限制煤電發展的《清潔電力法案》。他非常清楚如果美國2050年還不能徹底告別煤電,巴黎協定是不可能得到履行的。

前不久,美國特朗普訪問了挪威之后,由于看到了挪威水電所發揮的作用,特朗普又透露說美國有可能通過進一步開發美國的水電,考慮重新加入巴黎協定。

的確,一個國家的煤電和水電等可再生的發展,確實是衡量它能否落實巴黎協定的重要標志。

根據前面的分析,我們知道水電和太陽能分別是能源革命的主力軍和決勝力量。而我們國家的水能資源最為豐富,太陽能發電技術也走在了世界的前列,因此,我們落實巴黎協定應該更有優勢和保障。

作為中國的水電和新能源工作者,我們不僅要努力做好自己的本質工作,同時也要特別重視水電與新能源的科普。我們要讓社會各界知道,我們所做的工作,既是落實巴黎協定的保障,也是落實十九大的“構建人類文明共同體”的重要體現。這也是我們今天要在全國科技工作日搞這次科普活動的意義所在。

總之,我們可再生能源事業的發展、興衰,從來都是與祖國的前途、人類的命運,緊密地聯在一起的。


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