鄧英淘：向可更新能源躍遷
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摘自鄧英淘《新能源革命與發展方式躍遷》
中國的目標是要在21世紀中葉實現現代化。這意味著什麼？迄今為止，現代化的基本含意就是在物質的生產與消費上達到西方發達國家的水平。這些國家有一個基本的共同特徵，那就是消費大量的礦物能源（不可更新的石油、煤炭、天然氣等）。例如美國1990年人均消費11噸標煤，日本同年的水平為五噸，OECD的平均水平為六噸標煤。如以美國的標準計算，到21世紀中葉，我國的能源年消費總量將達165億噸標煤（以15億人口計），這比2000年全球能源消費總量130億噸標煤還要多出近27%；如以日本的標準計，我國21世紀中葉的年均能源消費總量亦將為75億噸標煤，相當於130億噸的60%。
這將對全球氣候產生什麼影響？1995年全球二氧化碳排放量為60億噸，以日本的標準計，到21世紀中葉，僅中國實現現代化這一項因素，就會使屆時全球二氧化碳排放量達到近一百億噸的水平，這會使溫室效應明顯增加。更重要的是，由於大量燃燒礦物燃料，從20世紀七、八十年代的氧氣消耗增長趨勢來分析，至21世紀80年代大氣圈中的氧氣含量將不再是20%左右（這一比例已保持了五千萬年以上），可能僅剩下8%；這是地球早期尚未出現植物的水平，它意味著大城市和工業中心的缺氧狀況將變得特別尖銳。
顯然，西方發達國家曾經走過的現代化之路，很難為中國所始終效法。中國這個世界上人口最多的發展中鉅國，似乎註定只能走上另外一條獨具自身特色的現代化之路，即發展方式的躍遷之路，這是一條從加強自然循環過程、而不是靠不斷破壞這一過程來發展人類自身的道路。
一、基礎循環與生產方式
（略）
二、可更新能源的潛力
〈現代化需要多少能源？〉，對21世紀中葉我國實現高度現代化時的能源消費做出如下描述：以16億人口和人均消費四噸標煤計，則屆時全國年能源消費總量為64億噸標煤；其中：可更新能源約合37億噸標煤，所佔比例為57.8%，不可更新能源約合27億噸標煤，所佔比例為42.2%。現在要進一步提出的問題是：如展望到21世紀末，能否在64億噸標煤中，繼續擴大可更新能源的使用比例，例如使其達到80%以上的比例。下面將對此略做分析。
風能 根據〈現代化需要多少能源？〉的分析，到2050年，我國風電裝機四億千瓦，年利用三千小時，屆時風電總量1.2萬億度，約合標煤3.8億噸。
到目前為上，風電技術有幾項突出進展。其一，無磨擦風力渦輪機。「磁浮」風力渦輪機運用先進的鐵路所採用的技術代替了滾珠軸承，從而製成了無磨擦渦輪機，這可借助低至每秒1.5米的風力來發電。
其二，漂浮海上風車。2006年9月，麻省理工大學和美國國家可再生能源實驗室研究人員最新設計出一種新型的風力渦輪機，它可固定在離海較遠處的漂浮平臺上，既可以更大的滿足我們的能源需求，又節省了發電的費用。這種新發明的渦輪機是固定在漂浮的海上平臺的，平臺的四角用長的鋼纜繫在海底的混凝土石柱上或其他類似的停泊索具上，這種平臺要比固定塔樓的成本低得多。根據離岸越遠風力越大的原理，這種可在水深100~650英尺地方工作的浮動型風力渦輪機的發電能力可達五兆瓦，而普通的陸上風力渦輪機只有1.5兆瓦，傳統的離岸風力渦輪機也只能達到3.5兆瓦。根據計算，即使颶風來臨，平臺的移動幅度也在3~6英尺的範圍內。這種浮動型平臺的製造和安裝費用僅是目前離岸塔樓式風車所需費用的三分之一；它還有另外一個好處：使用浮動平臺就可將風車移動到各個地方。
其三，風箏發電機。其工作原理很簡單：風箏在風力作用下，帶動固定在地面的旋轉木馬式的轉盤，轉盤在磁場中旋轉而產生電能。對每個風箏而言，轉盤都會放開一對高阻電纜，控制方向和角度；其形式類似風箏牽引沖浪的類型—重量輕、抵抗力超強，可昇至兩千米的高度。據估計，其每一千度電的成本只有1.5歐元；這種旋轉木馬發動機的其他組件加起來的成本也只有36萬歐元，而且只需要有限的空間，即便直徑只有一百米（佔地約47畝），風箏發電機也可產生50萬千瓦的發電能力。
根據這些進展，展望至21世紀末，可設我國風電裝機達到六億千瓦，年利用四千小時，屆時風電總量將達2.4萬億度，約合7.6億噸標煤，比2050年多生產3.8億噸標煤的能量。
生物質能 〈現代化需要多少能源？〉提出到2050年，我國每年可生產出約40億噸的生物質能（未包括穀物和糧食等）。展望至21世紀末，通過跨區域配置水資源等戰略措施，可以在北方近40億畝乾草原開闢約十億畝左右的高產飼草料地，多生產出約十億噸乾物質。在約六億畝海塗（1.8萬公里×12海里）的範圍裡，利用工程微藻技術，可生產出約三億噸碳氫化合物（乾物質）。
由此可知，至21世紀末，我國生物質能的年生產總量可達53億噸（如包括6~7億噸的穀物和糧食，則其總量可達60億噸）。這比2050年的水平多出約13億噸，折標煤8.6億噸。
太陽能 〈現代化需要多少能源？〉未對此項進行估計，然若展望至百年這一尺度，則太陽能對不可更新能源的替代潛力極大。下面僅舉兩種已經實現的範例。
其一，太陽能聚熱發電簡稱CSP。CSP的原理是利用鏡子將太陽能聚焦到一個裝有某些氣體或液體的管道或容器上，將氣體或液體加熱到攝氏四百度（℃），然後帶動傳統的汽輪機發電。2006年11月，兩位德國科學家在提交給德國政府的科學報告中指出，利用聚光鏡覆蓋在地球沙漠地帶0.5%的面積上，就能滿足全球的電力需要，而且能同時給沙漠地區提供豐富的淡化水；鉅大的鏡面造成的陰影區可以用來搞園藝，灌溉用水是發電站產生的冷卻淡化脫鹽水。這些冷水還可用於空氣調節，這意味著，建一個沙漠太陽能電場和農場，不僅能提供電力，還能提供淡水和空調。這種形式的太陽能利用還有一個別種形式的太陽能所無法比擬的優勢，即太陽能所燒熱的水可以儲存在鉅大的容器中，在太陽落山後幾個小時仍能帶動汽輪機發電。據估算CSP每覆蓋一平方公里每年可以產出相當於150萬桶石油（即20萬噸石油）的能量；按目前的技術，建一個這樣的發電站，其成本相當於每桶50美元的石油價格。但當鉅型鏡子的生產能夠達到工業化程度時，成本可能降到相當於每桶20美元的石油價格。單從發電方面說，目前太陽聚熱發電還無法跟天然氣競爭，但加上淡化水以及空調的功能，CSP比天然氣要便宜，而如果再加上減排二氧化碳的功能，那麼它絕對跟天然氣有得一比。
其二，使用太陽能源的住宅。斯崔斯基的住宅面積約三百平米，絕熱性能極佳，他的住宅外觀與普通住宅相差無幾，但住宅用電全靠附近約一百平米的太陽能電池板供給。他有時還利用家中電解裝置從水中分解氫氣，存入氣罐，以便為氫燃料電池充電，並驅動同樣環保的氫燃料電池汽車。在夏季，太陽能電池板能為他提供比家庭用電多60%的電力，這時，他會把餘電以氫氣或氫燃料電池的形式儲存下來，留待冬季太陽能供給不足時使用。
在上述兩例中，前者是集中利用太陽能，而後者是分散利用太陽能。這裡僅對前者做點推廣：在我國西北部的沙漠地帶，光能資源極為富集，僅須在適當地點開闢出一萬平方公里的太陽能電場，就可每年得到20億噸石油當量的可更新能源，折標煤近29億噸。另外，發達國家在21世紀前半期，電力需求佔總能量需求的比例（電氣化率）將達到50~60%，而民用電量將達到總用電量的60%左右，讀者可由此對分散利用太陽能的潛力做出估計。
綜上所述，至21世紀末，風力、生物質能和太陽能三項總計，可比2050年多提供約41.4億噸標煤當量的可更新能源。〈現代化需要多少能源？〉提出，到2050年，我國能源消費總量為64億噸標煤，其中不可更新能源的消費量為27億噸標煤，佔64億噸的42.2%（其中：核電提供3.2億噸標煤當量的能源，石油和天然氣提供11.4億噸標煤當量的能源，煤炭提供12.4億噸標煤當量的能源）。將41.4億噸標煤與27億噸標煤兩相比較，易見至21世紀末，我國的能源供給完全可以建基於可更新能源之上，且在技術上不存在顛覆性的障礙。這就是本文的結論。
三、小結
到21世紀中葉前後，我國人口將達到峰值水平15~16億，屆時我國將全面實現現代化，如以16億人口和人均能源消費五噸標煤來計算，則其時能源總量將達80億噸標煤，如以15億人口計算，則其值將為75億噸。根據〈現代化需要多少能源？〉和這裡的進一步分析，在2050年，我國可更新能源的供應總量近37億噸標煤，其中水電為五億噸標煤，風電為3.8億噸標煤，生物質能為28億噸標煤；至2100年，我國可更新能源的供應總量將達78億噸標煤，其中水電仍為五億噸標煤，風電增至7.6億噸，生物質能增至36.6億噸標煤，太陽能為29億噸標煤。
這就是說，即使按照中限標準（16億人口、人均能源消費五噸標煤），用可更新能源來保障我國全面實現現代化，不存在實質性的障礙。因此，用行政的辦法限制能源的使用並不可取，取而代之的應是在逐步增加人均用能水平的過程中，不斷提高能源的使用效率和可更新能源利用的水平。
2007年3月5日
摘自鄧英淘：《新能源革命與發展方式躍遷》，大風出版社2011
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