能源的发展与展望
中国工程院院士 范维唐
能源是人类生产、生活的物质基础。古代人类以柴草、畜力、风力、水力等为能源，产业革命后的200年中，煤炭一直是世界范围内的主要能源。随着科技、经济的发展，石油在一次能源结构中的比例不断增加，于20世纪60年代超过煤炭。此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气比例上升，新能源、可再生能源逐步发展，形成了当前的以化石燃料为主和新能源、可再生能源并存的格局。
化石能源是当前的主要能源，在中国和世界一次商品能源消费结构中约占90%。化石能源的大规模低效开发和利用导致大量资源的浪费和污染物、温室气体的排放。国内外许多专家指出，现行的能源生产、使用方式是不可持续的，按照现在的能源发展趋势，在一定时期内，难以达到可持续发展的目标。因此，必须重视研究能源发展的新思路和新模式。
化石燃料的不可再生和引发的不断恶化的生态环境后果促使人们努力开发新的能源技术。新能源和可再生能源技术的开发现已日益受到重视，预计未来核能、氢能、可再生能源技术将会有突破性的进展。未来的世纪，核能、氢能、可再生能源将逐步发展并最终成为主要能源，电力将成为主要的终端能源。能源结构的革命性变革，将使人类不再为化石能源的枯竭和生态环境的恶化而担忧的这个长久愿望得以实现，并促使分布式能源的发展和消费方式的重大改变。这个发展趋势，现已初见端倪：全世界从1990年至1999年，风力发电每年增长24%，太阳能电池每年增长17%，地热能增长4%，石油每年增长量约1%，煤炭用量则下降近1%。
能源结构从化石能源为主转为以新能源、可再生能源为主的这一革命性变革需要一段较长的技术准备和过渡时期。新能源和可再生能源要大量取代化石能源是一项十分艰巨的任务，绝非一朝一夕可以实现的，况且与化石能源相比，目前非水可再生能源依然昂贵。预计二十一世纪的上半叶化石能源在中国仍将占主要地位。在这段时期中，将主要依靠高效节能技术、洁净煤技术等化石能源的高效、洁净开发利用技术，缓解资源的枯竭，减少环境污染及温室气体排放，为迎来能源高效、洁净、持续利用的新时代作好准备。
提高能效、节约能源可以减少能源需求，保证能源供应，可以降低能源强度，提高企业及产品的竞争力。提高能效、节约能源是最现实、经济和有效的减少污染物和温室气体排放的途径，也是实施可持续发展的必然要求。我国节能技术落后，节能潜力很大。当前我国节能工作应从提高热电转换和终端能源利用效率为重点，积极创造节能与开发平等竞争的环境，推动节能优先战略的实施。
当前中国能源以煤炭为主，在一段时间内这种局面难以改变。煤炭开发利用中效率低下、严重污染环境、排放大量温室气体。洁净煤技术（CCT）是指煤炭开发和利用过程中旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。洁净煤技术的应用在通向未来能源的过程中可大幅度提高煤炭利用效率、减少污染物排放，并可把煤炭高效地转化为液体、气体燃料，保障能源安全，因此洁净煤技术是通向未来能源的桥梁。开发和推广应用洁净煤技术是当前中国能源可持续发展的必然选择，对以煤炭为主要能源的中国具有极其重要的现实意义。
石油、天然气与煤炭相比是比较洁净的、温室气体排放较少的化石能源。我国在一次能源消费结构中，石油、天然气的比重与世界平均值相比约低42个百分点。预计，我国在近些年内石油生产将有所增长，天然气工业面临蓬勃发展的机遇，但我国油气供不应求的矛盾将会长期存在，能源安全缺泛足够的保证。因此，必须重视发展油气的高效、洁净开发，加工和利用技术及油气的替代技术，并实现产业化，以确保油气的可靠供应。
核电是一种比较安全、可靠和有竞争力的新能源，也是一种现实的可大规模替代化石能源的基本不排放污染物和温室气体的洁净能源。发展核电是降低温室效应的有效途径。随着核技术的发展，先进的压水堆技术将得到发展，快中子堆在近些年内可望趋于成熟，加速器驱动次临界系统的开发可望取得进展，可控核聚变技术可望在较长一段时间后取得突破，半个世纪后可能建成原型示范堆，核能将作为一种洁净、安全可持续利用的能源而得到发展。从长远看，国际社会加强温室气体减排的行动将在一定程度上推动核电的发展。随着温室气体排放收费的建立和增加，核电的经济竞争力将进一步提高。
氢能是理想的清洁高效的二次能源。随着制氢、氢能储运及燃料电池技术的发展，氢能将成为其他新能源和可再生能源的最佳载体替代化石能源。氢能系统由氢的生产、储运和利用三部分组成。用太阳能或其它可再生能源制氢，用储氢材料储氢，用氢燃料电池发电，将构成近"零排放"可持续利用的氢能系统，可广泛作为分布式电源。近十年来，质子交换膜燃料电池技术（PEMFC）取得了突破，可用于驱动交通工具，为氢能替代液体、气体燃料成为可能。发展氢能是保证我国能源安全的现实选择，具有广阔的应用前景。
发展可再生能源是二十一世纪减少环境污染和温室气体排放以及替代化石能源的必然要求。我国可再生能源资源丰富，具有广阔的开发应用前景。
水电是一种基本不排放污染物和温室气体的发电方式。我国水能资源丰富，水力发电技术已经成熟，并广泛应用，末来大水电及分布式小水电均将有较大发展前景。
生物质能源可作为固体燃料用于发电，可经生物分解生产沼气，可通过发酵生产酒精，可通过高温快速裂解获得高品位液体、气体燃料。在生物质能高效利用新技术取得进一步突破后，生物质能必将获得更大的发展。
我国风力资源丰富，风力发电技术日甄成熟，发电成本与油电、核电已比较接近，预计近年内在政策的支持下将会得到进一步的发展。
太阳能可转化为热能及电能等，当前光伏发电成本仍然较贵，在技术上取得进一步突破、成本进一步降低后具有广阔发展前景。
地热能、海洋能等可因地制宜分布式地进行开发利用。
化石能源高效、洁净开发技术对提高资源勘探程度、资源采收率、开发非常规能源资源和提高企业及产品竞争力具有现实的意义。运用高分辨率数字地震勘探技术，三元复合驱采油技术、煤层气开发技术及高效机电一体化煤炭开采技术等先进技术可提升传统能源产业，使之成为用先进技术武装起来的有竞争力的产业。
先进能源技术的研究、开发和产业化应紧紧围绕我国能源工业面临的挑战，以保证能源安全，提高竞争力及减少环境污染为目标；以提高能效、发展核能、新能源和可再生能源及化石能源高效、洁净开发利用为重点，以适应我国能源可持续发展过程的近期及长远需要