能源结构出现了三次大转变

　　1人类历史上能源结构出现了三次大转变，现在还处在第三次能源大转变的过程中，第三次转变的特点是由石油、天然气为主的能源系统转向以可再生能源为基础的可持续发展的能源系统，也就是要转向以电力为主的能源系统。

　　世界能源结构的第一次大转变，是从薪柴转向煤炭，这是于18世纪60年代从英国产业革命开始的。在英国从1709年开始用焦炭炼铁，瓦特发明了蒸汽机，1825年世界上第一条铁路通车。蒸汽机车的推广应用，冶金工业的蓬勃兴起，以及铁路和航运的广泛使用，都需要大量煤炭。于是，继英国之后，美国、德国、法国、俄国和日本都在产业革命的同时，迅速发展了近代的煤炭工业。在整个19世纪煤炭成为资本主义工业化的动力基础，1860年至1920年世界煤的年产量由1.36亿tce增加到12.50亿tce，增加了8.2倍。1920年煤炭占世界商品能源构成的87%.

　　世界能源结构的第二次大转变，是从煤炭转向石油和天然气，这一转变从20世纪20年代首先是从美国开始的。石油和天然气之所以替代煤炭，有多方面的原因，主导因素是技术进步。石油和天然气同煤炭相比，热值高，加工、转换、运输、储存和使用方便，效率高，而且又是理想的化工原料。同时，随着油田勘探规模的扩大和开采技术的改进，其生产成本降低；而煤炭经过大规模开采，易采煤层减少，开采于清华大学电机工程系，教授级高级工程师，能源部原政策法规司副司长，现为中国电力企业联合会业务咨询。

　　条件恶化，污染不易控制，使生产成本不断提高。这就使得除了冶金炼焦以外的所有原来用煤的部门，都在不同程度上改用石油、天然气。第二次世界大战后，几乎所有发达国家都转向石油。1959年石油和天然气在世界能源结构中的比重，由1920年的11%上升到50%，首次超过煤炭而占第一位，煤炭的比重则由87%下降到48%.1994年世界一次能源总消费量为113.2亿tce，其中石油占40.1%，天2.5%.石油加天然气的比重已达63.1%.能源结构从煤炭转向石油、天然气，对社会经济的发展具有十分重要的意义，50年代和60年代，许多工业国家正是依靠充足的石油，特别是廉价的中东石油，实现了经济的高速增长。

　　世界能源结构的第三次大转变，是从石油、天然气转向以可再生能源为基础的可持续发展的能源系统。也就是要转到以电力为基础的能源系统。近代化石燃料工业的发展和产业技术的进步，为电力的应用创造了条件。电力与其它形式的能相比，可以方便经济地远距离输送，它可以与其它形式的能直接相互转换，而且和机械能之间的转换效率高；电力更易于控制，可以广泛用于信息传递和生产过程自动化。这些优点使电力的应用不仅迅速遍及到社会物质生产的各个侧面，也越来越广泛地渗透到人类生活的各个领域。电力成为现代社会使用最广、增长最快的能源。电力的开发及其广泛的应用成为继蒸汽机的发明和应用之后，近代史上第二次技术革命的核心。电气化程度已成为衡量社会文明发展水平的重要标志。

　　20世纪70年代发生了两次石油危机，说明原有的能源系统已经不可能长久维持下去；另一方面，目前以化石燃料为主的能源系统造成了居室、地区和全球的环境污染，全球日益高涨的保护环境的呼声，促进了第三次能源结构大转变，更重要的原因是技术的进步，世界新的技术革命促成了新兴工业（如电子、信息、生物工程等）的蓬勃发展，它们终将形成新的生产体系，这种新的生产体系要求采用可再生的、分散的和多样化的能源。世界能源结构第一次转变用了60a时间，第二次转变是用了30a左右的时间，看来第三次能源结构转变需要100多a时间，这100多a时间大致可以分为两个阶段：第一个阶段，电力技术??步入21世纪及可持续发展未来的桥梁。在这一段时期内，世界能源系统仍将以化石燃料为主，但是为保护环境要把更多的化石燃料转换成电力来使用，同时积极发展可再生能源发电，电力将成为主宰世界的主要能源形式。

　　“这是因为电力技术一般来说比它们所取代的矿物燃料技术有更高的效率，即使电能是用煤来生产的，并且将能量转换，输电、配电时所需的能量损失都考虑在内，仍能减少温室气体的净排放量，与直接燃烧矿物燃料相比较，电能是灵活、有效和清洁的能源形式<1>.”电力和氢是不产生任何有害排放物的终端能源。氢所起的作用不明显，在能源市场中占的份额也非常小。2050年以前，在环境限制因素不太明显的情况下，氢不大可能起重要的作用。现在电力已成为重要的能源载体。“第二阶段，以可再生能源为基础的可持续发展的能源系统，在这个时期里，太阳能、地热能、水能、风能、氢能、海洋能、生物质能，以及核裂变增殖反应堆和核聚变堆发电等将成为主导能源。由于地域、气候等因素的影响，使风能、地热能以致太阳能、海洋能等受到限制，核能则将在满足世界长期能源需求方面起重要作用。那时煤炭、石油和天然气则主要用作工业原料，逐步退出能源领域。可再生能源的利用，大部分要转换成电力才能使用，为了便于输送，有一部分要转换成氢能，但是氢能中有相当一部分最终也要转换成电力（通过燃料电池）使用。电力仍然是以可再生能源为基础的可持续发展能源系统的重要的能源载体。

　　2中国是最大的世界能源生产和消费系统之一，在人类历史上能源结构三次大转变中，我国处于滞后的地位，改革开放以后已经有了显著的进步，但仍然具有明显的差距。

　　中国在第一次能源结构大转变中，用煤炭代替薪柴长期没有完成，到目前为止，还是世界上使用薪柴最多的国家。中国8亿多农村居民的生活用能中，有60%～70%依靠生物质能，造成森林植被大面积破坏，水土流失加剧，大量秸秆不能还田，导致土壤有机质减少，地力下降。1996年以来虽有好转，农村能源总消费量又上升为6.367亿tce，其中商品能源达4.174亿tce，比重上升为65.6%，非商品能源薪柴、秸秆的消费量下降为2.196亿tce，比重进一步下降为34.4%.但是总的说来我国非商品能源薪柴、秸秆的直接消费量仍然太大。

　　中国在第二次能源结构大转变中，用石油、天然气替代煤炭也没有完成，到目前为止，还是世界上使用煤炭最多的国家之一。我国1994年一次能源总消费量为12.27亿tce，其中石油占17.4%，天然气重比世界平均值大47.8个百分点，石油少22.7个百分点，天然气少21.1个百分点。油气消费量未占主要地位，使得能源利用效率低下，煤烟型污染十分严重。而且我国自改革开放以来，一次能源消费比重的变化不大，煤炭的消费比重还有上升趋势，1980年煤炭消费比重为72.15%，1990年上升到76.20中国在第三次能源结构大转变中，如果在第一阶段以化石燃料转换成电力来使用作为标志来衡量，中国的电气化水平也落后于世界工业化国家。

　　1995年世界人均装机容量为0.54kW，人均年发电量为2293kWh，而我国1995年人均装机容量仅世界平均数的33.2%和36.3%，到1998年我国人均装机容量也只有0.22kW，人均年发电量也只有927.6kWh.可再生能源用于发电的数量和比例则更小。照理讲我国一次能源消费量以煤为主的情况下，为了解决环境污染问题，应当将更多的煤炭转换成电力来使用。我国与国外国民经济电气化程度（见第13页表1）。

　　3电力的开发和应用，是人类征服自然过程所取得的具有划时代意义的光辉成就，电力工业在近百年中一直沿着大机组、大电厂、大电网的方向发展，从70年代开始又回过头来走向小机组和需求侧管理。

　　电能由于它便于远距离输送和分配，又容易转化为机械能、热能、加之它又是信息的最重要的载体，因而它一经得到规模的生产，就由最初用于电照明、电报、迅速扩展到电镀，电动力以至整个工业生产的各部门。20世纪以来，它又一步一步进入人类山西能源与节能国别一次能源用于发电的比例电力消费占终端能源消费量的比例/%人均发电量预计中国美国日本西德法国英国意大利加拿大澳大利亚瑞典挪咸西班牙希腊土耳其注：1中国的数字根据原电力工业部统计数字列出，但前两个指标可能偏大。

　　2中国2000年数字系根据原电力工业部统计数字估计。

　　3国外数字系《IEA煤炭情报》DECD，巴黎1988.

　　生活的各个领域，成为人类社会生产和生活中最重要的能源。电力工业的规模从最初几千瓦，几十千瓦的发电厂发展到今天的几百万甚至上千万千瓦的电站，乃至装机容量达几亿千瓦的大型电力系统。电力工业在近百年时间里，汽轮发电机和锅炉从热效率只有百分之几的低温低压，逐步向中温中压、高温高压、亚临界、超临界、超超临界发展，始终沿着大机组、大电厂、大电网的方向发展，效率不断提高，成本不断降低，电价暴跌，从而吸引更多的用户。如美国用户的电价从1892年的4美元/kWh跌到1930年年美元币值）。电需求迅速增加，从20世纪30年代后期到80年代后期的50年间，世界电力工业提供的发电量增加了240倍，远远超过其他任何工业部门的发展速度。

　　然而这一时期电力技术的进展，来自汽轮机材料的设计方面在令人吃惊的狭窄领域内的进展，依靠更大的机组，更高的温度和压力来提高效率，到了60年代，电力工业的技术几乎停滞不前，凝汽式发电站的效率稳定在35%左右，能源中约有2/3的能量在转换过程中损失掉了，希望从技术上取得进展，虽然效率有所提高，但是机组的单位千瓦投资上升了，可靠性下降了，远距离输电增加了投资和损耗。

　　80年代中期以来，许多专家得出结论：传统的电力工业模式已经越来越不适合今天的技术经济条件。

　　世界能源理事会（WEC）与国际应用系统分析以后时期全球能源展望“中，认为未来将更多地使用电力和高质量的燃料。能源消费的发展方向都将转向更灵活、更方便、更洁净的能源形式。能源系统的供求关系不应取决于一次能源供应、贸易和能源市场，而应取决于终端能源服务。”展望“指出”尽管能源系统结构将呈现多样化，（且能源最终利用形式将会趋于一致。在所有的六个情景中（注：六个情景是指全球能源展望研究中所设定的六个能源利用方案），能源消费的发展方向都将转向更灵活、更方便、更洁净的能源形式，人们将更多地使用电力和高质量的燃料（如天然气、石油制品、甲醇以及最终的氢气）。能源最终利用形式在所有的六个情景中都趋于一致，而一次能源结构却趋于多样化，无论方案中最终燃料的主导形式会是什么，人们将肯定不会再使用非商品化的、供应不稳定的生物质燃料，并且肯定不会再直接使用煤炭作燃料。在21世纪中，矿物资源还将会是世界能源的主要形式，但是在各个情景中，其应用程度不同。供应稳定的可再生能源，在所有情景中都占有一席之地，它将以电力、气体、液体的形式呈现在消费者面前。“21世纪电力工业将会有更大的发展，这是必然的，但是未来的电力工业将会出现新的变化。

　　发展小型电站建设“分散”电力系统。

　　未来电力工业的发展方向是依靠大型和小型发电站广泛结合的“分散”电力系统。传统的“大机组、大电站、大电网”的发展模式已经过时，代之以较小型的发电站，小型热电联产（CHP）、小型冷热电联产（CCHP）和模块化的发电技术，它可以极大地改善效率和减轻当今电力系统对环境形成的负担，可以减少输配电设施的建设，避免某种电磁辐射。一个典型的电力公司目前拥有50个发电站与其输配电系统相连接，到2010年与之相连的发电站将达到5000个甚至50000个。这种变化类似于一个公司从1980年拥有3个主机计算机发展为1994年拥有30000个个人电脑，这种变化要求系统的运行方式有重大的变革。

　　这种变化是由两个原因引起的，一是大型电站的效率低下，不如CHP、CCHP效率能达到90%甚至接近100%，大型电站的单位千瓦投资远比小型电站高，特别是依靠远距离输电的大型电站的投资更大，损耗也更大；二是由于可再生能源发电站的兴起，燃料电池发电、风能、太阳能发电，地热和海洋能发电都是小型的。所以不论是今天或未来，依靠大型和小型发电站广泛结合的“分散”电力系统或迟或早总是要发生的，这是未来电力工业的发展方向。

　　实行电力需求侧管理，发动负荷革命。

　　70年代后期能源分析专家提出了能源需求侧管理的理论，认为可以通过负荷管理和电价政策，采取削峰、填谷、负荷转移、战略节电、柔性负荷等措施，可以抑平负荷曲线，节约电力和电量，实现电网经济运行，改进用户服务，减少环境污染，可以使电力公司、电力用户和国家都获得利益。从电力需求侧管理出现后，对电力规划也发生了很大变化，出现了最小成本规划和综合资源规划。80年代后期，特别是90年代以来，电力需求侧管理和综合资源规划已逐步扩展到许多国家，其中既有发达国家，也包括电力供应和投资严重短缺的发展中国家，电力需求侧管理在我国已经开展起来，而且取得了很好的效果。

　　面对21世纪电力工业大发展时期的来到，我国要改变在世界能源结构大转变中的滞后问题，应当采取什么样的措施呢1）继续实行一次能源消费以国产能源为主的方针。必须采取大力勘探和开发国产石油、天然气和煤层气，提高油气在一次能源消费中的比重；大力开发整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电，（IGCC），常压循环流化床锅炉电站（CFBC），加压循环流化床锅炉电站（PFBC）；在经济合理的条件下发展可再生能源发电方式，要突出加快发展常规大中型水电站，适当发展风能、太阳能发电站；要研究煤的气化和液化以补国产石油、天然气的不足。由于石油天然气的比重低，会影响燃气蒸汽联合循环发电和小型热电联产（CHP），小型冷热电联产（CCHP），但是在有天然气供应的地方还是应当适当发展和2）实行大力改善一次能源消费结构，在充分利用国产石油、天然气能源的同时，大力进口石油和天然气，用石油、天然气替代农村居民生活使用的非商品能源薪柴和秸秆，并用来替代当前广泛应用的直接燃煤量。由于油、气资源比较丰富，可以少发展一些IGCC、CFBC、PFBC、尽量多发展大中小型燃气蒸汽联合循环电站，多发展小型CHP和CCHP、以求早日实现“分散”电力系统。

　　综上所述，我们应当满怀信心迎接电力工业大发展时代的来到，迎接21世纪电力成为主要能源。

　　要争取在21世纪最初20年中，解决世界能源结构大转变的拖后问题，尽快消除农村使用非商品能源和城乡广泛使用直接燃煤，以减轻环境污染。从中国能源资源的实际出发，应当尽快实现电气化，提高电气化的标准。

　　2.3打破垄断，放松管制，自由竞争的世界潮流的挑战在世界范围内的电力行业的垄断地位正受到严重的挑战。为迎接挑战，国外一些地区性的、分散的高效的供电方式（如分散的热电联产）正在成为电力公司强有力的竞争对手。

　　我国开始出现的一些情况也值得注意。前两年广东电网大机组停发电，地方柴油发电机却开足马力。这种情况的出现，除了受不规范行为的影响外，从市场的角度看，它似乎给了我们一个值得注意的信号。又如，天然气进京后，如能用于发电，集中的大燃机联合循环发电有可能竞争不过分散的热、电、冷联产的小型发电。前几年，我在波恩参加联合国工作组审查德国政府环境报告时，就看到原东德的区域性热电厂因效率低、污染重而停产，让位于效率高、污染轻的原西德模式的分散供电供热（燃气）方式。

　　3建议我国电力工业目前还需要在经济效益好的前提下发展大电厂和大电网。但是我们在制定发展战略和长远规划时，要认清21世纪电力行业面临的挑战。当然，现在谈论的分散的、地区性的发电，是在新技术的基础上的小型发电，是一种高效率、低污染的多种能源（特别是天然气和可再生能源）的分散发电，不是我们过去效率低、污染重的燃煤小火电机组发电的重演。

　　在制定长远规划时，我们必须从环境保护、市场竞争力和技术进步的角度以灵活和务实的态度对待大电网和分散供电的问题。国家电力公司在注意大电网市场的同时，似不可忽视这个很有前途的、利用新技术的小机组分散供电的市场。这是不是电力工业的一个新的经济增长点山西能源与节能