关于作者

 中国科学院老科学家科普演讲团副团长;中国科学院微生物研究所研究员,博士生导师,中国科学院研究生院教授;中国生物工程学会继续教育工作委员会主任、工业与与环境委员会委员,中国生物化学与分子生物学学会工业生化委员会委员,中国微生物学会酶与酶工程委员会委员。主要从事酶学、酶工程、基因工程和生化工程研究。

我国能源资源与利用状况(能源问题与生物技术系列一)

孙万儒
2011年04月13日
 现代社会的工业、农业、交通以及人们的日常生活等方方面面都离不开能源,可以说能源是社会发展的“动力”。在当今的社会能源消耗中,非再生性能源,又称为矿物质能源约占总能源消耗的90%,其中煤炭、石油和天然气约占非再生性能源的99%,核能仅占1%。而可再生性能源在总能源消耗中约占10%,其中太阳能占了可再生性能源的99.44%,其它的风能、水能和生物质能在可再生性能源消耗中所占比例不到1%。世界各种非再生能源消耗中,石油占45%,煤炭占29%,天然气为19%,水电和核能分别为6%和1%。这些非再生性能源,煤炭、石油和天然气是地球诞生以来经过几十亿年积累的矿物质能源,其储存量是有限的。
 自工业革命以来社会的发展依靠的主要是非再生性能源,特别是近年来,随着世界经济的发展,能源消耗速度不断增加,而世界的能源储备必定有限,到目前为止,世界的煤炭储量大概可开采100到150年,天然气储量可开采50到60年,石油储量可开采30到40年。有人估计世界石油稳定供给不会超过20年。自2007年中国际石油价格逐渐攀升,到2008年3月国际石油价格狂升到130多美元一桶,但随着国际金融危机的出现,又跌落到近30美元一桶。最近,由于世界经济的逐渐复苏,石油价格又逐渐恢复到70美元一桶。不管怎样,随着世界经济和工业的发展,对能源需求将不断增加,而非再生性能源资源却逐渐枯竭,能源价格上涨已成必然趋势。
一.我国的能源资源状况
 我国28个省和自治区中,能源能够自给自足且有余的省和自治区有5个,能够自给自足的有6个,而能源不足,需要能源支援的省自治区有17个。我国的能源储备和在世界上的地位如表1。我国人口占世界人口的1/5,而煤炭、石油和天然气的人均拥有量都在世界人均拥有量的10%以下,可开采的年限比较短。

表1? 我国能源储备情况和人均占有量

 我国煤炭储量1万亿顿,虽然煤炭资源比较丰富,但优质煤数量少,灰分和硫分普遍较高。灰分小于10%的特低灰煤仅占探明储量的17%左右,大部分煤炭的灰分为10%~30%,硫分小于1%的特低硫煤占探明储量的43.5%。重要的炼焦用煤资源相对较少,储量仅占我国煤炭总储量27.65%,一般为中灰、中硫煤,低灰和低硫煤很少,灰分和硫分分别都在20%和2%以上。其他煤种的灰分和硫分普遍较高,用作动力和气化原料煤的热值不高。上个世纪90年代末期,由于煤炭行业陷于低谷,为缓解行业生产经营困难,国家采取了一系列政策刺激煤炭出口。2003年以后,我国煤炭工业快速发展,煤炭生产和消费总量大幅度提高,因国内煤炭需求旺盛,出现供给不足,国家开始控制煤炭出口数量,并鼓励煤炭进口,以满足国内煤炭需求。由于国际石油价格居高不下,国家能源安全对国民经济健康稳定发展的作用日益突出,煤炭作为我国主体能源的地位进一步明确,因此,国家在煤炭等资源类产品进出口方面控制出口鼓励进口。我国2003年开始下调煤炭出口退税率,首次从13%下调至11%,并在2005年5月再次下调至8%,2006年9月15日起,取消煤炭出口退税政策。同时煤炭进口实行自动进口许可管理,国家对煤炭进口没有加以限制,进口关税也已基本取消,在政策上鼓励煤炭进口,保证经济发达的缺煤地区经济增长的能源需求,以解决煤炭供需分布不平衡的矛盾局面。因此近几年出现煤炭出口量不断下降、进口量不断上升的态势。从政策层面,国家保护稀缺煤炭资源,限制煤炭出口的导向不会改变,出口量占全国煤炭产量的比重进一步下降,煤炭进口将继续保持增长态势,煤炭进口量已逐渐趋近于出口量,于2009年开始我国从世界第二煤炭出口国变成为煤炭进口国,2010年,我国煤炭出口2000万吨,进口煤炭1.3亿吨,净进口1.1亿吨.

图1 1994年-2009年我国煤炭进出口情况

 我国原油产量历年来虽有增加,但增长缓慢,2006年产原油1.84亿吨,2007年原油产量为1.87亿吨,2008年预计原油产量1.89亿吨。但是年消耗量增加迅速,2007年中国石油年消耗量约为3.8亿吨,2008年石油可达4亿吨。从1993年开始,中国成为石油净进口国 ,以每年1000万吨量增加。2004年原油进口达1.227亿吨,2006年原油进口达1.452亿吨,2007年石油进口达1.968亿吨,2008年1-10月原油进口1.512亿吨,石油进口依存度突破50%已成定局。国内石油消费量到2010年和2020年将分别增加到4.25亿吨和5.72亿吨,对进口石油的依存度将达到55%和66%,到2030年,中国石油消耗量的80%需要依靠进口。目前中国已成为世界第二大能源消费国 。
 我国的天然气开发利用较晚,但发展迅速,2000年天然气产量为262亿立方米,到2007年达到650亿立方米,但在2005年达到499亿立方米后,年增长率却出现负值。而我国天然气的消费量增长迅速,2004年消费量为389亿立方米,到2007年为667亿立方米,预计到2010年天然气的年消费量将达到1153亿立方米,2012年为1404亿立方米。天然气进口依存度2000年仅为6%,到2010年将为20%。
二、我国能源利用情况
 我国能源消耗中煤炭占60.10%,石油占22.70%,天然气为2.80%,水电及其他能源为7.40%。由于我国能源供给以煤炭为主,而且优质煤矿资源匮乏,燃烧产生大量的烟尘和酸性物质,造成大气和环境的污染。虽然近些年我国因环境需要和技术的发展,能源消耗结构有一些变化,煤炭的消耗比例逐渐减少,但因为我国的石油和天然气的储备量有限,以煤为主的能源供应结构依然会长期存在。
 我国是一个产煤大国,但开采技术落后,资源利用率低。小煤窑占煤矿总数的90%,但总产量不及煤炭总产量的20%。小煤矿资源回收率不足20%,煤泥、劣质煤及伴生资源没有有效利用,造成大量资源破坏、浪费和环境问题。我国的能源开采技术落后,许多煤矿,特别是小煤窑依然还在使用传统的技术开采。煤炭生产引起的地表沉陷、矸石堆积及自燃、瓦斯和粉尘排放等对环境的影响日趋严重。我国煤炭产量占世界35%,但我国的矿难死亡人数却占世界的80%。我国煤矿百万吨死亡率是美国的100倍、南非的30倍。因此关闭小煤窑,建立现代化的规范的大型煤炭企业,是当务之急。
 另外,能源利用效率低,总能源效率为32%,低于世界平均水平10个百分点。90%以上的城市供热和工业用热仍由普通的燃煤锅炉供应。我国工业锅炉能源效率仅为发达国家的80%;国产电动机在产生相同动力情况下,电力消耗量比国际水平高5%~10%。我国单位GDP能耗是一百多个国家和地区中最高的。比印度高1.2倍,比日本高5倍,比法国高3.3倍,比德国高3.1倍,比英国高2.9倍,比美国高2.8倍。我国电力、水泥、冶金等八个耗能行业产品单位能耗比国际先进水平平均高40%,单位产值能耗比世界平均水平高2倍多。我国吨钢能耗平均为966kg标准煤,国际先进水平是656kg标准煤,高出国际先进水平47.3%。我国吨水泥熟料燃料消耗为170kg标准煤,国际先进水平为107.5kg标准煤,高出国际先进水平58.1%。可以说我国是单位产值消耗能源最高的国家。能源开发利用技术落后是环境污染的重要因素。我国燃烧排放废气中二氧化碳排放量为220亿吨,二氧化硫为1927万吨,烟尘排放量为1013万吨,工业粉尘排放量为941万吨。烟尘和二氧化硫排放70%和90%由燃煤造成。估计2020年温室气体总量超过美国。
 我国火电装机容量占总装机容量的74%以上,其中以燃煤机组为主。在更长的时期内,其所占比例还将增长。我国二氧化硫年排放量超过环境容量60%以上,二氧化硫排放量已远远高于环境承载能力。全国开展监测的338个城市中,63.5%的城市超过国家空气环境质量二级标准,处于中度或严重污染状态。燃煤产生的二氧化硫、氮氧化物在一定条件下形成酸雨、酸雾。目前酸雨面积已占国土面积的30%,区域性酸雨污染严重。预计到2020年,全国总装机容量将达9亿至10亿千瓦。按照目前的排放控制水平,届时我国火电厂排放的二氧化硫、烟尘和氮氧化物将分别达到2100万吨、500万吨和1000万吨以上,对生态环境将造成更大压力。酸雨、酸雾造成的经济损失每年超1100亿元,即每排放1吨二氧化硫造成超过5000元的损失,大气污染造成的损失约占我国GDP的2%~3%。煤燃烧排放的酸性物质形成酸雨、酸雾,弱酸性降水可溶解地面中矿物质,供植物吸收,但酸度过高,pH值降到5.6以下时,就会产生严重危害。它可以直接使大片森林死亡,农作物枯萎;也会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定,淋洗掉与土壤离子结合的钙、镁、钾等营养元素,使土壤贫瘠化;还可使湖泊、河流酸化,并溶解土壤和水体底泥中的重金属进入水中,毒害鱼类;加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程,同时对人体健康造成严重危害。
 我国能源储备不足,在能源结构和开发利用上也存在许多问题,这些都会严重影响着社会和经济可持续发展,甚至威胁国家安全。就我国和世界的能源储备情况来看,留给我们解决问题的时间有限。在面临严重的能源问题面前,我们今后该怎没办,这是紧迫而又严重的问题。为此,2006年1月我国颁布实施了可再生能源法,大力发展太阳能、风能、水能、海洋能、地热能和生物质能,以便长久的解决我国能源问题。其中生物质能的开发利用受到广泛关注。