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分布式能源与中国的可持续发展(韩晓平)

栏目:农林鱼水论文发布:2010-03-12浏览:2921下载126次收藏
 

2004年10月27日的早晨,北京又一次笼罩在大气污染的阴霾之中,报纸上和电视、收音机里依旧传来关于煤电油运出现紧张的信息……

这一天,从世界22个国家和地区飞来了近400名能源专家汇集到北京友谊宾馆,探讨采用一种正在全世界兴起的新型能源利用方式--“分布式能源”技术能否帮助中国实现可持续发展的战略目标。

一座飞起的大山

许多年前,现任的北京市长王岐山曾经有一个经典的比喻,与中国相比四小龙是几块石头,石头飞过来虽然可怕,但一座山慢慢滚过来将会使你从心底震撼。然而,今天的中国已经不仅仅是一座滚动的大山,而是一座飞起来的大山,而且是一座比石头飞的更快的大山。

中国的崛起引起国际上的高度关注,全世界最想知道的就是这座飞起来的大山将按照什么轨迹,最终将飞向何方?正是因为某种担忧,能源专家们才从世界的四面八方聚集到北京。中国的资源能不能支撑中国的经济高速发展?实实在在已经成为全世界不得不面对的现实问题。长期以来,我们总是以为中国地大物博,资源丰富,国民和政府都未能树立资源危机的意识。然而,中国是世界上人口最多的国家,人均资源水平极低,几乎所有人均资源都低于世界的平均水平。中国矿产资源紧缺矛盾日益突出,石油、煤炭、铜、铁、锰、铬储量持续下降,缺口及短缺进一步加大,中国45种主要矿产的现有储量,能保证2010年需求的只有24种,能保证2020年需求的只有6种,资源瓶颈已经是一个不得不面对的现实。

“和平崛起”是我们对全世界的承诺,走可持续发展之路是我们确定无误的既定方针,但是,似乎全世界并不关注我们的目标和承诺,正像这次来北京参加《世界分布式能源联盟年会》的外国专家所言:关键是过程,你们将采用什么办法来实现你们的目标?

熵的世界观--一个无法回避的问题

我们传统的世界观是建筑在19世纪中叶,主要的科学基础是牛顿的三个机械定律和热力学第一定律,以及达尔文的“进化论”。基本的观念是“物质不灭”和“能量守恒”,“运动着物质的永远循环是宇宙的最终结论”,认为世界总的方向是从无序向有序发展。我们的目标是建立一个“物质极大丰富”的人类大同世界,地球上的资源和能量将随着技术的发展“取之不尽,用之不竭”。

1850年德国科学家克劳修斯总结并表述了热力学第二定律--即“熵定律”(加入的热量/绝对温度=熵),他认为:热可以自发地从高温传向低温,而低温不会自发的传向高温。简单地说,一杯热水可以自己变冷,确不会自动变热,除非借助外部更多的能量。能量虽然守恒,但质量却发生了变化,一桶温水可能比一小锅开水所含的热量要多,但它永远煮不熟一个鸡蛋。熵会自发的越来越增加,而不会自动减少。热向何处去了?向更低的温度散去,直到绝对温度-273℃,一旦散去将难以重新聚积,一旦能量散尽,温差将消失,宇宙将热寂,能量实际上是从有序向无序发展。

进入20世纪,科学突飞猛进,人们对世界的认识也在不断加深,科学家发现热力学第二定律是一个具有普遍意义的真理,而并非是导师批判的“形而上学”。特别是俄罗斯出生的比利时科学家普利高津,对热力学第二定律进行了广泛的延伸,并创立了耗散结构理论。不仅能源科学进一步证实了这些理论的正确性,资源专家也相信尽管物质不灭,但资源的品位将逐渐失去,最终将无法再利用。宇宙天文学家肯定地认为:对于太阳和地球,熵定律是一切自然定律中的最高定律,因为对于宇宙和天体的研究,越来越证实这一定律的正确。物理学家也发现时间是不可逆的,如同熵增加的过程也不可逆转一样,时间和能量起源于一点,时间最终指向熵增加。生物学家发现生命的过程也在熵定律的涵盖之下,生命就是一个能量的过程,生命的能量过程就是整个宇宙的能量过程中的一部分,生命逝去的过程恰恰就是一个熵增的过程。而环境学家也认为熵增正是地球环境面临的规律性问题,甚至社会学家和经济学家也在沿用着这一定律来分析、认识和解释问题。

熵定律已经成为一种新的世界观,它为人类规范了一种行为界线,我们无法逆转熵的方向,就像无法逆转时间一样,但是可以减缓熵增加的速度和过程,通过我们对自身的生活方式和行为方式的调整和约束,通过科学技术进步和社会观念进步,来减缓有效资源和有效能量的耗散速度。20世纪70年代,先后两次石油危机之后使人们更加坚信不移,世界的资源不可能无限制地支持人类的高速发展和肆无忌惮的消费,“物质极大丰富”仅仅是一个梦想,社会、经济发展的有序性是由更多的无序作为代价的。因此,“可持续发展”、“绿色gdp”和“循环经济”等等观念开始成为人类文明的主题,影响人类的发展进程。实际上,这就是我们所说的“科学发展观”。

在熵的世界观的感召下,为了落实可持续发展的战略转变,一些以节约资源、保护环境、提高能效为核心的“行动浪潮”在西方发达国家迅速涌起,相应发展出“能源需求侧管理(dsm)”、“合同能源管理(emc)”、“综合资源规划(irp)”、“资源环境交易”、“温室气体减排机制”、“能源服务公司(esco)体系”等等,这些立足于需求侧的能源优化和以节能环保为盈利空间的市场化运作手段得到了社会和政府的支持,同时也提出了在需求侧和一些小规模资源综合利用现场直接建立相关的能源利用设施的必要性。从此,分布式能源(de)得到了发展。

何谓“分布式能源”

所谓“分布式能源”是指:在用户附近的或小规模资源综合利用现场建立的能源系统,它包括:能源综合利用和可再生能源设施,以及蓄能系统。在需求或资源现场根据用户对各种能源的不同需求,按照“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用”的供能方式,尽力扩大资源和温度利用空间,将输送环节的损耗降至最低,从而实现能源利用效能与效率的最大化。

形象地说,如果有一个医院需要各种能源,例如:电力、消毒蒸汽、采暖、制冷、空调的除湿和加湿、生活热水、烘干热气,甚至花棚里的气体肥料等。传统的方式是从电网架设电线,保障供电,再安装一台小型应急发电机来保障万一断电时的电力供应;从热力公司铺设热力管道,建设换热站保障冬季供暖;从天然气公司铺设燃气管道,并安装蒸汽和热水锅炉,以及热风机,解决消毒和炊事蒸汽、卫生热水和洗衣房烘干,以及冬季空调加湿的需要;使用电力制冷机组在夏季制冷。而在发达国家最新的解决模式是采用分布式能源系统,他们在医院里安装一台或几台小型或微型模块化发电机组,利用天然气和医院污水处理设施的沼气发电,将发电之后的废热通过余热

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