破解中国“能源困局”：开发氢能源

　　Hydric Energy: A Likely Solution to China’s Energy Dilemma

　　文/原新 陈瑜

　　2005年盛夏，“电荒”、“油荒”、“煤荒”接踵而至，能源困局凸现中国大地。电力不足导致东南沿海地区连续第三年大面积拉闸限电，人们难熬盛夏之苦；企业被迫采用错峰用电模式，“停四开三”，损失重大；政府机关严控空调温度，甚至以风扇取空调而代之。“电荒”尚未过去，“油荒”又席卷而来，从东南沿海到内陆省份，等待加油的车辆排起了长龙，“无油”标牌插满大半个中国。伴随着“电荒”、“油荒”，在中国最发达的华南、华东地区，煤炭供应持续告紧，最紧张时期，广东部分大型火力发电厂的煤炭储量仅够2天的用量。需求拉动导致全国煤矿超负荷开采，引发一系列严重矿难。能源供应短缺导致GDP 损失，发展速度降低，给百姓生活带来严重影响。人们不禁要问：中国的能源究竟怎么了？中国能源供给还能驱动中国经济高速发展的车轮吗？

　　高速发展的中国陷入“能源困局”

　　所有能源类别中，石油的消费比例最高，石油供应短缺对经济带来的负面影响最大。世界已经发生了三次“石油危机”：1973年10月第四次中东战争爆发，石油供应短缺，油价从每桶3美元涨到12美元，引起西方国家经济衰退，美国国内生产总值增长下降4.7%，欧洲下降2.5%，日本下降7%，首次出现经济增长停滞、通货膨胀的“滞胀”局面。1979-1980年伊朗爆发伊斯兰革命以及之后的“两伊战争”引发第二次石油危机，油价从每桶14美元涨到35美元。第三次石油危机始于1990年，因伊拉克入侵科威特导致海湾战争爆发，油价从每桶14美元上涨到40美元。三次石油危机，特别是前两次石油危机由于持续时间较长，极大地影响了世界经济的发展。

　　前两次石油危机，由于中国独立于国际经济体系之外，经济发展水平相对落后，基本没有受到冲击。第三次石油危机期间，中国石油基本能够自给自足，几乎没有波及到石油供应和油价。但是，1992年以后，中国经济开始进入快速发展阶段，自1993年起，成为石油净进口国。进入新世纪以来，中国石油的自供缺口进一步拉大，不得不从国外大量进口石油，除了1998年亚洲金融危机期间和2001年石油进口量略有下降外，其余年份进口量呈逐年上升态势：1998年进口量接近5000万吨；2003年首次突破1亿吨，超过日本，成为仅次于美国的全球第二大石油进口国和消费国；2004年又飙升至1.68亿吨。2003、2004年的增幅分别高达32.99%、40.75%。预计石油进口量还将继续增大。与此同时，油价在1999年达到每桶10美元的低谷后开始进入上升通道，2005年8月31日油价超过每桶70美元，2005年12月初仍保持在每桶60美元的高位，美国高盛投资公司预测油价将在2007年达到每桶105美元。

　　中国为购买石油付出了巨大代价，但是石油供应仍然趋紧。能源问题已成为制约中国经济发展的一个瓶颈，把中国拖入了“能源危机”的陷阱。

　　1、 能源使用效能低下。

　　产业结构限制、粗放式的发展方式、低水平上的重复投资等多方面的原因导致能源严重浪费，有数据证明中国的经济是全世界最浪费的经济。中国每百万美元GDP所消耗的能源是世界平均水平的3.1倍，日本的9倍，欧洲的5倍，美国的2.9倍，甚至高于许多发展中国家，如印度、巴西等。

　　2、 能源内部结构性矛盾日益突出。

　　由于石油所具有的宽沸点、高能量和低污染的品质，是各类能源中消费比例最高的能源。但是，中国能源消费结构中煤炭比例高达70％，石油仅占20％，天然气占2.5％，是世界上最大的煤炭生产国和消费国，产量占世界总产量的1/3，消费量占世界总消费量的28％。煤炭被称为“最脏的能源”，我国煤炭消费的一个主要特点是原煤的直接燃烧，燃烧产生大量有害气体和微尘颗粒，造成严重的大气和环境污染。中国已成为仅次于美国的全球第二大二氧化碳排放国，污染使得中国在外交、外贸方面面临巨大环境压力。《京都议定书》于2005年2月16日正式生效，中国作为发展中国家在第一阶段不承担有害气体减排义务，而且计划在2012 年之前新建562 座电厂，其中60% 以上为燃煤电厂，占世界总数的近一半，新建电站产生的有害气体将是《京都议定书》减少排放目标量的5倍，外电认为如果不加快调整能源结构，中国将彻底埋葬《京都议定书》。中国调整能源结构、减排有害气体的压力越来越大。

　　3、 以石油、天然气为代表的清洁能源供需缺口越来越大。

　　有专家预测中国还将以年均7％以上的速度高速发展30年。目前，中国已开始进入重化工业发展阶段，重化工业是高能耗产业，对能源的需求，尤其是以石油、天然气为代表的清洁能源还将高速增长。虽然人均能源消费量只是世界平均水平的1/2、美国的1/9，但是，中国已成为仅次于美国的第二大能源总量消费国。经济发展必然带来人民生活水平的提高和生活方式的变化，即使采用各种节能手段，中国能源消费总量和人均能源消费量都将大幅度提高，这种提高是刚性的。而且，由于石油、天然气的不可再生性，以及受资源条件的限制，国内石油、天然气供给跟不上需求的增长幅度。如果未来15年，我国国民经济以7%左右的速度发展，原油需求增速将达4-5％，天然气需求增速将达11-13%，同期国内原油和天然气产量的增速只有2%和10%，均低于需求增速，供需缺口逐年加大。资源约束刚性与能源需求增长刚性形成了尖锐矛盾。

　　4、 能源对外依存度的不断提高给中国能源安全带来极大隐患。

　　国内资源供给不足，中国能源不得不采取 “走出去”战略，到世界各地买油、购买油田、合作开采石油。2005年，中国石油和天然气对外依存度分别超过40％和50％。如果按照目前的需求增长速度，2020年将达到60%～70％，这是一个极其危险的比例。从国际市场购买石油需要三个前提条件。第一，相对于全球需求，必须有足够多的石油、天然气供应；第二，不存在石油垄断，可以公平交易，不受歧视；第三，中国与世界强国和石油主要出产国没有政治矛盾和利益冲突，不用担心石油被用来作为地缘战略的武器，不会受到禁运制裁，或者有足够强的军事实力在必要时保卫自己的海外石油利益。遗憾的是，这三个条件都难以满足。

　　首先，海外有观点认为世界已经或即将达到石油开采峰值点（peak oil），石油产量将不可避免的开始减少。据估计，按目前的开采速度，世界已探明的石油储量只可供开采41年。近10年来，每年新探明的石油储量很少超过100亿桶，其中可采量远低于探明储量，而每年石油消费增长量却超过200亿桶，其中1/3以上来自于中国的消费增长。即使还能发现新的油田、气田，按现有消费量估算，以石油、天然气为代表的全球化石能源也只可供开采60年左右。不仅如此，世界石油分布还极不平衡，中东地区就占68％的可采储量，其余依次为美洲、非洲、俄罗斯和亚太地区，存在事实上的石油垄断国家。石油作为一种战略物资，已成为部分石油输出国实现其政治意图的工具，石油公平交易难以保证。中国海外并购油气资源面临很多非经济因素的困难，步履维艰。如中海油185亿美元收购美国UNICOL石油公司、酝酿10年的中俄“安大线”石油运输管线、中石化收购俄罗斯尤甘斯克油气公司、里海石油公司和韩国仁川炼油公司等项目，都由于政治原因而失败。另一方面，在石油供应总量有限的情况下，中国并没有足够的政治、经济影响力，特别是军事实力来保卫海外石油利益。以中国能源“马六甲困局”为例，中国进口石油的80％要通过马六甲海峡，如果别国封锁马六甲海峡就扼住了中国能源进口的咽喉，而中国对马六甲海峡的控制能力却极其薄弱。在全球石油最大的源头中东地区，经过海湾战争和伊拉克战争，美国的势力急速扩大，包括中国在内的其他国家，很难再发挥有实质意义的影响力。

　　从以上分析可以得出中国“能源困局”的两个结论：第一，以石油、天然气为代表的清洁能源短缺是“能源困局”的主要矛盾。第二，外部因素加剧中国石油安全外部环境的恶化，长期大量进口石油难以保证，中国能源安全受制于人。

　　发展氢能源是破解中国“能源困局”的战略抉择

　　能源安全不仅是经济问题，更重要的是政治和军事问题，是实现国家安全、社会经济持续发展的重要保障，因而必须从根本上破解中国的“能源困局”。

　　走出“能源困局”有两个思路：一是“节流”，升级产业结构，采用新生产技术，转变经营方式，避免重复投资，降低能耗比，发展循环经济，建设节约型社会。二是“开源”，开发替代能源，减轻对常规化石能源的依赖，改变人类社会生活和生产方式，最终实现“能源革命”，此为治本之策。随着中国经济的高速发展，生活水平的提高，采用第一种方式，即使降低能耗比，但能源消耗总量仍然会持续上升，在常规化石能源供给总量一定的情况下，只是延长了能源使用的时间，推迟了常规化石能源枯竭时刻的到来，并不能从根本上解决能源短缺的问题。长远看，依靠化石能源的传统发展模式是不可持续的。由于中国人口、资源、环境和社会经济的基本国情，决定了开发替代能源的迫切性和必要性。

　　依据其来源，替代能源可分为两类。一类依赖于化石燃料，如核裂变产生的核能、“煤变油”技术和“天然气变油技术”产生的可燃性液体以及煤层气等。另一类不依赖于化石燃料，如氢能、太阳能、可控核聚变产生的核能、风能、水能、生物能、潮汐能、地热能等。前者最终是以化石能源为基础，并不能从根本上破解中国“能源困局”。如“煤变油”技术产生的可燃性液体有助于优化中国能源结构，但一旦煤资源消耗殆尽，可燃性液体也就成为无源之水；再如核裂变所必须的核原料，其储量如按现在的消耗速度只能维持70～80年，而且核废料的处理难度很大。尽管目前的核裂变技术的安全性很高，但是每个核电站都有可能因为受到军事袭击而成为另一个切尔诺贝利，导致严重的生命财产损失以及核污染。

　　在现在的科技水平下，除氢能之外的其他不依赖于化石燃料的替代能源各有其局限性。理论上说，可控核聚变可以永久地解决人类能源问题，但是，核聚变发电在技术上还有很大障碍，而且难以解决交通和工业所必需的可移动性能源问题。生物能源所需要的相关植物的种植要占用大量土地，受种植规模的限制，生物能源总量较少。水库水力发电、风力发电、太阳能发电和潮汐发电都属于可再生能源，但都有间歇性、难以储存和携带等缺陷，且受到客观条件的限制，难以成为主流能源。

　　在目前的认识水平下，氢能是能够给中国乃至世界带来“能源革命”、使人类彻底摆脱能源限制、具有根本性意义的替代能源。氢能具有燃烧热值高、可连续供能、可储存、可携带的特点。氢的单位燃烧热值是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氢燃料电池可满足交通工具的移动式能源需求，氢燃烧发电又可满足分布式能源需求，如工业用能和家庭用能。氢可以通过电解水取得，而地球70％的面积被水所覆盖，包括各类海水和淡水，水的总储量约14亿立方公里。水本身是可循环的，消费以后，通过大自然蒸发、降水、流动可以不断恢复和更新，从全球水圈来讲，总水量是恒定的。从这个意义上讲，水资源是不会耗竭的再生性资源，因而氢也可以看作不会耗竭的再生性资源。水分解只产生氢和氧，氢通过燃烧产生能量时与氧重新结合为水，整个过程是可循环的，中间不产生任何污染物，是可以再生的最清洁能源。氢能的使用既在数量上解决了人类发展面临的能源约束问题，又在后果上解决了能源使用所产生的负面效果，如大气和环境污染问题、核废料问题等。

　　人类对氢的物理化学性能已经非常了解，氢能源技术已接近成熟。可以用风能、太阳能和潮汐能等可再生的清洁能源发电，并用这种电力从水中制氢，这样就实现了整个过程的可再生性。按现在的发电成本计算，1公斤氢的成本是1.2美元，接近石油价格。如果利用太阳能、风能发电，然后电解水产生氢，成本将会更低。未来的趋势是常规化石能源价格不断上涨，而氢能由于制造工艺日益成熟，市场扩大导致规模效益逐步体现，氢能价格呈下降趋势。如果集中力量解决了氢的安全使用问题，降低氢能源成本，发明出以氢为能源的“氢动机”， 如同电动机的发明和使用推动了产业和技术进步一样，“氢动机”也将带动一系列的产业和技术进步。

　　人类利用能源的历史表明，一种新型能源的出现和能源科学技术的重大突破，都会带来经济飞跃，引起社会生产方式的革命，称之为“能源革命”。第一次“能源革命”以煤炭的广泛使用为特征，促进了蒸汽机的应用和发展，导致了人类社会发展史上第一次“工业革命”，人类社会开始进入工业化时代。第二次“能源革命”以电力普及为主要特征，电动机取代蒸汽机，电力成为工业基本动力，导致了以工业电气化为特征的第二次“工业革命”。伴随两次“能源革命”而发生的两次“工业革命”震撼了人类社会，使生产方式、生活方式等方面都发生了革命性的变化。氢能的广泛使用是一场新的能源革命，不仅可解决可再生能源问题，确保社会经济可持续发展的能源基础，还有可能带动一系列的产业、技术进步，对人类社会发展产生深远影响，从而有可能催生新的“氢能源工业革命”。

　　氢能源如能替代目前的常规化石能源，一可以破解中国“能源困局”，保证能源的供给自力更生，减少污染，确保中国可持续发展。二可以把储量有限的煤、石油、天然气资源作为化工原料，广泛应用于其他生产领域；三可以摆脱能源对国际市场依赖的挚肘，更容易争取到中国发展所需要的和平友好的国际大环境。

　　美、英等发达国家已经充分认识到了氢能的革命性意义，提出了以氢能源代替化石能源为特征的“氢经济”这一概念，其政府已经制定了国家的《氢能源发展战略》。美国政府2003年初宣布将投资超过100亿美元用于氢能源和氢燃料发动机的研究开发。通用汽车公司和壳牌石油公司等产业巨头都投入巨资研究开发氢能源和以氢为燃料的内燃机，现已有多家汽车公司开发出了以氢电池为能源的电力汽车。

　　中国已经启动了氢能源的研究和开发，但处于分散的单打独斗状态，没有集中力量，缺乏重点突破、整体推进的发展规划。中国已通过了《可再生能源法》，即将于2006年1月1日开始实行，但是没有明确氢能在中国发展替代能源中的主要地位和最终地位。中国应加快制定《氢能源发展战略》，改变目前对发展各种替代能源平均用力的状态，将人力、物力重点投入到氢能开发。将来，氢能应成为主流能源，其他替代能源应主要用作电解水制氢所需要的电力，如把间歇性的、难以储存的风能、太阳能转变为可连续供能、满足移动使用要求、可储存的氢能。在操作层面要采取以下措施：

　　1. “氢能源革命”涉及国民经济各部门，有必要成立跨部门的、负责推进氢能源发展战略的专门执行机构，直属国务院，协调财政、金融、税务、科技、能源、交通、工业等政府部门和企业的立场，排除在氢能源推广过程中来自不同利益集团的阻力。制定统一的技术标准，推出鼓励氢能生产和消费的政策，如财政贴息贷款、税收优惠、氢能源使用的消费补贴、氢能源使用设备的生产补贴等，通过制度安排建立有利于“氢能源革命”的社会大环境。

　　2. 依托在氢能研究开发和应用方面处于领先地位的机构，扶大扶强，集中人力物力，对氢能的安全性、生产、贮运、转化及应用诸环节存在的难点进行科技攻关，优化制氢工艺，研制制氢设备和交通、工业、生活等不同领域应用氢能所需的设备。

　　3. 在氢能的生产、应用等方面取得一定突破后，以控制石油进口总量的方式控制石油供应量，提高石油价格，通过市场手段鼓励社会转向应用氢能。

　　4. 动员社会力量参与，吸纳社会资金，采用政府贴息贷款、税务优惠等手段鼓励和引导企业投入到氢能研究、开发和使用中来。

　　5. 加大媒体宣传力度，让民众了解“氢能源革命”对实现中国可持续发展、破解“能源困局”的革命性意义，以各自不同的方式支持氢能的推广和使用。

　　有学者认为中国“氢能源革命”将耗时30～40年，分为3个阶段：

　　第一阶段：(1)研制和生产利用太阳能、风能发电的设备和制氢设备以及氢的储运系统，主要目标是降低氢的生产、储运成本，确保应用安全。(2)研制交通工具（首先是汽车）所需的氢动力发动机，启动氢能源在工业领域的应用研究。(3)进行制氢和氢动力汽车生产的中间实验。

　　第二阶段:(1)完成汽车动力从汽油、柴油到氢动力的转换。(2)进行其他交通工具(船舶、火车和飞机)的氢能发动机中间实验。(3)研制氢能源工业和生活应用的设备和工艺，如发电、水泥、冶金、玻璃、陶瓷、工业锅炉、生活供热、制冷所需的氢能源设备研制、工艺研究和中间实验。(4) 建立以风能和太阳能发电制氢为主、小水电和潮汐能制氢为辅的氢能源生产基地，基地可选择在风能、太阳能丰富的西部地区和沿海风能富集地区。

　　第三阶段:全面实现以“氢能源革命”为基础的工业革命，除少数例外(如军用产品)，整个国民经济和人民生活以氢能作为能源基础，矿石燃料将主要用做化学工业原料。

　　想一想蒸汽机带来的第一次工业革命使英国领先世界，中国如率先实现“氢能源工业革命”，也将在这场新的国与国竞争中处于领先地位。中国要抓住难得的历史机遇，充分利用“举国体制”和后发优势，尽快制定“氢能源工业革命”的整体方案，集中资金和人力资源，如同实现“两弹一星”和航天技术的突破一样，实现氢能源技术的突破，争取在本世纪中叶领先世界实现“氢能源工业革命”，实现中华民族的伟大复兴。

(责任编辑：李淑琴)