新能源开发利用的意义范文
时间:2023-12-22 17:50:23
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篇1
关键词:新能源;发展;能源;强度;经济增长;影响
现阶段,随着各国经济实力的不断增强,各国对能源的需求量已经越来越大,导致全球的能源不足,从而引发一系列的自然灾害。为了减少对非再生能源的使用,减少自然灾害发生的频率,世界各国开始了能源开发的进程,并且在近几年来取得了不错的效果。众所周知,目前我们普遍用的太阳能,就属于新能源的一种。新能源还包括,风能、海洋能、潮汐能等等,这些新能源的使用,充分的体现出了能源综合利用的效益,为全球环境的保护以及能源的节约提供了一定的保障。
一、新能源与能源强度介绍
1.新能源介绍
(1)新能源的内容
通常,新能源是指在新技术基础上开发利用的一些可再生能源,例如,太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等,除了这些以外,新能源还包括氢能、沼气、酒精、甲醇等。由于常规能源由煤炭、石油天然气等组成,它们的长期使用,导致了环境问题的日益突出,为此,以环保和可再生为特点的新能源在当前已经被越来越多的应用。
(2)新能源的特点
新能源的特点有很多,具体而言,系能源的资源比较丰富,可再生性比较强,可以供人类永续的利用,例如风能。据估计,可被开发利用的风力资源为253GW, 但是,到2003年,只有0.57GW风能被开发利用起来,预计到2010年可以利用的达到4GW。可见,风能的开发利用可以说是无穷无尽的,并且可以保证人类的长期开发利用。另外,新能源的能量密度比较低,需要大的空间进行开发利用;新能源的开发利用对环境的应先个比较小,含碳量很少,这为环境保护提供了保障。同时,新能源还有着分布广泛的特点,有利于能源的分散利用。新能源的特点还有很多,人类在对新能源不断的开发中获得了很多的利益,同时,也为社会经济的增长提供了保障。
2.能源强度介绍
“能源强度”,也被称之为“单位产值能耗”,它是指一个国家或地区、部门或行业单位产值在一定的时间内所消耗的能源量。另外,从国家的角度上分析能源强度的涵义,则为国内一次能源使用总量或最终能源使用与国内生产总值之比。可见,能源强度所反映出来的是,我国经济的发展对能源的依赖程度,并且,能源强度受一些列的的影响,如,经济结构、经济体制、技术水平等,这些影响因素导致了能源强度不断的发生变化,影响着各国社会的发展。
二、新能源的发展对能源强度以及经济增长的影响
当前,由于新能源的不断开发利用导致对能源强度以及经济的增长产生了一定的影响,同时,新能源的开发利用也为世界和平以及环境的和谐发展奠定了基础。
1.新能源的开发利用对能源强度的影响
由于能源强度代表着“单位产值能耗”,而新能源的开发利用不仅可以弥补常规能源的不足与空缺,对环境的损害很小,适合当前的社会发展的要求。同时,新能源的利用,减小了单位产值能耗,换言之,新能源的使用,减小了对资源的消耗,却又很大程度上增加了其中的经济收入,以我国为例,新能源的开发利用为我国的国民经济的发展带来了保障。
2.新能源的发展对经济增长的影响
新能源自身具有取之不尽用之不完的特性,这就决定了系能源具有长期性的特点。新能源在使用的过程中,它的成本较常规能源来说比较低,重复使用性强,从企业的发展角度而言,新能源的使用有效的提高了企业经济的发展效率,为企业长期稳定的发展奠定了基础。从国民经济发展的角度而言,新能源的开发利用,一定程度上减少了能源开发成本,也推动了新能源产业在我国不断的兴起,为企业的经济发展提供了一定的经济保障,与此同时,在企业经济不断发展的过程中,我国国民经济也得以不断的发展。从环境的角度而言,新能源的开发利用其目的在于减少环境的压力,减少自然灾害的发生频率,同时,对与人类来说,环境的不断转换,为人民群众的身体健康提供了保障,新能源使用可以减少大量的车辆以及工厂等对环境的污染,也减少了非可再生资源的利用。
可见,新能源的开发利用可以一定程度上改变当前我国的能源消费的结构,同时也降低了煤炭等一些非可再生能源在人们日常生活中的使用,真正的做到了多年以来所呼唤的节能减排。另外,新能源产业的产生,是当前我国最具前景的与长久发展的新兴的产业,对促进我国的产业结构不断的升级,推动我国的低碳经济的发展有着重要的意义。
但是,在实际新能源的开发利用当中,单纯的去加大对新能源开发的投资成本,并不是一个科学的举措,由于单纯的去加大对新能源开发的投资成本,对能源强度的控制并不是那么容易掌握,所以,企业在新能源的投资方面要适度的掌握投资成本,根据企业的发展的实际情况而确定投资成本的多少。一旦对新能源开发的投资超过了企业经济发展的自身的符合能力,就会使整个企业的经济系统瘫痪,为企业的发展带来巨大的负面的影响,同时,也会对社会经济的发展带来消极的影响。
三、结语
目前,随着世界各国经济的不断发展,为了保持经济的稳定,各国开始不断的开发常规能源,破坏了环境,从而引发了一系列的环境问题,尤其在近几年来,自然灾害频发,给人民的生活带来了一定困扰。为此,世界各国开始认识到了只一点,在科技的不断发展之下,开始开发利用新能源,即可再生能源,这些能源的使用一定程度上缓解了环境的问题,并且,各国将新能源的开发利用代替了常规能源的开发利用,不仅减小了开发投资的成本,还对环境起到了保护的作用,为世界的和平以及全球的环境和谐发展奠定了良好的基础。
参考文献:
[1]王栋,潘文卿等,中国产业CO2排放的因素分解:基于LMDI模型[J].系统工程理论与实践,2012(32).
篇2
关键词:新能源 存在问题 发展对策
新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源,包括太阳能、风能、生物质能、地热能、氢能、潮汐能以及海洋表面与深层之间的热循环等,此外还有沼气、酒精、甲醇等。
针对甘肃新能源发展存在的一系列问题,诸如新能源技术尚不成熟,成本相对较高,产业化进程受到制约;新能源产业存在诸多应用障碍制约;行业金融支持力度不够,企业进入积极性不高;甘肃深居西北内陆,大部分地区气候干燥,水资源短缺,将限制新能源产业的进一步发展等等,提出以下发展对策:
一、加大研发投入力度,有序推进新能源产业化和市场化进程,降低成本
科学技术是第一生产力,对处于技术变革迅速的新能源产业尤其如此。甘肃省应加大研发投入力度,建设重点实验室、工程中心、检测中心、培训中心等基地,切实加强新能源基础和应用研究,高度重视实用技术和集成技术的研发和创新,提高太阳能、风能、生物质能等新能源的基础理论研究水平。建立以科研院所、高等院校和具备一定研发能力和经济实力的企业为主体的研发基地,邀请国内外知名专家参与,建立甘肃省新能源研究基地,促进新能源产业快速发展。
只有实现新能源的大规模产业化和市场化,才有可能使新能源的利用成本降至具有竞争力的水平,为新能源普及打下基础。在新能源开发成本较高、使用不便的情况下,推进新能源产业化和市场化必须由政府作为推手,措施涉及电价、技术转化、税费减免、财政补贴、投资融资等,要对各种新能源的不同特点进行充分分析,分门别类地制定合适的激励政策。
二、适应终端能源需求的趋势,优化能源结构,处理好新能源产业链接问题,解决新能源的应用障碍
现代化进程使人们已经习惯于使用电力、汽油、柴油等二次能源,并由此形成了完整的生产、生活模式。从发展的趋势看,电力作为二次能源的载体地位不会改变,改变的只是产生电力的一次能源来源;人类以汽车、轮船、飞机作为交通工具也不会发生根本性改变,改变的只是实现这些交通工具功能的动力来源。因此,新能源发展必须做好下游产业链的衔接工作,特别是风能、太阳能发电的并网工作。
甘肃长期以来能源结构以煤为主,以至造成能源效率低下,环境污染严重。从未来走势看,由于对优质能源消费增加迅速,将出现由需求推动的结构性变动。但是“煤为基础”是一个难以在短期内转变的现实,我们也不可能长期维持“一煤单挑”,所以需要在一定时期内初步形成结构多元化的局面,使优质能源的比例得到提高。与此同时,也必须看到重化工业既是甘肃的支柱产业,也是甘肃的优势产业。随着工业化、城市化阶段的到来,必将带动对电力、煤炭、石油等的大量需求,主观地调整轻重工业的比例去降低能源依存度是不符合产业发展规律和甘肃实际的。所以甘肃可以发展先进制造业和现代化服务业作为产业结构优化升级的主要手段,在一些低位产业中积极采取产品结构升级、增加技术含量,降低能源依存度的同时,积极发展新能源产业、信息产业、生物产业等面向未来的战略产业。如此双管齐下,无论是经济还是新能源都能更好、更有效地发展。
三、建立新能源的资金保障体系,调动企业进入的积极性
通过实施新能源成本均摊制度以解决制约新能源发展的市场制约因素。目前,我国应从政府投入、资金补贴、税收优惠等方面积极向市场化方向转变。我国应加大风险投资在新能源领域的融资规模;借鉴国外绿色证书交易模式,在国内各省市间建立市场化的激励机制,调动资源丰富地区开发利用新能源的积极性;同时还应积极发展创新型融资产品,如与政府减排目标、能源价格等标的挂钩的指数型债券,通过补偿机制有效规避新能源发展中的政策风险和市场风险。
四、设立水资源调节基金
甘肃省加快新能源产业发展过程中,要有效缓解水资源短缺和新能源开发的矛盾,从劣势中发现优势、从挑战中把握机遇,走出一条适宜的水资源优化配置的路子。从劣势中看,尽管水资源短缺,但是农业用水相对丰富,可以通过市场方式从农业中匀出一部分给工业;从挑战中看,技术的进步、节水设施的推广可以一定程度上提高水资源的利用率。建立和完善国家水权制度,充分运用市场机制优化配置水资源,充分发挥水价的调节作用,兼顾效率和公平,大力促进节约用水和产业结构调整。
五、加强国际合作与交流,完善新能源的有关法规
目前,一些发达国家在新能源技术领域走在前面,我们应加强与这些国家在新能源技术方面的合作,积极探索与发达国家之间,企业之间,学术、研究、管理、培训机构之间的合作伙伴关系,开展具体项目技术合作、经验交流及能力建设等形式的合作活动。法律的有效实施能使政府引导和市场运作相结合,为新能源同常规能源竞争创造公平的市场环境,引导和激励各类经济主体积极参与到新能源的开发利用中。但是我国新能源的相关政策体系还不完整,新能源发展的政策缺乏配套性、衔接性,特别是缺乏细则。虽然颁布了《可再生能源法》,但相应实施细则和扶持政策,却未能及时出台。此外,各地政府缺乏相应的法律政策,不能很好地贯彻中央的政策。为此,应制定保障促进与新能源开发利用的相关法律,依法明确各类主体在新能源开发利用中的权力和义务,制定有利于新能源发展的价格、投资、税收、财政等方面的法律制度运用法律手段推进新能源的开发利用。因此,要采取多种方式建立新能源技术开发的长期国际合作机制,通过合作开发,加速新能源技术的利用和产业发展。
参考文献:
[1]马继民.低碳经济背景下甘肃新能源发展思考[J].甘肃社会科学,2010,(5).
[2]张亮.我国节能与新能源行业的金融支持问题[J].开放导报,2009(4)
[3]张有贤,蔡敏琦,安学勤.甘肃省能源利用存在的问题及解决对策[J].兰州大学学报,2006(06)
篇3
关键词:新能源;税收政策;国际经验
中图分类号: F206;F810.422 [文献标识码] A 文章编号: 1673-0461(2012)04-0070-04
一、完善新能源税收政策的意义
全球经济发展带来能源消耗迅速增长,传统化石能源的供求矛盾日益突出,使用化石能源给生态环境带来的压力也日渐沉重。我国是一个能源消费大国,大量传统化石能源的使用导致环境污染严重,制约了我国的可持续发展。因此,加快新能源的开发利用,提高新能源的消费比重,对于促进节能减排、实现可持续发展都具有重要意义。
新能源产业是一种具有正外部效应的产业。与传统能源相比,新能源的开发与生产前期投入比较大,短期内经济效益不明显,对于市场经济条件下理性的经济个体而言,主动选择新能源产业则意味着一定时期内的经济投入与经济效益预期不一致(朱晓波,2010)[1]。针对新能源产业发展中的这种“市场失灵”现象,必须通过政府的政策干预来解决,而税收政策就是一种有效的调控手段。政府可以通过削减税率、投资抵免、加速折旧、亏损弥补等税收优惠政策降低新能源开发成本,鼓励对新能源的投资,促进新能源产品的生产与供给。目前我国的新能源产业尚属于幼稚产业,大多数新能源技术还处在研究开发阶段,生产规模和市场需求都比较小,因此更需要国家通过有效的税收政策加以支持。
二、当前我国新能源税收政策的基本现状和不足
(一)我国新能源税收政策概况
(1)增值税方面:①对属于生物质能的城市生活垃圾发电实行增值税即征即返政策,对风力发电实行增值税减半征收①;②对县以下小型水力发电单位生产的电力,按6%的税率计算缴纳增值税,对部分大型水电企业实行增值税退税政策;③对国家批准的定点企业生产销售的变性燃料乙醇实行增值税先征后退。
(2)消费税方面:对国家批准的定点企业生产销售的变性燃料乙醇实行免征消费税政策②。
(3)企业所得税方面:①对综合利用废弃资源如地热、农林废弃物生产电力、热力的内资企业,在5年内减征或免征所得税;②对符合相关政策规定的新能源利用的内资企业实行加速折旧、投资抵免等方面的税收优惠;③对设在国务院规定地区的外商投资企业,属于可再生能源电力利用项目的,可以按15%的税率征收企业所得。
(4)进口环节税收方面:对国内投资项目和外商投资项目进口部分的新能源设备,如风力发电机与光伏电池,在规定范围内免征进口关税和进口环节增值税。
(5)地方性税收方面:一些地区以加快新能源设备折旧的方式来提供税收优惠,还有一些地区对风电机占地减免城镇土地使用税。
(二)我国新能源税收政策的缺陷
首先,我国现行的税收政策在促进新能源发展方面缺少系统性。相关的税收优惠主要体现在增值税和企业所得税的减免、关税和消费税的免征方面。优惠对象也仅限于少数新能源、少数项目。
其次,现行新能源税收政策体系的权威性、稳定性弱。主要是现行的有关税收政策大多体现为部门的临时性文件、法律层级太低、税务部门执行强制力不够、纳税人的预期也不够(肖江平,2006)[2]。
再次,当前税收手段的运用过于简单化,对促进新能源发展的调控功能较弱。这主要体现在两方面:一是优惠政策集中于生产环节,而相对忽略了对消费环节的激励;二是政策侧重鼓励新能源发展,而对抑制传统能源消费的调控力度欠缺。
最后,有些新能源税收政策在设计过程中未能充分考虑新能源产业发展的实际情况,导致政策针对性不强。例如,根据目前企业所得税法,符合条件的环境保护、节能节水项目的所得,自项目取得第一笔生产经营收入所属的纳税年度起,第一年至第三年免征企业所得税。但是从新能源企业自身的营利发展特点看,最初几年难有盈利,因此企业实际上享受不到3年免税期的优惠待遇。
三、新能源税收政策的相关国际经验介绍
近年来,发达国家和一些发展中国家都十分重视新能源对未来能源供给的作用,纷纷采取各种措施支持新能源的技术开发、市场开拓和推广应用,而税收政策就是其中一种重要的政策支持工具。这些国家的新能源税收政策对我国具有一定的借鉴意义。
(一)美国的新能源税收政策
美国是目前世界上新能源税收政策体系最为完善的国家,各种税收政策的涉及面广,体系较完整。具体来看,其主要内容包括:
1. 直接减税
美国联邦政府规定,对太阳能和地热项目永久性减税 10%(电力公司除外),对风能和生物质能发电实行为期 10 年的产品减税,对于符合条件的新能源发电系统并属于州政府和市政府所有的电力公司和其它非盈利的电力公司给予为期10年的减税,等等。
2. 加速折旧
《1978年能源税收法》规定新能源企业可以获得各种各样的税收优惠政策和五年的加速折旧方案。
3. 企业所得税抵免
(1)技术开发抵税。开发利用太阳能、风能、地热和潮汐的发电技术,投资总额的25%可以从当年的联邦所得税中抵扣,同时其形成的固定资产免交财产税。(2)生产抵税。风能和闭合回路生物质能发电企业自投产之日起10年内,每生产1千瓦时的电能可享受从当年的个人或企业所得税中免交1.5美分的待遇。2003年,美国将抵税优惠额度提高到每千瓦时1.8美分,享受税收优惠的新能源范围也从原来的两种扩大到风能、生物能、地热、太阳能、小型水利灌溉发电工程等(张正敏,1999)[3]。
篇4
【关键词】可再生能源;存在问题;解决措施
1.能源资源状况
(1)小水电:全县有大小河流7条,大多数属平原季节性人工河流,主要作用是抗旱排渍,自然落差不大,水能理论蕴藏量不大,只有2100kw,可开发量1700kw。
(2)太阳能:全县年日照1995小时左右,日照率为46%,太阳能年总辐射量0.45MJ/cm
(3)风能:年平均风速2.3米/秒,相当于2级风,开发利用价值不高。
(4)生物质能:农作物秸秆仍是吉水县农民生活用能的主要来源,每年用作生活用能的农作物秸秆16.8万t,占总量的68.7%,返田作肥料占31.3%;薪柴是农村广泛使用的传统生物质能,薪柴资源包括薪炭林、防护林、速生用材林、灌木林、疏林和“四旁”树等,全县薪柴开发总量为3.99万t,随着国家封山育林及林业加工业的发展,薪柴可用作农村生活用能量日趋减少;全县生猪存栏9.35万头,鸡10.6万羽,年产生畜禽粪便9.1万t,可利用量为15.1万t。
从以上可以看出,吉水县能源资源构成特点是:煤炭等化石能源极度缺乏,生物质能、太阳能等可再生能源资源丰富,新能源开发潜力大。
2.农村能源消费特点
生活用能的需求与生活水平密切相关,长期以来,农村地区生活用能主要靠当地秸秆和薪柴,采取直接燃烧方式,能源有效转换率仅有10~30%,造成能源利用的低效和浪费,能源缺乏与浪费之间矛盾突出。随着农村社会经济发展,吉水县农村生活能源使用出现了新趋势,呈现出“三减三增”特点:一是自及自足能源消费减少,商品能源消费增加;二是秸秆能源消费比例减少,液化气、煤等化石能源消费比例增加;三是高能耗用能方式逐步减少,可再生能源利用不断增加。
3.可再生能源开发利用现状
我国农村地区生物质能、太阳能资源丰富,蕴含着发展新能源的巨大潜力。经过多年发展,可再生能源开发利用已经取得了很大的进展,太阳能和沼气等可再生能源在吉水县农村已经得到广泛应用。
3.1生物质能开发
(1)沼气。沼气是我国广大农村地区开发应用的一种技术成熟的可再生能源,到2010年底,全国已经累计建成户用沼气超过4000万户,受益人口达1.55亿人。沼气是有机物在缺氧条件下通过厌氧微生物的发酵作用产生的混合气体,其中甲烷约占55~75%,1m3沼气相当于0.7~0.8kg标煤,热值较高,燃烧后只产生和CO2和H2O,是一种高品位的清洁能源。
二氧化碳和甲烷是产生温室效应的主要气体,每年可减少二氧化碳排放1.07万t,甲烷0.102万t。
沼渣中含有丰富的有机质、腐殖酸和矿物质灰分,改良土壤功效十分明显,其中有机质含量36.9%~49.9%,腐殖酸10%~24%,粗蛋白5%~9%,全N0.8%~1.5%,全P0.4%~0.6%,全K0.5%~1.2%;沼液含有多种速效营养成分。
沼渣沼液可广泛用于作物浸种、叶面喷肥、基肥或用于防治作物病虫害,也可作为家畜添加剂和鱼铒料,具有较高经济价值。用沼液浸种,水稻增产9.4%,玉米增产9.35%;沼液作叶面喷肥,密柑单株增产20.2公斤,茶叶喷施沼液能够促进茶叶株高增长,增加茶叶的百芽重和单叶重,促进茶树增产,增产率为9.0%。沼液、沼渣综合利用已成为农业增收、农民增效的一个新亮点。
(2)农作物秸秆及薪柴。
秸秆及薪柴具有体积大、密度小、热值不高的缺点,远距离输运成本大,堆放在房前屋后影响村容村貌,将其进行气化或压缩处理做为燃料是提高利用效率可行办法。
①秸秆气化。秸秆气化是采用一种生物质热解技术,先将农作物秸秆等生物质原料切碎,在缺氧条件下,使秸秆不充分燃烧,产生大量的氢气、甲烷和一氧化碳等可燃气体。一个4口之家每月需要燃烧秸秆130kg,每100kg燃料费用为13~15元,每农户月燃料费16.9~19.5元,秸秆气化成本明显低于其他常规燃料。秸秆的平均含硫量只有0.38%,远低于煤的含硫量(约1%),秸秆气化使用方便,清洁卫生,可以部分代替高品位商品能源。
②固化成型。将秸秆或薪柴干燥粉碎后,经过成型机械挤压成密度为0.8~1.2t的柱状或颗粒状燃料,1t成型燃料相当于0.429~0.571t标煤。是一种能代替燃煤的新型低碳、节能、环保燃料,具有燃烧热效率高、使用安全、清洁环保、节省空间等优点。
3.2太阳能利用
①太阳能热水器。在太阳能利用方面,应用最广泛、技术最成熟的是太阳能热水器,已经实现了产业化和市场化。每平方米太阳能热水器年可替代标煤150~180kg,2009年全国农村太阳能热水器保有量2955.56万台,面积已达4997.06万m2, 嘉鱼县农村太阳能热水器普 及率已达11%。一台太阳能热水器全年可节电1.8GJ(约512kwh),按本地农村电价0.6元/度计,每台热水器全年可节约307.2元,农户6~7年就可收回投资,而太阳能热水器使用寿命可达15a。
②太阳能路灯。太阳能路灯主要是通过太阳能板的光生伏特效应原理,白天吸收太阳能光子能量产生电能储存,夜幕降临时产生照明。太阳能路灯不需要架设输电线路,不用专人管理和控制,技术和经济效益上可行,一次性成本回收较快,节能效果显著。
③太阳能温室大棚。不仅在瓜果蔬菜、花木苗圃等种植业上广为应用,在水产养殖、畜禽饲养等方面的应用也不断扩大,对提高农牧业产量、增加农民收入起了很大作用。
4.新农村发展可再生能源的现实意义
在新农村建设中,因地制宜,合理开发利用农村可再生能源,对促进农村经济社会发展有重要意义。
4.1有利于构建资源节约型环境友好型社会,促进生态文明建设
以沼气为纽带的农业生态建设,使农业废弃物得到循环利用,延长了农业生态链,既生产了清洁能源,又提高了农业经济效益;开发利用太阳能,既能有效提供安全、无污染的清洁能源,又能促进农业生产,改善生态环境,因此发展包括太阳能、生物质能等在内的可再生能源,不仅使农村资源得到有效利用,而且促进了生产、生活、生态协调发展。
4.2有利于优化农村用能结构,促进节能减排
农村广泛使用沼气、秸秆气、太阳能等清洁能源,是农民现代文明生活的一个缩影。目前形势下,越来越多的国家面临着减排问题,逐步会将减排成本纳入考量的范畴,传统能源的成本将显著上升,发展可再生能源,符合减排趋势。
4.3有利于发展农业循环经济,转变农业增长方式
大力推广猪—沼—菜(粮、鱼、果)生态利用模式,以沼气为纽带,把养殖业和种植业有机结合起来,把养殖业产生的废弃物转换成清洁能源和高效有机肥料,既解决农村燃料问题,又减少了农药使用,培肥了地力,还提高了农产品品质,增加了农民收入。
篇5
关键词:新能源资源潜力发展现状对策建议
新能源的特征与分类
新能源是相对常规能源而言的,一般具有以下特征:尚未大规模作为能源开发利用,有的甚至还处于初期研发阶段;资源赋存条件和物化特征与常规能源有明显区别;开发利用技术复杂,成本较高;清洁环保,可实现二氧化碳等污染物零排放或低排放;资源量大、分布广泛,但大多具有能量密度低的缺点。根据技术发展水平和开发利用程度,不同历史时期以及不同国家和地区对新能源的界定也会有所区别。发达国家一般把煤、石油、天然气、核能以及大中型水电都作为常规能源,而把小水电归为新能源范围。
我国是发展中国家,经济、科技水平跟发达国家差距较大,能源开发利用水平和消费结构跟发达国家有着明显不同,对新能源的界定跟发达国家也存在着较大差异。小水电在我国的开发利用历史悠久,装机容量占全球小水电装机总容量的一半以上,归为新能源显然是不合适的。核能在我国的发展历史不长,在能源消费结构中所占比重很低,仅相当于全球平均水平的八分之一,比发达国家的水平更是低得多,核能在我国应该属于新能源的范围。
根据以上分析,可以把新能源范围确定为:太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能、天然气水合物、核能、核聚变能等共9个品种。生物质能在广义上分为传统生物质能和现代生物质能,传统生物质能属于非商品能源,是经济不发达国家尤其是非洲国家的主要能源,利用方式为柴草、秸秆等免费生物质的直接燃烧,用于烹饪和供热;现代生物质能包括生物质发电、沼气、生物燃料等,是生物质原料加工转换产品,新能源中的生物质能仅指现代生物质能。传统生物质能和大中小水电可称之为传统可再生能源,太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能则统称为新型可再生能源,是新能源的主要组成部分。
资源评价
跟常规能源相比,新能源最显著的优势就是资源量巨大(见表1)。太阳能是资源量最大的可再生能源,即使按最保守的可开发资源量占理论资源量1%计算,每年可供人类开发的太阳能也有1.3万亿toe,约相当于目前全球能源年需求量的100倍。风能的可开发资源量较低,但开发技术难度和成本也较低,全球陆上风电年可发电量约53亿kWh,相当于46亿toe。生物质能可开发资源量为48~119亿toe,不过由于存在粮食安全和环境问题,可开发资源量难以全部转化为能源。地热能的热源主要来自于长寿命放射性同位素的衰变,每年的再生量可达200亿toe以上。按照目前的技术进展情况,全球40~50a内可开发地热资源为1200亿toe,10~20a内可开发地热资源为120亿toe。海洋能资源量并不算丰富,按照全球技术可装机容量64亿kW、年利用2000小时计算,只有11亿toe。天然气水合物属于新型的化石能源,资源量相当于传统化石能源资源量的2倍,达20万亿toe。全球铀矿资源量为992.7万t,如果用于热中子反应堆,所释放的能量约相当于1400亿toe,而如果用于快中子反应堆,所释放的能量可提高60~70倍。核聚变所消耗的燃料是氘,海水中的氘有40万亿t,理论上可释放出的能量为3万亿亿toe,按目前能源消费量计算,可供人类使用200亿年以上。氢能的制备以水为原料,燃烧后又产生水,可无限循环利用,既是二次能源也可在广义上称之为可再生能源。
从以上数据可以看出,能源资源完全不存在短缺或枯竭问题,人类需要克服的最大障碍是开发利用的技术和成本问题。随着技术的进步和能源价格的上涨,目前不可开发的新能源资源有可能变为可开发资源,因此,对新能源来说,理论资源量是相对不变的,而可开发资源量却可能会大幅度增加。
开发利用现状
不同种类的新能源在资源分布、技术难度、使用成本等多方面存在相当大的差异,因而新能源的开发利用程度各不相同。在新型可再生能源中,太阳能、风能、生物质能和地热能发展势头良好,已经进入或接近产业化阶段,尤其是太阳能热水器、风电以及生物燃料,已经形成较大的商业规模,成本也降至可接受水平。核能技术已经成熟,核电在国外已过发展高峰期,在我国则刚刚兴起。核聚变、氢能、天然气水合物、海洋能仍处于研究和发展之中,距离商业化还有较大距离。
截止到2009年2月,全球核电装机已达3.72亿kW,年发电量2.6万亿kWh,在全球一次能源结构中的比重约为6%左右。相比而言,新型可再生能源的开发利用程度还很低,以2006年为例,其在全球一次能源供应量中的比重仅为1%左右,占全部可再生能源的比例也仅为8%左右。2007年,全球新型可再生能源发电装机量为1.65亿kW,相当于全球电力装机总容量的3.7%(见表2)。德国、美国、西班牙、日本等发达国家的可再生能源产业化水平已达到较高程度,其市场规模和装备制造水平跟其他国家相比具有明显优势。我国也是世界重要的可再生能源大国,太阳能热水器产量和保有量、光伏电池产量、地热直接利用量以及沼气产量都位居世界第一。不过,我国对新型可再生能源的开发多集中在技术含量较低的供暖和制热领域,在可再生能源发电技术水平和利用规模方面跟国外相比还存在较大差距。我国新型可再生能源发电装机容量仅为905万kW,占全球5.5%,远低于我国电力装机总容量占全球16%的比重。
我国发展新能源的政策建议
我国是世界第一大碳排放国、第二大能源消费国、第三大石油进口国,发展新能源具有优化能源结构、保障能源安全、增加能源供应、减轻环境污染等多重意义,同时也是全面落实科学发展观,促进资源节约型、环境友好型社会和社会主义新农村建设,以及全面建设小康社会和实现可持续发展的重大战略举措。我国政府把发展新能源上升到国家战略的高度而加以重视,陆续出台了多部法律法规和配套措施。
从近几年的总体发展情况来看,我国新能源发展势头良好,增速远高于世界平均水平,不过由于种种原因,新能源发展过程中的许多障碍和瓶颈仍未消除,主要表现在:资源评价工作不充分,技术总体水平较低,成本跟常规能源相比不具备竞争力,产业投资不足,融资渠道不畅,市场规模偏小,公众消费意愿不强,政策法规体系不够完善。结合国内外新能源发展的历史和现状,借鉴全球各国新能源发展经验,针对目前我国新能源发展过程中存在的问题,特提出如下对策建议。
(一)正确选择新能源发展方向
根据资源状况和技术发展水平,确立以太阳能为核心、核能和风能为重点的发展方向。太阳能是资源潜力最大的可再生能源,化石能源、风能、生物质能及某些海洋能都间接或直接来自于太阳能,地球每年接收的太阳辐射能量相当于当前世界一次能源供应量的1万倍。我国的太阳能热利用已经走在世界最前列,太阳能光伏电池的产量也已经跃居世界第一,不过在太阳能光伏发电方面却与光伏电池生产大国的地位极不相符。我国应进一步扩大在太阳能热利用方面的优势,同时把发展并网光伏和屋顶光伏作为长期发展重点。风能是利用成本最低的新型可再生能源,风电成本可以在几年内降低到常规发电的水平,目前已经初步具备市场化运作的条件。我国风力资源较丰富的区域为西部地区及东部沿海,属于电网难以到达或电力供应紧张的地区,发展风电应是近期和中期的努力方向。核燃料的能量密度远高于常规能源,核电站可以在较短时间内大量建造,迅速弥补电力装机缺口,最近国家发改委已经把核电规划容量提高了一倍多。
(二)加大新能源技术研发力度
我国从事新能源技术研究的机构分布在上百个高校和科研机构,数量虽多,但由于力量分散,具有世界水平的研究成果并不多。建议整合具有一定实力的新能源研究机构,成立中央级新能源科学研究院。抓住当前因金融危机而引发全球裁员潮的有利时机,积极创造条件吸引国外高端研究人才。以新能源重大基础科学和技术的研究为重点,加强科研攻关,尽快改变我国新能源科学技术落后的面貌。密切与国外的技术合作与交流,充分利用CDM机制,注重先进技术的引进并进行消化吸收与再创新,努力实现技术水平的跨跃式发展。
可再生能源大多具有能量密度低、资源分布不均衡等缺点,对其进行低成本、高效率利用是新能源开发的首要问题。显然,可再生能源开发技术的复杂程度要比常规能源高得多,涉及资源评价、材料和设备制造、工程设计、配发和管理等多个领域,必须进行跨学科联合攻关,这对我国目前相对封闭的科研体制提出了挑战。国家需要在搞活科研创新机制、打造科研合作平台、加大知识产权保护力度等方面做更多的努力,营造良好的科研环境。
(三)有序推进新能源产业化和市场化进程
只有实现新能源的大规模产业化和市场化,才有可能使新能源的利用成本降至具有竞争力的水平,为新能源普及打下基础。在新能源开发成本较高、使用不便的情况下,推进新能源产业化和市场化必须由政府作为推手。促进产业化和市场化的措施涉及电价、配额、示范工程、技术转化、税费减免、财政补贴、投资融资等,要对各种新能源的不同特点进行充分分析,分门别类地制定合适的激励政策。为保证政策的长期有效要建立完善的督促检查机制,对违规行为进行惩处,以维护国家政策措施的严肃性。
国家应及时更新新能源产业的投资指导目录,引导、鼓励企业和个人对新能源的投资。同时,也要对新能源投资行为进行规范,避免一哄而上,造成局部重复投资或投资过热。防止企业借投资新能源套取财政补贴、减免税费或增加火电投资配额等不良行为。约束高污染新能源行业的投资行为,尤其是多晶硅副产品四氯化硅所带来的环境污染问题值得关注。
(四)及早实施“走出去”战略
我国是铀矿资源贫乏的国家,资源量远不能满足未来核电发展的需要,铀矿供应必须依赖国际市场。有关资料统计世界上铀矿资源丰富的国家有澳大利亚、美国、哈萨克斯坦、加拿大、俄罗斯等,这5个国家的资源量合计占全球的比重为三分之二。其中,澳大利亚和哈萨克斯坦都是无核电国家,所生产的铀矿主要用于出口。我国与哈萨克斯坦等国家关系良好,可作为实施铀矿“走出去”战略的重要目的国。合作重点应该放在最上游的勘探、开采领域,争取获得尽可能多的探矿权和采矿权,为我国核电站提供稳定、长期的核燃料来源。
目前全球对天然气水合物的地质工作程度还非常低,这为我国获取海外天然气水合物资源提供了绝好的机会。在油气资源领域,美国、日本等发达国家已经把全球的优质资源瓜分完毕,而在天然气水合物领域,我国还存在较多获取海外资源的机会。太平洋边缘海域陆坡、陆隆区及陆地冻土带的天然气水合物资源丰富,这一地带所涉及的国家主要是俄罗斯、美国、加拿大,应努力争取获得跟上述三国合作开发的机会。拉丁美洲国家沿海的天然气水合物资源也比较丰富,要充分利用这些国家技术力量薄弱、研究程度低的现状,加强与这些国家合作,以期能够在未来取得这些国家的天然气水合物份额。
东南亚处于热带地区,自然植被以热带雨林和热带季雨林为主,特别适合油料作物的生长,是发展生物柴油产业的理想区域。东南亚国家是我国的近邻,可为我国的生物柴油产业提供丰富而廉价的原料。我国可采取以技术、市场换资源的合作方式,在当地设立林油一体化生产基地,产品以供应我国国内为主。
(五)调整、完善新能源发展规划和政策措施
我国已经出台的新能源发展规划有《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源发展“十一五”规划》、《核电中长期发展规划(2005-2020年)》等,部分行业部门和地方地府也针对实际情况制定了各自的发展规划。国家级的规划存在两个问题:一是发展目标定得偏低,如风能到2010年的发展目标为1000万kW,到2020年的发展目标为3000万kW,而事实上,1000万kW的目标已经于2008年实现,3000万kW的目标也可能提前于2012年左右实现;二是缺乏设备制造产业和资源评价方面的目标。
国家有关部门应密切跟踪国外新能源现状,充分考虑新能源资源量、技术发展水平、环境减排目标、常规能源现状等因素,对我国新能源发展规划作出适当调整和完善,为新能源产业发展提供指导。我国有关新能源与可再生能源的规定和政策措施并不比国外少,但这其中有许多已经不再符合我国的实际,应立即对不合时宜或相互矛盾的规定和措施进行清理,制定出切实可行、可操作性高的配套法规和实施细则。
(六)建立符合国际标准的新能源统计体系
做好新能源的统计可为新能源科学研究、政府部门决策、企业发展目标的制定等提供重要依据和参考。我国在新能源统计方面与发达国家相比还有着相当大的差距,目前对新能源的统计主要依靠行业协会或学会,但这些机构所提供的统计数据在系统性、时效性、科学性等方面很难令人满意。迄今为止,我国没有任何机构和个人能够对新能源发展现状进行系统、全面、及时地统计,许多涉及我国的新能源统计数据只有国外网站才能提供。建议国家有关部门调集各方力量成立专门的新能源统计机构,通过各种渠道收集国内外新能源统计数据,并把数据及时公布。
国际能源机构对一次能源进行统计时,将可再生能源的发电量直接换算成油当量,并不按火电容量因子进行折算。但我国有关部门在统计时,往往是按火电容量因子(约为33%左右)把可再生能源发电量进行折算,这意味着有关部门的统计结果要比国际能源机构所提供的统计结果大2倍左右,这样极易引起误解和混乱。国际能源机构是全球最大、最权威的能源统计和研究部门,所采取的统计方法和公布的统计数据被世界各国广泛认可。为了便于对国内外新能源发展状况进行对比研究,建议国家有关部门在统计方法方面采用国际能源机构的标准。
参考文献:
1.IEA.RenewablesInformation2008[R].Paris:InternationalEnergyAgency,2008
2.赵玉文,王斯成,王文静等.中国光伏产业发展研究报告(2006-2007)[R].中国可再生能源发展项目办公室,2008
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4.WWEA.Windturbinesgeneratemorethan1%oftheglobalelectricity[R].Bonn,Germany:WorldWindEnergyAssociation,2008
5.REN21.Renewables2007GlobalStatusReport[R].Paris:RenewableEnergyPolicyNetworkforthe21stCentury,2008
篇6
[关键词] 河南;非常规能源;丝绸之路经济带;时机;如何发展;思考
[中图分类号] F426.1 [文献标识码] A [文章编号] 1671-0037(2017)3-11-6
Reflections on the Implementation of Unconventional Energy Development in Henan
Yao Yaming Huang Zhiquan Cui Jiangli Xing Kuang Wang Hongjian
(North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou Henan 450011)
Abstract: Henan has not only wide distribution of sedimentary basin, but also complete age distribution, is not only an important production base for conventional energy, but also a province with large new energy resources. Simultaneously, it will be a promising province for the development and utilization of unconventional energy (including geothermal resources). Development and utilization of Henan unconventional energy have great significance for the optimizing energy structure, adhering to the sustainable development of resources and environment, promoting the construction of Central Plain Economic Zone and Silk Road Economic Belt, and realizing Henan leap development. Thus it is suggested to rely on the implementation of Henan unconventional energy development action plan, with the establishment of professional organizations and major project planning as guidance, to coordinate the exploration, demonstration and development work of unconventional energy; take unconventional energy collaborative innovation center as comprehensive research and development collaboration platform, to converge international and domestic unconventional energy talent and technology;take three major demonstration experimentation zones as carriers to realize breakthrough in the key technology and process. Ultimately, commercial exploitation of unconventional energy in Henan can be realized, adding fuel for the construction of beautiful central plain, and the development of Silk Road Economic Belt.
Key words: Henan;unconventional energy; Silk Road Economic Belt;opportunity;how to develop;reflection
家中原经济区、世界丝绸之路经济带建设已全面启动,作为这个区、带上具有重要地理、历史地位的河南必将迎来一个全新的发展机遇,已经在常规能源和新能源方面为国家做出贡献的河南,由于还蕴藏着更为丰富的非常规能源(含地热资源),对于其的勘探开发利用,将会成为河南实施清洁能源、美丽中原一个新的亮点。
近些年,我国能源面临着两个比较严重的问题。一是油气供需缺口大,每年需大量从海外进口石油、天然气。 2015年进口原油3.28亿吨,天然气621亿立方米,进口依存度分别达到60.6%、32.6%,特别是石油,已大大超过50%的心理防线,严重影响到国家能源战略安全;二是结构不合理,我国能源构成中,煤炭占比高达70%以上,不仅对大气环境造成污染,而且危害人们身体健康[1]。
目前,人们虽说采用了许多对策,包括节约能源和发展新型可再生能源,但是依然没有从根本上改变这种局面。如开始利用太阳能、风能、核能等可再生资源,但短期内则难以替代油气资源;发展生物质油,但存在着与人类争夺粮食的危险;进行煤化工,但是造成的环境污染亦不容小视。
当前,北美特别是美国成功开采非常规天然气,尤其是页岩气,给我们在替代能源开发方面带来新的启示。2009年美国煤层气产量就达到560亿立方米,2015年页岩气产量更是达到2 800亿立方米,从而成为世界第一大天然气生产国。页岩气的规模化开采让美国政府相比过去有了更大的战略调整空间,大大增强了美国在能源外交和应对气候变化等方面的主导权,也对全球天然气市场、能源供应格局以及地缘政治产生了重要影响。
河南是中国常规能源(石油和煤炭)生产基地,也是新型能源(生物制油)潜在大省,同时也是非常规能源(页岩气和煤层气,以及地热资源)蕴藏量巨大的地区。据专家估算,河南省页岩气资源量预计3万亿立方米以上,煤层气资源量超过1万亿立方米,在国内排名均比较靠前。
适逢国家加紧中原经济区的建设,对能源需求必将会越来越多,河南有非常好的非常规能源资源,应该成为下步勘探开发的重点区域。建议省政府启动和实施“非常规能源行动计划”,做好非常规能源的勘探、开发规划以及示范实验区建设工作,构建综合创新平台,突破一些关键技术,建立起一支具有解决理论问题和工程实践问题的综合队伍,早日形成常规能源(煤炭)、新能源(生物制油)和非常规能源(煤层气、页岩气、地热)三足鼎立的格局。非常规能源的开发将极大地促进相关产业的发展,带动装备制造业研发、生产和技术服务水平的提升,对河南人才培养和扩大就业以及进一步辐射我国中西部地区非常规能源开发起到积极推进作用,使河南成为非常规能源创新开发和技术输出的重要基地。近年来,华北水利水电大学已组织有关科研人员对国际国内非常规能源的勘探、开发进行了初步的研究,并且在相关技术方面取得了一定的突破,具有了非常规能源方面一定的人才和技术基础,希望成为非常规能源开发中的重要力量[2]。
总之,加快河南省非常规能源勘查、示范和开采步伐,对不断改善能源结构,提升河南省能源战略地位,建设美丽中原,造福全省人民具有非常重要的现实意义。
1 非常规能源开发的必要性
我国近年从海外进口原油所占比例接近60%(2015年已达60.6%),不但每年要用掉大量外汇,而且直接影响到国民经济的发展,尤其是已经严重威胁到国家的能源战略安全。即使是超级大国――美国,也不敢使能源依赖进口。
1.1 我国石油依赖度接近60%,严重威胁到国家战略安全
自1993年起,中国成为原油纯进口国;2004年,原油进口量超过日本,成为世界第二大进口国;2009年,中国进口石油约2.04亿吨,比上年增长约14%,进口依存度达到52%,首次超过舆论认为的50%心理防线;2015年,中国石油消费的进口依存度已达60.6%。据中国社科院的《2014年中国能源发展报告》预计,2020年、2030年国内所需的石油量分别为5.3亿吨和6.5亿吨。如果未来10~20年中没有大油田被发现,石油进口量还将不断提高,国内油价会受国际油价波动、地缘政治、气候变化、运输等种种因素影响,涨跌更加频繁。中国能源环境已从“比较安全”向“比较不安全”转移,国内能源供求将更多受制于国外,严重威胁到国家战略安全[3-4]。
因此,大力勘探、开发本土能源,降低对外依存度,是改善能源供应紧张局面的根本。
1.2 煤炭所占比重过大,环境污染严重
2014年,我国能源消费总量达34.8亿吨标准煤,比上年增长7.0%,煤炭占比依然高达77.8%。而我国煤炭利用中的80%是原煤直接燃烧,同年全国发电量47 000.7亿千瓦时,其中,火电发电量为38 253.2亿千瓦时,占81.39%。
目前,我国是世界上最大的煤炭生产和消费国,2014年全社会烟尘和二氧化硫排放量分别为1 059万吨和2 218万吨,名列各国之首,其中因燃煤产生的排放量分别占70%和90%,由此带来了诸多严峻挑战。首先在全球气候变化加剧,国际社会碳减排压力加大的背景下,我国在应对生态环境气候改善和承担碳减排义务谈判过程中承受巨大国际舆论压力;其次,能源消费过度依赖煤炭的现状已造成国内严重的环境污染,直接影响国民经济可持续发展和人民群众的身体健康;第三,我国煤炭资源赋存条件与主要产煤国家相比相对较差,煤层埋藏深、自然灾害多,且随着开采强度、深度逐年增加,条件越来越复杂,煤矿安全生产的压力加大;高强度开发煤炭资源,富煤地区环境承载能力面临挑战,由此带来的次生灾害增多[5]。
加大非常规能源的开发利用,既有利于调整能源结构,又有利于改善生态环境。
1.3 加快非常规能源的开发利用,是建设美丽中原的迫切需要
中国常规油气资源不足,而且能源生产和消费结构不合理,开发非常规能源是改善这种局面的迫切需要。近年来,河南省在改善能源结构,提高清洁能源利用程度等方面做了一些有益的尝试,且已初见成效,但是距省委、省政府提出的建设美丽河南要求还有一定距离。而河南非常规能源在全国占有一定的比例,必将是下一步勘探开发非常规能源的重点区域。为此,我们要加快非常规能源的勘查、开采力度,加速岩气、煤层气等非常规能源以及地热资源的利用步伐,优化河南能源生产结构,早日形成常规能源、新能源和非常规能源三足鼎立的格局,实现河南非常规能源开发利用本地化,增加河南省经济总量和经济效益[6-7]。
河南非常规能源的开发利用,对改善河南省人民生活、优化环境质量、实现可持续发展起到积极作用,为实现中原经济区的宏伟目标奠定坚实的基础。
2 开发的可行性
2.1 国际上有成功开采非常规能源的先例
2.1.1 美国“页岩气革命”取得突破性进展。美国为了调整国内能源供应格局,增强能源外交和应对气候变化的主导权,近年来利用水平井加多段压裂、清水压裂和同步压裂等先进技术,对本土蕴藏丰富的页岩气进行开发,大量生产液化天然气替代原油,取得了丰硕的成果。2010年美国页岩气产量超过1 380亿立方米,占全国天然气年总产量的23%,超过俄罗斯成为全球第一大天然气生产国。2015年,美国页岩气产量更是高达2 800亿立方米,比我国常规天然气产量还多1 400亿立方米。美国页岩气开采量大幅提升,使美国对进口石油的依赖不断降低。美国能源信息署数据显示,美国石油对外依存度已从2005年的60.3%降至2013年的42%。未来十年美国计划把石油进口量再削减三分之一,届时,美国能源综合自给率将达到75%[8-9]。
2.1.2 美国、加拿大煤层气开发效益显著。煤层气作为清洁能源,开发利用得到了许多国家的青睐。美国是世界上煤层气商业化开发最早取得成功的国家,是迄今为止煤层气产量最高的国家。加拿大是目前煤层气商业化开发速度最快的国家。2009年美国煤层气年产量已达560亿立方米;截至2015年底,美国煤层气井共32 000余口,其中17 000口井在进行生产;2016年新增1 000口煤层气井,美国煤层气产业开始进入稳定的发展阶段。目前,美国煤层气年产量已占天然气年总产量的8%~10%,对美国天然气的市场供应已形成重要的补充。
尽管各国的煤层气资源条件和政策等有所差别,煤层气产业发展的状况有所不同,但国外煤层气的成功开发和快速产业化发展,尤其是美国和加拿大的经验值得借鉴。一方面表明煤层气资源的开发走产业化发展道路是可行和现实的,另一方面显示煤层气产业会随着理论创新和技术进步不断发展壮大[10-11]。
2.2 河南非常规能源资源丰富,是下一步勘探开发的重点地区
2.2.1 页岩气开发潜力较大,前景最为乐观。页岩气作为富有机质页岩地层系统中的非常规天然气,资源潜力大,开采寿命长。中国国土资源部调查的结果初步显示,中国页岩气资源量巨大,预测总量高达134.42万亿立方米,可采页岩气储量约25.1万亿立方米,将满足我国今后200年的天然气需求。到2020年,我国的页岩气产量有望达到1 000亿立方米以上,成为我国能源供应的一个重要来源。
河南页岩气预测资源量超过3万亿立方米。主要分布在太康隆起海相页岩,濮阳凹陷、周口坳陷等海陆交互过渡相页岩和南襄盆地陆相页岩层中[9,12]。
2.2.2 煤层气资源较为丰富,分布非常广泛。河南煤炭资源十分丰富,相应地煤层气资源也十分可观。据权威人士评价,河南省煤层埋深2 000米以浅的煤层气资源总量为10 427亿方,平均资源丰度为1.18亿方/平方千米。全省主要煤层含气量集中在中二叠世早期山西组二1煤,以二1煤甲烷含量最高;豫北、豫西、中部、南部煤田为中高煤层气含量区[11-14]。
2.2.3 地热资源相当可观,开发前景十分广阔。地热资源是世界上最古老的能源之一。据测算,地球内部的总热能量约为全球煤炭储量的1.7亿倍。对于地热资源丰富的河南省来说,其开发的重要意义自然不言而喻。河南省中低温地热资源非常S富,主要分布在郑州、开封、周口、新乡、鹤壁、安阳、洛阳、濮阳等地。据计算:河南省每年的地热可开采热水量资源为5.510063×108立方米,可利用热能量为1.0947881×1017焦,折合标准煤3.7415×106吨[7]。
2.3 河南已初步具有非常规能源开发利用的技术和人才基础
近年来,河南煤田地质局、河南省煤层气开发利用有限公司在煤层气资源评价、勘查选区、开采实验等方面进行了积极的探索;河南地质矿产局积极涉足页岩气勘探开发,并且积极参与国土资源部第二轮页岩气开发招投标,一举中标温县、中牟两个页岩气区块;河南省地矿局水文地质队在郑州、开封等地进行地热水开采实验,为地热资源的开采进行了很好的技术储备。
华北水利水电大学是水利部与河南省共建、以河南省管理为主的高校,是河南省重点支持建设的骨干高校之一。学校现设有54个本科专业、52个硕士学位授予点;现有3个省级一级重点学科、19个省级二级重点学科、3个专业学位类别、13个专业学位领域。学校现有国家级特色专业建设点3个、省级特色专业建设点10个、省级教学团队4个、省级精品课程14门、省级实验教学示范中心2个。学校1981年获得国家首批硕士学位授予权,并具有硕士研究生单考权资格和推荐并接受免试研究生资格、开展同等学历申请硕士学位资格及工程硕士招生培养资格。学校与中国科学院地质研究所、中国农科院农田灌溉研究所、清华大学、同济大学等20余所高等院校和科研院所联合培养博士研究生。特别是2016年年初,成为金砖国家大学联盟成员,从此开创了学校国际合作的崭新局面。
学校拥有教职工1 500余人。中国工程院院士顾金才、王浩、倪维斗、周丰峻、王光谦为我校教授、双聘院士。学校现有3个省部级重点实验室,4个院士工作站,1个院士实验室,30余个研究院所。近年来,学校先后承担了50多项国家级科研项目,作为主要参加单位参与了多项国家科技支撑计划、“863”课题的研究。近3年,学校作为主要完成单位参与完成的2项科研成果荣获国家科技进步二等奖;获得省部级科研奖励42项,其中学校作为主持单位获得的省部级奖励30项。
华北水利水电大学与国内外著名高校、科研院所和能源企业合作,就页岩气、煤层气等非常规能源以及低热资源勘查、开采、利用中的理论和实践问题进行了有效的探索,汇聚了一批专业人才,掌握了一些工艺技术。特别是近几年,开展科技援疆,为新疆非常规能源的研究、开发、利用做出了较为突出的贡献 [7,15]。
以上技术和人才储备为河南非常规能源的开采利用奠定了良好基础。
3 非常规能源开发思路
3.1 基本情况
依托华北水利水电大学学科专业优势和非常规能源团队实力,开展河南非常规能源(地热)勘探、开发、利用一体化和理论、方法、技术三创新综合配套示范工程。其目的是,为落实《河南省国民经济和社会发展第十三个五年规划》和发展清洁能源,促进循环经济,创造绿色环保,实现能源结构和供应多元格局,建设美丽中原。
总体思路是适应国家宏观经济形势和经济发展方式的深刻变化,借助国家中原经济区的良机,将河南建设成为全国特色鲜明、经济效益好、竞争力强、产业体系先进的清洁能源、循环经济、绿色环保基地。项目定位是全国非常规能源大型研发、试验、开发、利用示范区。项目目标是解决河南在开发非常规能源方面的关键技术和工艺、重大理论和实践难关,实现国内一流、世界领先的创新理论、方法、技术,实现一体化、基地化、大型化、现代化和集约化发展,达到资源节约和环境友好目的,实现经济效益和社会效益双丰收。
主要内容包括三个方面:一是河南页岩气资源评价、目标选区、开发利用的综合物探、地质理论与钻探技术研究;二是河南煤层气富集规律、压裂工艺、井上下联合开采综合方法应用研究;三是河南地热资源前景、分布规律预测与勘查开采、循环利用综合配套技术研究[13,16]。
3.2 实施的主要内容、步骤
3.2.1 成立机构。成立非常规能源开发利用研究中心。该中心以华北水利水电大学为主,以资源与环境学院、水利学院、电力学院、机械学院主要人员为基础,与省内、外有关从事非常规能源的高校、科研机构以及能源集团等大型企业共同组成。
3.2.2 创新立项。按照科技部和省科技厅有关科技项目相关规定,对河南非常规能源项目进行立项。题目:河南非常规能源(地热)勘探、开发、利用一体化和理论、方法、技术三创新综合配套示范工程。按照重大专项类别,先后在河南省、科技部和国家分别进行立项。
题目下设三个分课题:
一是河南页岩气资源评价、目标选区、开发利用的综合物探、地质理论和钻探技术研究[6-9];下设四个子课题:
① 河南主要沉积盆地(坳陷、凹陷)盆地海相、海陆过渡相、陆相页岩分布状况;② 河南页岩气资源潜力及其分布规律;③ 页岩气储集物性分析;④ 水平井钻井工艺及压裂改造技术。
二是河南煤层气富集规律、压裂工艺、井上下联合开采综合方法应用研究[6,7,11];下设四个子课题:
① 河南煤层气地质与资源综合评价;② 河南煤层气含气量、储集物性研究;③ 压裂工艺技术研究;④ 煤层气排采工艺技术研究。
三是河南地热资源前景、分布规律预测与勘查开采、循环利用综合配套技术研究[6-7];下设四个子课题:
① 河南地热形成条件、资源远景及分布规律;② 河南深部地热资源、浅层地热能和干热岩资源特点;③ 地热循环、可持续开采技术攻关研究;④ 地热开采过程中地下水的保护措施研究。
3.2.3 示范试验区工程。改变过去固守在校园或研究室内封闭式研究模式,一开始就走产、学、研、用一体化道路,分别在主要盆地(坳陷、凹陷)选择三个示范实验区,完成非常规能源(地热)勘探、开发、利用一体化和理论、方法、技术三创新综合配套研究生产[1-3,6-7]。
① 页岩气项目选择在中牟地区;② 煤层气项目选择在平顶山地区;③ 地热项目选择在洛阳地区。
3.2.4 预期成果。在预定的时间内,力争达到5项预期成果。
① 取得一项高水平的科研成果,申报国家科学技术进步二等奖及以上级别奖励;② 提出一套适合河南地质条件的非常规能源探、采、用一体化理论、方法、技术;③ 发表一批高水平学术论文(SCI10篇,EI10篇,核心期刊20篇);④ 申报一批国家专利(发明专利10项、实用新型专利10项),制定一套非常规能源行业标准,其中,页岩气、煤层气、油页岩分别1~2个标准;⑤ 打造一个在国家有重要影响力的综合科研创新团队。
3.2.5 孵化园区。先期已经完成的多项国家发明专利,其中:一种连通地面与地下开采煤层气的方法;一种循环开采地热资源的方法。计划先行将这些专利向省政府汇报,以技术入股形式M入郑州经济技术开发区,联合省内煤炭、水文等企业,在河南全面推广这些技术。
3.2.6 实施规划。按照“1133”目标进行规划实施,即成立一个研究中心,设立一个项目,建成三个示范区,分三个阶段进行。
① 一个中心:非常规能源(地热)开发利用研究中心;② 一个项目:河南非常规能源(地热)勘探、开发、炼制、利用一体化和理论、方法、技术三创新综合配套示范项目;③ 三个示范区:一是页岩气项目选择在中牟地区;二是煤层气项目选择在平顶山地区;三是地热项目选择在洛阳地区;④ 三个阶段:一是2016.1―2016.12完成机构组建、人才引进、项目立项;二是2017.1―2018.12完成项目评价、技术研发、示范工程实施、试生产;学科专业建设,人才培养,技术储备;三是2019年开始,全面开发利用,实现规模化生产,提供人才支撑和技术保障。
4 效益预测
4.1 经济效益非常突出
到2020年页岩气形成10亿立方米、煤层气形成10亿立方米、地热利用10亿方的年生产能力,并随着技术进步和工艺的进一步成熟,2020年后产量将会快速增长。按目前天然气1.5元/立方米价格计算,10亿立方米页岩气产值为15亿元,10亿立方米煤层气产值为15亿元,10亿立方米地热产值为10亿元,合计40亿元。以后,每年会逐步增加。
4.2 社会效益十分明显
第一,优化产业结构,加快新型工业化进程;第二,改善投资环境,推动区域经济发展;第三,循环综合利用,实现低碳绿色发展;第四,有利于河南省能源地质与工程技术人才培养;第五,能提供各层次大批就业岗位。
4.3 产业带动效应显著
河南省非常规能源(地热)勘探、开发、利用一体化和理论、方法、技术三创新综合配套示范工程,与战略性新兴产业关系密切,成功实施将带动中原战略性新兴产业发展,有效调整产业结构。
4.4 专业人才培养加快
通过非常规能源行动计划的实施,不仅能加快非常规能源开发所需专业人才的培养,还能带动相关产业专业技术人才需求,促进高校扩大工科人才培养规模,成为我国在非常规能源勘探开发、综合评价、工艺技术、装备制造和技术服务等方面人才培养的重要基地[10-13]。
5 问题与建议
由于河南非常规能源成藏条件、分布规律有其独特的地质特征,在开发难度上面临着比美国更加复杂的技术和环境问题,即使与四川、山西、新疆等省区相比,河南开发方面的问题也较多。因此,建议无论是在地质理论,还是开采工艺或组织管理,还是具体实施等方面都要及早筹划,统一部署。特提出以下五点建议:
5.1 建立机构,统筹能源开发
在省级层面成立非常规能源开发工作领导小组,制定科学可行的非常规能源专项规划,统一部署非常规能源的勘探、开发、利用。适时建立河南非常规能源集团,尽快使非常规能源成为河南能源的重要成员,进一步提升河南在国家能源领域的地位,为减少CO2的排放,创造绿色GDP做出贡献。
5.2 以华北水利水电大学为主成立非常规能源开发利用研究中心
依托华北水利水电大学学科人才优势,联合省内外相关院校、科研院所、能源企业,成立非常规能源开发利用研究中心。建议省政府设立专项资金予以资助,汇聚非常规能源高端领军人物和专业技术人才,开展非常规能源勘探、开发、利用的理论和实践研究。
5.3 以项目建设为依托,解决重大理论和工程问题,加快人才培养
按照科技部和省科技厅有关科技项目相关规定,对河南非常规能源(地热)勘探、开发、利用一体化和理论、方法、技术三创新综合配套示范项目按照重大专项类别,先后在省、科技部和国家分别进行立项。
通过项目的实施,达到摸清河南非常规能源(地热)的资源状况和分布规律;解决非常规能源勘探和开发的重大理论问题;加快河南非常规能源勘查、开采、利用的人才培养步伐。5.4 以三大示范实验区为载体,攻克关键技术和工艺难关
非常规能源的勘探和开发是一项长期的、复杂的、艰巨的系统工程,需要高校与科研院所、企业联合,走产、学、研、用一体化道路。建议省政府投入资金分别在中牟、平顶山、洛阳建立三个示范实验区,引进、吸收、消化、集成和创新先进技术,攻克河南非常规能源开采关键技术,编制科学开采工艺流程,制定水质、生态环境保护标准,达到规模化商业性开采的目标[14-16]。
5.5 加强国际战略合作
在省人民政府的大力支持下,利用金砖国家大学联盟成员的优势,积极与国际上在非常规能源开采领域取得重大成果的相关研究机构和能源公司建立战略性合作伙伴关系,加强人员交流和技术合作。设立非常规能源专业论坛,以促进国际交流,从智力资源和信息资源等方面保障非常规能源的高效开发利用。
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关键词:畜力、畜电联产、新能源
1、牲畜养殖现状
在中国长达几千年的农业经济社会中,农民驯养牲畜作为劳役辅助农业生产和重要交通运输工具,推动了农业经济社会的发展。但是随着科学技术的发展,今天农业机械化在中国广大地区得到推广,交通运输早已被现代化的机械车辆所取代,以牲畜作为劳役的驯养业已经退出历史舞台,人们不得不寻找新的养殖牲畜的价值取向,以提供肉食为主的养殖业得到了一定的发展,但是纯粹以提供肉食而养殖牲畜经济价值得不到充分体现,以致人们的养殖积极性不高,目前除了养肉食牛、奶牛的产业较发达以外,象驴、马、骡等牲畜由于其肉质还没有得到大多数人群的认同,养殖存栏量逐年递减,当前平原地区已经很少能见到马、骡、驴的踪影了,长期下去有面临绝迹的可能,这种状况造成了一些以大牲畜皮、骨为原料的生产企业(如阿胶、明胶企业)的原料紧俏。我们可以追溯一下过去,农民驯养牲畜绝不是为了宰杀剥皮食肉,恰恰相反,过去农民很少有杀牲畜的,即便死了,有的地方也是挖坑将其掩埋,这说明农民过去养牲畜看重的是使用价值。这些牲畜在人类历史上曾为人类的生存发展发挥了巨大作用,难道在今天的科技工业化社会就失去了其应有的价值了吗?这长期以来成为笔者大脑中翻来覆去考虑的问题。我认为人们只是一时忽视了它们的价值或还没有发掘出它们的潜在价值。那么,利用牲畜体力就地做功实现能量的合理转化,从而为工业化提供不竭的动力能源就是它们的价值所在。这一过程的实现,将为牲畜的繁殖开拓出广阔的天地,人类与牲畜的共生关系将持续得以保持。牲畜的肉、皮、骨也将成为新兴产业的副产品得到进一步丰富。
2、中国能源现状
中国改革开放以来,新技术的引进和开发,使得工业化进程突飞猛进,制造业得到前所未有的发展,随之而来的是对能源的消耗大幅度增加,能源供需矛盾日渐突出,近几年在许多工业发达的地区和城市出现了用电高峰期的拉闸限电的情势,燃煤、石油等能源价格飙升,我国从过去的能源出口大国已经变为能源严重依赖进口的世界第三大能源进口国。能源紧张局面将成为阻碍中国迅速发展的瓶颈。面对这种局面国家提出了走新型工业化道路,实施可持续发展的循环经济,开发绿色能源。在开发新能源方面已经取得了许多可喜的成果,除了热电、核电、水电、风电外,还开发了太阳能发电、生物质能发电、氢核聚变发电等新型能源开发途径,但是这些能源开发从本质上讲仍不能算作完全可循环的能源开发之路,且都不同程度会对地球环境带来污染,尤其近年来推广的核电,尽管应用前景广阔,但毕竟对技术要求高,风险性较大,一旦失控将给人类带来不堪设想的后果,且是对地球不可再生的矿产资源的依赖。
利用驯养牲畜体力做功蓄能的能源开发方式始终被世人忽视,笔者经过多年对国内能源状况的关注和忧虑,苦思冥想,为构思一种可再生可循环利用的能源费尽心机,偶尔一次,笔者用打气筒给摩托车轮胎充气,往复打了几十下,2分钟不到很轻松的就把轮胎充满了。从这件事联想到能源问题,如果采用牲畜(驴、马、牛、骡等)就地做功驱动压缩机生产一定压力的压缩空气储存起来是可以做到的,在一定规模和稳定压力下,用压缩空气驱动气轮机发电,那么就可以实现畜电联产,这种想法在大脑里翻来覆去不断加深,对其可行性日益坚定了信心。
3、畜力资源开发的特点
利用驯养的牲畜体能就地做功驱动蓄能机组进而转化成电能,这样既解决了养殖牲畜的价值提升通道,同时开辟出一条能源开发新途径,在一定程度上可以缓解工业电力供需矛盾的局面,同时将为农村开辟一条新兴产业链,利用牲畜发电是一种绿色循环可持续的能源资源综合开发利用新途径,养殖牲畜的饲料来源于农作物的秸秆和草。
而目前在广大农村由于机械化生产技术的推广,农民不再驯养牲畜,秸秆要么直接粉碎撒在地里,美其名曰“秸秆还田”,孰不知这也是一种资源的浪费,秸秆中含有多种可以被动物尤其牲畜食后吸收的有机成分和矿物质,是非常好的饲料,没能得到利用,更严重的是许多地方干脆将秸秆直接焚烧,除了造成严重的环境污染外,什么也得不到。之所以造成这种局面,就在于牲畜养殖的价值没有得到开发,原来驯养牲畜做劳役,而现在几乎全被机械化所代替,在农民看来驯养牲畜已经没有意义。因此可以说利用畜力发电带来的将是一场绿色能源革命,农民种植粮食的同时,秸秆及部分农业副产品和草可作为牲畜的饲料,牲畜生长过程释放体力做功蓄能作为新能源,牲畜的粪便可作为有机肥料也可以生产沼气做燃料,沼气渣再做为有机肥料。牲畜在做功蓄能的过程中消耗体力锻炼肌肉不致产生过多的脂肪,长到一定程度可以宰杀,肉可做为人们的美味食品,皮可深加工后用途广泛,尤其驴皮是制作名贵中药阿胶的原料,骨头可用于做明胶和磷肥以及提炼生物钙等,可以说这是一个最佳的能源资源循环利用和可持续发展的新途径。如果畜力蓄能用于发电将来在电力工业上会出现新的名词如“驴电”、“牛电”、“马电”等等。如果以畜力做功生产压缩空气,经多级压缩后的高压空气可以直接作为机车的动力源,那么这种能源将是绝对环保型的,这既是新能源开发的一场革命,也将带来工业制造业的一场革命,例如利用高压空气作为车辆的驱动力,那么汽车制造业将一改传统的内燃发动机为动力的设计观念,转而以气轮机作为驱动核心设计新理念,这种汽车才是绝对无污染型的环保汽车,即消耗的是空气排出的仍然是空气,这中间只是压力势能的释放。
4、畜力蓄能发电技术的可行性
开发利用畜力资源一项关键技术问题是设计制作以牲畜为驱动力的空气压缩机或其他蓄能设备,这种蓄能设备要根据牲畜的种类不同而区别设计,就目前的技术设计制造这种蓄能设备是完全有把握的,但也需要投入一定的科研经费和人力,这种蓄能设备既可以规模化设计,也可以设计小型的适合单头牲畜驱动的,既适合于大型牲畜养殖场进行大规模蓄能,也可以发动农民以户为单位自主蓄能。
以压缩空气为驱动力的气轮发电机组的设计在今天也绝对不成问题。
另外若要使畜力资源开发技术得到广泛推广则需要政府政策的支持,以及投入相当的科研力量,实现规模化、产业化、集约化。按照这一思路向政府相关部门谏言,赢得支持是理所当然的。可以先搞试点,实行校企合作或企业间合作研制畜力压缩机,只要蓄能成功,这一资源开发技术就具备了推广的条件。
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关键词:STSE;物理教学;核心素养
一、STSE教育理念融入高中物理教学的意义
(一)使物理课堂更贴近生活实际
物理知识最早起源于人类对自然现象的观察与在生产劳动中的经验累积,前人总结出的知识与规律引领着人类对自然世界的探索,极大地促进了社会的发展,不断开拓着人类对新世界的认知。STSE教育理念中的重要思想就是理论联系实际,因此,STSE教育理念与中学物理教学相结合应该是天衣无缝的[6]。在中学物理教学中巧妙融入STSE教育理念,将学生从枯燥的课堂模式中解放出来,以生活实际作为学生学习的新环境,将目光聚焦于生活中的热点话题,联系生活、技术、社会实际,将书本里冷冰冰的文字描述转变为学生感兴趣的生活实例与现象,让学生认识到科学贴近生活实际与应用的一面,并对其产生亲切感,这不但能吸引学生主动探索,激发学生的参与热情和学习欲望,而且能使学习过程变得更为轻松灵活,知识掌握更加牢固持久。
(二)提升学生探究能力与创新意识
单纯的物理知识学习以及利用物理知识解决生活中的常见问题,已经不能满足当下的教育与人才需求,新时代的人才需要具备创新思维与探究能力,STSE教育理念提倡开放性教育和参与性教育[7]。教师组织学生积极进行探究研讨,鼓励学生在探究中发现问题,通过对问题的追本溯源以及模拟解决方案,提出自己的见解,设计实验制定方案,将分析综合、推理论证、构建模型等方法运用于解决问题的过程中,培养学生辩证性看待问题的能力,提升发散性思维的同时也有利于激发学生的创造精神。
(三)培养核心素养下高素质人才
教师围绕科学、技术、社会、环境四方面进行物理课堂教学设计,可在学习物理与科技的过程中培养学生现代科技意识,提升民族自豪感;在学习物理与社会的过程中,提高学生利用物理知识观察解决实践问题的能力;在学习物理与环境时,提升学生的环保意识。通过不断的渗透教学,激发学生的学习热情,使其更加关心科技和社会的发展问题,形成正确发展观,培养核心素养要求的高素质人才。
二、“能源与可持续发展”教学设计
以人教版普通高中物理教科书中“能源与可持续发展”一节为例,在学生学习能量转化的基础上,结合社会生活实际,紧密联系当今能源开发与环境保护的热点议题,在课堂教学设计中融入STSE教育理念,使学生在掌握知识的同时提升自身素养。
(一)教学设计思路
在新课标中,对“能源与可持续发展”一节的教学内容要求包括以下四点:(1)了解利用水能、风能、太阳能和核能的方式,初步了解核裂变与核聚变。(2)知道不同形式的能量可互相转化,在转化过程中能量总和保持不变,能量转化具有方向性。(3)清楚可再生能源和不可再生能源的分类,认识能源的过度开发和利用对环境的影响。(4)认识环境污染的危害,了解科学、技术、社会、环境协调发展的重要性,具有环境保护的意识和行为[3]。值得注意的是,在分析教学内容要求的过程中,不能将其片面地理解为:为了在发展的同时保护环境,就应该避免过度开发不可再生能源而更多的开发可再生能源。这样的理解是片面的,问题的关键在于应该如何正确的看待可再生能源的开发与利用,这是在教学时需要引导学生思考的重点问题之一。在教材内容的编排上,能量转移与能量转化的方向性、能源的分类与应用、能源与社会发展是“能源与可持续发展”一节的三部分内容。通过先前的课程学习,学生已经掌握了能量及能量转换的基本概念,对本节知识的学习具有一定基础。因此在新课讲授时,可按顺序进行教学,由浅入深、逐层递进。本节教学的重点聚焦于能量转移转化的方向性和能源与社会发展两部分,结合社会生活实际,紧密联系当下能源开发与环境保护的热点话题,在教学设计中渗透STSE教育理念,通过教学达到以下目标:首先,使学生掌握能量的转移、转化、耗散等基本物理概念,知道能量在转化和转移的过程中不仅在数量上守恒且发生方向上不可逆,从而揭示能源危机的深层含义;其次,了解水能、风能、太阳能与核能的工作方式及应用转换技术,明白能源发展对社会发展的意义,通过对能源的分类与应用的探索过程,发展学生的科学思维与科学探究能力;最后,认识能源利用对环境产生的负面影响,通过讨论能源与社会发展培养学生的科学态度和责任。在教学中采用小组讨论探究的教学模式,重点探讨对不可再生能源的过度开发利用给社会环境带来的负面影响,以及如何合理开发与利用可再生能源,让学生了解科学、技术、社会、环境协调发展的重要性,培养学生辩证性看待问题的能力,组织讨论生活中能源利用产生的负面效果,并提出改善建议,培养学生思考问题的科学思维和环境保护理念,形成对社会的科学态度与责任意识[8]。
(二)教学过程设计
1.新课引入环节教师提问:同学们,在前面的课程学习中,我们已学习了多种形式的能量并知道不同形式的能量之间是可以相互转化的,回想一下生活中有哪些能量转化或转移应用的事例?生:电灯照明时将电能转化为光能;煮鸡蛋时,燃料燃烧释放能量使水升温,水中的热量再传递到鸡蛋上使它变熟;汽车行驶时,发动机将燃料内能转化为汽车的动能。设计意图:复习旧知,培养学生利用物理知识解释生活现象的能力。教师活动:将学生所举实例中涉及的不同能量进行总结,引导学生梳理出能量关系转化图,如图1教师提问:通过刚才的梳理,我们得出能量转化的关系图,由图可以看出,在涉及能量转化或转移的反应前后,能量形式改变而总和保持不变,既然如此,为什么仍然要节约能源呢?设计意图:通过对已有结论进行反问使学生产生前后知识矛盾,激发学生的好奇心与学习积极性,为后续教学内容开展做铺垫。2.新课教学环节知识点一:能量转化或转移的方向性师:刚才我们列举了生活中能量转化和转移的事例,现在将它们的发生过程翻转,这些能量能自动反过来转化或转移吗?原因是什么?生:不能发生。因为能量的转化具有方向性,是不能逆转的。师:虽然反过程的能量转化也遵循能量守恒定律,但科学研究表明,一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的,在转化过程中产生的热量一旦释放出去,便很难对它们进行收集利用,而且无法自动发生转换,只能以热量的形式存在于环境中,这种现象就称为能量的耗散。虽然能量在整体数量上没变,但是可供利用的部分却越来越少,这也是能源危机的深层次含义,同时也回答了为什么我们仍然要提倡节约能源这个问题。设计意图:教师通过能量转化与转移的方向性帮助学生建立能量耗散的物理概念,使学生理解科学知识内涵并引发对能源危机的思考。知识点二:能源的分类与应用师:能源的开发与利用一直是社会发展的推动力,请列举出你目前所知的能源。生:煤炭、太阳能、风能、水能、核能等。师:上述这些能源大都来自自然界,仔细思考,其中有哪些是可以源源不断获得的,哪些是现阶段能够使用,但是不能无节制从自然界获取的?学生在教师的引导下,将能源进行可再生与不可再生分类。设计意图:在对能源分类的过程中,使学生认识到能源并不是取之不尽、用之不竭的,为新能源教学的引入做铺垫。师:近些年,我国致力于新能源的开发,并取得了很大的成就。比如,我国具有完全自主知识产权的三代百万瓦级核电技术电站———华龙一号,其安全指标和技术性能已达到国际第三代核电技术水平。我国的核能发电技术已居于世界领先地位。同时,对太阳能、水能、风能的利用效率也均处于世界先列。那么是通过怎样的技术手段将这些能源转变成我们需要的形式呢?(在课前请学生分组探究)结合课堂展示的工作原理图分组进行汇报。设计意图:通过对我国新能源开发方面成就的介绍,提升学生的民族自豪感。通过分组探究各能源的工作原理,提高学生之间的合作探究能力,在探究过程中让学生认识到,以科学知识为基础制造出先进的技术设备,又以先进技术设备为工具探索新的科学知识,科学与技术之间的关系是相辅相成的,使学生意识到学习知识的重要性,激发学生的学习热情。思考与讨论:与煤炭、石油这种不可再生能源相比,新能源具有怎样的优势?如何看待可再生能源的开发,是否因为其可再生的特质就能够无节制地开发和利用可再生能源呢?设计意图:使学生了解新能源对推动社会进步、保护环境、解决能源危机的意义,同时做到理智对待新能源的开发与利用,不盲目推崇,培养学生辩证性看待问题的能力。知识点三:能源与社会发展师:人类大致经历了柴薪、煤炭与石油三种能源的使用阶段,每一次能源利用技术的提升,都会极大地推动社会发展,现如今,对能源的利用也正在由单一化逐步朝着多结构化方向前进。但是利与弊是共存的,不能只看科技社会进步的一面而忽略了科技发展对自然环境造成的影响。请同学们思考,生活中有哪些由发展带来的环境污染问题?生1:汽车的喇叭声音太吵,影响日常的生活。生2:煤炭、石油燃烧产生的二氧化硫形成酸雨,腐蚀建筑物、酸化土壤。设计意图:使学生认识到科学技术的突破对人类社会进步的意义,引导学生从不同角度看待能源开发利用带来的影响,思考科学、技术、社会、环境四者之间的关系,加深学生的深层次认识,培养学生透过现象看本质和辩证性思考问题的思维能力。师:同学们列举的很全面,小组讨论交流,该怎样做可以改善这些问题,做到可持续发展呢?生1:大力发展新能源,减少对不可再生能源的开采与使用。师:这位同学从人类今后发展的大方向给出了建议,那么我们自身在平时的生活中应该怎样做呢?生2:可以减少使用一次性用品,去超市买菜时自己带购物袋。生3:家里使用节能型的家电,平时生活中注意节约用水用电。师:大家的提议都很好,要实现能源的可持续发展,就需要树立新的能源安全观,大力提倡节能并付诸实践,从生活的点滴小事做起,只有全民行动,注重细节,社会才能够与科技共同进步,人与自然才能真正和谐发展。设计意图:通过讨论生活中的节能方式,使学生意识到节约能源要从生活中的一点一滴做起,避免空谈理论、不切实际,要树立节能环保的生态文明理念与社会责任感,提升学生物理学科核心素养。3.巩固与提升通过习题的布置对本节的知识进行巩固,使学生能够利用能量转化转移的知识解释生活中的现象,养成节约资源、保护环境的生活习惯。
三、融入STSE教育理念的教学设计与传统课堂教学的对比
与传统“能源与可持续发展”的教学设计对比,融入STSE教育理念的新教学设计具有以下优点:(1)在教学过程中增加小组合作探究环节,培养学生的合作学习能力与分享精神,并在探究问题的过程中提升科学思维与探究能力。(2)在授课过程中增加学生汇报环节,给学生更多的发言机会,汇报内容围绕科学与技术开展,让学生认识到科学与技术的相互关系,并从中总结自己学到的知识。(3)在教学过程中多次强调科学、技术、社会、环境之间的复杂关系,不再单一关注学生的知识学习,从多个方面培养学生的物理学科素养。
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随着传统能源开发潜力下降、能源价格快速上升和国际应对气候变化压力增大,新能源的开发利用越来越受到各国青睐。发展新能源已成为当今世界能源发展的大趋势,并将成为新一轮国际竞争的热点。
新世纪以来,我国高度重视新能源发展,于2005年起相继出台了《可再生能源法》、《可再生能源中长期发展规划》等法规政策和规划。自此,我国部分新能源利用如光伏发电、风电等进入快速发展的轨道。截至去年,我国风电并网装机规模达4505万千瓦,居世界第二位;太阳能光伏发电和生物质发电装机规模分别为214万千瓦和550万千瓦,占世界比重明显提升。但从发展质量看,除了个别规模目标外,其他目标的完成情况都不够理想,未完全达到我国发展新能源的初衷。为此,我们应当冷静看待新能源发展热潮,深入剖析并切实解决发展中存在的重大问题,坚持“稳中求进”,促进新能源健康持续发展,实现我国能源产业转型升级,并在新一轮国际竞争中取得竞争优势。
一、新能源的内涵及发展意义
(一)新能源内涵
新能源又称非常规能源。一般地说,常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源;而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。其特征主要包括:资源蕴藏量丰富、开发利用前景广阔、科技含量较高、无污染或污染相对较少。在不同的历史时期和资源禀赋相异的地区,新能源所指的能源种类也不一样,就我国现阶段而言,其范围应该包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、核聚变能和页岩气等非常规油气能源。
(二)发展意义
1、扩大能源供给,保障能源安全
从国内看,我国能源人均占有量低,尤其石油、天然气人均剩余可采储量仅为世界平均水平的5.4%和7.5%。近年来,我国天然气产量增长较慢,石油开采只能维持在2亿吨左右,煤炭开采条件也越来越恶劣,能源供给形势不容乐观。随着我国继续推进小康社会建设,未来我国能源缺口还将增大,能源生产与消费之间的矛盾更加突出。从国际上看,金融危机、欧债危机、地缘政治等因素对国际能源形势产生重要影响,能源市场更加复杂多变,竞争更加激烈。尤其2010年以来,中东地区持续动荡不安,局势愈发紧张,给我国的能源进口带来极大的不利影响,由此还给我国外交增添了许多压力。为此,着眼长远,必须大力发展新能源,扩大能源供给渠道,降低能源对外依存度,为我国全面建成小康社会奠定坚实的能源基础。
2、改善能源结构,有效应对气候变化
为应对气候变化,我国承诺到2020年二氧化碳排放强度比2005年降低40%—45%,非化石能源比重达到15%。要实现这两个目标,一是要加强能源节约,提高能源利用效率;二是要持续优化能源结构,提高非化石能源比重。我国可再生能源储量丰富,初步测算,我国风能技术可开发量约为30亿千瓦,国土三分之二以上面积年太阳辐射量超过每平方米5000兆焦,生物质能每年可利用量约4.6亿吨标准煤,地热能可开采资源量更是达到33亿吨标准煤/年,发展潜力巨大。对上述能源进行有效开发、合理利用,将极大提高我国非化石能源比重,使能源结构得到明显优化,顺利实现碳减排目标,并进一步改善我国发展的外部环境。
3、带动产业发展,形成新的增长点
新能源的发展,可以带动新能源行业及上下游产业、特别是高端装备制造业等产业的发展,具有产业关联广、资金需求大、技术层次高、就业容量大的特点。金融危机后,新能源已然成为世界各国手中的“香饽饽”,美、日、欧盟等均把新能源技术与产业作为战略突破口,希望尽快形成新的增长点。2009年1月,奥巴马签署的《美国经济复兴与再投资法案》,首要目标就是通过重点投资清洁能源领域促进美国经济的转型,增加就业,扭转美国经济的颓势。我国也在2010年将新能源产业列为七大战略性新兴产业之一,以期成为未来经济发展的新动力。毋庸置疑,鉴于新能源产业在拉动投资、扩大内需和增加就业方面的重要作用,其势必成为我国新的经济增长点。
4、推动科技进步,培育国际竞争新优势
当前,全球经济竞争格局正在发生深刻变革,尤其国际金融危机后,世界极可能进入创新集聚爆发和新兴产业成长时期,绿色发展成为一大趋势。新能源发展环保要求高,对技术依赖大,推进新能源技术的研发和应用,将可能导致新的技术革命产生,从而催生经济增长模式和产业结构的巨大变化。近几年,世界主要国家纷纷加快部署,推动新能源在内的新兴产业快速发展,抢占未来发展制高点的竞争日趋激烈。与其他领域相比,我国新能源发展与世界先进国家的差距并不算太大。为此,我国必须要抓住时机,努力在发展新能源过程中加强科技创新,增强自主发展能力,以期在未来国际竞争中取得有利地位。
三、我国新能源发展存在的问题
(一)推动力度不一,发展不均衡现象突出
“十一五”期间,我国风电并网规模年均增长90%,光伏发电为63%,均远高于世界平均增速和规划目标。2011年,光伏并网规模更是呈现爆发式增长,增长了两倍有余。此外,随着风力发电开发建设、太阳能利用补贴、特许权招标等一系列管理办法的相继颁布,风能、太阳能利用领域的政策体系已初步形成。但其他新能源如生物质能、地热能、页岩气等则仍处于“摸清家底”阶段,利用规模低于世界平均增速,甚至地热发电装机不升反降。可以看出,我国在新能源发展过程中,“挑肥拣瘦”现象比较突出,这将导致大多数新能源在未来发展中落后于人。如,美国页岩气产量已从2006年的311亿立方米提高到2011年的1800亿立方米,超过我国当年常规天然气产量,而我国页岩气开发才开始启动相关工作,两者差距明显。
(二)配套协调不足,能源利用效率不高
虽然我国风电、光伏发电等领域发展迅速,装机规模位居世界前列,但发电量却并未同比增长。2009年我国风、光及地热的装机容量约为美国的65%,而发电量却不到24%,利用效率差距明显。其主要原因是,相配套建设不完善,与新能源发展速度不协调。以风电为例,伴随着风电场的并网,发展不协调的问题在2011年进一步凸显。一是出现大规模的风电脱网事故。去年前10个月,仅酒泉风电基地就发生脱网事故73次。二是“弃风”现象严重,消纳矛盾突出。已建成运行的河西750万千伏输电工程的外送能力仅为230万千瓦左右,其余都无法外送。脱网事故和“弃风”现象,不仅暴露出风电场建设施工质量不高、风电接入安全性不高、风电场运行管理薄弱等问题,也暴露出政府在制定相关规划时过于侧重资源开发、对具体的风电送出和消纳考虑不够的问题。
(三)带动效应明显,但产业质量不高
我国新能源的相关产业发展迅猛,早在2008年我国就是世界最大的光伏电池生产国,2010年全球前15大风电装备制造商中我国就有8家。但从发展质量上看,新能源产业似又在走传统行业的老路,未能体现转型升级要求。一是产能过剩严重,以致今年中央政府工作报告明确提出:“制止太阳能、风电等产业盲目扩张”。二是产业链位置尴尬,企业竞争力不强。风机制造企业极少掌握核心制造技术,大多购买国外风电机组生产许可证,按图纸生产风力发电机组;光伏发电的硅材料和设备90%依靠进口,90%以上的产品依靠国外市场,“两头在外”现象十分突出;地热能、潮汐能、生物质能等相关制造业也不具备国际竞争力。三是没有建立完善的生产技术标准体系和质量认证体系,导致新能源市场进入门槛较低,产品质量不高,市场竞争水平低。
(四)科技创新乏力,关键技术和设备缺失
科技创新是新能源产业发展的重要基础,也是获取未来竞争新优势的关键所在。虽然我国能源开发和利用技术已具备一定基础,但总体水平与发达国家相比仍存在较大差距。如美国GE公司风电设备在12—25米/秒风速间可以满负荷发电,而国产设备满负荷风速区间仅为15—19米/秒。目前,我国仍未掌握太阳能光伏发电、生物质发电核心技术,亦不具备大型风机整机和关键部件的设计制造技术等。同时,由于能源科技创新体制机制不完善和科技成果转化渠道不顺畅,我国能源科技自主创新基础研究薄弱,缺乏世界领先的科技创新成果和技术,难以为企业发展提供较高的技术发展平台。关键技术的缺乏极大地阻碍了我国新能源产业竞争力的形成。
四、政策建议
对于新能源发展,必须将其放在经济社会发展全局中予以统筹考虑,不仅要考虑其能源属性,还要考虑其产业属性;不仅要兼顾近期的重点任务,更要兼顾长远的发展目标,应稳中求进,实现健康持续发展。
(一)稳步实施总体战略,推动均衡发展
面对新能源开发过程中“冷热不均”的现象,当务之急是在目前出台的各项能源规划的基础上,加快编制未来20—30年的新能源总体发展战略,明确发展路线图。考虑到其他新能源利用潜力同样巨大、可弥补风光能在空间分布上的不足、有利于推进我国农村新能源建设,应在发展战略中对其发展给予充分重视,在推进力度上与风光能保持大体均衡。就现阶段而言,一是要加快做好页岩气资源调查和评价工作,确定资源总量和具体分布,开展勘探开发试点。二是要努力扩展利用生物质方式,提高利用规模。三是积极研发地热发电技术,提高地热发电装机容量。四是继续推进核聚变能利用实验。对于风能、太阳能的发展速度则可适当调低,不宜突破国家“十二五”规划《纲要》明确的发展规模,以免继续过热。
(二)稳步推进配套建设,提高利用效率
新能源的开发,最终是要将能源输到消费端,使其得到合理利用。东部地区用电紧张局面与内蒙、甘肃等地“弃风”、“弃电”现象并存,反映出我国在新能源建设中并未形成有效供给。为使新能源得到有效利用,在今后的发展过程中,一是要进一步培养新能源需求市场,提高消纳能力。建立健全反映资源稀缺及环境外部成本的能源产品价格形成机制,充分体现新能源的环境效益,增强新能源的价格竞争力;进一步完善新能源产品的国家补贴标准,加强新能源产品推广使用。二是要加强配套设施和制度建设,提高新能源输送能力。实施可再生能源电力配额制度,明确电网企业收购新能源电量的目标和考核指标;完善新能源发电并网标准,加强新能源发电项目与配套电网的协调建设,建立适应新能源发展的电力运行体系。此外,考虑到我国岩页气资源富集区很多集中在中西部山区,在油气管网建设时也需提前规划布局,予以考虑。通过以上措施,使新能源发展真正步入“送得出,用得上,不浪费”的良好轨道。
(三)逐步规范市场秩序,促进产业良性发展
应充分重视这次能源产业转型升级的机遇,切实扭转目前水平较低、重复建设、发展无序的现状,避免再走传统产业发展的老路,促进新能源产业良性发展。一是做好新能源产业发展规划,科学规划多晶硅、太阳能电池、风力发电等新能源设备制造产业布局,明确阶段性目标和任务,控制产能,遏制地方政府和企业的发展冲动,引导企业理性、有序生产。二是加强项目审批管理,完善新能源产业市场准入政策,积极淘汰落后产能,推动企业以资产、资源、品牌和市场为纽带实施跨地区、跨行业的兼并重组,推动规模经济和范围经济,提高产业结构效率。三是建立健全完善的生产技术标准体系和质量标准认证体系,加快形成统一、规范、符合我国国情的新能源技术标准体系,着力提高新能源设备及产品检测中心认证能力,完善新能源产品质量控制和监督体系,形成有效的质量监督机制。通过规范新能源产业市场竞争秩序,促进企业向产业链高端发展。
(四)扎实推进研发能力建设,破解技术“瓶颈”
篇10
在现有能源供给的约束条件下,我国面临着能源供需结构性矛盾,能源自给安全压力以及巨大的环保压力。而发展新能源产业是解决我国能源供需瓶颈、供需结构性矛盾以及减轻环境压力的有效途径。
但是,新能源产业的发展面临着成本高、市场发育不成熟、技术水平落后、管理体制不健全等瓶颈。如何突破这些瓶颈,是新能源产业进一步发展的关键。
新能源产业势在必行
一块屋顶太阳能光伏顶棚就能解决家庭用电、废弃的秸秆可以制气用作燃料、拂面的清风未来可能成为主力发电的来源……随着石油、煤等传统能源危机的日益显现,发展新能源产业已是势在必行。
我国能源的供给矛盾突出地表现在两个方面,一是石油和天然气可采年限远低于世界平均水平,其次是人均能源占有量较低。我国石油的可采储备年限新能源突破瓶颈只有15 年,相对丰富的煤炭资源仅能维持81 年。人均石油、煤炭、天然气以及水电资源的占有量分别为世界的6.8%、63%、6.0%、75%。按照我国目前的能源消费增速,我国传统能源储量不足的问题将会愈加突出,能源供给构成中长期经济发展的重大瓶颈;石油供应安全潜在风险成为我国外交战略的重大牵制因素;在国际国内环境成本越来越显性化的趋势下,如果不改变目前我国以煤炭为主并因而大量排放温室气体的一次能源消费方式,未来我国还将付出更多的环保代价。
随着经济的进一步发展,我国必将步入更为多元化、清洁、高效的能源消费新时代。在我国未来的能源消费格局中,决定不同形式能源的应用及发展前景的决定因素有两点,一是能源使用过程中的内外部成本,二是后继储量以及是否可再生。因此,符合这两个要求的新能源如太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等必将得到快速的发展。
面临发展瓶颈
“十一五”期间将是我国能源格局产生重大转折的时期,我国能源消费将会呈现多样化的格局,传统能源之间出现替代,新能源蓬勃发展,能源节约,高附加值利用成为趋势,我国能源结构将从以煤炭为主的对传统化能源的依赖向更加多元化、可持续、可再生的高效清洁能源消费新格局过渡。预计到2010 年,可再生能源将占到我国一次能源消费的5.5% 以上,而到2020 年,将达到我国能源消费总量的16%。2035 年到2040 年,我国可再生能源的总量将占到我国一次能源总量的25% 以上。
但是,目前国内新能源行业的发展却遭遇了许多瓶颈,诸如成本太高、市场无序竞争、管理体制混乱、缺乏人才等等,大大制约了新能源行业发展的脚步。
新能源行业发展的最大瓶颈就是高成本。高成本来自多个方面:因为自主技术不成熟,我们要在设备购买上付出高成本;因为项目投资额大,融资渠道少,我们要在资金获取上付出高成本。
瓶颈之二是市场发育不成熟,市场竞争无序。产品质量、性能良莠不齐,冲击了优秀产品的普及率,影响了人们利用新能源的信心。由于对新能源及其产品宣传太少,新能源产品的价值、性能及判断标准百姓认识不足;由于宣传、包装、防伪等方面的不足,目前许多龙头企业的优质产品不能引领市场,甚至还经常被劣质品冲击;由于我国缺乏相关的行业法规和质量标准,政府有关部门对新能源产品的市场监管缺位,导致各种打着新能源旗号的项目、产品到处推销,严重影响高、精、尖项目的推广应用。
瓶颈之三是技术水平落后,专业技术人才缺乏。我国传统上没有专门从事可再生能源研究的机构和实验室,只有一些研究项目和课题组;新能源领域的技术发展规划滞后,基础研究、材料研究、应用研究、产业化研究和建设资金难以得到长期、持续的保障;专业技术人才极其缺乏,目前我国只有章其初等少数专家从事新能源开发利用的相关研究,全国各大院校尚无新能源相关的专业及专业人才的培养,人才培养落后于行业发展,尤其是在产品如何扩大应用领域的研究方面,专业人才队伍严重缺乏。
瓶颈之四是政府管理体制不健全,政策不合理。首先是多头管理,以山东省为例,农村能源办管太阳能发电,新能源行业的工业生产由发改委管,企业经营归中小企业办管,而经贸委资源处则负责管理年耗5000 吨以上标准煤的企业,这种多头管理让新能源企业“出了问题都不知道找哪个部门解决”,一些部门发现企业有利可图时插手“管理”,需要解决问题时则退避三舍。
如何推动新能源产业的发展
能源消费新格局的形成离不开国家政策的推动,欧、日、美、印度等国新能源的迅速发展,与上述国家政府的鼓励政策和相关促进法规息息相关。
纵观欧盟新能源产业化的发展经验,大体可以归纳出四个主要特点:一是加强立法,从法律上保障新能源的发展;二是制定规划,明确目标;三是制定经济激励政策。这些政策概括起来有财政补贴、税收减免、电力加价和低息贷款等;四是加强宣传,把强化决策者和普通公民对发展可再生能源的重大意义的认识放在十分重要的地位。
在我国,新能源产业目前还很弱小,仅靠市场自发性发展很难,在实现商业化进程中需要政府对新能源生产和消费加以激励和扶持。
首先,倡导绿色消费,设立新能源专项发展基金,实行有保有压政策,通过对污染型的化石能源的抑制来促进绿色新能源产业的大发展。通过各种优惠政策和发放绿色消费证书等荣誉,鼓励企业、家庭积极认购绿色新能源。大力宣传绿色观念,积极营造绿色能源消费的社会氛围;实行环保折价和“清洁发展机制”。
其次,政府要积极引导新能源的技术开发。降低可再生能源发展成本,关键靠自主科技创新,而推进科技创新是一个复杂的系统工程,政府将在其中扮演极其重要的角色。要加大在能源领域的研发投入,通过招标形式,调动产学研各方的力量攻克新能源关键技术;与先进国家签订新能源技术交流与合作协定,为新能源技术的引进创造良好的国际合作环境;对新能源技术的引进实行进口税减免,对于新能源技术高端人才的引进给予优厚补贴;尽快在大学增设新能源专业,鼓励企业参与新能源技术教育培养体系的建设;支持企业通过购并国外研发机构、引进国外智力、与国外联合等拥有自主知识产权的对外合作的研发形式,提高自我研发和创新能力。
三是确保投资新能源产业的不同企业享受同等的税收优惠政策,对不同投资主体一视同仁。要采取得力措施,消除民营资本进入新能源市场的各种有形和隐形限制,给民间资本、外国资本真正的国民待遇,充分调动民营企业发展新能源的积极性,形成新能源产业投资主体的多元化。