绿色能源和绿色城市

1建设绿色城市研讨会论文绿色能源和绿色城市赵天寿余同希（香港科技大学机械工程学系）我国“十一五”规划明确指出，要建设节约型社会，发展循环经济，保护环境。广东省省委适时提出了建设“绿色广东”的奋斗目标，而深圳市市委也积极确立建设“绿色城市”的发展方向。绿色，首先是一个环境问题，但是从根本上来讲，它也是一个能源问题。发展绿色能源是建设绿色城市、实现人与自然和谐发展的根本保障。绿色能源也称清洁能源。狭义地讲，绿色能源是指氢能、太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能等可再生能源，而广义的绿色能源也包括在开发利用过程中采用低污染的能源，如天然气、清洁煤和核能等。随着“十一五”规划的提出和《中华人民共和国可再生能源法》的确立，中国迎来了绿色能源飞速发展的契机。“十一五”规划中将能源、资源等关键领域的重大技术开发放在了优先位置上，拟定了能源长期发展规划，其中优化能源结构，加快发展核电和可再生能源在能源长期规划中占有重要分量，同时强调了节能优先、效率为本的原则。而明年1月1日《可再生能源法》的正式实施，将可再生能源发电有偿并网合法化，这将为我国新能源产业打开国内市场带来实质性的帮助，大力推动新能源产业实现规模化的可持续发展。现在深圳市委提出建设“绿色城市”的规划，我们应该抓住机遇，充分认识能源发展的趋势，重点部署绿色能源在深圳2的发展，明确确立有深圳特色的新能源新方向。深圳市应该依托自身强大的政策、经济优势和科技优势，积极在绿色能源发展中确立领先的地位，将“绿色深圳”建成我国绿色能源推广基地、绿色能源示范城市和绿色能源产业基地。作为经济特区城市，深圳具有明显的政策优势和经济优势；而且深圳依托广东、邻接香港，这也给深圳带来了很大的科技优势。广东省具有强大的新能源科技实力，而香港也可帮助为深圳提供先进的科技支持。近年来香港科技大学对燃料电池、生物质、热电冷三联供、风能、太阳能等绿色能源方面进行了不懈的研究，取得了大量的先进的成果。我们愿意同深圳政府和企业合作，把这些成果应用于深圳的实践。一、氢能是未来能源的发展方向当化石燃料危机以及由此带来的环境危机越来越成为关系国计民生和人类未来的重要问题的时候，一个全新的“氢能经济”的蓝图正在逐步形成。氢能是一种完全清洁的新能源和可再生能源。它是利用化石燃料、核能和可再生能源等来生产氢气，氢气可直接用作燃料，也可通过燃料电池通过电化学反应直接转换成电能，用于发电及交通运输等，还可用作各种能源的中间载体。氢作为燃料用于交通运输、热能和动力生产中时，具有高效率、高效益的特点，而且氢反应的产物是水和热，是真正意义上的清洁能源和可持续能源，这对能源可持续性利用、环境保护、降低空气污染与大气温室效应方面将产生革命性的影响。氢可作为一种储备的能源，如果利用丰富的过剩电能实现电解水制氢，可以建独立的氢供应站，不必区域联网。因此，氢与可再生一次能源相结合可以满足未来能源的所有需求。目前，以美国为3代表的世界各国正以前所未有的速度和力度加强对氢能和燃料(a)不可持续能源系统（b）可持续能源系统图1可持续和不可持续能源系统示意图电池的研发，积极建构一个“氢能经济”的未来。需要指出的是，氢能不是“一次能源”。目前，氢的制备技术一般分两种：一种是以煤炭、石油、天然气等碳氢化合物为原料，采用蒸汽重整法制备。这种方式有利于解决现有城市环境污染问题，将污染源集中处理，但这种方式不能实现未来能源的可持续发展。另一种则是利用太阳能、水能等可再生能源，从水、生物质来大量制备。这种制备技术才能从真正意义上实现能源的可持续发展。但是，目前制氢和燃料电池应用成本过高，是氢能源不能产业化利用的技术瓶颈。为赢得“氢经济”时代的制高点，美国和西欧等一些国家正大力进行氢能源制取和应用研究，美国已经投资数十亿美元用于“氢能和燃料电池研发计划”。而我国也在不断加大这方面的资金投入和政策支持，大力推动制氢fossilfuelreservescombustionwater2water2化石燃料氧气可用能源燃烧water污染水化石燃料储藏二氧化碳环境hydrogenwaterwateroxygenenvironment可用能源hydrogenutilizationhydrogenproduction氢气水水氧气氧气环境用氢产氢产电renewableenergysources电可再生能源环境4技术和燃料电池的开发研究，开展有特色的试点开发。目前我国首座加氢站将于明年在北京投入运行。作为经济特区城市的深圳市，具有雄厚的经济实力和科技实力，应该首先抓住氢能飞速发展的契机，加大对氢能基础研发的资金投入和政策支持，增加制氢工艺、燃料电池发电等有特色的试点开发，促进制氢及燃料电池工业边摸索边发展，同时抢占具有国际竞争能力的氢能源产业制高点。除了坚持氢经济示范性发展外，为了更好的向“氢能经济”不断过渡，也为了切实缓解目前日益紧张的能源危机和环境危机，深圳市应该积极响应国家政策号召，走能源多样化、清洁化的道路，大力进行节约型能源建设，使深圳成为一个科技和市场领先的能源清洁型、节约型绿色城市。二、发展可再生能源是在通往“氢经济”的过渡时期内切实有效的现实选择目前，全球消耗的能源主要以化石燃料为主，而可再生能源所占的比例相当小，尤其是太阳能、风能等清洁能源所占的比例微乎其微。在能源危机日益凸现的今天，可再生能源作为解决能源供求矛盾、缓解能源环境压力的重要途径，逐渐得到了开发和利用，因此，21世纪被称作可再生能源的世纪。我国在可再生能源利用方面起步较晚，但近年来也在以年均超过25％的速度增长。全国各省市也都在依托本地的实际优势，积极创建本省市的新能源新方向，不断加大可再生能源开发的力度。可再生能源目前得到了世界各国的广泛研究，香港科技大学也在太阳能、风能、生物质等可再生能源发面具有强大的科研实力。例如，在生物质方面，发现麦草、稻壳等生物质可以有效替代煤发电，同时也降低了污染。5深圳市在新能源开发利用方面也在不断加大投入，在南山和盐田两地建成装机容量1.8万千瓦的垃圾电厂，在近年建成亚洲最大的总装机容量为1兆瓦（MW）的太阳能光伏并网发电系统，此外，广东户用光伏建筑一体化示范工程也已经在图2国际能源组织能源统计数据深圳启动。但是，深圳市目前可再生能源仅占能源供应总量的0.16%，远低于国外经济发达国家的水平，也低于上海、北京等国内城市的水平，还需要大力发展。因此，深圳市应该依托自身优势，大力提高新能源、清洁能源发电的比重，大力促进电源结构的优化，争做全国新能源开发利用的排头兵。结合深圳本身地理位置和经济的特点，太阳能发电（尤其是光伏发电）、风力发电和生物质能发电，最有希望成为目前大规模应用的新型发电方式。因此，在可再生能源规划方面，这几种可再生能源尤其应该得到重点考虑。1、风能在当前可再生能源中，风力发电是最便宜，技术最成熟的，也是世界上增长最快的能源，每年增长27％。如合理利用，有望成为仅次于火电和水电的第三大电源。风力发电不仅可以提供清洁高效的能源，而且投资回报率高于10％，蕴含巨大商机。目前，长三角和珠三角都正掀起一轮风力发电热。6全球最大的风力发电厂也将在2007年在江苏建成。而深圳市拥有230公里的海岸线和不少浅海地区、离岸岛屿，处于我国两大风能地带之中，有效风能密度高达100瓦/平方米,有相当大的开发利用价值。因此，深圳市应该优先开展详细的风力资源调查，研制风力发电发展目标和政府配套政策，大力提高风力发电的比重。图3风能、太阳能和生物能等可再生能源的利用2、太阳能太阳能是一种取之不尽、对环境无污染的可再生能源，可利用量巨大。太阳能发电技术主要包括三种技术：一种是利用光热转换把太阳能转换为热能，利用热能发电；另一种是利用光电转换直接把太阳能转换为电能，即光伏电池发电（PV）技术；还有一种是通过太阳能－化学能转换，将水分解成氢和氧，利用氢能来发电。从近几年的发展来看，光伏发电技术进展较快，被认为是本世纪最有希望得到工业规模应用的可再生能源利用技术之一。目前我国光伏电池已有4.5兆瓦生产能风能太阳能生物质能7力，高效电池、非晶硅电池的实验室水平与国外相差不大，但在向生产力转化和应用领域方面差距仍然很大。深圳市的优势在于全年日照时数为2200－3000小时，年辐射总量为5000－5900兆焦耳/平方米，同时拥有数亿产值的相关开发企业。因此，在太阳能发电尤其是光伏发电产业市场化方面，深圳市理应先行一步，积极形成领先优势，并充分发挥排头兵的引领和辐射示范作用。3、生物质生物质能是指来源于植物和动物的有机物质。通常包括农业废弃物、水生植物、油料植物、木材和森林工业废弃物、城市与工业有机废弃物等。生物质资源丰富，目前是仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源消费品。近年来生物质能成为可再生能源开发的热点之一。目前发展的生物质能利用技术有热化学转化技术、生物化学转化技术及生物质压块细密成型技术等。生物质除了可以直接用来发电外，还可以用来生产酒精、焦油、甲醇以及氢气等高品位的能源产品。目前生物质能发电中的垃圾焚烧发电和沼气发电是比较成熟的可再生能源发电技术。装机容量国内第一（5000千瓦）的生物质能发电项目已经在兴化市投入试运行，主要利用麦草、稻壳发电。三、节能、环保和提高能源效率是实现经济可持续发展的重要保障深圳市在过去的几年经济持续高速发展，但经济发展的需求和消耗对能源的利用和能源安全提出了严峻的挑战，节能、环保和提高能源效率成了经济持续、快速、健康发展的重要保障。节能对于合理利用自然资源和保护环境具有重要意义，被8国际能源界视为与煤炭、石油、天然气和电力同等重要的“第五能源”。因此，政府应该把节能工作提高到全面建设小康社会的高度来认识，不断加强节能工作、完善节能机制，改善和优化社会资源的消耗结构和企业资源的利用水平，唤起全民的能源节约意识，全面建设能源节约型、清洁型的“绿色深圳”。下面几个方面希望能得到政府重点考虑。1、分布式能源及热电冷三联产节能所谓分布式能源，是相对于传统的集中式供电方式而言的，是指分布在用户端的能源综合利用系统。它具有清洁高效、节省输电投资，模块结构，便于扩建等优点。它利用高效燃气轮机等燃烧清洁燃料发电，并将余热回收用来制冷、供暖和生活热水。分布式能源基于热电冷三联供技术，可以独立地输出冷、热、电能，从而实现对能源的梯级利用，能源的综合利用效率可以达到80％以上，同时还可以大大减轻电力压力，做到合理用电。图4冷、热、电三联产典型系统示意图天然气是目前最理想的分布式能源系统的清洁燃料，根据全世界的经验，发展冷热电联产是合理利用天然气资源的最佳9途径和最有效的手段。而以氢气为燃料的燃料电池发电更是理想的分布式能源系统。现在全球已经有100座以上的燃料电池发电厂在运行。我国目前正在逐渐加快分布式能源系统，特别是天然气系统的发展。上海市也在着力发展分布式能源系统，制定分布式能源的政府补助，预计10余座热电冷联供的分布式能源系统在2007年底投入运行。而深圳市对于建设分布式能源系统有独特具有非常有利的条件。首先，深圳具有一批联合循环的电站，积累了燃气轮机建设、运行、管理的丰富的经验。其次，国内第一座液化天然气项目――广东大鹏液化天然气项目建设在深圳市大鹏湾，预计将于2006年4月正式投入运行，这将给深圳带来丰富的天然气供应。还有，深圳市拥有很多中小规模的离散制造业（如电子、家电等），商用、写字楼类建筑以及社区、超市等也都相对分散，这些都是建设分布式能源系统的极有前景的用户。因此，深圳市应该利用自身优势并结合行政手段优势，建设天然气甚至燃料电池分布式能源系统样板工程，逐步推广分布式能源系统的发展。2、生活领域重点立项，建设能源节约型、清洁型社会在城市社会生活领域，政府除了要大力倡导节能环保意识外，更应该重点立项，全力解决能源发展中的主要问题。其中以清洁能源汽车、建筑节能、城市照明及垃圾利用等问题最为紧迫。据悉，2004年我国机动车消耗的石油占全国石油总消耗的三分之一以上，而汽车尾气排放也是环境污染的最主要的污染源，因此清洁型节能汽车的推广能够达到替代或者节约石油的目标