文/ 中国科学院院士 徐建中
一、我国目前在能源方面的形势
能源和环境问题是制约我国经济和社会发展的重要因素，是始终必须高度重视的重大问题。现在的形势下，我们面临能源总量的供应问题。我国经济和社会的发展需要大量能源，而我们能源产物的供应是很难满足要求的，供需矛盾很尖锐，因此能源市场的缺口是一个非常大的问题。国家规划中已经把能源作为未来重点发展的领域，超过生物领域，放在了第一位。我国以煤炭作为主要能源这样的一个简单的、粗放的发展模式造成了严重的环境污染。这种环境污染是一种局部性的污染。现在以二氧化碳为代表的温室气体，造成了全球性的气侯变暖和气候异常，对人类未来的发展提出非常重大的挑战。所以在这样的能源形势下，必须要探讨可持续发展的道路，使得国民经济保持一定的发展速度，节约资源又不污染环境，由此我们提出了低碳经济的概念。
二、低碳经济是我国可持续发展的必然选择
在科学发展观的指导下，走节约型社会的道路，本身和低碳经济是一致的。低碳经济是一种低污染、低能耗的经济，从经济上的层面上，要转变经济发展方式、调整产业结构；从社会层面上讲，要改变生活观念和方式；从能源层面上讲，要调整能源结构、发展和利用无碳和低碳能源、提高能源效率，建立可持续的能源体系。可持续的能源体系主要由叁部分内容组成，一是低碳的能源结构。这个能源结构强调以低碳为主，是可造能源，也就是说现在的化学能源还必须经过低碳排放的处理；二是先进的电网，以智能电网为代表。上个世纪我们的动力和能源是大电力，电网发展越来越强，在新世纪里，除了大电力、大电网以外，我们还要搞一些中层的电力，比如微电网、智能电网等，这应该是未来发展的一个方向；叁是科学利用，提高能效。目前我国能源利用率普遍偏低，还存在许多问题。
三、我国能源利用存在的问题和原因
1.能源消耗量巨大，且增速快，已成为世界第一大能耗国家。
据IEA（国际能源机构，International Energy Agency）预测，至2030年，全球平均能源消耗年增长率为1.8％，而中国为3.5%，高于其他国家尤其是经济合作组织国家。（见图1）
2.能源效率低，产物能耗与国际先进水平有较大差距。我国的开采效率是35.8%；中间效率包括运输、转换等，在69.6%；终端的利用效率，工业53.4%，农业33%，交通的更低，这些总的综合在一起是52.2%，最后再乘以中间效率、开采效率，我们整个能源系统的总效率只有13%，跟国外相比大概差了10个百分点。（见图2）
造成我国能源利用的这些问题的主要原因有：
1.对节能科学技术认识与投入不足，缺少自主知识产权的关键技术。2008年，节能科技投入占我国国民生产总值的1.54%，与世界领先国家3%的水平差距很大。
2.节能产业市场化程度差，产业集中度低、公司规模小，低水平运营比较严重。
3.政策法规有待进一步建立和完善。
此外，从科技角度分析，还有以下原因：
1.生产过程工艺、技术和设备落后。电力行业效率低、污染重，小火电比例大。2007年，20万千瓦以下的火电发电容量占27%左右。钢铁工业小焦炉、小高炉、小转炉、小电炉、落后轧机比例大，全国1000立方米以下高炉占炼铁能力的60%以上。燃煤工业锅炉比重大，单台容量小，设备老化。煤锅炉占工业锅炉总容量的85%，20蒸吨/小时以下超过80%。水泥行业近50%采用立窑和湿法等落后工艺。
2.余热余能浪费巨大。钢铁公司副产焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等可燃气体，还伴生红焦显热及炉顶煤气压力能等。吨钢余热余能总量455千克标煤，我国回收率为45.6%，而发达国家在90%以上。2007年放散焦炉煤气175亿立方米，相当西气东输天然气体积量的1.45倍。每年煤炭生产直接排放的煤层气130亿立方米，折合1600万吨标煤。
3.能源转换、利用技术水平落后。动力机械量大面广，电能综合利用率低。我国拥有3700余万台泵和风机，电能综合利用率为30%-40%，而国际先进水平在70%以上，每年造成的电力浪费达上百亿千瓦时。
四、节能和科学用能
节能是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理及环境和社会可承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放，有效、合理地利用能源。科学用能是研究用能系统的合理配置和用能过程中物质与能量转化的规律以及它们的应用，以提高能源利用率和减少污染，最终减少能源的消耗。科学用能有叁重涵义：一是&濒诲辩耻辞;分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用&谤诲辩耻辞;，提高能源和资源的综合利用率；二是能源与环境的协调，把能量转换与物质转换紧密结合，注重控制废弃物与污染物的形成、迁移、转化与分离，在能源利用的同时，分离、回收污染物；叁是转变传统的能源利用模式，形成资源、能源、环境一体化模式，实现资源循环利用，最大限度地减少&濒诲辩耻辞;废物&谤诲辩耻辞;和&濒诲辩耻辞;废能&谤诲辩耻辞;。（见图3）
节能是长远解决我国能源问题重大任务，是能源战略的基本指导思想和核心，应当&濒诲辩耻辞;节能为本&谤诲辩耻辞;。虽然我国目前能源利用率低，但我国节能潜力很大。未来10年，节能空间高达33%～50%。此外，节能减排对控制二氧化碳的贡献很大，对降低我国单位骋顿笔碳强度的贡献率约80％左右，到2020年，其贡献率将在50％以上。
五、科学用能的重点领域和技术
1.热能的综合梯级利用
热能的阶梯利用（见图4）就是指把燃料产生的高温气体进行回收，高温的用来发电，中温的用来制冷，低温的用来采暖和生活用水，剩下的一小部分再排放出来，这就是我们通常讲的温度对口，梯级利用。我们要采用先进的燃烧技术，包括水煤浆、煤粉燃烧，还有现在正在考核的高温空气燃烧技术等。这里要注意一个问题，为了提高换热的效果，我们常常会增加流速，而增加流速的同时能耗也会增加，所以我们要把这两者协调处理。
2.能源、资源的综合梯级利用
（1）化工－动力对联产系统
通过系统集成把化工过程和动力系统有机地耦合，在完成发电、供热等能量转换利用功能的同时，生产替代燃料或化工产物，从而同时满足能源、化工以及环境等多功能、多目标需求。相对于化工与动力分产系统可节能15%以上，替代燃料生产与发电成本有望下降20%以上。
（2）生态工业园
一个建立在一块固定的地域之内的公司集群，不同工业公司间以及工业公司、居民和自然生态系统进行良好的合作，有计划地进行物质与能源的交换与循环利用，实现有效的资源共享。它可以使能源与原材料使用最小化，废物最小化，提高经济与环境效益。
（3）膜分离技术
这项技术兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，经济和社会效益巨大。
3.动力机械节能
（1）采用变频调速技术，一般可节能20％～30％以上。
（2）动叶可调技术以及计算流体力学技术，可大幅提高动力机械设备的运行效率。
（3）研制运行控制调整与专家分析系统，建立矿用风机智能安全运行节能控制模块。
（4）提高电机系统的节能能力，采用冷轧矽钢片代替热轧矽钢片，发展超高效率三相异步电动机等。
4.余热余能回收利用
我国钢铁、有色、石化、建材、化工、煤炭等行业产生大量余热余能，对其回收利用是节能减排的重点工程。
例如在钢铁工业，干熄焦（CDQ）余热利用技术，利用惰性气体冷却红焦，加热后的高温惰性气体送入余热锅炉换热，产生的蒸汽用于发电和供热，可使吨钢能耗降低15千克标煤，目前全国普及率为30％。
高炉炉顶煤气余压回收透平发电装置（罢搁罢），利用高炉炉顶煤气压力驱动透平做功，将煤气压力能转化为机械能。罢搁罢是典型的高效节能环保装置，不需燃料，不改变原高炉煤气品质，回收能量，降低噪声，无污染。可回收高炉鼓风机所需能量的30-50％。
低热值燃气-蒸汽联合循环（颁颁笔笔），煤气经煤气压缩机压缩后在燃气轮机中燃烧膨胀做功，做功后高温烟气在余热锅炉余热回收，产生的水蒸汽驱动汽轮机膨胀做功。可以有效回收煤气余能，发电效率为40-50%。目前国内有10余个钢铁公司在应用，基本为进口。
5.电力电子与节能
电力电子技术是综合控制、电力、电子等于一体的技术，它利用大功率电子器件对能量进行高效变换，控制其输出，从而为用电设备提供所需要的电源。其核心是电能形式的转换，主要特征是控制和变换的高效率。目前在所有能源中电力方面能源约占40%，降低电能消耗具有重要意义。在发达国家，利用电力电子技术对电能处理后利用的节能效果可达15％～40％。电力电子节能的关键技术包括开关变频技术、软开关技术、高频技术、有源功率因数校正技术等。
6.交通节能
我国每年消耗的石油大约66%用于汽车、工程机械、农机、船舶等。汽车的节能主要取决于动力系统和城市交通系统，未来二、叁十年内，汽车动力仍以内燃机为主，内燃机节能有很大的潜力。内燃机用于动力输出功率仅占燃油燃烧总热量的30％～40％，以热量形式排出车外的能量占总能量的60％～70%，热效率提高有25-50%的潜力。
关键技术有：分层燃烧和均质压燃烧，回收、利用尾气排放的热量，先进燃油和空气供给系统等。
7.建筑节能
目前，能耗高、能效低、污染严重是建筑业可持续发展面临的最大问题。现有城乡建筑面积400多亿平方米，约95%是高耗能建筑。建筑能耗占全社会终端能耗的27.5%，单位建筑面积采暖能耗相当于相同气候地区发达国家的2-3倍。建筑用能污染严重，大气中二氧化碳浓度值采暖期平均为非采暖期的6倍。我国建筑节能任重道远，应该寻找一条适合我国国情的建筑节能道路。
具体的说，建筑能耗设计维持建筑功能和建筑物运行过程中的各种能量，包括建筑施工、采暖、空调、照明、电梯、热水、烹调、家用电器及办公设备等的能耗。应在围护结构、供暖空调系统和功能设备能效叁方面开展节能活动。在建材生产、设备制造、建筑工程、运行管理、节能服务以及节能监管等各方面提高能效水平。
建筑节能的技术路线包括：一是节能环保建材的开发与推广应用；二是集中供热系统高效调节、计量与监控研究；叁是节能环保家电的研发和推广；四是既有居住建筑综合改造；五是大型公共建筑节能改造；六是村镇建筑节能技术体系和关键技术研究；七是节能环保的绿色建筑技术体系；八是开展建筑能源审计，建立不同建筑类型的能效标识制度等。在分析建筑用能特点的基础上，把利用可再生能源、环境能源和发挥热泵作用作为建筑科学用能的一个重点。从梯级利用、提高能效出发，考虑到可再生能源的特点，大力发展多能源互补的分布式能源系统，以此来达到建筑节能的目标，实现各个环节的系统能效最大化。
建筑科学用能是一项庞大的系统工程，需要多层次、多角度地加以研究。应研发和应用高新技术，利用科技进步促进节能。同时加强政策管理，完善能源立法。在国家低碳技术发展规划的指导下，我国必将在低碳经济方面取得重大成果，为人类发展做出贡献。（根据&濒诲辩耻辞;十一五&谤诲辩耻辞;全国建筑业节能减排经验交流大会录音整理）
