全球能源发展趋势及能源开发方式(2)
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摘要：根据国际能源署“2002世界能源展望”最新统计资料表明： ·近30年内，世界能源需求量将增长2/3； ·矿物燃料在能源结构中仍将占主导地位； ·近2/3的能源增长将发生在发展中国家； ......
2 能源开发方式
如图4所示，大约2/3的全球电力仍来自矿物燃料，而在由可再生能源开发的电力中，水电占据了重大份额。预计这种趋势不会改变（表1）。
2．1电力开发的主要方式
国际能源署认为：“在2000年至2030年期间，电力开发将以每年2．3％的速率递增。当今，煤是应用最为广泛的电力资源，占40％的份额。而其余的份额则主要由天然气、核能及水电平分秋色。接下来的30年中，电力燃料结构将会发生明显改变，天然气将占据优势。”（国际能源署，2002）。
燃料结构的改变预计主要由如下几点：
·2000年至2020年期间，煤在总的发电中的份额将缩减，而在这之后又将略微回升。而整个过程中，煤在总发电量中仍然保持最大份额。
·尽管石油在总发电量中的份额已经很小，但仍将缩减。
·由于新建的发电厂中，大部分将为天然气电厂，因而天然气的份额将大大增加。自2000年至2030年，将从17％增至31％。考虑到价格将上升的因素，预计在预测期后半段时期里，对天然气需求的增长速率将有所下降。
·核发电将略微增加，但由于新建电厂不多而现有的许多又要报废，所以核电在总发电量中的份额将减少一半。
·预测期内，水电开发将增长60％，但所占份额却有所下降。
·除水电以外的其它可再生能源将比其它任何能源都发展迅速，年增长率达6％。在2000年至2030年期间，可再生能源总发电量可增长近6倍，在2003年全球总电量中的份额可达4．4％。风能和生物将占居整个增长量的80％。
·预计利用天然气中提取的氢而形成的燃料电池将成为一种新型的电力资源，特别是在2020年以后。至2030年，氢燃料电池在总电量中所占份额将略超过1％。
表1对全球电力平衡做了一个总结。
正如最近一届世界可持续发展大会（2002年，约翰内斯堡召开）的实施计划里所述，大家普遍认同能源持续发展的必要性。
“通过开发先进、清洁、廉价及高效节资的能源技术，包括矿物燃料技术及如水电等可再生能源技术，并在共同认可的方式下将技术转让给发展中国家，这样可使能源供应多样化。大力开发全球可再生资源已迫在眉睫。在此基础上，可以扩大总的能源供应。要弄清国家和地区的目标以及存在的主动性的作用，要保证能源政策支持发展中国家为脱贫而做的努力，并对获得的数据定期地评估来跟踪进展。”（第19e条）
虽然开发可再生能源具有明显的优势，但正如任何一种发电方式一样，无论在当地、区域或全球范围内，都存在一定的负面影响。
2．2各种供能方式的影响
考虑到各种基本资源及转换技术的多样化，要比较它们相对的环境特点并不简单。能源转换和节能措施无疑是避免一些不良影响的最佳办法。然而，这些应用并不能完全满足电力的需求，尤其对发展中国家而言。
从环境的角度，对电力开发方式的比较必须建立在一种综合分析的基础上，即应该将每一种可替代能源开发过程中所形成的生物循环里的所有因素都考虑进去。生物循环评估（有关电力开发方式中生物循环评估的更多信息详见附录C－i及ii）具有广泛范围，从头至尾“从摇篮到坟墓”地贯穿每一种方式的始终，要评价整个过程中每一步的环境影响，包括资源提取、燃料加工及运输、厂房建设、电力生产和废渣处理等内容。
所有能源资源的使用都影响着环境，并带来或多或少的后果。煤、石油和天然气等矿物燃料的燃
烧会产生许多不利于环境和人类健康的因素。尽管利用技术来减轻这些影响，然而大气污染还是会造成地球变暖、酸雨、烟雾及呼吸道方面的严重疾病等等。
非矿物燃料同样具有不良影响。引起公众关注的问题是核能领域中出现的操作安全、危险物质的处理和储藏，甚至涉及潜在的核武器泛滥等问题。同样地，这些问题都有望通过技术来减轻。通过控制电厂规模及产品种类还可降低成本。
大型水电项目也受到争议，主要集中在人口迁移、鱼类和生态影响、贫瘠河流管理等。这些问题通常都是由于缺乏有效的影响消除、法律不健全和腐败。
大规模生物能的开发也会带来农村的单一经营、生物差异、耕地与水源之间的矛盾，以及对农作物与燃料等方面产生的负面影响。
风能和太阳能由于被认为是不可靠的和不可预见的而受到批评。尤其是风能，由于其风轮机对视线有干扰、产生噪音，而且在有些地方还引起鸟类的死亡，因而备受指责。太阳光伏电池的制造和处理难免要破坏环境，而且还很昂贵。
潮汐发电（源自江河拦河坝）造成浅滩被水淹没，妨碍了涉水鸟的觅食。迁移的及过冬的鸟类数量遭受影响。此外，由于盐度受到破坏，海洋能问题也令人担忧。
无论选择哪一种来作为最为合适的电力供应方式，都存在着优缺点的平衡问题。这就要求要以综合的认识及合适的管理来提供持续的能源服务。
2．3承受能力—成本问题
电力价格如何趋于更易被承受是一个基本要求，尤其对那些较贫穷的发展中国家来说。因而，电力成本是决策的一个根本标准。如表2所示，最廉价的可再生能源是水电。而且，此处的成本核算还没有将水库综合利用（防洪、供水、航运、娱乐等）方面的附加效益计算在内。
通常，对于城区的电网供电，用电低谷时的电价为2～3￠/kWh，而到了用电高峰时就升为15～25￠/kWh。（联合国开发计划署，2000，p15）
在注重消费者所要承受的价格的同时，还应充分考虑每一种方式的服务水平、灵活性、舒适性以及能源开发过程中的效率等问题。
2．4服务水平
在一年中每一天的电力需求都是变化的，但是电力却不象木材、石油或天然气那样可以方便而又经济地储存。所以它具有这样的特点：一旦电力需求发生变化，电力生产就必须立即做出相应的调整来匹配。如果需求增大，而供电跟不上，电压就会下降，引起电力系统“电力不足”和供电中断。这对于经济活动、健康教育基本服务以及安全等方面都有很大的影响。
为了能够应付电力需求的波动，通常会将几个电厂结合起来使用，它们各自为保证供电的连续性而发挥不同的作用。表3对此作了说明。一些电厂适合于用作基荷电厂，而另一些则作为峰荷电厂。例如，核电厂通常保持固定的输出，一般让它们来负担基本负荷。相反，按照不同的设计，水电厂可以满足不同的电力需求，可以是基荷或是峰荷，甚至可以做到同时都满足。这种供电的灵活性正是水电、柴油和天然气的特性之一。
由此可见，系统所能提供的服务水平是对发电方式进行比较的一个基本因素。由于有些发电方式一年中大部分时间都满负荷运行，而有些却长期不运行，所以不选用单位装机容量（MW）进行方式比较。而对于给定时期内的单位能量产出应考虑环境影响。
此外，单位能量（kWh）并不是等同产出的。有些方式，如风能、太阳能等间断性供能系统要求有后备支持。因而，对此类间断性能源的效果评估也应包括对所有后备支持能源方式的评估。例如，靠柴油辅助的风能发电系统在环保方面要逊于靠水电扶助的风能发电系统。
同时，单位能量（kWh）并不一定等价。有些供电方式在价格方面很大程度取决于原材料的价格波动，如天然气或石油等；而可再生能源不会受这种市场变化的影响。
2．5能源效率
优化使用能源是未来持续发展的保证。在能源领域，效率基于以下两个因素：
·能源转化率
·能源回收率
（注：能源转化率指一个电站在正常寿命期内产出的总能量，与电站建设、维护及发电设备所需的能量投入相除所得的商（国际能源署2000，“水电与环境：现状及未来行动方针”，第二卷—主报告—第三章，p．55）。此值越大，说明能源系统性能越好。）
能源转换率涉及到从一种能源的最初形式转化到电能所经历的过程。例如，水电和风能是将自然风力和水流直接转化成电力，与矿物燃料相比，它们的能源转化过程显得很短且高效。在所有能源方式中，水电站所提供的能源转化效率最高。当今的电站将水能转换为电能的效率可达到95％以上，而即使是最好的矿物燃料厂也只能达到60％左右的效率。
如图5所示，水电的能源偿还率也是最高的。一个水电站在寿命期内所产出的总能量通常是建设、维护与运行它所需的能量投入的200多倍。
图5 发电方式与能源偿还率 (资料来源：能源政策2002，p.1276)