电力工业与可持续发展：节约资源和环境保护，本文主要内容关键词为：电力工业论文,可持续发展论文,环境保护论文,节约资源论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：F407.61，X144 文献标识码：A
文章编号：1004—9479（2000）01—0087—07
1 前言
改革开放以来，我国政府始终把电力工业的发展放在能源建设的首位，并提出“能源建设要以电力为中心”。在国家重点工程中，电力项目和投资都占有相当的比重。1980—1995年，我国发电量增长了3.35倍，是世界主要电力生产大国中增长最快的国家。到1997年底，我国电力工业总装机容量达254GW，总发电量达1132TWh，均居世界第二位，但是与我国经济建设的需要和满足人民日益增长的物质生活水平的要求，还有一定的差距。我国年人均发电量只有1025KWh，不及世界平均水平的1／3。随着社会生产规模的扩大和国民经济整体水平的提高，对电力的需求将不断增加，在今后较长的时间里，电力工业还要保持较高的增长速度，按电力工业发展规划，2000年和2010年总装机容量要分别达到290GW 和590GW，“九五”期间电力工业的投资将达1000亿美元。 但电力工业大发展在给国家带来巨大经济效益和社会效益的同时，也带来了资源消耗和环境污染等社会问题，在一定程度上影响了社会可持续发展。
2 电力工业发展的制约因素：资源消耗和环境污染
目前世界上普遍采用火力发电的方法。火力发电是通过燃烧大量的化石能源取得电力，如煤、石油、天然气等，这些资源都是不可再生的，终有枯竭之日。与此同时，在发电过程中还会排放出大量的有害物质，造成环境污染。
2.1 能源资源日趋枯竭
地球上储存着十分丰富的煤炭、石油和天然气等能源资源，但是经过长期大规模的开发、利用，目前上述资源的开发前景并不乐观。据资料介绍，世界煤炭探明可开采总储量为10391亿吨，可开采219年，石油总储量1374亿吨，可开采44年，天然气总储量128.85亿立方米，可开采60年，都面临枯竭的危险（1998，郑积源）。我国的煤炭资源十分丰富，煤炭探明储量为1661亿吨，居世界前列，但是煤炭的生产量和消费量也十分巨大，均占世界总量的29%。从发电结构看：我国电力以燃煤发电为主。1996年的发电量中：火电占81.4%，其中燃煤占95%，燃油占4%，天然气占1%左右。发电用煤就占当前煤炭产量的42.2—43.8%。按远景规划，到2010年这个比例将达54.29 %，2020年将达60%， 照此发展即使增产的煤炭全部用于发电，也不能满足要求，还要另外进口。
2.2 环境污染日趋严重
化石能源燃烧产生的CO[,2]使温室效应增强，SO[,2]、NO[,X]的大量排放，导致酸雨加剧。据统计，1991年全世界SO[,2]排放量约为1.4亿吨，其中火力发电排放的SO[,2]占总量的一半以上。SO[,2]的大量排放直接导致酸雨的形成，不仅危害人类健康，破坏森林资源，而且对建筑物和宝贵的历史文物等都具有较强的破坏作用。
目前我国绝大部分电厂燃煤产生的SO[,2]、NO[,X]和CO[,2]都直接排入大气，造成的污染非常严重。1995年，全国煤炭消耗量为12.8亿吨，SO[,2]排放达2370万吨，超过欧美，居世界首位，其中因火力发电而排放的SO[,2]占全国总排放量的35%。预计到2000年，随火力发电装机容量的增加，SO[,2]的排放量将达到总量的50%（科技日报，1999）。据1998年中国环境公报，我国大气污染仍以煤烟型为主，主要污染物是SO[,2]和烟尘，因此而导致的酸雨覆盖面积约占国土面积的30%。因酸雨带来的经济损失，每年高达1100亿元。1998年世界卫生组织公布的全球空气污染严重的十大城市中，中国占了7个（表1）。环境污染问题不仅已成为我国电力工业发展的一个制约因素，同时也严重制约着我国的经济、社会的全面发展。
表1 1998年全球空气污染严重的十大城市排名
城太原米兰北京乌鲁木齐墨西哥城
名次 1
2
3 4
5
城兰州重庆济南石家庄德黑兰
名次 6
7
8910
此外由于我国煤炭、石油等能源生产偏集西北、华北和东北，而电力需求偏于东部、南部地区，导致大规模、长距离的能源输送，不仅给交通运输造成巨大压力，而且在运输过程中由于散落、泄漏等问题造成沿线地区环境的严重污染，不仅浪费了资源，危及人类的身体健康而且严重毁坏了许多宝贵的历史文物，例如山西大同去岗石窟，就受到煤炭输送过程中散落的大量粉煤灰的污染，遭受十分严重的破坏。
世界各国对对环境污染问题都非常重视， 并采取了相应的措施。 1968年日本通过了“空气污染预防法”，1971年美国通过了“空气清洁行动法”，1985年欧洲国家通过了“火电厂燃烧指令”。大气具有流动性和扩散性的特点，其污染已成为一个国际问题，例如德国形成酸雨的污染物一半来自周边国家，我国排放的污染物对日本和韩国也会造成影响，这就需要有关国家采取联合行动，因此联合国和欧洲经济委员会正在为严格立法寻求一项国际协定：“长期跨国空气污染公约”，美国和加拿大也签定了类似的双边协议。我国也发布实施了新的燃煤电厂大气污染物控制标准（GB13223-96），但是限于我国国情，真正贯彻落实还有一定难度。
根据我国的能源资源现状和产业政策，今后乃至2020年我国能源构成仍将以煤炭为主，这势必对我国经济的可持续发展产生严重影响。因此电力工业要发展，必须要通过调整产业结构和技术创新才能有效地解决这些问题。
3 借鉴国外先进的技术和经验， 探索我国电力工业可持续发展的道路
电力工业可持续发展包括三个相互联系的内容：一是利用清洁能源，尽量减少化石能源的污染和排放；二是利用新能源和可再生能源，以满足可持续发展的需要；三是运用现代化科学技术手段武装电力工业，提高能源利用率，减少污染，实现电力供求协调发展。
3.1 常规燃烧方式的技术改造和清洁煤发电
从我国国情出发，在今后较长时期，我国发电能源构成仍以煤炭为主，常规燃烧电厂的脱硫脱氮技术和清洁煤发电技术是解决污染问题的主要手段。
烟气脱硫装置（FGD ）是解决现有电厂大气污染的切实可行的办法，它可减少排放量90%以上，其基本原理是使SO[,2]在水中被吸收生成硫酸，然后硫酸和加入的石灰石反应生成石膏。该项技术在美、日和欧洲国家已被广泛采用。印度、巴基斯坦、泰国、印尼和菲律宾等亚洲国家也在实施或准备实施该项技术。
目前我国也在积极进行FGD的试验和推广工作。 中日两国合作国内首例高硫煤半干式烟气脱硫技术已在山东黄岛电厂试验成功，四川宜宾电厂、珞璜电厂也在进行类似的合作。烟气脱硫技术在国内推广面临的最大困难是一次投资太大，一套装置就需十几亿元人民币，政府和企业都难以承受，目前有关部门正就引进国外技术和设备，立足于国内加工制造以降低成本进行论证和谈判。
清洁煤发电技术是燃煤发电技术重要的发展方向。采用清洁煤发电既可以显著降低污染物排放，又可以提高燃烧效率，也就是提高了煤的利用率，节约了资源。目前清洁煤燃烧方式有三种：（1 ）循环流化床燃烧（CFBC）。 这种燃烧技术可以使煤达到完全燃烧的程度， 可以使SO[,2]的排放量降低，生成NO[,X]少，又有利于石灰石对SO[,2]的吸收，收到良好的脱硫效果。法国普鲁旺斯（嘎旦）电厂建有世界上最大的工业流化床机组，发电容量达250MW，1995年投入运行。（2）增压流化床燃烧联合循环（PFBC-CC）。该项技术可使燃烧效率提高5%，燃料消耗减少10-15%，发电成本降低4-6%，排放的SO[,2]、NO[,x]和CO[,2]分别降低99%、95%和15%，是最有商业前景的清洁高效发电新技术之一。七十年代末期，美、英、德和瑞典就已建成中试规模的电站，现已发展成为比较成熟的技术。我国1981年东南大学开展研究工作，多次被列入国家重点科技攻关项目。（3）整体煤气化联合循环（IGCC）。 它是对煤炭加以气化，然后通过烟气清洗装置，与蒸汽一起带动常规联合循环机组，优点是耗水量低，可使用劣质燃料，副产品商品化，发电效率大大提高，可达到55%。法、葡、意、英和西班牙等国联合成立的西班牙煤气发电公司在马德里南部200 公里的帕托拉诺已建成世界上最大的此类电厂，总发电容量为335MW。
目前我国也在积极开展清洁煤燃烧技术的研究，清华大学成立了“煤的高效低污染燃烧国家重点试验室”和“国家清洁煤燃烧工程中心”，东南大学在清洁煤燃烧技术研究领域也做了大量工作。但总的来说，研究水平与国外相比差距很大。
3.2 加快水电工业的发展，适当发展核电
水电集一次能源开发和二次能源转换为一体，是当今世界可再生资源中利用技术最成熟、经济性能最好的一种，同时又具有运行成本低，并可兼获灌溉、航运、防洪等综合经济效益，是节约资源和可持续发展的发电方式。据计算，多开发1TWh水电，可替代3300万吨标准煤，可大大缓解煤炭资源紧张状况。1995年，世界水力发电量为2622.0TWh， 其中加拿大居首位，挪威的水电占发电总量的比重最高，约为99%，被称为“水电之国”。
我国拥有十分丰富的水电资源。水利资源理论蕴藏量约为0.68TW，居世界首位，但是目前仅开发利用了15%，发展潜力巨大。正在建设中的三峡工程是世界上最大的水电站，建成后拥有26台单机容量为 700MW的发电机组，总装机容量为18200MW，年发电量84.7TWh，1993年开工建设，2010年竣工。四川省攀枝花附近的二滩水电站是本世纪内我国建成的最大水电站，总装机6台，单机容量550MW，年发电量17TWh。 我国拥有丰富的水能资源，又拥有进行当今世界最大水电站的勘测、设计、科研、监理和运行管理能力，因此有必要大力发展水电工业。
水电建设的主要问题是一次投资成本太高，建设周期太长，以三峡工程为例，按1993年的规划，到2009年完工时，总投资为109亿美元， 考虑到各种实际因素，现在估计最终投资可能达290亿美元， 收回投资任务艰巨。
核电作为一种高效清洁能源在发达国家已广为采用，在正常运行条件下，核电对生态的危害比火电小得多，核电发电成本低，可节约大量煤和石油，核电对于经济发展速度较快、工业化程度较高而资源又相对缺乏的地区解决电力短缺问题有十分重要的意义，因此在法国、日本等国家深受欢迎。
到1997年底，全世界运行的核电机组共433台， 总装机容量367649MW，这些机组分布在30个国家（表2），其中美国核发电量最高； 法国核电在发电结构中的比例最大，为75.53%。 世界平均核电占总发电能力的17%，欧洲主要国家核电比重在30%以上。目前世界上正在建设的机组共46台，总装机容量37333MW，核电增长主要在亚洲地区。1995 年亚洲正在运营的核电机组共81台，装机容量60013MW，在建的机组22 台，容量为8327MW。日本计划到2000年核电达308TWh，占全国发电量33%；此外韩国、朝鲜、印度尼西亚、越南、泰国都在为发展核电制定了计划和目标。
表2 世界核电站主要颁布情况（1997年）
国家美国
法国
日本
英国
俄罗斯
加拿大
德国
数量(台)
10557 53 35 29
20 19
国家乌克兰瑞典韩国印度
数量(台)14
12 13 10
我国核电仅占总发电能力的1.2%，远远低于世界平均水平， 规划到2010年达到4%。我国目前已发电核电机组3台，总发电能力2200MW，其中秦山核电站1台，大亚湾核电站2台。“九五”期间在建的核电站有秦山二期、三期，广东岭澳和江苏连云港，总装机容量3210MW，总投资120亿美元，还有4台待建机组已签合同，总发电能力3400MW。
核电站的关键问题是安全问题以及核废料的处理问题，另外核电建设的成本也高于火电，平均为1450美元／KW，大亚湾2台900MW的机组总投资为39亿美元。所以核电的发展既要从经济发展的需要出发，又要考虑国家的财力状况，与此同时必须保护好环境。我国正处于工业化阶段，资金、技术并不十分雄厚，因此核电工业应优先布局在经济发展水平比较高，能源又比较缺乏的东南沿海地区。
3.3 积极开发新能源和可再生能源
当前世界能源以提高利用率、控制污染程度为主要目标，朝着多样化、再生化、高效化和洁净化方向发展。新能源和可再生能源有可重复利用，无污染的突出优势，从长远来看，有很好的前景，是可持续发展的必由之路，因此世界上许多国家十分重视新能源和可再生能源的开发和利用。美国总统科学技术顾问委员会曾发表报告认为，新能源技术可解决CO[,2]的排放问题，减少美对石油进口的依赖，实现国内燃料和电力供应系统的多样化，有利于扩大美国能源技术的出口，减少大气和水源的污染，降低核电成本和不安全因素等。在今后5年内， 美国能源部用于能源技术研究与开发的预算经费将增加11亿美元，其中大部分用于提高能源利用效率和开发再生能源技术，对再生能源技术的投入将从1997年的2.7亿美元增加到2003年的6.52亿美元。
我国在风能、太阳能和潮汐能的应用方面也取得了很大的成绩。统计结果表明， 我国目前各种新能源和可再生能源年利用总量已达300Mtee，约占全国一次能源消耗总量14%，占农村能源消耗总量的47%（国际电力，1998）。
3.3.1 风力发电发展迅速
新能源利用规模较大的是风力发电。虽然目前风力发电提供的电量还不到世界总发电量的1%，但正以每年25%的速度增长， 研究人员认为，50年后，这一比例将达20%甚至更多。风力发电逐步成为电力行业中的大家庭。
风力发电受到青睐，根本原因是这种可再生能源不污染环境，分布广泛，风力发电具有建设周期短，装机规模灵活，不占用耕地等优势，因此具有巨大的发展潜力。据计算如果全世界的风力资源都得以利用，其发电量相当于当今世界电力消耗总量的五倍。
世界上风能利用水平较高的国家是美、德、荷兰、丹麦和挪威等国。据德国联邦风能协会（BWE ）统计， 1997 年德国风电总装机容量为2000MW。1989年以来，荷兰政府同1000家公司达成了28个长期开发利用风力发电的协议，这些公司代表了这个国家90%的工业能源用户。法国每年风力发电量为3.4MW，占总发电量的0.5%。印度政府对风力发电采取了投资减税和价格扶持的优惠政策，风力发电事业发展很快，已成为世界第四大风力发电国家。美国、丹麦和挪威的风力发电也有较大的规模。
我国风力资源丰富，且集中分布在西北、华北和东北的草原和戈壁以及东部和东南沿海及岛屿（表3）。新疆九大风区总面积达15 万平方公里，年蕴藏发电量800TWh，广东省汕头市南澳岛地处台湾海峡喇叭口西南端，加上丘陵迎风面大，年平均风速在8.54m／s，具有优越的海洋风力资源条件，专家认定风况属世界最佳，目前已提前实现42MW的装机容量，预计年发电量将超过100GWh。内蒙古草原地区、浙江福建沿海地区都有丰富的风力资源。1998年为止全国已推广户用小型风力发电机16万台，装机容量为15MW，此外还从丹麦、荷兰、美国等国家引进了一大批大中型风力发电机，建成15座联网风电场。
表3 我国风力资源的主要分布
省区 风力资源(GW)省区
风力资源
内蒙古
61.78山东 3.94
新疆34.33江西 2.93
黑龙江
17.23江苏 2.38
甘肃11.43广东 1.95
吉林 6.38浙江 1.64
河北 6.12福建 1.37
辽宁 6.06海南 0.64
资料来源：中国气象科学研究院。
3.3.2 太阳能发电潜力大
世界上还有20亿人口尚未用上电，太阳能发电是最快捷、最简便的解决方式。1990年以来，世界太阳能发电设备销售额平均每年递增16%，仅次于风能。1997年比1996年猛增40%，总发电量达到800MW。 但是目前太阳能发电占总电力供应量的比例尚不到1 %， 发展潜力很大（1998，国际电力）。
随着太阳能技术的不断突破，太阳能发电成本正迅速下降，目前世界上大约有40万个家庭已经用上了太阳能提供的电力。 日本已计划为7万个家庭安装屋顶太阳能电池。美国和欧洲国家也在实施类似的太阳能发电计划。此外据报道，日本、韩国、意大利、挪威、荷兰、西班牙、瑞典和瑞士八国政府已达成协议，将从现在起到2001年前，在亚洲或非洲沙漠地区研究建造超大型太阳能发电站，发电站占地50平方公里，可供30万个家庭用电。沙漠占地球陆地面积的1／4，太阳能发电可有效地利用这片一直被荒废的陆地。
我国拥有丰富的太阳能资源，特别是在西藏和西北地区。在太阳能研究、开发和应用上已取得一定的进展，但是目前对太阳能的利用规模仍比较小。
3.3.3 潮汐能发电大有可为
潮汐能发电对开发资源，解决沿海地区常规能源短缺和保护沿海生态环境，促进经济发展有重要作用。
全球目前有100多座潮汐电站在运行中，总装机容量达2400MW。 到2000年全球装机容量将达6200MW。世界最大的潮汐电站首推法国兴建的240MW郎斯河潮汐电站，年发电量为54400MWh（1997，中国科技报）。
我国拥有十分丰富的潮汐能资源。据调查，潮汐能资源达190000MW，可供开发装机容量21790MW，年发电量可达6240MWh，其中90%集中分布在浙江、福建两省。到1997 年已有8 座潮汐能电站， 总装机容量达11MW， 其中最大的潮汐实验电站是浙江江夏潮汐电站， 其装机容量为3200KW。今后我国潮汐能开发的重点地区在浙闽沿海一带，“九五”沿海能源利用技术计划中，提出在浙、闽兴建1—2座万千瓦级潮汐电站。
3.3.4 垃圾发电前景广阔
随着经济的不断发展，城市人口的增加以及生活水平的提高，城市垃圾数量不断增加。不仅污染环境、占用大量耕地、危害人类健康而且垃圾中许多宝贵资源被白白浪费。垃圾发电技术为城市生活垃圾处理实现资源化、无害化开辟了一条切实可行的途径，并实现了垃圾从处理型向能源型的转换。目前工业发达国家的垃圾焚烧比例已达80%以上，焚烧2吨垃圾产生的热量相当于1吨中等发热量煤的热量，垃圾发电既可以减轻对环境的污染，少占耕地，又可发电，是一举两得的好办法。
我国城市垃圾每年已达8500多万吨，并以每年7—8%的速度增长，侵占耕地4万平方公里，垃圾中的有害物质严重污染地下水源和空气， 传播疾病，危害人类健康。目前我国垃圾无害化处理率不到5%， 与发达国家有相当大的差距。近十多年来，随着改革开放的深入和科学技术的发展，垃圾发电亦出现了发展的势头。从1987年深圳首次引进日本垃圾焚烧锅炉以来，目前在杭州、汕头、北京、广州、珠海等沿海城市都陆续安装了从国外引进或国内生产的垃圾焚烧锅炉。预计到2010年我国将建有垃圾能源工厂150—200座（李莉等，1998）。现在广东省深圳、珠海、汕头等地日处理垃圾1500吨，每台锅炉每小时发电1500KW以上。
4 结束语
当前，社会的可持续发展已成为人类面临的重大问题，为了人类的生存和发展，我们必须特别重视节约资源和保护环境。电力工业是资源消耗和环境污染的大户，电力工业的发展对社会的可持续发展有重要影响。为了使电力工业的发展与节约资源和环境保护的目标相一致，必须重视电力工业产业结构的调整，加强技术创新和法制建设。
现阶段，电力工业应积极对现有电厂加装烟气脱硫装置，减轻污染物排放，大力发展水电和核电事业，同时稳妥地进行清洁煤燃烧技术的研究开发，积极开发新能源和可再生能源。
必须指出，节约资源和环境保护的发电方式往往一次投资成本很高，而我国经济基础还比较薄弱，大规模投资建设还不现实，在此问题上，我们必须从国情出发，制定的目标要切实可行，关键是首先要加大科技投入，在有关技术上能跟踪国际先进水平，在有条件的地区可先建立示范工程，待条件比较成熟时再普遍推广。
当前电力建设中，大量的技术和设备都是从国外直接引进，在国内的发电设备市场和电力工程建设项目中，外国公司都占用相当大的份额，国家每年为此花费大量外汇，对此我们必须引起高度重视，大力加强引进技术和设备的国产化工作。
收稿日期：1999—10—25；修订日期：2000—02—15.
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