世界清洁能源发展研究综述

苗杰民

（山西农业大学 经济贸易学院，山西 太谷030801）

随着人们对环境问题和能源问题的日益重视，清洁能源成为一种有市场竞争力的能源形式，清洁能源的推广应用已成必然趋势。专家预测，由于天然气联合循环发电具有高效、运行灵活、投资少和建设时间短等优势，其发电占全世界发电燃料的比例，将从2010年的20%增加到2030年的22%。核电发展也呈现提升势头。水电及其他清洁能源发电量均有望提高。中国将是水电增加最多的国家，印度、老挝和越南都有开发水电的计划。而受高油价等因素影响，用燃油发电占全世界发电的比例将从2010年的11%降低到2030年的7%。清洁能源产业如风能、太阳能、水能的大力发展不仅可以缓解可能出现的暂时的油荒及煤荒，而且有利于环境保护，促使国家大力发展绿色经济，走可再生工业化道路，实现可持续发展。关于清洁能源问题的讨论就成为各国理论界极其关注的热点，有关学者从不同的角度对此问题进行了研究。

一、清洁能源的内涵

清洁能源是一种对能源的清洁化、高效化的系统应用技术体系。清洁能源有狭义和广义之分。从狭义上讲，清洁能源是指在开采、运输、使用和排放的过程中不会对环境和生态造成任何污染的能源，如太阳辐射能、风力、水力、地热、生物能以及海洋波浪、海流、海水温差、潮汐等能源；从广义上讲，清洁能源是指基本的开发和利用的整个过程中一般不会或很少污染环境和生态，或产生的污染程度小于被利用的能源，如地热能、煤炭能、生物能等。［1～10］清洁能源实质上是能源利用的技术体系，而不是能源的分类。换言之，清洁能源严格来说是指整个贯穿首尾的能源利用系统，并非指能源利用的源头。标准化的排放和自然属性是清洁能源的清洁高效的两个特性，二者的关系是相辅相成、缺一不可的。［11］

二、发展清洁能源的意义

发展清洁能源是我国保障能源供应安全、应对气候变化、改善环境质量的有效途径，具有重大战略意义。

保障能源供应安全。我国正处于工业化和城镇化快速发展的重要时期，能源需求具有刚性增长特征，然而受资源储量、生态环境、开发条件等诸多因素的制约，我国国内常规化石能源可持续供应能力远低于未来国内能源潜在需求。预计到2020年，我国清洁能源的开发利用总量可达6．7亿～7．4亿吨标准煤，可补充能源供应缺口的60%～70%，有效保障能源供应安全。

实现15%清洁能源承诺。研究表明，为实现2020年我国非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右的目标，清洁能源发电装机规模将达到6亿千瓦，占全国发电装机容量的1／3以上，清洁能源发电占一次能源消费总量的12．5%左右，转化为电力的清洁能源比重超过80%。

改善环境质量。发展清洁能源可以减少化石能源消费带来的二氧化硫、氮氧化物与烟尘等环境污染排放量。研究表明，2020年清洁能源发电可每年减少二氧化硫排放200万吨。我国清洁能源资源主要分布在西部和北部地区，大力开发清洁能源可为中东部地区提供清洁电力，缓解中东部地区的环境压力。

三、清洁能源发展的现状

（一）清洁能源分布广泛，资源量巨大

在全世界，每年生物质能源通过技术获得的资源潜力的值相当于65亿吨标准煤，陆地风能资源总量约为53万亿千瓦时，而海上可利用风能资源总量约为150万亿千瓦时。在地球上，陆地上分布最广泛的清洁能源是太阳能，每年产生的能量总量约27万亿吨标准煤，是当前全球消费能源总量的2000多倍。另外，资源量最大的是水能源，水能源开发规模大，经济效益好，每年水能源通过技术获得的资源潜力值约15万亿千瓦时。当然，海洋上的潮汐能、波浪能也是储量巨大的海洋能资源。［12～17］

（二）清洁能源利用现状

当前阶段，随着经济的发展和社会的不断进步，生态环境问题也越来越受到世界各国的重视。一些发达国家和发展中国家意识到了清洁能源在未来能源供应的重要地位，纷纷通过完善法律体系和出台相关政策、研究新的技术体系来保障清洁能源的开采和应用。在这样的背景下，清洁能源迅速发展，产业化水平不断提高，在能源构成中的比例不断加大。清洁能源新增投资持续增加，年增长率超过15%。大多数投资都流入欧洲。然而，中国，印度和巴西也吸引了越来越多的投资，这些国家投资所占的份额在5年间市场扩张了14 倍。［18～27］

1．太阳能

并网光伏 （PV）发电是目前世界上发展最快速的能源技术。21世纪初期，并网光伏（PV）发电在德国、美国和日本等国家共有40万户使用，装机量年增长率高达60%。从发电量来看，全世界范围内的太阳能光伏发电2011年为7．5GW，相比2010增加2．1GW。

2．风能

从清洁能源的装机容量的发展速度来看，风能装机容量仅次于太阳能，年增长率达到28%。德国在全球装机容量国家排第一位。全球大多数的风能增加主要分布在美国、德国、西班牙三个国家，分别为2．4GW、1．8GW、1．8GW。

3．地热能

有资料显示，美国2009年地热能发电量3200MW电力，相当于4个大型核电站可生产的电量总值，为此当年美国的石油节省7500多万桶。现阶段，全世界30个国家拥有200多万的地热泵作为建筑制冷和制热的主要来源。

4．生物能

21世纪初期，全世界乙醇和生物柴油等生物燃料的总产量高达330亿L，相当于全世界所有国家消耗汽油的3%，约为120M亿L。2011年，乙醇为巴西非柴油车燃料所提供的能量占到总量的78%。2011年，乙醇为美国非柴油车燃料所提供的能量占到总量的57%。当年，9个欧盟国家逐步成为了生物柴油的生产国家，其中，乙醇产量主要来源于美国，巴西位列第二位。当前，中国也有几个城市试点利用生物质能燃料。

5．潮汐能

据有资料显示，全球潮汐能资源总储量巨大，若利用充分可以发电10亿kW以上。在生态危机和能源危机越来越严重的背景下，由于潮汐能本身不会因为洪水、汛期等水文因素的变化而变化，所以潮汐能的社会效益和经济效益的优势也越来越明显。目前，很多国家已经建成或正在建潮汐能发电站，其中，苏格兰和英格兰已发展为全世界海洋能源主要的开发基地。

6．煤层气

煤层气是与煤伴生、共生的气体资源，是一种潜在的洁净能源；同时它又是一种温室气体，在体积相同条件下，其温室效应是CO的24．5倍。美国是目前世界上煤层气商业化开发最成功的国家，从1983年到1995年的12年间，煤层气年产量从1．7亿立方米猛增至250亿立方米，2010年煤层气产量达到700亿立方米。预计2020年至2030年前后，燃气在世界能源结构中的比重将赶上和超过煤炭和石油。

（三）国际清洁能源技术及产业发展状况

根据国际能源署的统计，化石能源仍然是当今世界能源消费的主要能源，清洁能源所占比重较小。按热当量法折算，2008年世界主要发达国家中，美国、日本、德国的清洁能源利用比例分别为15．7%、17．7%、21．1%；法国由于核电装机比例很高，成为全球能源消费大国中清洁能源利用比例最高的国家，占一次能源消费的49．2%。

近年来，我国清洁能源发电装机总体呈现迅猛发展的态势。据统计，截至2009年底，我国清洁能源发电装机约占总装机的25．4%，其中，水电19 629万千瓦、风电1760万千瓦、核电908万千瓦；按煤耗法折算，2009年我国非化石能源消费占一次能源消费总量的比重约为8．9%。

世界范围内正在掀起清洁能源发展浪潮，主要能源消费大国都将发展清洁能源作为拉动经济增长、带动产业发展、保障能源安全和降低温室气体排放的重要途径，美国、欧盟都提出了中长期可再生能源发展目标。我国正在规划建设8个千万千瓦级风电基地，东中部地区核电和西南地区大型水电也将继续加快开发，未来西北部地区还将建设大规模太阳能发电基地。

目前，清洁能源技术主要体现在发电技术、供热技术、供气技术和生物液体燃料技术等。

1．发电技术

发电技术主要包括小水电、风力发电、太阳能发电和生物质能发电。

（1）小水电

小水电是小型水电站的简称。由于小水电技术可以应用自动化技术，基本不需要专门人员看守，甚至有的微水电机组可以做到整装出厂，安装简单，只要连接好引水管就能自己发电，因此小水电技术是迄今为止最完善的清洁能源发电技术。目前，国内外都已经建设了大量的小水电站。

（2）风力发电

到目前为止，陆地风力发电技术已经日趋成熟，在欧洲的一些国家正在积极探索海上风力的发电技术。全球风力发电成本大约控制在每千瓦时5美分左右，相比十年前下降了50%左右，同时，装机容量也增长了15倍左右。随着技术的发展，发电成本的降低，风力发电在未来的清洁能源领域将发挥较强的市场竞争力。

（3）太阳能发电

在今后的一定时期内，太阳能发电技术主要是依靠光伏发电。现在全球光伏电池的年生产大约是56万KW，但太阳能光伏组件的价格约每瓦3．5美元，成本较高。但是随着科学技术的进步和生产能力的提升，太阳能光伏组件的成本一定会有所下降。

（4）生物质能发电

目前，生物质能发电是清洁能源发电的主要技术，在北欧和美国已经有较大规模的商业化经营项目。生物质能发电技术比较成熟，生物质燃气和生物质固体燃料与煤混燃发电效率较高，因此这将是目前生物质发电的主要发展方向。

2．供热技术

供热技术主要是太阳能热水器、生物质燃料和地热供热。

现在我们所使用的太阳能热水器就是重要的清洁能源供热技术，该技术已经成熟，并且生产规模不断扩大，产业体系不断完善，在市场上的竞争力不断提升。生物质能供热技术主要包括燃用生物质木炭的壁炉和热电联产集中供热等。在奥地利、芬兰和瑞典等国家的使用规模不断扩大，技术体系也日趋完善。地热供热技术也已成熟，在市场上也得到了大范围的推广。

3．液体燃料技术

液体燃料技术主要是指燃料酒精、生物质燃料油等。［28～39］

乙醇技术以速生植物为原料，也必将是液体燃料的主要发展方向。美国把玉米作为主要原料来制取车用乙醇燃料，而巴西则利用低成本的生物质资源 （木薯、甘蔗等）制取车用乙醇燃料。在世界上一些发达国家中，生物燃料制取的主攻方向是以转基因油料作物作为原料，但是应该看到这些清洁能源技术在今后相当长一段时期内的作用不是很大。

综上所述，在21世纪初期，很多的清洁能源利用技术不断进步，产业规模不断扩大，经济价值逐步提升，市场化较为明显，预计在未来的10年间，大多数清洁能源技术的市场竞争力还将会提升，在未来的20年以后发展会更加迅速。

四、清洁能源发展评价模型

（一）LEAP （Long range Energy Alternatives planning system）模型［10］

Long range Energy Alternatives planning system是波士顿大学联合斯德哥尔摩环境研究所在情景分析的基础上共同开发的一个自底而上的能源—环境模型。该模型可以用来预测能源的需求，也可以用来分析环境影响和成本效益。在该模型中，做综合环境影响分析的时候，需要把来自非能源部门的温室气体排放也考虑在内。

（二）MARKAL能源模型

MARKAL是一个对能源系统建立在线性规划基础之上的分析工具，是 Market Allocation的简称。MARKAL选择最优能源技术组合是通过线性规划方式来实现满足未来各期能源服务需求。［7］该模型在OECD国家以及其它几个发达国家使用较为广泛。

（三）3E模型

国外把能源——经济——环境三结合的研究称为3E （Energy，Economy and Environment）研究。3E模型包括：预测未来能源变化趋势，针对生产过程的环境进行评估，可以研究温室气体减排对经济发展的影响，同时可以用来分析各种技术的减排成本。3E模型主要是用来预测能源、评估能源和发展能源。3E模型可以解决国家在可持续发展战略上的策略选择，适用于国民经济尤其是能源部门的可持续发展战略研究。［41］

（四）中国能源环境综合政策评价模型（IPAC）

20世纪90年代以来，中国发展改革委员会能源研究所开始致力于能源模型开发与应用方面的研究。21世纪以来，有针对性的构建我国的能源——环境综合评价模型。中国能源环境综合政策评价模型 （IPAC）主要是对大气排放，能源与大气的关系进行深入的研究，但该模型的劣势就是没有对能源经济环境如何相互影响进行精确深入的研究。［42］

五、清洁能源的发展主要存在的问题

长期以来，能源一直是经济发展中的热点和难点问题。能源问题解决得好不好，直接影响到国民经济能否实现可持续发展。随着国际能源格局的风云变幻，世界各国正面临着能源战略部署所带来的挑战，这是国民经济发展的一个瓶颈问题，也是对和平崛起的严峻考验。所以，从战略高度全面分析能源形势，深入研究能源发展问题，对国民经济和社会发展的持续健康成长有着极其重要的意义。

近年来，世界各国在能源发展方面已经取得了巨大进展，能源总产量翻了一番，在煤炭生产、石油天然气的勘探开发、大水电站建设、核电发展以及可再生能源的发展方面，都取得了巨大的成就。同时，开发和利用能源方面还存在着许多问题。

（一）部分清洁能源亟需寻找替代原料

例如，玉米等粮食作物是乙醇的主要原料，但是目前世界粮食总量不足，粮食问题依然存在，那么这样的清洁能源原料就与经济的发展存在着一定程度的矛盾，于是，寻找可替代玉米的原料就显得尤为迫切。

（二）部分清洁能源的技术问题需要突破

例如，太阳能光伏发电需要继续开发太阳能电池等新材料，那么电池的光电转化效率技术就必须突破；再如，风能发电所需的设备中的齿轮箱等核心部件的国产零件损坏率很高，目前很难自给，那么就需要对该技术的进一步研发。

（三）清洁能源的经济性难以解决

从目前来看，清洁能源的前期对研发的资金投资和设备原料的投入远远高于传统能源。从发达国家的清洁能源发展经验来看，有一大部分高科技企业在清洁能源的研发和生产领域占据着重要地位，那么怎样加大投入力度，用积极政策来调动广大企业的积极性依然是当前的主要课题。

（四）清洁能源的发展缺少相应的政策支持

这个问题在清洁能源行动中得到暴露，地方政府在作清洁能源决策时缺乏经验，从而造成政策支持不够，影响到清洁能源的发展。清洁能源行动是一项庞大的系统工程，需要各方面政策的支持。要利用好、协调好相关政策的作用。其中特别要注意以下政策作用的发挥和应用。一是国家相关的法律、法规和规定，如西部大开发、振兴东北老工业区以及关于节能与能效、热电联产、集中供热、清洁能源、环境保护等一系列的政策和规定。二是地方相关行业，如电力、煤炭、热力、天然气等行业的相关政策和规定，尽量做到协调一致，共同促进清洁能源的开发和利用。

（五）清洁能源的法律法规有待进一步的完善

在当前一个阶段，现行的清洁能源的法律法规依然存在着不同程度的问题。要想顺利推动清洁能源产业化，要结合不同清洁能源的发展现状和发展特点，需要制定合乎发展的法律法规才能对清洁能源实行倾斜性的保护。

六、结束语

近年来，世界能源发展已经取得了巨大进展，但在开发和利用能源方面还存在诸多问题，如能源的生产量不能满足能源消费需求的增长、能源结构不合理、能源利用效率不高以及对开发和利用新能源和可再生能源战略意义认识不足等。因此，能源发展战略应该注意长期坚持节能降耗、提高能源利用率，加速能源结构调整，大力发展清洁能源和积极开发利用可再生能源。同时要采取各项措施，以促进战略的实施。清洁能源的利用及技术的开发应用，关乎国家可持续发展的战略目标，是实现绿色经济和谐发展的一个重要保障。我们应把清洁能源的发展置于重要的战略地位，针对目前存在的问题，积极创造条件，给与资金、技术、政策等方面的支持，努力提高清洁能源技术水平，促进清洁能源技术及产业更好、更快地发展。

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