社會(huì)其它相關(guān)論文-科學(xué)用能——應(yīng)對(duì)能源挑戰(zhàn).doc

社會(huì)其它相關(guān)論文-科學(xué)用能應(yīng)對(duì)能源挑戰(zhàn)【摘要】本文為作者2004年12月為積極響應(yīng)中國科學(xué)院技術(shù)委員會(huì)主任徐建中院士在總結(jié)歸納了國內(nèi)外專家對(duì)如何解決中國能源問題有關(guān)建議后，根據(jù)科學(xué)發(fā)展觀，提出以“科學(xué)用能”來應(yīng)對(duì)中國面臨的能源挑戰(zhàn)的倡議而寫的文章。文章從科學(xué)使用能源，科學(xué)配置能源和科學(xué)管理能源等全面的闡述了自己的認(rèn)識(shí)。中國的資源甚至全世界的資源都無力支撐中國按目前的方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的目標(biāo)，中國必須依靠科學(xué)的方式，以發(fā)達(dá)國家今天的技術(shù)和發(fā)展模式作為未來前進(jìn)的藍(lán)本，通過科學(xué)的使用能源，科學(xué)的配置能源和科學(xué)的管理能源來解決中國現(xiàn)代化的能源環(huán)境瓶頸?！娟P(guān)鍵詞】節(jié)能科學(xué)用能熵的世界觀科學(xué)使用能源科學(xué)配置能源科學(xué)管理能源前言中國科學(xué)院技術(shù)委員會(huì)主任徐建中院士在總結(jié)歸納了國內(nèi)外專家對(duì)如何解決中國能源問題有關(guān)建議后，根據(jù)科學(xué)發(fā)展觀，提出以“科學(xué)用能”來應(yīng)對(duì)中國面臨的能源挑戰(zhàn)。這一建議得到兩院院士和能源專家們的普遍支持，認(rèn)為這是對(duì)能源的利用方式的技術(shù)進(jìn)步、資源配置的優(yōu)化和管理體系的創(chuàng)新提出了一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)的新目標(biāo)。已故的著名工程熱物理學(xué)家、中國科學(xué)院主席團(tuán)執(zhí)行主席吳仲華院士，早在1980年8月14日中央書記處舉辦的科學(xué)技術(shù)知識(shí)講座報(bào)告中就預(yù)見性地提出了“依靠科學(xué)技術(shù)解決中國能源問題”的理論，徐建中院士將這一觀點(diǎn)根據(jù)24年以來的科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步的成果和趨勢(shì)進(jìn)行了系統(tǒng)的發(fā)展。今天的中國已經(jīng)達(dá)到GDP人均1000美元的小康目標(biāo)，按照我們預(yù)定的經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，2020年將全面實(shí)現(xiàn)小康，2050年達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家的水平，人均GDP達(dá)到10,000美元，若按PPP核算方法將達(dá)到25,000美元。如果以其他發(fā)達(dá)國家的發(fā)展歷程比較，GDP達(dá)到1萬美元時(shí)能源消耗是人均4噸標(biāo)準(zhǔn)油/年，折合5.6噸標(biāo)準(zhǔn)煤。這樣，到2050年中國人口達(dá)到15億，將需要60億噸標(biāo)準(zhǔn)油，折合86億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。這是世界目前能源生產(chǎn)能力的60，是一個(gè)無論如何也不可能達(dá)到的目標(biāo)，不要說全球的資源無力支撐，全球的環(huán)境也根本無法忍受。怎么辦？唯一的出路就是依靠科學(xué)技術(shù)來解決中國發(fā)展面臨的能源和環(huán)境難題。“科學(xué)用能”，主要包涵三個(gè)層面-科學(xué)使用能源，科學(xué)配置能源和科學(xué)管理能源。這一觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，鼓勵(lì)采用先進(jìn)的技術(shù)提高包括能源在內(nèi)的各種資源的綜合利用效率，通過“分配得當(dāng)、各得所需、溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”的方式優(yōu)化配置資源，建立“能源需求側(cè)管理（DSM）”、“合同能源管理(EMC)”、“能源服務(wù)公司(ESCO)”、“綜合資源規(guī)劃（IRP）”，以及環(huán)境排放和資源利用的各種“交易機(jī)制”等多種符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)則的管理運(yùn)營機(jī)制，來有效解決中國發(fā)展中的能源與環(huán)境瓶頸，實(shí)現(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。資源短缺的現(xiàn)實(shí)需要我們建立新的世界觀中國正在面臨著改革開發(fā)以來最嚴(yán)峻的能源挑戰(zhàn)，煤炭、油氣、電力，以及水資源、土地資源和環(huán)境、運(yùn)力都已經(jīng)無法支撐目前這種粗放型的GDP高速增長，資源的快速耗散不僅直接威脅到子孫后代的生存空間，也引起了國際間的恐慌。頻繁的拉閘限電，煤炭供應(yīng)不足，油價(jià)的飆升，水環(huán)境和大氣環(huán)境的日益惡化，耕地減少引起的糧食供應(yīng)問題都直接影響到國家的社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和政治穩(wěn)定，中國將如何應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，不僅是全國人民關(guān)注的問題，也成為全世界擔(dān)憂中國將如何崛起的焦點(diǎn)。中國已經(jīng)確立了“和平崛起”的目標(biāo)，但是世界更加關(guān)注我們將如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的過程，我們將采取什么辦法來應(yīng)對(duì)我們所面臨的挑戰(zhàn)。能源科學(xué)進(jìn)步一直影響著人類世界觀的形成，人類的文明就是建立在對(duì)于能源的認(rèn)識(shí)上。人類與動(dòng)物的分水嶺并非是使用工具和勞動(dòng)，而是對(duì)火的認(rèn)識(shí)，目前已知的能夠使用工具和能夠從事有組織勞動(dòng)的動(dòng)物種類是大量的，但是能夠使用火的動(dòng)物只有人類，人類的進(jìn)步步伐始終依靠能源技術(shù)進(jìn)步作為動(dòng)力。我們傳統(tǒng)的世界觀是構(gòu)筑在19世紀(jì)中葉時(shí)對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)上，主要的科學(xué)依據(jù)是牛頓的三個(gè)機(jī)械定律和熱力學(xué)第一定律，以及達(dá)爾文的“進(jìn)化論”?；镜挠^念是“物質(zhì)不滅”和“能量守恒”，認(rèn)為“運(yùn)動(dòng)著物質(zhì)的永遠(yuǎn)循環(huán)是宇宙的最終結(jié)論”，世界總的方向是從無序向有序發(fā)展。我們的目標(biāo)是建立一個(gè)“物質(zhì)極大豐富”的人類大同社會(huì)，地球上的資源和能量將隨著技術(shù)的發(fā)展“取之不盡，用之不竭”。1850年德國科學(xué)家克勞修斯總結(jié)并表述了熱力學(xué)第二定律-即“熵定律”（加入的熱量/絕對(duì)溫度熵），他認(rèn)為：熱可以自發(fā)地從高溫傳向低溫，而不會(huì)自發(fā)地從低溫轉(zhuǎn)向高溫。簡(jiǎn)單的說，一杯熱水可以自己變冷，確不會(huì)自動(dòng)變熱，除非借助外部更多的能量。能量雖然守恒，但質(zhì)量卻發(fā)生了變化，一桶溫水可能比一小鍋開水所含的熱量要多，但它永遠(yuǎn)煮不熟一個(gè)雞蛋。熵會(huì)自發(fā)的越來越增加，而不會(huì)自動(dòng)減少。熱向何處去了？向更低的溫度散去，直到絕對(duì)溫度273，一旦散去將難以重新聚積，如若宇宙能量散盡，溫差將消失，宇宙將會(huì)熱寂，能量的大趨勢(shì)是從有序向無序發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)，科學(xué)突飛猛進(jìn)，人們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)也在不斷加深，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)第二定律是一個(gè)具有普遍意義的真理，而并非曾被批判的“形而上學(xué)”。特別是俄羅斯出生的比利時(shí)科學(xué)家普利高津，對(duì)熱力學(xué)第二定律進(jìn)行了廣泛的延伸，并創(chuàng)立了著名的“耗散結(jié)構(gòu)理論”。不僅能源科學(xué)進(jìn)一步證實(shí)了這一定律的正確無誤，資源專家也相信盡管物質(zhì)不滅，但資源的品位將逐漸失去，最終將無法再次利用。例如：我們將高品位的鐵礦資源冶煉為鋼材，盡管我們?cè)诓粩嗷厥赵倮?，但不可避免地有大量鐵分子被氧化而散落在土壤中，永遠(yuǎn)無法再回收利用，鐵的原子總量沒有減少，鐵的有效資源只會(huì)越來越少；宇宙天文學(xué)家肯定地認(rèn)為：對(duì)于太陽和地球，熵定律是一切自然定律中的最高定律，因?yàn)閷?duì)于宇宙和太陽的研究，宇宙大爆炸學(xué)說的確立，越來越證實(shí)這一定律的正確無誤；物理學(xué)家也發(fā)現(xiàn)時(shí)間是不可逆的，如同熵增加的過程也不可逆一樣，時(shí)間和能量同起源于一點(diǎn)，時(shí)間最終指向熵的增加；生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)生命的過程也在熵定律的涵蓋之下，生命就是一個(gè)能量的過程，生命的能量過程就是整個(gè)宇宙的能量過程中的一部分，生命逝去的過程恰恰就是一個(gè)熵增的過程。而環(huán)境學(xué)家也認(rèn)為熵增正是地球環(huán)境面臨的規(guī)律性問題，甚至社會(huì)學(xué)家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家也在沿用這一定律來分析、認(rèn)識(shí)和解釋問題。熵定律正在成為一種新的世界觀，它告訴我們物質(zhì)不滅，但質(zhì)量在遞減；能量守恒，但品位在下降；運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)是具有方向性的，它不可能永遠(yuǎn)在周而復(fù)始；而物質(zhì)的循環(huán)將存在疆界，任何事物都會(huì)有終結(jié)的一日。這一世界觀為人類規(guī)范了一道行為界線，我們無法逆轉(zhuǎn)熵的方向，就像無法逆轉(zhuǎn)時(shí)間一樣，但是可以減緩熵增加的速度和過程，通過我們對(duì)自身的生活方式和行為模式的調(diào)整和約束，通過科學(xué)技術(shù)與社會(huì)觀念的進(jìn)步，來減緩有效資源和有效能量的耗散速度。20世紀(jì)70年代，先后兩次石油危機(jī)之后使人們更加堅(jiān)信不移，世界的資源不可能無限制地支持人類的高速發(fā)展和肆無忌憚的消費(fèi)，“物質(zhì)極大豐富”僅僅是一個(gè)美好夢(mèng)想，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有序性是由更多的無序來作為代價(jià)的。因此，“可持續(xù)發(fā)展”和“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”等觀念開始成為人類文明的主題，影響人類的發(fā)展進(jìn)程。其實(shí)，這就是我們所說的“科學(xué)發(fā)展觀”。新華社資深研究院楊元華同志認(rèn)為：科學(xué)發(fā)展的核心是什么？是科學(xué)；科學(xué)發(fā)展觀的目的是什么？就是可持續(xù)發(fā)展?？茖W(xué)用能是節(jié)能的升華過去的幾十年里，我們一直在強(qiáng)調(diào)節(jié)約能源，努力推動(dòng)這一工作的落實(shí)，也取得了巨大的成效，在一定程度上減緩了經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)于能源以及綜合資源的壓力，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)翻兩番，能耗翻一番的目標(biāo)。盡管如此，我們還是無法承受能源需求的快速增長和環(huán)境污染的不斷加劇，社會(huì)為這種難以維計(jì)的發(fā)展模式而陷入焦慮和困惑。與發(fā)達(dá)國家相比，中國確實(shí)存在著巨大的差距，丹麥在過去的20年中，GDP實(shí)現(xiàn)翻一番，人民的生活品質(zhì)進(jìn)一步得到改善，但是整個(gè)社會(huì)的能耗卻沒有增加，污染排放反而大幅度減少。丹麥靠的是什么？就是先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、先進(jìn)的科學(xué)理念和先進(jìn)的科學(xué)管理方法。蘇格蘭出生的英國工程熱物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)現(xiàn)，信息的流入可能使一個(gè)開放系統(tǒng)出現(xiàn)熵的減少，因?yàn)榉肿釉诮邮苄畔⒅蟠嬖谥撤N自組織能力，能夠?qū)崿F(xiàn)局部的、階段性的負(fù)熵，這就是著名的“麥克斯韋妖”。所謂“妖”就是某種具有智能化的因素。這一理論不僅在物理學(xué)中具有價(jià)值，在化學(xué)、生物學(xué)、社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)，甚至政治學(xué)中，對(duì)實(shí)現(xiàn)有序組織問題上，具有深遠(yuǎn)的意義。如果我們能夠在能源生產(chǎn)消費(fèi)環(huán)節(jié)加入信息，能夠轉(zhuǎn)變?nèi)藗兊氖澜缬^，使節(jié)能環(huán)保成為一種自發(fā)自愿的行為，通過自組織過程，就可能有效地控制熵的增加速率。傳統(tǒng)的節(jié)能觀念是無法推動(dòng)中國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的，為什么？首先，節(jié)能工作在傳統(tǒng)體系下，僅僅是一種“社會(huì)分工”，而沒有貫串于社會(huì)的每一個(gè)部門的每一環(huán)節(jié)的每一個(gè)時(shí)刻，它不是一種來自世界觀的自發(fā)自愿的動(dòng)力，而是一種為解決現(xiàn)實(shí)問題的權(quán)宜之計(jì)。傳統(tǒng)節(jié)能工作依靠宣傳教育，靠提高人的自覺性或者犧牲生活品質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，解決的目標(biāo)往往是一些現(xiàn)實(shí)的短期問題，缺乏可持續(xù)的動(dòng)能和機(jī)制，而且只能停留在問題表面和淺層。今天“拉閘限電”了，我們就多宣傳節(jié)能，搞搞“需求側(cè)管理”；明天電力過剩了，我們又去宣傳“電是商品”來“鼓勵(lì)用電”。需要節(jié)能了就“優(yōu)先”，壓力減輕了就向后排，治表不治本，臨時(shí)抱佛腳。最近，為解決當(dāng)前能源供應(yīng)緊張問題，提出了“節(jié)能優(yōu)先”的口號(hào)，徐建中院士等一大批科學(xué)家認(rèn)為這種提法并不妥當(dāng)，節(jié)能問題不是一個(gè)“排第一，排第二”，“誰優(yōu)先，誰其次”的問題，而是一個(gè)根本性的問題。我們現(xiàn)在消耗的能源是地球幾十億年中積存下來的太陽能，它具有很大的能源流密度和很高的能量品位，這些能量的積蓄，不僅為人類的文明提供了動(dòng)力儲(chǔ)備，而且能量積蓄過程中也固化了大量可能變?yōu)闇厥覛怏w的炭物質(zhì)，使地球的環(huán)境可以適合人類和其他生物的出現(xiàn)、進(jìn)化和繁衍。一旦將這些寶貴的資源耗盡，不僅人類的文明將失去動(dòng)力，地球環(huán)境也將會(huì)發(fā)生重大變遷，人類和大多數(shù)生物可能再也無法延續(xù)繁衍。所以，科學(xué)家們提出“節(jié)能為本”的新觀點(diǎn)，并將這一觀點(diǎn)列入了中國科學(xué)發(fā)展的中長期規(guī)劃。最近，有關(guān)機(jī)構(gòu)已經(jīng)接受了這一意見，進(jìn)一步將提法改為“節(jié)能優(yōu)先，效率為本”，更加精確地表述它的內(nèi)涵?？茖W(xué)用能是依靠科學(xué)技術(shù)的發(fā)展來解決問題，與其說一千次“隨手關(guān)燈”，不如安裝一個(gè)聲控開關(guān)，如果再更換一個(gè)節(jié)能燈泡，節(jié)能效果將出現(xiàn)一次質(zhì)的飛躍。如果中國普及混合動(dòng)力汽車，油耗水平可以降低到目前的1/3，汽車保有量就可以實(shí)現(xiàn)增加3倍而燃油總量不增加的目標(biāo)，排放強(qiáng)度還會(huì)得到改善。當(dāng)今的世界，由于信息化使各種技術(shù)得到了快速的發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，推動(dòng)了節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以及社會(huì)觀念的全面更新。使更多的人，更加積極地，自發(fā)自愿地參與到節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)，節(jié)能資源的發(fā)掘和經(jīng)營，節(jié)能機(jī)制的建立和執(zhí)行。并以科學(xué)技術(shù)這一第一生產(chǎn)力的發(fā)展，來推進(jìn)一個(gè)相適應(yīng)的生產(chǎn)關(guān)系的建立?？茖W(xué)用能-實(shí)現(xiàn)“節(jié)能優(yōu)先，效率為本”的基礎(chǔ)人類的文明進(jìn)步最終是科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步的結(jié)果，所以說科學(xué)技術(shù)是“第一生產(chǎn)力”。盡管熵增的方向無法逆轉(zhuǎn)，但是我們可以通過科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和普及，以及人的素質(zhì)的提高來有效減緩這一過程，控制它的速度，而這就需要我們建立一個(gè)新的世界觀，采取一系列有效的步驟，通過科學(xué)的使用能源，科學(xué)的配置能源和科學(xué)的管理能源來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。1、科學(xué)的使用能源：我們需要積極的采用各種先進(jìn)的技術(shù)和理念，來有效使用我們現(xiàn)有的能源，發(fā)掘一切可能利用的能源，盡可能提高能源的終端使用效率。在能源利用技術(shù)的進(jìn)步中，由于信息技術(shù)的推動(dòng)，分布式的趨勢(shì)將是一個(gè)不可阻擋的潮流。自20世紀(jì)80年代以來，信息技術(shù)的進(jìn)步，特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展對(duì)于能源工業(yè)產(chǎn)生了巨大的啟迪，那些分布在千家萬戶的微型計(jì)算機(jī)在與網(wǎng)絡(luò)連接之后創(chuàng)造了一個(gè)嶄新的時(shí)代-信息時(shí)代，它不僅代替了超級(jí)電腦，而且通過計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)將全世界的人腦連接起來，掀起了一場(chǎng)知識(shí)進(jìn)步的“人民戰(zhàn)爭(zhēng)”。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，一場(chǎng)“分布式”的革命正在悄然而致，直接挑戰(zhàn)后工業(yè)時(shí)代-重化工業(yè)時(shí)代的“規(guī)模效益”的經(jīng)濟(jì)理念。在人類信息整合能力不足時(shí)，只有通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)來降低成本，增加效率。實(shí)施“大工廠、大生產(chǎn)、大消費(fèi)、大耗散”的大工業(yè)戰(zhàn)略或稱重化工業(yè)戰(zhàn)略。當(dāng)信息技術(shù)發(fā)展之后，我們可以越發(fā)清楚地了解生產(chǎn)銷售和最終使用的全部過程，監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)-消費(fèi)鏈，從原料的開發(fā)，到產(chǎn)品的制造，從消費(fèi)者的使用，到使用后的資源再利用。人們發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下，規(guī)模未必能夠帶來真正的效益，反而增加更多的資源耗散和環(huán)境、資金代價(jià)，加速了熵的增加。電力工業(yè)就是最好的一個(gè)例子，傳統(tǒng)上我們認(rèn)為“大電廠、大電網(wǎng)、超高壓”是效率最高的方式，但是這是在轉(zhuǎn)換端來判斷問題，而且在“電”這一單一行業(yè)條件下分析的結(jié)果，如果在需求一側(cè)進(jìn)行綜合資源對(duì)比分析，可能結(jié)論未必如此。大電廠與小電廠比較當(dāng)然發(fā)電效率是高的，但是由于燃料運(yùn)輸、排放限制、土地資源的制約，大電廠只能遠(yuǎn)離城市，首先發(fā)電之后的余熱無法加以利用，其次輸變電和配電又要增加電網(wǎng)和線路的損失，到了終端用戶的實(shí)際資源利用效率必然大打折扣。此外，建設(shè)輸電走廊和變電站需要消耗大量土地資源，發(fā)電之后的灰渣因?yàn)檫h(yuǎn)離城市無法制成建筑材料再加以利用。此外，城市不僅需要電力，同時(shí)還會(huì)需要熱力，為解決需求不得不再建設(shè)熱力廠，將寶貴的資源轉(zhuǎn)換成為低品位的能量進(jìn)行利用，增加了各種資源的耗散和浪費(fèi)。因此，在需求側(cè)建立能源梯級(jí)利用設(shè)施被認(rèn)為是