中國能源供需的系統(tǒng)動力學(xué)研究

中國能源供需的系統(tǒng)動力學(xué)研究一、本文概述系統(tǒng)動力學(xué)(SystemDynamics,SD)是一門研究系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)模方法。這包括確定模型的類型(如流圖模型、存量流量模型等)、選擇合適的軟件工具(如Vensim、Stella等),以及確定模型的參家能源安全和經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)健康發(fā)展。面對中國能源供需的復(fù)雜局面，我們需要采取一系列綜合性和系統(tǒng)性的優(yōu)化策略，以實現(xiàn)能源安全、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)等多提高能源利用效率：推廣先進(jìn)的能源技術(shù)和設(shè)備，提高各行業(yè)的能源利用效率。通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，降低單位GDP能耗，減少逐步減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴。同時，推動煤炭清潔利用，提高天然氣在能源消費中的比重，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)：加大投入，完善能源輸送網(wǎng)絡(luò)，提高能源供應(yīng)的可靠性和穩(wěn)定性。加強(qiáng)電網(wǎng)、油氣管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高能源輸送效率。推動能源市場化改革：完善能源市場機(jī)制，實現(xiàn)能源價格的市場化，激發(fā)市場活力。鼓勵多元主體參與能源市場，形成公平競爭的市加強(qiáng)國際能源合作：積極參與國際能源市場，加強(qiáng)與國際能源供應(yīng)國的合作，拓寬能源進(jìn)口渠道，保障能源供應(yīng)安全。及計算機(jī)學(xué)科；水力發(fā)電學(xué)科；化學(xué)學(xué)科。為適應(yīng)21世紀(jì)初我國能等),也是與本專業(yè)的多學(xué)科交叉特性密切相關(guān)的。我國能源動力類專業(yè)形成于20世紀(jì)50年代。以交通大學(xué)為例，1952年院系調(diào)整時，當(dāng)時設(shè)在機(jī)械系中的動力組就單獨成立了動力專業(yè)面曾一度越分越細(xì)。50年代初期只有鍋爐、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等機(jī)、制冷及低溫專業(yè)。在50年代末又創(chuàng)辦了核能專業(yè)，在六七十年溫、內(nèi)燃機(jī)、工程熱物理，水力機(jī)械以及核能工程等11個專業(yè)，形水電站動力裝置專業(yè)。該專業(yè)形成于20世紀(jì)50年代。新中國成立以1958年起在這些院校和西安交通大學(xué)水利系(西安理工大學(xué)水電學(xué)的迫切需求。1977年恢復(fù)高考招生后，該專業(yè)更名為水電站動力設(shè)備專業(yè)。1984年該專業(yè)更名為水利水電動力工程專業(yè)，涵蓋了原水都科技大學(xué)等一些院校都設(shè)置了該專業(yè)。1998年，按照教育部頒布工程熱物理、水利水電動力、工程冷凍冷藏工程等9個專業(yè)。因此，在1993年原國家教委進(jìn)行的專業(yè)目錄調(diào)整中，將能源動力學(xué)科的上述前10個專業(yè)壓縮為4個專業(yè)，即熱能工程、熱力發(fā)動1998年，教育部頒布了新的專業(yè)目錄，將上述前4個專業(yè)進(jìn)一步合在2000年教育部設(shè)立的新一輪教學(xué)指導(dǎo)委員會中，在能源動力學(xué)科就核科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)而言，既與能源動力學(xué)科有聯(lián)系(如核能工程類專業(yè)),又有其不同于能源動力學(xué)科的特征(如核技術(shù)應(yīng)用類專業(yè))。該學(xué)科和專業(yè)是為了適應(yīng)我國核武器事業(yè)和核科技工業(yè)的發(fā)及核電子學(xué))、核化工(包括前處理、后處理和輕同位素分離)、核地質(zhì)、核礦冶等，這樣的專業(yè)學(xué)科體系延續(xù)了近40年。1998年教育部與技術(shù)”一級學(xué)科，下設(shè)4個二級學(xué)科，即核能科學(xué)與工程(含部分全國現(xiàn)有100余所高校設(shè)有能源動力類專業(yè)，近20所高校設(shè)有核工程或核技術(shù)專業(yè)(其中5所高校設(shè)有核工程專業(yè))。system),而核工程與核技術(shù)則一般單獨設(shè)立或者在化工系中，例如美國麻省理工學(xué)院、佛羅里達(dá)大學(xué)等均如此(見附錄)。以下是該兩生物機(jī)械工程(Biomechanicalsystems);(2)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(EnergyConversionSystem);(3)(4)制造(Manufacturing);(6)機(jī)械手(Robotics)。從上面美國2所有代表性學(xué)校(麻省理工為一流大學(xué)，佛羅里達(dá)大學(xué)為高水平知名大學(xué))的機(jī)械系與核工程系的設(shè)置可以看出以下共即使能源動力方向也是比我們?nèi)缃竦膶I(yè)設(shè)置要寬得多；(3)核工程是單獨設(shè)系的。能源動力工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)與國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)和支柱型產(chǎn)業(yè)，同時也是涉及多個領(lǐng)域高新技術(shù)的集成產(chǎn)業(yè)，在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會發(fā)展中一直起著極其重要的作用。隨著我國各個方面改革的深化發(fā)展，包括市場經(jīng)濟(jì)的逐步建立、國有大中型企業(yè)機(jī)制的轉(zhuǎn)換、加入WTO后面臨的挑戰(zhàn)，以及能源動力領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，核科技工業(yè)“十一五”以及到2020年發(fā)展所面臨的形勢與任務(wù)，我國能源動力類以及核相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。能源動力及環(huán)境是世界各國所面臨的頭等重大的社會問題，我國能源工業(yè)面臨著經(jīng)濟(jì)增長、環(huán)境保護(hù)和社會發(fā)展的重大壓力。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，煤炭占商品能源消費的76%,已成為我國大氣污染的主要來源。已經(jīng)探明的常規(guī)能源剩余儲量(煤炭、石油、天然氣等)及可開采年限十分有限。2000年的統(tǒng)計資料表明，我國化石能源剩余可儲采比煤炭為92年，石油5年，僅為世界儲采比的一半；天然氣為63年，優(yōu)質(zhì)能源十分匱乏。我國已成為世界第二大石油進(jìn)口國，對國際石油市場的依賴度逐年提高，能源安全面臨挑戰(zhàn)，存在著十分危險的潛在危機(jī)，比世界總的能源形勢更加嚴(yán)峻。能源資源的國際間競爭愈演愈烈，從伊拉克戰(zhàn)爭及戰(zhàn)后重建，到中日蘊藏量(未包括臺灣省)為76億千瓦，可開發(fā)容量78億千瓦，相應(yīng)年發(fā)電量19200億千瓦時，均居世界第一；至2003年底，水電裝機(jī)容量達(dá)到9139萬千瓦，年發(fā)電量2710億千瓦時，開發(fā)率按電量算只有14%,按裝機(jī)容量算只有2%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國、加拿大、西歐等發(fā)的3倍。同時，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略對能源發(fā)展提出了更高的要求。相適應(yīng)，如何培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)社會需要的能源動力類以及核相關(guān)專我國每年火力發(fā)電的煤炭耗量超過8億噸，電廠的煙塵排放量約為350萬噸，占全國煙塵排放量的35%。其中,微細(xì)粒子(小于10微米)排放量超過250萬噸，是影響大城市大氣質(zhì)量和能見度的主要因中的重要組成部分，也必須在專業(yè)課程的教學(xué)中有相應(yīng)的體現(xiàn)。也正是基于這一原因，浙江大學(xué)已經(jīng)將原來的熱能與動力工程專業(yè)改名為能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)。核能發(fā)電雖然沒有上述火力發(fā)電那樣的問題，但有其獨特的問題，如輻射防護(hù)與保健、核廢料的處置與處理等均與環(huán)境保護(hù)有關(guān)。迫于環(huán)境方面對能源開發(fā)與利用的巨大壓力，作為常規(guī)能源的水能由于具有清潔與可再生的特點，其開發(fā)與利用越來越得到重視，在我國能源發(fā)展戰(zhàn)略占有十分重要的地位。類似地，核科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)不但要以傳統(tǒng)的熱、力、機(jī)械、強(qiáng)/弱電等為專業(yè)基礎(chǔ)，還與新興的信息、生命、生物以及能源等相互能源動力學(xué)科專業(yè)的發(fā)展極大地依賴于國家的發(fā)展政策。最典型的是核工程專業(yè)。在20世紀(jì)七八十年代，國家在核能發(fā)電上沒有投資新建項目，使得我國各高校的有關(guān)核能發(fā)電方向的教師都一度沒有足夠的學(xué)生，有的甚至準(zhǔn)備轉(zhuǎn)業(yè)。以后國家開始大力發(fā)展核電，情況就有了巨大的變化，以至于需要核能專業(yè)畢業(yè)生的數(shù)目超過了可分配節(jié)能是我國能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，關(guān)于節(jié)能的知識不僅能源動力學(xué)科的學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握，也是幾乎所有工科學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握的內(nèi)容。這就要求不僅要做好本學(xué)科專業(yè)人才的培養(yǎng)，而且也應(yīng)當(dāng)承擔(dān)起向所有工程專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行節(jié)能技術(shù)教學(xué)的任務(wù)。我國能源動力學(xué)科的不同專業(yè)方向服務(wù)于不同的工程技術(shù)領(lǐng)域，還多少帶有產(chǎn)品專業(yè)的烙印。不僅在冷的方向與熱的方向中，主導(dǎo)專業(yè)的工作機(jī)械與系統(tǒng)差別巨大(例如制冷機(jī)與發(fā)電廠),就是在同一個專業(yè)方向，例如熱方向中，鍋爐與汽輪機(jī)就有很大的差別。因此，對于旨在以零距離模式培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)與學(xué)校，密切關(guān)注當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及行業(yè)發(fā)展的需要，使得學(xué)生能到對口的專業(yè)單位工作，及時充分發(fā)揮其專業(yè)特長，具有重要意義。在每年的畢業(yè)生就業(yè)過程中，也具體技術(shù)工作的學(xué)生，而寬口徑的培養(yǎng)方式不能滿足這些單位的需要。所以，急需解決以能源動力類寬口徑專業(yè)人才培養(yǎng)與能源動力類大部分企業(yè)對專業(yè)人才的知識結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)專門化要求之間的矛盾。以上這些特點是能源動力學(xué)科專業(yè)確定發(fā)展戰(zhàn)略時必須予以充能源是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速健康發(fā)展和人民生活的改善發(fā)揮著十分重要的促進(jìn)與保障作用。我國是能源生產(chǎn)和消費大國，面對新世紀(jì)，如何保持能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展是我們面臨的一個重大戰(zhàn)略問題。21世紀(jì)我國在能源問題上面臨的挑戰(zhàn)是：(1)人均能耗低：我(2)能源效率低：我國能源效率約為4%,與先進(jìn)國家相差10個百分點，主要工業(yè)產(chǎn)品單位能耗比先進(jìn)國家高出30%以上；(3)人均煤炭探明儲量，石油探明采儲量居第11位。但中國人口眾多，我國煤炭人均探明儲量是世界人均值208噸的70%,石油人均探明儲量為世界人均數(shù)的11%,天然氣為世界人均數(shù)的4%;即使水能資源，按人均數(shù)也低于世界人均值；(4)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)需要調(diào)整高度依賴煤炭的消費，煤炭在一次能源消費構(gòu)成中占75%,過多地使用煤炭必然會帶來效率低、效率差、環(huán)境污染嚴(yán)重的后果。結(jié)合、分階段部署，爭取用三個15年，初步實現(xiàn)我國能源可持續(xù)發(fā)國人口基數(shù)大，到下世紀(jì)中葉將超過15億。無論是從國內(nèi)資源還是世界資源的可獲量考慮，中國只有創(chuàng)造比工業(yè)化國家更高的能源效率，才可能在有限的資源保證下，實現(xiàn)高速經(jīng)濟(jì)增長和達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家人均水平。如果用國際上先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備替代現(xiàn)有落后技術(shù)和設(shè)備，全部節(jié)能潛力可達(dá)能源消費量的50%,如用國內(nèi)已有的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行落后設(shè)備的更新，總節(jié)能潛力可達(dá)能源消費量的30%。從世界各國發(fā)展趨勢看，工業(yè)化國家無一例外均采用了以油、氣燃料為主的能源路線，逐步減少固體燃料的比例是世界各國提高能源效率，降低能源系統(tǒng)成本，提供優(yōu)質(zhì)能源服務(wù)的必然選擇。中國由于大，其弊端日益明顯。中國要改變能源消費以煤為主的狀態(tài)需要幾十年的時間，但是我們必須向著這個方向努力。由于中國能源消費總量巨大，優(yōu)質(zhì)能源所占比例過小，先進(jìn)國家油氣比例在60%以上，中國如今為20%,到2020年，水電和核電可分別占一次能源的10%和7%。可見能源供應(yīng)優(yōu)質(zhì)化是一項很艱巨的工作，需要采取多種措施去發(fā)展多種優(yōu)質(zhì)的清潔能源。從全國來看，改變以煤為主的能源結(jié)構(gòu)需要很長的時間，但某些大城中可否先行，率先實現(xiàn)能源供應(yīng)的優(yōu)質(zhì)化?煤炭在未來幾十年中仍將是我國的主要能源，因此清潔地利用煤炭必將是能源工業(yè)的重要任務(wù)之一。從長遠(yuǎn)來看，應(yīng)減少煤炭在終端的直接利用，提高煤炭轉(zhuǎn)換為電力和氣體、液體燃料的比例，必須發(fā)展清潔煤燃燒技術(shù)。充分利用我國已經(jīng)形成的核電設(shè)計、制造、建設(shè)和運營能力，以我為主、中外合作，以有競爭力的電價為目標(biāo)，實現(xiàn)核電國產(chǎn)化。同時，積極支持我國自行開發(fā)新一代核電站工作，為“十一五”及以后核電的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。國家發(fā)展和改革委員會、科技部和商務(wù)部聯(lián)合發(fā)布的“當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南(2004年度)”中，將核電及核燃料設(shè)備、民用非動力核技術(shù)等也列為重點領(lǐng)域。為了保證能源供應(yīng)的安全，降低進(jìn)口的風(fēng)險，擬采取以下措施替中國分別與美國、日本、德國等合作研究開發(fā)；三是生物質(zhì)液化，可引進(jìn)技術(shù)或進(jìn)行合作生產(chǎn)；四是發(fā)展天然氣汽車和電動汽年。從根本上來說，只有可再生能源才是清潔能源。因而，可再生能源是我們最終的追求目標(biāo)。世界上可再生能源發(fā)展迅速，技術(shù)逐步趨于成熟，經(jīng)濟(jì)上也逐步被人們接受。歐洲一些國家擬在2010年使可再生能源在一次能源中的比例達(dá)到10%,中國政府也制定了1996—2010年新能源和可再生能源發(fā)展綱要，要求在15年中實際使用的可再生能源數(shù)量從近300Mtce增長到390Mtce。煤燃燒技術(shù)知識的人才。(2)要大力培養(yǎng)從事核電和水電技術(shù)工作(4)要使所有培養(yǎng)的人才掌握節(jié)能理論與基本節(jié)能技術(shù)。(5)大力(1)多層次——根據(jù)我國當(dāng)前高等學(xué)校和學(xué)科專業(yè)設(shè)置情況，(2)多規(guī)格——在本科層次中，根據(jù)學(xué)校的定位不同，可以區(qū)分為以下4種人才規(guī)格：(1)研究型大學(xué)(更為確切地應(yīng)為研究型專(1)研究型大學(xué)畢業(yè)生——培養(yǎng)學(xué)術(shù)型以及復(fù)合型(研究與應(yīng)用)人才，是研究生考生的主要來源；專業(yè)教學(xué)內(nèi)容可偏于通識(詳細(xì)要求與規(guī)格待補充)。(2)教學(xué)研究型大學(xué)畢業(yè)生——培養(yǎng)學(xué)術(shù)和應(yīng)用型人才為主，(3)教學(xué)為主型大學(xué)畢業(yè)生——培養(yǎng)應(yīng)用型為主，部分學(xué)生為(4)高等職業(yè)學(xué)院畢業(yè)生——培養(yǎng)應(yīng)用型學(xué)生，專業(yè)教學(xué)內(nèi)容(1)美國WestinghouseElec以及學(xué)生較廣的專業(yè)面，三年后基本能獨立工作。另外,日本企業(yè)等8所著名大學(xué)機(jī)械工程系有關(guān)能源動力類專業(yè)的培養(yǎng)體系進(jìn)行了深入的調(diào)研，得出的結(jié)論是：國外能源動力類專業(yè)僅是機(jī)械類人才本科生專業(yè)目錄中的機(jī)械類、能源動力類的范圍。相比之下，我國美國的機(jī)械系中是一件非常順理成章的事情。但在我國，由于機(jī)械上影響了我國MEMS技術(shù)的發(fā)展。因此，從長遠(yuǎn)的觀點看，在我國部分高等學(xué)校建設(shè)大機(jī)類(即將現(xiàn)有的機(jī)械類與能源動力類合并)專業(yè) (本科