人类使用能源发展趋势是由什么向什么转化?
世界能源结构的演变及发展趋势;
工业革命促进了煤炭工业的发展第二次世界大战bai后,石油和天然气工业又获得迅速发展。目前,石油、煤炭和天然气等化石燃料已成为世界能源的主体。据《2000世界能源统计评论》资料,1999年世界一次能源消费构成的比例是石油40.5%,天然气24%,煤炭25%,核能8%,可再生能源2.5%。由此可见,化石燃料约占世界一次能源构成的89.5%。能源结构的这种现状经历了一个长期的演变过程。在产业革命后的200年中,煤炭一直是世界范围内的主要能源。
随着科技、经济的发展,石油在一次能源结构中的比例开始不断增加,并于20世纪60年代超过煤炭。此后,石油、煤炭所占比例缓慢下降,天然气比例上升,新能源、可再生能源逐步发展,形成了当前的以化石燃料为主和新能源、可再生能源并存的格局。虽然化石能源是当前的主要能源,但化石能源的大规模低效开发和利用会导致大量资源的浪费和污染物、温室气体的排放。国内外许多专家指出,现行的能源生产、使用方式是不可持续的,按照现在的能源发展趋势,在一定时期内,难以达到可持续发展的目标。因此,必须重视研究能源发展的新思路和新模式。此外,化石燃料的不可再生和引发的不断恶化的生态环境后果也促使人们努力开发新的能源技术。现今新能源和可再生能源技术的开发己日益受到重视,预计在21世纪,以化石燃料为主体的世界能源系统将转化以太阳能和生物质能等可再生能源为主体的新的世界能源系统,化石燃料将失去世界能源主体的地位。当然,能源结构从化石能源为主转为以新能源、可再生能源为主的这一革命性变革需要一段较长的技术准备和过渡时期。新能源和可再生能源要大量取代化石能源是一项十分艰巨的任务,绝非一朝一夕可以实现的,况且与化石能源相比,目前非水可再生能源依然昂贵。世界能源理事会和国际应用系统分析研究所合作完成的研究认为:在21世纪上半叶,石油、煤炭和天然气等化石燃料仍将界一次能源构成的主体,但在21世纪下半叶,随着石油和天然气资源的枯竭,太阳能和生物质能将获得迅速发展,到2100年,太阳能和生物质能等可再生能源将占世界一次能源的50%以上。 传统的矿物燃料仍将在21世纪上半叶占据世界一次能源构成的主体的另一个理由,是世界能源需求在2020年将达到110-352亿吨标准煤,如此巨大的能源需求是任何一种新能源在短期内都无法满足的,而矿物燃料矿资源目前看依然较为丰裕,价格也比较低廉。有人估计矿物燃料按目前的开发利用强度和回收率,仍可供全世界200多年。同时,矿物燃料开发利用的技术也比较成熟,并己经系统化和标准化,而建立适合新能源开发利用的新技术体系尚需较长一段时间。
在世界能源系统的转换过程中,煤炭将成为承上启下的可靠的过渡能源。这首先是因为相对于石油和天然气资源而言,煤炭资源相对比较丰富。现在世界能源结构中所利用的化石能源主要仍然是煤炭,其次才是石油和天然气,其比例约为68%、17%、15%。根据国际上通行的能源预测,石油将在40年时间内枯竭,天然气将在60年内用光,但煤炭可以使用220年。其次,随着洁净煤技术的不断成熟,煤炭利用过程中所产生的环境问题将在一定程度上得到缓解。一些学者预测,在21世纪中叶,由于石油和天然气的短缺,煤炭液化生成的合成液体燃料的比例将增加。在替代传统的化石能源的可供选择的能源中,除可再生能源外,核能是人类未来能源的希望。根据国际原子能机构的统计,1999年全世界正在运转的核反应堆电站为436座,总发电能力为3.517亿千瓦时,发电量约占世界一次能源构成的8%左右。近几年,由于核电站运行的安全性、核废料的处理和核不扩散等因素的影响,核能的发展在欧洲、北美洲和独联体国家出现了下降趋势,但核能的发展在亚洲仍然拥有强劲的势头。为了促进核能的发展,许多国家在研究新一代快中子反应堆的同时,又加强了受控核聚变的研究,目前受控核聚变己在实验室取得阶段性成果。世界能源理事会认为,如果核技术在21世纪有重大突破,那么到2100年核能将占世界一次能源构成的30%。氢能是替代传统化石能源的理想的清洁高效的二次能源。随着制氢、氢能储运及燃料电池技术的发展,氢能将成为其他新能源和可再生能源的最佳载体替代化石能源。氢能系统由氢的生产、储运和利用三部分组成。用太阳能或其它可再生能源制氢,用储氢材料储氢,用氢燃料电池发电,将构成近“零排放“可持续利用的氢能系统,可广泛作为分布式电源。 综上所述,未来的世纪,核能、氢能、可再生能源将逐步发展并最终成为主要能源,电力将成为主要的终端能源。在21世纪,世界以化石燃料为主体的能源系统将逐步转变成以可再生能源为主体的能源系统。能源多元化将是21世纪世界能源发展的必然趋向,也是世界能源发展历程中的必然阶段
可再生能源替代主要从新能源开发入手。
新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源,如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
水能是一种可再生能源,是清洁能源,是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;狭义的水能资源指河流的水能资源。是常规能源,一次能源。水不仅可以直接被人类利用,它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环,使之持续进行。地表水的流动是重要的一环,在落差大、流量大的地区,水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少,水能是非常重要且前景广阔的替代资源。
部分可再生能源利用技术已经取得了长足的发展,并在世界各地形成了一定的规模。目前,生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。
国际能源署(IEA)对2000~2030年国际电力的需求进行了研究,研究表明,来自可再生能源的发电总量年平均增长速度将最快。IEA的研究认为,在未来30年内非水利的可再生能源发电将比其他任何燃料的发电都要增长得快,年增长速度近6%,在2000~2030年间其总发电量将增加5倍,到2030年,它将提供世界总电力的4.4%,其中生物质能将占其中的80%。
目前可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低,一方面是与不同国家的重视程度与政策有关,另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关,尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等。据IEA的预测研究,在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降,从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关,因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。
数据中心规模扩大
数据中心是数字经济的核心基础设施,我国政府已将数据中心列为七大“新基建”领域之一,同时工信部也将其纳入国家新型工业化产业示范范畴。受益于云计算、5G、物联网、VR/AR等新应用的广泛兴起,我国IDC业务收入连续高速增长,2020年全年规模实现2238.7亿元,同比增长43.3%。
绿色数据中心建设加快,互联网和通信领域较多
数据中心是未来为数不多能源消耗占社会总用电量比例持续增长的行业。因此,数据中心行业需要积极践行碳中和,对于我国在2060年前实现碳中和的目标意义重大。因此,各地数据中心绿色化建设加快。2021年1月,工业和信息化部、国家发展改革委、商务部、国管局、银保监会、国家能源局确定了60家2020年度国家绿色数据中心名单,如下:
分领域来看,互联网领域和通信领域绿色数据中心数量较多,分别有25个和21个,占比分别为41%和35%此外金融领域有10个,占比17%,公共机构和能源领域分别占5%和2%。
碳中和背景下,能源使用由传统能源向可再生能源转变
《欧洲气候中立数据中心公约》指出到2025年12月31日,数据中心使用电力可再生能源将达到75%,到2030年12月31日达到100%的使用可再生能源,并达到无碳绿色数据中心水平。使用绿色清洁能源成为数据中心节能减排的重要途径。
国内来看,如果未来五年数据中心采用市电的比例维持2018年水平,而企业不采取额外措施提高可再生能源使用,到2023年数据中心用电五年内将新增6487万吨的二氧化碳排放量。如果通过提高可再生能源上网消纳以及数据中心企业更主动采购可再生能源等措施,将避免二氧化碳排放1583万吨。
——更多数据来请参考前瞻产业研究院《中国数据中心行业市场需求与投资战略规划分析报告》。
广义上讲,新能源包括:生物质能源、风能、太阳能、地热能、水电等可再生能源;还包括油砂、油页岩、可燃冰、煤层气等非常规油气资源;相对于交通运输燃料而言,还包括煤基和天然气基替代燃料。目前,在新能源领域,中石化主要致力于生物质能源,以及煤基替代燃料的开发和应用。生物质能源包括生物燃料乙醇和生物柴油。目前,中国是世界第三大燃料乙醇生产和应用国,仅次于巴西和美国,共有燃料乙醇能力122万吨/年;其中,中石化参股建设了82万吨/年。中国发展生物柴油相对较晚,目前还没有规模化实际应用。在煤基替代燃料领域,目前国内正在建设一批煤制油生产装置,中石化目前也正在进行科研开发和攻关的。
近年来,我国能源消费量已经位居世界第二。年能源消费结构中,煤炭占69.4%,石油占21.0%。在高油价和能源供应日趋紧张的背景下,为满足持续增长的能源需求,必须发展新能源,实现能源多元化。以生物质能源为例,其最大的特点是可再生,并且可以减排二氧化碳。大家都知道,近几十年来,温室气体排放导致全球气候变暖,所以环保也是需要考虑的。在高油价条件下,积极发展新能源,以可再生能源补充不可再生能源,以优势资源补充非优势资源,有利于缓解能源资源制约,应对环保挑战,实现可持续发展。
二十世纪50年代,太阳能利用领域出现了两项重大技术突破:一是1954年美国贝尔实验室研制出6%的实用型单晶硅电池,二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。
70年代以来,鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加,世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年,美国制定了政府级的阳光发电计划,1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划,累计投入达8亿多美元。1992年,美国政府颁布了新的光伏发电计划,制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”,1993年将“月光计划”(节能计划)、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议,讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约,设立国际太阳能基金等,推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动,成为各国制定可持续发展战略的重要内容。
太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的热核反应,以E=MC2 (M为物质的质量,C为光速)的关系进行质能转换(1克物质可转化为9´ 1013焦耳能量),并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量。太阳每秒钟向太空发射的能量约3.8´ 1020 MW,其中有22亿分之一投射到地球上。投射到地球上的太阳辐射被大气层反射、吸收之后,还有约70%投射到地面。尽管如此,投射到地面上的太阳能一年中仍高达1.05´ 1018kWh,相当于1.3´ 106亿吨标煤,其中我国陆地面积每年接收的太阳辐射能相当于2.4´ 104亿吨标煤。按照目前太阳质量消耗速率计,太阳内部的热核反应足以维持6´ 1010年,相对于人类发展历史的有限年代而言,可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。
地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量(单位为千卡/厘米2·年或千瓦/厘米2·年)和全年日照总时数表示。就全球而言,美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大,为世界太阳能资源最丰富地区。
三、地热能
一、地热资源概念
地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下,地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。
地热资源按其在地下的赋存状态,可以分为水热型、干热岩型和地压型地热资源;其中水热型地热资源又可进一步划分为蒸汽型和热水型地热资源。
各种类型地热资源,均要通过一定程序的地热地质勘查研究工作,才能查明地热资源数量、质量和开采技术条件以及开发后的地质环境变化情况。从技术经济角度,目前地热资源勘查的深度可达到地表以下5000m,其中2000m以浅为经济型地热资源,2000m至5000m为亚经济型地热资源。资源总量为;可供高温发电的约5800MW以上,可供中低温直接利用的约2000亿吨标煤当量以上。总量上我国是以中低温地热资源为主。
二、成生与分布
地热资源的成生与地球岩石圈板块发生、发展、演化及其相伴的地壳热状态、热历史有着密切的内在联系,特别是与更新世以来构造应力场、热动力场有着直接的联系。从全球地质构造观点来看,大于150℃的高温地热资源带主要出现在地壳表层各大板块的边缘,如板块的碰撞带,板块开裂部位和现代裂谷带。小于150℃的中、低温地热资源则分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地地区。
地热资源赋存在一定的地质构造部位,有明显的矿产资源属性,因而对地热资源要实行开发和保护并重的科学原则。
通过地质调查,证明我国地热资源丰富,分布广泛,其中盆地型地热资源潜力在2000亿吨标准煤当量以上。全国已发现地热点3200多处,打成的地热井2000多眼,其中具有高温地热发电潜力有255处,预计可获发电装机5800MW,现已利用的只有近30MW。
目前全国29个省区市进行过区域性地热资源评价,为地热开发利用打下了良好基础。几十年来地矿部门列入国家计划,进行重点勘探,进行地热储量评价的大、中型地热田有50多处,主要分布在京津冀、环渤海地区、东南沿海和藏滇地区。全国已发现:
1)高温地热系统,可用于地热发电的有255处,总发电潜力为5800MW·30A,近期至2010年可以开发利用的10余处,发电潜力300MW。
2)中低温地热系统,可用于非电直接利用的2900多处,其中盆地型潜在地热资源埋藏量,相当于2000亿吨标准煤当量。主要分布在松辽盆地、华北盆地、江汉盆地、渭河盆地等以及众多山间盆地如太原盆地、临汾盆地、运城盆地等等,还有东南沿海福建、广东、赣南、湘南、海南岛等。目前开发利用量不到资源保有量的千分之一,总体资源保证程度相当好。
四、海洋能
海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源,主要为潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因,潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化,其他均源于太阳辐射。海洋能源按储存形式又可分为机械能、热能和化学能。其中,潮汐能、海流能和波浪能为机械能,海水温差能为热能,海水盐差能为化学能。
近20多年来,受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动,作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得了很大发展,在相关高技术后援的支持下,海洋能应用技术日趋成熟,为人类在下个世纪充分利用海洋能展示了美好的前景。
我国有大陆海岸线长达18000多公里,有大小岛屿6960多个,海岛总面积6700平方公里,有人居住的岛屿有430多个,总人口450多万人。沿海和海岛既是外向型经济的基地,又是海洋运输和开发海洋的前哨,并且在巩固国防,维护祖国权益上占有重要地位。改革开放以来,随着沿海经济的发展,海岛开发迫在眉睫,能源短缺严重地制约着经济的发展和人民生活水平的提高。外商和华侨因海岛能源缺乏,不愿投资;驻岛部队用电困难,不利于国防建设;特别是西沙、南沙等远离大陆的岛屿,依靠大陆供应能源,因供应线过长,诸多不便,非常艰苦。为了保证沿海与海岛经济持久快速地发展及人民生活水平的不断提高,寻求解决能源供应紧张的途径已刻不容缓。
我国海洋能开发已有近40年的历史,迄今建成的潮汐电站8座,80年代以来浙江、福建等地对若干个大中型潮汐电站,进行了考察、勘测和规化设计、可行性研究等大量的前期准备工作。总之,我国的海洋发电技术已有较好的基础和丰富的经验,小型潮汐发电技术基本成熟,已具备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小,单位千瓦造价高于常规水电站,水工建筑物的施工还比较落后,水轮发电机组尚未定型标准化。这些均是我国潮汐能开发现存的问题。其中关键问题是中型潮汐电站水轮发电机组技术问题没有完全解决,电站造价急待降低。
我国波力发电技术研究始于70年代,80年代以来获得较快发展,航标灯浮用微型潮汐发电装置已趋商品化,现已生产数百台,在沿海海域航标和大型灯船上推广应用。与日本合作研制的后弯管型浮标发电装置,已向国外出口,该技术属国际领先水平。在珠江口大万山岛上研建的岸边固定式波力电站,第一台装机容量3kW的装置,1990年已试发电成功。“八五”科技攻关项目总装机容量20kW的岸式波力试验电站和8kW摆式波力试验电站,均已试建成功。总之,我国波力发电虽起步较晚,但发展很快。微型波力发电技术已经成熟,小型岸式波力发电技术已进入世界先进行列。但我国波浪能开发的规模远小于挪威和英国,小型波浪发电距实用化尚有一定的距离。
潮流发电研究国际上开始于70年代中期,主要有美国、日本和英国等进行潮流发电试验研究,至今尚未见有关发电实体装置的报导。我国潮流发电研究始于70年代末,首先在舟山海域进行了8kW潮流发电机组原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮机潮流发电装置试验研究,目前正在采用此原理进行70kW潮流试验电站的研究工作。在舟山海域的站址已经选定。我国已经开始研建实体电站,在国际上居领先地位,但尚有一系列技术问题有待解决。
海洋被认为是地球上最后的资源宝库,也被称作为能量之海。21世纪海洋将在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面发挥重要作用,而海洋能源也将扮演重要角色。从技术及经济上的可行性,可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析,海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用;波浪能将逐步发展成为行业。近期主要是固定式,但大规模利用要发展漂浮式;可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展,并将与海洋开发综合实施,建立海上独立生存空间和工业基地;潮流能也将在局部地区得到规模化应用。
潮汐能的大规模利用涉及大型的基础建设工程,在融资和环境评估方面都需要相当长的时间。大型潮汐电站的研建往往需要几代人的努力。因此,应重视对可行性分析的研究。目前,还应重视对机组技术的研究。在投资政策方面,可以考虑中央、地方及企业联合投资,也可参照风力发电的经验,在引进技术的同时,由国外贷款。
波浪能在经历了十多年的示范应用过程后,正稳步向商业化应用发展,且在降低成本和提高利用效率方面仍有很大技术潜力。依靠波浪技术、海工技术以及透平机组技术的发展,波浪能利用的成本可望在5—10年左右的时间内,在目前的基础上下降2—4倍,达到成本低于每千瓦装机容量1万元人民币的水平。
中国在波能技术方面与国外先进水平差距不大。考虑到世界上波能丰富地区的资源是中国的5-10倍,以及中国在制造成本上的优势,因此发展外向型的波能利用行业大有可为,并且已在小型航标灯用波浪发电装置方面有良好的开端。因此,当前应加强百千瓦级机组的商业化工作,经小批量推广后,再根据欧洲的波能资源,设计制造出口型的装置。由于资源上的差别,中国的百千瓦级装置,经过改造,在欧洲则可达到兆瓦级的水平,单位千瓦的造价可望下降2—3倍。
从21世纪的观点和需求看,温差能利用应放到相当重要的位置,与能源利用、海洋高技术和国防科技综合考虑。海洋温差能的利用可以提供可持续发展的能源、淡水、生存空间并可以和海洋采矿与海洋养殖业共同发展,解决人类生存和发展的资源问题。需要安排开展的研究课题为:基础方面,重点研究低温差热力循环过程,解决高效强化传热及低压热力机组以及相应的热动力循环和海洋环境中的载荷问题。建立千瓦级的实验室模拟循环装置并开展相应的数值分析研究,提供设计技术;在技术项目方面,应尽早安排百千瓦级以上的综合利用实验装置,并可以考虑与南海的海洋开发和国土防卫工程相结合,作为海上独立环境的能源、淡水以人工环境(空调)和海上养殖场的综合设备。
中国是世界上海流能量资源密度最高的国家之一,发展海流能有良好的资源优势。海流能也应先建设百千瓦级的示范装置,解决机组的水下安装、维护和海洋环境中的生存问题。海流能和风能一样,可以发展“机群”,以一定的单机容量发展标准化设备,从而达到工业化生产以降低成本的目的。
五、生物质能
生物质能是蕴藏在生物质中的能量,是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源,通常包括以下几个方面:一是木材及森林工业废弃物;二是农业废弃物;三是水生植物;四是油料植物;五是城市和工业有机废弃物;六是动物粪便。在世界能耗中,生物质能约占14%,在不发达地区占60%以上。全世界约25亿人的生活能源的90%以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容易,污染少,灰分较低;缺点是热值及热效率低,体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10%一30%。目前世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能:
1.热化学转换法,获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品,该方法又按其热加工的方法不同,分为高温干馏、热解、生物质液化等方法;
2.生物化学转换法,主要指生物质在微生物的发酵作用下,生成沼气、酒精等能源产品;
3.利用油料植物所产生的生物油;
4.把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型燃料),以便集中利用和提高热效率。
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。
目前,生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一,受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等,其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前,国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度,实现了规模化产业经营,以美国、瑞典和奥地利三国为例,生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模,分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和 l0%。在美国,生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦,单机容量达10—25兆瓦;美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2 OOO万美元,采用湿法处理垃圾,回收沼气,用于发电,同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家,实施了世界上规模最大的乙醇开发计划,目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,建立了 l兆瓦的稻壳发电示范工程,年产酒精2500吨。
我国是一个人口大国,又是一个经济迅速发展的国家,21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式,开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统,促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。
开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80%人口生活在农村,秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加,但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤,其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤,占56.7%。因此发展生物质能技术,为农村地区提供生活和生产用能,是帮助这些地区脱贫致富,实现小康目标的一项重要任务。
1991年至1998年,农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤,增加了18.3%,年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户,增加了2倍多,年增长达17.7%,增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。
加快制定碳达峰行动方案,推进产业结构升级和低碳化发展
碳中和指通过植树造林、节能减排等方法增加碳吸收量,将碳吸收量与碳排放量抵消,实现碳中和。碳达峰就是二氧化碳的排放不再增长,达到峰值之后再慢慢减下去,是碳中和前必须经过的阶段。
2020年9月,在第75届联合国大会上,我国提出二氧化碳排放力争在2030年前达峰,努力争取2060年实现碳中和。2020年12月,中央经济工作会议将“做好碳达峰、碳中和工作”列为2021年的重点任务之一。
2021年3月,政府工作报告中指出将制定2030年前碳排放达峰行动方案,推进优化产业结构和能源结构,大力发展新能源。
数据中心规模扩大,能耗随之增加
数据中心是数字经济的核心基础设施,我国政府已将数据中心列为七大“新基建”领域之一,同时工信部也将其纳入国家新型工业化产业示范范畴。受益于云计算、5G、物联网、VR/AR等新应用的广泛兴起,我国IDC业务收入连续高速增长,2020年全年规模实现2238.7亿元,同比增长43.3%。
数据中心是公认的高耗能行业,过去十年间,我国数据中心整体用电量以每年超过10%的速度递增,2018年,全国数据中心总耗电量1500亿千瓦时,达到了社会总用电量的2.19%。预计到2025年,占比将增加一倍,达到4.05%。
当前中国的电力结构仍以燃煤发电为主,在数据中心供电结构中,火电占比超过70%,会产生大量的温室气体及其他污染物。
碳中和政策影响下,推进建设节能型绿色数据中心建设政策陆续出台
碳中和目标背景下,国家发布《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》等政策,提出强化数据中心能源配套机制,推进建设绿色数据中心,实现数据中心行业碳减排。
北上广深为首的核心一线城市纷纷推出节能减排政策,对IDC的PUE能耗水平进行严格控制,在能耗总量限制基础上大力推进绿色数据中心建设,同时对核心土地指标进行管制。
政策限制高PUE值数据中心入场,数据中心降PUE大势所趋
PUE(Power Usage
Effectiveness)是衡量数据中心运行效率的指标,其越接近于1,代表数据中心对于电能的利用越有效率。根据《全国数据中心应用发展指引》数据,2017-2019年,我国在用超大型、规划在建大型和超大型数据中心PUE值均呈下降趋势,说明降低数据中心的PUE值并实现能耗降低成为发展趋势。
从区域分布来看,河北、西藏、江苏、山西、湖南等地数据中心PUE值处于较高水平。国家和地方持续出台一系列政策引导数据中心绿色发展,对数据中心PUE提出了明确指标,数据中心一直在加快绿色化发展,不少优秀数据中心获得了数据中心绿色等级4A、5A级,部分达到国际领先水平。
随着国家绿色数据中心政策及地方政策的逐步推进,未来,数据中心在降低PUE的同时,可通过自建或采购可再生能源电力、购买绿电证书、碳排放交易等手段加快实现碳中和目标。
根据《2019中国企业绿色计算与可持续发展研究报告》指出,中国企业数据中心PUE值有明显改善。PUE值大于2.0的企业从2012年的34.6%降至2019年的2%,小于1.5的企业从3.7%上升到12.9%。但依然有85%的受访企业数据中心的PUE值在1.5-2.0间,存在较大提升空间。
绿色数据中心建设加快,互联网和通信领域较多
数据中心是未来为数不多能源消耗占社会总用电量比例持续增长的行业。因此,数据中心行业需要积极践行碳中和,对于我国在2060年前实现碳中和的目标意义重大。因此,各地数据中心绿色化建设加快。2021年1月,工业和信息化部、国家发展改革委、商务部、国管局、银保监会、国家能源局确定了60家2020年度国家绿色数据中心名单,如下:
分领域来看,互联网领域和通信领域绿色数据中心数量较多,分别有25个和21个,占比分别为41%和35%此外金融领域有10个,占比17%,公共机构和能源领域分别占5%和2%。
碳中和背景下,能源使用由传统能源向可再生能源转变
《欧洲气候中立数据中心公约》指出到2025年12月31日,数据中心使用电力可再生能源将达到75%,到2030年12月31日达到100%的使用可再生能源,并达到无碳绿色数据中心水平。使用绿色清洁能源成为数据中心节能减排的重要途径。
国内来看,如果未来五年数据中心采用市电的比例维持2018年水平,而企业不采取额外措施提高可再生能源使用,到2023年数据中心用电五年内将新增6487万吨的二氧化碳排放量。如果通过提高可再生能源上网消纳以及数据中心企业更主动采购可再生能源等措施,将避免二氧化碳排放1583万吨。
——更多数据来请参考前瞻产业研究院《中国数据中心行业市场需求与投资战略规划分析报告》。