全球能源信息化现状及发展方向分析(6.1)

   日前，美国信息能源署发布了2005年版的《国际能源展望》，这份世界权威的能源态势分析与预测年度报告汇聚十余位有关专家学者，运用“全球能源市场分析系统(SAGE)”，对直到2025年的世界能源市场(包括石油、天然气、煤炭、电力和可再生能源)发展态势及二氧化碳排放与减排趋势进行了评估、分析与预测，最终得出一个结论——世界能源能支持到2025年。 这一消息对于人类来说，到底是喜还是忧？  
    从手工生产时代发展至今，人类社会已经成为一架完全离不开能源的强大机器，离开了能源，无异于釜底抽薪，全球经济将急速衰退。从2003年美国和加拿大仅有30小时的大停电事件中，我们已经深切体会到了这一点。而今，能源的紧缺已经令人类惶恐不已，试想，如果人类社会的正常运行只能继续短短20年，这无疑是一件极度可怕的事。事实上，能源危机并不是近年才有的，早在上世纪70年代许多国家仍热衷于传统的高能耗大工业生产时就已经出现了，由此也引至人类社会开始热衷于信息社会的建设。在长期的摸索实践中，尽管人类对于化石能源的日趋减少并没有立竿见影的抑制措施，但是通过现代科技，各国在节约现有能源、开发新能源方面取得了突破性的进展，由此使得各国能耗大幅降低，也给人类的可持续发展带来更大希望。  
    能源一再告急 未来发展堪忧  
    能源告急！从上世纪70年代，全球第一次能源危机出现之后这一疾呼半个多世纪来从未间断过。根据此前的预测，地球上的石油只够用50年；煤炭最多用100年……能源短缺，已经成为全世界最大的难题之一。如今，全球石油日产量保持在7500万桶。但为满足2015年的预计需求量，需要开掘每天可增加6000万桶石油的新油田。这需要十多个面积等同于欧洲北海油田的新油区。有人预测过，如果投入巨资伊拉克日产量可能会增加600万桶，中东其他地区或许也能达到这一水平。但如果说世界其他地区日产量能够再增加4000万桶，无异于天方夜谭。因此，国际上一些专家认为，按照上述计算，2010到2015年间或者更早，世界性的石油危机就会出现。  
    从目前来看，全球南北两边是完全不同的能源态势。全世界的能源消费主要集中在发达国家以及少数后发展的工业化国家。全世界人口现在大约已经达到65亿，发达国家包括前苏联，人口大约是14亿多一点，但这14亿人却消费了世界能源总量的65.5%(石油66%、天然气75.4%、核能93.8%)，也就是全世界能源的三分之二被不到20%的发达国家所消费。从地区上来看，能源消费分三个中心：北美、欧洲以及亚太地区。这三大能源消费中心分别消耗全世界能源的30%左右。而从2004年开始，亚太地区的能源消费水平进一步增长，已经超过北美、欧洲，成为世界上最大的能源消费地区。  
    而且，随着电子类产品的日趋丰富、新兴国家的飞跃式发展等，全世界在生活和生产方面对能源的总需求仍在不断增长。美国信息能源署的2005年版《国际能源展望》分析，预计到2025年，全世界电力消费量增长差不多要翻一番；世界煤炭消费量将增长30亿吨，主要集中在煤炭资源丰富的中国和印度。天然气比其他能源效率高，且含碳量低，将是世界上需求增长速度最快的一次能源，天然气需求将保持年均2.3%的增长率。据分析，亚洲新兴经济区将成为世界电力消费增长的主要地区。国外一些分析家认为，世界能源消费量增长部分的约三分之二来自工业化国家以外的新兴经济区，其中大部分又集中在以中国和印度为代表的亚洲经济高速发展的地区，预计这些地区的能源需求在预计期间将增长两倍以上。  
    提高能源效率 改善能源结构  
    从全球范围来看，利用信息化手段实现能源的节约、增效、安全保障等已经成为各国共识。在化石能源有限的情况下，各国半个世纪来一直试图通过现代科技手段使能源使用效率最大化，以期实现更长期的供给。  
    ——保障能源安全供给  
    2003年8月14至15日，美国和加拿大东部广大地区发生了历史上最大规模的停电事件。在长达30小时的时间里，5000万人无电可用，400多台发电机组脱离电网，通用汽车、戴姆勒-克莱斯勒、福特、本田等汽车公司的35个工厂停产。仅15日一天，美加两地的400个航班取消，12个国际机场部分或全部关闭，100个电厂和25个核电厂关闭。美国纽约、克利夫兰、底特律，加拿大多伦多、渥太华等大城市瘫痪了近30个小时，造成40亿至60亿美元的损失。  
    对于这次轰动一时的美加大停电事件，专家指出，事故的一个重要原因是修建于上世纪50年代的电网不能应付迅速增长的电力市场。据联邦政府的一名高级官员透露，即使经过抢修80%的电厂已经恢复发电时，输电网也只能输送20%的电力。而且，在停电事故发生后，美加两国长时间检测不到事故原因。  
    这次事件充分显示了电力稳定供给以及电网智能管理的重要性，而从整个能源行业来看，这仅仅是一个方面，其他包括煤炭、石油、天然气等能源在内的安全问题已经成为一个全球性的问题，保障能源的安全生产以及安全供给如今已经成为关系到社会运行、国家稳定的重大因素。为此，各国都加大用现代科技保障能源安全的力度。大停电事件为美国敲响了供电安全的警钟，美国政府随即将电网大停电事故提高到“危及美国国家安全”的高度来对待。2003年，美国能源部提出了构建安全可靠电网的“Grid2030计划”。该计划旨在采用先进的材料技术、超导技术、电力电子技术和控制技术、广域测量技术、实时仿真技术、储能技术、可再生能源发电技术、微型燃气轮机发电技术等构建全美骨干电网、区域性电网、地方电网和微型电网(分布式电力系统)等多层次的电力网络，以保障大电网的安全性、稳定性，供电的可靠性及电能质量，并提出要建设“综合能源及通信系统体系结构”(IECSA)，如今正作为重大项目开始相关研究。  
    ——铺垫节能增效之路  
    节能，可以说是一个永恒不变的话题。自1973年发生的石油危机以来，西方国家为减少对世界不稳定地区石油供应的过分依赖和出于环境保护的要求，都把提高能源系统的效率、节约能源作为其能源战略的重要目标和措施。在这一过程中，信息通信技术始终作为一个重要的辅助手段被应用于节能的方方面面。  
    美国是能源消耗大国，为了避免过度依赖国外能源，美国很早就开始提倡节能增效。其中，最为典型的就是该国提出的电力需求侧管理(DSM)节能模式。具体指的是通过采取有效措施，引导电力用户优化用电方式，提高终端用电效率，优化资源配置，改善和保护环境，实现最小成本电力服务所进行的用电管理活动。实施电力需求侧管理要采取法律、经济、管理与引导等各种措施，现代信息通信技术则为需求侧管理提供了有力的技术保障，比如通过信息采集、信息处理、系统构成等实现配电自动化、电能监测等。其中一个典型应用就是通过实施峰谷分时电价、季节性电价、可中断电价等电价政策，引导用户尽可能在低谷时段用电，合理避开高峰时段用电。需求侧管理模式目前已逐渐扩散到加拿大、中国、欧盟国家、日本、巴西等三十几个国家和地区，并进一步同现代技术相结合，产生了巨大的经济效益。有数字显示，美国自1973年以来通过需求侧管理获得的能源是国内能源供应增长量的4倍，2000年，美国人均一次能源消费与1973年几乎一样，而同一时期的人均GDP却增长了74%。需求侧管理需要建立节能和需求模型，对于信息化手段有着很大的依赖性。  
    此后，美国加大节能技术的开发和投资，并于1998年4月推出的《综合国家能源战略》中明确要求：在电力系统，到2010年燃煤发电效率将由当时的平均35%提高到60%以上，燃气发电效率将由当时的50%上升到70%；在工业领域，到2010年林业与造纸、钢铁、炼铝、金属锻造、玻璃和化学这6个最主要的能源密集型工业部门的能源消费总量将比当时减少25%；在交通领域，到2010年将推出燃料利用率三倍于常规交通工具的新型私人交通工具等。美国能源部已经宣布，继加利福尼亚州公布打造“氢气高速公路”计划后，该国将再斥资3亿美元，开发氢气动力车，目的就是为了节省能源、降低污染，预计这种车将于2015年上路。  
    日本也早在1978年就制订了发展节能技术的《月光计划》，希望通过新技术实现节能增效的目的，1980年专门成立了新能源和产业技术综合开发机构，主要负责新能源和节能技术开发研究推广。此外，为了使一些具有很高节能效果且投资也较多的节能设备和技术能顺利推广、使用，日本政府还对其中一些重要的节能技术开发、节能设备推广和示范项目实行财政补贴制度。1998年，日本在制订的能源长期发展战略中指出，要通过厉行节能，使能源总耗由当时的4亿5600万桶石油到2008年降至4亿桶。  

在水资源应用方面，缺水程度最为严重的国家之一以色列也通过信息化手段有效克服了恶劣的自然条件。该国通过不懈的技术创新，发明了驰名全球的滴灌、微灌技术，在水总量30年来毫无增长的情况下，农业产出却翻了5番，由此带动了该国农业的大飞跃。结果，沙漠化、干旱严重，而且国土面积狭小的以色列竟然摇身一变，成为欧洲冬季的果蔬厨仓。  
    ——有效减少环境污染  
    现有的能源除短缺告急之外，也对环保带来隐患。传统的发达国家在工业化的过程中不仅曾大肆消耗能源，而且对世界环境也造成了恶劣的破坏：全球二氧化碳的过多排放使得世界环境日趋恶化；一些以煤炭为主的能源结构不仅污染环境，还直接影响到水资源的平衡，每挖一吨煤，就要破坏相当数量的地下水……这些都对全球社会的可持续发展带来严重的隐患。  
    为了改善这种现状，各国也纷纷开发生态能源技术，以期在不影响能源消耗的情况下，尽量减少相应的污染。目前看来，许多工业发达国家都制订了21世纪能源和能源科技新世纪战略规划或计划，旨在解决能源利用造成的环境问题。例如，美国洁净煤技术计划(CCT)已转入“展望21”计划，制订了21世纪美国煤炭能源工厂的发展规划。  
    挖掘新能源 为未来续航  
    能源危机的现实压力令全世界都开始关注传统能源的替代品——新能源。人们希望新能源能同时符合两个条件：一是储量丰富不会枯竭，二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。而这两大功能恰恰是化石能源目前所显露出的两大不足。在这个寻找以及运营管理“新大陆”的过程中，新型科技仍然是不可缺少的手段。  
    日本于1998年制订了新的能源战略，要点是努力实现合理有效的稳定供应，将石油需求比例逐步降低到47%；大力发展核电；积极开发新能源，使新能源的比例提高到3%。为应对石油危机，日本于1974年提出了名为“阳光计划”的新能源技术开发计划，此后日本又分别于1978年和1989年提出了“节能技术开发计划”和“环境保护技术开发计划”。1993年，日本政府将上述三个计划合并成了规模庞大的“新阳光计划”。“新阳光计划”的主导思想是实现经济增长与能源供应和环境保护之间的平衡。为保证“新阳光计划”的顺利实施，日本政府每年要为该计划拨款570多亿日元，其中约362亿日元用于新能源技术开发。再生能源技术被作为“新阳光计划”的一大主要研究课题。日本的再生能源技术研究包括太阳能、风能、波力发电、温差发电、生物能和地热利用技术等，其中最受重视的是太阳能。1998年末，日本的太阳能发电总量已达13万千瓦，发电成本降至每千瓦时82日元。  
    2006年2月9日，美国总统布什也在其《国情咨文》中首次提出了“先进能源计划”。该计划主要分为两个方面：首先是通过发展生物燃料和燃料电池来解决交通运输对石油的依赖；其次是发展洁净煤技术、核能和以太阳能、风能为主的可再生能源以解决电力供需矛盾。布什要求美国能源部在新能源研究上要增加22%的资金支持，希望借此改变美国能源消费结构，通过对核能、太阳能、风能的进一步研究和开发，生产更多的电能以替代石油，改变美国的“烧油瘾”。  
    从目前世界的情况看，人们所掌握和开发应用的新能源主要有：太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能、燃气能、燃料电池、生物能、核能等等。这些新能源虽然有很多优点，但各国还没有取得技术上的全面突破，至今还没有一种能源能取代现在普遍使用的化石能源，只能作为现有能源的补充，因此，在不同的能源系统间切换以及不同的运作模式都将带来管理以及运行的诸多问题，这就需要信息技术从中协调，实现新旧能源间的协调使用。