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日本推进新能源开发利用的举措及启示

品牌专栏中国仪表网2009年11月23日 14:26人气:688

  日本自然资源匮乏,石油、煤炭及天然气等主要能源资源均未蕴藏,能源自给率仅4%左右,日本所需石油的99.7%,煤炭的97.7%,天然气的96.6%都依赖进口。1973年和1978年的两次石油危机,给日本经济以严重冲击,也迫使日本政府从此推进新能源开发利用,并取得了快速发展。新能源在一次能源供给中所占的比例逐年增加,并使日本石油消费量逐步降低,大气污染也相应减少。近年来,日本在新能源开发领域的技术遥遥领先,成为日本经济复苏的推动力之一,也为日本经济的可持续发展奠定了坚实的基础。

  能源是人类赖以生存的五大要素之一,是国民经济和社会发展的重要战略物资。新能源是指和长期广泛使用,技术上较为成熟的常规能源(如煤、石油、天然气、水能等)对比而言,以新技术为基础,系统开发利用的能源,即人类后来才开发利用的能源,包括太阳能、潮汐能、波浪能、海流能、风能、地热能、生物能、氢能、核聚变能等,是一种已经开发但尚未大规模使用,或正在研究试验尚需进一步开发的能源。日本推进新能源开发利用的举措,值得我们借鉴。

  一、日本推进新能源开发利用的政府政策

  日本在新能源开发利用方面之所以取得进步,与日本政府采取的扶持政策是分不开的。

  确定新能源开发利用的发展目标

  日本能源政策的基本目标是:能源安全(Energy Security)、经济增长fEconomic Growth)、环境保护fEn— vironment),简称能源“3E”目标。在这一目标指导下逐步形成日本新能源产业发展子目标:(1)完成《京都}义定书》规定的减排温室气体目标。许多日本企业明确社会责任,发布“可持续发展报告书”,而政府则分别从供应方和需求方采取措施。(2)提高能源使用效率。日本经济产业省编制了《新国家能源战略》,提出要大力发展节能技术和新能源产业,争取到2030年前将全国的整体能源使用效率提高30%以上。(3)能源多样化,开发利用新能源。1973年第一次石油危机后,日本开始推行摆脱依赖石油的政策,增加液化天然气的使用,发展核能和水力发电。作为能源多样化战略的重要一环,更是加强了对风力、太阳能、燃料电池以及其他新能源的开发利用。通过上述种种努力,日本的能源多样化战略取得了显著成果,对石油的依赖程度明显减小。

  制定新能源推广大纲和行动方案

  日本新能源产业的发展,始终是通过计划与法律手段推进的。1974年,日本制定并实施了“新能源开发计划”,即“阳光计划”,把发展太阳能和燃料电池技术定为国家战略。1978年,日本又实施了“节能技术开发计划”,即“月光计划”。1993年,日本把“阳光计划”与“月光计划”合并后推出“能源和环境领域综合技术开发推进计划”,也称“新阳光计划”,目的是促进新能源的开发利用和商业化。

  1994年12月,日本内阁会议通过“新能源推广大纲”,指出投入能源事业的任何人都有责任与义务全力促进新能源和再生能源推广工作。日本第一次正式宣布发展新能源及再生能源,成为日本新能源发展的政策基础。在国家层面上,要求政府全力推进新能源和再生能源;在地区层级上,要求当地县市政府全力配合宣传,使私人企业、一般大众了解此项基本政策。同时,提出到2010年,新能源和再生能源占全国能源供应3%以上的目标,或提供相当于约1550万吨油当量的新能源。

  1997年12月,日本内阁决议正式通过“环境保护与新商业活动发展”计划,作为政府到2010年实施新能源和再生能源行动方案。行动方案将新能源及再生能源工业列为15项新兴工业之一,并且在构建新能源及再生能源商业化过程中,建立问题反馈追踪系统。采取积极措施推进新能源和再生能源的发展:一是刺激市场需求促进降低成本,二是积极研发新技术减少成本,三是降低手续费用和放宽限制,四是制定和完善市场规则和制度,五是培养大众的认知程度。

   推动新能源的推广应用

  在新能源的开发利用方面,日本政府采取了一系列的措施:

  投入大量资金,支持新能源技术的研发。日本政府在新能源的研发上,舍得投入,力图确保未来能源科技的制高点,推出“新阳光计划”,每年拨款570多亿日元研究新能源技术、能源输送与储存技术等。1996年,日本政府投入新能源产业的资金是479亿日元,此后连年增加,至2004年已达到1613亿日元,增加了236.74%。投入的资金主要用于新能源的技术开发、实证实验。

  推进政府、社会团体带头利用新能源。国家机关、公共设施必须依法带头采购太阳光发电系统和利用太阳能的热水器系统,采购低能耗、低公害汽车等,资助企业和地方公共团体发展新能源。政府每年向从事新能源事业的公司发放奖励性补助金,2003年总共发放393亿日元,向从事新能源事业的非营利组织提供1.1亿日元,向地方公共团体发放专项补助金2.33亿日元。

  直接补助使用新能源设备的家庭。为鼓励国民使用新型能源,除向生产企业发放补贴令其降低设备价格外,还按lkW(千瓦)9万日元标准直接补助用户家庭,2003年总计发放了132亿日元。

  二、日本推进新能源开发利用的重点方向

  从核能开发利用为基础

  日本于20世纪60年代中期就开始利用核能。特别是经过两次石油危机之后,为了增加能源的自给率,日本便大力开发核能,陆续在全国建立了多家核电站。目前全日本共建有核电站54座,总装机容量为4712.2万kW,是世界第三核能大国,核能占能源供给总量的15%,核能电化率近40%。日本新近出台的《国家能源新战略》,计划要进一步发展核能发电,把核电比重从现在15%提高17%。核电对于电力的稳定供给和环境保护是十分有利的。

  日本开发核能主要关注两个问题,一是核燃料的供应问题,二是开发安全问题。日本核燃料全部依赖进口。众所周知,由于核燃料的特殊性能及其提炼的高难度,国际上对核燃料的开发利用有许多严格的限定,严格限制其使用范围。除了支付巨额经济成本,还要向本国国民和世界做出政治承诺,保证其用途。日本在这方面一直坚守诺言,潜心钻研核能开发,并取得巨大发展,对本国经济的持续发展,提高本国能源的自给率起到了很大的推动作用。在核能开发的安全问题上,日本将最大限度地发挥政府在能源安全中的指导作用,加大对能源安全的投人。

  从太阳能开发利用为核心

  日本是世界上太阳能开发利用第一大国,也是太阳能应用技术强国。日本太阳热能的利用,从1979年第二次石油危机后开始,1990年进入普及高峰。太阳能技术日益创新,能量转换率不断提高,成本也是新能源中最低的。日本将太阳能的利用分为太阳光能和热能两种。太阳光能发电,是利用半导体硅等将光转化为电能。从2000年起,日本太阳能发电量一直居世界首位,2003年太阳能发电装机容量占世界太阳能发电装机容量的49.1%,并计划到2010年增加6倍。

  当前太阳能技术开发的重点是硅膜太阳能电池、化合物太阳能电池,同时还加强分散电源高密度连接对配电系统影响的研究,这些课题从2001年正式列入“新阳光计划”。日本政府在太阳能开发与应用方面,也不断增加财政支持,2003年太阳能技术的政府投资就高达135.52亿日元。日本太阳能电池技术不断提高,其光能转换率已将近20%。从过去20年来看,其成本随着电力累计产量的成倍提高而降低到原来的82%,如果能够保持这种势头,它就能够与普通电力媲美了。在日本到处可以看到各式各样的太阳光能发电装置。

  以风力能源开发利用为重点

  在风能利用方面,日本也取得很大成功。目前日本风力发电能力列世界第9位。由于日本的地理地貌优势,风力资源极其丰富,早在20世纪80年代初,日本在风能开发和利用方面就进行了研究和规划,开发技术不断升级换代。近年来发展更快,1999年后的4年里发电量增加了8倍多。2003年日本共有576座风车,发电量为67.8万kW,2004年发电量接近100万kW。 2010年目标设定为3 000kW,2030年则要达6 020 kW。日本对风电设备给予补助,剩余风电可卖给电力公司,这是近年来日本风电急剧增加的原因。随着大型风场建设的增加。日本风电建设成本已下降至850美元,kw左右。但由于日本地理位置关系,风力气流紊乱,造成输出频率不稳,使得发电设备利用率低,仅为20%~30%左右,成本也很高,同时风力发电难于蓄存,这是当前风力发电面临的主要技术课题。为此,日本政府投入了大量资金用于技术研发。

  以生物能开发利用和以废弃物发电为亮点

  生物发电在日本是一种新生事物,正在受到越来越广泛的关注。由于是对自然界生物的循环利用,原材料丰富而廉价,开发成本低,而且利用潜力非常大。近几年日本在这方面进行潜心研究和规划,取得了很好的效果。生物能来源于动植物的有机体,它不会增加C02排放量,是可再生的环保能源。其原料是垃圾、污水和植物、动物等。日本目前主要采用直接焚烧废物、造纸业排放的黑色液体和农林畜产排放物及生活垃圾等获取电力和热能。2003年,日本政府在生物能技术的研究开发方面投入经费达28亿日元。生物能源虽然具有减少化石燃料使用量的效果,不过能否控制C02的排放还是个未知数。因为如果只是单纯通过燃烧废弃物来发电或用作热源的话,并不能减少C02的排放。因此,目前人们正在将植物培育和节能技术组合在一起,开发能够从整体上控制CO2排放的技术。

  废弃物发电方面,日本主要是以各个地方自治体为中心进行发展。废弃物发电所用的废弃物主要是城市垃圾等一般废弃物和民间产业排放出来的产业废弃物。一般废弃物的燃烧处理设施虽然在日本全国大约有近2 000处之多,但目前拥有发电设备的只有约12%,不过这12%的燃烧处理设备所发电的份额却占日本废弃物发电总量的大约80%。废弃物发电的原理主要是用废弃物焚烧时产生的高温蒸汽,带动涡轮旋转来产生电力。这种能源具有很大的优势:它不会增加CO2排放量;可获得连续稳定的电能;规模小,有利于发展分散性电源系统;发电后的余热还可用于取暖、供热水等等。2003年度末,日本废弃物发电的设备总容量大约为155.4万 kW,其中一般废弃物发电约为134.9万kW,产业废弃物发电容量约为20.5万kW,计划到2010年达到417万kW。政府还要求,具有300 t以上垃圾处理能力的工厂尽可能安装发电设备,而且要以大规模连续运转的发电设备为主。今后至少要有88%的垃圾处理厂能发电。与过去的成绩相比,应该说日本的废弃物发电有了一定的发展,但依然受到需要妥善解决地点和技术上的一些问题的制约。到目前为止,废弃物发电的效率只达到10%。与一般火力发电的40%相比,发电技术提高的任务还很艰巨。

  以氢能和燃料电池开发利用为尝试

  日本氢能的主要研究方向是燃料电池。日本于1981年对磷酸燃料电池进行基础研究,先发展成大型电池堆,继而发展成电站,并实现商业化。至2000年,日本磷酸型燃料电池电站69座,发电装机为11.6MW。其中连续运转超过5 000 h以上的有27座。燃料电池在技术上和可靠性上已达到或接近实用的水平,但相对成本过高。为发展燃料电池,2001年日本经济产业省提出了指导氢能和燃料电池技术发展的国家行动纲领,并明确了燃料电池实用化的目标。日本计划投资110亿美元组织研发,计划到2010年使燃料电池总装机容量达到220万kW,到2030年建成8 500个加氢站,燃料电池汽车达到1 500万辆,占汽车拥有量的20%。

  以地热发电为特色

  日本是由火山构成的国家之一,地热资源丰富。在日本,地热资源的调查始于1950年,第一座地热站于1966年开始运转。到2000年,共有16个地热发电厂,总装机容量为500万kW,占日本总发电装机容量的0.2%,年发电量约34亿kW/h,占日本总发电量的0.3%。日本的地热发电容量占全世界的比例为6%。

  其他新能源的开发利用

  日本在上述各种新能源开发方面取得成就同时,想方设法地开发多种其他新型能源,以更新传统能源结构。比如二甲醚的开发和利用、利用浪力及潮流发电、冰雪能源的开发和利用、利用海洋温差进行发电等等,日本在利用自然资源开发能源方面,取得了许多创造性技术成果。

  三、日本新能源开发举措对我国的启示

  我国是世界能源消耗大国之一,2003年我国的能源消耗总量已经超过日本跃居世界第二位。面对常规能源供给日趋紧张的形势,适时调整我国的能源战略,努力开发新型能源,已经迫在眉睫。日本在新能源开发利用方面取得的成就,给我国的新能源开发利用以颇多启示。

  第一,实施新能源开发利用的后发优势策略。

  我国新能源开发利用起步较晚,但可以发挥其后发优势。所谓后发优势,是指发展中国家在实施现代化发展战略时,具有选择使用国外在付出巨大代价才获得的支撑经济增长的一系列科技成果,这样它就可以跳过某些技术发展阶段,直接采用新技术,实现生产力跨越式的发展。因此,我国应从战略高度看待新能源发展的历史性机遇,要勇于和发达国家站在同一起跑线上,主动参与竞争,而不是被动等待技术转让。应该迅速制定应对新形势下新能源开发利用的战略,充分利用后发优势,吸取日本等发达国家在发展新能源中的经验教训,从各个角度跟踪世界新能源方面的最新技术成果,加大自主研发能力,实现高起点跨越式赶超。

  实际上,围绕新能源的竞争早已开始。仅仅把眼光盯在油气资源及其运输通道上的做法无疑是短视的,走科技创新之路、积极开发新能源才是明智的选择。在保障自身能源安全方面,西方国家普遍采取了“两手策略”:除谋求油气的稳定供应外,还加紧开发核能、太阳能、风能、生物能、氢能等新能源。与发达国家相比,我国科研实力还相对薄弱,唯有加大科技投入,加强科技交流,发挥联合攻关优势,才有望从容而自信地步入“后油气时代”。

  第二,加强新能源开发利用的政策扶持。

  新能源技术将成为改变世界政治经济格局的重要因素。如果说,在20世纪谁控制了足够的油气资源,谁就能在地缘政治中占据主动并保证本国经济的独立发展,那么,在不久的将来,谁占领了新能源技术的制高点,谁就能在21世纪的国际经济竞争中赢得先机。

  因此,我国必须把新能源的研发摆在基础产业优先发展的战略地位。要以政府名义制定相应的能源研发远景规划,加大政府的财政投入,制定强有力的扶助政策,采取切实可行的各种措施,积极鼓励官产学投入研发行列。对新能源的生产者和消费者可以采取适当的补贴鼓励政策,增强人们的环保和择优用能意识,最终实现人与自然、社会和谐发展的目标。

  第三,优先开发利用具有资源优势的新能源。

  我国新能源资源品种齐全、数量多,资源基础雄厚。我国陆地每年接受的太阳辐射能相当于24000亿TCE(热胀系数),如果按陆地面积的1%、转换效率平均按20%计,一年可提供的能量达48亿TEE,比2000年全国商品能源消费量(13亿t还多35亿t;我国10M高度层的风能总储量为32亿kW,实际可开发为2.53亿kW,加上近海(1-15m水深1风力资源,共计可装机容量达10亿kW;生物质能资源也十分丰富,秸秆等农业废弃物资源量每年约有3.0亿ICE,薪柴资源为1.3亿ICE,加上城市有机垃圾等,资源总量近7亿TCE。此外,还有地热能和海洋能等,可供大规模长期开发利用。可见,我国在开发太阳能、风能、生物能、氢能以及其他新型能源方面具有巨大的潜力和优势,应该充分发挥这方面的资源优势。

  目前我国在新能源的开发与利用方面,已经取得了许多可喜的成果。特别是在太阳能和风能的开发与利用方面成果尤为显著,太阳能温室、太阳灶、被动太阳房、太阳能热水器和太阳能干燥器等多项技术,在农村和城市得到推广应用。风力发电近年异军突起,呈现快速增长局面。尽管如此,由于我国在新型能源开发上与日本这样能源利用技能较先进的国家相比还很落后。我们必须在坚持自主开发的同时,积极引进国外的先进技术,加快推进我们的整体研发能力。

  第四,加快发展核能技术。

  核能发电是减少火电污染、减少石油依赖、替代燃油燃煤发电、可大规模形成产业化的新能源。在日本、韩国和东南亚国家现有100多个核电反应堆在运转,有10多个核电反应堆在兴建之中。日本的核发电已占总发电量的36%,韩国占38%,美国占29%,英国占28%,法国占77%。但中国还以火力发电为主,燃煤的火电占总发电量的83%,水力发电占16%,核能发电只占1%,核电占总电量比重与发达国家相比落后20多年。因此,我国必须从发展火电为主转变到以发展核电为主轨道上来,加快发展独立自主的核电技术,并快速形成产业化规模。
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