何祚庥是流氓 何祚庥:中国未来能源靠核能还是可再生能源
在华北电力大学举行的“世界水日话水电”活动中,中国科学院理论物理所何祚庥院士就“理论物理与我国能源政策研究”与华北电大的同学们作了深入的交流,下面为报告全文。
何祚庥:各位同志,今天我谈的题目是“理论物理与我国能源政策研究”,我在理论物理研究所工作,我老师彭桓武办过一个理论物理讲座,让我讲能源政策研究。能源问题其实跟理论物理有点关系,但是今天我要回答的问题是彻底解决我国未来能源问题,是依靠核能,还是依靠可再生能源?
我们这些多年来在核领域工作的,都一直信奉原子能。但是,这些年来我的观点有点转变,我认为,解决中国能源问题,不能主要靠原子能,而应该主要靠可再生能源。这个观点虽然有些争议,但是我们要从科学出发,实事求是地做这些判断,所以,今天我要讲一讲基本的观点。
人类有两大基本问题,一个叫做生存问题,一个叫做发展问题。生存问题的关键是吃饭问题,所以农业为基础。发展问题的关键是能源,能源是发展的先导。因为人不能只靠粮食来支付能量的支出,一定要运用自然界所蕴藏的能量。需要发展的规模越大,耗能一定增多。能源问题的重要性是不亚于农业问题,特别是我国成功解决温饱问题,进入小康社会发展阶段以后,这个问题越来越突出。
但是,发展不能只考虑当前的发展,发展必须是可持续的发展。联合国有一个可持续发展的概念,今后人类发展的方向应该是可持续发展的方向。这个大家都认同。但是什么叫做“可持续发展”?可持续发展是既满足当代人需要,又不对后代人满足其需要能力构成危害的发展。
这个概念我需要多说几句,因为很多人总觉得可持续发展,当前要发展,以后也要发展,其实不然,这个提法是很细致的,也就充分满足当代人的需要,但是不影响后代人发展的能力。
这是概念上的一个很大的差别。为什么联合国会给出这么一个定义?是因为发展中国家跟发达国家争吵了十几年,最后达成一致意见,因为发达国家的发展已经经历了工业化以及重工业化的阶段,现在他们要求大家都节约资源、节约能源,强调子孙万代的重要;但是发展中国家还没有经历发达国家的高速发展阶段,很多基础设施和工业设施都要完善,人民的生活水平也要大幅度地提高,这些都需要资源和能源的支撑,正是需要消耗资源和能源的时候,这个时候发达国家提出节约资源能源,就好比你一直添柴加火把水烧到了99℃,轮到我添柴的时候,你却怕水沸了,叫我们来节约资源、节约能源。
但是,对当代人是充分满足需要,对后代人不削弱他的能力,这个概念还是得到了发达国家和发展中国家的共识。
联系到资源问题,也许可以用循环经济来适当解决,现在我没有很充分的信心,“适当解决”,是不是真正的彻底解决,我知道有一件事情,比如钢铁工业,我们铁矿石现在很紧张,国外是用废钢,废钢占了整个炼钢炉的65%,我们国内废钢比较少,我们现在用的废钢只占到10%到15%。
但是如果我们发展了,废钢多了,将来在钢铁也能循环。但是能源问题必须大力节约化石能源,有个热力学第二定律,如果当代人把化石能源用完了,后代人就没有什么可用的了。但是地球上存在着大量的“取之不尽、用之不竭”的可再生能源,足够当代人和子孙万代的使用。
请关注一件事情,胡锦涛在国际可再生能源大会上讲了两个必由之路,一个加强可再生能源的开发和利用,是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路,也是人类社会实现可持续发展的必由之路。胡锦涛同志讲了“必由之路”,“必由之路”就是不可缺少,某种意义上是唯一的,别的路还不行。
如果我们前面说能源是发展的基本问题,我们就看到一个非常严峻的事实:全世界能源需求量大幅度增加的趋势,非常重要的原因是中国的崛起,有人说不该用“崛起”,说中国的发展吧,中国现在有13亿人口,13亿人口已经初步实现温饱,正要向小康阶段迈进,也就是向工业化阶段迈进。
发达国家实现了工业化,发达国家的总人口才8亿多,发达国家就是八个国家,欧洲、俄罗斯、美国、日本、澳大利亚、加拿大等等加起来一共是8亿多人口,我们是13亿人口,将来可能15亿人口,发达国家的8亿人口消耗了世界上近一半的能源。
现在是中国的13亿人口也要加入这个队伍,另外还要看到印度也将加入这个队伍,印度的人口跟我们差不多,这几年经济发展很快,当然也需要能源,所以世界趋势能源需求最后越来越迫切。
我国现在还没有到能源真正发生危机的时候,我们国家还有点煤,石油贵一点还买的到,只有到煤烧完了,石油买不到的时候,才是真正的能源危机。2020年以前,中国还不存在真正的能源危机。但是2020年以后就很难说了。
我们那时候煤用掉不少了,石油也快没有了,但是我们的发展规模更快更大,能源问题就必定还要尖锐。我提请各位看,温家宝写了一篇重要文章《关于社会主义初级阶段的历史任务和我国对外政策的几个问题》,这篇文章我觉得很重要,希望大家关注一下。
当中有几个非常重要的论点:一,我国正处在并将长期处在社会主义初级阶段。初级阶段就是不发达阶段,这个“不发达阶段”首先是指生产力不发达,因此我们一定要毫不动摇地坚持以经济建设为中心,大力发展生产力。
为什么温家宝写了这篇文章,我认为是对前一个时期对一些人观点的回答,有相当一些人要求放慢中国经济发展的速度,因为有资源的制约、环境的制约、能源的制约等等,说是我们必须怎么样怎么样,要有好多的转变,我也赞成转变,但是这种转变并不意味着中国需要放慢速度。
我觉得家宝同志实际上回答了这件事情。中国经济是否过热?“是否偏热”,这就是对当前的经济形势的估计,这个问题有很多不同的意见,中国的经济是过热还是不是过热,是偏热还是不偏热,现在这篇文章我觉得是对我们现在发展速度的理念的一个回答。
家宝同志还说为什么本世纪头20年是我国必须紧紧抓住并且可以大有作为的重要战略时机,请注意这个。对我国来说,历史上大的发展机遇不多,他举了很多例子,我国都错过了,机遇难得,稍纵即逝,有了就要牢牢抓住。
改革开放二十八年,中国经济持续快速增长,这是一个奇迹。今后中国还有没有这样的机遇期,这个机遇期还能够有多长时间?我说很大的一部分要取决于我们自己的能力,内外政策和应对的能力。我觉得这个是一个非常重要的观点。
当前,国际形势正在发生深刻变化,历史告诉我们,落后被人瞧不起,落后就要挨打,我们要抓住当前国际有利时机加快发展自己。发展是硬道理,不仅是解决国内一切问题的基础,也是增强我国外交实力的基础,特点是为大局服务。
我觉得对发展的问题提的非常之高了,要抓住时机。国家间的竞争,基础在实力,事情有大道理、有小道理,小道理都归大道理管着。服从和服务于社会主义现代化建设这个中心,就是大道理。各条战线都要以现代化的建设为大局,配合大局,从大局出发,根据自己工作的性质和特点为大局服务。
如果说是发展,我们需要能源的话,发展需要发展水电的话,一些极端环保人士,用一些极端的环保理念去阻碍水电的发展,我认为是毫无道理,是小道理,更大的道理是我们需要发展。
我们的各级领导干部,要有历史的、国际的眼光,只有对社会主义初级阶段的长期性和历史任务有一个全面的、深刻的认识,才会懂得我们今天为什么要实行这样的而不是别的方针政策,从而在我们工作当中增强工作的原则性、坚定性和创造性。
如果联系到中国的能源建设,就是“中国在谋求持久地实现生产力的大发展”,谋求经济的“持续快速增长”,结果要求能源也能“持续快速的发展”。这是我个人的观点。
如果允许我理论联系实际,在中国未来能源的发展和展望方面,是不是有估计不足?以电力发展为例,2000年,电力的总装机3.19亿万千瓦,2005年是5.08亿千瓦,2020年是9.5亿千瓦。有一个战略建议,这个战略建议是我们科学院做的,他们喜欢用发改委的数字,用发改委说2020年是9.
5亿千瓦,我认为估计不足。2020年我认为绝对不可能9.5亿千瓦,2006年是6.22亿千瓦,难道14年后,才增加3.3亿千瓦。
2050年是24亿千瓦,我认为也没有道理,据美国当前的人均装机是3.4千瓦,马上人家说何老师你落后了,说美国的装机到了11亿装机了,他们是3亿人口。这个数字我也吃不准,各位看一看。难道到了2050年我国的人均装机还不到美国的一半。所以,对能源的需求,我们得想得复杂一点。
长期以来,在中国能源界有一种理念,“GDP翻两番,能源翻一番”。但是,中国正处在工业化的中间阶段,没有可能做到“GDP翻两番、能源翻一番”,即使中国经济转入以第三产业为主的阶段,在这个阶段的发展初期,仍然将保持能源的高速增长。
有一个意思,我们应该迅速转入到第三产业,现在之所以能耗增加是由于第二产业比重过大。其实转到第三产业,它的初期还是能源高速增长,因为居民用电用能将要大幅度增加,现在国家规定黄河以北地区的冬季供暖,南方占人口70%以上地区的冬季不供暖,现在只是城市少数居民下夏季使用空调,将来富裕起来的广大农村居民能不能使用空调?希望大家对未来能源需求要有足够的估计。
顺便再说一句话,真假我不知道。因为2005年我们电力装机是5.10亿千瓦,到了2006年电力装机是6.22亿千瓦,也就是从2005年到2006年,装机猛增了1.1亿千瓦,原来的本底是5亿多一点,猛增一点1.
1,也就是从装机来看,电力上升的比例20%。但是GDP上升10.7%,这是国家的报告,我不知道,是不是节能达到指标了?所以,2006年节能单位GDP耗能下降了1.23%,我是打问号的,电力的装机增长的速度远远超过GDP增长的速度,电力弹性系数肯定是大于1的。
为什么讲这个话?我们对电力的需求必须要有点超前性,这件事情在我们现在的发展阶段来讲,如果国家要迅速发展的话,我们电力的消耗量我认为是不会少的。
能源问题是综合性问题,能源问题的解决,有赖于对能源技术、自然资源、社会经济,甚至对政治问题进行综合研究。出去涉及“未来”,就需要从“理论”上展望未来的发展,而且需要从现在作出决策和部署。
核能和可再生能源哪一种更重要?怎么来比较?做了三个大表(见图),核能有个传统的思维模式,叫做“今天、明天、后天”,我这儿给的是“今天”的一张表,还有“明天”一张表,还有“后天”一张表。核能有三部曲,它们怎么解决中国的能源问题,基本的思维模式按照这三部曲。
因为我很了解这三部曲,它们的论点是什么,但是我们研究了一下,如果为了解决中国能源的问题,核能这三部曲怎么样?跟可再生能源比较怎么样?我这儿做了一个简单的表。
大力发展核能,能不能,不能。第一,核能,热堆,也就是压水堆或者重水堆,中子的能量是热中子堆,平均它的温度在几百度范围。这种热中子堆是大量的,但是这个热中子堆最主要的限制不是技术,技术已经相当成熟,现在最大的问题是现有资源只能支撑2500万千瓦核电站运行40年。
这个数字请大家高度关注。将来潜在的怎么样?潜在的还有可能再增加一倍,达到5000万千瓦。从国外进口,从澳大利亚进口再增加一千万千瓦。
现在各个方面交谈的结果,就是澳大利亚卖给我们,很多国家不卖给我们。所以,现在开始认识到包括国内潜在的核能资源加上国外的资源,给个上限,这个上限不可能超过6000万千瓦,而且时间不超过40年。这是严重的事实。
如果对水能的装机能量来看,我们知道水能的资源包括经济可开发的、技术可开发的是5.4亿千瓦,已经建成的是1.2亿千瓦,从技术上讲,核能的技术成熟、水电的技术也成熟,核电的电价大概是火力发电的一倍,水能的电价怎么样?大概是火力发电的一半。
我到长江三峡去了一下,长江三峡上网电价是0.25元,跟坑口电站电价差不多,跟全国的火力发电相比就比较便宜了。劳动种类也是重要的一件事情,我们国家应该大力发展劳动力密集行业,水能是大量普通劳动,是挖土方的,采用的是一般机电技术。
核电的确是高科技,这是从难度来讲。为什么强调电价?现在有一个批评,批评说经济可开发的大概4.1亿千瓦,还有1.3亿千瓦是技术可开发的,什么叫做技术可开发?价钱太贵,我也赞成,但是需要讨论一下究竟核电站贵还是水电技术可开发的成本高?因为现在水能的成本是火力发电的一半,核电的成本是火力发电的一倍。
我个人认为如果那些技术上可开发的水电资源,在崇山峻岭之中比较困难的话,是要多投一点钱,但是仍然可能比核电便宜。
所以,这个可开发量的概念需要重新再定义一下,经济可开发不是指现有的经济水平,包括未来的,因为现在的技术是可以改进的,还有经济的核算等等复杂的概念。不要觉得现在4.1亿千瓦就是经济开开发的极限。核能只能运行40年就没有了,至于水能,5.4亿千瓦可以运行无限时间,今天这个是非常清楚的。
第二,关于明天。核能的明天会怎样?也就是热中子堆,他们认为技术不够好,消耗的资源有限,只能把天然铀消到1%不到,但是如果做成快中子堆了,就可以把资源量扩大到60倍。本来我说只能2500千瓦运行40年,乘以60,就不得了。
中国现在有的天然铀资源能够支持15亿千瓦的快中子堆核电站运行40年,这个资源量相当之大。这就是为什么很多人主张还是要以核能为主。但是问题在什么地方?技术没有完全成熟,有待进一步研发。
因为快中子堆中子跑得很快,安全问题非常突出,快中子堆中子跑的比较慢,在毫秒级的技术水平就可以控制,但是到了快中子堆中子跑得比较快,它的控制时间是微秒的范围。控制不一样,安全的要求也不一样,未完全成熟,有待进一步研发。电价可能是十分贵,很可能是压水堆的30倍。我们希望这个东西比压水堆便宜,我希望如此,但是至少目前我看不到这个迹象。
可再生能源的明天是风电,风电的资源有多少?从我来看,理论上的资源可能高达45亿千瓦,怎么知道有45亿千瓦?国家正式公布的才10亿千瓦,陆上2.5亿千瓦,海上是7.5亿千瓦,加起来就是10亿千瓦。为什么理论上的资源为什么高达45亿千瓦,背景在这个地方。
过去中央气象局公布的10亿千瓦的资源量是在10米高空,现在大风机已经延伸到80米高空,甚至有趋势延伸到100米高空。风电的资源量有个特点,跟风速的三次方成正比,10米高的风速比起80米高空的风速要小的多,80米如果大30%的话,那资源量就增加两倍。
所以,这就是大致的风资源的特点。怎么知道有45亿千瓦?其实我也不知道,美国人给了个世界风能资源的估算,说是80米高空,世界风能资源有700亿千瓦。
何祚庥是理论物理学家,就拿中国陆地面积占世界陆地面积的6.5%,我把这700亿千瓦乘以6.5%,就是45亿千瓦。这是我个人这样看的。这件事情当年我曾经到中国气象局作过报告,讲有45亿千瓦,秦大河局长听到以后大为高兴,说没有想到风能还有这么大的资源,我们中央气象局有可能给国家的能源问题做重要贡献。
目前中国气象局正在测量中国的风电资源有多大,将来以气象局的测量为准,何祚庥说的不算,但是我们要看到这个前景。
据他们工作人员初步透露给我,说何老师你讲的预言差不多,我们现在测出来了40亿千瓦了,数字会越来越大,我说测出来多少是多少。同志们,最后听气象局的,不要听我的。
我们看到风力的资源是很大的,有45亿千瓦,一般国际上的统计数字我看到都认为风电的资源一般是水能资源的十倍,中国是水能资源特别丰富的国家,我就不敢预测了。不过也有人说中国的风电资源特别丰富,因为我们有台风。
有人说台风大是大,但是不好利用,当然有这个问题,我相信未来科技能够解决这个问题。技术怎么样?五个兆瓦以上的大型风机中国没有成熟,已经列入国家重点规划里面,科技部招标,建造三兆瓦的大风机,将来当然会突破五个兆瓦,一步一步来,饭一口口吃。
但是发达国家的大型风机发电成本已经低于火力发电,这是事实。开始我得到这个情报还不相信,后来我得到真实的情报,欧盟的风机比较多,他们风力发电平均电价跟欧盟的火力发电持平,他们告诉我好的风机发电成本低于火力发电。
美国一个工程师透露我这个情况,他说风电已经是美国火力发电的电价的一半,我大吃一惊,不过各位也不要太乐观了,因为美国的火力发电比我们中国的坑口火电站贵多了,我们的煤比较便宜。
从资源的量来讲,我认为风力资源比快中子堆还要多,45亿千瓦,有说只能算一半,因为快中子堆一年6000小时,这个地方装机一年3000小时、2000小时,但是风电运行时间是没有限制的。我认为关于“明天”,也是可再生能源超过核电。
另外,我个人认为风电的技术有非常大的发展前途,我能提供一个材料,德国现在差不多上升到两千瓦的风机,德国现在的风机大量出口,德国的机械制造业里面风电已经成为德国机械制造业当中最大的产业。如果从我们国家需求和发展来看,我觉得从产业的角度来讲,未来大概会激起一个大产业。
下面讲一下太阳能,核电的明天是快中子堆,第三步是受控热核反应,取之不尽、用之不竭,量大的很,足够人类几千万年用,甚至上亿年用,这是大家认同的。但是问题是受控热核反应什么时候出来?我们核物理界争论较大,有些人认为二十年受控热核反应走向商业化,这是外行人说的,所有内行一致不认同,认为最快也是五十年,长一点甚至认为有一百年,反正最快的是2050年走向商业化。
但是即使走向商业化,是不是实现商业化还成问题。因为技术上或者在运转上可以商业化,不等于电价能够商业化,经济上要使得受控热核反应的电价能够有市场竞争力,我认为远得很,至少目前看不出。
比如说受控热核反应要用很大很大的超导磁场,超导磁场大得规模难以想象,这种超导磁场贵得不得了,投资就大得不得了。
但是对太阳能来讲,现在国际上已经开始认同了。这个认同就是太阳能的发电成本在国际上是火力发电的五倍或者四倍,中国的太阳能发电成本是中国火力发电的十倍。现在一般标准光伏电价的发电成本差不多是4块钱一度电或者5块钱一度电,我们火力发电四毛钱一度电、五毛钱一度电。
但是非常重要的一点,太阳能有大幅度降价的空间,这就是重要的形式。前一个时期,布什总统在美国为了石油紧张开展能源之旅,大力呼吁大力发展可再生能源,特别讲到太阳能,他提了一个指标,这个指标就说希望在美国十年内把太阳能发电成本下降到和火力发电相竞争的水平,这是布什的希望。
布什是个总统,是不是放大炮,是为了应付政治神吹,很多人也怀疑,我也怀疑。
前两个礼拜,《科学时报》登了一篇文章,美国的能源部制定了一个先进能源规划,这个先进能源规划正式列入奋斗目标,而且主要的奋斗目标就是让太阳能发电成本在十年内下降到和火力发电相持平的可竞争的水平,并且把这一目标当做先进能源规划的最主要的内容。所以,他们是真的奋斗了。
不仅列入规划,而且还有一个号召,号召美国的企业界、美国的科技界打破门户之见,放弃垄断,号召美国科技界和企业界要团结、合作,实现这样一个重大的目标。我看了以后有一点感想,因为团结、合作,打破门户之见,我在三、四十年前搞核武器的时候,就是按照这个精神做的,大家有心得体会都拿出来公开,不要保密,因为有时候心得体会对别人有用处,也有可能你的心得体会是错的,自己看不出来。
所以,强调交流、强调协作,至于协作以后,谁的功劳大、谁的功劳小,公道自在人心。
比如大家公认原子弹是周光召院士贡献最大,氢弹是于敏院士贡献最大,何祚庥贡献不大。大家在一起工作,谁好谁坏,谁本事大,谁本事小,行家是瞒不住的。但是这种协作使得我们大脑加快速度,所以我看到那个号召很有点感想。
下面讲一点新情况,有一个新型太阳能炉,这个太阳炉可以做得比较便宜、比较好,自动跟踪的太阳炉,这个太阳炉能够把钨板熔化了,高温熔化了15毫米的钨板,钨一般来讲熔点是3415度,这个太阳炉能够加温加到3500度,同志们,这个是中国科技大学的一个教授的重大发明,现在正在利用这个太阳能炉做冶金。
太阳能热发电怎么样?太阳能热发电有好几个体系,实际上这儿给的图是太阳能光伏发电体系(见图),光发电体系也可能大幅度下降成本。
这样一个图画是一堆漏斗,一块光电池发电量是4倍,但是光漏斗价格就比较便宜。光发电的成本也会大幅度下降的。太阳能热发电的成本后面的锅炉跟通常的锅炉一样,唯一的是怎么把太阳光聚焦起来,去加热锅炉。
我刚刚给各位介绍的镜子是比较便宜的镜子,而且它有一个特点,锅炉放在那儿不要动,某些人设计的锅炉要动,一动就没法办,它这个镜子动,但是把太阳照在锅炉上面,这是一个比较好的加热的办法。我个人认为把这些技术综合起来,在我们中国也有可能在十年到十五年内,同样把太阳能光发电的技术、热发电的技术下降到可以和火力发电相竞争的水平,这比起受控热核反应要现实得多,而且是有可能真正实施的。
如果今天在座的同志有人说我们国家要走彻底解决能源问题,应该走核能的道路。
我想我这三张表做了回答,我们彻底解决中国能源问题应该走可再生能源的道路,因为只有可再生能源才是真正取之不尽、用之不竭。这是一个非常重要的,而且是比较现实的,而且是足够当代人使用,而且我们子孙万代人使用的一个能源体系。
