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(鄭州電力高等?？茖W(xué)校，鄭州 451460)

0 引 言

河南省是一個(gè)人口大省,也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)大省，能源消耗量巨大，近年來(lái)我省的能源缺口將近達(dá)到了能源消耗總量的一半。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快及城鎮(zhèn)化的建設(shè)，河南能源消費(fèi)將持續(xù)增加，能源缺口也會(huì)越來(lái)越大。盡管河南能源資源豐富，但開(kāi)發(fā)和利用浪費(fèi)也非常嚴(yán)重，解決不好將會(huì)嚴(yán)重影響河南省現(xiàn)代化的進(jìn)程。隨著在中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的建設(shè)和鄭州航空港綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)快速發(fā)展，對(duì)能源的安全性要求也越來(lái)越高，研究當(dāng)前河南發(fā)展過(guò)程中遇到的能源問(wèn)題并提出相應(yīng)的解決對(duì)策，對(duì)保證河南經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展非常重要。

1 河南省能源存在的主要問(wèn)題

1.1 河南能源資源豐富，但過(guò)度開(kāi)采嚴(yán)重，后勁不足

河南省能源資源豐富，河南煤炭資源位居全國(guó)前列，石油資源豐富，生物質(zhì)能源豐富，風(fēng)能、太陽(yáng)資源一般，水力資源相當(dāng)匱乏。全省累計(jì)查明煤炭資源284.54億t,年煤炭產(chǎn)量2.09億t，河南年產(chǎn)石油400多萬(wàn)t[1-2]，可供大規(guī)模開(kāi)發(fā)的風(fēng)電場(chǎng)共有8處，約100萬(wàn)kW；生物質(zhì)能源豐富，年產(chǎn)生物質(zhì)能源3678萬(wàn)t標(biāo)煤[3]，相當(dāng)于2011年河南能源總消耗量的16%。河南理論可開(kāi)發(fā)水電資源490萬(wàn)kW，目前全省已建成總裝機(jī)418.26萬(wàn)kW，占河南總裝機(jī)容量5 406萬(wàn)kW的7.7%。但由于常年高強(qiáng)度開(kāi)采，目前大部分國(guó)有重點(diǎn)煤礦面臨資源逐漸枯竭，而新探明的煤礦開(kāi)采難度較大，2 000 m以深的開(kāi)采技術(shù)還沒(méi)有；石油資源已接近枯竭[4]，水力資源基本開(kāi)發(fā)完畢。在可再生能源資源中，風(fēng)能、太陽(yáng)能雖屬于可利用地區(qū)，雖然企業(yè)對(duì)此有較高的興趣，但可再生能源開(kāi)發(fā)成本還比較高，經(jīng)濟(jì)效益較差，企業(yè)大規(guī)模開(kāi)發(fā)的積極性還不大。

1.2 工業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，化石能源消耗總量較大，環(huán)境污染嚴(yán)重

河南能源消費(fèi)總量大，且以工業(yè)消費(fèi)為主。2012年，河南能源消耗總量達(dá)23 647萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，比2011年增加了2.6%，其中煤炭消費(fèi)量2.54億t，占80.2%，石油消費(fèi)1 500多萬(wàn)t。同年能源生產(chǎn)量為12 665萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，從外省調(diào)入能源達(dá)10 350萬(wàn)t標(biāo)煤[1]，石油有三分之二需要外部資源。能源消費(fèi)不合理，工業(yè)能耗較大，且工業(yè)中高耗能鋼鐵、化工、電解鋁、建材占比重較大，占到了所有工業(yè)能耗的一般以上。

圖1 河南省不同行業(yè)能源消耗比例

圖2 河南省不同工業(yè)類別能源消耗

另外，建筑能耗需要重視的一個(gè)能源消費(fèi)大戶。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)和人民對(duì)生活水平的日益提高，建筑能耗日益增加。2012年，河南省生活用能已達(dá)到2 945.31萬(wàn)t標(biāo)煤站，占社會(huì)總能耗的12.83%，夏季高峰時(shí)期的空調(diào)負(fù)荷約為1 900萬(wàn)kW，占社會(huì)用電總負(fù)荷的一半。

河南用能以煤炭為主的形勢(shì)短期內(nèi)不會(huì)改變，煤炭的過(guò)量消費(fèi)給環(huán)境帶來(lái)的壓力越來(lái)越大。近兩年，霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，環(huán)境容量已達(dá)到極限。在近10年來(lái)能源消耗總量中，河南省煤炭資源消耗量比例高達(dá)87%，石油、天然氣和水電的比重較低，而且85%的煤炭都是直接燃燒使用。這種高耗能低效率的煤炭利用方式，排放出大量的CO2、SO2和煙塵，形成了大氣的主要污染物，見(jiàn)表1。

表1 “十一五”期間河南省污染物排放量[5]

2 解決能源問(wèn)題的主要技術(shù)分析

隨著科技的發(fā)展，一些先進(jìn)的能量系統(tǒng)已經(jīng)基本成熟，推廣利用先進(jìn)能量系統(tǒng)對(duì)我省的能源問(wèn)題的解決和環(huán)境污染的問(wèn)題將有很好的促進(jìn)作用。這些先進(jìn)能量系統(tǒng)涉及煤炭的高效清潔利用、可再生能源的開(kāi)發(fā)、低碳建筑技術(shù)的利用。

2.1 超超臨界燃煤火力發(fā)電技術(shù)

火力發(fā)電是把煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能然后再轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。煤在鍋爐中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，做工后的乏汽在凝汽器中凝結(jié)成水在通過(guò)高壓循環(huán)泵注入到鍋爐中繼續(xù)生成蒸汽。這個(gè)循環(huán)過(guò)程中，凝結(jié)損失是能量的最大損失，提高蒸汽的溫度和壓力將提高機(jī)組的效率。新蒸汽的壓力介于25～31 MPa，溫度達(dá)到593～610 ℃，的機(jī)組稱為超超臨界發(fā)電機(jī)組，發(fā)電效率達(dá)到45%，同時(shí)污染物排也大大低于其他類型的燃煤發(fā)電機(jī)組。通過(guò)多年的努力，我國(guó)已掌握1 000 WM超超臨界發(fā)電技術(shù)，并建設(shè)了一批示范機(jī)組，運(yùn)行效果良好[6]。

2.2 可再生能源利用技術(shù)

太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電和生物質(zhì)能是技術(shù)基本成熟且可大規(guī)模利用的可再生能源。太陽(yáng)能的利用方式主要有太陽(yáng)能熱利用和太陽(yáng)能光伏發(fā)電，太陽(yáng)能熱利用就是利用太陽(yáng)能集熱器把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行發(fā)電、供暖或供應(yīng)熱水。太陽(yáng)能熱利用的效率能達(dá)到40%以上，是我國(guó)目前太陽(yáng)能最主要的利用方式。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是通過(guò)光伏電池把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化效率較低，只有18%左右。目前主要有大型并網(wǎng)光伏發(fā)電、小型獨(dú)立光伏發(fā)電和太陽(yáng)能光伏建筑一體化利用等幾種形式。

風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能最主要的利用形式，也是技術(shù)最成熟，成本相對(duì)較低的可再生能源發(fā)電形式。我國(guó)的是風(fēng)電設(shè)備的生產(chǎn)和利用大國(guó)，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已2 MW的機(jī)型為主，除此還有很多小型微型發(fā)電機(jī)，主要在一些風(fēng)光互補(bǔ)的路燈上使用。

生物質(zhì)能是農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢棄物、動(dòng)物糞便等有機(jī)質(zhì)中所蘊(yùn)含的能量。目前生物質(zhì)能源利用的主要方式包括生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電，生物質(zhì)壓塊燃燒發(fā)電、生物質(zhì)沼氣、生物質(zhì)氣化等多種利用方式。生物質(zhì)直燃發(fā)電和生物質(zhì)沼氣是利用最廣泛的生物質(zhì)能利用技術(shù)。

可再生能源具有可持續(xù)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但也具有能量密度低，開(kāi)發(fā)利用成本高等缺點(diǎn)，風(fēng)能和太陽(yáng)能受天氣影響，波動(dòng)較大的缺點(diǎn)，大規(guī)模的風(fēng)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)將給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)困難。生物質(zhì)能唯一利用方式上最接近煤的可再生能源，但在資源收集方面也遇到了與小農(nóng)種植方式不協(xié)調(diào)的困難。

2.3 低碳建筑技術(shù)

隨著建筑能耗的不斷增加，低碳建筑技術(shù)也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，建筑物外墻保溫、太陽(yáng)能采暖、熱泵技術(shù)、冷熱電三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在建筑中正在得到推廣應(yīng)用。建筑物外墻保溫是通過(guò)在建筑物外墻上增設(shè)保溫層來(lái)達(dá)到保溫隔熱的效果，減少建筑物空調(diào)和供熱負(fù)荷，目前這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)強(qiáng)制實(shí)施；太陽(yáng)供暖和太陽(yáng)能熱水技術(shù)也比較成熟，但隨著高層建筑越來(lái)越多，與多層建筑房子建好后由家庭安裝的形勢(shì)不同，太陽(yáng)能供暖和熱水必須在建筑設(shè)計(jì)階段就設(shè)計(jì)進(jìn)去，才能保證使用效果和建筑的美觀。熱泵技術(shù)是利用低溫?zé)嵩垂岬囊环N技術(shù)，其能效系數(shù)高達(dá)300%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用電能來(lái)直接生產(chǎn)熱水，而且可以實(shí)現(xiàn)夏季供冷、冬季供暖和熱水的供應(yīng)。冷熱電三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是利用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合發(fā)電，同時(shí)利用余熱供熱，利用吸收式制冷機(jī)制冷的能量梯級(jí)利用的分布式發(fā)電技術(shù)，在發(fā)電的同時(shí)，冬季可以供暖，夏季可以供冷。

3 河南省能源問(wèn)題的對(duì)策建議

能源日益短缺和環(huán)境污染加重是我省經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中遇到的主要能源問(wèn)題，為解決能源與環(huán)境問(wèn)題對(duì)我省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的束縛，政府部門必須積極謀劃、提前布局，通過(guò)經(jīng)濟(jì)、財(cái)政、稅收等手段鼓勵(lì)科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)研究、開(kāi)發(fā)、利用先進(jìn)能源[7]。

3.1 立足煤炭，以電為主，加大節(jié)能減排的力度

政府部門應(yīng)首先立足煤炭資源，加強(qiáng)資源管理，關(guān)停能耗高、污染重的小機(jī)組、自備電廠，建設(shè)超超臨界發(fā)電機(jī)組；引導(dǎo)高耗能企業(yè)對(duì)自身能耗的時(shí)空分布進(jìn)行排查，推廣余熱利用，依靠科技進(jìn)步，降低企業(yè)能耗。

3.2 優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，升級(jí)現(xiàn)代工業(yè)

優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，發(fā)展汽車、電子信息、裝備制造、食品、輕工等成長(zhǎng)性強(qiáng)，附加值高的產(chǎn)業(yè)。大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，減少國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)高耗能工業(yè)的依賴?？彀l(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì),制定實(shí)施農(nóng)作物秸稈綜合利用規(guī)劃和畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用規(guī)劃,推進(jìn)社會(huì)層面循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3.3 大力發(fā)展可再生能源產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)

開(kāi)發(fā)可再生能源是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的保證，結(jié)合我省實(shí)際情況，開(kāi)發(fā)推廣可再生能源技術(shù)。我省屬于太陽(yáng)能可利用地區(qū)，但土地資源同樣寶貴，由于太陽(yáng)能能量密度低，不可能占用大量耕地來(lái)開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能，必須走太陽(yáng)能建筑一體化的模式，開(kāi)發(fā)分布式太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)。推廣使用建筑節(jié)能技術(shù)，減少建筑能耗，可通過(guò)政府補(bǔ)貼的方式對(duì)目前成本還較高的可再生能源發(fā)電進(jìn)行補(bǔ)貼；建設(shè)節(jié)能等示范建筑，進(jìn)行補(bǔ)貼并進(jìn)行過(guò)程監(jiān)管。新農(nóng)村建設(shè)和農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)制度的實(shí)施，家庭農(nóng)場(chǎng)的耕作模式實(shí)現(xiàn)，為生物質(zhì)能源提供了發(fā)展機(jī)遇和廣闊的市場(chǎng)。政府相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)出臺(tái)鼓勵(lì)生物質(zhì)能發(fā)展的相關(guān)政策、對(duì)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行規(guī)劃，引導(dǎo)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

3.4 發(fā)展低碳建筑

建筑能耗在社會(huì)總能耗中的比重越來(lái)越大，發(fā)達(dá)國(guó)家建筑能耗的比重已達(dá)到50%。河南淺層地?zé)嶝S富，適合發(fā)展土壤源熱泵系統(tǒng)，政府部門應(yīng)在學(xué)校、政府事業(yè)單位建筑、公共建筑中推廣應(yīng)用，但地下水源熱泵由于破壞地下水資源，應(yīng)盡快限制其開(kāi)發(fā)。同時(shí)鼓勵(lì)洗浴中心、美容美發(fā)等常年用熱水的地方使用空氣源或土壤源熱泵熱水系統(tǒng)。在使用天然氣供暖的單位，特別是熱力公司，由于使用冷熱電三聯(lián)產(chǎn)一次性投入太大，政府部門應(yīng)給予財(cái)政補(bǔ)貼。

3.5 加大科研投入，促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，建設(shè)示范基地

目前可再生能源的開(kāi)發(fā)技術(shù)還不十分成熟，開(kāi)發(fā)成本較高，必須不斷加大對(duì)科研的投入；一些產(chǎn)業(yè)政策、管理方法也不成熟，需要投入人力物力進(jìn)行研究；成立相關(guān)工程技術(shù)研究中心，促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力；在條件成熟地區(qū)，建立可再生能源利用示范基地，引導(dǎo)社會(huì)資本向可再生能源的投入。

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