信息技術助力緩解能源危機——

編者按：面對能源緊張的嚴峻形勢，半個多世紀以來，走過工業(yè)化粗放發(fā)展之路的發(fā)達國家首先意識到能源緊缺的嚴重性，繼而提出建設一個低能耗、少污染、可持續(xù)發(fā)展的信息社會。信息技術革命帶來了各種技術的飛躍，同時也支撐了全球能源信息化的發(fā)展。經過半個多世紀的探索，許多發(fā)達國家已經走出了一條節(jié)能、增效、多元化的能源發(fā)展之路。

本期，我們將在大量調查的基礎上詳細分析發(fā)達國家在能源信息化方面的做法，同時聚焦以色列、日本這兩個資源嚴重短缺的國家，看他們如何利用現(xiàn)代技術實現(xiàn)能源的超高利用，擺脫能源困境。

日前，美國信息能源署發(fā)布了2005年版的《國際能源展望》，這份世界權威的能源態(tài)勢分析與預測年度報告匯聚十余位有關專家學者，運用“全球能源市場分析系統(tǒng)(SAGE)”，對直到2025年的世界能源市場(包括石油、天然氣、煤炭、電力和可再生能源)發(fā)展態(tài)勢及二氧化碳排放與減排趨勢進行了評估、分析與預測，最終得出一個結論——世界能源能支持到2025年。

這一消息對于人類來說，到底是喜還是憂？

從手工生產時代發(fā)展至今，人類社會已經成為一架完全離不開能源的強大機器，離開了能源，無異于釜底抽薪，全球經濟將急速衰退。從2003年美國和加拿大僅有30小時的大停電事件中，我們已經深切體會到了這一點。而今，能源的緊缺已經令人類惶恐不已，試想，如果人類社會的正常運行只能繼續(xù)短短20年，這無疑是一件極度可怕的事。事實上，能源危機并不是近年才有的，早在上世紀70年代許多國家仍熱衷于傳統(tǒng)的高能耗大工業(yè)生產時就已經出現(xiàn)了，由此也引至人類社會開始熱衷于信息社會的建設。在長期的摸索實踐中，盡管人類對于化石能源的日趨減少并沒有立竿見影的抑制措施，但是通過現(xiàn)代科技，各國在節(jié)約現(xiàn)有能源、開發(fā)新能源方面取得了突破性的進展，由此使得各國能耗大幅降低，也給人類的可持續(xù)發(fā)展帶來更大希望。

能源一再告急未來發(fā)展堪憂

能源告急！從上世紀70年代，全球第一次能源危機出現(xiàn)之后這一疾呼半個多世紀來從未間斷過。根據(jù)此前的預測，地球上的石油只夠用50年；煤炭最多用100年……能源短缺，已經成為全世界最大的難題之一。如今，全球石油日產量保持在7500萬桶。但為滿足2015年的預計需求量，需要開掘每天可增加6000萬桶石油的新油田。這需要十多個面積等同于歐洲北海油田的新油區(qū)。有人預測過，如果投入巨資伊拉克日產量可能會增加600萬桶，中東其他地區(qū)或許也能達到這一水平。但如果說世界其他地區(qū)日產量能夠再增加4000萬桶，無異于天方夜譚。因此，國際上一些專家認為，按照上述計算，2010到2015年間或者更早，世界性的石油危機就會出現(xiàn)。

從目前來看，全球南北兩邊是完全不同的能源態(tài)勢。全世界的能源消費主要集中在發(fā)達國家以及少數(shù)后發(fā)展的工業(yè)化國家。全世界人口現(xiàn)在大約已經達到65億，發(fā)達國家包括前蘇聯(lián)，人口大約是14億多一點，但這14億人卻消費了世界能源總量的65.5%(石油66%、天然氣75.4%、核能93.8%)，也就是全世界能源的三分之二被不到20%的發(fā)達國家所消費。從地區(qū)上來看，能源消費分三個中心：北美、歐洲以及亞太地區(qū)。這三大能源消費中心分別消耗全世界能源的30%左右。而從2004年開始，亞太地區(qū)的能源消費水平進一步增長，已經超過北美、歐洲，成為世界上最大的能源消費地區(qū)。

而且，隨著電子類產品的日趨豐富、新興國家的飛躍式發(fā)展等，全世界在生活和生產方面對能源的總需求仍在不斷增長。美國信息能源署的2005年版《國際能源展望》分析，預計到2025年，全世界電力消費量增長差不多要翻一番；世界煤炭消費量將增長30億噸，主要集中在煤炭資源豐富的中國和印度。天然氣比其他能源效率高，且含碳量低，將是世界上需求增長速度最快的一次能源，天然氣需求將保持年均2.3%的增長率。據(jù)分析，亞洲新興經濟區(qū)將成為世界電力消費增長的主要地區(qū)。國外一些分析家認為，世界能源消費量增長部分的約三分之二來自工業(yè)化國家以外的新興經濟區(qū)，其中大部分又集中在以中國和印度為代表的亞洲經濟高速發(fā)展的地區(qū)，預計這些地區(qū)的能源需求在預計期間將增長兩倍以上。

提高能源效率改善能源結構

從全球范圍來看，利用信息化手段實現(xiàn)能源的節(jié)約、增效、安全保障等已經成為各國共識。在化石能源有限的情況下，各國半個世紀來一直試圖通過現(xiàn)代科技手段使能源使用效率最大化，以期實現(xiàn)更長期的供給。

——保障能源安全供給

2003年8月14至15日，美國和加拿大東部廣大地區(qū)發(fā)生了歷史上最大規(guī)模的停電事件。在長達30小時的時間里，5000萬人無電可用，400多臺發(fā)電機組脫離電網(wǎng)，通用汽車、戴姆勒-克萊斯勒、福特、本田等汽車公司的35個工廠停產。僅15日一天，美加兩地的400個航班取消，12個國際機場部分或全部關閉，100個電廠和25個核電廠關閉。美國紐約、克利夫蘭、底特律，加拿大多倫多、渥太華等大城市癱瘓了近30個小時，造成40億至60億美元的損失。

對于這次轟動一時的美加大停電事件，專家指出，事故的一個重要原因是修建于上世紀50年代的電網(wǎng)不能應付迅速增長的電力市場。據(jù)聯(lián)邦政府的一名高級官員透露，即使經過搶修80%的電廠已經恢復發(fā)電時，輸電網(wǎng)也只能輸送20%的電力。而且，在停電事故發(fā)生后，美加兩國長時間檢測不到事故原因。

這次事件充分顯示了電力穩(wěn)定供給以及電網(wǎng)智能管理的重要性，而從整個能源行業(yè)來看，這僅僅是一個方面，其他包括煤炭、石油、天然氣等能源在內的安全問題已經成為一個全球性的問題，保障能源的安全生產以及安全供給如今已經成為關系到社會運行、國家穩(wěn)定的重大因素。為此，各國都加大用現(xiàn)代科技保障能源安全的力度。大停電事件為美國敲響了供電安全的警鐘，美國政府隨即將電網(wǎng)大停電事故提高到“危及美國國家安全”的高度來對待。2003年，美國能源部提出了構建安全可靠電網(wǎng)的“Grid2030計劃”。該計劃旨在采用先進的材料技術、超導技術、電力電子技術和控制技術、廣域測量技術、實時仿真技術、儲能技術、可再生能源發(fā)電技術、微型燃氣輪機發(fā)電技術等構建全美骨干電網(wǎng)、區(qū)域性電網(wǎng)、地方電網(wǎng)和微型電網(wǎng)(分布式電力系統(tǒng))等多層次的電力網(wǎng)絡，以保障大電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性，供電的可靠性及電能質量，并提出要建設“綜合能源及通信系統(tǒng)體系結構”(IECSA)，如今正作為重大項目開始相關研究。

——鋪墊節(jié)能增效之路

節(jié)能，可以說是一個永恒不變的話題。自1973年發(fā)生的石油危機以來，西方國家為減少對世界不穩(wěn)定地區(qū)石油供應的過分依賴和出于環(huán)境保護的要求，都把提高能源系統(tǒng)的效率、節(jié)約能源作為其能源戰(zhàn)略的重要目標和措施。在這一過程中，信息通信技術始終作為一個重要的輔助手段被應用于節(jié)能的方方面面。

美國是能源消耗大國，為了避免過度依賴國外能源，美國很早就開始提倡節(jié)能增效。其中，最為典型的就是該國提出的電力需求側管理(DSM)節(jié)能模式。具體指的是通過采取有效措施，引導電力用戶優(yōu)化用電方式，提高終端用電效率，優(yōu)化資源配置，改善和保護環(huán)境，實現(xiàn)最小成本電力服務所進行的用電管理活動。實施電力需求側管理要采取法律、經濟、管理與引導等各種措施，現(xiàn)代信息通信技術則為需求側管理提供了有力的技術保障，比如通過信息采集、信息處理、系統(tǒng)構成等實現(xiàn)配電自動化、電能監(jiān)測等。其中一個典型應用就是通過實施峰谷分時電價、季節(jié)性電價、可中斷電價等電價政策，引導用戶盡可能在低谷時段用電，合理避開高峰時段用電。需求側管理模式目前已逐漸擴散到加拿大、中國、歐盟國家、日本、巴西等三十幾個國家和地區(qū)，并進一步同現(xiàn)代技術相結合，產生了巨大的經濟效益。有數(shù)字顯示，美國自1973年以來通過需求側管理獲得的能源是國內能源供應增長量的4倍，2000年，美國人均一次能源消費與1973年幾乎一樣，而同一時期的人均GDP卻增長了74%。需求側管理需要建立節(jié)能和需求模型，對于信息化手段有著很大的依賴性。

此后，美國加大節(jié)能技術的開發(fā)和投資，并于1998年4月推出的《綜合國家能源戰(zhàn)略》中明確要求：在電力系統(tǒng)，到2010年燃煤發(fā)電效率將由當時的平均35%提高到60%以上，燃氣發(fā)電效率將由當時的50%上升到70%；在工業(yè)領域，到2010年林業(yè)與造紙、鋼鐵、煉鋁、金屬鍛造、玻璃和化學這6個最主要的能源密集型工業(yè)部門的能源消費總量將比當時減少25%；在交通領域，到2010年將推出燃料利用率三倍于常規(guī)交通工具的新型私人交通工具等。美國能源部已經宣布，繼加利福尼亞州公布打造“氫氣高速公路”計劃后，該國將再斥資3億美元，開發(fā)氫氣動力車，目的就是為了節(jié)省能源、降低污染，預計這種車將于2015年上路。

日本也早在1978年就制訂了發(fā)展節(jié)能技術的《月光計劃》，希望通過新技術實現(xiàn)節(jié)能增效的目的，1980年專門成立了新能源和產業(yè)技術綜合開發(fā)機構，主要負責新能源和節(jié)能技術開發(fā)研究推廣。此外，為了使一些具有很高節(jié)能效果且投資也較多的節(jié)能設備和技術能順利推廣、使用，日本政府還對其中一些重要的節(jié)能技術開發(fā)、節(jié)能設備推廣和示范項目實行財政補貼制度。1998年，日本在制訂的能源長期發(fā)展戰(zhàn)略中指出，要通過厲行節(jié)能，使能源總耗由當時的4億5600萬桶石油到2008年降至4億桶。

在水資源應用方面，缺水程度最為嚴重的國家之一以色列也通過信息化手段有效克服了惡劣的自然條件。該國通過不懈的技術創(chuàng)新，發(fā)明了馳名全球的滴灌、微灌技術，在水總量30年來毫無增長的情況下，農業(yè)產出卻翻了5番，由此帶動了該國農業(yè)的大飛躍。結果，沙漠化、干旱嚴重，而且國土面積狹小的以色列竟然搖身一變，成為歐洲冬季的果蔬廚倉。

——有效減少環(huán)境污染

現(xiàn)有的能源除短缺告急之外，也對環(huán)保帶來隱患。傳統(tǒng)的發(fā)達國家在工業(yè)化的過程中不僅曾大肆消耗能源，而且對世界環(huán)境也造成了惡劣的破壞：全球二氧化碳的過多排放使得世界環(huán)境日趨惡化；一些以煤炭為主的能源結構不僅污染環(huán)境，還直接影響到水資源的平衡，每挖一噸煤，就要破壞相當數(shù)量的地下水……這些都對全球社會的可持續(xù)發(fā)展帶來嚴重的隱患。

為了改善這種現(xiàn)狀，各國也紛紛開發(fā)生態(tài)能源技術，以期在不影響能源消耗的情況下，盡量減少相應的污染。目前看來，許多工業(yè)發(fā)達國家都制訂了21世紀能源和能源科技新世紀戰(zhàn)略規(guī)劃或計劃，旨在解決能源利用造成的環(huán)境問題。例如，美國潔凈煤技術計劃(CCT)已轉入“展望21”計劃，制訂了21世紀美國煤炭能源工廠的發(fā)展規(guī)劃。

挖掘新能源為未來續(xù)航

能源危機的現(xiàn)實壓力令全世界都開始關注傳統(tǒng)能源的替代品——新能源。人們希望新能源能同時符合兩個條件：一是儲量豐富不會枯竭，二是安全、干凈，不會威脅人類和破壞環(huán)境。而這兩大功能恰恰是化石能源目前所顯露出的兩大不足。在這個尋找以及運營管理“新大陸”的過程中，新型科技仍然是不可缺少的手段。

日本于1998年制訂了新的能源戰(zhàn)略，要點是努力實現(xiàn)合理有效的穩(wěn)定供應，將石油需求比例逐步降低到47%；大力發(fā)展核電；積極開發(fā)新能源，使新能源的比例提高到3%。為應對石油危機，日本于1974年提出了名為“陽光計劃”的新能源技術開發(fā)計劃，此后日本又分別于1978年和1989年提出了“節(jié)能技術開發(fā)計劃”和“環(huán)境保護技術開發(fā)計劃”。1993年，日本政府將上述三個計劃合并成了規(guī)模龐大的“新陽光計劃”。“新陽光計劃”的主導思想是實現(xiàn)經濟增長與能源供應和環(huán)境保護之間的平衡。為保證“新陽光計劃”的順利實施，日本政府每年要為該計劃撥款570多億日元，其中約362億日元用于新能源技術開發(fā)。再生能源技術被作為“新陽光計劃”的一大主要研究課題。日本的再生能源技術研究包括太陽能、風能、波力發(fā)電、溫差發(fā)電、生物能和地熱利用技術等，其中最受重視的是太陽能。1998年末，日本的太陽能發(fā)電總量已達13萬千瓦，發(fā)電成本降至每千瓦時82日元。

2006年2月9日，美國總統(tǒng)布什也在其《國情咨文》中首次提出了“先進能源計劃”。該計劃主要分為兩個方面：首先是通過發(fā)展生物燃料和燃料電池來解決交通運輸對石油的依賴；其次是發(fā)展?jié)崈裘杭夹g、核能和以太陽能、風能為主的可再生能源以解決電力供需矛盾。布什要求美國能源部在新能源研究上要增加22%的資金支持，希望借此改變美國能源消費結構，通過對核能、太陽能、風能的進一步研究和開發(fā)，生產更多的電能以替代石油，改變美國的“燒油癮”。

從目前世界的情況看，人們所掌握和開發(fā)應用的新能源主要有：太陽能、風能、水能、地熱能、潮汐能、燃氣能、燃料電池、生物能、核能等等。這些新能源雖然有很多優(yōu)點，但各國還沒有取得技術上的全面突破，至今還沒有一種能源能取代現(xiàn)在普遍使用的化石能源，只能作為現(xiàn)有能源的補充，因此，在不同的能源系統(tǒng)間切換以及不同的運作模式都將帶來管理以及運行的諸多問題，這就需要信息技術從中協(xié)調，實現(xiàn)新舊能源間的協(xié)調使用。