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【Abstract】 The effect of energy saving of water-loop heat pump system which is used in HVAC system is preferable when there is plenty of remainder heat in the building.The heating-peripheral is boiler in water-loop pipeline of traditional water-loop heat pump system,the energy is not utilized absolutely or the waste air occurs in boiler.hence,we should purse new recycled resourse to replace the traditional heat source.I will discuss the actuality,prospect,principle,advantage and disadvantage of recycled energy in water-loop heat pump system briefly in the following paper.
【keywords】 energy saving;recycled resource;water-loop heat pump system
【关键词】 节能;可再生能源;水环热泵
中图分类号 TU831 文献标识码 A
前言
水环热泵空调系统可利用的外部能源有太阳能、水(井水、河水、湖水、海水)、土壤能、空气等。这些能源具有资源无限、可以再生、与生态环境和谐的特点。因此提出可再生能源水环热泵空调系统对解决暖通空调的能源与环境问题有长远的战略意义。
上世纪50年代以来国外就有很多把可再生能源作为低位热源应用到水环热泵当中,其中土壤源作为水环热泵的低位热源是在二战以后就引起人们的重视,20世纪70年代末至80年代美国和欧洲一些国家对土壤源水环热泵进行各种理论和试验研究,瑞典早在20世纪70年代末就开始生产专供冬季采暖的土壤源热泵机组并已商品化[1]。我国的暖通空调工作者近年来对土壤源水环热泵开展广泛的理论和试验研究。水源热泵在欧美国家的建筑中也已经有30年的历史了,日本早在1932~1955年间就装设35座深井水为热源的水环热泵系统[2],近年来,在我国黄河流域和北方地区开始广泛采用以井水源热泵冷热水机组作为冷热源的空调系统,我国的青岛还曾提出建造以海水为低位热源的大型热泵站的方案。我国的太阳能资源十分丰富,居世界第二位,年日照时间大于2000小时的地区占全国面积的2/3,处于利用太阳能较有利的区域。哈尔滨工业大学、天津大学曾进行过太阳能水环热泵系统的模拟研究。在空气源利用方面进来我国也进行了双级耦合水环热泵空调系统的研究和应用,这种系统就是利用空气/水热泵和水/空气热泵的耦合,把空气/水热泵作为水环热泵的辅助热源。
20世纪80年代初,我国一些外商投资的项目中开始采用闭式环路水环热泵空调系统,20世纪90年代水环热泵空调系统在我国得到广泛的应用。据统计,1997年国内采用水环热泵空调系统的工程共52项[3],到1999年,全国约有100个项目,2万台水源热泵机组在运行[4]。进入21世纪水环热泵将得到新的兴旺发展,同时21世纪人类也面临着能源问题的严重压力,为此我们有必要研究探讨新型可再生能源在水环热泵中的应用。
水环热泵及可再生能源在水环热泵中的应用
1.1 传统水环热泵空调系统的组成
热泵是一种利用高位能使热量从低位热源(低温热源)流向高位热源(高温热源)的节能装置[5]。那么所谓的水环热泵空调系统是指小型水/空气热泵机组的一种应用方式,既用水环路将小型水/空气热泵机组(水源热泵机组)并联在一起,构成以回收建筑物内部余热为主要特征的水泵供暖、供冷的空调系统。该系统于20世纪60年代在美国加利福尼亚州出现,故也称为加利福尼亚系统。该系统于1955年在美国申请专利,很快传遍美国并早已商品化[5]。
在夏季建筑物的内区和周边区都供冷的情况下建筑物内部的余热通过水/空气热泵机组由水环路散发到室外。首先,室内侧的空气与制冷剂换热(此时室内换热设备为蒸发器)使空气冷却下来,热泵机组里的制冷剂通过压缩机后进入循环水和制冷剂侧(此时的换热设备为冷凝器)此时制冷剂把热量传到循环水中。在冬季建筑物内区需要供冷而周边区需要供热,内区排向循环水中的热量就可以通过循环水带到需要供热的周边区从而达到节能的目的。但是往往在冬季内区向水环路中散发的热量小于周边区需求的热量,使循环水的温度逐渐降低,当温度小于13℃时就需要外加的辅助热源向循环水加热以补充周边区的热需求。而夏季由于热泵不断把室内的热量散发到循环水中,循环水的温度就不断升高,当循环水温升高到32℃时就需要辅助的散热设备向外界排热以保持循环水温在13℃~32℃范围变化。传统的散热和加热设备是冷却塔和锅炉(燃油、燃煤、燃气、电热锅炉)。采用这种高位能(电、燃气、油等)通过锅炉转变为循环水的低位能,再有室内水/空气热泵提升后向室内供热的方式不符合按质用能的原则,是对能源的极大浪费。
1.2太阳能水环热泵空调系统
太阳能是21世纪人类可期待的能源,我国的的太阳能资源又十分的丰富,因此把太阳能应用到水环热泵空调系统中就有着非常广阔的前景。在水环热泵空调系统中主要是将太阳能代替传统的锅炉等辅助加热设备。太阳能水环热泵空调系统又分为闭式和开式两种, 在闭式系统中当冬季水温低于13℃时就利用太阳能热水系统通过板式换热器对循环水加热。开式系统又包括三个子系统,既太阳能集热系统、水环热泵空调系统、热水供应系统。三系统通过建筑物的消防水池为蓄热水池连接起来。这样可以解决太阳能的间歇性和不稳定性。当循环水温高于32℃时打开冷却塔散热,当循环水温低于13℃利用蓄热水池中的水作为循环水给系统供热。
1.3 土壤源水环热泵空调系统
土壤源水环热泵空调系统就是利用地下埋管换热器作为辅助热源的水环热泵空调系统。地表浅层是一只巨大的太阳能集热器,它收集约47%的太阳能[1],尽管其中有一半能量以长波的形式辐射出去,但剩余的能量也十分丰富。在缺乏地下水或者利用地下水源不经济的地区这种形式尤为显得可观。该系统有两个环路组成,即一次环路、二次环路。当冬季周边区供热量大于内区向二次环路中排热量时,至到二次环路温度降低13℃时开启二次环路从土壤中吸收热量以保证环路水温。当夏季机组都处于制冷工况时,机组向二次环路中不断的放出热量,至到温度达到32℃时开启一次环路,此时一次环路向土壤中散热,以保证整个系统的水温。
1.4 井水源水环热泵空调系统
根据地下水循环系统和水环热泵空调系统水环路(建筑物内循环水环路)是否分隔开,可以分为闭式和开式二种。闭式就是通过板式换热器把地下水环路和建筑物内循环水环路分开,如图1.4.1所示;开式就是直接把地下水和室内的小型水/空气热泵机组连接起来,如图1.4.2所示。之所以应用地下水作为低位热源是因为地下水终年基本水温维持在一个固定的范围内,是很好的天然热/冷源。
在闭式系统中,夏季制冷工况运行时当水环热泵循环水温度高于32℃时打开井水源循环系统,二者通过板式换热器把热量散发给地下水。冬季当水环热泵循环水系统的水温低于13℃时打开井水源循环水系统,二者通过板式换热器把地下水的热量传给室内循环水以保证室内循环水的温度。开式系统同闭式系统原理相同,不同的是开式系统中室内的水环热泵循环水就是直接应用地下井水。(附加我国不同地区深井水温度如下表)
东北北部 中部 南部 华北 华东 西北
深井水温(常年) 4℃ 8℃~12℃ 12℃~14℃ 15℃~19℃ 19℃~20℃ 18℃~20℃
1.5 双级耦合水环热泵空调系统
该系统是空气/水热泵和水/空气热泵机组的结合供暖,与传统的水环热泵空调系统相比,差异在于是用空气/水热泵机组代替传统系统中的锅炉。
夏季制冷工况运行:当水环热泵空调室内循环水系统的温度高于32℃时打开冷却水系统,室内循环水系统和室外开式冷却塔系统循环水通过板式换热器实现散热的。冬季制热工况运行: 当循环水温度低于13℃时带开室外的空气/水热泵机组,此设备也是通过板式换热器把热量传给室内循环水系统以达到加热循环水的目的。
可再生能源在水环热泵应用中的优缺点
2.1 太阳能在水环热泵空调系统应用中的优缺点
优点:①我国太阳能资源丰富可用空间大。②太阳能水环热泵拓宽了水环热泵空调系统的应用范围,使内部余热小或无余热的建筑物也可以运用该系统。③用消防水池做蓄热池既节省投资又解决了太阳能的不稳定性,同时多余热量还可以供生活用水。缺点:①太阳能热水供应不足或阴天时需要设置辅助加热器。②夏季仍需冷却设备
2.2 土壤源在水环热泵空调系统应用中的优缺点
优点:①地表浅层土壤源是一个巨大的太阳能集热器,蕴含巨大天然能量。②省去传统的辅助加热(锅炉)和散热设备(冷却塔)。缺点:占地面积大,如果埋设浅了土壤温度和受热特性易受季节等因素影响,深埋时施工要求和钻井费用高。
2.3 井水源在水环热泵空调系统应用中的优缺点
优点:①我国大部分地区常年地下水温度保持稳定,冬夏均可利用。②省略辅助加热和散热设备节省投资。缺点:①钻井时费用高,抽水井和回灌井的维护要求高。②在采用开式系统时管道容易堵塞和腐蚀。
2.4 双级耦合水环热泵空调系统的优缺点
优点:①空气的利用没有污染,有利于实现能源、供暖、和环境的协调发展。②有利于降低室外大气温度避免“热岛效应”的产生。缺点:①整个系统仍需要冷却设备。②在我国北方寒冷地区冬季空气/水热泵机组容易结霜。
可再生能源在水环热泵空调系统中应注意的问题
3.1 太阳能水环热泵利用方面
①太阳能的利用具有间歇性和不可靠性,因此设计水环热泵空调系统时应设置蓄热曹。②可以将太阳能和其他热源共同作为热泵的低位热源使热泵的低位热源多元化,例如将太阳能与土壤源结合。③太阳能是稀薄的能源,在地球表面上的能源密度极低,因此利用太阳能与目前所利用的矿物能相比需要较大的设备投资。
3.2 土壤源水环热泵利用方面
此系统最关键的就是土壤源热交换器的埋设问题,在使用该系统前首先应对现场进行勘测,先确定热交换器是采用竖井还是水平方式布置,其次应考虑建筑物的高度,最后还应考虑垂直式或水平式热交换器的预定位置[6]。地下埋管设计中应注意几个问题:①土壤的传热性能取决于土壤的热导率、密度和比热容。②地下埋管换热器中各管内水流量要分配均匀。③注意换热器的承压问题,尤其是垂直埋管,设计中应注意系统最下端管道的静压在管路最大额定承压范围之内。④注意管沟回填材料的使用。⑤地下埋管换热器的最小埋设深度也应在冻土层以下。
3.3 井水源水环热泵利用方面
该系统最大的问题就是地下水的回灌, 回灌一般都存在堵塞问题,也就是说不能100%的回灌,究其原因有如下几点:一、悬浮物堵塞,因此回灌前要控制悬浮物的含量。二、微生物的生长,因此要回灌前去除水中的有机质或进行消毒杀死微生物。三、化学沉淀,在碳酸盐地区加酸改变PH值防止化学沉淀生成。四、气泡阻塞。五、粘性颗粒膨胀或扩散,在水中可注入氯化钙来解决。另外腐蚀和水质问题也是普遍存在的问题。
3.4 双级耦合水环热泵利用方面
该系统目前主要存在的问题就是北方寒冷地区冬季室外温度过低造成室外的空气/水热泵机组压缩比过大问题,压缩比过大最终导致供热量急剧减小,系统性能系数变小。另外北方寒冷地区冬季室外的空气/水热泵机组也存在结霜问题。
结束语
能源和环保是人类生存和发展的两大主题,是全球关注的问题。进入21世纪人类面临着的是常规能源的过度消耗与枯竭,可再生能源的利用就显得尤其宝贵。可再生能源在水环热泵空调系统中的应用达到了即节能又保护环境的目的。是新世纪我们应该大力探讨研究和应用推广的新型节能措施,但对于目前设计和施工过程中存在的技术难题应该深入研究,本文就太阳能、土壤源、井水源、双级耦合水环热泵空调系统的理论给予了介绍,加深了对这方面理论理解的同时也为更深一步研究试验奠定了理论基础。
通过上述我们应该根据当地自然条件和建筑物的实际情况,经过多方的实际经验和模拟理论分析选择利用那种可再生能源的水环热泵空调系统。
参考文献
[1] 马最良.水环热泵空调系统设计[M].北京:化学工业出版社,2004.
[2] 蒋能照.空调用热泵技术及应用[M].北京:机械工业出版社,1997.
[3] 汪训昌.水环热泵系统的热回收特性及其设计方法[C]. 殷平.空调设计(1).湖南:湖南科学技术出版社,1997:61-72.
[4] 谢汝庸.我国水源热泵机组应用的现状与发展[C].现代空调(2). 北京:中国建筑工业出版社,1999:66-77.
我市太阳能、浅层地能等可再生资源丰富,在建筑中应用的前景广阔、潜力巨大。各级、各部门、各有关单位要充分认识到可再生能源建筑应用的重要意义,积极推进在建筑中应用可再生能源工作。
(一)加快推进可再生能源在建筑中的应用是贯彻落实科学发展观,调整能源结构,保证能源安全的重要举措,是“保增长、扩内需、调结构”和建设资源节约型、环境友好型社会、实现可持续发展的重要战略措施,利用太阳能、浅层地能等可再生能源解决建筑的采暖空调、热水供应、照明等,是可再生能源应用的重要领域,对替代常规能源、促进建筑节能具有重要意义。
(二)加快推进可再生能源在建筑中应用是实施国家能源战略的必然选择。近年来,我市可再生能源建筑应用得到快速发展,也取得了一定成效,实践表明,大力推进太阳能、浅层地能等可再生能源在建筑中应用,是解决建筑用能最经济合理的选择。
(三)加快推进可再生能源在建筑中应用是满足能源需求日益增长,改善人民生活质量,提高建筑用能效率的现实要求。我市工业化、城镇化进程正处于快速发展时期,随着群众生活改善,建筑用能呈现不断增长趋势,依靠可再生能源解决建筑新增用能需求,不仅能满足人民群众改善居住环境质量的要求,而且也能有效缓解我市能源供需矛盾。
二、总体思路和发展目标
(一)总体思路。以国家“可再生能源建筑应用城市示范”为契机,以创新发展模式、推进绿色转型为主线,建立政府引导、市场运作、多方参与的社会需求机制,做好示范引导和技术推广,加快推进和普及太阳能、浅层地能等可再生能源在建筑中应用的步伐,带动相关材料、产品的技术进步及产业化,切实转变建筑能源增长方式,降低建筑对常规能源的消耗,促进节能减排。
(二)发展目标:“十一五”期间,可再生能源在建筑中应用取得实质性进展,基本形成相关政策法规、技术标准和技术支撑体系,基本建成与建筑结合的可再生能源自主知识产权技术和材料、产品体系;2009-2010年间,实现城镇新增可再生能源建筑应用面积500万平方米以上;“十二五”期间,太阳能、浅层地能应用面积占新建建筑面积比例达到35%以上;到2020年,太阳能、浅层地能应用面积占新建建筑面积比例达到50%以上。
三、主要工作任务
(一)组织实施示范工程
2009年开始启动可再生能源建筑应用试点示范工程451万平方米,其中包括新建的5所学校约112万平方米、12项医院、商场、住宅小区约281万平方米地源热泵建筑应用示范,2项既有建筑节能改造约8万平方米的地源热泵建筑等应用示范,5项约50万平方米的太阳能光热建筑一体化示范。
(二)加强配套能力建设
1.由市建委负责,对我市太阳能及浅层地能资源分布和可利用情况进行充分论证或评估,对浅层地能热泵技术,要切实把握不同热泵技术推广的适用性和可行性,《*市可再生能源建筑应用评估报告》。
2.由市建委、发展改革委负责,对我市可再生能源建筑应用进行专项规划,《*市可再生能源建筑应用专项规划》。
3.由市财政局、建委负责,组织编写和《*市可再生能源建筑应用实施方案》(2009-2010)。
(三)加强技术支撑体系建设
市建委应当会同有关部门,加强我市可再生能源建筑应用技术支撑能力建设,充分发挥科研院校的技术力量,建立以河南省建筑科学研究院有限公司、河南省科学院能源研究所等为主要技术支撑单位的技术研究、技术推广、能效监测评估的技术支撑体系,逐步完善我市可再生能源建筑应用技术标准和规范,《*市民用建筑太阳能与建筑一体化应用技术导则》和《*市民用建筑地源热泵系统与建筑一体化应用技术导则》。
四、保障措施
(一)强化组织领导
建立健全可再生能源在建设领域推广应用的工作体制和机制。在市政府的统一领导下,市建筑节能与墙体材料革新工作领导小组全面负责协调工作及相关政策的贯彻落实,推进我市可再生能源建筑应用工作。各级、各有关部门,应在各自职责范围内,简化办事程序,提高工作效率,共同推进可再生能源在建筑中的应用工作。
(二)落实保障资金
对于获得财政部、建设部批准的可再生能源建筑应用城市示范、县(市)示范的项目,市、县(市)财政安排不低于1:1比例的配套资金,用于支持可再生能源在建设领域的推广应用的奖励。对于获得财政部、建设部批准的太阳能光电建筑应用示范的项目,市、县(市)财政安排一定比例的配套资金。
(三)加大政策扶持
设立*市可再生能源建筑应用专项资金,主要用于可再生能源建筑应用示范工程、产品和技术集成研究、标准规范制定、能源服务市场培育、能效检测评价等。相关部门根据各自职责,制定配套的相关政策、管理制度和管理措施,加强监督管理,确保可再生能源建筑应用规模化健康发展。
问:国家已制定了能源发展“十一五”规划,请问为什么又要单独针对可再生能源颁布一个中长期规划?
陈德铭:制定《可再生能源中长期发展规划》对我国的未来非常重要。
“十一五”能源发展规划与《可再生能源中长期发展规划》的区别是:前者是五年时间的规划,包括所有的不可再生能源和可再生能源;后者着重讲可再生能源的利用问题,并且是十五年左右的长期规划。目前,我国能源结构以煤为主,资源、环境问题突出,为贯彻落实科学发展观,实现可持续发展,专门制定一个中长期可再生能源发展规划,对我们国家的未来非常重要。
在过去的100多年,在西方工业化进程中,已经消耗的资源量占全球的60%左右。中国现在将近70%的能源消费依靠煤,这样的能源结构给我国带来很大压力,包括减少温室气体排放的压力。人类面临着可持续发展能源的挑战,中国是一个负责任的大国,必须充分利用可再生能源调整能源结构。《可再生能源中长期发展规划》提出了从现在到2020年期间我国可再生能源发展的目标,即力争到2010年使可再生能源消费量占到能源消费总量的10%,2020年提高到15%。
可再生能源对我国来讲有一些特别的意义:第一,中国幅员辽阔,很多边远地区和农村还没有纳入电网的覆盖中,所以可再生能源的使用可以带动这些农村地区的发展;第二,中国的经济结构要转型,增长方式要转变,发展可再生能源是产业和技术发展的一个新的抓手和重点;第三,在可再生能源领域,世界面临着很多共同的新技术创新问题,中国在建设创新型国家的过程中,有条件抓住机遇,在可再生能源技术领域实现较快发展。
问:我国可再生能源的发展目标是什么?其资源的总体情况是怎样的?
陈德铭:按照近期通过的《可再生能源中长期发展规划》,今后15年,我国可再生能源发展的总目标是:提高可再生能源在能源消费中的比重,解决偏远地区无电人口用电问题和农村生活燃料短缺问题,推行有机废弃物的能源化利用,推进可再生能源技术的产业化发展。《规划》还提出了三个具体目标,其中最重要的一个是,力争到2010年,可再生能源消费量占到能源消费总量的10%,2020年提高到15%。
我国有960万平方公里的陆地,还有300多万平方公里的海域,有非常丰富的可再生资源,能够满足开发利用的需求。其中,资源潜力大、发展前景好的可再生能源包括水能、生物质能、风能和太阳能。比如,中国水能资源大概有5.4亿千瓦,陆地风能有3亿千瓦,海洋风能大概有7亿千瓦左右;大概有2/3的国土面积,每年的光照时间在2200小时以上,太阳能资源非常好;每年农林业加工后的剩余物大概可折合的能量是5亿吨标准煤左右;另外,中国还有非常丰富的地热能和海洋能。
问:我国可再生能源将重点发展哪些领域呢?
陈德铭:根据《可再生能源中长期发展规划》,今后一个时期,我国可再生能源发展的重点是水能、生物质能、风能和太阳能。
近年来,世界经济发展加快,全球能源需求迅速增长,能源、环境和气候变化问题日益突出。大力开发利用可再生能源资源,减少化石能源消耗,保护生态环境,减缓全球气候变暖,共同推进人类社会可持续发展,已成为世界各国的共识。进入新世纪以来,我国的工业化、城镇化进程加快,经济持续较快增长,能源需求不断增加。2006年,能源消费总量为24.6亿吨标准煤,其中煤炭消费量占69%,能源消耗和环境污染成为制约中国发展的重要因素。
为了促进可再生能源发展,增加能源供应,优化能源结构,保护环境,积极应对气候变化,我国颁布实施了《可再生能源法》,制定了《可再生能源中长期发展规划》,提出了可再生能源发展的指导思想、基本原则、发展目标、重点领域和保障措施。
今后一个时期,我国可再生能源发展的重点是水能、生物质能、风能和太阳能。我们将加快可再生能源电力建设步伐,到2020年建成水电3亿千瓦、风电3000万千瓦、生物质发电3000万千瓦、太阳能发电180万千瓦。积极鼓励太阳能热利用技术的应用,到2020年建成太阳能热水器面积3亿平方米。继续推广户用沼气和畜禽养殖场沼气工程,加快生物质成型燃料的推广应用,到2020年,实现沼气年利用440亿立方米、生物质成型燃料5000万吨。积极发展非粮生物液体燃料,到2020年形成年替代1000万吨石油的能力。
中国政府将采取强制性市场份额、优惠电价和费用分摊、资金支持和税收优惠、建立产业服务体系等政策和措施,积极支持可再生能源的技术进步、产业发展和开发利用,努力实现规划提出的,到2020年可再生能源消费量达到总能源消费量15%的目标。
问:有人担心大规模发展生物液体燃料会影响粮食供应和价格,产生与民争粮问题,影响粮食安全,请问陈主任,将如何处理好发展生物液体燃料和粮食安全的关系问题?
陈德铭:世界上用玉米生产生物燃料的做法比较普遍。我国的土地资源非常有限,将通过发展非粮作物和植物发展生物燃料,做到不占用粮田,不影响粮食安全。
我国发展乙醇等生物燃料,不是用玉米,而主要是用非粮食的物质,比如甜高粱、小桐子、文冠果等植物。这些植物大多生长在盐碱地、荒地荒山上,利用这些东西,把它们转变成生物柴油、生物乙醇等生物燃料。
我国现有四个企业利用粮食生产乙醇,每年的产量在102万吨左右,但使用的主要是储备粮中时间比较久的陈化粮。102万吨乙醇中80多万吨是用玉米生产的,还有20万吨是用其他粮食和薯类植物。
到2010年,我国非粮生物乙醇的产量计划达到200万吨,到2020年能增加到1000万吨,非粮生物柴油产量达到200万吨左右,使生物燃料总产量达到1200万吨。这些生物燃料都不是用粮食生产,而是用荒坡荒地、盐碱地上生长的甜高粱、小桐子等植物生产的。
问:发展可再生能源意义重大,但我国可再生能源产业规模还很小,请问一下,我国可再生能源发展面临哪些困难和问题?国家将如何确保规划目标的实现?
陈德铭:我国现在的可再生能源规模很小,只有约8%。发展中的困难也很大,中国政府将采取五项措施来应对这些困难。
这些困难概括起来有两个,第一是资源分散,能量密度低,如秸秆生物质原料分散在农村的千家万户。第二是技术不够成熟,开发利用成本高,所以比化石能源的价格要贵一点。
为了克服困难,我国政府主要采取五个方面的措施:
第一,政策上加以积极引导,这包括价格政策。政府鼓励使用风能和太阳能,成本高出常规能源的部分在全国分摊,这就是费用分摊机制。
第二,采取财政和税收的优惠政策,包括建立专项基金给予补助,也包括减免税收。
第三,培育市场。市场是十分关键的,市场的培育也包括对市场份额的强制和对市场环境的改善。比如,建筑商、房地产开发商要逐步在房地产开发中,安装一些利用太阳能的构件等。
第四,加强可再生能源开发的能力建设,主要是指对这个方面的科研的投入、教育的投入以及人才的培养。
第五,加强对可再生能源的意义和利用方法、途径的宣传,提高全社会公民的意识,提高全民参与的程度。
问:水电是重要的可再生能源,中国将如何开发好水电?
陈德铭:大型水电建设有利于减少大气污染,对环境的影响是可控的。中国将在非常注意环保和解决好移民的前提下,有规划地开发水电。
中国的水力资源,能够用于发电的在5.4亿千瓦左右,主要分布在中国的西南部,在四川、云南、广西、贵州,还有一部分。到2006年底,实际开发的水电在1.29亿千瓦左右,按照《可再生能源发展规划》,中国计划到2020年开发3亿千瓦左右的水电。
[关键词] 经济 可再生能源 技术效率
由于经济增长作为国家发展首要解决的问题,不论是在发达国家还是发展中国家都处于极其重要的地位。从具体的内容上看,无论是古典、新古典还是新增长理论,都提到了一个不能回避的问题――自然资源对经济增长的约束。能源消费问题的出现,使能源瓶颈作为资源约束的一个代表性方面,对经济增长理论产生了深远影响。而提出能源对经济制约作用的同时,一方面随着近年来石油价格起伏不定并且居高不下,许多国家将提高可再生能源使用比例作为以后经济建设的重要组成部分;另一方面,温室效应的作用,导致全球温度不断上升,国际对可再生能源使用的呼声越来越高。根据国际能源署统计截止到2007年,世界可再生能源的利用正在以每年1.7%的速度增长。而与此同时世界主要能源的增长速度为1.9%,比可再生能源的增长速度略高。主用能源供应当中可再生能源的比例相对1990年也有增长。在经合组织国家中,可再生能源的使用已经占了总的能源使用的6.5%,而在非经合组织国家当中,可再生能源使用的比例达到了18.3%(2007年)。虽然可再生能源在能源使用中比例不断的提高,但是可再生能源的利用对提高经济技术效率的作用并不清楚,因此明确可再生能源使用对提高经济效率的意义在当前尤显重要。
国内外研究现状:
关于能源和经济增长关系的研究始于20世纪70年代,采用直接从经济活动的能源消耗及经济产出相关数据的考察,通过计量经济学中的方法进行实证研究.从已有的研究来看,针对不同国家,不同时期,采用不同的计量方法,得到的结果都有很大的不同。
最先对此做出研究的Kraft(1978),对美国能源消费和GNP数据进行了Granger因果检验,得到了GNP对能源消费的单向因果关系。此后,Akarca和 Murray等人分别就美国国内数据做了因果关系研究,结果也是各不相同。
在随后20世纪80年代,这研究不再只限于美国,而是扩展到多个国家和地区。Yu和Choi(1985)对五个国家的能源消费和GNP进行因果检验,发现对于美国、英国、波兰,二者之间存在双向因果关系,韩国的GNP对能源消费存在单向因果关系,而菲律宾的能源消费对GNP则存在着单向因果关系。Erol和yu(1987b)对六个国家的能源消费和真实收入进行因果检验,发现对于加拿大、法国、英国,能源消费是中性的,德国的能源消费则对真实收入存在单向因果关系,而对于日本和意大利,则存在反向的因果关系。Chontanawat Hun& Pierse (2006)对30个OECD国家和78个非OECD国家的能源消费与GDP的关系进行研究,发现能耗与GDP之间, OECD国家较发展中国家更为明显,特别是能源向GDP的单向因果关系,发达国家明显高于发展中国家,即节能对发达国家的影响更为严重,该研究没有发现中国、印度能源消费和GDP之间的因果关系,认为应该将中国和印度纳入相应的环保协议中。
基于上述研究的结果,能源消费与经济增长的关系,对不同国家不同时期说存在着很大差异,甚至对同一国家同一时期,采用不同的计量方法,结果也不尽相同,因此并不能对此得到一个一般性的结论。要研究其他国家的能源消费与经济增长的相互影响,就必须根据这些国家的相关数据的统计特征选择相应的计量方法。
近年来国内一些学者对中国的能源消费和经济增长关系做出的研究看,林伯强(2001)采用协整及误差修正模型,分析了中国的能源消费、GDP、能源价格经济结构中重工业的份额的协整关系。马超群(2004)采用协整和误差修正模型对中国1954年-2003年GDP和能源消费以及能源消费结构进行分析,表明GDP和能源消费及煤炭消费之间存在协整关系,而GDP与石油、天然气和水电之间不存在协整关系。
国外很多学者对可再生能源消费和经济增长的提高进行了研究,Domac等学者认为通过为相关国家提供更加多的工作岗位和经济收益,可再生能源的利用可以提高技术效率。Bhattacharya等学者认为,在亚洲一些国家,可以通过将木质能源转换为电能提高技术效率。国内对可再生能源消费和经济增长的关系比较少,简台珍(2008)通过对42个国家2001年-2002年可再生能源消费数据的回归分析得出,可再生能源消费的提高有利于技术效率的提高。王瑛(2008)具体分析了以水电、核电、风电为代表的中国可再生能源消费与实际GDP之间的协整关系和Granger因果关系,得出1953年―2006年间可再生能源消费与经济增长之间具有稳定的协整关系,同时得出我国可再生能源消费量是GDP增长的单向显著Granger原因的结论。郭勇(2009)运用VAR模型,对我国1994年-2007年核电消费数据进行研究, 得出核电消费与中国经济增长之间存在着基于时间变化的双向因果关系。
通过上述的研究结果,笔者发现有关能源消费与经济增长关系的研究,所用考虑的角度多是从总体能源投入考虑。本文对能源消费和经济增长数据则将能源的投入细化到可再生能源以及可再生能源中的水能、可燃废弃物能源等可再生能源在总能源投入的比例。通过确定可再生能源与GDP的关系明确能源结构的调整的方向,以期实现经济技术效率的最优化。
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20世纪70年代,石油危机使学者们更加了解化石能源的不稳定性。欧洲的一些学者深刻地认识到发展可再生能源的重要性,由此有关于可再生能源的法律政策的体系逐步建立起来。如今,欧盟己被称为能源国际规制最为先进的实验室。欧盟的可再生能源法律政策己经形成一个体系,甚至在很多领域引领着全球法律秩序的革新。近二十年来欧盟成为世界上最为活跃的可再生能源法制定者,其制定的可再生能源法对其他国家具有深刻的借鉴意义。
中国作为能源消耗大国,开发利用可再生能源是必不可少的。在我国国内传统能源供应紧张的情况下,加之环境污染问题日趋加重,国际石油价格不断震荡,发展可再生能源成为缓和中国能源发展局势的必然选择。发达国家普遍得出经验,用立法的形式推动可再生能源发展是最有效的途径。能源是欧盟最早通过法律和机制进行单独管理的部门领域之一。
二、欧盟可再生能源法律与政策的主要内容
(一)实施中的具体规定
欧盟可再生能源法律政策的制定较以往来看,有了共同的行动措施和明确的长期目标。欧盟可再生能源法律政策的制定更加注重技术性的创新和制度上的创新,促使可再生能源的高效利用,在各个成员国内普遍推行可再生能源法律政策。目前欧盟可再生能源战略的具体实施主要是通过指令、计划、条例和政策的方式。
欧盟可再生能源指令是具有法律约束力的文件,需要各个欧盟成员国遵守,是可再生能源在开发利用过程中实施的具体规定。2009年,欧盟通过了一项关于全球气候问题和可再生能源的法案,其中包括一个指令《促进可再生能源使用的第2009/28/EC指令》。制定了到2020年可再生能源至少占欧盟最终能源总消费的20%,至少占成员国运输领域最终能源总消费10%目标。该指令修改了关于可再生能源电力指令及生物资料指令等。所涉及的立法范围十分广泛,并对电力、生物燃料、原产地证明等问题做了新的规定。欧盟要求各个成员国可以通过交换数据的方式,促进可再生能源领域的普遍发展。因此,此规定大大加强了欧洲国与国之间的合作,甚至是国际合作。欧盟在供热、电力供应等方面,所占可再生能源领域的份额能够尽早的达到的所要求目标。该指令明确的规定了欧盟内部合作的制度。通过欧盟各成员国内部合作的形式,实现欧盟可再生能源指令设定的目标,实现信息共享。该指令还规定了成员国需要及时向欧盟报告制度。成员国的可再生能源行动计划,需要向欧盟通报具体的实施状况,具体的通报时间、通报内容在该指令中都有明确的规定。
欧盟的可再生能源计划从焦耳计划到兆卡计划,再到ALTENER计划,随着社会条件的不同经历着各种变化。ALTENER计划也就是专门的可再生能源计划。该计划最基本的目标是加大对可再生能源的使用率,增多可再生能源的市场份额。该计划规定,在各个成员国发展可再生能源基础设施,建立统一的信息网,方便开展成员国内部合作及国际合作。其后通过的ALTENER II计划也是以此为基本目标,并增加了更具体的内容,它鼓励个人、企业及其他社会资金支持可再生能源的发展,为可再生能源的开发利用创造更多有利条件。ALTENER计划实施以来,对可再生能源起到了良好的成效。它使社会公众更加了解欧盟可再生能源,使公众敢于投资可再生能源产业。欧盟还有众多有关可再生能源的计划,这些计划同样使欧盟可再生能源产业不断地发展。包括侧重研究能源市场的ETAP计划,注重提高能源效率的SAVE系列计划,促进国家间能源合作的SYNERGY计划等等。
欧盟可再生能源条例要求成员国遵守其中的规定。欧盟可再生能源条例对具体的可再生能源发展的目标及其补贴力度都有明确的规定。另外,欧盟还颁布了一项关于有关可再生能源的强制性条例,强制电力供应商购买一定比例的可再生能源,这里所说的电力供应商不仅包括新加入的供应商,还包括小企业的电力供应商。
欧盟可再生能源政策根据当时的能源形势经历了不同阶段的变化发展。总体上分为三个阶段:从应对石油危机开始,到保护环境成为人类普遍追求价值,再到如今可持续发展理论受到越来越多国家的重视。为了共同体的发展,1995年欧洲正式出台欧洲能源政策白皮书。该能源政策的出台目的很明确。包括三个目标:保护人类生存环境;促进能源安全;增强欧盟能源总体竞争性。白皮书提出,未来的能源发展取决于对可再生能源的重视程度,以及未来能源市场的自由化程度。欧盟努力增加可再生能源在整个能源结构中的比例,事实证明该能源政策适应了当时的能源局势。欧盟明确能源发展的目标后,更加重视可再生能源的发展。1997年,欧盟发表可再生能源政策的白皮书。该白皮书制定了更为具体全面的能源行动计划:可再生能源到2025年在欧盟能源总结构中占50%的目标。2006年,欧委会发表《欧洲可持续、竞争和安全能源战略》绿皮书。该绿皮书出台原因是由于人们对能源需求量加大,且在当时俄罗斯等国家发生了天然气危机,使能源形势日趋严重。欧盟急需建立较为稳定的能源市场,尽量减少能源危机给欧盟带来的危害。绿皮书提出建立稳定的能源市场,并制定了可再生能源发展的战略结构。目前,为了更好的促进可再生能源发展,应对金融危机,欧盟在2010年启动新能源战略。新能源战略包括对可再生能源的要求,提出了更为严格的目标,如果条件准许,将减少30%的碳排放量。这也将增加可再生能源在总体能源中的份额。
(二)实施过程中存在的问题
可再生能源的前期研发与生产过程必须有大量的资金支持,其需要的成本与传统能源相比,根本不足以与传统能源竞争。欧盟各成员国没有统一的补贴手段,如直接的减免税务、投资补贴、贷款优惠等,过多的补贴政策易造成对其他国家进出口的绿色壁垒。设置高额的关税、增加技术难度、对某些材料采取过于严格的环保标准等行为,违反国际贸易组织的规则,不利于全球的经济发展。
欧盟的各个成员国在可再生能源的建设中,急需快捷、高效的行政执法能力,来配合可再生能源的有效开发利用。欧盟内部需要建立统一的行政审批程序,如果审批程序不一致或者过于繁琐,就会造成资源浪费,带来负面作用。如法国曾经在办理电力入网过程中,不仅程序繁琐,而且还规定风电场地要建立在政府划定的发展区域内。有些地区还规定,不得创建风力涡轮机。显然,这造成不必要的行政迟延,阻碍了可再生能源产业的发展。
三、欧盟可再生能源法律与政策对我国的启示
我国改革开放以来,经济保持持续快速增长,同时需要面临的问题很多。我国虽地大物博,但人均资源不足世界平均水平,过分的追求经济增长,使环境承载能力变弱。我国是能源消耗大国,单位GDP增长所消耗的能源是世界平均水平的3.4倍。根据我国的基本国情,不能走低效率、高投入、高污染的经济增长模式,我们需要探索一条崭新的经济发展模式。
(一)强化政府对法律政策的引导
欧盟成员国政府为了改善环境质量,注重能源利用效率,不断的发展可再生能源。成员国政府引导可再生能源法律政策的发展,收到了预期的效果。虽然当今的社会提倡重视私人产权,治理环境也重视私人的力量,但是进行公共管理同样是不可或缺的,国家公共管理能够对公众的意识进行最大程度的引导。
与其他国家相比较,我国政府对可再生能源的支持力度还不够,如我国对太阳能的研究经费投入不及美国的1%,甚至还不及印度等国家。对于开发利用可再生能源,我国的财政体制上甚至是存在许多利益冲突的。
(二)重点培养竞争性市场主体
欧盟一些成员国国内对可再生能源建设实行招投标的方式,把具有竞争力的企业引入到可再生能源竞争体制中,使可再生能源市场主体不断壮大。传统的能源管理方式不利于市场竞争的公平公正公开,易造成腐败现象出现,能源产业将停滞不前。
要想培养竞争性市场主体,最主要的是建立起合理的市场竞争机制。我国的可再生能源产业发展艰难,不仅是由于发展可再生能源的风险大,还与价格、政府支持力度等因素相关。在欧盟,风力发电的价格往往按收购价格进行补贴,对造成环境污染的企业征收碳排放税,对用煤电的企业征收能源税等。在我国利用风力发电的价格比煤电的价格高的多,利用其它可再生能源同样比传统能源的价格高很多。
(三)加强技术创新,促进国际合作
欧盟通过能源创新,能源技术研究方面越发纯熟,在能源领域获得许多丰富的成就。可再生能源的发展前景,在于可再生能源技术创新、科学研究情况。目前我国的可再生能源技术创新状况是总体的技术水平较低,除了利用沼气、太阳能水利发电等领域外,其他的可再生能源技术研发能力差,大多技术需要依赖进口。我国应该立足于本国基本国情,通过政府的扶持政策,注重节能增效,引入科技创新人才,加强产业创新建设。在能源技术创新领域,重视同其他国家的合作,保护知识产权,互利互惠,推动全球能源经济发展。
(四)构建我国可再生能源法律政策体系