信息技術(shù)助力緩解能源危機(jī)——

編者按：面對能源緊張的嚴(yán)峻形勢，半個(gè)多世紀(jì)以來，走過工業(yè)化粗放發(fā)展之路的發(fā)達(dá)國家首先意識到能源緊缺的嚴(yán)重性，繼而提出建設(shè)一個(gè)低能耗、少污染、可持續(xù)發(fā)展的信息社會。信息技術(shù)革命帶來了各種技術(shù)的飛躍，同時(shí)也支撐了全球能源信息化的發(fā)展。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的探索，許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)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(diào)查的基礎(chǔ)上詳細(xì)分析發(fā)達(dá)國家在能源信息化方面的做法，同時(shí)聚焦以色列、日本這兩個(gè)資源嚴(yán)重短缺的國家，看他們?nèi)绾卫�用現(xiàn)代技術(shù)實(shí)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(quán)威的能源態(tài)勢分析與預(yù)測年度報(bào)告匯聚十余位有關(guān)專家學(xué)者，運(yùn)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(jìn)行了評估、分析與預(yù)測，最終得出一個(gè)結(jié)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(chǎn)時(shí)代發(fā)展至今，人類社會已經(jīng)成為一架完全離不開能源的強(qiáng)大機(jī)器，離開了能源，無異于釜底抽薪，全球經(jīng)濟(jì)將急速衰退。從2003年美國和加拿大僅有30小時(shí)的大停電事件中，我們已經(jīng)深切體會到了這一點(diǎn)。而今，能源的緊缺已經(jīng)令人類惶恐不已，試想，如果人類社會的正常運(yùn)行只能繼續(xù)短短20年，這無疑是一件極度可怕的事。事實(shí)上，能源危機(jī)并不是近年才有的，早在上世紀(jì)70年代許多國家仍熱衷于傳統(tǒng)的高能耗大工業(yè)生產(chǎn)時(shí)就已經(jīng)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(shè)。在長期的摸索實(shí)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(jìn)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(jì)70年代，全球第一次能源危機(jī)出現(xiàn)之后這一疾呼半個(gè)多世紀(jì)來從未間斷過。根據(jù)此前的預(yù)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(jīng)成為全世界最大的難題之一。如今，全球石油日產(chǎn)量保持在7500萬桶。但為滿足2015年的預(yù)計(jì)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(gè)面積等同于歐洲北海油田的新油區(qū)。有人預(yù)測過，如果投入巨資伊拉克日產(chǎn)量可能會增加600萬桶，中東其他地區(qū)或許也能達(dá)到這一水平。但如果說世界其他地區(qū)日產(chǎn)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(rèn)為，按照上述計(jì)算，2010到2015年間或者更早，世界性的石油危機(jī)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(fèi)主要集中在發(fā)達(dá)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(jīng)達(dá)到65億，發(fā)達(dá)國家包括前蘇聯(lián)，人口大約是14億多一點(diǎn)，但這14億人卻消費(fèi)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(dá)國家所消費(fèi)。從地區(qū)上來看，能源消費(fèi)分三個(gè)中心：北美、歐洲以及亞太地區(qū)。這三大能源消費(fèi)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(fèi)水平進(jìn)一步增長，已經(jīng)超過北美、歐洲，成為世界上最大的能源消費(fèi)地區(qū)。

而且，隨著電子類產(chǎn)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(chǎn)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(yù)計(jì)到2025年，全世界電力消費(fèi)量增長差不多要翻一番；世界煤炭消費(fèi)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(jīng)濟(jì)區(qū)將成為世界電力消費(fèi)增長的主要地區(qū)。國外一些分析家認(rèn)為，世界能源消費(fèi)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(jīng)濟(jì)區(qū)，其中大部分又集中在以中國和印度為代表的亞洲經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的地區(qū)，預(yù)計(jì)這些地區(qū)的能源需求在預(yù)計(jì)期間將增長兩倍以上。

提高能源效率改善能源結(jié)構(gòu)

從全球范圍來看，利用信息化手段實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約、增效、安全保障等已經(jīng)成為各國共識。在化石能源有限的情況下，各國半個(gè)世紀(jì)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(shí)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(dá)30小時(shí)的時(shí)間里，5000萬人無電可用，400多臺發(fā)電機(jī)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(gè)工廠停產(chǎn)。僅15日一天，美加兩地的400個(gè)航班取消，12個(gè)國際機(jī)場部分或全部關(guān)閉，100個(gè)電廠和25個(gè)核電廠關(guān)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(gè)小時(shí)，造成40億至60億美元的損失。

對于這次轟動一時(shí)的美加大停電事件，專家指出，事故的一個(gè)重要原因是修建于上世紀(jì)50年代的電網(wǎng)不能應(yīng)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(jīng)過搶修80%的電廠已經(jīng)恢復(fù)發(fā)電時(shí)，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(shí)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(gè)能源行業(yè)來看，這僅僅是一個(gè)方面，其他包括煤炭、石油、天然氣等能源在內(nèi)的安全問題已經(jīng)成為一個(gè)全球性的問題，保障能源的安全生產(chǎn)以及安全供給如今已經(jīng)成為關(guān)系到社會運(yùn)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(gòu)建安全可靠電網(wǎng)的“Grid2030計(jì)劃”。該計(jì)劃旨在采用先進(jìn)的材料技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)、廣域測量技術(shù)、實(shí)時(shí)仿真技術(shù)、儲能技術(shù)、可再生能源發(fā)電技術(shù)、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)等構(gòu)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(luò)，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(zhì)量，并提出要建設(shè)“綜合能源及通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)”(IECSA)，如今正作為重大項(xiàng)目開始相關(guān)研究。

——鋪墊節(jié)能增效之路

節(jié)能，可以說是一個(gè)永恒不變的話題。自1973年發(fā)生的石油危機(jī)以來，西方國家為減少對世界不穩(wěn)定地區(qū)石油供應(yīng)的過分依賴和出于環(huán)境保護(hù)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(biāo)和措施。在這一過程中，信息通信技術(shù)始終作為一個(gè)重要的輔助手段被應(yīng)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(cè)管理(DSM)節(jié)能模式。具體指的是通過采取有效措施，引導(dǎo)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(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)最小成本電力服務(wù)所進(jìn)行的用電管理活動。實(shí)施電力需求側(cè)管理要采取法律、經(jīng)濟(jì)、管理與引導(dǎo)等各種措施，現(xiàn)代信息通信技術(shù)則為需求側(cè)管理提供了有力的技術(shù)保障，比如通過信息采集、信息處理、系統(tǒng)構(gòu)成等實(shí)現(xiàn)配電自動化、電能監(jiān)測等。其中一個(gè)典型應(yīng)用就是通過實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)、季節(jié)性電價(jià)、可中斷電價(jià)等電價(jià)政策，引導(dǎo)用戶盡可能在低谷時(shí)段用電，合理避開高峰時(shí)段用電。需求側(cè)管理模式目前已逐漸擴(kuò)散到加拿大、中國、歐盟國家、日本、巴西等三十幾個(gè)國家和地區(qū)，并進(jìn)一步同現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。有數(shù)字顯示，美國自1973年以來通過需求側(cè)管理獲得的能源是國內(nèi)能源供應(yīng)增長量的4倍，2000年，美國人均一次能源消費(fèi)與1973年幾乎一樣，而同一時(shí)期的人均GDP卻增長了74%。需求側(cè)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(shù)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(dāng)時(shí)的平均35%提高到60%以上，燃?xì)獍l(fā)電效率將由當(dāng)時(shí)的50%上升到70%；在工業(yè)領(lǐng)域，到2010年林業(yè)與造紙、鋼鐵、煉鋁、金屬鍛造、玻璃和化學(xué)這6個(gè)最主要的能源密集型工業(yè)部門的能源消費(fèi)總量將比當(dāng)時(shí)減少25%；在交通領(lǐng)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(jīng)宣布，繼加利福尼亞州公布打造“氫氣高速公路”計(jì)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(yù)計(jì)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(shù)的《月光計(jì)劃》，希望通過新技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的目的，1980年專門成立了新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)新能源和節(jié)能技術(shù)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(shè)備和技術(shù)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(shù)開發(fā)、節(jié)能設(shè)備推廣和示范項(xiàng)目實(shí)行財(cái)政補(bǔ)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(dāng)時(shí)的4億5600萬桶石油到2008年降至4億桶。

在水資源應(yīng)用方面，缺水程度最為嚴(yán)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(shù)創(chuàng)新，發(fā)明了馳名全球的滴灌、微灌技術(shù)，在水總量30年來毫無增長的情況下，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出卻翻了5番，由此帶動了該國農(nóng)業(yè)的大飛躍。結(jié)果，沙漠化、干旱嚴(yán)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(dá)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(jié)構(gòu)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(dāng)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(yán)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(shù)，以期在不影響能源消耗的情況下，盡量減少相應(yīng)的污染。目前看來，許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家都制訂了21世紀(jì)能源和能源科技新世紀(jì)戰(zhàn)略規(guī)劃或計(jì)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(shù)計(jì)劃(CCT)已轉(zhuǎn)入“展望21”計(jì)劃，制訂了21世紀(jì)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(jī)的現(xiàn)實(shí)壓力令全世界都開始關(guān)注傳統(tǒng)能源的替代品——新能源。人們希望新能源能同時(shí)符合兩個(gè)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(gè)尋找以及運(yùn)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(diǎn)是努力實(shí)現(xiàn)合理有效的穩(wěn)定供應(yīng)，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(yīng)對石油危機(jī)，日本于1974年提出了名為“陽光計(jì)劃”的新能源技術(shù)開發(fā)計(jì)劃，此后日本又分別于1978年和1989年提出了“節(jié)能技術(shù)開發(fā)計(jì)劃”和“環(huán)境保護(hù)技術(shù)開發(fā)計(jì)劃”。1993年，日本政府將上述三個(gè)計(jì)劃合并成了規(guī)模龐大的“新陽光計(jì)劃”。“新陽光計(jì)劃”的主導(dǎo)思想是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)之間的平衡。為保證“新陽光計(jì)劃”的順利實(shí)施，日本政府每年要為該計(jì)劃撥款570多億日元，其中約362億日元用于新能源技術(shù)開發(fā)。再生能源技術(shù)被作為“新陽光計(jì)劃”的一大主要研究課題。日本的再生能源技術(shù)研究包括太陽能、風(fēng)能、波力發(fā)電、溫差發(fā)電、生物能和地?zé)崂�用技術(shù)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(dá)13萬千瓦，發(fā)電成本降至每千瓦時(shí)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(jìn)能源計(jì)劃”。該計(jì)劃主要分為兩個(gè)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(yùn)輸對石油的依賴；其次是發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)、核能和以太陽能、風(fēng)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(fèi)結(jié)構(gòu)，通過對核能、太陽能、風(fēng)能的進(jìn)一步研究和開發(fā)，生產(chǎn)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(yīng)用的新能源主要有：太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮�、潮汐能、燃�(xì)饽堋⑷剂想姵�、生物能、核能等等。這些新能源雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但各國還沒有取得技術(shù)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(bǔ)充，因此，在不同的能源系統(tǒng)間切換以及不同的運(yùn)作模式都將帶來管理以及運(yùn)行的諸多問題，這就需要信息技術(shù)從中協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)新舊能源間的協(xié)調(diào)使用。