倪维斗，动力机械工程专家，中国工程院院士。现任清华大学热能工程系教授，曾任清华大学副校长、中国环境与发展国际合作委员会委员、教育部科技委主任。他长期从事热力涡轮机系统和热动力系统动态学方面的研究，全面、系统地发展了复杂热力系统及其关键部件的先进建模方法和一系列新的控制策略；在建立大型火电机组性能、振动远程在线检测与诊断系统中做出了重要贡献；对先进燃气轮机的消化、吸收、应用、推广发挥了核心、组织和指导作用。
摘要
中国的资源特点是多煤炭而少油气，这决定了中国的电能大部分来自于煤炭，而机动车所需的能源供给不足。燃烧煤炭产生电能和满足工业的能源需求，意味着中国在碳排放和环境污染方面面临更大的挑战。想要解决这些问题，有赖于新技术的引入。
中国面临减排挑战
当今世界，全球变暖已经成为难以忽视的环境问题。想要遏制全球变暖，一项最基本的策略就是减少温室气体，具体来说就是二氧化碳的排放。200年来的科学研究已经证实，二氧化碳是一种温室气体。近年来，人们越来越深刻地意识到，工业革命以来大量燃烧化石燃料，导致人类向空气中排放二氧化碳的量不断增多，是导致全球变暖的根源。
全球变暖会为地球环境带来很多消极后果。最直接的一点，就是冰川融化，导致全球海平面上升。除此之外，还会有很多极端气候随着全球变暖而出现。所以，全世界都在努力控制二氧化碳的排放。
目前，中国的二氧化碳排放量，每年有80多亿吨，居于全世界第一。虽然中国是世界人口第一大国，而且正在快速工业化，可以提供部分解释，但这毕竟给中国带来很大的外交压力。因为全球海平面上涨，意味着一些太平洋上的小岛国家将会消失。
中国排放大量二氧化碳的原因，是中国现在的能源结构以煤炭为主。每烧1吨煤，就意味着要排放2.7吨的二氧化碳。大量使用煤炭，使得中国的二氧化碳的排放量超过了工业化程度更高的美国三分之一，成为世界第一，而且排放量还在不断增长。在2014年的APEC会议上，中国做出了承诺，到2030年，中国的二氧化碳排放量达到峰值，然后不断下降。但另一方面，中国要发展经济和工业，仍然需要大量的能源供给，以煤炭为主的局面也难以迅速扭转。因此，想要完成这个目标，对中国来说是巨大的挑战。
北京世界花卉大观园办公区以太阳能解决一部分能源需求（供图/马之恒）
普及私家车背后的能源安全
燃烧煤炭排放的温室气体，并不是中国面临的唯一的能源挑战。在中国重新允许私人拥有汽车之后的将近30年间，中国的私家车保有量出现了爆炸式增长。对于北京市这样的特大城市来说，人们最直观的感受就是越来越常见的交通堵塞和购车摇号难。在北京市，购车资格摇号的中签比例大约是100∶1，但仍然有很多人坚持要购买私家车。
另一方面，中国的汽车产业也还要发展，因为那是我们的支柱工业。目前，中国每年生产2200万辆汽车，居世界第一，而且自用为主，并且还会进口一些汽车。中国现有的大部分汽车都要用汽油或柴油来驱动，但中国的石油资源又比较贫乏，每年的自产量大约2亿吨，可是消耗量超过5亿吨。这意味着中国有超过60%的石油需要进口，也就是说，中国的石油供给，对外依存率是60%。
对于一个大国来说，这样的石油对外依存率是很危险的。首先，中国对石油的进口，很大程度上会受到国际油价波动的影响。国际市场上的石油单位是美式的石油标准桶，容量为42加仑。一般来说，每1吨石油大约对应7桶。我们只需要查一查每天的石油交易价格，就会计算出中国为进口这些石油将要支付多少外汇。此外，相当多的产油国，比如中东和非洲的石油出口国，常常政局不稳甚至处在战争状态，这意味着石油供给随时可能变得不稳定。
延伸阅读
秦山核电站与大亚湾核电站
对于缺乏石油和天然气，同时受到燃煤污染的中国来说，发展核电是一种可行的选择。
20世纪80年代，中国开始决策发展核能。地处浙江省嘉兴市海盐县的秦山核电站，就是中国自行设计、建造和运营管理的第一座工业规模的试验性核电站，一期工程为30万千瓦压水堆核电站。
秦山核电站采用目前世界上技术成熟的压水堆，核岛内采用燃料包壳、压力壳和安全壳3道屏障，能承受极限事故引起的内压、高温和各种自然灾害。一期工程1991年建成投入运行后，年发电量为17 亿千瓦时。此后，秦山核电站又根据核能技术的进步和中国对能源的需要，进行过多次扩建工程。
该核电站最新一次扩建工程完成于2015年年初。1月12日，秦山核电站的扩建区，方家山核电工程2号机组成功并网发电。至此，秦山核电基地现有的9台机组全部投产发电，总装机容量达到656.4万千瓦，年发电量约500亿千瓦时。
在秦山核电站建成投产之前，中国又在1987年开工建设广东省的大亚湾核电站。这是中国第一座大型商用核电站，1994年建成之后，其生产电能的70%供应香港，占香港用电量的25%左右。21世纪初，岭澳核电站紧邻大亚湾核电站建造并投产。
对石油进行长途运输，交通线的稳定性也同样是个问题。以从中东进口石油为例，石油从中东走海路到中国，需要经过治安不佳的印度洋，以及容易被封锁的马六甲海峡。如果路程中遇阻，将会造成很大的影响。不仅如此，现代的工程机械和重型军事装备都要依靠油料方能运转，如果石油供给出现问题，军队的运转也将受到很大影响。所以，中国私家车数量的增长，或许不是一个好消息。虽然拥有私家车看起来是体面的，但如果因此而让国家的石油对外依存率继续上升，就会威胁到国家的能源安全。
中国需要限制私家车，还有一项原因就是中国的油品质量不佳，以及相当多的煤矿煤炭含硫量大，导致中国有普遍的雾霾污染。在中国，城市雾霾通常与PM2.5有关，也就是直径2.5微米的小颗粒，悬浮在空中不降下来就会形成雾霾。PM2.5颗粒很小，鼻毛都挡不住，会吸到肺里损害呼吸系统，影响公众健康。
城市雾霾大部分可以归因于中国目前的能源结构。以燃煤为例，煤的燃烧不仅会发热，还会排放大量的二氧化碳。在含硫量较高的情况下，还会排放出很多二氧化硫。此外，煤炭燃烧也可能形成氮氧化物等污染物。所有这些聚集在空气中，导致了雾霾天气。此外，大量汽车尤其是柴油车的尾气，也是雾霾的来源之一。除了汽车发动机的质量，中国市场上供应的油品质量也是雾霾的成因之一。由于中国的炼油工业水平还不够高，炼出的（商品）油品质较差，而城市机动车总量又很大，因此油品质量低下导致的雾霾必须予以重视。
电能是现代社会不可或缺的，电厂必须确保供给正常，以应对可能发生的紧急情况
中国能源结构
亟待调整
从目前的数据来看，到2050年，中国的能源仍然将以煤为主。从环保的角度来看，我们应该鼓励人们用天然气，但中国天然气的储藏量不多。所以，燃煤是中国能源结构无法摆脱的“宿命”，问题的关键在于用好这些煤炭。
举例而言，中国大多数电能由火力发电厂用煤生产出来。事实上，大多数供应电厂的煤，品质都相当不错。不仅如此，电厂还会在烧煤之后进行很多后处理措施，比如过滤排放出来的气体，把小颗粒去掉，又经过“喷淋”把二氧化硫、氮氧化物去掉。
但另一方面，工业锅炉仍然是燃煤污染最大的隐患。电厂用煤只占中国煤炭用量的大约50%，而另外50%的消耗来自于全国各地的70万台工业锅炉，包括采暖锅炉。这些锅炉烧煤但没有后处理措施，排放的污染物很多。在农村，很多人不愿烧秸秆而愿意使用燃烧值更高的煤，
但这些煤往往是质量最差的，含硫量很高，产生的污染物也很可怕。
所以，未来中国“用好煤”的关键，在于让煤只被懂得控制污染的用户所用。另一方面，在电能供给领域，我们需要增加可再生能源的比例。风力发电是一种可行的策略，在北京市郊的很多地方，乃至国内的很多沿海地带和所谓的“风田”，都已经有大量的风力发电机被部署。每个风力发电机的效率是有限的，但大量的风力发电机意味着可观的清洁能
源。对太阳能的利用也方兴未艾，在西北地区和青藏高原，越来越多的太阳能发电设备已经建成。
但这些清洁能源也存在一定问题，那就是供给不稳定。比如风力发电所需的风，是带有随机性、间歇性的，导致电能供给不够稳定；太阳能受到昼夜变化和阴晴变化的影响，能源供给也不够稳定。这种不稳定的特性，使电网不愿接受可再生能源。如何利用起这些被闲置的能源，是未来中国有待解决的问题。对于我们这个化石能源储量有限的国家来说，时间已经不多。
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