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陈清泉院士撰文:绿色开发与可持续发展

发布时间:2016年08月23日 14:54 作者:陈清泉 来源:客车网
  陈清泉:中国工程院院士、香港工程科学院院士、英国皇家工程院院士、乌克兰工程科学院院士、剑桥大学丘吉尔学院院士。

  一、 科学、工程与创新型人才

  (一) 工程哲学

  工程哲学是指导我们从事工程科学技术和项目的指导思想。那么,什么是工程?从科学、技术、工程三元论的角度来界定,科学是以发现为核心,科学是对自然的本质及其运行规律的探索、发现和揭示,并最终归纳为真理。科学家的探索往往是出于好奇心,并没有明确的实用目的。技术是以发明为核心,技术本质上是改善人类社会生活的手段,它可以是方法、装置、工具、仪器仪表或过程。技术讲求的是技巧。工程则是集成科学、技术和管理,并以此解决实际问题。具体说来,工程是利用科学原理和技术手段在一定边界条件下进行集成优化和综合优化,有目的地完成设计、构建、运行等项目。工程就是将理想变成现实。工程具有系统性、复杂性、交叉性、综合性等特征。工程是社会经济发展的发动机。工程哲学就是要在深刻理解科学、技术、工程和创新之间的相互联系的基础上,进行系统集成优化。概言之,工程哲学讲求理论联系实际,做到系统集成优化贯穿产、学、研、用、管等各个环节。而系统集成优化的思想原则又可归纳为如下六条:(1)辩论、定义、修订和追求目标:系统有能力完成目标,结果印证措施的正确性;(2)整体思想:整体大于个体的总和,个体大于整体的分解;(3)创造性:看到树木之前,先看到森林;(4)遵守学科程序:分而攻之,合而治之;(5)考虑人的因素:人是会犯错误的,需要反馈监管机制;(6)管理项目和团队精神:大家为人人,人人为大家。这其中1是确定目标,2到4是思想方法问题,5和6是管理问题。

  (二) 工程需要经验和实践

  在工程领域运用数学的方法可以使工程师们解决一些所面临的复杂问题,但却很难直接运用演绎推理,因为这些复杂的问题往往涉及到完全不同的因素,例如成本、安全、以及技术等。因此,为了解决问题,工程师们经常会参照过去的设计和解决方案,在问题和经验之间绘制一种类比,或者说是寻找范例。

  工程方法的另一个特征是实践的作用。在科学中,知识、理论和实验(每一个元素)之间建立了一种三方关系,并与工程本身建立四方关系,其中也包括实践。实践激励理论和工程应用性研究通常通过工程实践来实现。因此,任何一种工程哲学都必须适应更复杂的工程方法结构。

  (三) 创新型工程科技人才

  创新型工程科技人才,是指具有创新特质的工程科技人才。具有这样几个特征:第一,有深厚而扎实的基础知识,了解本专业的最新科学成就和发展趋势,了解相邻学科及必要的横向学科知识;第二,有敏锐的观察力,能够从本源上发现重大问题,准确把握科技发展趋势,及时发现他人没有发现的东西;第三,具有严谨的科学思维能力和对事物做出系统、综合分析与准确判断的能力;第四,具有敢于创新的勇气和善于创新的能力,要敢于面对困难,走别人没有走过的道路,同时又要符合科学思维规律。

  二、能源形势与储能产业发展

  近年来,中国工程院、美国国家工程院、英国皇家工程院轮流召开论坛,讨论全球重大挑战问题,其中,气候变化与可持续能源首当其冲。从长远来看,人类必将从化石能源走向非化石能源,这个过程需要依靠技术创新实现两手抓:一是传统的化石能源的清洁化,一是新能源能够大规模有效地经济稳定运行。

  发展新能源就要克服其随机性、间歇性对电网带来的巨大挑战。100多年来,电网发展从直流到交流和现代直流,从低电压到高电压,直至特高压,其供需瞬时平衡的特点要求发电可控、需求都了解。现在是“老革命遇到新问题”——供给侧的风电、光伏等新能源出力不可控,需求侧又增加了电动汽车、分布式能源等随机性的负荷。发电侧和需求侧如何平衡?一定要有储能。

  储能已经成为一种电力资源。国家电网公司提出的能源互联网战略构想表明,新能源分布的地区、时间差异很大,供需不匹配就需要能源互联。但储能的作用还不仅限于此,可以从更广泛层面,通过对不同类型的能源耦合进行优化配置,比将如电力、氢气、天然气、化工能源等进行转换、有机融合,目的是节能减排,实现方式就是电力电子+储能技术。能源互联要求能源一定要通过电力电子技术,实现双向流动,比如可以通过电动汽车可以充放电与电网互动,参与电网负荷峰谷调节,对能源进行优化配置和耦合。

  储能的范围很广,大到电网的百万千瓦、小到纳米网几千瓦,可以在不同层面实施这种多能耦合策略。在工业领域就是通过大力推动工业主动配电网技术,发展电力与化工能源相结合的分布式能源,建设工业能源互联网。在社区家庭层面,可以发展基于纳米结构的能源互联网,当然,这种结构不是物质上的纳米颗粒的实体大小,是为了区别于一般意义上的微网,表明其由于量变引起质变,带来系统活力的变化——通过充分调动每一个社会细胞——家庭的积极性,充分利用小区内的交直流、氢气、天然气等基础设施,通过电力电子技术和储能设备,通过耦合来优化配置能源。在我看来,人的行为、能源和信息要互相平衡,要找出能源和信息的关系,才能更有效利用能源,对能源进行优化配置需要储能。

  发展储能是出于多方面因素考虑的结果,最为重要的原因就是,人类的能源结构将发生变化。在具体推进是,需要通盘考虑技术、经济和政策等方面的因素,从技术层面,应对多种路线优缺点综合利用,并不断研发新技术和新产品;在政策上,需要合理补贴,更需要政策市场双轮驱动;对行业而言,要高度自律,不要低级重复和恶性竞争。

  在现有储能技术中,抽水蓄能占比很高、很成熟,但也有局限性,比如对资源、落差要求较高,难以广泛应用。蓄电池技术基于电化学原理,有两个致命缺点:一是化学反应需要充放电时间,即使快充也要20多分钟,比加油的几分钟要慢很多。二是安全性问题比物理储能要差,此外还有环境影响等。

  因此,目前的储能技术虽然有很多,但每一种都有其优缺点,可以发挥自身优势,应用在不同场合,没有一种技术可以垄断一切、包打天下。对多种多样的储能技术,要鼓励百花齐放,政府通过建立公平公正公开的体制机制,进行监管,让多种储能技术在实践中让市场来评判。

  三、 矿产资源绿色开发

  (一) 技术层面

  技术进步是发展绿色经济,建设生态文明的关键支撑。首先,我们要充分认识循环经济在矿产资源开发过程中、在节能减排中的重要作用。要加大循化经济关键技术的研发投入。其次,可以编制矿产资源开发循环经济技术指导手册等,推广成功成果和模式。再次,加强相关产业合作,探索跨产业循环经济联合体的组织模式。最后,要搭建信息技术平台,利用“互联网+”优化产业链结构,提高资源利用效率。同时积极开发和支持高附加值产品。

  此外,要促进再生矿产资源行业健康快速发展。要进一步扩大再生矿产资源规模,建立多个再生矿产资源生产基点;要鼓励矿产资源企业发展资源再生项目;要加快再生资源拆解分离技术、再生资源冶炼技术的研发及应用;要增强再生矿产资源行业整体技术水平;要适度提高矿产资源开发产业集中度,优化产业组织结构;要鼓励向高端产品领域延伸,加快研制高纯、轻质、高强度的矿产资源新材料。

  (二) 政策层面

  从法律法规方面来看,要建立健全矿产资源绿色开发的法律法规政策保障体系。在现有《中华人民共和国可再生能源法》、《中华人民共和国节约能源法》等的基础上,尽快建立“绿色开发”法律制度的框架,为矿产资源绿色开发循环发展提供法律保证。

  从产业经济政策保障方面来看,一是要出台矿产资源产品及相关资源和能源价格政策,深化能源产品以及矿产资源产品价格改革,制定矿产品和矿产资源相关产品消费者义务政策,通过对短缺资源价格的政府干预,激励企业和消费者自觉节约使用资源和循环利用资源,提高资源使用效率。二是要制定财政政策与研发创新扶持推旷政策,政府补贴有利于矿产资源低碳经济发展的行为主体,要制定相关扶持政策,引导落后产能退出和优势企业进入,要以适当的财政补贴鼓励废弃物回收处理专业企业建立覆盖全社会的收集、预处理和分类转运。三是要建立动态长效的生态环境补偿机制。矿产资源产业链上所有相关利益主体,包括矿产资源开发、冶炼与深加工以及再生节点企业所在地及周围和上下游,由于采矿、冶炼、再生行为使生态环境可能遭受破坏的相关区域,对土壤、水环境、大气、植被及生物多样性的动态、长效的生态补偿。

  从相关引导及支持政策的出台来看,一是要积极推进碳税、环境税费改革,将企业环境资源外部成本内部化;而是要调整进出口税收政策,限制“三高”出口;三是要针对矿产资源生态低碳技术创新项目实施信贷政策倾斜;四是要完善和落实废旧矿产资源回收综合利用和矿产资源企业使用可再生能源的税收优惠政策;五是要制定有关产业政策,鼓励矿产资源企业进行生态化改造,积极利用低碳生产技术和低碳能源技术。

  (三) 行业层面

  矿产资源的绿色开发需要不断规范行业发展标准。首先,不断提高行业门槛。提高冶炼和再生工艺、技术装备、能耗、水耗、污染物排放、资源和能源利用率等准入条件,支持矿产资源企业实施产业结构调整升级。其次,建立矿产资源产品全生命周期的生产和回收责任制度。加快制定和完善针对不同领域、不同类型和生产不同产品的相关专项法律法规,确立不同的生产者延伸责任,规定消费者回收责任。再次,制定矿产资源清洁生产工艺和设备及污染物排放标准。目前,清洁生产促进法正在我国贯彻和实施,相关配套政策陆续出台,除了铝和铅、锌、电解锰外,其他矿产资源的清洁生产指标体系有待于设计出台。

  (四) 企业层面

  1. 重视技术研发创新。

  建立低碳技术创新机制。加大科技投入、政策引导、行政支持、市场机制和人才培养等方面的工作力度,倡导低碳文化等各要素协调整合,增强自主创新能力,进行中长期的战略技术储备。

  增强技术装备的国际引进。加强国际低碳技术交流与合作,促进发达国家对中国的技术转让,增强低碳技术与装备的国际引进、消化与二次创新。

  开启智能生产技术革命。打造仓储物流、供应链金融和衍生品交易“三位一体”平台服务体系,发展驱动供应商价值结构改变。

  2. 借鉴学习先进管控经验,提升行业及企业的整体实力。

  企业内部要积极借鉴学习先进国家矿产资源绿色开发成功经验。要加强环境效益教育,树立可持续发展的经营理念。要制定统一、完善、标准化的治污、排污处理流程,要落实环保责任,并明确落实到人。同时,要不断加强企业社会责任教育,避免重蹈“先污染再治理”的覆辙。

  3. 合理利用资本途径加速企业转型升级。

  要积极推进矿产资源企业的跨地区、跨行业、跨经济类型的兼并重组,促进资源要素向优势企业集中,提高产业集中度。特别是在处置“僵尸”企业的进程中,要坚持产能置换原则,多兼并重组,少关闭破产,实现资源、资产的有效转换。

  四、 矿产资源绿色开发与可持续发展展望

  (一)绿色开发的核心是资源高利用和污染物量少排放。矿产资源行业中“高污染、高排放、低效益”企业将在国内政策落实转变粗放型经济增长方式的背景下,压缩生存空间,最终淘汰或转型升级。

  (二)矿产资源行业的科技创新将重视绿色开发导向。矿产资源行业在“十三五”期间将以创新科技成果为重点,服务绿色开发,重视以科技创新为手段来解决矿产资源行业能源利用率低、废弃物处理效率低、排放量大等问题。

  (三)矿产资源行业将借力“互联网+”、可再生能源和新能源、轻量化应用的绿色产品将实现跨越式发展,最终实现生产环节的节能减排,产业结构转型升级,和绿色可持续循环发展。

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