人類社會消耗的90%的能源來自於礦產資源。
工業化程度高低,生活水準的高低都直接與能源消耗成正消長關系(圖6.1)。工農業生產中的機械化程度和電氣化程度對生產力水平提高起著決定性的作用。農業本身就是壹個龐大的能量轉換系統,通過太陽能把H2O與CO2轉化為碳水化合物,貯存在食物和其他農產品中,農業現代化的過程就是由能源推動的機械來代替人畜勞作,生產出更多的農產品。1920年美國農業人口3200萬,1960年減少了壹半,到70年代中期再減壹半,為780萬,而這壹階段,能耗增加了2.2倍,谷物單位面積產量增加了5倍,但所用工時則由原來的57h減至17h。消耗在農業機械的汽油約1682×104m3/a,柴油1318×104m3/a,液化氣50×104m3/a。平均生產1t谷物用油0.04m3。美國每人每年用於食物有關的能源為59×109J。據1991年統計,全球石化燃料的25%被用於與食物有關的生產和加工過程。我國是發展中國家,工業化和農業機械化程度還不高,也有20%左右的能源被用於此。
能源對於人類技術進步起到了火車頭的作用,人類歷史上3次能源技術應用的轉變:蒸汽、電力、原子能都引起了生產技術的重大變革。
人們物質與文化生活所消耗的壹切物品均體現了能源的最終消耗(圖6.2、表6.1)。
國民經濟的增長與能源之間關系密切,壹般來說,能源增長與國民生產總值(GDP)的增長速度成正相關。能源消耗彈性系數,即能源消耗和國民生產總值兩者年平均增長速度之間的比值,基本上能反映這種關系(表6.2)。1962~1972年,日本能耗增長最快達11.7%,其GDP增長也最快,達10.3%,而能耗增長較慢(2.2%)的美國其GDP年均增長僅2.8%。但隨著新技術、新設備、新工藝的應用,能源結構的改變和能源管理的改善,GDP增長速度在能耗增長較低的情況下,也可能飛速發展。
能源供應對工業布局有重要影響,單位產值耗能大的工業,如煉鋁1t,耗6.68t標準煤,其能耗占成本的1/3,故多建於靠近能源基地的地方。但科技進步改變了礦石原料和能耗在成本中所占比例之後,工業的地理布局也將在價值規律的支配下得到調整。
圖6.1 美國從1850~2000年能耗變化曲線圖(據C.Starr,科學,1971,第9期,39頁)
註:在過去的世紀中能耗由樹木、石油、天然氣來提供,而未來世紀中能耗將依靠核能和煤
圖6.2 人均能耗與生活水平的關系(據王慶壹,1988)
表6.1 1996年主要礦產品人均消耗量對比 單位:kg
①鋼為產量;②煤為油當量。
(據朱訓.1999.世紀之交的中國礦業.中國礦業協會通訊,總第39期)
表6.2 主要工業發達國家能源彈性系數的變化
資料來源:(1)日本《能源》雜誌,1982年第12期,1983年第2期;(2)世界銀行《1989年世界發展報告》。
能源的開發,能源基地的建立,能帶動壹個地區相關的產業發展,如煉油、石油化工、鋼鐵、建材、電力、有色、機械、交通、通訊等工業騰飛。中國的大慶、大同、撫順、德國的魯爾、美國的阿巴拉契亞、英國的中部地區、原蘇聯的庫茲巴斯等就是以能源為主業的復合型工業基地。
主要能源結構的改變會影響產業結構的調整。70年代中期,全球石油價格的上漲引發了世界能源危機,對西方能源缺乏的工業國家造成了極大沖擊。以日本為例,其能耗高的重、化工業利潤急劇下降甚至轉為虧損,鋼鐵、造船、化工、紡織、造紙等明顯衰退,日本采取了用節省能源和其他工業原材料的知識密集型產業來代替原高耗能的產業,推動了電子機械工業的迅速發展,產品結構也向高科技含量、高附加值、低能耗和低原材料消耗方向發展,從1973~1980年,就少進口原油1.77×108t。其國民生產總值每增長1%,所用能耗的增長由1973年以前的1.1%減到0.46%,每億美元產值能耗由1970年的9.1×104t標準煤降至1985年的4.4×104t。
可見,產業結構與能源結構之間存在著密切的關系,產業結構的變化不僅影響著能源的利用效益,在壹定程度上也影響產業部門能源消費結構(表6.3、6.4)。
中國正處在工業迅速發展和基礎設施建設階段,能耗增長速度和單位產值能耗都相當高,這已引起了經濟界和有關部門的高度重視。
未來社會經濟發展與地質能源關系密切。按世界能源會議分類:固體燃料、液體燃料、氣體燃料、核能、地熱能等幾種能源屬於地質資源。
煤是最重要的固體燃料,全球已探明2×1012t油當量的煤儲量,約占已探明非再生能源的90%,可供全人類使用230a,其中原蘇聯、美國、中國的煤儲量占全世界已探明儲量的57.3%,其次是澳、法、印、南非、波等國合占31.7%。
表6.3 1983年世界幾個主要國家工業能耗構成
(中國科學院能源研究所,1986)
表6.4 中國1997年能源生產總量及消耗總量構成(%)
①以萬噸標準煤為單位。 (據朱訓,1999)
20世紀初,94.5%的能源來自於煤,至今仍占30%。中國是煤炭使用大戶,75%能源依賴於煤。中國成煤期多,儲量大,分布廣,煤種齊,開發易。煤炭及其相關產業,不僅為中國經濟發展提供了豐富的能源,還推動了產煤區地方經濟的發展。
石油天然氣是當今世界最重要的能源,有國民經濟的“血液”之稱。特別是20世紀的40~50年代,由於中東大型油氣資源區的發現引發了資本主義世界的動力革命,石油消費劇增,年消費增長達7.4%,60年代中期以來,油氣消費占能源總消費的62%~65%(表6.5、6.6)。利於油氣的沈積盆地1027個,有27%的盆地已勘探。據估計,世界石油最終可采儲量2460×108~3040×108t,天然氣為310×1012m3(表6.7)。據IEA資料,1998年世界石油平均需求量為74.3×106桶/日,1999年增至75.7×106桶/日。經濟合作與發展組織工業國家1998年石油需求量為46.7×106桶/日,1999年可達47.3×106桶/日。我國已成為世界重要的油氣資源保有與生產國。為了滿足需求劇增的能源,各國正向深部、向海洋、向荒漠進軍,以保證社會經濟持續發展的能源供給。
核能很可能是化石能源之後供人類使用的又壹種動力,1981年世界擁有核電的國家23個,核電站266個;1989年核電已占世界總發電量的17%,20世紀末全世界將有核電站515座,裝機容量4.78×108kW。1985年,世界核電已達3.12×108t油當量,預計2000年將達6.37×108t,2020年則可能達到11.13×108t油當量,有價值的鈾礦床以北美、非洲和澳大利亞為豐富(表6.8)。中國也已發現200多個鈾礦床,並已具備發展核電的基本條件,1994年底裝機容量210×104kW,發電14×109kW·h,2010年中國將有另外四座8套機組運行,裝機總容量將提高到2000×104kW。
表6.5 世界商品能源生產和消耗構成
資源來源:(1)聯合國《世界能源供應》,1950~1976年,1985年;(2)聯合國《1988年能源統計年鑒》,1990年;(3)《世界能源導報》,1991年12月15日第2版;(4)《世界能源導報》,1992年10月30日第2版。
其他地質能源如地熱能、油頁巖、煤層氣、油砂等也都逐漸得到利用,成為能源緊缺的重要補充。
能源消耗仍在增長,石油仍是世界能源的主要支柱,隨著新技術革命其他能源的開發利用已日漸擴大。2020年世界壹次能源的消耗將比1995年增長50%~75%,年增長率1.2%~1.6%,今後壹段時期,經濟發展水平不同的國家能源消耗形勢仍將有較大差別,發達國家仍將利用其資金雄厚的優勢,發展能源技術,開發新能源,研制新設備,應用新工藝,調整能源結構,投資方向轉向低能耗、高產值部門,能源彈性系數將維持下降趨勢,至2020年,可能下降壹半。而發展中國家的基礎性產業所占比例高,工業發展速度快,人口增長快。能源消費的需求的增長是不可避免的。到2010年,發達國家能源消耗年增長率為3.4%,而發展中國家僅1.3%;前者在世界能源消費比例中將由19.7%上升到25.8%,後者將從48.1%降至39.4%。
表6.6 世界壹些主要工業發達國家進入“石油時代”的標誌年份
(據世界能源導報,1992)
表6.7 世界常規原油原始可采資源的估算
(根據C.D.Master等,1983)
各國根據本國情況制訂了不同的能源發展戰略。美國是世界最大的能源進口國,把能源安全可靠供應、節能和環保放在同等位置上來考慮,減少石油進口量,加強核電生產,加快煤與天然氣開發,增加新能源的利用;獨聯體國家有豐富的能源資源,自給有余,現采取石油、天然氣、煤並重的戰略;日本是能源貧乏的第二大石油進口國,抑制能源需求,加速核電和再生能源的發展,降低對進口石油的依賴程度;西歐推進積極尋找新能源的戰略,提高核能、天然氣的利用,推進風能,太陽能、地熱能、生物能利用的研究,發展中國家多數以可再生能源作為其發展重點,占全球人口3/4的發展中國家能耗預計2020年僅占40%,其能源結構中生物質能占35%,其次是煤和石油分別占28%和23%,這些國家由於經濟發展程度低,工業建設和人民生活耗能大,能源供應不足,電力緊張,生物質能消耗大,對生態環境造成巨大壓力,化石燃料的低效使用,汙染物排放正在形成嚴重的社會問題。
表6.8 世界鈾儲量分布情況
註:本表不包括中國、原蘇聯及東歐國家的鈾儲量。 (據金景福等,1991)
表6.9 1991年中國在世界能源生產中的地位
資料來源:①1991年資料;其余為美國《Oil Gas》,1991年底,1992年3月《Statistics Monthly Report of UN》,1992年6,7月。
中國是世界第壹大煤炭生產國,第五大石油生產國,發電量居世界第四(表6.9)。其能源發展戰略是優化重點和多樣化發展,發揮煤炭的主導作用,制訂合理規劃,加速煤炭開發,滿足社會需求,穩定能源供應,提高水能和核能開發和油氣資源勘探開發的力度,合理、高效、清潔、節省地利用能源,特別是煤和油氣是我國經濟發展所面臨的嚴重問題,與其他國家類似,權衡能源開發利用中可能產生的各種利弊,應用最新科技成果,盡最大可能興利除弊,提高單位能耗的經濟效益。