能源科技文章

能源科技:可持续发展的动力支撑—专访《国家中长期科学和技术发展规划纲要》能源专家组成员倪维斗院士采写/张文娟 本刊记者“认识自然、热爱自然、善待自然、争取与自然最大可能和谐相处，是一个民族、一个国家，乃至整个世界可持续发展的前提。应该说，由于人类对于自然无序的、掠夺性的索取已经造成了当前十分严重的、不可逆转的后果，并且还在不断凸现出来。人类已经遭到了大自然的惩罚，并还要继续加重。在这种情况下，教育年轻人认识自然、理解自然有迫切的意义”，在清华大学舜德楼倪维斗院士的办公室里，倪维斗以他为《理解自然》这本书里所作的序言为开端，开始了我们的谈话，“自然资源的有限性和人们使用的无限性，将会导致我们吃子孙的饭，断子孙的路，因此，政府需要有一个宏观的纲领性的文件，从而对未来相当长一段时间内的中国发展作出建设性的规划”，倪维斗话锋一转，进入了我们采访的正题。《规划纲要》 意义隽永记者：《国家中长期科学和技术发展规划纲要》是我国科技发展的纲领性文件，为什么国家要选择这样一个时期，出台这样的一个文件？倪维斗：未来20年，是中国经济和社会发展的重大机遇期。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》是关系我们新世纪现代化事业和实现中华民族伟大复兴的重大战略性文件。首先，全面建设小康社会、走新型工业化道路对科技发展提出了新的要求，要实现我国GDP到2020年比2000年翻两番，经济总量将可能进入世界前三位，必须走新型工业化道路，坚持以科技进步与创新为主要动力，对经济结构进行战略性调整，有效解决能源供应、生态环境和自然资源的约束，解决城乡之间、地区之间发展的不平衡性问题，逐步形成以高新技术产业为先导的产业格局。因此，制定新时期的中长期科技发展规划，是站在国家前途和民族命运的战略高度，统筹考虑，全面规划的战略之举。其次，从国际政治经济形势来说，随着经济全球化，尤其是科学技术的迅猛发展，世界政治经济格局已进入了一个最为活跃的变动时期，新的主导技术结构以及新的技术经济范式正在迅速形成。科学技术已经成为推动经济发展、促进社会进步、维护国家安全的主导力量，科技竞争成为综合国力竞争的焦点，各国政府纷纷调整其发展战略，把促进科技进步与创新当作其基本国策之一。目前, 我国的科技发展水平与发达国家相比还有很大差距，科技竞争力较弱。我们必须抓住机遇，从积极参与国际竞争的高度安排科技发展战略，发展科技事业，提高科技竞争力。此外，科技自身发展的新趋势迫使我们必须从战略的高度做出前瞻性的部署。21世纪，纳米科技、生命科学与生物技术、信息技术，以及认知科学等新兴领域的诸多技术将有机结合，学科交叉、渗透、融合将日益增强，科技发展正在孕育着历史性的重大突破，面临质的飞跃，对国民经济、社会发展与国家安全的影响越来越大。许多国家政府在相应领域进行了重点部署，实施了一批重大科技战略工程，推动科学技术的发展。因此，我们必须根据科技自身发展规律，在总体布局和发展方向上做出战略性、前瞻性的部署。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》是新时期我国科技发展的重要的战略举措。能源形势 考验中国记者：作为能源领域的专家，《国家中长期科学技术发展规划》能源组的专家成员之一，请您介绍一下我国能源发展的形势状况。倪维斗：能源是人类赖以生存的五大要素之一，是国民经济和社会发展的重要战略物资。经济、能源与环境的协调发展，是实现中国现代化目标的重要前提。由于能源对于国家经济、文化和安全的重要作用，能源问题，过去是，现在是，将来仍然是各国发展战略中优先考虑的问题，在国际政治经济的舞台上，从来都占据着极为重要的地位。我国改革开放以来的二十多年经济持续增长，相应的我国能源发展取得了巨大成就。但是，由于需求量巨大，供应不足，以及全国的环境不断恶化，能源作为国民经济发展的支撑，瓶颈问题十分突出，主要表现在以下几个方面：首先，能源需求的持续增长与能源供给之间产生了巨大的矛盾。我国是当今世界第二大能源生产国和第二大能源消费国。2004年，我国一次能源生产量增长，而能源消费量增长，占世界能源消费总量的，是当今世界上能源消费增长最快的国家。我国存在巨大能源需求，目前中国人均能源消费水平只是世界平均水平的一半左右，甚至只是经合组织(OECD)国家平均水平的六分之一（中国人均能源消费量约为吨标准煤，世界平均值是吨标准煤左右，OECD国家能源消费量为吨标准煤，北美人均能源消费量超过11吨标准煤）。据有关部门分析得出的结果，我国能源消耗总量大致是2020年一次能源的需求在25亿～33亿吨标准煤之间，2050年的一次能源需求将在50亿吨标准煤左右。我国的常规商品能源资源占世界总量的，水能资源居世界的第1位，煤炭第3位，石油第12位，天然气第22位，但是由于我国人口众多，人均可开采储量远远低于世界平均水平，保持能源供应量将是我国长期面临的严重挑战。第二，液体燃料的短缺问题十分严重。能源需求日益增长的同时，我国液体燃料消费量必然会逐年增加,目前我国石油进口依靠率已达到40%，根据国际能源机构（IEA）预测，到2010年、2020年我国的年液体燃料消费将分别达到亿～亿吨、亿～亿吨，进口依靠率将要超过60%。我国的石油供需矛盾日益突出，关系到国家的能源战略安全，更为严重的是，将有可能导致社会的动荡不安，因此，解决大规模石油短缺问题将是我国能源战略的一个极为重要的问题。第三，能源利用中的环境污染问题日益严重。同发达国家相比，中国能源利用效率仍然相对较低、能源消费的总体结构仍然处在相当不合理的状态。目前中国单位产值能耗是发达国家的3～4倍，主要工业产品能量单耗比国外平均高40%，在今后的相当长一段时间内，煤炭仍然将是我国最主要的一次能源。我国的煤炭利用存在高污染、低效率的问题。在我国SO2排放总量中由于煤炭直接燃烧占90%，在NOX排放总量中煤炭占67%，在CO2的排放中煤炭占85%，随着煤炭及其他化石燃料消费总量的增加，来自环境负担和控制费用的压力将进一步加重。如何大幅度提高煤炭及其他化石燃料的利用效率，降低污染物排放，改善对生态环境的影响是能源领域可持续发展所面临的另一个严峻的挑战。第四，农村及边远地区用能问题。我国目前农村人口多，居住面积广，收入水平低，目前仍有60%的农村依靠柴草、秸秆做饭取暖，不仅效率低下（仅10%～15%），而且造成较大的烟气和微颗粒污染，低效率的利用还造成了对燃料的过度需求，是造成毁林、草场破坏、水土流失、沙化面积逐年扩大等问题的重要因素之一，随着新农村政策的提出，解决农村能源的使用问题也日益提上议事日程。第五，温室气体和气候变化问题。中国是《京都协议书》的成员国之一，虽然目前我国还没有承诺温室气体二氧化碳的减排任务，但是由于我国庞大的人口基数，温室气体的排放量仅次于美国，到2030年前，中国有可能超过美国居世界第1位。温室气体的减排压力将会越来越大，如果等到不得不减排的时候再着手处理这一问题，将会使我国付出巨大的代价。因此，从现在开始，就应该从各个方面做好减排的准备。直面挑战 谋划发展记者：从您刚才的介绍，我们可以看出，我国能源发展存在“供需矛盾突出、利用效率低下、环境污染严重”的三大挑战，您能否结合《国家中长期科学技术发展规划》谈谈解决的途径。倪维斗：《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将能源作为第一个重点发展的领域和优先主题，可见国家政策的高瞻远瞩，我国能源科技的发展应为我国实施“保障供应、节能优先、结构优化、环境友好”的能源可持续发展战略提供经济、高效、清洁的先进能源技术。研究的重点主要表现在以下的几个方面：首先，要加强对煤的高效开发和清洁利用的研究。它包含三个方面的内容。(1)煤的高效洁净发电过程的研究。未来我国经济发展过程中的主要一次性能源中，煤炭担当主力军的角色，至2030年，我国将有70%的煤用于发电，因此，应大力探索有可能广泛使用的洁净高效发电的途径。应大力开展燃煤联合循环发电技术的研究，如IGCC和APFBC，其中，APFBC技术能够和超临界、超超临界技术相结合。鉴于我国是煤炭大国，煤种复杂且地区分布极广，因此宜于发展多种有希望的技术路线。(2)开展煤的大规模气化研究。煤气化是煤高效清洁利用的重要途径。洁净、高效的燃烧和发电、多联产、用煤制造液体燃料的第一步都是气化，我国应及早争取建立适合中国国情的大规模气化装置。(3)开展多联产技术的研究。煤气化生成的合成气用于生产液体燃料、化工产品和发电，并把这些过程优化耦合起来。第二，开展解决液体燃料短缺问题的研究。它也包含三个方面的内容。(1)开展常规及非常规石油资源、天然气资源的高效开采。包括深层资源形成机理，多选回叠合盆地油气形成与分布研究，海相、岩性和不整合底层圈闭油气藏形成规律，以及地物勘探新方法和非常规油气藏的勘探等等。(2)加强煤基液体车用燃料的技术研究，液体燃料包括F-7合成燃料，甲醇和二甲醚，与此同时，要加强这类替代燃料在发动机中的应用研究。(3)展开大规模氢能系统的建立的研究。由于我国以煤为主的能源结构，开展煤制氢技术的研究对于我国意义与前景重大。在多联气条件下，如何捕捉和利用CO2是实现煤的高效及近零排放的主要途径之一，是当前国际上煤利用技术研究的热点，我国有必要抓紧时间开展相关研究，为我国的煤的可持续发展打下基础。第三，展开可再生能源利用的研究。可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能等。风能是指风所负载的能量，风能的大小决定于风速和空气的密度。我国北方地区和东南沿海地区一些岛屿，风能资源丰富。据国家气象部门有关资料显示，我国陆地可开发利用的风能资源为亿千瓦，10米高度主要分布在东南沿海及岛屿、新疆、甘肃、内蒙古和东北地区。此外，我国海上风能资源也很丰富，初步估计是陆地风能资源的3倍左右，可开发利用的资源总量为亿千瓦。太阳能是指太阳所负载的能量，它的计量一般以阳光照射到地面的辐射总量，包括太阳的直接辐射和天空散射辐射的总和。太阳能的利用方式主要有：光伏（太阳能电池）发电系统，将太阳能直接转换为电能；太阳能聚热系统，即太阳能集热器;被动式太阳房；太阳能热水系统；太阳能取暖和制冷等。水的流动可产生能量，通过捕获水流动的能量发电，称为水电。小水电在我国是指总装机容量小于或等于5万千瓦的水电站。生物质能生物质能包括自然界可用作能源用途的各种植物、人畜排泄物以及城乡有机废物转化成的能源，如薪柴、沼气、生物柴油、燃料乙醇、林业加工废弃物、农作物秸秆、城市有机垃圾、工农业有机废水和其他野生植物等。整体来说,可再生能源是十分分散、能量密度很低的,尤其是生物质能,所以对它的应用不能照抄外国,必须结合我国广大小农经济的具体情况,原则上应是分散的能源分散用。譬如说,秸秆低耗能冷压缩成颗粒,用于广大农村的炊事,采暖和小城镇的小容量工业锅炉就是一个很好的应用方向。第四，展开节能技术的研究。据有关机构研究，按现行汇率计算的每百万美元国内生产总值能耗，我国为1274吨标准煤，比世界平均水平高倍，比美国、欧盟、日本、印度分别高倍、倍、倍和倍。单位产品能耗方面，电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织8个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40%。主要耗能设备能源效率方面，燃煤工业锅炉平均运行效率65%左右，比国际先进水平低15～20个百分点；中小电动机平均效率87%，风机、水泵平均设计效率75%，均比国际先进水平低5个百分点，系统运行效率低近20个百分点；机动车燃油经济性水平比欧洲低25%，比日本低20%，比美国整体水平低10%；载货汽车百公里油耗升，比国外先进水平高1倍以上；内河运输船舶油耗比国外先进水平高10％～20%。单位建筑面积能耗方面，我国单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2～3倍。我国能源利用效率低下的主要原因是粗放型经济增长方式，结构不合理，技术装备落后，管理水平低。节能除了依靠技术进步以外，更重要的是相关的政策、法规及其实施的“刚”度。改革开放以来，我国开发、示范（引进）和推广了一大批节能新技术、新工艺和新设备，节能技术水平有了很大提高。但从总体上看，投入不足，创新能力弱，先进适用的节能技术，特别是一些有重大带动作用的共性和关键技术开发不够。同时由于缺乏鼓励节能技术推广的政策和机制，多数企业融资困难，节能技术推广应用难。针对工业部门能耗巨大的现实和交通运输、居民生活用能快速增长的趋势，应着重加强重点部门和共性关键节能技术的研究和推广应用，在2010年前，坚持自主开发和技术引进相结合的路线，大力推广现有成熟的、先进的节能技术，解决节能设备和产品的经济使用、高可靠性、大批量生产的工艺和技术问题，实现跨越式发展，通过大规模应用达到普遍节能。2010年后，大力发展节能高新技术，在新型能源使用及转化技术、可再生能源技术、高效节能技术及产品等方面取得突破，大幅度挖掘节煤、节油和节电潜力。第五，加强其他与能源相关的技术研究，如石油、天然气储量的探测、高效利用的研究。加强民用核能技术的研究，加强电网安全性与可靠性研究等。高校肩负发展重任记者：作为国家创新体系的重要组成部分，我国高校在能源科技发展中该怎样做？倪维斗：未来相当长一段时间内，我国高校科技工作的重点就是要注重优化结构、创新体制、凝练目标、重点突破，为国家的现代化建设提供基本的人才支持和一大批创新性科技成果。在能源科技领域，高校要在国家的支持下，结合高等学校在能源领域的研究特色和长处，强化高校之间的合作，努力将成果转化成生产力，建设国际上具有一流水平的清洁能源、新能源和环境保护高新技术实验研究的开发平台。保障措施有如下几个方面：首先，要注重学科的融合，加强和整合现有的能源科技研究机构，建立具有强大技术集成能力的综合性国家重点实验室。主要任务其一是从事清洁能源技术和新能源的研究开发，其二是注重国家能源供应系统研究，研究不同发展选择路径对生产成本、进口替代的影响，重视人文、管理学科的相互结合。第二，要吸引优秀人才，组织团队进行大项目攻关，保持精干和高效的科研管理队伍；积极争取国家在能源及相关领域下达的重大研究课题，提高科研的起点和质量，推动与国家大型科研机构及大型企业建立联合关系，促进科技成果的迅速转化，形成新的经济增长点；扩大国际合作，加强与国际一流大学、科研机构及大型公司的交流合作。第三，高校应突出高技术研究的特色，集中力量研究宏观思路，开展多学科交叉（如与交通、水利、土木行业的交叉）和基础性、战略性、前瞻性的工作，这是高校的优势所在。

易车讯 近日，《中国网信》杂志刊登了特斯拉CEO马斯克的署名文章，文章标题是《相信科技创造美好未来》。文章中马斯克分享对科技与人类愿景的一些思考，同时欢迎而更多志同道合的中国伙伴加入。

全文如下：

感谢《中国网信》杂志的邀约，很高兴能与中国朋友分享我对科技与人类愿景的一些思考。

随着科技加速发展，有一天技术也许会超越人类的理解力和掌控力。对此，有人乐观，有人悲观。但我相信，只要我们不自满，始终保持紧迫感，那么在科技力量的推动下，人类的前景终将是美好的。这就像是一个自证预言：如果人类想让未来美好，就应该采取行动让未来变得美好。

我希望尽我们的可能，用科技手段最大化为实现人类美好未来助力。为此，任何有助于实现未来可持续发展的领域都值得我们投入。无论是特斯拉、脑机接口公司，还是太空探索技术公司，这些企业创立的终极目标都是为了提升人类未来的生活品质，尽可能创造更多对世界的实用价值 —— 特斯拉旨在加速世界向可持续能源转变，脑机接口公司投身医疗康复事业，太空探索技术公司使星际连接成为可能。

清洁能源：可持续发展的未来对于清洁能源，我思考的出发点是，如何持续且长久地制造、储存能源，如何为未来的生产生活源源不断提供动力。在我看来，可持续能源的未来涉及三个环节。

可持续能源的生成。太阳好比一个巨大的核聚变发电机，人类目前从中开发的能量微乎其微。从长远来看，太阳能将成为人类文明的主要能源。当然，风力、水力、地热、核电也是有益的能源补充。

可持续能源的储存。鉴于昼夜更替和天气的阴晴变化，我们需要很多固定的电池组来储存太阳能和风能，因为太阳不会一直照耀，大风也不会一直吹拂，无形的能量需要被封存在大量固定式的电池组内。

电动化的交通运输。包括汽车、飞机、轮船在内的交通工具全面电气化。电动火箭可能比较困难，但我们或许能够通过可持续能源来制造火箭中使用的推进剂。最终，世界经济将实现完全由可持续能源运转。

世界正在向可持续能源转变的轨道前进，人类应不断加速这一进程。因为越快实现这一转变，人类给环境造成的风险就越小，获得的增益就越多。当清洁能源的供给源源不断时，碳封存和海水淡化的成本将更低廉，气候变化和水资源短缺的问题也将迎刃而解；当化石燃料退出历史舞台后，天空会变得更干净，世界会更安静，空气将更清新，未来也将更光明。

太阳能、电池组、电动车勾勒出一片美好前景。接下来我们需要集中精力解决限制性因素。汽车电动化发展已成为各国共识，但纯电动汽车在全球范围的普及需要太瓦时规模级别的电池支持。根据我们的估算，人类大约需要 300 太瓦时的电池储能，才能实现可持续能源转型。而推进可持续能源的最大难点在于锂电池电芯的规模化生产。具体而言，从采矿、元素提炼到电池电芯下生产线，最终组成电池组，需要经历诸多复杂的环节。可以说，电池电芯的生产制约了可持续能源经济的快速发展。

作为聚焦能源革新技术的开拓者和创新者，特斯拉成立的初衷就是为了解决能源革新问题。一方面，我们从能源生产、储存到使用三个环节打造综合可持续能源产品；另一方面，我们致力于通过创新研发先进的电池技术，重新定义电池制造，取消对电池容量的限制。我相信，世界将通过太阳能、风能加上电池储存和电动汽车的组合，过渡到可持续发展的未来。我很高兴看到越来越多的企业加入这一领域。在能源革新事业中，中国企业将是不可忽视的力量。

人形机器人：做人类所做之事如今的汽车越来越像装了轮子的智能网连机器人。事实上，除了汽车，人形机器人也正变为现实。2021 年特斯拉推出一个通用的人形机器人（Tesla Bot）。特斯拉机器人的身高体重接近一位成年人，可搬运或手提重物，还能小步快走，它脸上的屏幕是与人沟通的交互界面。你或许会好奇，我们为什么要设计这个有腿的机器人？因为人类社会是基于拥有两条手臂和十个手指的双足人形的互动而形成的。因此，如果我们想让机器人适应环境并能做人类所做之事，他就得拥有与人类大致相同的尺寸，形状和能力。

特斯拉机器人最初的定位是替代人们从事重复枯燥、具有危险性的工作。但远景目标是让其服务于千家万户，比如做饭、修剪草坪、照顾老人等。

实现这一目标需要机器人进化得足够智能以及具备大规模生产机器人的能力。我们生产的“四轮机器人”—— 汽车，改变了人们的出行乃至生活方式。而当有一个天我们解决了汽车的自动驾驶问题（即现实世界的人工智能问题）后，就可以将人工智能技术推广到人形机器人身上，这将比汽车具有更广阔的应用前景。

我们计划在今年推出首个人形机器人的原型机，并着力提升该机器人智能化程度，解决规模化生产难题。此后，随着生产规模扩大和成本下降，人形机器人的实用性将逐年提升。将来，一台家用机器人可能比一辆汽车还便宜。也许在未来不到十年的时间里，人们就可以给父母买一个机器人作为生日礼物。

可以预见，借助机器人的力量，我们将创造一个商品和服务极度充裕的时代，人人都能过上富足的生活。或许，未来唯一存在的稀缺，是我们作为人类来创造我们自己。

脑机接口：为失能者赋能相对于电动车，也许一些中国朋友并不那么熟悉脑机接口公司。这类公司主要从事电脑与人脑融合技术开发，其研发的大脑芯片如硬币般大小，类似智能手机等可穿戴设备，只不过它能更深度地与用户身体结合 —— 通过植入大脑皮层来记录和刺激大脑活动。

现阶段，这项技术正在从个体层面对伤者提供帮助。我们收到了很多让人惋惜的邮件：一个 25 岁的年轻人在人生的黄金时期，骑摩托车发生了意外，导致无法自主进食，这无论对个人还是家庭都是莫大的悲痛。鉴于此，脑机接口技术将在未来很多年内都专注于治愈或缓解脑损伤等相关疾病。例如，它可以帮助那些因脊柱损伤和患有精神系统疾病的人恢复肢体感觉或运动功能，或让四肢瘫患者能够运用自己的大脑轻松地操作电脑或手机。

这项技术还可以改善更广泛的脑损伤问题，无论这些疾病是先天性的还是意外导致的，或是由年龄和外部压力因素造成的，包括严重的抑郁症，病态肥胖、睡眠问题、潜在的精神分裂症等，都有望通过人机设备得以缓解。

随着脑机接口技术的发展，远期看，这种连接将有望扩展外界与人类大脑交流的渠道，“访问”更多的大脑区域和新的神经数据。该技术可以让人类有效地和人工智能融合在一起，并最终扩展人类与世界、自己和他人的全新互动方式。即便人机结合的目标难以实现，脑机接口技术在医疗康复领域也会发挥巨大价值。

太空探索：跨星球栖息的可能性最后，我最大的希望是，人类在火星上创造一个自给自足的城市。很多人问我，为什么要探索外太空，让人类变成多行星生物？茫茫宇宙中，人类文明就像一只微弱小烛，宛若虚空中的一点微光。当有一天，太阳膨胀导致地球不再宜居，我们可以乘坐飞船飞向新的家园。如果人类能栖息于其他行星，就代表着人类已具备通过宇宙大筛选的条件之一，届时我们将成为星际公民，人类文明也将得以延绵不断。

实现跨星球栖息的第一步是降低旅行成本，这正是太空探索技术公司成立的初衷 —— 我们先是打造可回收的火箭，再通过打造可重复使用的巨型飞船以不断提高运载能力。截至今年年初，太空探索技术公司已成功实现 79 次火箭复用飞行，将货物运送到空间站并将普通人送往太空。我们还设计打造了史上最大运载火箭 ——“星舰”（Starship），一次可运载 100 位乘客以及物资。未来，我们计划打造至少 1000 艘“星舰”，将一批批拓荒者送到火星，以建设一个自给自足的城市。

随着科技改变生活的进程不断加速，世界发展日新月异，生活不仅仅是简单地解决一个又一个问题。我们都希望能在早晨醒来时满心期待着未来，为即将发生的事情欢欣鼓舞。我希望能有更多人和我们一起，为加速世界向可持续能源的转变而奋斗。我也欢迎而更多志同道合的中国伙伴和我们一起，投身于清洁能源、人工智能、人机协同乃至太空领域的探索，共同创造值得期待的明天。

根据易车App“热度榜”数据，特斯拉中国的日均关注度为万，在新能源品牌中排名第2位，如需更多数据，请到易车App查看。