何祚庥：无须热功转换的动力体系，仅存在光伏电池、燃料电池和温差热发电这三种技术体系吗？news编织机

2010年2月8日的《科学时报》开辟了一个新的专刊：《低碳能源》，很好！编辑部在《创刊致读者》中说，“能源一役是未来国家竞争的关键之战。值此非常时期，我们更需要开放讨论、客观的分析和明晰的观点。一切均需从中国现实的国情和发展阶段出发，避免盲目跟风，作出误判”；“我们坚持理性。我们的主流读者不需要喧哗与浮躁的信息，而是欣赏富于理性的观察与分析”；“我们渴望专业。人云亦云、概念炒作或可博得一时关注，但唯有深入的观察和专业的表达才有助于为读者和社会创造更高的价值”。我们非常支持这些理念。

问题是这一“创刊号”，竟鲜明地主张“节能是低碳发展的‘第一’战略”，其理论根据是：“能源问题的关键在于‘热功转换’这四个字，也是中国节能问题的‘本质’”，至于中国式低碳的关键，却是“煤清洁利用”。看起来似乎有理，我们却不能苟同。因为这里涉及“排序”。我们不会反对节能，但如果把“节能”放到低碳发展战略的“第一”的地位，那就值得商榷；我们可以认同解决能源问题的关键“之一”，是提高“热功转换”效率，但不认同这一效率的“提高”，要上升到中国节能的“本质”的高度；更不认同提高“热功转换”效率的“关键”是“煤的清洁利用”。

首先需要弄清“节能”一词的内涵。中国为什么要实行“低碳”能源战略？最为重要的原因是化石能源短缺。化石能源会造成环境污染，会造成二氧化碳排放。为减少碳排放，所以要节约化石能源；少消耗化石能源，也就减少了碳排放；所以说，“节能”就是“减排”。但为要实现减少碳排放的低碳发展，还有另一个发展模式，这就是用非化石能源来实现低碳发展。甚而可以“零碳”发展，却无需特别关注节能。所以，节能和减排是两个不同概念。节能必定同时实现减排；用非化石能源减排，不仅可以“零”排放，而且可以能量照旧增长。当然也不会去支持毫无意义地浪费非化石能源。

为了“人为地”拔高火力发电的“节能”在低碳发展中的战略地位，能源专家们甚而说“能源问题的‘关键’（注：请注意这里用的是能源问题4个字，不仅限于节能问题），在于‘热功转换’这四个字”。人类对能源有两大需求，一是供热，二是做功。解决“供热”问题，其“关键”和“热功转换”这四个字，其实是不搭界的。功的来源之一，确是“热功转换”；但除了热功转换这一做功模式之外，还可以有热能以外的其他形式的能源，机械能、光能、电能、理论上还有以振动形式出现的机械能，亦即声能都可以做功。所以，能源问题的“关键”决不能仅仅归结为“热功转换”这四个字。

当然，能源专家也有“理由”。这就是马重芳教授郑重提出，“在现阶段人类社会中，无须热功转换的动力体系很少，仅存在光伏电池、燃料电池和温差热发电这三种技术体系”。这大错特错！

温差热发电“百分之百”属“热功转换的动力体系”，只是它的热功转化效率或热电转化效率甚低，远远低于卡诺循环。原因在于人们很难找到高效导电但又同时高效绝热的材料。弄些温差热电偶发电玩玩是可以的，完全不必“上升”到“无须热功转换的动力体系”的高度，以示它的重要。

在现阶段人类社会中，并不“仅存在”光伏电池、燃料电池这两种无须热功转化的技术体系。典型的例子是风能和水能。中国的水能资源有7亿千瓦，技术可开发的有5.4亿千瓦，经济可开发的有4亿千瓦，已开发的有1.9亿千瓦，而且已是技术十分成熟的技术体系。风能的资源，据2010年1月5日《经济日报》报道：中央气象局发布，“我国陆上离地面50米高度达到3级以上风能资源的潜在开发量约23.8亿千瓦；我国5~25米水深线以内近海区域、海平面以上50米高可装机容量约2亿千瓦”。而80米高空的风能资源，很可能突破40亿千瓦，约是当前火力发电装机的6倍。至于风能的技术发展，的确不算很成熟，至少不如火力发电中的“超超临界”技术成熟。但要请马教授客观地评价一下，究竟是风能技术较成熟，还是你们大肆提倡的包括“碳埋存”（CCS）在内的多联产清洁煤（IGCC）技术更成熟？也许更有争议的是太阳能光伏发电技术，比起风能发电，其发电成本就还要高出一倍。但我们也很愿意认真争议一下，是太阳能光伏发电技术更能实现碳减排，还是被称CCS技术的碳埋存更能实现减排？中国的一次能源约消耗28.5亿吨标准煤，中国年收集的太阳能是17000亿吨标准煤。两者相差达600倍之多！为什么要将如此大量的资源，搁置一边，放在不重要的地位？！

马重芳教授认为：“一旦仔细讨论这些技术（指光伏发电和燃料电池）的路线图和时间表，恐怕它们就站不住脚了。”我们很愿意和马教授共同“仔细讨论这些技术”的路线图和时间表。不过我们也很愿意和马教授共同仔细讨论你们所主张的包括CCS碳埋存和IGCC洁净煤技术在气缸盖内的路线图和时间表。尤其需要讨论的，你们究竟能把多少“碳埋到地下，而不泄漏”？它们的埋存量占中国碳排放的相对百分比又是多少？我们很愿意仔细讨论一下，看看究竟是“谁”站不住脚！

马重芳教授表示：“当前对低碳能源发展路线，大家讨论得十分热烈，但是关键要把四个问题讨论清楚：一是它的基本科学原理是否没问题；二是它的技术可行性如何；三是它的发展路线图是否清楚；四是有没有具体的时间表。”

我们很同意这四点意见。

但如果说到“基本科学原理”，我们就要理论联系“实际”，质询一下，马教授所提出的，“基本科学原理是否没有问题？”马教授说：“人类仅仅满足于30%~40%，甚至只有20%的热功转换效率，这是极不合理的。”又说：“提高热功转换效率就酒店床是要把‘单一’热力循环变成‘复合’循环。而我们要将近300年的‘单一’热力循环格局‘打破’，在理论和技术上作重大创新。留给我们的时间很有限，这是一个非常重大的任务。”很遗憾，从我们这些理论物理工作者来看，恐怕马教授所提出的“非常重大的任务”，很难站得住脚。热能的可以重复利用，高品位的热发完电以后，还有大量废热，可以重复利用，如解决房屋建筑里的供热供冷，这一原理是没有问题的。但如果涉及热功转换，那就要说一句，利用“复合循环”，也不可能“打破”卡诺循环所确定的热功转化效率。我赞成利用废热发电，但如果将废热用来发电，就要看到废热发电的热功转化率很低、很低。可以用废热补充一点电力内燃叉车，还要看它是否经济合用，但绝对不可能突破卡诺循环所确定的热功转化效率。拿火力发电专家们最推崇的“超超临界”技术来说，据我所知，我国“超超临界”火力发电技术转化效率已高达44%，其转化率已相当接近卡诺循环，已将每度电煤耗从2005年的360克标准煤，下降到300克标准煤。但马教授仍不满意，认为人类不能“仅满足于30%~40%”的热功转化效率。我们的质疑是，马教授能否告诉我们，人类将怎样利用复式循环，进一步“打破”超超临界技术已达到的44%的热功转化效率？据我所知，超超临界技术之所以能达到44%的热功转化效率，原因在于已充分利用了通常要冷却或排放的废热。不是用废热发电，而是将废热进入热循环再利用。所以就从次临界发电的热功转化率的38%提升为44%，多了6个百分点。但这仍是“一次”循环，不是什么“复式循环”。我们很希望知道，马教授提出的“复式循环”在超超临界技术中，如何理论联系实际，进一步“打破”这一已达到44%的热功转化率。

我们也需要替马教授说明一下，马教授只说“提高”热功转换效率，也未明确说要打破卡诺循环所确定的热功转化效率，只是在表达上有点含糊不清。只说人类不能“仅仅满足于30%~40%”，未说“提高”到什么程度。但如果只是略为“提高”一些的话，那就是说不上什么“打破”“单一热力循环格局”，“在理论和技术上作重大创新”了。

顺便说说，我是很不赞成“节能是低碳发展的第一战略”，这一不甚准确、偏于含糊提法的。第一，它把“节能”当做是低碳发展的“第一”，甚而是“唯一”手段，无视非化石能源的存在。第二，背离科学发展观。科学发展观的“第一”要义是发展。这并不是我提出的“排序”。发展，就离不开发展能源。所以，“第一要义是发展”的逻辑的必然，必定要将能源的发展，包括到“第一要义”之中。而“节能是低碳发展的‘第一’战略”的提法，很可能被曲解或被误解为可以用“节能”来限制发展，妨碍发展。

（何祚庥为中国科学院理论物理研究所研究员、中科院院士）