各位同学、各位老师、各位同事、各位来宾，大家上午好!
今天我们隆重举行上海科技大学首届本科生暨2014级研究生开学典礼。我谨代表全校教职员工，向今年入学的各位新生表示热烈的祝贺，向前来参加开学典礼的各位来宾表示诚挚的欢迎！
开学伊始，特别是我们迎来了上海科技大学的首届本科学生，首先我想借这个机会，向为新生开学工作付出艰苦努力的全校教职员工和建设者们，表示崇高敬意和衷心感谢；向共同举办上海科技大学的上海市人民政府和中国科学院，表示衷心感谢；向所有在上海科技大学筹建过程中给予支持和帮助的单位和友人，表示衷心感谢！同时我也要特别感谢今天入学的同学们，因为你们选择了刚刚成立的上海科技大学作为人生旅程新的起点，为此，我想以“未来中国能源的科技创新”为主题，和大家共同探讨上海科技大学“立志、成才、报国、裕民”办学理念的内涵。
2012年11月29日，党的十八大闭幕两周后，习近平总书记率中央政治局常委和书记处的同志来到国家博物馆，参观《复兴之路》展览。习近平总书记深情指出：“现在，大家都在讨论中国梦，我以为，实现中华民族伟大复兴，就是中华民族近代以来最伟大的梦想。”何谓民族复兴？它说明，曾几何时，中华民族以灿烂辉煌的文明屹立于世界民族之林，但昔日的强盛，却被代之以日后的衰落，沦为垫底，由此激发中国人民为再次赢得民族的尊严而自强不息、不懈奋斗。今天，中华民族伟大复兴展现出前所未有的光明前景，正如习近平总书记指出的：“现在，我们比历史上任何时期都更接近中华民族伟大复兴的目标，比历史上任何时期都更有信心、有能力实现这个目标。”为此，习近平总书记代表党的十八届中央领导集体，提出了“两个一百年”的奋斗目标：“在中国共产党成立一百年时全面建成小康社会，在新中国成立一百年时建成富强民主文明和谐的现代化国家，赢得中国人民和中华民族更加幸福美好的未来。”
要实现“两个一百年”的奋斗目标，首先要有坚实的物质基础，这也是社会生产力发展的本质要求。纵观人类社会的发展历史，就是物质文明和精神文明发展和升华的历程，这一过程永无止境，但不同历史阶段又呈现出不同特征。如果说，人类文明赖以生存的物质基础的集中表现是能源，那么，这一文明的进化过程也与能源利用的方式紧密相连。两百多年前以蒸汽机发明为起始的工业革命，开启了现代文明的工业化历程。与此同时，人类也开始了以化石能源为主要能源的时代。纵观整个工业化进程，虽然其主要能源基础是化石能源，即煤、石油和天然气，但能源结构和利用水平则随着生产力不断发展发生很大变化。自工业革命以来，全球经济呈指数增长。由于经济增长对人类生活水平和质量的提高，全球人口也呈指数增长。增长的源泉是技术的不断进步，其标志是技术创新不断催生新的生产工具。生产工具和能源结构的演变，是构成生产力发展和文明进步的主要方式和内容。
因此，能源是国民经济的命脉，实现“两个一百年”的发展目标，未来中国能源能否可持续发展是关键。改革开放35年来，中国经济发展取得了举世瞩目的成就，中国人民的生活水平发生了翻天覆地的变化。综观与这一过程紧密相关的能源发展，可以启迪未来可持续发展的思路。
首先，这35年来，中国的人均GDP呈指数增长，相应的能源消费也呈指数增长。这一趋势和全球工业化进程早期阶段的特征很相似，也充分表明中国目前仍处于工业化和城镇化加快发展的阶段。至2013年，我国人均GDP已达6767美元，能源消费总量达37.5亿吨标准煤，人均能源消费量为2.77吨标准煤,能源强度(单位GDP能耗)为0.7吨标准煤/万元左右。按照这一发展趋势，如果延续目前这种粗放型用能方式和效率，据有关部门预测，到2030年能源消费总量将突破100亿吨标准煤，远远超出国内供应能力。
与此同时，能源消费结构也出现变化。中国一次能源始终以煤为主，虽然所占比重呈下降趋势，2013年为66.2%,比2000年降低3个百分点，但仍比世界平均水平高出36个百分点。天然气和非化石能源虽然比重仍然较小，但呈上升趋势，均比2000年提高3.4个百分点。原油消费比重趋于平缓，但消费总量呈上升趋势，这与近年来汽车保有量不断增加不无关系。我国石油供需的主要矛盾是生产总量逐年下降，供应缺口逐年增大，对外依存度持续增高。2013年，我国石油进口已占消费总量的57.7%，据有关部门预测，到2030年石油对外依存度将超过70%，石油安全问题日益突出。
由于我国能源消费总量的快速增长，以及一次能源以煤为主的能源结构，使得温室气体排放和环境污染的情况日益严重。我国已成为全球二氧化碳排放最严重的国家，大量的二氧化硫、氮氧化物和烟尘等污染物排放，已造成许多地区空气质量严重超标，造成在国际上应对气候变化的压力也日益增大。每年因煤炭开采造成的土地占压和沉陷超过4万公顷，破坏地下水资源约80亿吨，使得我国本来就十分脆弱的土地和水资源问题尤为严峻。生态环境的破坏在几代人的时间尺度内是不可逆过程，急功近利，牺牲未来发展当前，是反文明的行为，是不可持续的。
综上所述，未来中国能源要满足实现“两个一百年”的发展要求，既有远虑，更有近忧。如何解决这些问题，走出一条中国特色的能源、环境可持续发展的道路，是科技创新的根本目标；创新驱动、转型发展，是根本途径。
一、提高能源利用效率空间巨大
如何提高能源利用效率，有着巨大的发展潜力。以电灯照明为例，从一次能源发电，到电力传输配送到户，点亮白炽灯，到取得照明的效果，整个过程一次能源的利用效率只有1%。这是一个非常极端的例子，但又是一个长期、普遍的现象。当全球仍有十几亿的人口没有电力照明时，能够享受这一文明的人们却在大量浪费一次能源。因此，围绕这方面的科技创新不断涌现，从一次能源的热、电联供，到特高压和超导输变电线，经过智能分布式电网，点亮半导体发光二极管LED照明等，无数新的科技成果不断提高能源的利用效率。再以美国一次能源的利用效率为例，美国2013年一次能源的消费为35亿吨标准煤，但只有40%被有效利用，60%都被浪费了。中国2013年能源消费已达37.5亿吨标准煤，超过美国，但利用效率数据无从可查，因此在提高能源利用效率这一领域的科技创新，空间巨大，永无止境。
二、立足国内，确保安全
如前所述，我国一次能源以煤为主，缺油少气，这一格局在相当长的时期内难以改变。由于近年来对油气资源需求的不断增长，国家在进一步加大油气开发、生产能力的同时，加快了利用境外资源的步伐，包括在境外投资油气开采项目，构建油气战略进口通道，建立多元化的进口渠道等。但是国际政治风云变幻，对外依存度越高，带来的不确定性就越大，因此必须要有应急准备。中国科学院相关研究所，经过多年的努力，已经研发出多项煤制液体燃料（CTL）和化工制品(MTO)的催化剂和工艺流程成果，并在工业化示范和产业规模发展方面取得成功。特别是“煤的间接液化制油”技术，已经超越国际著名的南非Sasol公司，打破了国际垄断，形成了我们自主的知识产权。确保油气安全，有备才能无患。因此，在这一领域的科技创新仍有很大空间。
三、煤的清洁、综合利用是重点
我国一次能源以煤为主，煤炭资源利用又以发电为主，由此产生两方面的问题：一是资源利用效率低下；二是生态环境不断恶化。化石能源包括煤、石油和天然气，平均来说，煤资源中的一个碳含有0.5个氢，石油资源中的一个碳含有2个氢，而天然气中的一个碳含有4个氢。能量转换主要是碳和氢与氧的放热反应，并产生二氧化碳和水。相同分量化石能源产生的能量，煤最低，天然气最高；转化过程产生的二氧化碳煤最高，天然气最低。换句话说，获取同样的能量，需要更多的煤炭资源，同时排放更多的二氧化碳。美国政府在应对全球气候变化和温室气体减排问题上一直持反对态度，但是最近奥巴马政府提出了美国到2030年的减排目标，其主要原因是美国能源结构中天然气（主要是页岩气）的比重不断增加，降低了二氧化碳的排放量。这也对能源结构以煤为主的中国提出了严峻挑战。应对这一挑战的唯一途径，是加快煤的清洁、综合利用的科技创新。
煤的清洁、综合利用的科技创新，大致可以概括为三个主要方面：1）C1合成；2）CO2的捕获与转化；3）氢的制备。
前面所述煤制油和煤制化工品是C1合成的典型案例，虽然可以作为替代油气的急备之用，但合成过程产生大量的二氧化碳和消耗大量的水资源，造成碳资源的浪费和生态环境的破坏。因此解决CO2的捕获与转化，通过制氢来降低水资源的消耗，是煤的清洁、综合利用成功的关键。
氢本身是清洁能源，但自然界除了与化石能源共存的氢可以作为一次能源直接利用，氢的主要存在形式是水（H2O）。无论是CO2转化（过程本身就需要氢或水）还是分解水制氢，都是吸热反应，都需要吸收能量。因此，CO2转化和分解水制氢的科技创新，不是创造新的物质和能量，而是寻求能量和物质转化新的过程，以达到以煤为主能源结构的碳效和能效的最佳平衡，保持资源和环境的可持续发展。要达到这样的效果，煤的清洁、综合利用还需要有新的能源做补充。
四、新能源和可再生能源
地球的化石能源是有限的，人类文明发展对能源的需求是无限的，即便不考虑对生态环境带来的影响，化石能源不可能永远支撑全球经济的发展，人类必须寻求新的能源利用方式和资源来源。太阳辐射是人类可以利用的取之不尽、用之不竭的可再生能源的来源，而且也是一种清洁能源。太阳辐射的直接表现形式是光和热，人类直接利用太阳能的方式包括太阳热的收集储存和热电转换、太阳光的光电转换和光化学转换。事实上，风能、水能、生物质能等，也都是太阳辐射通过和大气、海洋和地面相互作用的自然过程形成的可再生能源，是太阳能的间接利用。从可持续发展的角度看，太阳能是解决人类文明能源需求的终极来源。
太阳能的直接利用在相当长的时期内还不能完全替代化石能源，原因在于它的能量密度低，需要大的占地面积和收集设备（包括光热和光伏）来转化太阳能，因此投资大、成本高。但是在这一领域的科技创新不断进步，以发电为例，太阳能利用的成本不断逼近化石能源的发电成本。如果把化石能源产生碳排放的污染成本一起计算，太阳能发电的经济优势指日可待。
太阳能利用的科技创新，重点是提高效率。以光伏太阳能为例，降低成本是目标,提高光电材料的转换效率是关键，这方面的研发不断取得新的进展，包括新的光电材料的发现，以及各种光电材料转换效率的不断提高。其中，多结化合物半导体聚光太阳能电池的转化效率已达到44.7%，晶体硅太阳能电池的最高转换效率已经突破25%，CdTe和CIGS薄膜太阳能电池的转换效率都达到了21%。最近发现的钙钛矿结构太阳能电池的转换效率，美国可再生能源研究所的实验室纪录已突破18%。因此，在可再生新能源领域新材料、新技术的创新，有着巨大的发展空间。
如前所述，生物质能是太阳能的间接利用，但生物质的综合利用却有待于不断开发各种新的转化技术，其中包括微藻生物技术的开发和利用，这方面的科技创新仍有很大的发展空间。
五、核能的综合利用
核能分为裂变能和聚变能，目前实际使用的都是核裂变能。核能的最大优势是能量密度高。能源物质提供能量通常是通过化学反应或核反应产生的。化学反应中，原子或分子的电子组态发生变化，引起原子或分子的结合能发生变化；核反应中，反应前后原子核的结合能发生变化。化学反应产生的结合能变化是几个电子伏（eV）的量级，而核反应的结合能变化是百万电子伏（MeV）量级。因此，核能物质的能量密度要比常规化石能源高上百万倍。例如煤的能量密度为2.9x107J/kg,而核裂变燃料铀235的能量密度为7.49x1013J/kg。一个100万千瓦的煤电厂每年要消耗150万吨煤，同样发电量的核电站只需要500kg的铀235。核能在未来能源结构中的位置取决于能否解决核能利用的三大问题：1）项目投资大，建设周期长，财务风险高，回报不确定；2）核电站的安全性问题，核安全事故的发生既有不可抗力的自然因素，也有运行管理的人为因素；3）核废料的处理难题，虽然100万千瓦的核电站每年只需要500kg的铀235，由于铀235的天然丰度只有0.7%,经过富集的燃料也只有3%的铀235，因此所需的核燃料是百吨量级的，燃烧后的乏燃料（主要是铀238，仍含有剩余的铀235和钚239，加上强放射性的裂变产物）是数十吨吨量级的。这些乏燃料的处置，由于和强放射性的裂变产物共存，是核能可持续利用的一大难题。
世界核能发展，经历了从20世纪50年代后期起步至70年代末的高潮期，1979年美国三里岛核事故和1986年乌克兰切尔诺贝利核事故之后的低潮期，以及2011年3月11日日本福岛因地震海啸引起的核事故，使得全部在建核电站停工。
但是人类没有在前进道路上因为遇到挫折和灾难所却步，而是以不断进取的精神应对挑战。核反应堆技术已经发展到第三代，同时提出了第四代核反应堆技术的六种堆型，目标就是要解决前面所述的三大难题和挑战。
我们国家已将核能作为未来新能源发展的重要组成部分，目前投产的核电机组18台，装机容量为1569万千瓦，在建机组30台，装机容量3277万千瓦。在第四代核反应堆技术研发方面有清华大学的高温气冷堆，已经开始在山东荣成建设21万千瓦装机容量的工业示范装置；中国原子能研究院的钠冷快堆也取得了研发进展。中国科学院2011年在国家财政部的大力支持下，启动了钍基熔盐堆的先导专项。熔盐堆是第四代反应堆型中的一种，采用熔盐作为冷却剂，具有常压运行（安全性）、700oC以上高温输出（高效性）、非能动安全机制（安全性），以及小型模块化（经济性）等优点。钍基熔盐堆是采用天然钍232作为核燃料，地球上地壳层中的钍资源是铀资源的3倍，中国是稀土资源大国，与它伴生的钍资源也非常丰富，是未来中国核能开发的优势所在。
核能利用不仅仅是发电，高温反应堆输出的热，还可被用作各种高温反应的热源。前面提到煤的清洁、综合利用，需要外加非化石能源才能达到资源利用和环境保护的最佳平衡，因此将核能与碳（包括CO2和制氢）的转化过程相结合，形成新能源（核能、可再生能源）和化石能源相结合的综合能源系统，将会是未来我们国家能源结构调整的方向。
国际上对本世纪末能源供给结构预测有三种可能情形：1）在能源效率大大提高的前提下，未来能源以可再生能源为主，其中可再生能源又以太阳能为主，核能逐渐退出历史舞台；2）在能源效率没有明显提高的前提下，未来能源以太阳能和核能为主，二者并重；3）第一和第二种情形的折中。德国在日本福岛事故之后已经宣布至2022年全部停止核能的利用，因此德国的发展目标是情形1）。中国的发展表明情形2）或3）更适合我们的国情，因此要前瞻部署第四代核能技术的研究。
六、建设中国特色的能源生态系统
能源结构的改变，必然引起基础设施和利用形式的改变。例如未来一次能源石油的比重将逐步降低，相应地汽油车的比重也应逐步降低，而电动车的普及不仅与新能源的比重增加相关，更与电动车充电基础设施的建设紧密关联。又如太阳能、风能的组件制造成本不断降低，但不能直接融入现有的电网，必须有新的接入系统。再如我国铁路运输的主要负荷是运送煤炭，未来随着煤炭的原地转化、天然气的进口和国内页岩气的开发，输气管道将成为化石能源的主要配送方式。与新的能源结构相匹配的基础设施是集中式和分布式相结合的智能体系，最终形成中国特色的能源生态系统。这是一个需要几代人为之奋斗的宏伟蓝图，是国家发展战略的重中之重，也是科技创新和创业的巨大舞台。
今天我们只是以能源科技作为实例讨论创新和创业的理念，在信息科学和技术、生命科学和技术领域，我们同样感受到国家发展对创新和创业提出的迫切需求。上海科技大学的办学宗旨是为服务国家发展战略培养创新、创业人才，提供科技解决方案。我们殷切地勉励各位同学，在各自学习的领域立下宏伟的志向，通过艰苦的努力，早日成为国家和社会的栋梁之才。上海科技大学是一所刚成立的新大学，今天在座的老师绝大部分是年轻教师，希望各位教师把培养学生作为第一要务，与同学们共同成长，成为未来的学术引领者乃至大师。正如习近平总书记最近在同北京师范大学师生代表座谈时所说的那样：“今天的学生就是未来实现中华民族伟大复兴中国梦的主力军，广大教师就是打造这支中华民族‘梦之队’的筑梦人。”只要把自己的成长同祖国和人类发展的命运联系在一起，不管前进的道路有多么艰难曲折，不屈不挠，勇往直前，梦想一定能够成真，理想一定能够实现！
今天是我国首个烈士纪念日，明天是中华人民共和国成立65周年华诞。在这里，让我们共同缅怀为新中国成立和建设做出巨大贡献的先辈们，共同祝愿我们伟大的祖国更加繁荣昌盛，伟大的人民更加富裕幸福！
谢谢大家！
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