新能源的理論與實(shí)際應(yīng)用

1、新能源的理論與實(shí)際應(yīng)用 定義新能源又稱非常規(guī)能源。是指?jìng)鹘y(tǒng)能源之外的各種能源形式。指剛開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等。分類新能源的各種形式都是直接或者間接地來自于太陽或地球內(nèi)部伸出所產(chǎn)生的熱能。包括了太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、核聚變能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出來的生物燃料和氫所產(chǎn)生的能量。也可以說，新能源包括各種可再生能源和核能。相對(duì)于傳統(tǒng)能源，新能源普遍具有污染少、儲(chǔ)量大的特點(diǎn)，對(duì)于解決當(dāng)今世界嚴(yán)重的環(huán)境污染問題和資源（特別是化石能源）枯竭問題具有重要意義。同時(shí)，由于很多新能源分布均勻，對(duì)于解決由能源引發(fā)的戰(zhàn)爭(zhēng)

2、也有著重要意義。據(jù)世界斷言，石油，煤礦等資源將加速減少。核能、太陽能即將成為主要能源。 聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署（undp）把新能源分為以下三大類：大中型水電；新可再生能源，包括小水電、太陽能、風(fēng)能、現(xiàn)代生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能（潮汐能）；穿透生物質(zhì)能。一般地說，常規(guī)能源是指技術(shù)上比較成熟且已被大規(guī)模利用的能源，而新能源通常是指尚未大規(guī)模利用、正在積極研究開發(fā)的能源。因此，煤、石油、天然氣以及大中型水電都被看作常規(guī)能源，而把太陽能、風(fēng)能、現(xiàn)代生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能以及核能、氫能等作為新能源。隨著技術(shù)的進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展觀念的樹立，過去一直被視作垃圾的工業(yè)與生活有機(jī)廢棄物被重新認(rèn)識(shí)，作為一種能源資源化利

3、用的物質(zhì)而受到深入的研究和開發(fā)利用，因此，廢棄物的資源化利用也可看作是新能源技術(shù)的一種形式。新近才被人類開發(fā)利用、有待于進(jìn)一步研究發(fā)展的能量資源稱為新能源，相對(duì)于常規(guī)能源而言，在不同的歷史時(shí)期和科技水平情況下，新能源有不同的內(nèi)容。當(dāng)今社會(huì)，新能源通常指核能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、氫氣等。按類別可分為：太陽能 風(fēng)力發(fā)電 生物質(zhì)能 生物柴油 燃料乙醇 新能源汽車 燃料電池 氫能 垃圾發(fā)電 建筑節(jié)能 地?zé)崮?二甲醚 可燃冰等。新能源概況據(jù)估算，每年輻射到地球上的太陽能為17.8億千瓦，其中可開發(fā)利用5001000億度。但因其分布很分散，目前能利用的甚微。地?zé)崮苜Y源指陸地下5000米深度內(nèi)的巖石和水體

4、的總含熱量。其中全球陸地部分3公里深度內(nèi)、150以上的高溫地?zé)崮苜Y源為140萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，目前一些國家已著手商業(yè)開發(fā)利用。世界風(fēng)能的潛力約3500億千瓦，因風(fēng)力斷續(xù)分散，難以經(jīng)濟(jì)地利用，今后輸能儲(chǔ)能技術(shù)如有重大改進(jìn)，風(fēng)力利用將會(huì)增加。海洋能包括潮汐能、波浪能、海水溫差能等，理論儲(chǔ)量十分可觀。限于技術(shù)水平，現(xiàn)尚處于小規(guī)模研究階段。當(dāng)前由于新能源的利用技術(shù)尚不成熟，故只占世界所需總能量的很小部分，今后有很大發(fā)展前途。常見新能源形式概述太陽能太陽能一般指太陽光的輻射能量。太陽能的主要利用形式有太陽能的光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換以及光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種主要方式廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的

5、勢(shì)能等由太陽能導(dǎo)致或轉(zhuǎn)化成的能量形式。利用太陽能的方法主要有：太陽電能池，通過光電轉(zhuǎn)換把太陽光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能；太陽能熱水器，利用太陽光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電等。太陽能可分為3種：1.太陽能光伏光伏板組件是一種暴露在陽光下便會(huì)產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒有活動(dòng)的部分，故可以長時(shí)間操作而不會(huì)導(dǎo)致任何損耗。簡(jiǎn)單的光伏電池可為手表及計(jì)算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為房屋照明，并為電網(wǎng)供電。 光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電力。近年，天臺(tái)及建筑物表面均會(huì)使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部

6、分，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng)。2.太陽熱能現(xiàn)代的太陽熱能科技將陽光聚合，并運(yùn)用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了運(yùn)用適當(dāng)?shù)目萍紒硎占柲芡?，建筑物亦可利用太陽的光和熱能，方法是在設(shè)計(jì)時(shí)加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建筑材料。3.太陽光合能：植物利用太陽光進(jìn)行光合作用，合成有機(jī)物。因此，可以人為模擬植物光合作用，大量合成人類需要的有機(jī)物，提高太陽能利用效率。核能核能是通過轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量，符合阿爾伯特愛因斯坦的方程e=mc2;，其中e=能量，m=質(zhì)量，c=光速常量。核能的釋放主要有三種形式：a.核裂變能所謂核裂變能是通過一些重原

7、子核（如鈾-235、鈾-238、钚-239等）的裂變釋放出的能量b.核聚變能由兩個(gè)或兩個(gè)以上氫原子核（如氫的同位素氘和氚）結(jié)合成一個(gè)較重的原子核，同時(shí)發(fā)生質(zhì)量虧損釋放出巨大能量的反應(yīng)叫做核聚變反應(yīng)，其釋放出的能量稱為核聚變能。c.核衰變核衰變是一種自然的慢得多的裂變形式，因其能量釋放緩慢而難以加以利用核能的利用存在的主要問題：（1）資源利用率低（2）反應(yīng)后產(chǎn)生的核廢料成為危害生物圈的潛在因素，其最終處理技術(shù)尚未完全解決（3）反應(yīng)堆的安全問題尚需不斷監(jiān)控及改進(jìn)（4）核不擴(kuò)散要求的約束，即核電站反應(yīng)堆中生成的钚-239受控制（5）核電建設(shè)投資費(fèi)用仍然比常規(guī)能源發(fā)電高，投資風(fēng)險(xiǎn)較大海洋能海洋能指蘊(yùn)藏

8、于海水中的各種可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水溫差能、海水鹽度差能等。這些能源都具有可再生性和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)亟待開發(fā)利用的具有戰(zhàn)略意義的新能源。波浪發(fā)電，據(jù)科學(xué)家推算，地球上波浪蘊(yùn)藏的電能高達(dá)90萬億度。目前，海上導(dǎo)航浮標(biāo)和燈塔已經(jīng)用上了波浪發(fā)電機(jī)發(fā)出的電來照明。大型波浪發(fā)電機(jī)組也已問世。我國在也對(duì)波浪發(fā)電進(jìn)行研究和試驗(yàn)，并制成了供航標(biāo)燈使用的發(fā)電裝置。潮汐發(fā)電，據(jù)世界動(dòng)力會(huì)議估計(jì)，到2020年，全世界潮汐發(fā)電量將達(dá)到1000-3000億千瓦。世界上最大的潮汐發(fā)電站是法國北部英吉利海峽上的朗斯河口電站，發(fā)電能力24萬千瓦，已經(jīng)工作了30多年。中國在浙江省建造了江廈潮汐電站

9、，總?cè)萘窟_(dá)到3000千瓦。風(fēng)能風(fēng)能是太陽輻射下流動(dòng)所形成的。風(fēng)能與其他能源相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它蘊(yùn)藏量大，是水能的10倍，分布廣泛，永不枯竭，對(duì)交通不便、遠(yuǎn)離主干電網(wǎng)的島嶼及邊遠(yuǎn)地區(qū)尤為重要。風(fēng)力發(fā)電，是當(dāng)代人利用風(fēng)能最常見的形式，自19世紀(jì)末，丹麥研制成風(fēng)力發(fā)電機(jī)以來，人們認(rèn)識(shí)到石油等能源會(huì)枯竭，才重視風(fēng)能的發(fā)展，利用風(fēng)來做其它的事情。1977年，聯(lián)邦德國在著名的風(fēng)谷-石勒蘇益格-荷爾斯泰因州的布隆坡特爾建造了一個(gè)世界上最大的發(fā)電風(fēng)車。該風(fēng)車高150米，每個(gè)漿葉長40米，重18噸，用玻璃鋼制成。到1994年，全世界的風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量已達(dá)到300萬千瓦左右，每年發(fā)電約50億千瓦時(shí)。生物質(zhì)能

10、生物質(zhì)能來源于生物質(zhì)，也是太陽能以化學(xué)能形式貯存于生物中的一種能量形式，它直接或間接地來源于植物的光合作用。生物質(zhì)能是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的燃料。地球上的生物質(zhì)能資源較為豐富，而且是一種無害的能源。地球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有1730億噸，其中蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全世界能源消耗總量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀2006年底全國已經(jīng)建設(shè)農(nóng)村戶用沼氣池1870萬口，生活污水凈化沼氣池14萬處，畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)和工業(yè)廢水沼氣工程2,000多處，年產(chǎn)沼氣約90億立方米，為近8000萬農(nóng)村人口提供了優(yōu)質(zhì)生活燃料。中國已經(jīng)開發(fā)出多種固定床

11、和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產(chǎn)燃?xì)狻?006年用于木材和農(nóng)副產(chǎn)品烘干的有800多臺(tái)，村鎮(zhèn)級(jí)秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)近600處，年生產(chǎn)生物質(zhì)燃?xì)?,000萬立方米。地?zé)崮艿厍騼?nèi)部熱源可來自重力分異、潮汐摩擦、化學(xué)反應(yīng)和放射性元素衰變釋放的能量等。放射性熱能是地球主要熱源。我國地?zé)豳Y源豐富，分布廣泛，已有5500處地?zé)狳c(diǎn)，地?zé)崽?5個(gè)，地?zé)豳Y源總量約320萬兆瓦。氫能在眾多新能源中，氫能以其重量輕、無污染、熱值高、應(yīng)用面廣等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)脫穎而出，將成為21世紀(jì)最理想的新能源。氫能可應(yīng)用于航天航空、汽車的燃料,等高熱行業(yè)。海洋滲透能如果有兩種鹽溶液，一種溶液中鹽的濃度高，一種溶液的濃度低

12、，那么把兩種溶液放在一起并用一種滲透膜隔離后，會(huì)產(chǎn)生滲透壓，水會(huì)從濃度低的溶液流向濃度高的溶液。江河里流動(dòng)的是淡水，而海洋中存在的是咸水，兩者也存在一定的濃度差。在江河的入海口，淡水的水壓比海水的水壓高，如果在入?？诜胖靡粋€(gè)渦輪發(fā)電機(jī)，淡水和海水之間的滲透壓就可以推動(dòng)渦輪機(jī)來發(fā)電。海洋滲透能是一種十分環(huán)保的綠色能源，它既不產(chǎn)生垃圾，也沒有二氧化碳的排放，更不依賴天氣的狀況，可以說是取之不盡，用之不竭。而在鹽分濃度更大的水域里，滲透發(fā)電廠的發(fā)電效能會(huì)更好，比如地中海、死海、我國鹽城市的大鹽湖、美國的大鹽湖。當(dāng)然發(fā)電廠附近必須有淡水的供給。據(jù)挪威能源集團(tuán)的負(fù)責(zé)人巴德米克爾森估計(jì)，利用海洋滲透能發(fā)電

13、，全球范圍內(nèi)年度發(fā)電量可以達(dá)到16000億度。 水能水能是一種可再生能源，是清潔能源，是指水體的動(dòng)能、勢(shì)能和壓力能等能量資源。廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源；狹義的水能資源指河流的水能資源。是常規(guī)能源,一次能源。水不僅可以直接被人類利用，它還是能量的載體。太陽能驅(qū)動(dòng)地球上水循環(huán)，使之持續(xù)進(jìn)行。地表水的流動(dòng)是重要的一環(huán)，在落差大、流量大的地區(qū)，水能資源豐富。隨著礦物燃料的日漸減少，水能是非常重要且前景廣闊的替代資源。目前世界上水力發(fā)電還處于起步階段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水運(yùn)動(dòng)均可以用來發(fā)電。新能源的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)部分可再生能源利用技術(shù)已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，并

14、在世界各地形成了一定的規(guī)模。目前，生物質(zhì)能、太陽能、風(fēng)能以及水力發(fā)電、地?zé)崮艿鹊睦眉夹g(shù)已經(jīng)得到了應(yīng)用。國際能源署（iea）對(duì)20002030年國際電力的需求進(jìn)行了研究，研究表明，來自可再生能源的發(fā)電總量年平均增長速度將最快。iea的研究認(rèn)為，在未來30年內(nèi)非水利的可再生能源發(fā)電將比其他任何燃料的發(fā)電都要增長得快，年增長速度近6%在20002030年間其總發(fā)電量將增加5倍，到2030年，它將提供世界總電力的4.4%，其中生物質(zhì)能將占其中的80%。目前可再生能源在一次能源中的比例總體上偏低，一方面是與不同國家的重視程度與政策有關(guān)，另一方面與可再生能源技術(shù)的成本偏高有關(guān)，尤其是技術(shù)含量較高的太陽能

15、、生物質(zhì)能、風(fēng)能等據(jù)iea的預(yù)測(cè)研究，在未來30年可再生能源發(fā)電的成本將大幅度下降，從而增加它的競(jìng)爭(zhēng)力?？稍偕茉蠢玫某杀九c多種因素有關(guān)，因而成本預(yù)測(cè)的結(jié)果具有一定的不確定性。但這些預(yù)測(cè)結(jié)果表明了可再生能源利用技術(shù)成本將呈不斷下降的趨勢(shì)。我國政府高度重視可再生能源的研究與開發(fā)。國家經(jīng)貿(mào)委制定了新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“十五”規(guī)劃，并制定頒布了中華人民共和國可再生能源法，重點(diǎn)發(fā)展太陽能光熱利用、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能高效利用和地?zé)崮艿睦?。近年來在國家的大力扶持下，我國在風(fēng)力發(fā)電、海洋能潮汐發(fā)電以及太陽能利用等領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。新能源（或稱可再生能源更貼切）主要有：太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?/p>

16、、生物質(zhì)能等。生物質(zhì)能在經(jīng)過了幾十年的探索后，國內(nèi)外許多專家都表示這種能源方式不能大力發(fā)展，它不但會(huì)搶奪人類賴以生存的土地資源，更將會(huì)導(dǎo)致社會(huì)不健康發(fā)展；地?zé)崮艿拈_發(fā)和空調(diào)的使用具有同樣特性，如大規(guī)模開發(fā)必將導(dǎo)致區(qū)域地面表層土壤環(huán)境遭到破壞，必將引起再一次生態(tài)環(huán)境變化；而風(fēng)能和太陽能對(duì)于地球來講是取之不盡、用之不竭的健康能源，他們必將成為今后替代能源主流。太陽能發(fā)電具有布置簡(jiǎn)便以及維護(hù)方便等特點(diǎn)，應(yīng)用面較廣，現(xiàn)在全球裝機(jī)總?cè)萘恳呀?jīng)開始追趕傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電，在德國甚至接近全國發(fā)電總量的5%-8%，隨之而來的問題令我們意想不到，太陽能發(fā)電的時(shí)間局限性導(dǎo)致了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，如何解決這一問題成為能源界的一大

17、困惑。風(fēng)力發(fā)電在19世紀(jì)末就開始登上歷史的舞臺(tái)，在一百多年的發(fā)展中，一直是新能源領(lǐng)域的獨(dú)孤求敗，由于它造價(jià)相對(duì)低廉，成了各個(gè)國家爭(zhēng)相發(fā)展的新能源首選，然而，隨著大型風(fēng)電場(chǎng)的不斷增多，占用的土地也日益擴(kuò)大，產(chǎn)生的社會(huì)矛盾日益突出，如何解決這一難題，成了我們又一困惑。早在2001年，muce就為了開拓穩(wěn)定的海島通信電源而開展一項(xiàng)研究，經(jīng)過六年多研究和實(shí)踐，終于將一種成熟的新型應(yīng)用方式muce風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)向社會(huì)推廣，這種系統(tǒng)采用了我國自主研制的新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)（h型）和太陽能發(fā)電進(jìn)行10：3地結(jié)合，形成了相對(duì)穩(wěn)定的電力輸出。在建筑上、野外、通信基站、路燈、海島均進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，獲得了大量可靠的使

18、用數(shù)據(jù)。這一系統(tǒng)的研究成果將為我國乃至世界的新能源發(fā)展帶來了新的動(dòng)力。新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)（h型）突破了傳統(tǒng)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速高、噪音大、抗風(fēng)能力差、受風(fēng)向影響等缺點(diǎn)，采取了完全不同的設(shè)計(jì)理論，采用了新型結(jié)構(gòu)和材料，達(dá)到微風(fēng)啟動(dòng)、無噪音、抗12級(jí)以上臺(tái)風(fēng)、不受風(fēng)向影響等性能，可大量用于別墅、多層及高層建筑、路燈等中小型應(yīng)用場(chǎng)合。以它為主建立的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，具有電力輸出穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性高、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，也解決了太陽能發(fā)展中對(duì)電網(wǎng)沖擊等影響。隨著能源危機(jī)日益臨近，新能源已經(jīng)成為今后世界上的主要能源之一。其中太陽能已經(jīng)逐漸走入我們尋常的生活，風(fēng)力發(fā)電偶爾可以看到或聽到，可是它們作為新能

19、源如何在實(shí)際中去應(yīng)用？新能源的發(fā)展究竟會(huì)是怎樣的格局？這些問題將是我們?cè)诮窈蠛荛L時(shí)間里需要探索的。新能源的環(huán)境意義和能源安全戰(zhàn)略意義我國能源需求的急劇增長打破了我國長期以來自給自足的能源供應(yīng)格局，自1993年起我國成為石油凈進(jìn)口國，且石油進(jìn)口量逐年增加，使得我國接入世界能源市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。由于我國化石能源尤其是石油和天然氣生產(chǎn)量的相對(duì)不足，未來我國能源供給對(duì)國際市場(chǎng)的依賴程度將越來越高。國際貿(mào)易存在著很多的不確定因素，國際能源價(jià)格有可能隨著國際和平環(huán)境的改善而趨于穩(wěn)定，但也有可能隨著國際局勢(shì)的動(dòng)蕩而波動(dòng)。今后國際石油市場(chǎng)的不穩(wěn)定以及油價(jià)波動(dòng)都將嚴(yán)重影響我國的石油供給，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成很大的沖擊。大力發(fā)展可再生能源可相對(duì)減少我國能源需求中化石能源的比例和對(duì)進(jìn)口能源的以來程度，提高我國能源、經(jīng)濟(jì)安全。此外，可再生能源