新能源與未來發(fā)展趨勢研究概況

1、新能源與未來發(fā)展趨勢研究概況摘要：通過簡單介紹能源的概念與內涵，引出了新能源的內涵及其在國內外的應用。然后又介紹了未來幾種新能源的發(fā)展和應用趨勢，并且對新能源的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行了分析，論述了新能源在減少二氧化碳中的地位和作用，最后對新能源提出了未來展望。關鍵詞：能源；新能源；未來的新能源；新能源發(fā)展愿景一能源概念及內涵能源亦稱能量資源或能源資源。是指可產生各種能量(如熱量、電能、光能和機械能等)或可作功的物質的統(tǒng)稱；是指能夠直接取得或者通過加工、轉換而取得有用能的各種資源，包括煤炭、原油、天然氣、煤層氣、水能、核能、風能、太陽能、地熱能、生物質能等一次能源和電力、熱力、成品油等二次能源，以及

2、其他新能源和可再生能源。能源是整個世界發(fā)展和經(jīng)濟增長最基本的驅動力，是人類賴以生存的基礎。自工業(yè)革命以來，能源安全問題就開始出現(xiàn)。在全球經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，國際能源安全已上升到了國家的高度，各國均制定了以能源供應安全為核心的能源政策。在此后的二十多年里，在能源穩(wěn)定供應的支持下，世界經(jīng)濟規(guī)模取得了較大增長。但是，人類在享受能源帶來的經(jīng)濟發(fā)展、科技進步等利益的同時，也遇到了一系列無法避免的能源安全挑戰(zhàn)，能源短缺、資源爭奪以及過度使用能源造成的環(huán)境污染等問題正在威脅著人類的生存與發(fā)展。能源種類繁多，而且經(jīng)過人類不斷的開發(fā)與研究，更多的新型能源已開始能夠滿足人類的需求。根據(jù)不同的劃分方式，能源可分為不

3、同的類型。1按能源來源分類(1)來自地球外部天體的能源(主要是太陽能)。人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。正是各種植物通過光合作用把太陽能轉變成化學能在植物體內貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動植物經(jīng)過漫長的地質年代形成的，它們實質上是由古代生物固定下來的太陽能。止匕外，水能、風能、波浪能、海流能等也都是由太陽能轉換而來。(2)地球本身蘊藏的能量。溫泉和火山爆發(fā)噴出的巖漿就是地熱的表現(xiàn)。地球可分為地殼、地幔和地核三層，它是一個大熱庫。地殼就是地球表面的一層，一般厚度為幾公里至70km等。地殼下面是地幔，其大部分為熔融狀的巖漿，厚度為2900km火山爆發(fā)一般

4、就是由這部分巖漿噴出。地球內部為地核，地核中心溫度為2000C?？梢?，地球上的地熱資源貯量也很大。（3）地球和其他天體相互作用而產生的能量。如潮汐能。2 按能源的基本形態(tài)分類一次能源和二次能源。前者即天然能源，指在自然界現(xiàn)成存在的能源，如煤炭、石油、天然氣、水能等。后者系指由一次能源加工轉換而成的能源產品，如電力、煤氣、蒸汽及各種石油制品等。一次能源又分為可再生能源（水能、風能及生物質能）和非再生能源（煤炭、石油、天然氣、油頁巖等）o根據(jù)其產生的方式可分為一次能源（天然能源）和二次能源（人工能源）。一次能源是指自然界中以天然形式存在并沒有經(jīng)過加工或轉換的能量資源，一次能源包括可再生的水力資源和

5、不可再生的煤炭、石油、天然氣資源，其中包括水、石油和天然氣在內的三種能源是一次能源的核心，它們構成了全球能源的基礎；除此以外，太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物能以及核能等可再生能源也被包括在一次能源的范圍內；二次能源則是指由一次能源直接或間接轉換成其他種類和形式的能量資源，例如：電力、煤氣、汽油、柴油、焦炭、潔凈煤、激光和沼氣等能源均屬于二次能源。3 根據(jù)能源使用的類型分類常規(guī)能源和新型能源。利用技術上成熟、使用比較普遍的能源稱為常規(guī)能源。包括一次能源中的可再生的水力資源和不可再生的煤炭、石油、天然氣等資源。新近利用或正在著手開發(fā)的能源被稱為新型能源。新型能源是相對于常規(guī)能源而言的，包括太陽

6、能、風能、地熱能、海洋能、生物能、氫能以及用于核能發(fā)電的核燃料等能源。由于新能源的能量密度較小，或品位較低，或有間歇性，按已有的技術條件轉換利用的經(jīng)濟性尚差，尚處于研究、發(fā)展階段，只能因地制宜地開發(fā)和利用；但新能源大多數(shù)是再生能源，資源豐富，分布廣闊，是未來的主要能源之一。4 再生能源和非再生能源。凡是可以不斷得到補充或能在較短周期內再產生的能源稱為再生能源；反之，稱為非再生能源。風能、水能、海洋能、潮汐能、太陽能和生物質能等是可再生能源；煤、石油和天然氣等是非再生能源。地熱能基本上是非再生能源，但從地球內部巨大的蘊藏量看，其又具有再生的性質。核能的新發(fā)展將使核燃料循環(huán)具有增殖的性質。核聚變的

7、能比核裂變的能可高出510倍，核聚變最合適的燃料重氫（笊）又大量地存在于海水中，可謂“取之不盡，用之不竭”。核能是未來能源系統(tǒng)的支柱之一。二新能源概況新能源又稱非常規(guī)能源。是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式；是指剛開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等。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部所產生的熱能。包括太陽能、風能、生物質能、地熱能、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。相對于傳統(tǒng)能源，新能源普遍具有污染少、儲量大的特點，對于解決當今世界嚴重

8、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，由于很多新能源分布均勻，對于解決由能源引發(fā)的戰(zhàn)爭具有重要意義。1 新能源資源概況據(jù)估算，每年輻射到地球上的太陽能為17.8億KW其中可開發(fā)利用5001000億KW但因其分布很分散，目前能利用白甚微。地熱能資源系指陸地下5000港度內的巖石和水體的總含熱量。其中全球陸地部分3km采度內、150c以上的高溫地熱能資源相當于140萬t標準煤。世界風能的潛力約為3500（乙kw,但因風力斷續(xù)分散，難以經(jīng)濟地利用，今后輸能儲能技術如有重大改進，風力利用將會大幅度增加。海洋能包括潮汐能、波浪能、海水溫差能等，理論儲量十分可觀，但限于技術水平

9、，現(xiàn)尚處于小規(guī)模研究階段。當前，由于新能源的利用技術尚不成熟，故對新能源的使用只占世界所需總能量的很小部分，今后有很大的發(fā)展前途。2 新能源形式（1）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為太陽能的光熱轉換、光電轉換以及光化學轉換三種主要方式。太陽能是最重要的基本能源，生物質能、風能、潮汐能、水能等均來自太陽能。太陽內部進行著由氫聚變成氮的原子核反應，不停地釋放出巨大的能量，不斷地向宇宙空間輻射能量，這就是太陽能。太陽內部的這種核聚變反應可以維持很長時間，據(jù)估計約有幾十億至幾百億年，相對于人類的有限生存時間而言，太陽能可以說是取之不盡，用之不竭的。太陽能包括以下三類：太陽能光

10、伏。光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于其沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導致任何損耗。太陽熱能。現(xiàn)代的太陽熱能科技將陽光聚合，并運用其能量產生熱水、蒸氣和電力。除了運用適當?shù)目萍际侄问占柲芡?，建筑物亦可利用太陽的光和熱能，其方法是在設計時加入合適的裝備，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。太陽光合能。植物利用太陽光進行光合作用，合成有機物。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物，從而提高太陽能的利用效率。(2)核能核能是20世紀人類的一項偉大發(fā)現(xiàn)，并已取得了十

11、分重要的成果。1942年12月2日，著名科學家費米領導幾十位科學家，在美國芝加哥大學啟動成功了世界上第一座核反應堆，標志著人類從此進入了核能時代。在這之前，人類利用的能源只涉及到物理變化和化學變化，當核能進入人們的生產和生活后，一種通過原子核變化而產生的新能源從此誕生。核能的利用存在的主要問題：第一，資源利用率低。第二，反應后產生的核廢料成為危害生物圈的潛在因素，其最終處理技術尚未完全解決。第三，反應堆的安全問題尚需不斷監(jiān)控及改進。第四，核不擴散要求的約束，即核電站反應堆中生成的缽一239受控制。第五，核電建設的投資費用仍比常規(guī)能源發(fā)電高，投資風險較大。(3)海洋能海洋能系指依附在海水中的可再

12、生能源。海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發(fā)能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。潮汐與潮流能來源于月球、太陽引力，其他海洋能均來源于太陽輻射。海洋面積占地球總面積的71%,太陽到達地球的能量大部分落在了海洋上空和海水中，部分轉化為各種形式的海洋能。波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩(wěn)定的一種能源。波浪能是由風把能量傳遞給海洋而產生的，其實質是吸收了風能而形成的。能量傳遞速率和風速有關，也和風與水相互作用的距離(即風區(qū))有關。當水團相對于海平面發(fā)生位移時，使波

13、浪具有勢能，而水質點的運動則使波浪具有動能。所貯存的能量通過摩擦和湍動而消散，其消散速度的大小取決于波浪特征和水深。深水海區(qū)大浪的能量消散速度很慢，從而導致了波浪系統(tǒng)的復雜性，使其常常伴有局地風和幾天前在遠處產生的風暴的影響。(5)潮汐能潮汐能是以位能形態(tài)出現(xiàn)的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能。海水漲落的潮汐現(xiàn)象是由地球和天體運動以及它們之間的相互作用而引起的。在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。當太陽、月球和地球在一條直線上時即產生大潮；當它們成直角時就產生小潮。除了半日周期潮和月周期潮的變化外，地球和月球的旋轉運動還產生了許多其他的周期性循環(huán)，其周期可以從幾天到數(shù)

14、年。同時，地表的海水又受到地球運動離心力的作用，月球引力和離心力的合力正是引起海水漲落的引潮力。世界上潮差的較大值約為1315m但一般來說，平均潮差在3m以上就具有實際應用價值。(6)風能風能是太陽輻射下流動所形成的。風能與其他能源相比，具有明顯的優(yōu)勢，它蘊藏量大，是水能的1O倍；分布廣泛，永不枯竭，對交通不便、遠離主干電網(wǎng)的島嶼及邊遠地區(qū)尤為重要。風力發(fā)電有三種運行方式：一是獨立運行方式。通常是一臺小型風力發(fā)電機向一戶或幾戶提供電力，使用蓄電池蓄能，以保證無風時的用電；二是風力發(fā)電與其他發(fā)電方式(如柴油機發(fā)電)相結合，向一個單位或一個村莊或一個海島供電；三是風力發(fā)電并入常規(guī)電網(wǎng)運行，向大電網(wǎng)

15、提供電力，常常是一處風電場安裝幾十臺甚至幾百臺風力發(fā)電機，這是風力發(fā)電的主要發(fā)展方向，是當代人利用風能最常見的形式。自19世紀末丹麥研制成風力發(fā)電機以來，人們認識到石油等能源會枯竭，才重視風能的發(fā)展，利用風來做其它的事情。地熱能地熱能是來自地球深處的可再生熱能。起源于地球的熔融巖漿和放射性物質的衰變。地下水的深處循環(huán)和來自極深處的巖漿侵入到地殼后，把熱量從地下深處帶至近地表層。在有些地方，熱能隨自然涌出的熱蒸汽和水到達地面，自史前起它們就已被用于洗浴和蒸煮。通過鉆井，這些熱能可以從地下的儲層引入水池、房間、溫室和發(fā)電站。這種熱能的儲量相當大。嚴格地說，地熱能不是一種“可再生的”資源，而是一種像

16、石油一樣可開采的能源，最終的可回采量將依賴于所采用的技術。將水(傳熱介質)重新注回到含水層中可以提高其再生的性能，因為這樣做可以使含水層不枯竭。然而，在這個問題上沒有明確的結論，因為有相當一部分地熱點可采用某種方式進行開發(fā)，讓提取的熱量等于自然不斷補充的熱量。實事求是地講，任何情況下，既使從技術上來說，地熱能也不是可再生能源。但全球地熱資源潛量十分巨大，因此問題不在于資源規(guī)模的大小，而在于是否有適合的技術將這些資源經(jīng)濟地開發(fā)出來。(8)氫能氫能是以氫及其同位素為主導的反應中或氫在狀態(tài)變化過程中所釋放的能量。它可以產生于氫的熱核反應，也可來自氫與氧化劑發(fā)生的化學反應。前者稱為熱核能或聚變能，能量

17、非常巨大，通常屬核能范疇；后者稱燃料反應的化學能，習稱氫能。氫能是一種重要的能源，可用于運輸方面取代石油，也可用作能高效發(fā)電的燃料電池。氫能的環(huán)境效益好，是理想的清潔能源。但是氫極少單獨存在于地球上，常以化合物的形式出現(xiàn)，必須通過其他能源轉換，如太陽能制氫、生物質能制氫、電解水制氫和姓:類燃料制氫等。廉價和大量制氫的技術是開發(fā)利用氫能的關鍵。在眾多新能源中，氫能以其重量輕、無污染、熱值高、應用面廣等獨特優(yōu)點脫穎而出，將成為21世紀最理想的新能源。氫能可應用于航天航空、汽車的燃料等高熱行業(yè)。水能水能是一種可再生能源，是清潔能源，是指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源。廣義的水能資源包括河流水能、

18、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。其為常規(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。太陽能驅動地球上的水循環(huán)，使之持續(xù)進行。地表水的流動是重要的一環(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。目前世界上的廣義水能資源發(fā)電還處于起步階段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水運動均可用來發(fā)電。而常規(guī)水力發(fā)電技術已十分成熟，我國已建成三峽等電站，擁有多項世界領先技術。三未來的幾種新能源1波能海洋波浪能。這是一種取之不盡，用之不竭的無污染、可再生能源。據(jù)推測,地球上海洋波浪蘊藏的電能高達9X104TW近

19、年來，在各國的新能源開發(fā)計劃中，波能的利用已占有一席之地。盡管波能發(fā)電成本較高，需要進一步完善，但目前的進展已表明了這種新能源潛在的商業(yè)價值。日本的一座海洋波能發(fā)電廠已運行8年，電廠的發(fā)電成本雖高于其它發(fā)電方式，但對于邊遠島嶼來說，可節(jié)省電力傳輸?shù)韧顿Y費用。目前，美、英、印度等國家已建成了幾十座波能發(fā)電站，且均運行良好。2可燃冰一種甲烷與水結合在一起的固體化合物，它的外型與冰相似，故稱“可燃冰”?？扇急诘蜏馗邏合鲁史€(wěn)定狀態(tài)，冰融化所釋放的可燃氣體相當于原來固體化合物體積的100倍。據(jù)測算，可燃冰的蘊藏量比地球上的煤、石油和天然氣的總和還多?？扇急撬吞烊粴庠诟邏?、低溫條件下混合而成的一種固

20、態(tài)物質，具有使用方便、燃燒值高、清潔無污染等特點，是公認的地球上尚未開發(fā)的最大新型能源。中國國土資源部總工程師張洪濤先生在2009年9月25日的新聞發(fā)布會上說：中國首次在陸域上發(fā)現(xiàn)可燃冰，使中國成為繼加拿大、美國之后在陸域上通過國家計劃鉆探發(fā)現(xiàn)可燃冰的第三個國家。粗略估算，遠景資源量至少有350億t油當量。3煤層氣煤在形成過程中由于溫度及壓力增加，在產生變質作用的同時也釋放出可燃性氣體。從泥炭到褐煤，每t煤產生68m鰥層氣；從泥炭到褐煤，每t煤產生130m鰥層氣；從泥炭到無煙煤，每t煤產生400m3煤層氣。科學家估計，地球上的煤層氣可達2179億m34微生物世界上有不少國家盛產甘蔗、甜菜、木薯

21、等，利用微生物發(fā)酵，可制成酒精。酒精具有燃燒完全、效率高、無污染等特點，用其稀釋汽油可得到“乙醇汽油”，而且制作酒精的原料豐富，成本低廉。據(jù)報道，巴謠已改裝“乙醇汽油”或酒精為燃料的汽車達幾十萬輛，從而減輕了大氣污染。止匕外，利用微生物可制取氫氣，以開辟能源的新途徑。5第四代核能源當今，世界科學家已研制出利用正反物質的核聚變制造出無任何污染的新型核能源。正反物質的原子在相遇的瞬間，灰飛煙滅，此時，會產生高當量的沖擊波以及光輻射能。這種強大的光輻射能可轉化為熱能，如果能夠控制正反物質的核反應強度，將其作為人類的新型能源，那將是人類能源史上的一場偉大的能源革命。四新能源的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢現(xiàn)在，部分可

22、再生能源利用技術已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，并在世界各地形成了一定的規(guī)模。目前，太陽能、風能以及水力發(fā)電、地熱能等的利用技術已經(jīng)得到了應用。在未來30年內，非水力的可再生能源發(fā)電將比其他任何燃料的發(fā)電都要增長得快。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，另一方面與可再生能源技術的成本偏高有關，尤其是技術含量較高的太陽能、風能等。在未來30年，可再生能源發(fā)電的成本將大幅度下降，從而增加了它的競爭力?？稍偕茉蠢玫某杀九c多種因素有關，因而成本預測的結果具有一定的不確定性，但這些預測結果表明了可再生能源利用技術成本將呈不斷下降的趨勢。近年來，在國家的大力扶持下

23、，我國在風力發(fā)電、海洋能潮汐發(fā)電以及太陽能利用等領域已取得了很大的進展。太陽能發(fā)電具有布置簡便以及維護方便等特點，應用面較廣，現(xiàn)在全球裝機總容量已經(jīng)開始追趕傳統(tǒng)風力發(fā)電，在德國甚至接近全國發(fā)電總量的5%8%,但是太陽能發(fā)電的時間局限性導致了其對電網(wǎng)的沖擊，如何解決這一問題已成為能源界的一大困惑。風力發(fā)電在19世紀末就開始登上歷史的舞臺，在100多年的發(fā)展中，一直是新能源領域的獨孤求敗，由于其造價相對低廉而成為各個國家爭相發(fā)展的新能源首選；然而，隨著大型風電場的不斷增多，占用的土地也日益擴大，產生的社會矛盾日益突出，如何解決這一難題成為我們又一困惑。早在2001年風光互補系統(tǒng)（MUCE溝了開拓穩(wěn)

24、定的海島通信電源而開展了一項研究，經(jīng)過6年多時間的研究和實踐，終于將一種成熟的新型應用方式一一MuCEl光互補系統(tǒng)向社會推廣。該系統(tǒng)采用了我國自主研制的新型垂直軸風力發(fā)電機（H型）和太陽能發(fā)電進行10:3的結合，形成了相對穩(wěn)定的電力輸出。在建筑物上、野外、通信基站、路燈、海島均進行了實際應用，獲得了大量可靠的使用數(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)展帶來新的動力。新型垂直軸風力發(fā)電機（H型）突破了傳統(tǒng)的水平軸風力發(fā)電機啟動風速高、噪音大、抗風能力差、受風向影響大等缺點，采取了完全不同的設計理論，采用了新型結構和材料，具有了微風啟動、無噪音、抗12級以上臺風、不受風向影響等性能，可

25、大量用于別墅、多層及高層建筑、路燈等中小型應用場合。以它為主建立的風光互補發(fā)電系統(tǒng)具有電力輸出穩(wěn)定、經(jīng)濟性高、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，也解決了太陽能發(fā)展中對電網(wǎng)沖擊等影響。五新能源與減排新能源和可再生能源（包括水能）在二氧化碳減排中充當了排頭兵的作用，實現(xiàn)新能源減碳無疑是實現(xiàn)二氧化碳減排的主力軍，但是它和任何事物一樣都具有兩面性，因此，發(fā)展新能源必須堅持辯證統(tǒng)一觀。如太陽能利用使用的高純度多晶硅，lkw的太陽能電池約需10kg的多晶硅，需要消耗電能58006000kW.h,耗電量十分巨大，且電池僅能夠穩(wěn)定使用20年。生產多晶硅所產生的副產品四氯化硅是一種劇毒物質，回收成本極為高昂，傾倒或掩埋四氯化硅有可能對耕地造成嚴重污染而使其無法使用。另外需要注意的是，太陽能發(fā)電必須配套使用鉛酸蓄電池作為電能存儲裝置