发展新能源材料的时代意义

发展新能源材料的时代意义摘要：我国经济的迅速发展使得对能源的需求增加，常规的化石能源供应不足的矛盾日益突出。能源安全成为我国必须解决的战略问题。发展新能源和可再生能源十分紧迫，也是世界各发达国家竞相研究的热点课题之一。新能源与可再生能源不仅有利于解决和补充我国化石能源供应不足的问题，而且有利于我国改善能源结构，保障能源安全，保护环境，走可持续发展之路。开发利用新能源与可再生能源也是构建资源节约型与环境友好型社。关键字：化石能源新能源能源结构可持续发展资源节约型环境友好型一、新能源定义新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。二、新能源的发展趋势及国内外新能源最新进展部分可再生能源利用技术已经取得长足的发展，并在世界各地形成了一定规模。表1-34为可再生能源转换技术的分类。目前生物质能，太阳能，风能以及水力发电，地热能等的利用技术已经得到利用。表1-34可再生能源转换技术的分类技术能源产出应用和技术状况生物质能燃烧家用规模热能烹调、室内供热广泛应用，改进技术的可采性燃烧工业规模过程加热、蒸汽、发电广泛应用，有改进的潜力气化/动力生产发电/供热，热电联供示范阶段气化/燃料生产甲醇，氢研制阶段水解和发酵乙醇对糖和淀粉已商业应用，用材生产在研制中热解/生产液体燃料生物油中试阶段热解/生产固体燃料焦炭广泛应用消化沼气商业应用风能电池充电运动，动力小型风力机，广泛应用陆上风力透平发电商业广泛应用海上风力透平发电研制和示范阶段太阳能光伏发电发电广泛应用，价格昂贵，需要进一步改进太阳能热动力发电加热，蒸汽，发电示范阶段，需要进一步改进低温太阳能利用加热和制冷太阳能集热器商业应用，干燥器示范阶段太阳能被动式太阳能利用加热，制冷，照明，通风示范和应用太阳能光合成H2或副氢燃料基础和应用研究水力发电动力商业应用地热能加热，蒸汽，发电商业应用2001世界一次能源消费总量为Mtoe，其中石油占35%，煤炭占23.4%，天然气占21.2%，可再生能源占13.5%(其中生物质能占10.4%，水力占2.214%，太阳能等占0.0886%)，核能占6.9%，2000年世界电力生产中可再生能源的贡献率占19%，仅次于煤炭，其中水力发电占17%，生物质占5%，太阳能等不到3%。在表1-35为2001年世界主要地区可再生能源的消费情况。可以看出，在发达国家，生物质能占总的一次性能源的3%左右，而发展中国家生物质能占总的一次能源大约35%，而且主要是用于炊事。这反映出不同国家和地区的科技水平的差别。1971~2000年30年间可再生能源的平均增长率和总的一次能源平均增长率相当。其中地热能，太阳能，风能和海洋能的发展速度最快，年均增长率达到9.4%，风能和太阳的增长率高达52.1%、32.6%，表明他们在快速发展。在表1-35的数据表明，在2001年我国的可再生能源站总的一次能源的20.8%，然而其中大部分是燃烧型的生物质能，小部分是水电，而太阳能、地热能、风能等能源的利用率几乎为零。我国的能源统计年鉴等都没有对可再生能源的生产、消费等情况进行统计，表明这些有较高技术含量的可再生能源在我国正处于研究开发之中的起步阶段，利用率还比较低，利用规模和水平与国际相比差距很大。表1-352001年世界主要各地区可再生能源的消费情况区域总的一次能源供给/Mtoe总的可再生能源/Mtoe总的可再生能源占总一次能源的比例/%主要燃料类型占可再生能源的比例水力/%地热、太阳能/%生物质/%非洲514.3257.550.12.60.297.2南美洲449.9125.327.935.41.563.0亚洲1152.2384.133.33.93.093.1中国1155.6239.820.89.90.090.1非OECD国家99028.88.946.50.752.8前苏联944.629.63.169.00.330.7中东389.63.10.844.022.333.7OECD5332.8303.75.734.811.653.6世界总量10038.31351.913.516.43.779.9国际能源署（IEA）对2000~2030年国际电力的需求进行了研究，如表1-36所示。其中来自可再生能源的发电量平均增长最快。IEA的研究认为，在未来30年内非水力的可再生能源发电将比其他任何燃料的发电都要增长得快，年增长速度接近6%，在2000~2030年间其总量发电将增加5倍，到2030年买它将提供世界总电力的4.4%，其中风能和生物质能将占其中的80%。表1-362000~2030年世界电力供需平衡项目2000年2010年2020年2030年2000~2030年年平均增长率/%总发电量/（TW。H）153912003725578315242.4煤炭598971439075115902.2石油12411348137113260.2天然气26764947769699234.5氢燃料电池0015349—核电25862889275826970.1水电26503188380042591.6其他可再生能源24952186313815.9自用和损耗量/Mtoe2353043884762.4总消费量/Mtoe10881419181222352.4工业4585817298792.2民用3054085326742.7服务业2563414405482.6其他（运输、农业等）68891111332.3目前可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低，一方面是与不同国家的重视程度与政策有关，另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关，尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等。据IEA的预测研究，在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降，从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关，因而有关成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。我国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十一五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。近年来在国家的大力扶持下，我国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用，地热能利用等领域已经取得了很大的进展。三、开发利用新能源的重大意义不论是从经济社会走可持续发展之路和保护人类赖以生存的地球生态环境的高度来审视，还是从为世界上200多亿无电人口和一些特殊用途解决现实的能源供应出发，发展新能源和可再生能源均具有重大战略意义。（一）、新能源和可再生能源是人类社会未来能源的基石，是化石能源的替代能源在当今的世界能源结构中，人类所利用的能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。1997年世界一次能源消费总量为121.56亿，其消费构成为：石油占39.9%，天然气占23.2%，煤炭占27%，核电占7.3%，水电2.6%。随着经济的发展、人口的增加、社会生活的提高，预计未来世界能源消费量将以每年2.7%的速度增长，到2020年世界的能源消费总量将达到195亿tce。截至1996年末，世界石油、天然气和煤炭的可采储量为1.3万亿tce，其中：石油和天然气占1/5，煤炭约占4/5。尽管今后还可能有新的储量被发现，但按目前的世界能源探明储量和消费量计，这些能源资源仅可供全世界大约消费172年。根据目前国际上通行的能源预测，石油资源将在40年内枯竭，天然气资源将在60年内用光，煤炭资源也只能使用220年。我国拥有居世界第一位的水能资源，居世界第二位的煤炭探明储量，居世界第11位的石油探明可采储量。截止到1990年底，我国已探明的能源资源总量为1551亿，其中：煤炭占52.6%，水能占43.33%，石油占3.03%，天然气占0.96%，约为世界总量的10.7%。其中，煤炭探明储量约占世界的11%，石油约占2.4%，天然气约占1.2%。但由于我国人口众多，人均能源资源却严重不足，人均能源资源探明储量只有135tce，仅相当于世界人均拥有量264tce的51%。其中，煤炭人均探明储量为147tce，是世界人均值208的70%；石油为2.9tce，是世界人均值的11%；天然气为世界人均值的4%；即使是水能资源，按人口平均，也低于世界人均值。而我国现在所面临的却是能源需求量成倍增长的严重挑战。如果2050年我国的人口总数为15亿左右的话，届时一次能源的需求量将为15亿~37.5亿，约为目前美国能源消费总量的1.5~2倍，为届时世界能源消费总量的16%~22%。由以上分析可见，在人类开发利用能源的历史长河中，以石油、天然气和煤炭等化石能源为主的时期，仅是一个不太长的阶段，它们终将走向枯竭，而被新能源所取代。人类必须未雨绸缪，及早寻求新的替代能源。研究和实践表明，新能源和可再生能源，资源丰富、分布广泛、可以再生、不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源。根据国际权威单位的预测，到21世纪60年代，即2060年，全球新能源和可再生能源的比例，将会发展到占世界能源构成的50%以上，成为人类社会未来能源的基石，世界能源舞台的主角，目前大量燃用的化石能源的替代能源。（二）、新能源和可再生能源清洁干净、污染物排放很少，是与人类赖以生存的地球生态环境相协调的清洁能源化石能源的大量开发和利用，是造成大气和其他类型环境污染与生态破坏的主要原因之一。如何在开发和使用能源的同时，保护好人类赖以生存的地球生态环境，已经成为一个全球性的重大问题。目前，世界各国都在纷纷采取提高能源效率和改善能源结构的措施，以解决这一与能源消费密切相关的重大环境问题。即所谓的能源效率革命和清洁能源革命，也就是我们通常所说的节约能源和发展清洁干净的新能源和可再生能源。全球气候变化是当前国际社会普遍关注的重大全球环境问题，它主要是发达国家在其工业化过程中燃烧大量化石燃料产生的CO2等温室气体的排放所造成的。因此，限制和减少化石燃料燃烧产生的CO2等温室气体的排放，已成为国际社会减缓全球气候变化的重要组成部分。自从工业革命以来，约80%温室气体造成的附加气候强迫是由人类活动引起的，其中CO2的作用约占60%，而化石燃料的燃烧是能源活动中CO2的主要排放源。1990年全世界一次能源消费量114.76亿tce，其中煤炭、石油、天然气分别占到27.3%，,38.6%和21.7%。据政府间气候变化专门委员会(IPCC)第一工作组1992年度工作报告报道，1990年全球化石燃料向大气排放了大约60~65亿吨碳。据估算，我国能源活动引起的CO2排放量约5.8亿吨碳，约占全球化石燃料CO2排放量的9.76%。观测资料表明，在过去100年中，全球平均气温上升了0.3~0.6摄氏度，全球海平面平均上升了10~25cm。如对温室气体不采取减排措施，在未来几十年内，全球平均气温每10年将可升高0.2摄氏度，到2100年球平均气温将升高1~3.5摄氏度。我国的能源开发利用对于环境造成的污染非常严重。我国的煤炭消费量占世界煤炭消费总量的27%，是全世界少有的以煤炭为主的能源消费大国。我国的CO2排放量，在苏联解体后仅次于美国而居世界第二位。煤炭燃烧所产生的温室气体的排放量比燃烧同热值的天然气高69%，比燃油高29%。1997年我国排放CO230亿吨，其中85%是由燃煤排放的；排放SO22346万吨，居世界第一位，其中90%是由燃煤排放的；排放烟尘1873万吨，其中73%是由能源开发利用排放的。由于能源利用和其他污染源大量排放环境污染物，造成全国57%的城市颗粒物超过国家限制值；有48个城市的SO2浓度超过国家二级排放标准；有82%的城市出现过酸雨，面积已达国土面积的30%；许多城市的NOx有增无减，其中北京、广州、乌鲁木齐和鞍山超过国家二级排放标准。近年来，由于城市汽车大幅度增加，燃用汽油产生的汽车尾气已成为城市环境的重要污染源。而新能源和可再生能源污染物排放很少。目前各种发电方式的碳排放率,g碳(/kWh