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企划管理部2015年12月25日能源革命目录页码一、能源简介3二、能源革命的缘由7三、能源革命的内容11四、能源生产13五、能源传输40六、能源储存52七、能源消费61本期介绍前四部分3一、能源简介物质、能量和信息是构成自然社会的基本要素。能源是人类活动的物质基础。《能源百科全书》说：“能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。”能源是文明的原动力，能源的利用局限着人类文明的发展，而每一种新能源的发现和利用,又强有力地推动了人类文明的发展,因此能源的变迁史也就是文明的发展史。能源释义4按产生分为一次能源和二次能源。一次能源即天然能源，又分为可再生能源和非再生能源。二次能源指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源。例如：电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、激光和沼气等。非再生能源煤炭石油天然气太阳能核能风能水能海洋能、地热能、生物能等可再生能源一、能源简介能源分类5钻木取火是人类对能源最初的主动利用，导致了以薪柴作为主要能源的时代；蒸汽机的发明推动了第一次工业革命的开展，发电机和其他电力技术发明的出现，促进了第二次工业革命的到来，人类的主要能源变为煤炭、石油和天然气等化石能源；新能源的利用是人类的第三次能源革命。加强可再生能源的开发和利用是人类社会实现可持续发展的必由之路。一、能源简介演化变革6在世界能源结构中，化石能源极占绝对主导地位，新能源仅占13%；而中国尤甚，由于资源禀赋、特殊发展阶段和经济运行体制等因素，造成了中国一次能源结构的极不合理状况，即“一煤独大，油气短缺，新能源偏小”。一、能源简介当前能源结构中国现在的能源结构和一百年前世界的能源结构基本相当。7截止2014年底，世界煤炭探明储量为9542亿吨，中国为1145亿吨，占12.8%；世界石油探明储量为2270亿吨，中国为25亿吨，占1.1%；世界天然气探明储量为194万亿立方米，中国为3.5万亿立方米，占1.8%。二、能源革命的缘由—化石能源危机数据来自《BP世界能源统计2015》在不考虑新增探明储量情况下，可用年限估算。化石能源是一种碳氢化合物或其衍生物。亿万年前的生物经过地壳变化，被埋藏在地下，受地层压力和温度的影响，缓慢地形成。随着人类的不断开采,化石能源的枯竭是不可避免的。总量有限日益枯竭8以能源之王石油为例，资源分布极不均衡。中东（沙特、伊朗、伊拉克、科威特、阿联酋等）储量占世界的一半多。中国比卡塔尔（面积与长沙相当）都要少。石油输出国组织（OPEC，音译欧佩克）控制了全球石油出口的大部分产量，对油价起支配作用。而美元作为国际原油价格的计价货币，通过汇率变化影响价格走势。二、能源革命的缘由—化石能源危机分布不均受制于人排名国家已探明石油储量（亿吨）已探明天然气储量（万亿立方米）已探明煤储量（亿吨）储量总价（万亿美元）人口（亿）人均（万美元）1俄罗斯12432.91.5740.71.4428.262伊朗22433.6--35.30.7547.073委内瑞拉4255.64.7934.90.29120.344沙特3808.2--330.27122.225美国508.52.3728.53.159.056加拿大2482.00.0620.20.3557.717伊拉克2143.6--180.3158.068卡塔尔3425.1--16.40.02820.009阿联酋1406.1--13.80.1138.0010中国253.11.1413.213.70.9611科威特1451.8--11.80.04295.009二、能源革命的缘由—化石能源危机主要能源消耗国对外依存度越来越高，经济负担沉重，而进口来源地和海上运输通道也潜在着巨大的风险，一旦发生变局，经济甚至国家安全势必遭受严重冲击。消耗增加成本高昂发达国家能源资源消费总量居高不下美国石油消耗量占全球消耗量的20%新兴市场国家对能源的需求迅速膨胀中国、印度等金砖国家经济增长大量进口人益增长的人口导致能源分配不足1960（30亿）、1999（60亿）、2011（70亿）以中国为例，2014年进口原油3.1亿吨，对外依存度达到60%，总值为1.4万亿人民币，预计2015年进口量将超越美国，成第一大原油进口国。奥巴马说：倘若十三亿中国人都过上美国人民那样的好日子，将会是世界的灾难，这从当前资源能源角度来说有一定道理。10二、能源革命的缘由—化石能源危机化石能源开采、加工破坏环境，更严重的使用过程中的排放，燃烧产生有害气体和温室气体，带来的主要后果是酸雨、温室效应、臭氧层破坏、固体颗粒物对大气的污染（固体颗粒物）等。未来环境治理成本高于当前发展收益，得不偿失。环境破坏污染严重酸雨温室效应臭氧层破坏固体颗粒物（雾霾）11三、能源革命的内容1992年5月，《联合国气候变化框架公约》通过；1997年12月，《京都议定书》签署；2015年12月，巴黎气候大会将要召开。全球聚集热点国际组织2014年4月，日本通过了新《能源基本计划》，推行节能和可再生能源；2014年11月，中国公布能源发展战略行动计划，推进能源生产和消费革命；2015年8月，美国《清洁电力计划》发布，增加了对可再生能源扶持力度；2015年9月，欧盟推出新版战略能源技术行动计划，加速低碳能源体系转型升级。主要国家12从生产到消费能源生产能源传输能源储存能源消费高效、清洁已经成为世界能源发展的方向，非化石能源在能源结构中的比重越来越大，世界能源将跨入化石能源、新能源并驾齐驱的新时代。三、能源革命的内容13四、能源生产新能源兴起在目前的化石能源消费结构中，石油和天然气作为主要的日常动力燃料，而煤炭作为主要的发电燃料。在未来的能源消费结构中，洁净电力（新能源发电）将成为能源体系中的关键一极，并逐步取代化石能源。14新能源类型1980年，联合国对新能源的定义：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源，主要有太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能和核能。优点资源丰富，具备可再生性，可永续利用不含碳或含碳量很少，对环境影响很小总体上分布广，有利于小规模分散利用不足能量密度低，开发利用需要较大空间间断式供应，波动性大，持续供能不利现开发利用成本较化石能源高（除水电外）四、能源生产15新能源类型太阳能风能有光热转换和光电转换两种方式；地球表面大量空气流动所产生的动能；生物质能唯一一种可再生的碳源;海洋能潮汐能、波浪引起的机械能和热能；地热能来自地球内部的熔岩的天然热能；核能从原子核释放的核裂变能和核聚变能；个人觉得在现有新能源中太阳能更有前景，独具普遍、巨大、安全三优势，虽然说也受限于夜晚、气候等，但至少阳光普照大地，亘古存在。风能、海洋能、地热能受限于区域，生物质能总量有限，核裂变能存在安全隐患，也能够成为有益的补充。在这里我重点介绍太阳能和核能。四、能源生产16太阳能就目前的技术而言，转换太阳能的方法有两种，一种是收集热能。最常见的就是太阳能水热技术和暖通技术，而太阳能光热发电也有望得到广泛利用；另一种是转换光能，利用光生伏特效应，将光能转化为电能，基本装置就是太阳能电池，这就是光伏发电。太阳能暧通及光热发电提起太阳能技术，大家一般以为就是光伏发电，其实这是以偏概全，光伏发电只是太阳能技术中的一种，因其产业化程度较高，知名度也广。太阳能热水器四、能源生产17太阳能光伏发电光伏发电技术，它大致分为晶硅电池技术和薄膜电池技术两大类。目前晶硅电池技术占据着绝对优势，全球90%的光伏电池是晶硅电池，且主要产自亚洲，也就是中国。而晶硅电池中70%是多晶硅。晶硅电池技术多晶硅16%单晶硅18%薄膜电池技术硅基薄膜12%铜铟镓硒薄膜13%碲化镉薄膜13%理论转换效率单晶硅转换效率最高，成本也最高；薄膜电池成本低，但转换效率有待提升，多晶硅均处于中游水平。近年来铜铟镓硒薄膜技术（CIGS）提升很快。产业化转换效率四、能源生产18晶硅技术原理晶硅技术是根据光生伏特效应原理（半导体在受到光照射时产生电动势），利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。大多数太阳能电池厂家都是通过扩散工艺，在P型硅片上形成N型区。P型多空穴，N型多自由电子，出现了浓度差，相互扩散，达到平衡后，形成了一个特殊的薄层产生电势差，这就是P-N结。太阳光照在半导体P-N结上，形成空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，相互扩散流动，接通电路后就形成电流。四、能源生产19晶硅光伏产业产业链包括硅料、硅锭、硅片、电池片、电池组件、应用系统6个环节。上游为硅料、硅片环节；中游为电池片、电池组件环节；下游为应用系统环节。江西赛维LDK太阳能高科技有限公司江苏中能硅业科技发展有限公司佳科太阳能硅（厦门）有限公司浙江昱辉阳光能源有限公司东方电气集团峨眉半导体材料有限公司江西加威实业有限公司洛阳中硅高科技有限公司江苏顺大半导体发展有限公司上海申和热磁电子有限公司天津中环半导体股份有限公司保利协鑫能源控股有限公司保定英利绿色能源控股有限公司浙江昱辉阳光能源有限公司台湾绿能科技股份有限公司江西旭阳雷迪高科技股份有限公司江西赛维LDK太阳能高科技有限公司江西晶科能源控股有限公司韩国NexolonCompanyLimited西安隆基硅材料股份有限公司常州天合光能有限公司无锡尚德电力控股有限公司保定英利绿色能源控股有限公司上海晶澳太阳能有限公司常州天合光能有限公司苏州阿特斯阳光电力科技有限公司韩国韩华新能源有限公司中电电气（南京）光伏有限公司东营光伏太阳能有限公司新奥光伏能源有限公司海润光伏科技股份有限公司常州天合光能有限公司保定英利绿色能源控股有限公司苏州阿特斯阳光电力科技有限公司江西晶科能源控股有限公司上海晶澳太阳能有限公司日本夏普太阳能公司浙江昱辉阳光能源有限公司美国FirstSolar公司韩国韩华新能源有限公司美国SUNPOWER公司日本京瓷株式会社硅料硅锭企业硅片企业电池片企业光伏组件企业四、能源生产20薄膜光伏原理以硅基薄膜为例，在衬底如玻璃上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积P型、I型、N型三层材料，接着再蒸镀金属电极铝(Al)，光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为Glass/TCO/PIN/Al，可以使用玻璃、塑料、陶瓷、石墨、金属片等材料当基板来制造。导电膜衬底PIN电极薄膜技术也是光生伏特效应原理，基于P-N结构，但运用了非晶硅材料。薄膜电池厚度不到1μm，降低了制造成本，而且具有可透光、可调整色彩、可采用柔性衬底、可弯曲、可粘贴安装、可弱光发电等独有特点，但是缺点也很突出，光电转化效率低，转化出等量的电能所需要的薄膜电池面积巨大，而且稳定性差，其能量转换效率随着辐照时间延长而变化，数百或数千小时候才能稳定。四、能源生产21中国光伏产业现状美国、日本、德国、中国等国通过政策扶持、财政投入带动民间资本投入，目前光伏产业已经较为成熟，也是新能源中发展最快的产业。就中国而言，短短的十二年时间，从无到第一，光伏电池产量占全球市场的60%，缔造了一个产业传奇。但是需要解决的问题也相当突出。高能耗高污染国内应用推广力度进度不够，依赖出口，消耗国家大量优惠政策和资金补贴，消耗国内资源能源，生产出来的绿色产品输出到国外,却将污染留在了国内。工业硅料的生产是产业链中高能耗、高污染的一环，中国多晶硅生产技术主要基于改良的西门子法，再加上环境保护意识弱，监管不力，环保问题突出。产业无序竞争缺乏全局的规划和引导，各地一哄而上竞相上马项目，盲目扩张，导致产业生产力明显过剩，从而陷入低价竞争的困境，议价能力低，抗风险能力低。国内应用不足四、能源生产22光伏破产潮2011年下半年起，由于产能过剩、国内市场推广不利、国外市场需求下降与贸易壁垒（双反）等多重因素叠加，用进入寒冬来形容光伏行业毫不为过。代表性的事件是2013年3月，无锡尚德宣布破产，2014年7月，超日太阳宣布破产，2015年11月，赛维LDK宣布破产。目前光伏行业仍面临着原材料、市场“两头在外”的局面，光伏电池及组件主要