新能源开发利用

新能源开发利用摘要在低碳经济时代，开发新能源不仅有利于保护生态环境，优化能源消费结构，而且也是拉动内需，增加就业机会，促进社会可持续发展的战略选择。中国新能源资源丰富，发展新能源对中国具有重要的战略意义。中国在新能源发展方面取得了长足的进步，但同时也存在着很多问题等待解决。关键词新能源开发利用0引言能源是人类活动的物质基础，是经济发展的核心动力，尤其是在国际化的经济舞台上，能源是一国核心竞争力的重要组成部分和经济社会可持续发展的必要条件。人类社会进入21世纪之后，随着经济稳步快速发展，能源耗费晕现空前增长态势，大量不可再生资源已开采殆尽，资源瓶颈制约日益突出。目前，世界大部分罔家能源供应不足，难以满足经济发展需要。根据国际能源局(IEA)在2005年“哈特(Han)世界炼油和燃料会议”上的预测，2030年，世界各国对能源的需求量将增长60％。随着化石能源尤其是石油供应的日趋紧张,以及由化石能源使用所带来的环境与全球气候变暖问题日益严峻,人类迫切需要改变传统的能源消费模式和消费结构。在全球金融危机还远未结束的背景下,以及发展低碳经济越来越成为全球各国共识的形势下,开发利用种类繁多、资源丰富、环境友好、渗透性高的新能源既是培育新的经济增长点、提振低迷经济之路,也是提升经济发展质量、提高人们生活水平之需的最优选择。1新能源概述新能源一般是指除煤炭、石油、天然气等传统能源以外、直接或间接地来自太阳或地球内部所产生热能的各种能源形式。相对传统能源而言,新能源一般具有以下特征:第一,尚未大规模作为能源开发利用,有的甚至还处于初期研发阶段;第二,资源赋存条件和物化特征与常规能源有明显区别;第三,开发利用技术复杂,成本较高;第四,清洁环保,可实现二氧化碳等污染物零排放或低排放;第五,资源量大、分布广泛,且大多具有能量密度低的缺点。按照上述特征,可以把新能源范围确定为以下9个品种:太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能、天然气水合物、核能、核聚变能。其中,生物质能分为传统生物质能和现代生物质能,传统生物质能属于非商品能源,利用方式主要为柴草、秸秆等免费生物质的直接燃烧,用于烹饪和供热;现代生物质能包括生物质发电、沼气、生物燃料等,是生物质原料加工转换产品。新能源中的生物质能仅指现代生物质能。传统生物质能与水电可合称为传统可再生能源,太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能则合称为新型可再生能源,是新能源的主要组成部分。新能源与传统能源相比具有突出的优势，主要表现在以下两个方面：（1）地域分布均衡、资源蕴藏量大开发潜力无限相较于传统的石化能源，新能源的分布比较均衡，且含量巨大。以太阳能为例，太阳所辐射的能量经过八分钟到达地球之后仍存有原始能量的约20万亿分之一，我们可将地球上石油、天然气、铀矿以及煤的储量折合为太阳到达地球的能量进行对比分析，石油等效为三天，天然气为一天，铀矿大约为一个星期，煤大约为一个月。由此可见，太阳能作为新能源的成员之一，其开发潜力是无限的。（2）清洁、环保、可再生传统能源如煤、石油等化石能源在利用过程中会释放大量温室气体和有害物质，给环境造成伤害，而绝大部分新能源在生产和使用过程中不会产生和排放有害物质，属于环境友好型能源。此外，其中的可再生能源如太阳能、生物能、风能等可重复使用，不受能源短缺的影响，尤其适用于传统能源短缺的国家，如日本、德国等发达国家。2新能源技术发展现状自20世纪后期以来,新能源技术得到快速发展,生产成本也随之降低,部分新能源率先进入产业化阶段。美国、日本、欧洲非常重视新能源技术的研发,水平处于全球领先地位,产业化和市场化水平也领先于世界。近年来,我国明显加大了新能源技术研发力度,在太阳能热水器、户用沼气等个别领域已经处于世界先进水平。2001年11月,《京都议定书》中引入的灵活履约机制－清洁发展机制(CDM)正式启动,该机制为发展中国家开发和引进新能源所需要的资金和技术提供了绝佳机会,我国成为清洁发展机制的最大受益国之一。按照技术水平成熟度和技术转化情况,新能源的发展可分为研发、示范、推广和产业化4个阶段。核电、太阳能热水器、沼气等技术已经成熟,进入产业化成熟阶段;太阳能光伏发电、风电、生物质发电、地热发电、生物燃料等技术基本成熟,已经进入产业化初期或中期阶段;地源热泵、大中型沼气池需要靠规模化来降低成本,处于推广阶段;太阳能热发电、潮汐发电、氢能的制备和储存、燃料电池在技术上已经成功,但需要做进一步的提升,目前还处于示范阶段;纤维素乙醇、天然气水合物勘探和开采、受控核聚变等技术尚未成熟,还处于研发阶段。目前,商业化晶体硅电池的转换效率不到20%,太阳能光伏发电技术需要进一步克服光电转换效率低和电池材料成本高等问题。在太阳能热利用技术方面,除了已经成熟的太阳能热水器和太阳能温室技术外,太阳能热发电技术还需要进一步降低发电成本,美国在此领域走在世界前列。欧洲和美国的大型并网风电技术在世界领先。目前,单机功率最大的风电机组为7000kW,正在研制中的风电机组最大功率为10000kW。未来的风电技术将在叶片材料、风速调节、齿轮箱、发电机等关键环节上做进一步提高,以提高适应风速变化的能力、延长设备寿命及降低发电成本。生物质能开发技术主要包括燃料乙醇技术、生物柴油技术、生物质发电技术和沼气技术,美国和巴西在燃料乙醇技术方面领先,欧洲则在生物柴油和沼气技术方面具有优势。生物质能技术的未来发展方向是纤维素乙醇技术,该技术以农林废弃物中所含的纤维素和木质素为原料,不消耗粮食或糖类。如果纤维素乙醇的生产成本降至可接受水平,可在很大程度上缓解人类的粮食供应和环境保护压力,这将是生物质能技术发展史上最具意义的重大突破。地热的开发主要包括直接利用和地热发电两个方面。地源热泵技术属于地热直接利用技术,可充分利用无处不在的低温地热资源,目前技术已基本成熟。采用梯级开发和综合利用的办法可提高地热利用率,如热电联产联供,热电冷三联产,先供暖后养殖等。海洋能发电包括潮汐发电、波浪发电、海流发电、温差发电、盐差发电,目前只有潮汐发电技术相对比较成熟,其他发电技术还处于示范或研发阶段。潮汐发电技术与传统水力发电技术在原理上一样,不过由于潮汐能的品质较差加之海水腐蚀等问题,投资和发电成本难以在短时间内下降。制备氢的原料包括化石燃料、水和生物质,以天然气制氢的成本最低。水是无处不在的氢矿,以水制氢是未来的发展方向,主要方法有电解法、热解法、光解法、热化学法等,技术上已可以实现,但因耗电量巨大而导致成本高昂。氢能普及的另一个重大障碍是氢的安全高效储运技术,目前仍处于发展之中,主要有加压气态储氢、液化储存、金属氢化物储存、非金属氢化物储存、碳材料储氢等。绝大多数天然气水合物资源分布在海底,开采技术分为热解法、降压法、化学试剂法等。由于天然气水合物的开采可能会诱发地质灾害及引起生态和环境问题,勘探和开采技术需要充分考虑多方面因素,预计商业化开采还需要较长时间。核电技术是最成熟的新能源技术之一,目前已经运行的商业核反应堆基本上都采用第二代核电技术。国外在建的核反应堆大多采用来自于由美国和欧洲研发的第三代核电技术。第四代核电技术在安全性、经济性、核燃料利用率、防扩散性等方面有了进一步提高,目前技术正在完善之中。2006年11月,中国、美国、欧盟、俄罗斯、韩国、日本和印度等7方启动了国际热核聚变实验反应堆(ITER)科研项目,该项目共投资100亿欧元,主要目的是集中各方的财力和技术,联合研发受控核聚变发电技术。如果进展顺利,2035年左右将建成示范堆,2055年前后将有可能实现商业化发电。2007年,全球一次能源供应总量为120.29亿toe,其中,包括传统生物质能和水电在内的可再生能源为14.92亿toe,占总量的12.4%。核能为7.1亿toe,约占5.9%。目前全球核电装机容量已达3.73亿kW,年发电量2.6万亿kWh。生物质能是利用量最大的可再生能源,相当于全部可再生能源的四分之三,占全球一次能源供应量的比例为9.6%。生物质能绝大部分为传统生物质能,约占全部生物质能的80%,而现代生物质能仅占20%。水电是第二大可再生能源,占全部可再生能源的17.7%,在全球一次能源供应量中的比例为2.2%。新型可再生能源的开发利用程度很低,在全球一次能源供应量中的比重仅为2.4%左右,占全部可再生能源的比例也仅为19%左右,意味着新型可再生能源发展潜力巨大。2007年,全球新型可再生能源发电装机量达1.65亿kW,相当于全球电力装机总容量的3.7%。德国、美国、西班牙、日本等发达国家的可再生能源产业化水平已达到较高程度,其市场规模和装备制造水平跟其他国家相比具有明显优势。3中国创新能源开发利用的必要性（1）传统能源开发利用模式的负环境效应在我国，煤炭燃烧产生的废气是空气污染的主要来源。目前全国烟尘排放量的70%，SO2排放量的90%，氮氧化物的67%，CO2的70%来自煤炭使用过程。这是由中国能源的国庆决定的，中国已经基本形成“以煤为主，多元发展”的能源生产和消费结构，煤炭在能源资源储量个消费中占据了重要地位。2007年，中国CO2排放量占全球总排放量的13.5%，居世界第二位。（2）中国能源开发利用中的经验教训世界各国能源效率都经历从高增长向低增长的转变过程。中国自20世纪90年代中后期进入工业化中期阶段，目前正处于重化工业加速发展时期，到2020年，中国将一直处于这个特殊的发展阶段，进入低速增长阶段。国际经验表明，世界各国对经济利益的追逐加大了能源的消耗，能源与环境危机逐渐成为经济发展的瓶颈。鉴于20世纪以来主要发达国家发生的一系列重化工严重污染环境事件，使低碳经济，新能源，低碳技术逐步成为世界各国应对气候变化的“同义语”。虽然中国的能源资源总量比较丰富，但人均能源资源拥有量却处于世界较低水平。中国正处于快速发展时期，煤炭在能源资源储量和产量中的比重，决定了其仍将在相当长的时期内占据能源供给的主要地位，然而，日益严格的环境保护约束也决定了中国煤炭产量不可能像过去那样告诉高速增长，节能减排，保护环境已经成为中国的基本国策和社会共识。（3）中国创新能源开发利用模式的必要性长期以来，我国能源利用以煤炭为主，煤炭资源日趋枯竭，经济发展过度依赖化石能源必然影响能源安全。煤炭开发利用带来了环境压力，以煤为主的传统能源利用模式是温室气体的主要来源。在中国工业化进程中，能源始终是制约中国经济持续增长的瓶颈，节能减排逐渐成为宏观调控中能源开发利用的核心概念。改革开放30多年以来，随着能源市场化改革不断推进，能源工业进一步对外开放和国家对能源投入的增加，能源对经济社会发挥发展的制约得到很大缓解。然而，21世纪以来，能源供求形势发生新的变化，工业化和城市化的快速推进，引致高能耗行业的过快发展，能源消耗呈现高增长态势，在加速消耗常规化石能源储量的同时，对生态环境产生严重破坏。面对这种形势，中国应着眼于能源发展战略与生态文明建设，大力推进节能减排。4中国创新能源开发利用取得的成效经过几十年的发展，特别是进入新世纪以来，我国新能源的开发和利用取得了长足的发展。整体上，我国新能源开发已经步入了快速发展期，从技术、装备到产业化都已有了相当的积累，为今后的大规模应用打下了良好的基础。中国风电产业，近年来发展迅速。风力发电装机容量连续4年翻番。2008年，中国风电新增装机超过600万kW，总装机容量达到1217万kW，位居世界第四。其中，新增装机容量位居世界第二。目前，中国已涌现金风科技、华锐风电、南高齿等一批整机和零部件骨干企业，总生产能力已接近1000万kW。甘肃河西走廊、苏北沿海和内蒙古三个1000万kW级的大风场正在重点建设之中。此外，海上风电场建设已成功迈出了第一步，上海东海等近海示范风电场建设工作正在积极推进中。中国太阳能的开发利用也得到速发展。在太阳能热水器方面，2008年我国太阳能热器年产能约为3000万m²，使用量已达到1．2万m²，占世界的60％，使用太阳能热水器已覆盖6000多万个家庭，有1.9亿人使用，并以每年20％~30％的速度递增。无