各種新能源的實(shí)際應(yīng)用

【專家解說】：新能源(new energy sources)是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式。它的各種形式大都是直接或者間接地來自于太陽或地球內(nèi)部深處所產(chǎn)生的熱能(潮汐能例外)。包括了太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、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。 一、定義與分類 新能源是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式。它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)崮堋⑺芎秃Ｑ竽芤约坝煽稍偕茉囱苌鰜淼纳锶剂虾蜌渌a(chǎn)生的能量。 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?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)崮堋⒑Ｑ竽芤约昂四?、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，過去一直被是做垃圾的工業(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)崮堋錃獾取? 二、常見新能源形式概述 (具體內(nèi)容詳見各能源形式所對(duì)應(yīng)的詞條) 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2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。 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=mc^2;，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 和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。我國在浙江省建造了江廈潮汐電站，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。 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 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%。 地?zé)崮? 地球內(nèi)部熱源可來自重力分異、潮汐磨擦、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)的理想能源。氫能可以作飛機(jī)、汽車的燃料，可以用作推動(dòng)火箭動(dòng)力。 三、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)2000~2030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2000~2030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、生物質(zhì)能、風(fēng)能等據(jù)IEA的預(yù)測研究，在未來30年可再生能源發(fā)電的成本將大幅度下降，從而增加它的競爭力?？稍偕茉蠢玫某杀九c多種因素有關(guān)，因而成本預(yù)測的結(jié)果具有一定的不確定性。但這些預(yù)測結(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。 四、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的競爭。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，可再生能源與化石能源相比最直接的好處就是其環(huán)境污染少。 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(或稱可再生能源更貼切)主要有:太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⑸镔|(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)國家爭相發(fā)展的新能源首選，然而，隨著大型風(fēng)電場的不斷增多，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。