各種新能源的實際應用

【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、風能、生物質能、地熱能、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(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、風能、生物質能、地熱能、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(chǎn)生的能量。 聯(lián)合國開發(fā)計劃署(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、風能、現(xiàn)代生物質能、地熱能、海洋能;穿透生物質能。 一般地說，常規(guī)能源是指技術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、風能、現(xiàn)代生物質能、地熱能、海洋能以及核能、氫能等作為新能源。隨著技術的進步和可持續(xù)發(fā)展觀念的樹立，過去一直被是做垃圾的工業(yè)與生活有機廢棄物被重新認識，作為一種能源資源化利用的物質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的一種形式。 新近才被人類開發(fā)利用、有待于進一步研究發(fā)展的能量資源稱為新能源，相對于常規(guī)能源而言，在不同的歷史時期和科技水平情況下，新能源有不同的內(nèi)容。當今社會，新能源通常指核能、太陽能、風能、地熱能、氫氣等。 二、常見新能源形式概述 (具體內(nèi)容詳見各能源形式所對應的詞條) 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換、光電轉換以及光化學轉換三種主要方式 廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等由太陽能導致或轉化成的能量形式。 利用太陽能的方法主要有:太陽電能池，通過光電轉換把太陽光中包含的能量轉化為電能;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產(chǎn)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。由于沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導致任何損耗。簡單的光伏電池可為手表及計算機提供能源，較復雜的光伏系統(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，天臺及建筑物表面均會使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設施通常被稱為附設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，并運用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了運用適當?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。 核能 核能是通過轉化其質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 由兩個或兩個以上氫原子核(如氫的同位素-氘和氚)結合成一個較重的原子核，同時發(fā)生質量虧損釋放出巨大能量的反應叫做核聚變反應，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，其最終處理技術尚未完全解決 (3)反應堆的安全問題尚需不斷監(jiān)控及改進 (4)核不擴散要求的約束，即核電站反應堆中生成的钚-239受控制 (5)核電建設投資費用仍然比常規(guī)能源發(fā)電高，投資風險較大 海洋能 海洋能指蘊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，是一項亟待開發(fā)利用的具有戰(zhàn)略意義的新能源。 波浪發(fā)電，據(jù)科學家推算，地球上波浪蘊藏的電能高達90萬億度。目前，海上導航浮標和燈塔已經(jīng)用上了波浪發(fā)電機發(fā)出的電來照明。大型波浪發(fā)電機組也已問世。我國在也對波浪發(fā)電進行研究和試驗，并制成了供航標燈使用的發(fā)電裝置。 潮汐發(fā)電，據(jù)世界動力會議估計，到2020年，全世界潮汐發(fā)電量將達到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，總容量達到3000千瓦。 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10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，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。 1977年，聯(lián)邦德國在著名的風谷--石勒蘇益格-荷爾斯泰因州的布隆坡特爾建造了一個世界上最大的發(fā)電風車。該風車高150米，每個漿葉長40米，重18噸，用玻璃鋼制成。到1994年，全世界的風力發(fā)電機裝機容量已達到300萬千瓦左右，每年發(fā)電約50億千瓦時。 生物質能 生物質能來源于生物質，也是太陽能以化學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。生物質能是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉化成常規(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)生的物質有1730億噸，其中蘊含的能量相當于全世界能源消耗總量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。 地熱能 地球內(nèi)部熱源可來自重力分異、潮汐磨擦、化學反應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。我國地熱資源豐富，分布廣泛，已有5500處地熱點，地熱田45個，地熱資源總量約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、應用面廣等獨特優(yōu)點脫穎而出，將成為21世紀的理想能源。氫能可以作飛機、汽車的燃料，可以用作推動火箭動力。 三、新能源的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 部分可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，生物質能、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。 國際能源署(IEA)對2000~2030年國際電力的需求進行了研究，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，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、生物質能、風能等據(jù)IEA的預測研究，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，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。 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》，重點發(fā)展太陽能光熱利用、風力發(fā)電、生物質能高效利用和地熱能的利用。近年來在國家的大力扶持下，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經(jīng)取得了很大的進展。 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格局，自1993年起我國成為石油凈進口國，且石油進口量逐年增加，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)量的相對不足，未來我國能源供給對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的動蕩而波動。今后國際石油市場的不穩(wěn)定以及油價波動都將嚴重影響我國的石油供給，對經(jīng)濟社會造成很大的沖擊。大力發(fā)展可再生能源可相對減少我國能源需求中化石能源的比例和對進口能源的以來程度，提高我國能源、經(jīng)濟安全。 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際中去應用?新能源的發(fā)展究竟會是怎樣的格局?這些問題將是我們在今后很長時間里需要探索的。 新能源(或稱可再生能源更貼切)主要有:太陽能、風能、地熱能、生物質能等。生物質能在經(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，它不但會搶奪人類賴以生存的土地資源，更將會導致社會不健康發(fā)展;地熱能的開發(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;而風能和太陽能對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%，隨之而來的問題令我們意想不到，太陽能發(fā)電的時間局限性導致了對電網(wǎng)的沖擊，如何解決這一問題成為能源界的一大困惑。 風力發(fā)電在19世紀末就開始登上歷史的舞臺，在一百多年的發(fā)展中，一直是新能源領域的獨孤求敗，由于它造價相對低廉，成了各個國家爭相發(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(chǎn)生的社會矛盾日益突出，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研究，經(jīng)過六年多研究和實踐，終于將一種成熟的新型應用方式MUCE風光互補系統(tǒng)向社會推廣，這種系統(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地結合，形成了相對穩(wěn)定的電力輸出。在建筑上、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)展帶來了新的動力。 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，達到微風啟動、無噪音、抗12級以上臺風、不受風向影響等性能，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。