新能源的开发与利用.docx

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新能源的开发与利用

新能源的开发与利用

【前言】：

能源是人类社会生存和开展的必需品，高速开展的经济使得能源危机和环境污染已经成为21世纪国际关键词。

如何缓解经济开展与能源及环境之间的矛盾，新能源给我们提供了一种新的选择，它将成为破解中国乃至世界难题的利剑，引领世界跨入强劲增长的新能源经济时代。

【关键词】：

能源开发利用技术进步

一、开发利用新能源的意义

不管是从经济社会走可持续开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20多亿无电人口和一些特殊用途解决现实的能源供给出发，开展新能源和可再生能源均具有重大战略意义。

1、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。

研究和实践说明，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，将会开展到占世界能源构成的（#-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。

2、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。

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，它主要是兴旺国家在其工业化过程中燃烧大量化石燃料产生的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局部。

而新能源和可再生能源是保护生态环境的清洁能源，采用新能源和可再生能源以逐渐减少和替代化石能源的使用，是保护生态环境、走经济社会可持续开展之路的重大措施。

3、新能源和可再生能源是世界不兴旺国家的20多亿无电人口和特殊用途解决供电问题的现实能源

有些领域，如海上航标、高山气象站、地震测报台、森林火警监视站、光缆通信中继站、微波通信中继站、边防哨所、输油输气管道阴极保护站等，在无常规电源等特殊条件下，其供电电源由新能源和可再生能源提供，不消耗燃料，无人值守，最为先进、平安、可靠和经济。

二、我国新能源研究开发活动的现状

1．新能源领域的研究开发（R&D）投入不断增加，但份额较低。

2001—2006年，财政科技预算中可再生能源的R&D支出从0．53亿元增加到3．25亿元2。

“十五〞期间，科技攻关方案、863方案、973方案和产业化方案等国家科技方案，共安排lo多亿元资金，支持太阳能光伏发电、并嘲发电、太阳能热水器、氢能和燃料电池等领域先进技术的研发和产业化。

但总体来看，我国的新能源技术开展水平与兴旺国家有较大的差距，资金投入力度甚至还不如一些开展中国家3。

如，为了开发纤维乙醇技术，2007—2021年，美国政府财政预算拨款2．7亿美元。

目前，我国能源行业R&D支出中，传统能源占大头。

根据2004-年的经济普查结果4，石油天然气行业的R&D占全部能源行业的41％，煤炭行业占35．4％，电力行业占22．8％，热力和燃气占0．5鬈，其他占0．3％。

2．新能源的R&D投入强度高于传统能源。

从总体来看，我国能源行业的R&D强度（R&D支出占销售收入的比例）低于工业企业的平均水平，新能源的R&D强度高于能源行业的平均水平，有些那么高于工业企业的平均水平。

以电力行业为例，2004．年经济普查结果说明，我国工业行业的平均R&D强度为0．5％，能源行业为0．22％，其他能源发电（包括太阳能，风能、生物质能等）行业、电池制造业和核电行业的R&D强度分别为0．58％、0．54％和0．35％，均高于电力行业和能源行业的平均水平；而火电和水电等传统能源行业的R&D强度仅为0．11％和0．08％，均低于能源行业和工业企业的平均水平。

3．新能源技术领域的R&D投入以政府为主。

由于大局部新能源的技术和市场不成熟，政府投入多，企业投入少，政府资金主要投向清洁能源技术和可再生能源等新能源领域，企业的R&D经费主要投向传统能源技术的试验开发。

新能源领域的政府科技方案工程比例远高-丁传统能源领域。

根据2004年统计数据，能源R&D工程中，中央政府和地方政府的科技项14仅占全部10．56％o而在其他能源发电领域，政府科技工程比例高达85．84％，国家科技工程占40．66％，地方政府科技工程占45．18％s。

4．新能源R&D支出中，根本研究优于技术开发和应用，试验示范环节相对薄弱。

由于新能源技术领域政府投入较多，大都投向大学和科研院所，但技术转移和应用薄弱。

如，2003—2007年，我国在三大检索系统中发表的有关氢燃料电池的论文占世界同类论文的8．7％，而专利数量仅占世界的2．2菇。

同期，我国太阳能晶体硅领域的三大检索系统论文数量占世界的11．08％，创造专利的数量仅占世界的0．88％6。

与国际上主要新能源利用国家相比，我国的新能源技术的根底研究大都居中等以上，大学和科研院所的实验室研究与国际水平接进，应用开发水平较不高，研究成果转化滞后。

中间试验薄弱，有些新设备没有经过严格的工程验证就大规模投入使用。

5．根据开展规模调整R&D支出构造。

“十五〞期间，政府的新型可再生能源R&D支出以太阳能和风能为主，太阳能和风能的平均R＆D份额为44．6％和40．6％，生物质能与海洋能源的平均份额仅8％。

随着风电技术趋于成熟，装机规模不断扩大，国产化程度提高，“十一五〞政府的可再生能源R&D支出构造进展了调整。

2006年，太阳能的份额增加到60％，生物质能和海洋能的份额提高到15％，风能的比例降至25鬈（见表1）

表1我国政府可再生能源R&D投入情况（2001-2006）（名）

年份总投入（亿元）太阳能风能生物质能与海洋能

20010．53433710

2002O．53433710

2003O．53433710

20042．1l47465

20052．1l47465

20063．25602515

资料来源：

根据李俊峰?

中国可再生能源政策框架?

（中国可再生能源协会，2007年1月）图表整理。

三、当代新能源技术

〔一〕核能

核能有核裂变能和核聚变能两种。

核裂变能是指重元素〔如铀、钍〕的原子核发生分裂反响时所释放的能量，通常叫原子能。

核聚变能是指轻元素〔如氘、氚〕的原子核发生聚合反响时所释放的能量。

核能产生的大量热能可以发电，也可以供热。

核能的最大优点是无大气污染，集中生产量大，可以替代煤炭、石油和天然气燃料。

1、核裂变技术，从1954年世界上第一座原子能电站建成以后，全世界已有20多个国家建成400多个核电站，发电量占全世界16%。

我国自己设计制造建成的第一座核电站是XX秦山核电站30万千瓦；引进技术建成的是XX大亚湾核电站180万千瓦。

核电站同常规火电站的区别是核反响堆代替锅炉，核反响堆按引起裂变的中子不同分为热中子反响堆和快中子反响堆。

由于热中子堆比拟容易控制，所以采用较多。

热中子堆按慢化剂、冷却剂和核燃料的不同，有轻水堆〔用轻水作慢化剂和冷却剂，浓缩铀为燃料，包括压水堆和沸水堆〕、重水堆〔重水慢化和冷却，天然铀为燃料〕、石墨气冷堆〔石墨慢化，二氧化碳或氦冷却，浓缩铀为燃料〕、石墨水冷堆〔石墨慢化，轻水冷却，浓缩轴为燃料〕，这些堆型各有优点，目前一般采用轻水堆较多。

快中子反响堆的优点可以充分利用天然铀资源，热中子堆只能利用天然铀中2%的左右的铀，而快中子增值堆可以利用60%以上，这种堆型还在进展商业规模示范试验。

2、核聚变技术，这是在极高温度下把两个以上轻原子核聚合，故叫热核反响。

由于聚变核燃料氘在海水中储量丰富，几乎人类可用之不尽。

所以世界各国极为重视。

可以说，世界人类永恒开展的能源保证是核聚变能。

〔二〕太阳能

1、太阳能热利用技术比拟成熟，有太阳能热水器、太阳能锅炉烧蒸汽发电、太阳能制冷、太阳能聚焦高温加工、太阳灶等，在工业和民用中应用较多。

2、太阳能光电转换技术，通过太阳能光电池把光能转换成电能〔直流电〕，主要是光电池制造技术，太阳能电池有单晶硅、多晶硅、非晶硅、硫化镉和砷化锌电池许多种。

这种发电技术利用最方便，但大功率发电本钱太高。

3、光化学转换技术，利用太阳能光化学电池把水电解别离产生氢气，氢气是很干净的燃料。

〔三〕生物质能

这是利用动植物有机废弃物〔如木材、柴草、粪便等〕的技术。

1、热化学转换技术，把木材等废料通过气化炉加热转换成煤气，或者通过干馏将生物质变成煤气、焦油和木炭。

2、生物化学转换技术，主要把粪便等生物质通过沼气池厌气发酵生成沼气，沼气的主要成分是甲烷。

沼气技术在我国农村得到较好应用，工业沼气技术也开场应用。

3、生物质压块成型技术，把烘干粉碎的生物质挤压成型，变成高密度的固体燃料。

〔四〕风能、地热能、潮汐能

风能是一种机械能，风力发电是常用技术，目前世界上最大风力发电机为3200千瓦，风机直径97.5，安装在美国夏威夷。

我国风力发电装机总共20万千瓦，最大风力发电机为120千瓦。

地热能技术。

地热能有蒸汽和热水两种。

地热蒸汽有较高压力和温度，可直接通过蒸汽轮机发电；地热热水最好是梯级利用，先将高温地热水用于高温用途，再将用过的中温地热水用于中温用途，然后再将用过的低热水再利用，最后用于养鱼、游泳池等。

潮汐能技术。

潮汐发电技术是低水头水力发电技术，容量小，造价高。

我国海岸线长达14000公里，有丰富潮汐能。

据估算，全国可开发利用潮汐发电装机容量为2800万千瓦，年发电700亿千瓦时。

〔五〕海洋能

1、海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。

这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。

　　2、海洋能具有可再生性。

海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。

　　3、海洋能有较稳定与不稳定能源之分。

较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。

不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。

属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。

人们根据潮汐潮流变化规律，编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报，预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。

潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。

既不稳定又无规律的是波浪能。

　　4、海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。

四、在新能源开发利用方面的问题及原因

〔一〕问题

我国开展新能源大局部从引进技术开场，逐步消化吸收，局部实现了自主化。

目前，我国的新能源门类较齐全，但与国际先进水平相比，技术及其应用存在较大差距。

这个差距不仅是技术上的，在组织实施和管理机制方面也存在问题。

1、新能源技术的研究开发缺乏长期规划和持续稳定的支持。

一方面，新能源技术的研究开发投入相对缺乏；另一方面，缺乏稳定的研究开发支持。

如，从20世纪50年代起，我国就开场进展煤制油技术的研究开发，经历了四上三下的过程。

直到21世纪初，仍然没有进展工程化试验。

而美国联邦政府对煤制油技术的研究开发和示范工程持续支持了30多年，至今还没有规模化和商业化开展。

2、研究开发与产业脱离，根底研究较多，转化能力较弱，应用滞后。

我国新能源技术的研究开发以政府投入为主，大局部国家科技方案工程由大学与科研院所承当。

由于大学和科研院所与企业别离，研究成果距离可应用的程度较远，加上缺乏技术转移机制，成果的产业化滞后。

如，从“九五〞时期开场，新能源汽车就成为国家863方案的重点，是科研经费预算最多的工程。

2005年立项的“863〞方案中与燃料电池和混合动力汽车相关的工程有60多项，总预算2．5亿元7。

但其产业化进程缓慢。

3、满足于设备制造国产化，缺乏技术储藏，不掌握核心技术。

如，在太阳能光伏电池和风能设备制造领域，通过引进技术消化吸收，我国已经根本实现了风能设备和太阳能光伏电池制造国产化，但因没有掌握核心技术，与国际先进水平相比，国产设备和装置的能源转化效率较低。

尽管目前我国的太阳能光伏电池及组建的加工规模居世界第三位，但不掌握硅材料的核心技术，加工光伏电池及其组件的设备主要靠进口。

由于国外控制硅材料的核心技术，引进硅材料生产线，单位产品耗能高；光伏电池的效率普遍与国际先进水平相差4‰又如，国内用户反映国产风电设备的稳定性差，可发电区间小等。

4、研究开发投入缺乏，生产工艺较落后。

在一些技术比拟成熟的领域，已经实现产业化和规模化开展，但研究开发根本停滞。

如，太阳能热水器技术成熟，但由于企业分散竞争，研究开发投入严重缺乏，技术进步较慢，能源利用效率有待进一步提高。

5、缺少自主创新能力，虽然研究开发投入和专利不少，但是大都是外围技术和非核心技术。

因此，我们往往只能制造一些配套设备，核心技术和关键设备还要依靠进口。

6、技术标准滞后，产业体系不健全。

如，（（可再生能源法?

确定了鼓励开展生物柴油，但因没有生物柴油标准，生物柴油不能进入销售主渠道；风能设备制造缺少标准和检测体系等。

〔二〕原因

存在上述问题的主要原因，一是国家的新能源战略甘标不明确，政策不稳定，一些研究工程上马又下马。

二是没有形成完整的研究开发与示范、推广相结合的体系。

由于资源分割，根底研究与成果转化脱节，研究开发与试验示范脱节，技术引进与消化吸收脱节，已有的研究成果和专利没能及时得到应用；由于缺少中试资金，有些新产品没有经过严格的试验考核就批量用于工程。

三是缺少共性技术联合研究与利益分享机制，导致一些具有共性的研究工程低水平分散重复，造成资源浪费。

五、解决上述问题的建议措施

开展清洁新能源是国家能源战略的重要组成局部，对缓解我国能源平安和环境压力具有积极意义。

尽管我国新能源技术开发和利用居发中国家前列，但远不能满足国内能源构造调整的需要。

因此，一方面，要加大新能源技术研究开发的投入；另一方面，要改良新能源技术的研究开发规划与组织实施管理，提高研究开发的效率。

一是加强长期规划，加大投入力度，应用开发与技术储藏相结合。

目前，大局部新能源还属于补充能源，尚不能大规模替代传统能源，开展新能源技术是_项长期任务。

新能源技术的开发利用要与国家的能源战略严密结合，做好长期规划。

一方面，对一些相对成熟、已经进入产业化的技术，重点进展降低本钱、提高效率等方面的研究开发；另一方面，对一些新兴技术进展探索性研究，增加技术储藏。

二是根据国内资源特点，突出重点，引进技术和自主开发相结合。

我国的可再生能源资源丰富，可再生能源技术开展多元化，重点放在有大规模产业化前景的技术上。

由丁新能源技术的研究开发投入火，周期长。

为提高效率，要采取引进技术和自主研发相结合的战略。

一方面，国外根本成熟的技术，可以通过引进技术消化吸收，根据我国的资源特点进展再改良，逐步掌握核心技术；另一方面，具有我国特色的可再生资源技术要坚持自主开发。

三是建立研究开发和示范一体化的管理体系，促进研究开发与产业化结合。

由于目前大局部新能源技术尚未成熟，本钱高于传统能源，其利用和产业化有一定的技术风险和市场风险，加上新能源的利用具有环境保护等社会效益，因此，开展新能源技术不能仅靠市场机制，政府应在新能源技术的研究开发、示范和推广的各个环节发挥作用。

借鉴日本的经历，要打破部门界限，建立产学研结合的研究开发、示范和推广体系；制定新能源技术的技术路线图，加强研究开发、示范和推广各环节的衔接，增加新技术的工程化试验和示范工程投入；以企业为新能源技术集成平台，以示范工程为纽带，促进产学研结合。

四是建立共性技术研究开发机制。

目前，许多新能源技术处于研究开发的初级，研究开发投入大，周期长，需要跨学科的联合攻关，一些根底性的研究成果属丁共性技术。

为了提高研究开发投入的效率，要建立共性和共享技术联合开发机制，以利益和知识产权分享机制为纽带，采取多种方式组织企业、科研机构联合研究开发共性技术。

五是提高政策的持续稳定性和透明度，鼓励企业增加新能源技术的研究开发投入。

由于新能源技术的开发利用需要政府政策的支持，增加政策稳定性和透明度有利于企业进展长期的研究开发投入。

通过鼓励使用新能源的需求政策，开拓新能源市场，减少企业投资风险。

六是加强国际合作。

开发利用新能源、节能减排是全世界面临的共同问题。

因此，要采取多种方式建立新能源技术开发的长期国际合作机制，通过合作开发和引进技术，加速新能源技术的利用和产业开展。

目前，一些兴旺国家在新能源技术领域走在前面，我们应以节能减排为目标，加强新能源技术方面的国际合作。

六、新能源的开展现状和趋势

局部可再生能源利用技术已经取得了长足的开展，并在世界各地形成了一定的规模。

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了应用。

国际能源署〔IEA〕对2000～2030年国际电力的需求进展了研究，研究说明，来自可再生能源的发电总量年平均增长速度将最快。

IEA的研究认为，在未来30年内非水利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，年增长速度近6%，在2000～2030年间其总发电量将增加5倍，到2030年，它将提供世界总电力的4.4%，其中生物质能将占其中的80%。

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本钱偏高有关，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本钱将大幅度下降，从而增加它的竞争力。

可再生能源利用的本钱与多种因素有关，因而本钱预测的结果具有一定的不确定性。

但这些预测结果说明了可再生能源利用技术本钱将呈不断下降的趋势。

中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开展的“十五〞规划，

并制定公布了?

中华人民XX国可再生能源法?

，重点开展太阳能光热利用、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，中国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。

新能源〔或称可再生能源更贴切〕主要有：

太阳能、风能、地热能、生物质能等。

生物质能在经过了几十年的探索后，国内外许多专家都表示这种能源方式不能大力开展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不安康开展；地热能的开发和空调的使用具有同样特性，如大规模开发必将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，必将引起再一次生态环境变化；而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的安康能源，他们必将成为今后替代能源主流。

太阳能发电具有布置简便以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开场追赶传统风力发电，在德国甚至接近全国发电总量的5%-8%，随之而来的问题令我们意想不到，太阳能发电的时间局限性导致了对电网的冲击，如何解决这一问题成为能源界的一大困惑。

　风力发电在19世纪末就开场登上历史的舞台，在一百多年的开展中，一直是新能源领域的独孤求败，由于它造价相对低廉，成了各个国家争相开展的新能源首选，然而，随着大型风电场的不断增多，占用的土地也日益扩大，产生的社会矛盾日益突出，如何解决这一难题，成了我们又一困惑。

　早在2001年，MUCE就为了开拓稳定的海岛通信电源而开展一项研究，经过六年多研究和实践，终于将一种成熟的新型应用方式MUCE风光互补系统向社会推广，这种系统采用了中国自主研制的新型垂直轴风力发电机〔H型〕和太阳能发电进展10：

3地结合，形成了相对稳定的电力输出。

在建筑上、野外、通信基站、路灯、海岛均进展了实际应用，获得了大量可靠的使用数据。

这一系统的研究成果将为中国乃至世界的新能源开展带来了新的动力。

　新型垂直轴风力发电机〔H型〕突破了传统的水平轴风力发电机启动风速高、噪音大、抗风能力差、受风向影响等缺点，采取了完全不同的设计理论，采用了新型构造和材料，到达微风启动、无噪音、抗12级以上台风、不受风向影响等性能，可大量用于别墅、多层及高层建筑、路灯等中小型应用场合。

以它为主建立的风光互补发电系统，具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点，也解决了太阳能开展中对电网冲击等影响。

【总结】：

尽管新能源开展如火如荼，但新能源开展也是一柄双刃剑。

既要加快开展，又不能操之过急，更要注意防止各方面的风险。

特别是目前一些技术不过关、投入过高的问题要引起重视，并加以研究解决。

需要加强新能源技术研发和储藏，逐步开展，层层推进。

同时，在加快新能源开展的同时，要坚持开展与环保相统一的原那么，坚持把综合效益放在首位，防止新能源带来新污染。

只有在今后的开展中不断开发利用新能源，才能让我们的环境更加美好。

【参考文献】：

〔1〕高昌林等：

“我国能源产业研究开发活动的根本状况研究〞，科技部中国科技促进开展研究中心调研报告，2006年第67期。

〔2〕科学技术部办公厅和国务院开展研究中心国际技术经济研究所编写，〔2007世界前沿技术开展报告〕，中国科学。

〔3〕IEA。

RenewableEnergy：

RDM）Priorities，2006。

〔4〕开发利用新能源和可再生能源的重大意义，王长贵。

〔5〕XX百科

〔6〕SOSO问问