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绿色化工论文

本科生课程论文

（2013-2014学年第二学期）

清洁能源技术综述

学生：

吴伟泽

提交日期：

2014年06月08日学生签名：

学号

201242801102

学院

能源与化工系

课程编号

28510420

课程名称

绿色化工与清洁生产

学位类别

学士

任课教师

杨国军博士

教师评语：

成绩评定：

分任课教师签名：

年月日

清洁能源技术综述

吴伟泽

摘要：

本文综述了目前清洁能源技术有哪些，主要工艺技术和方法，目前存在的问题，现在研究重点探讨及前景探讨。

关键词：

清洁能源；工艺技术；可持续发展；前景

由于人类不合理地开发环境以及不合理地利用资源等等行为，导致了如今的很多一些环境污染，资源不足等问题的出现。

已经明显地影响到了人类的可持续发展。

为维护人类的可持续发展，我们需要做出方方面面的努力。

广义的清洁能源包括在能源的生产、及其消费过程中，选用对生态环境低污染或无污染的能源。

既而，清洁能源技术是指在可再生能源及新能源、煤的清洁高效利用等领域开发的有效控制温室气体排放的新技术。

可见清洁能源对于人类可持续发展有着十分的重要性。

所以本文拟对以下几种研究和应用较多，发展前景广阔的清洁能源技术作了综述。

（1）生物质能技术

生物质指任何形式（除化石燃料及其衍生物）的有机物质,包括农林作物及其残体、水生植物、人畜粪便（动物残体）、城市生活和工业有机废弃物等。

生物质能指利用具有能源价值的植物和有机废弃物等生物质作为原料生产出各种形式的能源。

生物质能已成为能源和环境领域研究的新热点,研究方向可以概括为4点:

（1）生物质能开发利用潜力

（2）生物质能利用对生态环境影响;（3）生物质能开发利用技术研究;（4）生物质能开发利用可行性分析及其发展前景。

目前,国内外已有的生物质能利用技术归纳起来有五种,即直接燃烧技术、热化学转换技术、生物转换技术、液化技术和有机垃圾处理技术。

秸秆生物质能利用技术成熟、综合效益高的方式主要有沼气技术、气化技术、气化发电和秸秆成型等;木质生物质能利用技术,目前主要围绕气化、液化和炭化进行;对于人畜粪便、城镇废水、工业和生活有机垃圾则通过以厌氧发酵为核心技术的沼气工程来制备能源。

中国生物质能利用技术发展方向,一是沼气利用技术,二是生物质热转化技术;发达国家生物质能利用技术主要定位于把生物质转化为电力和运输或燃烧燃料。

生物质能开发必须克服两个关键障碍。

一是降低生物质能的成本,只有生物质能产品的价格低于市场同类型的化石能源价格,它才会被消费者接受;其次,利用生物质能,特别是在发展能源作物,不能对生态环境产生不利影响,不能对粮食安全构成威胁。

就如何扩大生物质能在中国的开发和利用,有大量的研究分析,概括起来主要是技术、资金保证、产业形式和政策扶持等方面化石能源在逐渐稀缺过程中,它的机会成本将越来越高,同时伴随环境成本逐步内部化趋势,化石能源的市场价格会逐渐上升;依靠科技进步,生物质能开发成本会逐渐降低。

有研究显示到2050年发达国家生物质发电和液体燃料比常规能源具有更强竞争力;在中国,2020～2050年生物质能利用技术已经成熟和完善,生物质能具备与化石能竞争的条件,各地建成许多中小型生物质发电系统,形成分散的能源体系。

可以预见不久的将来生物质能将大展宏图。

（2）太阳能技术

太阳能的利用目前还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。

太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。

人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源总量相当于人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。

太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。

地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

太阳能已成为能源和环境领域研究的新热点,最新研究方向大致分为几点：

1，利用光化作用产生新能源的研究。

2，光伏发电研究。

3,光热利用等等

而且太阳能开发还存在以下一些需要攻克的问题：

（1）分散性：

到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。

因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。

（2）不稳定性：

由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。

为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。

（3）效率低和成本高：

太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。

但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。

在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。

太阳能利用技术在基础研究、材料研究及应用研究方面取得了显著进展，太阳能的有效利用将会对克服能源短缺、全球气候变暖等问题产生重大作用。

随着其他技术的进一步发展，未来太阳能利用技术将会有更广阔的发展前景。

（3）地热能技术

地球外凉内热，越往里面温度越高。

我们把蕴藏在地球内部的热能称为地热能。

目前，绝大多数的地热发电项目是通过钻井抽取地下的地热流体作为高温热源进行发电，经过发电后的地热流体再灌回地下．一般，从井口流出的地热流体存在3种状态：

干蒸汽、以蒸汽为主或者以水为主的汽水混合物以及热水．根据地热流体的性质，有4种热力系统可供选择：

干蒸汽热力系统、一次闪蒸蒸汽热力系统、二次闪蒸蒸汽热力系统和双工质热力系统。

近10多年来，我国地热发电装机容量保持不变，地热发电停滞不前。

主要有以下几个方面问题：

·高温地热资源不多；

·高温地热资源幽自眵怖的局限性，

·高温地热资源勘探的风险性；

·国家对地热的前期开发投入不足，缺乏政策激励措施。

地热资源开发综合利用率低相对于国际上的地热综合利用率70％的指标，我国还存在较大差距，因此也迫切需要开发适用的技术来更有效地利用这部分中低温地热资源。

地热资源的过度开采很多度假村的开发商都错误地认为地热是一种可再生的资源，因此出现了地热资源的盲目开发，导致地热井的出水能力下降，温度下降。

地热资源的回灌问题我国的地热资源开发规模大，利用后的地热水多数直接排放，很多地热区没有回灌，使得地热水位逐年下降，地热井的寿命大大缩短。

此外，地热尾水的排放对环境也造成了较大的污染。

市场应用前景地热利用技术的应用应坚持。

因地制宜”的特色。

不同的地热资源特性，决定了不同的使用技术。

对于西藏、云南、四川等已知高温资源，应该优先考虑地热发电，而对于分布较广的中低温地热资源，因地制宜地开发中低温地热发电技术，大力发展地热直接热利用技术。

我国地源辽阔，包括多个气候区，因此气候因素也决定了地热利用技术的不同，北方地区气候寒冷，应大力推广地热采暖和供热，开发相关技术可以大大节省集中采暖的费用。

南方地区，气候炎热潮湿，利用地热技术可用于夏季制冷空调和制备洗浴热水满足日常生活需求。

而对于农产品丰富的地区，可以利用地热水干燥农产品，获得良好的经济效益。

相对于传统地热资源，地表浅层地热资源不受地域的限制，因此开发地源热泵技术具有更为广阔的前景。

对于北方地区和江准地区，由于两季较为分明，应大力推广地源热泵采暖、空调、热水联供技术，而对于南方地区，重点开发地源热泵冷热联供系统，选择具备条件的中低层建筑和别墅，大力进行推广应用。

（4）核能发电技术

从20世纪40年代原子弹的出现开始，核能就逐渐被人们所掌握，准确地说，原子能应该是化学能比如燃烧煤石油或天然气所获取的就是原子能，因为这种能量是可燃物质通过燃烧这一化学反应所释放的能量化学反应过程仅仅是使一种或几种物质的分子结构在反应中变成了另外一种或几种物质的分子结构，即由一种或几种物质变成了另外一种或几种新的物质，并未涉及到原子的变化而核能则是原子核通过核反应，改变了原有的核结构，由一种原子核变成了另外一种新的原子核，即由一种元素变成另外一种元素或者同位素，由此所释放出的能量。

而核能发电有两个途径，一个是核裂变能发电，这个是目前主要的一个方式。

二个是核聚变能发电。

目前用于发电的核能主要是核裂变能

核裂变能发电过程与火力发电过程相似，只是核裂变能发电所需的热能不是来自锅炉中化石类燃料的燃烧过程，而是来自置于核反应堆中的核物质在核反应中由重核分裂成两个或两个以上较轻的核所释放出的能量。

实现大规模可控核裂变链式反应的装置称为核反应堆。

根据核反应堆型式的不同，核裂变能电站可分为轻水堆型重水堆型及石墨冷气堆型等轻水堆型采用的是轻水，即普通的水（H2O）作为慢化剂和冷却剂重水堆型则采用重水（D2O）。

作为中子慢化剂，重水或轻水作冷却剂。

重水堆的特点是可采用天然铀作为燃料，不需浓缩，燃料循环简单，但建造成本比轻水堆要高石墨气冷堆型采用石墨作为中子慢化剂，用气体作冷却剂。

由于气冷堆的冷却温度可以较高，因而提高了热力循环的热效率。

还有正在研究中的快堆，即快中子增殖堆这种反应堆的最大特点是不用慢化剂，主要使用快中子引发核裂变反应，因此堆芯体积小功率大。

由于快中子引发核裂变时新生成的中子数较多，可用于核燃料的转化和增殖。

特别是采用氦冷却的快堆，其增殖比更大，是第四代核技术发展的重点堆型，也是我国未来核能系统首选堆型之一目前世界上的核电站大多数采用轻水堆型。

轻水堆又有压水堆和沸水堆之分。

据统计，目前已建的核电站中，轻水堆大约占88%，其中轻水压水堆占65%以上，轻水沸水堆仅占23%左右。

目前迟滞核电发展的因素主要有2个,一是核安全,二是核废料的处理。

预计随着技术的发展,这些间题都会得到圆满的解决。

核电在2020年左右会迎来一个发展的高峰。

核聚变反应堆现在正进行国际合作,预测在2025年可建成示范性聚变堆,真正的商业化将在2040年后实现。

50年后,人类将真正进入没有任何核污染、燃料来源难以穷尽的核文明时代。

（5）海洋能技术

地球有71％的表面属于海洋。

而海洋里面也蕴藏着大量的可利用的能源。

比如潮汐能、波浪能、海水温差能、海水渗透能，潮流能，海流能等。

近年来人们开发了近岸潮汐能技术一潮汐栅栏和潮汐涡轮技术。

目前世界上的波浪能利用技术大致划分为:

振荡水柱技术、摆式技术、筏式技术、收缩波道技术、点吸收（振荡浮子）技术、鸭式技术、波流转子技术、虎鲸技术、波整流技术、波浪旋流技术等。

海洋温差能利用的基本原理是利用海洋表面的温海水（26e~28e）加热某些工质并使之汽化,驱动汽轮机获取动力;同时,利用从海底提取的冷海水（4e~6e）将做功后的乏气冷凝,使之重新变为液体。

按照工质及流程的不同可分为开式循环、闭式循环、混合式循环。

3种循环方式各有优缺点。

潮/海流能的主要利用方式是发电。

潮流能发电装置根据其透平机械的轴线与水流方向的空间关系可分成水平轴式和垂直轴式2种结构,又分别可称为轴流式和错流式结构。

海洋能的利用能缓解能源紧缺这个问题。

另外开发海洋能可以极大地增强海洋资源开发能力。

也能能可以改善环境。

由于开发利用海洋能对复杂的海洋生态的影响还有待深入研究,面对这一局面,笔者认为,对海洋能的开发和利用,一是要加强对海洋能开发技术的基础研究,二是在开发海洋能的过程中,应充分认识到其环境效应。

为此,一方面,应明确工程技术人员所应有的社会责任,另一方面,国家应通过制定相关政策法规,防止对海洋能的短视性开发。

（6）水力发电技术

水力发电，研究将水能转换为电能的工程建设和生产运行等技术经济问题的科学技术。

水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。

科学家们以此水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。

惯常水力发电的流程为：

河川的水经由拦水设施攫取后，经过压力隧道、压力钢管等水路设施送至电厂，当机组须运转发电时，打开主阀（类似家中水龙头之功能），后开启导翼（实际控制输出力量的小水门）使水冲击水轮机，水轮机转动后带动发电机旋转，发电机加入励磁后，发电机建立电压，并于断路器投入后开始将电力送至电力系统。

如果要调整发电机组的出力，可以调整导翼的开度增减水量来达成，发电后的水经由尾水路回到河道，供给下游的用水使用。

但是水力发电也存在以下的一些缺点：

1．因地形上之限制无法建造太大之容量。

单机容量为300MW左右。

2．建厂期间长，建造费用高。

3．因设于天然河川或湖沼地带易受风水之灾害，影响其他水利事业。

电力输出易受天候旱雨之影响。

.4．建厂后不易增加容量。

5．生态破坏：

大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物的影响等。

6．需筑坝移民等，基础建设投资大。

7．下游肥沃的冲积土因冲刷而减少

在一些水力资源比较丰富而开发程度较低的国家（包括中国），今后在电力建设中将因地制宜地优先发展水电。

在水力资源开发利用程度已较高或水力资源贫乏的国家和地区，已有水电站的扩建和改造势在必行，配合核电站建设所兴建的抽水蓄能电站将会增多。

在中国除了有重点地建设大型骨干电站外，中、小型水电站由于建设周期短、见效快、对环境影响小，将会进一步受到重视。

随着电价体制的改革，当可更恰当地体现和评价水力发电的经济效益，有利于吸收投资，加快水电建设。

（7）风力发电技术

全球可再生能源发电装机容量中风电占有压倒性优势在被利用的可再生能源中风能占了一半以上而风力发电也是可再生能源应用技术中最为领先的近年世界风力发电高速增长前景光明。

目前风力发电的比较主要的和未来发展的主要的技术有：

水平轴风电机组技术、海上风电技术、桨变速、功率调节结束、直驱式、全功率变流技术和新型垂直轴风力发电机等等。

风电机组单机容量持续增大，利用效率不断提高。

风力发电的好处在于完全没有燃料费，但涉及风况好坏等自然条件、并入电网的入网费用，这些都受风电场地很大影响，风力发电成本随场地条件变化较大。

自然能源发电的经济性与地区能源管理系统关系密切。

根据2010年10月GWEC和绿色和平国际组织（Greenpeace）的预测今后20年风力发电将成为世界主力电源。

（9）洁净煤技术

洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。

洁净煤技术（CCT）一词源于美国,旨在减少污染和提高效益的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称。

洁净煤技术包括两个方面，一是直接烧煤洁净技术，这是在直接烧煤的情况下，需要采用的技术措施：

①燃烧前的净化加工技术②燃烧中的净化燃烧技术③燃烧后的净化处理技术；二是煤转化为洁净燃料技术，主要有以下四种：

①煤的气化技术②煤的液化技术③煤气化联合循环发电技术④燃煤磁流体发电技术。

随着时间流逝，洁净煤技术也在发展。

如今研究的重点主要也有几个：

①煤炭地下气化技术②工业型煤技术③水煤浆气化技术④煤液化技术以及洁净煤联合循环发电技术等等。

中国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一，煤炭在经济发展中占有极重要的地位当前大力推进洁净煤技术产业化是关键，但存在一系列障碍待克服：

包括行业和地区间协调管理力度不足；研究开发力量分散，项目重叠或低水平重复与节能项目环保项目结合不够；技术政策与环保政策能源政策产业政策节能政策高新技术政策等结合和相互支持不够；一些先进的技术达不到国产化商业应用水平；对中国洁净煤技术市场需求了解不足；从研究开发工程示范到商业化应用都存在资金短缺问题，特别是在工程示范或产品试制阶段其中政策障碍是主要障碍.若没有政府政策的强劲推动,洁净煤技术很难得到快速发展并克服其它障碍。

清洁能源技术还有很多种类，比如氢能、化工能等等。

在此就不再一一介绍了。

这些技术的发展十分地有意义。

能源是事关中国经济社会发展的一个重要问题。

以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展，是长期而艰巨的任务。

尽管中国能源消费增长较快，但人均能源消费水平还很低，仅相当于世界平均水平的四分之三，人均石油消费只相当于世界平均水平的二分之一，石油人均进口量也只相当于世界平均水平的四分之一，远低于世界发达国家水平。

随着经济全球化深入发展，科技进步日新月异，生产要素流动和产业转移速度加快，世界各国各地区间的互联互动日益加深。

国际社会需要加强合作，共同维护世界能源安全。

关乎人类赖以生存的地球环境，关于人类的未来，所以发展清洁能源技术意义非凡，势在必行。

参考文献

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