什么叫非水可再生能源

世界能源结构的演变及发展趋势；

工业革命促进了煤炭工业的发展第二次世界大战bai后，石油和天然气工业又获得迅速发展。目前，石油、煤炭和天然气等化石燃料已成为世界能源的主体。据《2000世界能源统计评论》资料，1999年世界一次能源消费构成的比例是石油40.5%，天然气24%，煤炭25%，核能8%，可再生能源2.5%。由此可见，化石燃料约占世界一次能源构成的89.5%。能源结构的这种现状经历了一个长期的演变过程。在产业革命后的200年中，煤炭一直是世界范围内的主要能源。

随着科技、经济的发展，石油在一次能源结构中的比例开始不断增加，并于20世纪60年代超过煤炭。此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气比例上升，新能源、可再生能源逐步发展，形成了当前的以化石燃料为主和新能源、可再生能源并存的格局。虽然化石能源是当前的主要能源，但化石能源的大规模低效开发和利用会导致大量资源的浪费和污染物、温室气体的排放。国内外许多专家指出，现行的能源生产、使用方式是不可持续的，按照现在的能源发展趋势，在一定时期内，难以达到可持续发展的目标。因此，必须重视研究能源发展的新思路和新模式。此外，化石燃料的不可再生和引发的不断恶化的生态环境后果也促使人们努力开发新的能源技术。现今新能源和可再生能源技术的开发己日益受到重视，预计在21世纪，以化石燃料为主体的世界能源系统将转化以太阳能和生物质能等可再生能源为主体的新的世界能源系统，化石燃料将失去世界能源主体的地位。当然，能源结构从化石能源为主转为以新能源、可再生能源为主的这一革命性变革需要一段较长的技术准备和过渡时期。新能源和可再生能源要大量取代化石能源是一项十分艰巨的任务，绝非一朝一夕可以实现的，况且与化石能源相比，目前非水可再生能源依然昂贵。世界能源理事会和国际应用系统分析研究所合作完成的研究认为：在21世纪上半叶，石油、煤炭和天然气等化石燃料仍将界一次能源构成的主体，但在21世纪下半叶，随着石油和天然气资源的枯竭，太阳能和生物质能将获得迅速发展，到2100年，太阳能和生物质能等可再生能源将占世界一次能源的50%以上。 传统的矿物燃料仍将在21世纪上半叶占据世界一次能源构成的主体的另一个理由，是世界能源需求在2020年将达到110-352亿吨标准煤，如此巨大的能源需求是任何一种新能源在短期内都无法满足的，而矿物燃料矿资源目前看依然较为丰裕，价格也比较低廉。有人估计矿物燃料按目前的开发利用强度和回收率，仍可供全世界200多年。同时，矿物燃料开发利用的技术也比较成熟，并己经系统化和标准化，而建立适合新能源开发利用的新技术体系尚需较长一段时间。

在世界能源系统的转换过程中，煤炭将成为承上启下的可靠的过渡能源。这首先是因为相对于石油和天然气资源而言，煤炭资源相对比较丰富。现在世界能源结构中所利用的化石能源主要仍然是煤炭，其次才是石油和天然气，其比例约为68%、17%、15%。根据国际上通行的能源预测，石油将在40年时间内枯竭，天然气将在60年内用光，但煤炭可以使用220年。其次，随着洁净煤技术的不断成熟，煤炭利用过程中所产生的环境问题将在一定程度上得到缓解。一些学者预测，在21世纪中叶，由于石油和天然气的短缺，煤炭液化生成的合成液体燃料的比例将增加。在替代传统的化石能源的可供选择的能源中，除可再生能源外，核能是人类未来能源的希望。根据国际原子能机构的统计，1999年全世界正在运转的核反应堆电站为436座，总发电能力为3.517亿千瓦时，发电量约占世界一次能源构成的8%左右。近几年，由于核电站运行的安全性、核废料的处理和核不扩散等因素的影响，核能的发展在欧洲、北美洲和独联体国家出现了下降趋势，但核能的发展在亚洲仍然拥有强劲的势头。为了促进核能的发展，许多国家在研究新一代快中子反应堆的同时，又加强了受控核聚变的研究，目前受控核聚变己在实验室取得阶段性成果。世界能源理事会认为，如果核技术在21世纪有重大突破，那么到2100年核能将占世界一次能源构成的30%。氢能是替代传统化石能源的理想的清洁高效的二次能源。随着制氢、氢能储运及燃料电池技术的发展，氢能将成为其他新能源和可再生能源的最佳载体替代化石能源。氢能系统由氢的生产、储运和利用三部分组成。用太阳能或其它可再生能源制氢，用储氢材料储氢，用氢燃料电池发电，将构成近“零排放“可持续利用的氢能系统，可广泛作为分布式电源。 综上所述，未来的世纪，核能、氢能、可再生能源将逐步发展并最终成为主要能源，电力将成为主要的终端能源。在21世纪，世界以化石燃料为主体的能源系统将逐步转变成以可再生能源为主体的能源系统。能源多元化将是21世纪世界能源发展的必然趋向，也是世界能源发展历程中的必然阶段

总体来讲，“十三五”时期要积极稳妥地发展水电，全面协调推进风电的开发，推动太阳能的多元化利用，因地制宜地发展生物质能，加快地热能开发利用，同时推进海洋能发电示范应用。另外可再生能源产业发展在供热、燃料、供气等方面也提出了明确的发展目标：供热系统中太阳能热水器80000万平方米，地热能利用160000万平方米燃料产业中生物燃料乙醇年产400万吨，生物柴油年产200万吨供气达到年产80亿立方米。

新能源是指传统能源之外的各种能源形式。我整理了浅谈新能源技术论文，欢迎阅读!

论新能源发电技术

摘要：本文从全球能源的现状，介绍了中国能源发电技术的应用情况，发现中国新能源发电对现代化建设具有重要战略意义。进一步介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统两种新能源发电技术。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是近期发展的重点。燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置，它能量转化效率高，几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。

关键词：新能源风能燃料电池发电技术

中图分类号： F206 文献标识码： A

能源紧缺已成为制约各国经济发展的瓶颈，如何开发先进安全的新能源使用技术、如何提高能源利用率也随之成为世界各国关心的课题。欧盟就首先提出了20-20-20计划：到2020 年，可再生能源占欧盟总能源消耗的20%。2007年12月，美国前总统布什也签署了《能源独立和安全法案》(EISA)，从而大力推动新能源的使用和节能计划。另外，从环境的角度来看，为了保护人们赖以生存的地球，开发新能源也是必由之路。

一、我国能源和发电技术的现状

2011年，我国新能源发电继续保持快速发展态势，并网装机容量持续增长，发电量不断增加。截至2011年底，我国新能源安装容量达到7000万kW，居世界首位，并网新能源装机容量达到5409万kW，同比增长47.4%，约占全部发电装机容量的5.1%。其中，风电并网容量约占并网新能源装机总量的85.5%并网太阳能光伏装机容量约占并网新能源装机总量的4.4%生物质及其他新能源发电装机容量约占并网新能源装机总量的10.1%。

2011年，我国新能源发电量约为1016亿kW?h，同比增长29.9%，约占全部发电量的2.2%。其中，风电发电量约占新能源发电总量的72.0%太阳能光伏发电约占0.9%生物质及其他新能源发电约占27.1%。2011年我国新能源发电量按发电煤耗320g/(kW?h)计算，相当于节约3241万tce，减排二氧化碳9030万t。

电能是国民生活和生产的根基，无论是从能源角度，还是电力系统自身方面来看，研究新能源发电技术对于我国的现代化建设和人民生活都具有相当大的现实意义和战略意义。

二、风力发电技术

风能资源主要包括陆地资源与近海离岸资源两部分。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是目前新能源发展的重点方向。

1.发展现状

近年来，我国风力发电产业取得了长足发展，这与我国的风能资源丰富密不可分。据有关资料显示，陆地上离地面10米高度处，我国风能资源理论储量约为43亿千瓦，技术可开发量约为3亿千瓦，离地面50米，估计可能增大一倍近海资源10米高经济可开发量约7.5亿千瓦，50米高约15亿千瓦。从我国联网风电场总装机量来说，到2006 年底，我国已建成约91个风电场，装机总容量达到约260万千瓦，比2005年新增装机134万千瓦，增长率为105%。根据国家中长期规划，2015年风能发电要达到1500万千瓦，2020年要达到3000万千瓦。但是，与风电发达国家相比，我国的发展规模还很小，发展速度也较缓慢。制约我国风电发展的重要因素包括技术和制度两个方面。技术方面，风电机组的制造水平较低，风电机组性能测试设备和技术也相对落后，并缺少相应的认证机构制度方面，风电场的运行维护水平和制度与国外风电场及国内火电生产相比有明显差距，缺乏对运行过程中出现的问题和故障的详细记录、分析。

2.对电力系统的影响

风力发电机是以风作为原动力，风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的电能输出也是波动和间歇的。所以，风电场的大规模接入将会带来波动功率，从而加重电网负担，影响电网供电质量和电网稳定性等。

(1)对电能质量的影响。空气气流运动导致的风速波动周期一般为几秒到几分钟，这种短周期的风速波动以及风电机组本身的运行特性可能影响电网的电能质量。首先会对频率产生影响：风力发电有功功率波动引起电磁功率的波动，由于发电机组转子惯性，调节系统很难跟上电磁功率的瞬时变化，造成功率不平衡，使发电机转速变化，系统频率也将改变。此外，风电还会对电压产生影响：并网风电机组输出功率的波动导致电压的波动，而其输出功率的频率范围正处于电压闪变的范围之内(25Hz)，因此又会造成电压闪变，最后会产生谐波电压和谐波电流。

(2)对电网稳定性的影响。对较为薄弱的电网，风电功率波动将导致瞬间电压跌落以及风力发电机的频繁掉线。在故障清除之后，发电机的磁化和转差率的增加会消耗大量无功，导致电网电压恢复困难。

(3)对调频调峰能力的影响。气流长时间、季节性运动导致的风速波动周期一般为数小时，甚至数天、数月，这种长周期的风速波动会增加现有电网调频调峰的负担。负荷曲线的低谷期常常对应了风电出力的高峰期，风电场的并网发电使电网的等效负荷峰谷差增大，大大增加了电网调频调峰负担。

三、太阳能光伏电池发电技术

1. 1 太阳能光伏电池

太阳能光伏电池发电也简称为太阳能光伏发电，被认为是未来世界上发展最快和最有前途的一种可再生新能源技术。太阳能光伏电池的基本原理是利用半导体的“光生伏打效应”( 光伏效应) 将太阳的光能直接转换成电能。能利用光伏效应产生电能的物质，称为光伏材料。利用光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件叫太阳能光伏电池或光伏电池。光伏电池是太阳能光伏发电的核心组件。

1839 年，法国物理学家贝克勒尔 ( Edmond Bec-qurel) 发现: 将两片金属浸入电解液中所构成的伏打电池，当接收到太阳光照射时电压升高，他在所发表的论文中把这种现象称为“光生伏打效应( PhotovohaicEffect) ”。“光生伏打效应”是不均匀半导体或半导体与金属混合材料在光照作用下，其内部可以传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，因而在不同部位之间产生电位差的现象。1941 年，奥尔在硅材料上发现了光伏效应，从而奠定了半导体硅在太阳能光伏发电中广泛应用的基础。1954 年，美国贝尔实验室的科学家恰宾( Darryl Chapin) 和皮尔松( Gerald Pearson) 研制成功世界上第一个实用的单晶硅光伏电池。同年，韦克尔发现砷化镓具有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成世界上第一块薄膜光伏电池。我国2010 年 12 月投入运行的大丰 20 MW 光伏电站，是目前全国最大的薄膜光伏电站，年发电量2 300 万 kW·h。

太阳能光伏电池的工作原理如图 1 所示。

在半导体中掺加杂质制成 PN 结，以形成在平衡状态时具有的内建电场，在该内建电场的作用下分离由外界激发而生成的过剩载流子，从而形成外部电压。在光照条件下，半导体中的电子吸收光子能量从价带跃入导带，形成电子———空穴对，成为载流子。生成载流子所需要的最低能量是半导体的禁带宽度 Eg，使用禁带宽度较小的材料制作的太阳能电池可以形成较大的电流。

基于单晶硅的第一代光伏电池是目前太阳能光伏电池市场的主流，其光电转换率已达 24. 7%基于薄膜技术的第二代光伏电池的光电转换效率已达到16. 5% ～ 18. 8% 。由于薄膜光伏电池大大减少了半导体材料的消耗，因此具有很好的发展前景。应该指出，光伏电池在光电转换过程中，光伏材料既不发生任何化学变化，也不产生任何机械磨损，因此太阳能光伏电池是一种无噪音、无气味、无污染的理想清洁能源。2006 年，我国太阳能电池生产总量首次达到400 MW，从而超过美国成为全球第三大生产国，也是世界上发展最快的国家。

1. 2 太阳能光伏电站

太阳能光伏电站是将若干个光伏转换器件即光伏电池封装成光伏电池组件，再根据需要将若干个组件组合成一定功率的光伏阵列，并与储能、测量、控制装置相配套，构成太阳能光伏电站。

太阳能光伏电池具有很大的灵活性，不仅可以用其建设零星规格的电站，而且可以组成应用于小型、分散电力用户的太阳能光伏发电系统。这种独立运行的太阳能光伏发电系统称之为离网型太阳能光伏发电系统。

由于受昼夜日照变化及天气的影响，离网型光伏发电系统通常需要和其他电源形式联合使用，比如柴油发电机组以及蓄电池组，从而增大了电站的投资和维护费用。离网型光伏发电系统往往建在距离电网较远的偏远山区及荒漠地带，向独立的区域用户供电。西藏措勒 20 kW 光伏电站是我国建设较早的离网型光伏电站，总投资 290 万元，1994 年 12 月正式投产发电。

离网型太阳能光伏电站系统如图 2 所示。

电站的发电系统由太阳能光伏电池方阵、蓄电池组、直流控制器、直流 - 交流逆变器、交流配电柜和备用电源系统( 包括柴油发电机组和整流充电柜) 等组成。其工作原理为太阳能光伏电池方阵经过直流控制柜向蓄电池组供电，并根据需要整定蓄电池组的上限和下限电压，由直流控制柜自动控制充电。蓄电池组通过直流控制柜向直流 - 交流逆变器供电，经逆变器将直流电变换成三相交流电，再通过交流配电柜以三相四线制向用户供电。当蓄电池组的电压下降到下限电压时，为不造成蓄电池组的过渡放电，直流控制柜将自动切除其输出电路，使直流 - 交流逆变器停止工作。柴油发电机组为电站的备用电源，必要时由备用电源通过整流充电柜向蓄电池组充电，或在光伏发电系统出现故障及停运时直接通过交流配电柜向用户供电。直流 - 交流逆变器和柴油发电机组不能同时向用户供电，为此必须在交流配电柜中设置互锁装置以保证供电电源的唯一性。

当太阳能光伏电站的容量达到一定规模时，还可与电网相联，即所谓的并网型光伏电站。这时，如果本地负荷不足，则可将多余的电能输送给电网。当本地太阳能发电量不足时，则由电网向用户提供电能。因此，并网型光伏电站可以不需要使用蓄能装置，减少系统投资和维护费用。同时由于与电网的互济，提高了发电设备的利用率和供电用电的安全可靠性，是大规模开发太阳能发电技术的必然趋势。我国第一座并网型光伏电站是 2006 年建成投运的西藏羊八井可再生能源基地 100 kW 高压并网光伏电站。2010 年底全国首个光伏并网发电项目敦煌 2 ×10 MW 光伏发电项目建成投产。

四、结论与展望

本文从全球和我国的能源现状出发，分析说明了新能源发电技术是当前迫切而有实际价值的研究课题，进而具体介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统的特点以及我国在这两个方面的发展现状。新能源不仅仅指风能和燃料电池，还包括生物质能、海洋能、地热能和光伏电池等。我国乃至全世界的新能源发电技术发展的潜力都是巨大的。在人类明天的舞台上，新能源将取代化石燃料，扮演重要的角色。

参考文献：

[1] 徐德鸿 . 新能源电力电子导论 [D]. 杭州 : 浙江大学 ,2009.

[2] 郝伟, 舒隽, 张粒子. 新能源发电技术综述 [C].华北电力大学第五届研究生学术交流年会 ,2007.

[3] 施涛.燃料电池发电系统的建模与仿真 [D].南京:东南大学,2007:5-6,63-64.

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在此基础上，我们水电的专业人士却可以发现，能源研究机构对于我国水电的减排作用，挖掘的还不够充分。我们认为：水电在未来的我国发电总量中的比重，决不应该仅占12%，而是要远高于目前的18%，甚至可以达到20%以上。

如果我们能够证明：我国的水电在未来发电能源中的比重，可以达到20%，那么能源研究所已有的预测结论，是不是就可以修正为：到2050年我国的“风电占比50%，太阳能占到23%，水电占到20%，核电6%和火电0%。”了呢？

进而我们可以发现2050年我国实现100%非化石能源发电的问题，基本上不必担心。因为，能源研究所的减排路线图是“风电占比50%，太阳能占到23%”，再加上我国巨大的水电潜力，完全可以“用更多的水电，取代火电”。

由于世界第三级青藏高原的存在，我国水电资源非常丰富，绝对是世界第一。目前，我国水电的装机（3.56亿千瓦）和年发电量（1.3万亿千瓦时）基本都占到了全球的四分之一以上，我国水电与世界第二之间的差距，至少都在3倍以上。

然而，目前 社会 上很多人（甚至包括一些研究能源问题的专家）都认为我国水电可开发潜力已经所剩无几了。这是因为，直到世纪之交，我国正式公布的水电可开发资源量也不过只有1.7万亿度/年。2006年的水电资源普查之后，更正后公布的数字为2.47万亿。几年之后，2016年的十三五规划就上升到了3万亿。

水电资源勘测的这种复杂性、困难性，往往使得可开发的资源量上升的空间很大。即便我们以十三五规划正式颁布的比较保守的3万亿/年来计算，我国目前（截至到2019年底）所开发利用的水电资源还不到44%。

如果我们能达到目前发达国家水电开发的（大约70%到90%的）平均水平，那么未来我国的水电，至少还有一半以上的开发潜力。初步估算，届时我国水电至少每年可以提供2.6万亿度的电能。

这个电量对我国能源的作用有多大？假设我国的用电达到峰值的时候，按照14亿人口，每人每年8000度电的需求，大约也就是每年11.2万亿度电。（目前我国各种用电峰值的研究预测，最高的也不过就是12万亿度左右）。

也就是说我国的水电（2.6万亿度的年发电量）将可以在未来我国用电最高峰的电力构成中，至少应该能提供20%以上的电能，远高于目前的18%。总之，我国的资源禀赋显示：未来我国水电所能发挥的作用，不仅不会比目前少，而且还要有所上升。

除了丰富的资源量，中国领先世界的水电技术也成为资源开发的坚实基础。

2004年，我国水电总装机容量突破1亿kW，超越美国成为世界第一。虽然我国的水能资源极为丰富，但我国水电开发建设的任务极其艰巨、繁重，因此我国水电开发的过程中所遭遇到的困难，所需要解决的难题，也几乎是前所未有的。

可以说，从我国改革开放加速水电开发建设时候起，我国的水电就已经开始了向世界水电 科技 制高点的攀登。目前，世界上最大的水电站是我国的三峡；最高的碾压混凝土坝（203m）是我国的黄登水电站；世界上最高的混凝土面板堆石坝（233m）是我国的水布垭水电站；最高的双曲拱坝（305m）是我国的锦屏一级水电站。我国正在建设的双江口水电站的堆石坝，高度将达到312m，建成后将成为全世界第一的高坝，刷新所有的世界纪录。

建设这些世界之最的水电站大坝，需要一系列尖端的工程技术支撑。可以说在所有这些工程技术方面，我国都已经走在了世界前列。在水电机组制造方面，目前不仅世界上单机容量70万kW的水轮发电机组绝大部分都安装在中国，而且单机容量达到80万kW和100万kW的水轮发电机组，也只有中国才有。

这种结合了现代 科技 的水电开发技术，使得我国的水电开发能力不断增强，可开发的资源量也不断的在扩展。加上我国现有的远距离、超高压、特高压输电技术，理论上我们的水电开发已经没有制约性的技术障碍。

总之，今天我国的水电已经是当之无愧的世界第一。无论从规模、效益、成就，还是从规划、设计、施工建设、装备制造水平上，都已经是绝对的世界领先。一般人可能想象不到，中国水电领先世界的程度，其实远超经常宣传的高铁、核电等行业。我国的高铁、核电等技术虽然已经非常先进，但是在国际市场上还是有竞争对手的。但是在水利水电领域的国际招标中，目前几乎所有具备实力的竞争者都是中国的公司。我国这种全行业的绝对领先，在我国 历史 上是否能绝后我们不知道，但肯定是空前的。

发达国家的水电开发程度，为何普遍都在70%到90%多，平均也有80%以上呢？其实，发达国家他们当年在开发水电的时候，国际上还没有什么碳减排的要求。然而，他们的水电，之所以都要开发到较高的程度的根本原因，主要在于 社会 现代化文明的发展，特别需要通过水电的开发来解决调控水资源的问题。

例如，美国著名的胡佛大坝、田纳西流域梯级水电开发的主要原动力，其实都是 社会 发展需要有效的调控水资源。所以，这些国家在满足了水资源的调控需求之后，往往就不再去进一步开发其它水电资源了。

而一些想靠开发水电解决能源问题的国家的水电开发程度，则普遍会更高些。例如：法国、瑞士等国的水电开发利用程度都超过了95%。总之，无论是哪种情况，国际 社会 的普遍经验说明，如果一个国家水电开发程度低于70%的话，那么这个国家的水资源调控问题，很难解决好。

因为，一个国家的水电开发程度往往都与水资源的开发程度成正比。所以，水电开发如果不能达到一定的程度，这个国家的水资源问题肯定也解决不好。目前，由于我国水电开发程度还不足44%，因此，我国的水资源调控的矛盾也就十分突出。

我国的国土面积和水资源总量都与美国差不多，但是，我国目前的水库蓄水总量只有9千多亿立方米，而美国是13.5万亿。我们大约还需要增加50%的水库总库容，才能达到美国那样的水资源调控水平。

然而，美国的人口还只是我国的1/5左右。也就是说，如果我们不能超过美国的水电开发程度的话，我国的水资源调控矛盾，绝对是无法解决好的。

总之，我们也可以这样说，即使我国不再需要用水电提供能源，但为了调控水资源我们也必须要把我国的水电开发程度提高到80%以上才行。否则，水资源的调控矛盾解决不好，我们建成小康 社会 的目标将难以实现。更何况目前我们还面临着巨大的减排压力，实现能源革命电力转型，最终兑现巴黎协定的减排承诺，已经迫在眉睫。

根据我国发改委能源研究所和国家可再生能源中心所发布的《我国2050高比例可再生能源发展情景暨路经研究》报告的预测结论：到2050年我国风电和太阳能发电的装机分别可达到24亿和27亿千瓦。

按照可能的年运行小时（风电2200多，太阳能1400多）估算。届时我国的风电大约每年可提供5万多亿度电能，太阳能也能提供接近4万亿度。有了这9万多亿的电能，再加上水电的2.6万亿，就已经超过了我国用电最高峰时的峰值11.2万亿度。

更何况届时我们还要有2亿多千瓦的生物质能可以发挥作用。也就是说，即使我们完全不考虑核电的作用，我国未来也可以用100%可再生能源的发电，来满足我国全部的用电需求。

不仅如此，水电还能够肩负起非水可再生能源发电调峰的重任。

众所周知，水电的可调节性肯定要比火电、核电都要好得多。所以，如果能源研究所的减排路线图切实可行，不存在解决不了的调峰矛盾，那么我们用水电替代其中火电的方案当然就更不会有问题了。

此外，我们还应该注意到：目前，尽管化学储能的技术无论从技术上还是成本上，确实都还难以满足商业化的要求，但是国内外的研究机构，为什么都还敢断言说2050年全球就实现100%的由可再生能源供电，无论在技术上还是经济上都是可行的呢？

笔者认为，其最重要的原因之一就在于可再生能源家族中含有功能特殊的水电。水电是最优质的可再生能源，可以为风、光等可再生能源的大量入网，提供重要的保障作用。目前，世界上所有能够实现百分之百由可再生能源供电的国家，基本上都离不开水电的有效调节。

大家知道，挪威因为水能资源丰富，一直都依靠水电保障全国99%以上的用电需求。今年年初，葡萄牙也完成了一个多月完全由可再生能源供电的成功尝试。葡萄牙高达52%的水电比重就是重要的支撑。

就连宣布了退出巴黎协定的美国的总统特朗普，在考察挪威，发现了水电的重要作用之后，也曾经表示过，他有可能会通过开发美国水电的潜力，重新考虑加入巴黎协定。这其实就是水电在未来的高比例可再生能源体系中，具有特殊的重要作用的一种体现。

当然，我们也必须承认，世界上的水能资源本身（总量有限）确实不能满足人类的能源电力需求，但是，由于科学开发的水电有很好的调节型，可以为大量的风、光等可再生能源的入网提供保障。这样一来，水、风、光互补发电，情况就大不一样了。

在现实中，风、光发电的间歇性与水电的季节性之间，通常有很强的互补关系。例如，我国四川省的凉山州，通过水、风、光互补，2016年凉山州除了满足自己的用电需求之外，给我国东部地区的送电超过1300亿度（这大约相当于当年上海市用电量的70%）。如果，未来的送电通道建设能有保障，预计2020年凉山外送电量可达2000亿度。也就是说通过水、风、光的互补发电，凉山州一个州所产生的可再生能源，除了满足自己的需要之外，还可以满足一个像上海这样大城市的全部用电需求。

目前欧洲很多的国家之所以能达到较高比例的可再生能源，也是因为欧洲的水电开发程度经高。而我国目前之所以还不得不以煤炭发电为主的根本原因之一，也正是由于我国的水电开发程度还不够高，水电的调节性能难以得到充分的发挥。

此外，在化学储能技术没有出现重大突破之前，水电家族中抽水蓄能电站的重要作用也不能忽视。为了给电网调峰，日本的抽水蓄能装机规模早就超过常规水电。假设到2050年化学储能的技术，仍然不能出现重大的突破，我们大不了再多建一些抽水蓄能。事实上，我国大量梯级开发的水电站（以及一些散落在全国各地的小水电）很多只要稍加改造，加装上能抽水的泵，都可以改造成混合式的抽水蓄能电站。

总之，仅从发电量来分析，我国到2050年实现完全由可再生能源供电，应该是完全可行的。再加上水电这种资源和它所具有的某些优质特性，在2050年实现百分之百的由可再生能源供电，无论在技术上还是经济上都是可行的。

1. 水库移民

很长时期以来，移民问题一直都是水电开发的主要制约因素，但其实移民的难点并非是由水电开发造成的。现实中凡是需要大量移民的大型水库水电站，其实都是有着重要的水资源调控功能的多功能水电站。而这些电站的最主要作用，可能并不是发电，而是水资源的调控。

例如三峡工程的首要目标是防洪和供水，而不是发电。如果仅仅是为了发电，三峡可以分别建成一系列的径流式水电站，这样几乎可以不用移民而产生等量发电。

没有了任何防洪、供水等水资源调控功能的三峡工程无法解决我国长江灾害的心腹大患，当然不能考虑。然而上百万的移民成本，全都要靠一个水电站的发电效益来解决，几乎也是无解的开发难题。

我国通过建立三峡基金，先后投入了一千多亿元解决了我国三峡建设的投资难题。理论上相当于国家出资建设了三峡水库，企业投资建设了三峡大坝和发电站。

现在回过头来看，这是国家参与大型水电开发的最成功范例。三峡水电的上网电价只有0.26元/度，比火电的平均上网电价要低近0.1元。三峡的年发电量大约为1000亿，这样一算三峡除了每年给国家的上交的利税和效益之外，仅这种隐性的电价补偿，就接近100亿（相当于对三峡基金的一种回报）。也就是说，大约发电十几年之后，国家对于三峡水库的投资，就相当于完全收回了。

然而，三峡水库所创造的效益又有多大呢？

三峡防洪供水的巨大效益仅仅通过一次防止特大洪灾就足以让我们刮目相看。2012年三峡水库所拦蓄的洪水峰值，已经超过了1998年。1998年我国长江特大洪水所造成的经济损失大约是2000多亿，死亡1600余人。

由于我们有了三峡水库的拦蓄，面对更大的洪峰，我们不仅不再需要百万军民的严防死守，而且也不再有任何人员的伤亡。可以说三峡当年防洪错峰所避免的洪灾损失，就已经超过了国家对三峡水库投资的数倍。只不过水利工程的经济效益，往往都是公益性的，你可以计算出来，但却无法实际收取到。

大型水电站的水库移民困难，其实是一种公益性开发的矛盾。让某一个企业自己依靠发电效益去解决，往往是非常困难的事情。如果采用三峡这种的国家参与开发的模式，问题就变得非常简单，容易。

世界上各国的大型水电开发项目，基本上都是国家行为。例如美国的大型水电全部都要由联邦政府的所属机构投资开发，从不容许商业开发者参与。

电力市场化改革之后，我国很多优质的项目即使依靠开发企业的电费收益，也能解决好移民的投资。但大多数具有水资源调控功能的大型水库电站的建设，都应该是公益性的。尽管这些项目的移民投资收益，几乎可以说是一本万利的。如果交给企业进行商业化的开发，可能就难以运作。

例如我国目前还争议巨大的龙盘水电站建设需要移民10万余人。这个重要的大型调蓄水库电站所创造的水资源调蓄能力几乎可以达到200亿/年。虽然其防洪功能还比不上三峡，但其供水的能力甚至可以超过三峡。

如果因为某个企业没有能力依靠电费解决移民搬迁的费用，就耽误了龙盘水电站的开发建设。那么就相当于今后上千年，我国的长江中下游每年汛期要增加200亿立方米洪水的压力，同时枯期还要减少了200亿水资源的供应。

同样的问题还体现在龙滩水电站二期扩建上。如果因为移民的费用无法由电费担负，就停止了龙滩二期的开发。那么我国南方的珠江流域，每年将要增加上百亿洪水的压力，同时枯水期又将减少上百亿水资源的供应。

每年几百亿的水资源保障，才是我们水库移民问题的本质。我们需要跳出水电商业化开发中移民难的惯性思维，避免丧失了我国水资源开发的大好时机。

2. 生态环保

除了移民问题，生态环保也一直被认为是水电开发的巨大障碍。

对于水电破坏生态的偏见，曾有很多文章专门介绍过，这是当年美苏争霸政治斗争留下的后遗症。1996年在联合国的可持续发展峰会上，也曾经一度因为当时的水电生态问题的过度炒作，否定了大型水电的可再生能源地位。但随后在2002年的峰会上，大会又一致同意做出了更正，恢复了大型水电的可再生能源地位。为什么会这样？因为，水电尤其是大型水电是当前人类 社会 替代化石能源第一主力。

仔细分析不难发现：所有水电破坏生态的问题，几乎无一不是局部的、针对某一特定物种的某种炒作。而水电实实在在所解决的，却是人类 社会 最大的生态难题——过量的使用化石能源所造成的气候变化。

因此，只要站在人类 社会 可持续发展的高度，几乎没有人敢否认，开发水电才是当前最重要的生态建设。当年的联合国峰会就是因为考虑到了气候变化，而立即纠正了对水电的偏见和误导宣传。

受到国际 社会 对水电误解的影响，我国以往的环保部门和环保人士也一度对水电开发的生态环境问题耿耿于怀。但是，改组后的生态环保部，已经开始担负了防止气候变化的职责。

前不久美国马里兰大学和我国国家发改委能源研究共同颁布的中国煤电退役报告非常明确地指出：我国若要实现《巴黎气候协定》中2摄氏度的减排承诺（2100年达到净零排放），就必须在2050至2055年退役全部的传统煤电；如果要实现1.5摄氏度的减排承诺（本世纪下半叶实现净零排放），就必须在2040至2045年间退役所有的传统煤电。

解决火电的碳排放问题，几乎是世界各国公认的兑现《巴黎气候协定》的最大难点。目前，世界各国都普遍认为，要实现《巴黎气候协定》的零碳目标，火电尤其是煤电只有退役一条路。

在今后20年的时间内，退役我国全部的煤电，大量的风、光发电入网，没有一定量的水电调节保障，怎么可能支撑起电力系统的正常运行。

可以确信在不远的将来，只要我国真的要兑现巴黎协定，我们负责这项工作的生态环保部，肯定会和当年的联合国可持续发展峰会一样，从根本上转变对水电的态度。因为水电在能源革命中的地位和作用是无可替代的重要。

3. 开发成本

随着我国水电开发的深入和向西部转移，资源的开发难度以及输电的距离都在增加。因此导致大部分即将开发的水电项目，普遍存在着还贷期上网电价过高的难题。

西部水电开发成本高的问题，其实也不应该是真正的发展障碍。由于目前企业投资核算的周期，最长也不能超过30年，所以我国西部深山中待开发的水电项目，几乎都存在着初期上网电价难以接受的难题。然而，只要还贷期一过，水电站的发电成本马上又变得非常低。

当前所谓西部水电开发的高成本障碍，其实只是一个算账方法的规则问题。这对于具体开发企业，虽然是无法逾越的难题，但对于一个国家来说，从政策上解决这种矛盾，应该说是轻而易举的简单。

从全生命周期来看，水电几乎是最经济的能源。目前，不仅我国的水电上网电价平均比火电低很多，而且全世界各国的电价，几乎都是水电多的国家的电价都比较低。

除此之外，随着 社会 的进步，很多发达国家都已经进入低利率甚至负利率的时代。而我们目前水电投资，还都是要以高达6%左右的贷款利率计算成本。可见，西部水电开发的高成本，其实只是形式上的、暂时的。而实质上，水电才是我们人类 社会 最经济的电力来源之一。

在新一轮的西部大开发中，如果我们仅仅因为资本收益的计算，不利于投资者的短期回报，而丧失了为 社会 提供最优质、最经济的电力的大好机遇，那无疑将是我们的巨大失误。总之，我们的 社会 主义市场经济应该更有利于保障 社会 的整体和长远利益，因此，通过建立专项基金或者利用财税手段，解决这类矛盾并非难事。

如上文所述，我国水电在新时期高质量的发展，不仅切实可行，而且还可以说是我国经济和 社会 可持续发展的必由之路。然而，当前由于我国 社会 舆论对能源电力转型的认识不到位，煤电退出 历史 舞台的问题，至今还没有被摆上议事日程。因此，目前我国严重的电力产能过剩，所导致的水电弃水的难题，依然制约着当前水电的发展。

这种状况只能是暂时的。一旦我们整个 社会 意识到以煤电的退出和可再生能源的大发展为标志的能源革命电力转型，是我国实现小康 社会 并兑现巴黎协定承诺的基本前提，电力转型的情况随时都可能会发生大变。水电作为我国可再生能源大发展的基础和保障，时刻要为这一天做好准备。总之，水电的特性就决定了，我国水电的高质量发展一定要和我国 社会 的进步和可持续发展同呼吸、共命运。

2. 海上风电投资巨大，至少是陆上的2倍以上，并且运行维护费用高昂。所以现阶段只能作为研究而不能作为投资

3. 总体来说发展前景还行，可研究的地方很多，但是要真正发展起来可能还要很长时间。

可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。

风能。风能是指风所负载的能量，风能的大小决定于风速和空气的密度。我国北方地区和东南沿海地区一些岛屿，风能资源丰富。据国家气象部门有关资料显示，我国陆地可开发利用的风能资源为2.53亿千瓦，主要分布在东南沿海及岛屿、新疆、甘肃、内蒙古和东北地区。此外，我国海上风能资源也很丰富，初步估计是陆地风能资源的3倍左右，可开发利用的资源总量为7.5亿千瓦。

太阳能。太阳能是指太阳所负载的能量，它的计量一般以阳光照射到地面的辐射总量，包括太阳的直接辐射和天空散射辐射的总和。太阳能的利用方式主要有：光伏（太阳能电池）发电系统，将太阳能直接转换为电能；太阳能聚热系统，利用太阳的热能产生电能；被动式太阳房；太阳能热水系统；太阳能取暖和制冷。

小水电。水的流动可产生能量，通过捕获水流动的能量发电，称为水电。小水电在我国是指总装机容量小于或等于5万千瓦的水电站。

生物质能。生物质能包括自然界可用作能源用途的各种植物、人畜排泄物以及城乡有机废物转化成的能源，如薪柴、沼气、生物柴油、燃料乙醇、林业加工废弃物、农作物秸秆、城市有机垃圾、工农业有机废水和其他野生植物等。

地热能。地热能是贮存在地下岩石和流体中的热能，它可以用来发电，也可以为建筑物供热和制冷。根据测算，全球潜在地热资源总量相当于每年493亿吨标准煤。

海洋能。海洋能是潮汐能、波浪能、温差能、盐差能和海流能的统称，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、海流等形式存在于海洋之中。例如，潮汐的形式源于月亮和太阳对地球的吸引力，涨潮和落潮之间所负载的能量称之为潮汐能；潮汐和风又形成了海洋波浪，从而产生波浪能；太阳照射在海洋的表面，使海洋的上部和底部形成温差，从而形成温差能。所有这些形式的海洋能都可以用来发电。

从地球蕴藏的能源数量来看，自然界存在有无限的能源资源。仅就太阳能而言，太阳每秒钟通过电磁波传至地球的能量达到相当于500多吨煤燃烧放出的热量。这相当于一年中仅太阳能就有130万亿吨煤的热量，大约为全世界目前一年耗能的一万多倍。不过，由于人类开发与利用地球能源尚受到社会生产力，科学技术、地理原因及世界经济、政治等多方面因素的影响与制约。包括太阳能、风能、水能在内的巨大数量的能源，可以利用的仅占微乎其微的比例，因而，继续发展的潜力巨大。人类能源消费的剧增、化石燃料的匮乏至枯竭以及生态环境的日趋恶化，逼使人们不得不思考人类社会的能源问题。国民经济的可持续发展，依仗能源的可持续供给，这就必须研究开发新能源和可再生能源。

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.05×1018千瓦时（3.78× 1024J），相当于1.3×106亿吨标准煤。按目前太阳的质量消耗速率计，可维持6×1010年。所以可以说它是“取之不尽，用之不竭”的能源。但如何合理利用太阳能，降低开发和转化的成本，是新能源开发中面临的重要问题。

风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量，用于发电、提水、助航、制冷和致热等。风力发电是主要的开发利用方式。中国的风能总储量估计为1.6×109千瓦，列世界第三位，有广阔的开发前景。风能是一种自然能源，由于风的方向及大小都变幻不定，因此其经济性和实用性由风车的安装地点、方向、风速等多种因素综合决定。

对于核电站，人们有许多误解，其实核能发电是一种清洁、高效的能源获取方式。对于核裂变，核燃料是铀、钚等元素，核聚变的燃料则是氘、氚等物质。有些物质，例如钍，本身并非核燃料，但经过核反应可以转化为核燃料。我们把核燃料和可以转化为核燃料的物质总称为核资源。

近年来，许多发展中国家虽然都制订了一系列鼓励民企投资小水电的政策。由于小水电站投资小、风险低、效益稳、运营成本比较低，在国家各种优惠政策的鼓励下，全国掀起了一股投资建设小水电站的热潮，尤其是近年来，由于全国性缺电严重，民企投资小水电如雨后春笋，悄然兴起。国家鼓励合理开发和利用小水电资源的总方针是确定的，2003年开始，特大水电投资项目也开始向民资开放。2005年，根据国务院和水利部的“十一五”计划和2015年发展规划，中国将对民资投资小水电以及小水电发展给予更多优惠政策。

氢是一种二次能源，一种理想的新的含能体能源，在人类生存的地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少。因此必需将含氢物质加工后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水，其次就是各种矿物燃料（煤、石油、天然气）及各种生物质等。氢不但是一种优质燃料，还是石油、化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精炼需要氢，如烃的增氢、煤的气化、重油的精炼等；化工中制氨、制甲醇也需要氢。氢还用来还原铁矿石。用氢制成燃料电池可直接发电。采用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电，其能量转换效率将远高于现有的火电厂。随着制氢技术的进步和贮氢手段的完善，氢能将在21世纪的能源舞台上大展风采。

地热是指来自地下的热能资源。我们生活的地球是一个巨大的地热库，仅地下10千米厚的一层，储热量就达1.05×1026焦耳，相当于9.95×1015 标准煤所释放的热量。地热能在世界很多地区应用相当广泛。老的技术现在依然富有生命力，新技术业已成熟，并且在不断地完善。在能源的开发和技术转让方面，未来的发展潜力相当大。地热能是天生就储存在地下的，不受天气状况的影响，既可作为基本负荷能使用，也可根据需要提供使用。

海洋能通常指蕴藏于海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。海洋能蕴藏丰富，分布广，清洁无污染，但能量密度低，地域性强，因而开发困难并有一定的局限。开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。波浪能发电利用的是海面波浪上下运动的动能。1910年，法国的普莱西克发明了利用海水波浪的垂直运动压缩空气，推动风力发动机组发电的装置，把1千瓦的电力送到岸上，开创了人类把海洋能转变为电能的先河。目前已开发出60-450千瓦的多种类型波浪发动装置。

此外，还有生物质能，是指植物叶绿素将太阳能转化为化学能贮存在生物质内部的能量，目前发展中的开发利用技术主要是，通过热化学转换技术将固体生物质转换成可燃气体、焦油等，通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等，通过压块细蜜成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。

能源是现代社会赖以生存和发展的基础，清洁燃料的供给能力密切关系着国民经济的可持续性发展，是国家战略安全保障的基础之一。中国是能源消耗大国， 2000年一次能源消费量为7.5亿吨油当量，仅次于美国成为世界第二人能源消费国，到本世纪中叶中国全面达到小康水平时，一次能源的消费量将达到30多亿吨油当量。然而目前中国人均一次能源的消费量不到美国的1／18，仅为世界平均水平的1／3。与世界一次能源构成不同的是中国以煤为主，煤占一次能源的比例为63.6%，由于煤的高效、洁净利用难度大，使用过程中已对人类的生存环境带来严重的污染。另一方面中国人均能源资源严重不足，人均石油储量不到世界平均水平的1／10，人均煤炭储量仅为世界平均值的1／2。预计到2010年，中国石油供需缺口1亿吨，天然气缺口400亿立方米。因此，开发洁净可再生能源已成为紧迫的课题。