哪些能源是可再生能源?可再生能源主要应用在哪些方面
再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。它们在自然界可以循环再生。是取之不尽,用之不竭的能源,不需要人力参与便会自动再生,是相对于会穷尽的非再生能源的一种能源。
应用方面,例如水能的应用形式就是水利发电,像坝式水电站、河床式水电站、引水式水电站。
人类使用再生能源的原因主要有以下几点:
1、科技的进步让此类能源更加“好用”;
2、化石能源是有限的,不仅其价格会日渐增涨,而且终会有枯竭的时候;
3、某些再生能源(如风能、水力、太阳能)不会排放温室气体(如二氧化碳),因此不会增加温室效应的风险;
4、为了增进能源供应安全,减少对进口化石能源的依赖,并满足对可持续性能源的需求。
1、风能的利用:利用风力将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量,用于发电、提水、助航、制冷和制热。
2、生物质能供热系统在工业领域的应用:利用动物粪便、城市垃圾、有机废水中含有的有机物供热。
3、太阳能的利用:太阳能热泵系统、太阳能热水器和太阳能发电机。
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。
● 太阳能
太阳能是来自地球外部天体的能源。人类所需能量的绝大部分,都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能,在植物体内储存下来。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源。
● 风能
风能地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后,气温变化不同以及空气中水蒸气的含量不同,因而引起各地气压的差异,在水平方向高压空气向低压地区流动,即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率,与风速的三次方和空气密度成正比关系。
● 水能
水能是清洁能源、绿色能源,是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源;狭义的水能资源指河流的水能资源,是常规能源,一次能源。人们目前最易开发和利用的比较成熟的水能,也是河流能源。水能主要用于水力发电。其优点是成本低、可连续再生、无污染。缺点是分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制大。水容易受到污染,也容易被地形、气候等多方面的因素所影响。
● 生物质能
生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。对于石油行业来讲,目前最为关切的是生物柴油。它是生物质能的一种,是指以油料作物、野生油料植物和水生植物油脂,以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油,通过酯交换工艺制成的可代替柴油的再生性燃料。另外,燃料乙醇也越来越受到关注。
● 地热能
地热能是赋存于地球内部岩石和流体中的热能。它是驱动地球内部一切热过程的动力源,其热能以传导形式向外输送。地球内部温度高达7000℃,这些巨大的热能,透过地下水的流动和熔岩涌动至离地面1~5千米的地壳,热力得以被转送至接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热。这些加热了的水,最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法,就是直接取用这些热源,并抽取其能量。
● 海洋能
海洋能指依附在海水中的可再生能源。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、盐度梯度、海流等形式,存在于海洋之中。地球表面积约为5.1亿平方千米,其中陆地表面积为1.49亿平方千米,占29%;海洋面积达3.61亿平方千米,占71%。以海平面计,全部陆地的平均海拔约为840米,而海洋的平均深度却为380米。整个海水的容积多达13.7亿立方千米。一望无际的大海,不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏,而且还蕴藏着巨大的能量。它将太阳能以及派生的风能等,以热能、机械能等形式蓄在海水里,不像在陆地和空中那样容易散失。
1、太阳能:直接来自于太阳辐射。
2、生物能:由绿色植物通过光合作用,将太阳能转化为化学能,储存在体内,可沿食物链单向流动,最终转化为热能散失掉。
3、风能:由太阳辐射提供能量,因冷热不均产生气压差异,导致空气水平运动——风的形成。
4、水能:由太阳辐射提供能量,产生水循环,来自海洋的暖湿空气,受热上升,太阳能转化为势能,当在高山上形成降水后,水往低处流,势能转化为动能,就是水能。
5、海洋能:包括潮汐、波浪、洋流等海水运动蕴藏的能量,也是取之不尽用之不竭的。潮汐能主要来自于月球、太阳等天体的引力,波浪、洋流的能量主要是受风的影响。
6、地热能:来自于地球内部放射性元素的衰变。
上述能源都是可再生能源,而且是直接来自于自然界的一次能源。楼上有提到氢能的,它应属于可再生能源,因为生产氢能的原料是取之不尽、用之不竭的。但它是经过人类加工的二次能源。如果这样举例的话,沼气、焦炭、蒸汽(蒸汽机的动力)也是可再生能源。
非可再生能源:煤、石油、天然气、核矿石等一次能源,以及汽油、柴油、煤油等二次能源。
再生能源有:
1、太阳能发电
太阳能是一种可再生能源,5000多年来,一直在人类的生产生活中发挥巨大作用。随着时间的推移,太阳能的用途发生了很大变化,从取暖到为太空中的卫星供电。但是,目前家庭房屋和各类建筑中,仍然缺乏能效高且价格低廉的太阳能发电设备。
2、风力发电
风力涡轮机就像喷气发动机的进气口。当空气进入时,首先会遇到一套固定的叶片,它能把空气引导进一套可转动的叶片。空气推动叶片并出现在另一边,此时空气流动的速度比在涡轮机外流动的速度更慢。
遮蔽物做成合适的形状,以便其引导在外面相对流动较快的空气进入转子后面的区域。快速流动的空气加速缓慢移动的空气,使涡轮机叶片后的区域变成低气压,以吸纳更多的空气通过它们。
3、水力发电
水力发电系(Hydroelectric power)利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处,将其中所含势能转换成水轮机之动能,再借水轮机为原动力,推动发电机产生电能。水的高度,水的重量,甚至水的流动速度都可以用来发电。
地球上有大量的河流和不同类型的水流,这意味着我们可以大量安装水力发电站。
4、生物质能
生物质能的应用在日常生活中越来越普遍。生物柴油可以为汽车、公共汽车和商业车辆提供动力;生物质发电机可以提供家庭用电,此外,人们每天都发现新的生物质能。
5、地热能
地热能是由地壳抽取的天然热能,这种能量来自地球内部的熔岩,并以热力形式存在,是引致火山爆发及地震的能量。因为放射性粒子会慢慢衰变,所以地热能是一种可再生能源。并且只要地球还在旋转,地热能就会一直存在,完全不用担心它们会耗尽。
太阳能
太阳是一个巨大、久远、无尽的能源,同时也是许多能源的来源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量(约?3.75×1026W)的22亿分之一,但已高达173,000TW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当於500万吨煤。 地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源於太阳;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,狭义的太阳能则限於太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它的资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境没有任何污染。但太阳能也有两个主要缺点:一是能流密度低;二是其强度受各种因素(季节、地点、气候等)的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。
地热能
地热能是来自地球深处的可再生热能,它起源於地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变,其利用可分成地热发电和直接利用两大类。 地热能的储量比目前人们所利用的总量多很多倍,而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度,那麼地热能便是可再生的。地热能在世界很多地区应用相当广泛,据估计,每年从地球内部传到地面的热能相当於100PW·h。 不过,地热能的分布相对来说比较分散,开发难度较大。
风能
风是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面,地球表面各处受热不同,生温差,从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能,但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74X109MW,其中可利用的风能为2X107MW,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
风能是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源,特别是对沿海岛屿,交通不便的边远山区,地广人稀的草原牧场,以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆,作为解决生产和生活能源的一种可靠途径,有著十分重要的意义。即使在已开发国家,高效洁净的风能也日益受到重视。
海洋能
大海,不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏,而且还蕴藏著巨大的能量,它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水裏,不像在陆地和空中那样容易散失。
海洋能指依附在海水中的可再生能源,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、盐度梯度、海流等形式存在於海洋之中,分述如下:
潮汐与潮流能来源於月球、太阳引力,其他海洋能均来源於太阳辐射,海洋面积占地球总面积的71%,太阳到达地球的能量,大部分落在海洋上空和海水中,部分转化成各种形式的海洋能。
海水温差能是热能,低纬度的海面水温较高,与深层冷水存在温度差,而储存著温差热能,其能量与温差的大小和水量成正比。
潮汐、潮流,海流、波浪能都是机械能,潮汐能是地球旋转所产生的能量通过太阳和月亮的引力作用而传递给海洋的,并由长周期波储存的能量,潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比;潮流、海流的能量与流速平方和通流量成正比;波浪能是一种在风的作用下产生的,并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能,波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。
河口水域的海水盐度差能是化学能,入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差,若隔以半透膜,淡水向海水一侧渗透可生渗透压力,其能量与压力差和渗透流量成正比。因此各种能量涉及的物理过程开发技术及开发利用程度等方面存在很大的差异。
生物能
生物质是指由光合作用而产生的各种有机体,生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式,一种以生物质为载体的能量,它直接或间接地来源於植物的光合作用。在各种可再生能源中,生物质是独特的,它是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态和气态燃料。
据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t,含能量达3x1021J,因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能,相当於全世界每年耗能量的10倍。生物能是第四大能源,生物质遍布世界各地,其蕴藏量极大。世界上生物质资源数量庞大,形式繁多,其中包括薪柴,农林作物,尤其是为了生产能源而种植的能源作物,农业和林业残剩物,食品加工和林?品加工的下脚料,城市固体废弃物,生活污水和水生植物等等。
氢能
氢能是一种二次能源,因为它是通过一定的方法利用其他能源制取的,而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采,这种能源总有枯竭的一天,而氢能若能从中生产,则可望能抒解能源危机的警戒。
在自然界中,氢已和氧结合成水,必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。燃料电池即是将氢与氧直接通过电化学反应产生电与水,一个步骤就可发电,发电较传统方式有效率。商品化后,这样的发电系统不但适合一般家庭使用,其副产品所产生的热水,大约在摄氏40到60度间,相当适合家庭洗澡与厨房利用,一举两得。
如果用煤、石油和天然气等燃烧所产生的热或所转换成的电支分解水制氢,那显然是划不来的。现在看来,高效率的制氢的基本途径,是利用太阳能。如果能用太阳能来制氢,那就等於把无穷无尽的、分散的太阳能转变成了高度集中的乾净能源了,其意义十分重大。