生物质能源

“垃圾作为一种生物质能，将其燃烧用于发电，可以有效节约化石能源，高安屯项目每年将焚烧53.3万吨垃圾，余热发电的同时也大大避免了燃煤所排放的二氧化碳。”高安屯生活垃圾焚烧发电厂项目总投资8.2亿元，2009年3月项目顺利建成开始运行，占地70亩，每日可处理生活垃圾1600吨，年可处理城市生活垃圾54.8万吨。“由于焚烧垃圾代替了燃煤发电，带来二氧化碳气体的减排；而且每天1600吨的垃圾用焚烧代替填埋，由此大量甲烷气体得到减排。因此，本项目年平均减排温室气体的二氧化碳当量约20万吨。”高安屯生活垃圾焚烧发电作为北京市第一家垃圾焚烧发电厂，为唯一为奥运提供垃圾焚烧处理的服务设施，并解决朝阳区一半的生活垃圾处理量，为200多万城市人口提供环境服务。同时年发电2.2亿度，相当于每年节约7万吨标准煤。 高安屯垃圾焚烧厂每年将焚烧处理生活垃圾53.3万吨，余热每年可发电2.2亿度，相当于每年节约7万吨标准煤。这些电将并入国家电网，由国家电网确定具体是向工业还是民用分配。该垃圾焚烧发电厂运行后，可为朝阳区200多万城市人口提供环境卫生服务，解决朝阳区一半的垃圾处理量。

针对本市首座大型垃圾焚烧厂是否能实现焚烧过程的环保问题，市市政管委副主任陈玲介绍，该厂的垃圾焚烧系统采用适合中国垃圾特点的焚烧技术和设备，能使垃圾完全充分燃烧，可有效地控制二英等有害气体的产生，并通过尾气净化系统，确保气体排放符合国家和地方的相关标准。

陈玲表示，下一步本市将逐步调整垃圾处理工艺比例，加大垃圾焚烧、堆肥等比例，逐步实现生活垃圾从以卫生填埋为主转变为以综合处理为主，实现生活垃圾减量化、资源化和无害化。

1．我国的生物质能资源情况

我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源50×108t左右，是我国目前总能耗的4倍。生物质能资源按原料的化学性质分，主要为糖类、淀粉和木质纤维素类。按原料来源分，则主要包括以下几类：（1）农业生产废弃物，主要为作物秸秆。（2）薪柴、枝丫柴和柴草。（3）农林加工废弃物，木屑、谷壳和果壳。（4）人畜粪便和生活有机垃圾等。（5）工业有机废弃物、有机废水和废渣等。（6）能源植物，包括所有可作为能源用途的农作物、林木和水生植物资源等。其中来源最广、储量最大、利用前景最可观的是农业生物质和林业生物质这两大类。

1）农业生物质

农业生物质资源包括农产品加工废弃物和农作物秸秆，如图7.13所示。农产品加工废弃物有花生壳、玉米芯、稻壳和甘蔗渣等；农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆等。据统计，我国各地区主要农业生物质的可利用总量约为5.6×108t，排名前三的地区分别是山东、河南、河北，而秸秆类农业生物质资源利用的主要方向为24%用于饲用，15%用于还田，2.3%用于工业，剩余的约60%用于露地燃烧或薪柴。因此，我国的农业生物质资源的应用潜力非常大。

图7.13　农业生物质

2）林业生物质

我国现有森林面积约1.95×108hm2，林业生物质总量超过180×108t，其中可利用的林业生物质资源有以下三类：一类是木本淀粉类资源，如栎类、果实、橡子等；二类是木本油料资源，如油桐、油茶、黄连木、文冠果、麻疯树等；三类是木质燃料资源，如灌木林、薪炭林、林业“三剩物”等。而且，我国还有近4000×104hm2的宜林荒山、荒地可用于种植能源林，还有近600×104hm2疏林地和5000×104hm2郁闭度（指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度）低于0.4的低产林地可用于改造。

目前世界上已有20多个国家在种植“柴油树”。我国河北省武安市马家庄乡连绵起伏的青山上，满山遍野生长着枝繁叶茂的黄连木树，这种树木的果实可以提炼柴油，当地群众将它称为“柴油树”。现在武安市共有这样的“柴油树”10万亩，年提炼柴油产量可达1000×104kg。据介绍，到2012年，武安市计划将“柴油树”发展到20万亩，年产柴油量达到2000×104kg。

2．生物质能资源的利用

主要应用在生物乙醇、生物柴油、生物质固体成型燃料和生物质能发电行业。

1）生物乙醇的应用

生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。我国生产生物乙醇的原料有甘蔗、甜高粱、木薯等高能品种，并建立了年产能力达5000t的甜高粱茎秆生产乙醇的工业示范装置。因传统粮食生产乙醇价格昂贵，为降低生产成本，我国已转向对微生物混合发酵法的研发。国家发展和改革委员会称，到2020年，我国15%生物质燃料将应用在汽车、轮船等行业。

2）生物柴油的应用

可从动植物油，如大豆、油菜、动物油脂以及餐饮垃圾中提炼生物柴油，因其环保性、润滑性、安全性能良好，可与石化柴油混合作为燃料。2005年6月，我国使用自主研发的生物酶法生产生物柴油，技术指标达到欧美生物柴油标准，标志着我国生物柴油研究取得了突破性进展。2010年生物柴油产能达300×104t/年，主要用于交通运输行业。我国提出了在2020年，生物柴油产能达200×104t的目标，已在海南建立了6×104t/年装置，产量居我国首位。

3）生物质固体成型燃料的应用

生物质固体成型燃料是将城市垃圾或农林废弃物，通过外力作用，压缩成型来增加其密度的可燃物质，具有高效、清洁、无污染等优点。图7.14为生物质捆装压缩示意图。我国的生物质成型燃料生产设备有螺旋挤压式、活塞冲压式、模辊碾压式，燃料形状主要有块状、棒状、颗粒状三种。北京奥科瑞丰公司生物质固体成型燃料年产量为60×104t，居全国首位，主要应用在直接燃烧取暖与工业锅炉等方面。

图7.14　生物质捆装压缩

4）生物质能发电的应用

生物质能发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。为推动生物质能发电技术的发展，2003年以来，国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东三个秸秆发电示范项目，颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，并实施了生物质能发电优惠上网电价等有关配套政策，从而使生物质能发电，特别是秸秆发电迅速发展。

2008年，蒙牛建成全球最大的生物质能沼气发电厂，得到联合国开发计划署环保基金的大力支持。图7.15为蒙牛生物质能沼气发电厂。

图7.15　蒙牛的全球最大生物质能沼气发电厂

3．生物质能开发利用的主要技术

生物质能开发利用在目前阶段的主要技术有三大类：物理转化、化学转化和生物转化。涉及压缩成型、气化、液化、热解、发酵、水解等具体技术，具体情况如图7.16所示。

1）物理转化

生物质的物理转化是将农林废弃物，如秸秆、锯屑、稻壳、蔗渣等，干燥后在一定压力的作用下，压制成棒状、粒状、块状的成型燃料或饲料。农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，生物质压缩成型主要是靠木质素的胶结作用。木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，是高分子物质，在植物中含量约为15%～30%。当温度达到70～100℃时，木质素开始软化并具有一定的黏度，当温度达到200～300℃时，木质素呈熔融状态，黏度变高，此时施加一定压力就能使木质素与纤维素黏结，使植物体积大量减少，密度显著增加，取消外力后，由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕，其仍能保持给定形状，冷却后强度进一步增加，大大降低农林废弃物的体积，便于运输和储存。

图7.16　生物质能开发利用的主要技术

2）化学转化

生物质的化学转化涉及气化、液化和热解等三个方面。

（1）气化：

生物质气化是指在一定的温度条件下，借助氧气或水蒸气的作用，使高聚合的生物质发生热解、氧化、还原等反应，最终转化为CO，H2和低分子烃类等可燃气体的过程。在我国，应用生物质气化技术最广的领域是生物质气化发电（BGPG）。生物质气化发电的成本约为0.2～0.3元/（kW·h），已经接近或优于常规发电，其单位投资约为3500～4000元/kW，仅为煤电的60%～70%，具备进入市场竞争的条件，发展前景非常广阔。

（2）液化：

生物质液化技术是指在高温高压的条件下，进行生物质热化学转化的过程。通过液化，可将生物质转化成高热值的液体产物，即将固态的大分子有机聚合物转化成液态的小分子有机物，生物柴油就是利用生物质液化技术生产出的可再生燃料。油料作物如大豆、油菜、棕榈等在酸性或碱性催化剂和高温的作用下发生酯交换反应，生产相应脂肪酸甲酯或乙酯，再经过洗涤干燥后得到生物柴油。与传统的石化能源相比，其硫和芳烃含量低，十六烷值高，闪点高，具有良好的润滑性，可添加到化石柴油中。

（3）热解：

生物质热解是指利用热能将生物质的大分子打断，从而转化为含碳原子数目较少的低分子化合物的过程，即生物质在完全缺氧条件下，经加热或不完全燃烧后，最终转化成高能量密度的气体、液体和固体产物的过程，而木炭就是利用生物质热解技术生产出的重要产物。木炭产品包括白炭、黑炭、活性炭、机制炭四大类，其中应用范围最广的是活性炭。活性炭是具有发达孔隙结构、强吸附力、比表面积巨大等一系列优点的木炭。在我国，活性炭广泛应用于葡萄糖、味精和医药等产业的生产。

3）生物转化

生物转化技术是指依靠微生物发酵或者酶法水解作用，对生物质进行生物转化，生产出乙醇、氢、甲烷等液体或气体燃料的技术。生物转化的生物质原料包括淀粉和木质纤维素两大类。玉米、木薯、小麦等淀粉类粮食作物是生物转化的主体，但是以农作物为原料转化的产品成本较高，且易受土地和人口的因素限制，产量无法大幅度增加。因此以廉价的农作物废料等木质纤维素为原料的生物转化技术才是解决能源危机的有效途径。然而，木质纤维素的结构和组分与淀粉类原料有很大的不同，解决高效、低成本降解木质纤维素原料的问题是木质纤维素转化产物取代化石燃料的根本途径。

生物质发电主要包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电及沼气发电等多种类型。

生物质发电由于生物质发电所需的能量是燃料燃烧所散发的能量，对于燃料的质量要求不高，许多被其他行业淘汰下来的劣质燃料也可以投入使用，因此生物质发电历来就有变废为宝的说法。生物质发电足够稳定，不需要地区与环境的限制，只要能够保证燃料的充足。

生物质发电厂就能够按时按量发电。生物质发电的处境却也不容乐观。作为一个刚刚起步的行业，生物质发电并没有能力完成自负盈亏。生物质发电在更多意义上属于福利发电，这一属性决定了它很难独自完成资金的回笼，更多时候生物质发电的资金回流靠的是政府的资金补贴。

生物质能发电特点

1、生物能发电的重要配套技术是生物质能的转化技术，且转化设备必须安全可靠、维修保养方便；利用当地生物资源发电的原料必须具有足够的储存量，以保证持续供应；所有发电设备的装机容量一般较小，且多为独立运行的方式。

2、利用当地生物质能资源就地发电、就地利用，不需外运燃料和远距离输电，适用于居住分散、人口稀少、用电负荷较小的农牧区及山区；生物质发电所用能源为可再生能源，污染小、清洁卫生，有利于环境保护。

二、已核准的农林生物质发电项目(招标项目除外)，上网电价低于上述标准的，上调至每千瓦时0.75元；高于上述标准的国家核准的生物质发电项目仍执行原电价标准。

三、农林生物质发电上网电价在当地脱硫燃煤机组标杆上网电价以内的部分，由当地省级电网企业负担；高出部分，通过全国征收的可再生能源电价附加分摊解决。脱硫燃煤机组标杆上网电价调整后，农林生物质发电价格中由当地电网企业负担的部分要相应调整。

四、农林生物质发电企业和电网企业要真实、完整地记载和保存项目上网交易电量、价格和补贴金额等资料，接受有关部门监督检查。各级价格主管部门要加强对农林生物质上网电价执行情况和电价附加补贴结算情况的监管，确保电价政策执行到位。

具体价格看各地的政府支持以及扶持力度了。

摘要：20世纪的后工业时代，人类生存和社会发展对能源的依赖越来越大，能源危机也在一定程度上拖慢了经济发展的速度。本文从我国能源发展现状和新能源、可再生能源的开发利用及其特点着眼，分析了太阳能、风能、核能等清洁可再生能源的可利用价值和利用途径，针对我国现阶段的发展状况进行思考，并做出了总结。

关键词：新能源；开发利用；太阳能；风能；核能

1 引言

谈及中国未来的发展，能源问题是无论如何也绕不过的。在很大程度上，可以说能源是中国进一步发展的前提。中国未来能源中可再生能源的比重很可能要比现在高得多，陈旧过时、设计落后的输电网将被淘汰，也就是说，由尖端数控、电子配电和更高负荷输电线路构成的智能输电网所替代。2009年12月，全球瞩目的新一轮联合国气候变化大会在丹麦首都哥本哈根召开，虽然未达成实质性的协议，但是哥本哈根会议有望成为世界全面向低碳时代转型的历史转折点。从大的方向上看，可持续的低碳和绿色经济，也必将是未来世界发展的大势所趋，这将会给新能源、环保等新兴产业带来机遇[1]。

低碳经济的迅速蔓延并非偶然。早在各国意识到传统化石能源不可再生的危机时，低碳经济就已经开始孕育。在席卷全球的金融危机和全球气候变化的巨大压力下，各国政府纷纷推出绿色政策，低碳经济模式得到普遍认可。低碳时代要求高效利用能源、开发清洁能源、追求绿色GDP，核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。低碳式发展模式的一个关键环节就是发展绿色新能源，主要包括太阳能、风能、核能以及地热能、氢能等多种能源，它们的特点是污染少，能量可持续或者是能量来源成本较低。本文中着重介绍太阳能、风能以及核能等重要新能源的利用现状和发展前景。

2 新能源的来源和简介

2.1 太阳能

2.1.1 太阳能的定义及发展史

太阳能（Solar Energy），又称太阳辐射能，指的是太阳以电磁辐射形式向宇宙空间发射的能量，也可以描述为太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能，其中约二十亿分之一到达地球大气层，是地球上光和热的源泉。

随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（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。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。

2.1.2 太阳能的分类

（1）太阳能光伏

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

（2）太阳热能

现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。

2.1.3 太阳能的开发途径

（1）光热利用

它的基本原来是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（＜200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（＞800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。

（2）太阳能发电

未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种：

①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。

②光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。

（3）光化利用

这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。

（4）光生物利用

通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。

2.1.4 太阳能发电的优点

照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。

从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。

2.2 风能

2.2.1 风能的定义及发展史

风能是因空气做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高，动能越大。现在人们通常用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力。据统计到2008年为止，全球以风力产生的电力约有94.1百万千瓦，供应的电力已超过全球用量的1%。风能虽然还不是大多数国家的主要能源，但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。

风能量是丰富、近乎无尽、分布广泛、环保无污染。人类利用风能的历史可以追溯到西元前，但数千年来，风能技术发展缓慢，没有引起人们足够的重视。自1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，风能作为解决生产和生活能源有着重要的意义。即使在发达国家，风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视。

2.2.2 风能的来源

风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的，风能是太阳能的一种转化形式。空气流动所形成的动能即为风能。太阳辐射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的运动形成风。风能就是空气的动能，风能的大小决定于风速和空气的密度。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2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。

2.2.3 风能的利用和经济性

风能利用形式主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能量。在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了中国南北之间的气压梯度，使空气作水平运动。

利用风来产生电力所需的成本已经降低许多，即使不含其他外在的成本，在许多适当地点使用风力发电的成本已低于燃油的内然机发电了。风力发电年增长率在2002年时约25%，现在则是以38%的比例快速成长。2003年美国的风力发电成长就超过了所有发电机的平均成长率。自2004年起，风力发电更成为在所有新式能源中已是最便宜的了，在2005年风力能源的成本已降到1990年代时的五分之一，而且随着大瓦数发电机的使用，下降趋势还会持续。

2.2.4风能的优缺点

（1）优点

风能是一种洁净的能量来源，随着风能设施逐渐进步，大量生产降低成本，在一些地区，风力发电成本低于发电机。风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态环境。风力发电是可再生能源，很环保。

（2）风力发电在生态上的问题是可能干扰鸟类，目前的解决方案是离岸发电，离岸发电价格较高但效率也高。在一些地区，风力发电存在经济性不足：许多地区的风力存在间歇性。风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以需要空旷的地方来兴建。现在的风力发电还未成熟，还有相当大的发展空间。

2.3 核能

2.3.1 核能的定义

核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特•爱因斯坦的质能方程E=mc2，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能的释放主要包括核裂变能、核聚变能、核衰变能三种形式。

2.3.2 核能发电原理

核能发电利用铀燃料进行核分裂连锁反应所产生的热，将热水加热成高温高压，核反应所放出的热量较化石燃料所放出的能量要高很多（相差约百万倍），比较起来所需要的燃料体积比火力电厂少相当多。核能发电所使用的的铀-235纯度只约占3%－4%，其余皆为无法产生核分裂的铀-238。核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料（核燃料）进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。

2.3.3 核能发电的优缺点

（1）优点

核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染，同时也不会产生二氧化碳等温室气体。而且核电的燃料铀燃料到目前为止没有其他的特别用途。燃料费在核能发电的成本中所占比例较低，核能发电的成本比较稳定，不易受到国际经济形势的影响。

（2）缺点

核能发电时仅将1/3的热能转化为电能，其余2/3的余热需藉循环冷却水排出厂外，冷却水的最佳来源就是天然海水，故核电厂多设置于海边（或河边）。因此废水的排出会对海洋环境造成一定的影响。水温因废水会增高2-3℃，如果持续很久会对无脊椎动物及海藻类生物都有不良影响。例如南湾核三厂附近的珊瑚大量白化死亡。而且废料的处理也是一大问题。

3 我国新能源的开发利用现状

3.1 太阳能

3.1.1 太阳能发电的应用

虽然太阳能有多种开发途径，但是目前应用最广泛且最有前景的途径就是太阳能发电。

太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适于各家各户分批进行发电，而且要联接到供电网络上，使得各个家庭在电力富裕时可将其卖给电力公司，不足时又可从电力公司买入。实现这一点的技术不难解决，关键在于要有相应的法律保障。现在美国、日本等发达国家都已制定了相应法律，保证进行太阳能发电的家庭利益，鼓励家庭进行太阳能发电。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始追赶传统风力发电，在德国甚至接近全国发电总量的5%-8%。

3.1.2 太阳能电池的应用

太阳能电池是一个对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

（1）通信卫星供电

上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。

（2）离网发电系统

太阳能发电控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。

（3）并网发电系统

并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。网发电系统是太阳能风力发电的发展方向，代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。

3.1.3 我国太阳能开发现状

中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。目前，我国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。我国比较成熟太阳能产品有两项：太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统。

《可再生能源法》的颁布和实施，为太阳能利用产业的发展提供了政策保障；京都议定书的签定，环保政策的出台和对国际的承诺，给太阳能利用产业带来机遇；西部大开发，为太阳能利用产业提供巨大的国内市场；原油价格的上涨，中国能源战略的调整，使得政府加大对可再生能源发展的支持力度，所有这些都为中国太阳能利用产业的发展带来极大的机会。

3.2 风能

3.2.1 风能发电的应用

风力发电在19世纪末就开始登上历史的舞台，在一百多年的发展中，一直是新能源领域的独孤求败，由于它造价相对低廉，成了各个国家争相发展的新能源首选。风能作为一种新兴的环保的可再生能源已越来越受到关注，人类对其的利用技术也日趋成熟。我国风能有相当大的开发和利用空间，在风能充沛的地区广泛建立风力发电站可以大大的缓解我国能源缺乏的问题。

3.2.2 我国的风能利用

我国位于亚洲大陆东部，濒临太平洋，季风强盛，内陆还有许多山系，地形复杂，加之青藏高原耸立我国西部，改变了海陆影响所引起的气压分布和大气环流，增加了我国季风的复杂性。冬季风来自西伯利亚和蒙古等中高纬度的内陆，那里空气十分严寒干燥，冷空气积累到一定程度，在有利高空环流引导下，就会爆发南下，在此频频南下的强冷空气控制和影响下，形成寒冷干燥的西北风侵袭我国北方各省。每年冬季总有多次大幅度降温的强冷空气南下，主要影响我国西北、东北和华北，直到次年春夏之交才消失。夏季风是来自太平洋的东南风、印度洋和南海的西南风，东南季风影响遍及我国东部地区，西南季风则影响西南各省和南部沿海，但风速远不及东南季风大[2]。

青藏高原地势高亢开阔，冬季东南部盛行偏南风，东北部多为东北风，其他地区一般为偏西风，夏季大约以唐古拉山为界，以南盛行东南风，以北为东至东北风。我国幅员辽阔，陆疆总长达2万多公里，还有18000多公里的海岸线，边缘海中有岛屿5000多个，风能资源丰富。我国现有风电场场址的年平均风速均达到6米／秒以上。一般认为，可将风电场风况分为三类：年平均风速6米／秒以上时为较好；7米／秒以上为好；8米／秒以上为很好。

中国风力资源极为丰富，风能发电很可能作为可再生能源的主力军在今后能源产业中起到领军作用。中国气象科学院研究员朱瑞兆提供的数据显示，中国风能资源仅次于美国和俄罗斯，居世界第三[3]。已探明的中国风能理论储量为32.26亿千瓦，可利用开发为2.53亿千瓦。风能如果能够全部利用起来，将满足当前能源需求的近1/4。

3.3 核能

3.3.1 世界核能发电现状

核能发电作为核能应用中发展最快的一支，第一座商业用核电厂1957年在美国宾州开始运转。1986年，前苏联切尔诺贝利核电厂发生重大事故，这一历史上最严重的核能事故，除了导致人员伤亡、土地污染等后果外，某种程度上也直接影响了核工业的前进脚步。核能从世界发展最快的能源沦为发展最慢的能源。当然，当时全球电力过剩、油价低廉、经济不景气等原因也进一步促使核电发展“一蹶不振”，二十多年后的今天，在国际能源危机的背景下，已在适应经济的快速增长和对环保的迫切要求上显示出巨大竞争力的核电，再次被提上议事日程，法国有关专家认为，芬兰建造的第三代核电站和法国兴建的同样的核电站将开启新一轮的核电发展高峰。

全世界核电当前状况有很大的不同。在30个已经具有核发电能力的国家中，核反应堆的发电百分比从法国的78%到中国的仅仅2%。截至2008年3月，全世界总计有439座核反应堆，另有35座正在建造。美国最多，有104座，法国次之，有59座，日本55座，而俄罗斯有31座并另有7座在建造中。核电发展集中在亚洲。正在建造中的35座反应堆中总共有20座在亚洲，而最近并网发电的39座反应堆中的28座也是在亚洲[4]。

3.3.2 核能应用全球升温

有越来越多的人在讨论核能发电，常常涉及诸如全球变暖和气候变化之类的更广泛的问题。是什么推动了对核电期望的上升呢？能源预测一直表明世界对能源的需求有持久的长期增长。同时新的环境限制——像京都议定书的生效等存在着避免温室气体排放的一些实际财政利益。

中国目前面临着能源需求的急剧增长，因此正在十余利用一切可能的能源包括核能来扩大其发电容量。目前中国的核电仅占全国能源总量的2%，但是为了配合国家能源结构调整，中国首先要发展的就是核电。中国核电发展的最新目标是：到2020年前要新建核电站31座，在运行核电装机容量4000万千瓦，在建核电装机容量1800万千瓦[5]。

4 中国新能源发展的战略思考

我国具有丰富的新能源和可再生能源资源：水能可开发资源为3178亿千瓦，目前已开发利用11%；生物质能资源，包括农作物秸秆、薪柴和各种有机废物，利用量约为216亿吨标准煤，占农村生活能源消费的70%，占整个用能的50%；我国太阳能年总辐射量超过60万焦耳/平方厘米，开发利用前景广阔；风能资源总量为16亿千瓦，约10%可供开发利用；地热资源尚待继续勘探，目前已探明的地热储量约为4626亿吨标准煤，现利用的仅约十万分之一；我国海洋能源资源亦十分丰富，其中可开发的潮汐能就有2000万千瓦以上[6]。

我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发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。我国政府承诺到2020年中国单位GDP二氧化碳排放将比2005年下降40%～45%，到2020年我国非化石能源占一次能源消费的比例达到15%左右[1]。

从第四届新能源国际高峰论坛获悉，2009年中国可再生能源在一次性能源消费结构中所占的比例已从2008年的8.4%提升至9.9%。2009年，国内一次性能源消费结构中，煤炭占68.7%，石油占18%，天然气占3.4%，非化石能源，即可再生能源消费比重上升到9.9%。根据国务院2009年年底提出的目标，到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。从9.9%至15%，可再生能源需提升的比重虽不算太大，但考虑到未来中国能源需求的巨大增长，上述目标的实现仍面临考验。2009年，我国能源消费总量为30亿吨标准煤。专家预测，到2020年，能源需求总量可能高达45亿吨标准煤，这意味着新能源领域必须加大投入才能确保消费比重稳定提升。根据初步分析判断，要实现可再生能源消费比重达15%的目标，到2020年我国水电装机容量要达到3亿kw以上，核电投运装机容量达到6000万kw至7000万kw，风电、太阳能及其他可再生能源利用量达到1.5亿吨标准煤以上[7]。

因此，中国长远目标应该是以风能、太阳能以及核能为主，适当发展生物质能、垃圾焚烧、沼气、地热等能源，建立多元化的新能源利用体系，合理均衡地发展新能源。

5 总结与讨论

20世纪的后工业化时代，能源和人类生存有着紧密的关系，能源危机拖慢了经济发展的速度。电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，我国作为能源消耗大国，不得不考虑改变能源结构，走可持续发展道路，保证能源的可持续供给。能源枯竭和环境恶化已成为人类可持续发展的重大威胁，新能源开发迫在眉睫。新能源即将成为人类历史上的“第四次能源革命”，新能源产业将成为战略性新兴产业已经成为全球共识[8]。

欧美日等发达国家以及众多的发展中国家，纷纷投入到新能源领域，以在未来国际竞争中占有一席之地。中国也顺应潮流将新能源发展提上战略日程，但却面临缺乏规划、技术创新不足、应用障碍多、发展不均衡等问题。通过出台战略规划加强引导，通过加大技术创新、完善基础设施、建立补贴机制和能源利益调节等完善提高实用性，通过产业政策和市场培育政策完善产业链条扩展市场容量，通过多元化策略建立合理的新能源体系，是中国在新能源发展方面的必然战略选择。

发展新能源任重而道远。在未来中国，新能源将会，也必须得到大力发展。这样在未来的“低碳经济”时代，中国才有机会掌握应有的话语权，才能在国际竞争中立于不败之地。

参考文献：

[1] 胡兴军，新型能源迎来大发展机遇，新材料产业，2010（4），53~57

[2] 风能：领军新能源，消息，华北电力技术，2010（5），50

[3] 朱瑞兆，风电场风资源卫星遥感地理信息综合评估和选址研究，中国气象科学研究院年报，1997（00），41~50

[4] Alan McDonald，世界核电形势，国际原子能机构通报，2008，49（2），45~48

[5] 2007年中国能源发展报告

[6] 姚岩峰，我国新能源开发利用现状及未来发展趋势研究分析，中国市场，2010（22），16~17

[7] 能源经济资讯，中国可再生能源消费比重达到9.9%，能源技术经济，2010（22），68

[8] 柳士双，中国新能源发展的战略思考，经济与管理，2010，24（6），5~9

发电效率高不是生物质能发电的优点，是西安交通大学19年3月的课程考试。

生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。

世界生物质发电起源于20世纪70年代，当时，世界性的石油危机爆发后，丹麦开始积极开发清洁的可再生能源，大力推行秸秆等生物质发电。