农林废物的热解技术有哪些？
在无氧或者缺氧的条件下，对固体废物中的有机物进行加热，使其发生不可逆的化学变化，主要是使高分子的化合物分解为低分子化合物的处理技术，称为热分解技术，简称热解。热解处理的主要产物包括气体部分(如氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等)、液体部分(如甲醇、丙酮、醋酸、焦油、溶剂油、水溶液等)和固体部分(主要是炭黑)。不同于仅有热能可以回收的焚烧处理，热解技术可产生便于贮存运输的燃气、燃油等。适合于热解技术应用的固体废物主要包括废塑料(含氯废物除外)、废橡胶、废轮胎、废油和油泥、有机污泥等。城市生活垃圾、农林废弃物(如纤维素类物质)的热解技术也在蓬勃发展之中 。
1. 生物质是植物光合作用直接或间接转化的产物。生物质能是指利用生物质生产的能源。目前，作为能源的生物质主要是农林废弃物、城市和工业有机废弃物以及动物粪便等。本文所指的生物质具体指农林废弃物，即农林作物收获和加工过程中所产生的废弃物质和垃圾，如秸秆(玉米秆、花生秆、棉花秆、高梁秆、豆类秆等)、糠皮、山茅草、灌木枝、枯树叶、藤蔓、木屑、皮壳、刨花、锯末等，以及食品加工业排出的残渣，如饼粕、酒糟、甜菜渣、废糖蜜、蔗渣、食品工业下脚料等。
我国每年产生的各种农林废弃物有15亿，其中农业废物资源分布广泛，仅农作物秸杆年产量就7亿吨，可作为能源用途的秸杆约3．5亿吨，折合标准煤1．8亿吨；薪炭林和林业及木材加工废物的资源量约折合3亿吨标准煤，相当于我国石化能源消耗量的1／10还要多。另外，一些油料作物还是制取液体燃料的优质原料，如麻疯树、油菜籽、蓖麻、漆树、黄连木和甜高粱等。预计到2020年，农林废弃物约合11．65亿吨标准煤，可开发量约合8．3亿吨标准煤。另外，目前全国还有5700~公顷宜林地和荒沙荒地，l亿公顷不适宜发展农业的边际土地资源，发展林木生物质能源潜力巨大。
虽然目前新开发的生物质资源的综合利用途径相当多，并且有些途径生物质资源利用率和经济效益都很高，但消耗量小，不能从根本上解决农林废弃物资源的处理和利用问题。生物质作为能源能够最大量地回收利用农林废弃物资源，其产物不但不存在销路问题，还能替代传统燃料，缓解日趋严重的能源危机，能够产生良好的社会经济效益和环境效益。
2生物质能转化机理和技术途径
生物质均由纤维素、半纤维素和木质素等高聚物组成，其基本液化反应分别如下：根据热重分析，纤维素在325 K时，开始降解，随着温度升高，降解加剧，到623～643 K时，降解为低分子碎片。其降解过程如下：
而半纤维素结构上带有支链，比纤维素更易降解，其降解机制与纤维素相似。木质素结构单元通过醚键和c—c键相联，结构比纤维素、半纤维素要复杂得多，木质素的热化学液化反应首先是烷基醚键的断裂反应。木质素大分子在高温、供氢溶剂存在下，通过自由基反应，首先断裂成低分子碎片，其基本反应如下：
通过以上过程，形成小分子碎片，这些碎片进一步通过侧链C—O键、C—C键及芳环C—O键断裂形成低分子量化合物。以上是生物质降解为低分子的基本断裂反应。
快速热解是一个加热速率极快，而滞留时间极短且快速冷却的过程，是一个瞬间完成的过程。上述过程对生物质的降解仍然适用，然而时间极短，可近似等温过程。从反应物与生成物来看有如下过程：
Larfldt J等进行大量研究后，根据反应动力学提出4种热解模式：
模式2、3中炭的馏分通过计算预测，模式 l、4中有竞争反应，因而炭产量有变化。生产过程中，即使用最佳工艺参数，也不能生成单一产物，但通过调整参数可使反应尽可能向所需产物方向发展。如模式1中温度在500℃左右时，极高的加热速率、很短的滞留时间和快速冷却，能提高其K2值，主要产物为焦油，故模式1更适合快速热解。
目前生物质能的转化技术主要有3种：(1)生物质经生物化学处理转化为富含能量的燃料。如将生物质(农作物秸秆、粪便、有机废水等)发酵制得沼气，糖和淀粉原料发酵制酒精。我国在这方面的技术比较成熟，但在大规模处理生物质中将会受到生物质种类和生物技术的限制。(2)生物质经化学处理转化为高价值的化工产品。如利用生物质中的半纤维素在酸性介质下加热获得糠醛，利用稻壳生产白炭黑等。(3)生物质经热化学处理，即生物质在隔绝或少量氧气的条件下，热解反应获得可燃气体、固体木炭和液体生物油3类产品，又称生物质热裂解(生物质热解)。一般地说，生物质热解分低温慢速热解(<400℃)，产物以木炭为主；高温闪速热解(700～1000℃)，产物以可燃气体为主；中温快速热解(400～650℃)，产物以生物油为主。快速热解技术，即生物质瞬间热解制取液体燃料油，是20世纪70年代末国外研究人员研究开发的。其收率高达70％以上，并有文献报道液体生物油的产率最高可达85％，是一种很有开发前景的生物质应用技术。
液体产物收率相对较高的快速热解技术，最大的优点在于其产物生物油易存贮、运输，为工农业大宗消耗品，不存在产品规模和消费的地域限制问题。生物油不但可以简单替代传统燃料，而且还可以从中提取出许多较高附加值的化学品。通过分散热解、集中发电的方式，热解生物油通过内燃机、燃气涡轮机、蒸汽涡轮机完成发电，这些系统可产生热和能，能够达到更高的系统效率，一般为35％～45％，从而解决了发电要求的规模效益，并大大降低了农林废弃物的运输和贮存费用高、占用场地大的问题。
3国内外生物质快速热解技术的研究现状
该技术始于20世纪70年代末，迄今为止，为降低快速热解法的生产成本(按等热值粗略折算，2 t生物原油可折合1 t石化燃料，则目前生产l石油当量吨的生物原油的成本远比生产1 t石化燃料的成本要高)，各国已经对多种反应器和工艺进行了研究，特别是欧、美等发达国家，在进行全面的理论研究的基础上，已建立了相应的实验装置。快速热解法生产的液体燃料可以替代许多锅炉、发动机及透平机所用的燃油，而且还可以从中萃取或衍生出一系列化学物质，如食品添加剂、树脂、药剂等。正因为这些优势，快速热解技术越来越受到关注，工艺发展有了长足的进步。
在美国，采用循环流化床反应器和输送床反应器生产食品添加剂已投入商业运营，生产能力达l～2 t／h。欧洲各国多采用鼓泡流化床反应器，现在西班牙、英国分别建成了200 kg／h的试验厂，意大利建成了500 kg／h的示范装置。为了方便热解液化方面的学术交流和技术合作，欧洲在1995年专门成立了一个PyNE组织(Pyrolysis Net． work for Europe)，拥有18个成员国；2001年成立了GasNet(Europe Biomass Gasification Network)，现已拥有20个成员国以及8家工业单位成员。这些组织成立以来，在快速热解液化技术的开发以及生物油的利用方面做了大量富有成效的工作。
我国关于生物质快速热解研究较为薄弱，但近几年也有不少科研院所在这方面开展了工作。沈阳农业大学开展了国家科委“八五”重点攻关项目“生物质热裂解液化技术”的研究工作，他们在生物质热裂解过程的实验和理论分析方面做了很有成效的工作。浙江大学、中科院化工冶金研究所和广州能源所、河北省环境科学院等单位近年来也进行了生物质流化床或循环流化床液化实验。山东工程学院开发了等离子体快速加热生物质液化技术，利用实验室设备液化玉米秸粉，制出了生物油，并进行了成分分析。
国外的生物质能工作者偏重于不同类型的快速热解反应器的开发，以期提高生物油的产率。因为反应器能极大地影响化学反应体系的热量、动量、质量传递过程，设计合理的反应器可改善物料和温度在反应体系中的分布，从而提高化学反应的速度和进行程度。从实践中看，国外研制的某些反应器具有非常高的生物油产率。国内工作者着眼于通过控制温度、使用催化剂、寻找适宜的物料来探索提高生物油产量和质量的途径。
在生物质快速热解生产液体燃料的工艺中，反应器都是其核心部分，反应器的类型及加热方式的选择在很大程度上决定了产物的最终分布。因此，反应器类型和加热方式的选择是各种技术路线的关键环节。作为一种只有30多年发展历史的新工艺，在技术、产品和应用方面还存在许多不足，至今未实现大规模工业化应用。目前，亟待解决的问题有：(1)鼓励开发、改进工艺和设备；(2)工业放大；(3)降低成本；(4)改善生物油使用性能；(5)开发有价值的生物油副产品；(6)处理输送和使用过程的环境卫生与安全。
4生物质自混合下行循环流化床快速热解技术
山东科技大学化工学院清洁能源研究中心提出生物质自混合下行循环流化床快速热解技术，正处于实验研究阶段，并有一套处理量为200～300 kg／h的示范装置在建设中。
农林废弃物被锤片式粉碎机粉碎成合适的生物质颗粒，经烟气提升管干燥和提升，生物质颗粒被旋分器气固分离进入上部料仓。经螺旋进料器在专有热解反应器顶端，与通过蝶阀控制下落的高温循环热载体迅速实现自混合、升温、热解。在反应器立管下部油气与半焦和热载体快速分离。热解油气经冷凝器获得液体产品和煤气。半焦和循环热载体通过热空气输送的返料阀进入烧焦提升管燃烧加热，加热后的热载体经旋分器
与烟气分离后进入专有热解反应器顶部，实现热载体循环供热，烟气预热空气后被引到烟气提升管底部，提升和干燥生物质颗粒。
生物质自混合下行循环流化床快速热解工艺流程见图l。
其技术优点：
(1)专有热解反应器为静态混合结构，无机械运动部件，可解决机械设备存在的高温时焦渣磨损设备、设备的运动部件容易出现故障以及难以工业化放大的难题。
(2)专有热解反应器利用重力、无需载气即可实现生物质颗粒和高温循环热载体的快速混合、快速升温和热解，提高液体收率和系统热效率。
(3)利用烟气余热干燥生物质颗粒，降低了生物油的水含量，提高了系统热效率。
(4)反应器立管下部油气与半焦和热载体通过专有快速分离装置，减少了高温热解油气的二次反应，提高了液体收率。
生物质自混合下行循环流化床快速热解新技术是根据我国农村农林废弃物集散难度较大的国情，利用先进技术研制开发的一种热效率高、投资低、操作方便的快速热解工艺。
该热解工艺为彻底实现农林作物资源的最大化利用、实现农业循环经济、提高农民收入、改善农村产业结构、改善农村缺能现状，解决剩余秸秆就地焚烧或随意堆弃造成大气污染、土壤矿化势加剧、火灾和交通事故等大量的社会经济和生态问题提供了技术支撑和指导方向，对农业和农村发展以及化石能源危机的缓解，都有重要的现实意义。
人类生存和发展的三要素
物质、能量与信息。
因此，能源的发展史直接影响人类的发展史。
我们人类生存与发展中最具有决定性意义的要素是三个：¾¾ 物质、能量和信息。
组成我们的世界是物质；人类生存活动决定于对信息的认知和反应；而维持生命，从事发展的活动又地要通过消耗能量来进行。
一切能量来自能源，人类离不开能源。能源是人类生存、生活与发展的主要基础。能源科学与技术，能源利用的发展在人类社会进步中一直扮演着及其重要的角色。
能源发展的里程碑 可以这么说，每一次能源利用的里程碑式发展，都伴随着人类生存与社会进步的巨大飞跃。几千年来，在人类的能源利用史上，大致经历了这样四个里程碑式的发展阶段：原始社会火的使用，先祖们在火的照耀下迎来了文明社会的曙光；18世纪蒸汽机的发明与利用，大大提高了生产力，导致了欧洲的工业革命；19世纪电能的使用，极大地促进了社会经济的发展，改变了人类生活的面貌；20世纪以核能为代表的新能源的利用，使人类进入原子的微观世界，开始利用原子内部的能量。
未来对能源的要求
有足够满足人类生存和发展所需要的储量，并且不会造成影响人类生存的环境污染问题。
未来对能源的需求 未来的人类社会依然要依赖于能源，依赖于能源的可持续发展。因此，我们须现在就很清楚地了解地球上的能源结构和储量，发展必须开发的能源利用技术，才能使人类的生存得于永久维持。
而我们赖于生存的能源是取之不尽用之不完的吗？回答是：不是，也是。事实上，进入21世纪后，人类目前技术可开发的能源资源已将面临严重不足的危机，当今煤、石油和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，甚至不能维持几十年。因此，必须寻找可持续的替代能源。而近半世纪的核能和平利用，已使核能已成为新能源家属中迄今为止能替代有限矿石燃料的唯一现实的大规模能源。而且，未来如能实现核能的彻底利用，人类的能源将是无穷的。
除了物质、能量和信息三大因素外，人类对安全的要求也越来越重要了。安全包括社会安全、健康安全和环境安全等。它们同能源的关系也是非常密切的。现在利用的能源已造成了大量的环境污染问题，严重影响了人类的生存。因此，未来对能源的要求将不仅是储量充足，而且还必须是清洁的能源。相对其它化石能源而言，核能的和平利用已充分证明了核能是清洁的能源之一。
u 能源的定义与源头
究竟什么是“能源”呢？《科学技术百科全书》是这样说的：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；《大英百科全书》说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”。可见，能源是呈多种形式的、可以相互转换的能量的源泉。简而言之，能源是自然界中能为人类提供能量的物质资源。
能源的源头
来自地球以外天体的能源（如太阳能）、地球本身蕴藏的能源（如地热、核能）、地球与其它天体相互作用产生的能源（如潮汐）。
而能源是产生能量的源头。
人们通常按形态与应用方式对能源进行分类。一般分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中，前三类统称化石燃料或化石能源。已被人类认识的这些能源，在一定条件下可以转换为人们所需的各种形式的能量。比如薪柴和煤炭，加热到一定温度，能和氧气化合并放出大量热能，可以直接用来取暖，也可用来产生蒸汽推动汽轮机，再带动发电机，使热能变成机械能，再变成电能。把电送到工厂、机关和住户，又可以转换成机械能、光能或热能。
在我们生活的地球上，能源形形色色。总起来说有三个初始来源。
太阳能
地球
来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）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贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。
地球本身蕴藏的能量 通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。
与地球内部的热能有关的能源，我们称之为地热能。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。地壳就是地球表面的一层，一般厚度为几公里至70公里不等。地壳下面是地幔，它大部分是熔融状的岩浆，厚度为2900公里。火山爆发一般是这部分岩浆喷出。地球内部为地核，地核中心温度为2000度。可见，地球上的地热资源贮量也很大。
与原子核反应有关的能源正是本书要介绍的核能。原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量，称为原子核能，简称核能，俗称原子能。它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源，以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外，还可以用作其它类型的动力源、热源等。
来自星球引力的能量 指由于地球与月球、太阳等天体相互作用的形成的能源。地球、月亮、太阳之间有规律的运动，造成相对位置周期性的变化，它们之间的引力随之变化使海水涨落而形成潮汐能。与上述二类能源相比，潮汐能的数量很小。全世界的潮汐能折合成煤约为每年30亿吨，而实际可用的只是浅海区那一部分，每年约可折合为6000万吨煤。
u 能源结构与储量
地球上有哪些能量资源可供我们使用？它们还能维持多久？我们该怎么办？
能源的种类
一次能源：煤炭、石油、核能等自然界天然能量资源；
二次能源：汽油、电力、蒸汽等人工制造的能量资源，
一次能源和二次能源 能源按其生成方式，分为天然能源（一次能源）和人工能源（二次能源）两大类。天然能源是指自然界中以天然形式存在并没有经过加工或转换的能量资源，如煤炭、石油、天然气、核燃料、风能、水能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等；人工能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，如煤气、汽油、煤油、柴油、电力、蒸汽、热水、氢气、激光等。
常规能源和新能源 其中，已被人类广泛利用并在人类生活和生产中起过重要作用的能源，称为常规能源，通常是指煤炭、石油、天然气、水能等四种。而新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。
煤的时代
能源结构的变迁 历史上，伴随着新的化石资源的发现和大规模开采与应用，世界的能源消费结构经历了数次变革。18世纪的以煤炭替代柴薪，到19世纪中叶煤炭已经逐渐占主导地位。20世纪20年代，随着石油资源的发现与石油工业的发展，世界能源结构发生了第二次转变，即从煤炭转向石油与天然气，到20世纪60年代，石油与天然气已逐渐称为主导能源，动摇了煤炭的主宰地位。但是，20世纪70年代以来两次石油危机的爆发，开始动摇了石油在能源中的支配地位。以此同时，大部分化学能源的储量日益减少，并伴随着许多环境污染问题。
而人类对能源的需求却在与日俱增。例如主要能源形式 地球能源的储量估计
煤炭：～200年
石油、天然气：～50年
核能：无穷多
之一的电力消耗逐年增加。根据统计，人口若每30年增加一倍，电力的需求量每八年就要增加一倍。
于是，20世纪末，能源结构开始经历第三次转变，即从以石油为中心的能源系统开始向以煤、核能和其它再生能源等多元化的能源结构转变。特别是随着时间的推移，核能的比例将不断增长，并将逐步替代石油和天然气而成为主要的大规模能源之一。
化学能的储存量 煤炭、石油、天然气还有多少年可以让人类开采利用？据世界能源会议统计，世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨，预计还可开采200年。探明可采石油储量共计1211亿吨，预计还可开采30～40年。探明可采天然气储量共计119万亿立方米，预计还可开采60年。必须指出的是，煤炭、石油等直接燃烧用来生产电能与热能实在太可惜了，且不说可能带来的环境污染，它们还是很好的化工原料呢！
水能及新能源的潜力 那么水能呢？我们知道，水力是可以长期开发利用的。但是，在那些大面积缺水、水力资源不丰富的国家和地区怎么办？再说，水能还有个季节性的问题。这些都使水能无法成为世界能源结构中唯一的主力军。新能源中，太阳能虽然用之不竭，但代价太高，并且就目前的技术发展情况来看，在一代人的时间里不可能迅速发展和广泛使用。其它新能源也是如此。其它一些能源与水能相似，它们的规模受到环境、季节、地理位置等条件的限制，如风能、潮汐能、地热能等等。
易裂变核素
易发生裂变的原子只有铀-235（U235）、钚-239（Pu239）、铀-233（U233）三种。而天然存在的易裂变元素只有铀-235，钚-239可由铀-238生成，铀-233可由钍-232（Th232）生成。
易聚变核反应
氘（D2）-氚（D3）反应。氘和氚都是氢原子的同位素。氘天然存在，而氚极少，必须由人工生成（如由锂制造）。
核能--无穷的能源 核能分为裂变能和聚变能两种。目前人类能正在用于和平利用的只有裂变能。可控聚变能利用技术正在攻克。
天然铀的成份
天然铀中占99.3%为难裂变的铀-238，仅有0.714%为易裂变的铀-235。铀-238可通过吸收一个中子变成易裂变的钚-239。
作为发展核裂变能的主要原料之一的铀，世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨。如果利用得好，可用2400～2800年。
聚变反应主要来源于氘-氚的核反应，氘来可大量自海水，氚可来自锂。因此聚变燃料主要是氘和锂，海水中氘的含量为0.03克／升，据估计地球上的海水量约为138亿亿米3，所以世界上氘的储量约40亿万吨；地球上的锂储量虽比氘少得多，也有2000多亿吨，用它来制造氚，足够满足人类对聚变能的需求。这些聚变燃料所释放的能量比全世界现有能源总量放出的能量大千万倍。按目前世界能源消费的水平，地球上可供原子核聚变的氘和氚，能供人类使用上千亿年。如果人类实现了氘-氚的可控核聚变，核燃料就可谓“取之不尽，用之不竭了”，人类就将从根本上解决能源问题，这正是当前核科学家们孜孜以求的所以。聚变能源不仅丰富，而且安全、清洁。聚变产生的放射性比裂变小的多。
专家们预测，核能在未来将成为人类取之不尽的持久能源。
1.2 变脏的地球与干净的核电
本节要点：回答的问题以下问题：现有的能源还能维持多久？能源利用可以不污染环境吗？核能真是可持续能源吗？
u 能源的可持续发展
必须寻找一些既能保证有长期足够的供应量又不会造成环境污染的能源。
而目前人类面临的问题正是：能源资源枯竭；环境污染严重。
能源利用与环境的可持续发展
能源危机
目前世界上常规能源的储量有的只能维持半个世纪（如石油），最多的也能维持一、二百年（如煤）人类生存的需求。
今天，几乎所有的工业化国家都面临着两个关系到可持续发展的紧密相连的挑战：保证令人满意的长期能源供应和减少人类活动带给环境的影响。能源利用与环境的可持续发展已成为关系到人类未来生存与文明延续的一个重要问题。
能源供应危机 今天的世界人口已经突破60亿，比上个世纪末期增加了2倍多，而能源消费据统计却增加了16倍多。无论多少人谈论“节约”和“利用太阳能”或“打更多的油井或气井”或者“发现更多更大的煤田”，能源的供应却始终跟不上人类对能源的需求。当前世界能源消费以化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部分则是以石油与天然气为主。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。
浓烟滚滚的火电厂
能源对环境的污染 另一方面，特别是利用化石能源的过程也直接影响地球的环境，使大气和水资源遭受严重污染。大气中主要的五种污染物是：氮氧化物（如NO与NO2）、二氧化硫（SO2）、各种悬浮颗粒物、一氧化碳（CO） 大气污染的主要源头
目前世界上最严重的大气污染来自化石能源燃烧造成的大气中二氧化碳量的增加。带来的主要后果是：酸雨、温室效应和臭氧层破坏。
和碳氢化合物（如CH4、C2H6、C2H4等）。其来源主要有三个方面：① 煤、石油等化石燃料的燃烧；② 汽车排放的废气；③ 工业生产（如各种化工厂、炼焦厂等）产生的废气。而其中燃烧化石燃料的火力发电厂是最大的固定污染源。
表1-1 世界CO2排放量统计（1995年）
国名
排放量（百万吨）
人均（吨/人）
百分比
美国
5228.52
19.88
23.7
中国
3006.77
2.51
13.6
俄罗斯
1547.89
10.44
7.0
日本
1150.94
9.17
5.2
德国
884.41
10.83
4.0
印度
803.00
0.86
3.6
英国
564.84
9.64
2.6
我国的酸雨区
（黄色部分为pH值低于5.6的区域，属酸雨区；蓝灰色区域为pH值低于4.5的区域，属酸雨重灾区）
我国大气污染属煤烟型污染，以煤为主的能源结构是形成以城市为中心的大气污染的重要原因，排入大气中的90％的SO2、70％的烟尘、85％的CO2来自于燃煤。据统计，我国CO2的排放量在1995年就已位居世界第二（见表1-1），成为名副其实的“污染大国”。
大气污染对人体与动植物生存危害很大。一个成年人每天要呼吸一万升空气，这些大气污染物将刺激呼吸道粘膜，引起上呼吸道炎症；刺激眼睛，引起结膜炎；刺激皮肤，引起皮炎；严重的还将影响人体血液中血红蛋白输氧机能、诱发肿瘤等。大气污染已对全球造成了下面的危害：
酸雨问题 酸雨已被公认为当前全球性区域环境污染问题之一。酸雨中所含的主要成分硫酸与硝酸，正是来源于空气中的SO2和氮氧化物与大气中水蒸汽的反应；生成的酸液随同雨雪降下形成酸雨。酸雨对环境、生态与生物体的影响十分严重。酸雨进入地表、江河，会破坏土壤，影响农作物生长，造成生物体死亡，森林大面积消亡，破坏生态平衡。酸雨对建筑物也有腐蚀作用。
温室效应
温室效应 化石燃料燃烧所放出大量CO2。由于大气中的CO2容易吸收长波辐射，所以太阳的短波辐射可以透过大气层射入地面，而地面温度增高所放出的长波热辐射却被大气中逐年增加的CO2气体吸收，无法散逸出高空，地球就象盖上了一层“厚厚的毯子”，处于“温室”之中，就是所谓的“温室效应”，最终导致地球气温变暖。温室效应将导致寒带和地球两极的冰川将大量融化，而使得海平面上升，淹没地势较低的沿海地区；同时也会使干旱地区更加干热，形成高温热浪，出现更多的飓风与龙卷风等自然灾害¼¼。地球将越来越不适于人类和生物的生存。
臭氧层破坏 包围地球的大气层中有一层“保护膜”，就是臭氧层，它位于距地面25至30公里大气平流层中，这层“保护膜”极薄，虽然仅含有不到百万分之一的臭氧，却对于地球上的生命非常重要。臭氧层能吸收阳光中的紫外线，将这些波长很短，且有致命危险的辐射线转换为热能，使只有极少量能够到达地面。
“臭氧空洞”
（臭氧空洞变化图，红色和蓝色区为空洞，左为2001年9月图，右为2002年9月形势）
然而现在，这层重要的臭氧层已经受到严重破坏。1979－1990年，全球臭氧总量大致下降了3%。南极附近臭氧量减少尤为严重，出现了南极“臭氧空洞”。破坏臭氧层的原因除了氟氯烃物质（如含氟氯烃的制冷剂等）排放以外，化石燃料燃烧过程中放出的氮氧化物也是破坏臭氧层的一个重要因素。
可见，化石燃料的日益枯竭和环境污染的日益严重，严重威胁着人类社会的可持续发展，只有真正实现能源利用的可持续发展，人类的未来才有希望，这是我们每个人必须深切意识到的重要问题。
我们只有一个地球，为了保护我们的“地球村”，保护人类健康，保持生态平衡，除了改进技术，尽可能地采用先进技术，实现化石燃料的洁净燃烧，减少污染物的排放，更重要的则是必须改变现有的能源结构，减少化石燃料的使用，开发和利用新能源。
u 核能是可持续发展的能源
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
参考资料http://bbs.chinagb.net/?fromuid=69687
[编辑本段]分类
新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。也可以说，新能源包括各种可再生能源和核能。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。
据世界断言，石油，煤矿等资源将加速减少。核能、太阳能即将成为主要能源。
联合国开发计划署（UNDP）把新能源分为以下三大类：大中型水电；新可再生能源，包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能（潮汐能）；穿透生物质能。
一般地说，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源，而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。随着技术的进步和可持续发展观念的树立，过去一直被是做垃圾的工业与生活有机废弃物被重新认识，作为一种能源资源化利用的物质而受到深入的研究和开发利用，因此，废弃物的资源化利用也可看作是新能源技术的一种形式。
新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。
按类别可分为：太阳能 风力发电 生物质能 生物柴油 燃料乙醇 新能源汽车 燃料电池 氢能 垃圾发电 建筑节能 地热能 二甲醚 可燃冰等
[编辑本段]新能源概况
据估算，每年辐射到地球上的太阳能为17.8亿千瓦，其中可开发利用500～1000亿度。但因其分布很分散，目前能利用的甚微。地热能资源指陆地下5000米深度内的岩石和水体的总含热量。其中全球陆地部分3公里深度内、150℃以上的高温地热能资源为140万吨标准煤，目前一些国家已着手商业开发利用。世界风能的潜力约3500亿千瓦，因风力断续分散，难以经济地利用，今后输能储能技术如有重大改进，风力利用将会增加。海洋能包括潮汐能、波浪能、海水温差能等，理论储量十分可观。限于技术水平，现尚处于小规模研究阶段。当前由于新能源的利用技术尚不成熟，故只占世界所需总能量的很小部分，今后有很大发展前途。
[编辑本段]常见新能源形式概述
（具体内容详见各能源形式所对应的词条）
太阳能
太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式
广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。
利用太阳能的方法主要有：太阳电能池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。
太阳能可分为2种：
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。
核能
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·爱因斯坦的方程E=mc^2，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能的释放主要有三种形式：
A.核裂变能
所谓核裂变能是通过一些重原子核（如铀-235、铀-238、钚-239等）的裂变释放出的能量
B.核聚变能
由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素—氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。
C.核衰变
核衰变是一种自然的慢得多的裂变形式，因其能量释放缓慢而难以加以利用
核能的利用存在的主要问题：
（1）资源利用率低
（2）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决
（3）反应堆的安全问题尚需不断监控及改进
（4）核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制
（5）核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大
海洋能
海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。
波浪发电，据科学家推算，地球上波浪蕴藏的电能高达90万亿度。目前，海上导航浮标和灯塔已经用上了波浪发电机发出的电来照明。大型波浪发电机组也已问世。我国在也对波浪发电进行研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。
潮汐发电，据世界动力会议估计，到2020年，全世界潮汐发电量将达到1000-3000亿千瓦。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站，发电能力24万千瓦，已经工作了30多年。我国在浙江省建造了江厦潮汐电站，总容量达到3000千瓦。
风能
风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。
风力发电，是当代人利用风能最常见的形式，自19世纪末，丹麦研制成风力发电机以来，人们认识到石油等能源会枯竭，才重视风能的发展，利用风来做其它的事情。
1977年，联邦德国在著名的风谷--石勒苏益格-荷尔斯泰因州的布隆坡特尔建造了一个世界上最大的发电风车。该风车高150米，每个浆叶长40米，重18吨，用玻璃钢制成。到1994年，全世界的风力发电机装机容量已达到300万千瓦左右，每年发电约50亿千瓦时。
生物质能
生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。
地热能
地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。我国地热资源丰富，分布广泛，已有5500处地热点，地热田45个，地热资源总量约320万兆瓦。
氢能
在众多新能源中，氢能以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出，将成为21世纪的理想能源。氢能可以作飞机、汽车的燃料，可以用作推动火箭动力。
海洋渗透能
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如果有两种盐溶液，一种溶液中盐的浓度高，一种溶液的浓度低，那么把两种溶液放在一起并用一种渗透膜隔离后，会产生渗透压，水会从浓度低的溶液流向浓度高的溶液。江河里流动的是淡水，而海洋中存在的是咸水，两者也存在一定的浓度差。在江河的入海口，淡水的水压比海水的水压高，如果在入海口放置一个涡轮发电机，淡水和海水之间的渗透压就可以推动涡轮机来发电。
海洋渗透能是一种十分环保的绿色能源，它既不产生垃圾，也没有二氧化碳的排放，更不依赖天气的状况，可以说是取之不尽，用之不竭。而在盐分浓度更大的水域里，渗透发电厂的发电效能会更好，比如地中海、死海、我国盐城市的大盐湖、美国的大盐湖。当然发电厂附近必须有淡水的供给。据挪威能源集团的负责人巴德·米克尔森估计，利用海洋渗透能发电，全球范围内年度发电量可以达到16000亿度。
水能
水能是一种可再生能源，是清洁能源，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。水不仅可以直接被人类利用，它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环，使之持续进行。地表水的流动是重要的一环，在落差大、流量大的地区，水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的替代资源。目前世界上水力发电还处于起步阶段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。
[编辑本段]新能源的发展现状和趋势
部分可再生能源利用技术已经取得了长足的发展，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行了研究，研究表明，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成本偏高有关，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成本将大幅度下降，从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关，因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。
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。近年来在国家的大力扶持下，我国在风力发电、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发展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展；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、用之不竭的健康能源，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%，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，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，这种系统采用了我国自主研制的新型垂直轴风力发电机（H型）和太阳能发电进行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、海岛均进行了实际应用，获得了大量可靠的使用数据。这一系统的研究成果将为我国乃至世界的新能源发展带来了新的动力。
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，采用了新型结构和材料，达到微风启动、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，也解决了太阳能发展中对电网冲击等影响。
随着能源危机日益临近，新能源已经成为今后世界上的主要能源之一。其中太阳能已经逐渐走入我们寻常的生活，风力发电偶尔可以看到或听到，可是它们作为新能源如何在实际中去应用？新能源的发展究竟会是怎样的格局？这些问题将是我们在今后很长时间里需要探索的。
[编辑本段]新能源的环境意义和能源安全战略意义
我国能源需求的急剧增长打破了我国长期以来自给自足的能源供应格局，自1993年起我国成为石油净进口国，且石油进口量逐年增加，使得我国接入世界能源市场的竞争。由于我国化石能源尤其是石油和天然气生产量的相对不足，未来我国能源供给对国际市场的依赖程度将越来越高。
国际贸易存在着很多的不确定因素，国际能源价格有可能随着国际和平环境的改善而趋于稳定，但也有可能随着国际局势的动荡而波动。今后国际石油市场的不稳定以及油价波动都将严重影响我国的石油供给，对经济社会造成很大的冲击。大力发展可再生能源可相对减少我国能源需求中化石能源的比例和对进口能源的以来程度，提高我国能源、经济安全。
此外，可再生能源与化石能源相比最直接的好处就是其环境污染少。
新的能源是什么
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新能源，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能和其他可再生能源。合理的开发利用新能源，可以改善和优化能源结构，保护环境，提高人民生活质量，促进国民经济和社会可持续发展。
新能源开发利用主要包括新能源技术和产品的科研、实验、推广、应用及其生产、经营活动。新能源的开发利用，应当与经济发展相结合，遵循因地制宜、多能互补、综合利用、讲求效益和开发与节约并举的原则，宣传群众，典型示范，效益引导，实现能源效益、环境效益、经济效益和社会效益的统一。
2
随着科学技术和社会生产力的不断发展，能源的问题显得越来越重要。目前，全世界的能源仍以煤、石油和天然气等化石燃料为主。这些化石燃料储量有限，同时它们又是极其宝贵的化工原料，可以从中提炼和加工出各种化学纤维、塑料、橡胶和化肥等化工产品。将这样重要的化工原料作为能源来使用实在可惜。随着社会生产力的发展和人类生活水平的提高，世界能源的消耗量愈来愈大。据估计，全世界石油、天然气和煤的储量最多只能供给人类使用一、二百年。因此，摆在人类面前的一项紧迫的战略任务就是探索新能源。目前研究开发的新能源主要有以下几种：
1．地热能与潮汐能
可利用的地热资源是地下热水、地热蒸气和热岩层。地下热水层一般在地下两千多米深处，温度80℃左右。将地下热水降低压力使之变成蒸气(在47.34 kPa时水80℃沸腾)，可推动汽轮发电机发电。
潮汐能利用的是海水涨落造成的水位差。此种能量可以作为动力来推动水轮机发电。地球上潮汐涨落中蕴藏的能量是巨大的，但建造大规模的潮汐电站技术上有很多困难，成本也较高。
2．太阳能
太阳每年辐射到地球表面的能量约为5×10^22J，相当于目前世界能量消耗的1.3万倍，可以说太阳能是取之不尽用之不竭的无污染的理想能源。因此，太阳能的收集利用是当代科学家十分感兴趣的问题。
目前太阳能利用主要有三种形式。一种是直接利用太阳辐射热，建成太阳灶、太阳能热水器，太阳房(用于采暖)和塑料大棚等，或利用太阳能来发电。太阳能电站是利用集热器吸收太阳辐射的热量，其蓄热材料(液态金属)温度可高达1000℃左右。所吸收的热量通过热交换器将水变成水蒸气推动汽轮机发电。这种转换方式称之为光-热转换。第二种是光-电转换，即利用太阳能电池将太阳能直接转换成电能。太阳能电池种类较多，主要有单晶硅电池、砷化镓电池、磷化铟电池和多晶硅电池等。目前太阳能电池效率还比较低，成本也比较高。它主要用于人造卫星等宇宙飞行器作为各种仪器设备的动力。第三种是光-化学转换，即将太阳辐射直接转换成化学能。绿色植物的光合作用就是光-化学转换，但它还不能完全受人控制。因此，研究各种完全可控的光-化学转换方法也是当今世界重大的研究课题之一。近年来发现，太阳能辐射到某一光化学反应体系后，能形成动力学上稳定的光产物，使光能转化为化学能而储存起来。另外，在催化剂存在时，由太阳光直接分解水而制得氢和氧的方法也是太阳能利用较有发展前途的一条途径。发展氢能具有独特的优越性。首先，氢的原料是水，资源丰富。另外氢燃烧后的热值较高，1g 氢燃烧后可放出143 kJ的热量，而1g煤燃烧只有31～32kJ，1g汽油燃烧也只有48kJ。还有氢燃烧生成水，它来源于水又还原于水，是顺应自然的一种循环，不会打乱自然界的平衡。又因燃烧产物无烟尘以及其它污染物，所以氢能又是无污染的清洁能源。
虽然，地球接受太阳的总能量很大，但是由于其能量密度很低，取得单位能量的一次投资大，能量转换效率有待提高。
3．核能
原子核裂变和聚变时都放出巨大的能量。原子核能是一种比较理想的能源。
(1)核裂变能
裂变是较重的原子核在足够能量的中子轰击下分裂成较轻原子核的过程。当235U原子核发生裂变时，分裂成两个不相等的碎片和若干个中子。裂变过程相当复杂，已经发现裂变产物有35种元素，放射性核素有200种以上。下面是235U裂变中的一种方式：
[编辑本段]未来的几种新能源
波能：即海洋波浪能。这是一种取之不尽，用之不竭的无污染可再生能源。据推测，地球上海洋波浪蕴藏的电能高达9×104TW。近年来，在各国的新能源开发计划中，波能的利用已占有一席之地。尽管波能发电成本较高，需要进一步完善，但目前的进展已表明了这种新能源潜在的商业价值。日本的一座海洋波能发电厂已运行8年，电厂的发电成本虽高于其它发电方式，但对于边远岛屿来说，可节省电力传输等投资费用。目前，美、英、印度等国家已建成几十座波能发电站，且均运行良好。
可燃冰：这是一种与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似，故称“可燃冰”。可燃冰在低温高压下呈稳定状态，冰融化所释放的可燃气体相当于原来固体化合物体积的100倍。据测算，可燃冰的蕴藏量比地球上的煤、石油和天然气的总和还多。
煤层气：煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。从泥炭到褐煤，每吨煤产生68m3气；从泥炭到肥煤，每吨煤产生130m3气；从泥炭到无烟煤每吨煤产生400m3气。科学家估计，地球上煤层气可达2000Tm3。
微生物：世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等，利用微生物发酵，可制成酒精，酒精具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，用其稀释汽油可得到“乙醇汽油”，而且制作酒精的原料丰富，成本低廉。据报道，巴西已改装“乙醇汽油”或酒精为燃料的汽车达几十万辆，减轻了大气污染。此外，利用微生物可制取氢气，以开辟能源的新途径。
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