可再生能源优缺点

因为直接用可再生能源发电导致电网的调峰压力非常大，巨大。弃风弃光弃水问题很严重。储能是提高电网调节能力的最佳手段之一。目前应用最多的是抽水蓄能，其次也有储热、电化学电池、压缩空气的各种技术路线。

本质上电制氢也是储能的一种。在电网下调峰能力不足的时候（即出现弃电的时候），将弃电部分用来制氢，或者在夜间负荷低的时候，用低价电制氢，在需要的时候，不管是发电还是直接燃烧，取用储存的能量。

用氢作为能源发电，两步过程中能量难免会有损失，但是其实仔细琢磨一下，还是可行的，主要是得采用廉价易得的电能来电解之制氢，像大规模的太阳能、风能都是很好的清洁能源。

提高电解制氢的效率后，能量从太阳能转移到氢能源里。由于氢气能量密度大，移动性好，不受天气影响，所以用氢气作为汽车的驱动能源还是很不错的选择，清洁环保。这其中最主要的还是得提高制氢的效率和氢转化为电和动力的效率。

可再生能源制氢的用处

可再生能源制氢有它的优势，采用了可再生能源，以风光水等等可再生能源为载体，以氢气作为一个二次能源的载体，在能源转型中可以和电力互为补充，以实现工业、建筑、电力、交通运输等产业互联。

目前广泛使用的氢源主来自化石燃料、电解水和化工副产氢。此外，生物质制氢、核能制氢和光催化制氢正在研究，还没达到工业化应用的水平。可再生能源制氢只能选择电解水制氢，化石燃料制氢和化工副产氢都是有碳排放的。

可再生能源指的是在自然界可以循环再生，取之不尽，用之不竭的能源。比较常见的可再生能源有太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。

不同类型的可再生能源

通过使用以下类型的可再生能源，我们可以帮助减少对化石燃料的依赖。这不仅将有助于保存不可再生资源，还将有助于减少污染。

1.太阳能

当我们想到可再生能源时，太阳能通常是想到的最早的自然能源之一。每天，太阳以太阳辐射的形式散发出大量的能量。最终，其中一些到达了地球，我们可以以各种不同的方式利用它。

尽管太阳能是最受欢迎的可再生能源之一，但目前在全球可再生能源容量中排名第三。根据IRENA的2019年报告，该报告研究了2018年底的可再生能源发电能力。

太阳能光伏

太阳能光伏（PV）是我们可以用来将太阳能转化为电能的技术。在这里，太阳能电池板被放置成吸收来自太阳的能量。然后，他们能够使用太阳能光伏工艺产生电流。

这样的太阳能光伏板可以发电。

我们可以在家庭或工业规模上使用太阳能。屋顶太阳能电池板是世界上许多家庭的常见景象。它们有助于发电，供家庭使用。太阳能农场是工业规模使用太阳能的一个例子。在这里，大量太阳能电池共同工作以产生大量电能。

太阳能热

太阳能热是太阳能使用的另一种类型。在这里，我们可以利用来自太阳的能量来加热流体（例如水）。该技术可以在家用太阳能热水系统中找到。太阳能集热器是可用于此目的的设备。有两种主要类型，称为“平板”和“真空管”收集器。

太阳能热真空管集热器。

太阳能热电厂也存在，可以利用太阳能热发电。通过集中太阳热能来加热特殊的流体。流体的热量然后转移到水中，然后沸腾并产生蒸汽。然后，蒸汽能够为涡轮机提供动力，涡轮机使发电机转动，从而产生电能。

2.风能

风能是另一种流行的可再生能源。几个世纪以来，我们一直以风船和风车的形式利用风。如今，我们主要利用风力在风力涡轮机的帮助下发电。

许多国家使用风力涡轮机来满足其能源需求。根据它们的位置，它们可以是一种非常有效的发电方式。风电场是风力涡轮机的集合，可以在陆地（陆上风电场）和海上（海上风电场）中找到。

风能的总容量在2018年略高于太阳能。风能占可再生能源总发电量的24％，太阳能达到20％。

这样的风力涡轮机可以发电。

3.地热能

地热是另一种可再生能源。我们脚下的地面包含大量热能。地面靠近地面，从太阳吸收热量。在地球深处，岩浆可以帮助加热岩石。我们可以以不同的方式利用这种能量。

家用地热能系统使用地源热泵来帮助加热房屋的水。这可能涉及将几百米的水管放置在离地面几英尺的地方。当水流过管道时，它吸收了地面的热量，并且另一端的热量要比开始时的温度略高。然后可以重复该过程以增强效果。

地热热泵使用类似的管道来加热水。

地热发电厂是工业用途的一个例子。这些装置中的一些可以挖掘到地下深处的过热岩石中。可以将水泵入井中，然后再产生蒸汽，然后将其抽出以驱动涡轮机。这类发电厂仅在岩浆最接近地壳的区域有效，例如火环。由于这一地理限制，地热发电不如太阳能，风能和水力发电受到欢迎。

4.水能

水能包括利用流动的水来发电。数百年来，我们一直以水车的形式使用该技术。如今，我们主要将其用于发电。

水源可能来自不同的地方。一些最常见的水力发电技术类型包括：

水力发电大坝–这些利用水坝围墙捕获大量的水。然后可以通过水坝的结构释放水，在此过程中旋转涡轮机。

潮汐能–利用水下涡轮机来利用潮汐能。随着潮汐的进出，涡轮机旋转，然后借助发电机发电。

波浪动力–比上面的动力少，但具有利用波浪动能的潜力。在这里，大的管状容器被放置在靠近海岸的地方。当它们在波浪中摇摆时，它们能够将波浪能转化为电能。

在考虑可再生能源时，我们经常忽略水力发电。但是，根据IRENA的2019年报告，到2018年底，水能占可再生能源发电能力的50％。这不仅仅是太阳能和风能的总和！

截至2018年底，水力发电容量最高的三个国家是中国，巴西和美国。中国的装机容量为352,261兆瓦，领先于巴西的104,195兆瓦和美国的103,109兆瓦。

这样的水力发电大坝可以产生大量的电力。

5.生物质能

生物质是另一种可再生资源。它使用有机物来满足各种不同的能源需求。有机物可以包括以下任何一种：

木材–就发电而言，主要来自柳树和杨树。其他来源包括木屑，锯末，原木和树皮。

作物-包括小麦，玉米，甘蔗和土豆等淀粉类作物。它还可以包括油菜作物，例如油菜籽，油菜籽，大豆和向日葵。

动物与人类废物–包括肥料，污水，泥浆和动物垫料。

园林垃圾–尚未完全分解的鲜草屑。

就生物能源而言，我们可以以不同的方式利用以上内容。

生物质能

在这里，木材被燃烧以加热水。然后产生蒸汽，该蒸汽可以驱动涡轮以发电。这与使用煤，石油或天然气的传统发电厂的过程类似。

生物燃料

我们可以使用传统的粮食作物来生产生物燃料，例如生物乙醇和生物柴油。然后可以将它们用于兼容的发动机中，以替代汽油和柴油。

沼气

这使用了称为“厌氧消化”的过程，该过程涉及在密闭腔室内加热动物或人类废物。随着加热，它分解得更快并产生甲烷。然后，我们可以捕获它并存储以备后用。它可以在炉子上燃烧以做饭或取暖，有时用于运输。

像这样的厌氧消化池可以产生沼气。

生物能源问题

关于生物质是否可再生存在一些争论。但是，通常认为它是可再生能源。这是因为只要地球上有生命支持，它所使用的有机物就会一直存在。

当然，生物质确实会带来一些环境影响，应予以考虑。尽管农作物在生长过程中会吸收二氧化碳，但燃烧时会释放到大气中。这可能对空气质量和我们的健康有害。

回顾

随着全球能源需求逐年增加，寻找可持续的能源生产方式现在比以往任何时候都更加重要。利用太阳能，风能，地热能，水能和生物质能可以帮助实现这一目标。

可再生能源与不可再生能源相比具有关键优势，因为它们永远不会耗尽。它们通常对环境也更好。您可以在此处更深入地了解可再生能源的优缺点。

所谓 “地球充电/热宝” （earth charger），是指以地球介质为载体的“地热+”多能互补储/供能系统。该系统可将各种形式的能量储存于地下并按需求取出加以利用，是地热开发利用的一条新途径。地球是一个庞大的热库，有取之不尽、用之不竭的能量，但地热资源分布极不均匀，往往在有需求的地方没有足够的资源，而在没有需求的地方资源又很丰富，存在供需矛盾问题。另外，中国西北、东北、华北地区弃风、弃光现象十分严重，有些地区高达50%以上。据媒体报道，仅2017 年全年弃光、弃风的能量约为三峡水库全年的发电量。如何将这些废弃的能量储存起来并加以充分利用，是摆在地热界以至整个新能源和可再生能源界的大问题。

目前，国际上已经开始注意这一问题并提出“地球电池”（earth battery）的概念。但笔者认为，上述概念不够全面，因为地球不是一个只能取用、不能储存的“电池”，而是一个可反复充电、用电的“电池”。我们认为，将它取名为“地球充电/热宝”更为贴切，也更为通俗易懂。

与传统的储能技术相比，“地球充电/热宝”至少具有以下优点。第一，规模大：一般水箱储热的容量均小于10 5 m 3 ，而“地球充电/热宝”利用地下含水层储热的容量可大于10 6 m 3 。第二，应用广：“地球充电/热宝”不仅可以利用弃风、弃光剩余下来的能量，也可将城市中的废热、余热集中起来加以储存和利用。第三，跨季节：在中国诸如长三角等冬冷夏热的地区，可将夏季酷暑难熬时的多余热量存储于地下含水层中，供冬季严寒时取出来加以利用。第四，成本低：据初步估算，前述水箱储热的成本为40~100 元/kWh，若用“地球充电/热宝”储热，则成本可降至0.1~2 元/kWh，两者相比，后者比前者至少可降低成本20 倍。

结合当前中国的实际情况来看，北方地区清洁供暖是摆在全国地热工作者面前的一个大问题。无论是北京城市副中心、雄安新区，还是京津冀和张家口冬奥会地区，地球充电/热宝都大有用武之地！举例来说，雄安新区所在的雄县地区，自2004 年大规模开采深部震旦系雾迷山组大型岩溶热储的地下热水进行全县供暖以来，水位从2004 年的地下42 m急速下降至2012 年的地下81 m，8年间下降了39 m，平均每年下降近5 m。可以想象，这部分采出的地下热水空间若加以回灌补充，可储存巨大的热水体积，从而增加雄安地区的地热资源潜力。另外，张家口冬奥会所在地，经测算，单靠风力、太阳能光伏发电难以支撑冬奥会期间整个地区的高用能需求，为此，我们建议应将该地区的地热资源加以开发利用，将冬奥会真正办成一届高水平的绿色高 科技 盛会。

最后，对“地热+”概念再加以说明：我们应该将地热这一地球本土（indigenous）的未来能源（future energy）和来自太阳系的其他新能源和可再生能源（诸如太阳能、风能、生物质能、海洋能等）结合起来一并加以开发利用，真正做到“多能互补、一能多用”，才能在实际工作中发挥更大的作用。为方便叙述，我们将“地热+”的内涵概括为两句话，即：天（太阳能）地（地热能）合一、动（风能、海洋能、生物质能）静（地热能）结合。实际上，目前建筑行业大力推广的所谓“近零能耗”建筑和供暖行业中的“区域能源网（站）”等也都是“地热+”概念的延伸或应用。

作者简介： 汪集旸，江苏吴江人，地质/地球物理学家，中国科学院院士，国际欧亚科学院院士。现任中国科学院地质与地球物理研究所研究员。主要研究方向为地热和水文地质等。

二次能源是一次能源经过加工，转化成另一种形态的能源。主要有电力、焦炭、煤气、沼气、蒸汽、热水和汽油、煤油、柴油、重油等石油制品。在生产过程中排出的余能，如高温烟气、高温物料热，排放的可燃气和有压流体等，亦属二次能源。一次能源无论经过几次转换所得到的另一种能源，统称二次能源。如电能是由煤炭、石油、天然气、水力等一次能源转换来的，在火电厂燃料燃烧之后先变成蒸汽热能，蒸汽再去推动汽轮机变成机械能，汽轮机又带动发电机转换成电能，一共转换了三次，仍叫二次能源。除余能外，一般来说，二次能源大都是提高了品位的能源，应珍惜使用。

基本介绍中文名 ：二次能源 外文名 ：Secondary energy 种类 ：过程性能源、含能体能源 作用 ：商品载体进行人类能源转换 别称 ：次级能源、人工能源 概述,一次能源,二次能源,分类,利用意义,二次能源存储技术,发展储能技术的意义,热能,电能,机械能,氢能,二次能源在钢铁行业的套用,现状,解决方法, 概述 一次能源 含义：是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源。 包括：原煤、原油、天然气、油页岩、核能、太阳能、水力、波浪能、潮汐能、地热、生物质能和海洋温差能等等。 分类：分为再生能源和非再生能源两大类。 再生能源包括太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等，它们在自然界可以循环再生； 非再生能源包括：煤、原油、天然气、油页岩、核能等，它们是不能再生的，用掉一点，便少一点。 二次能源 二次能源和一次能源不同，它不是直接取自自然界，只能由一次能源加工转换后得到，因此严格的说它不是“能源”，而应称之为“二次能”。能源危机，可再生能源等都不涉及二次能源。 含义：也称“次级能源”或“人工能源”，是由一次能源经过加工或转换得到的其他种类和形式的能源。 包括：煤气、焦炭、汽油、煤油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、电力、蒸汽、热水、氢能等。 一次能源无论经过几次转换所得到的另一种能源都被称为二次能源。在生产过程中的裕压、余热，如锅炉烟道排放的高温烟气，反应装置排放的可燃废气、废蒸汽、废热水，密闭反应器向外排放的有压流体等也属于二次能源。 二次能源亦可解释为自一次能源中，所再被使用的能源，例如将煤燃烧产生蒸汽能推动发电机，所产生的电能即可称为二次能源。或者电能被利用后，经由电风扇，再转化成风能，这时风能亦可称为二次能源，二次能源与一次能源间必定有一定程度的损耗。 分类 二次能源又可以分为“过程性能源”和“含能体能源”。 电能是套用最广的过程性能源； 汽油和柴油是目前套用最广的含能体能源。 利用意义 二次能源作为商品载体进行人类能源转换，它的产生不可避免地要伴随着加工转换的损失，但是它们比一次能源的利用更为有效、更为清洁、更为方便。因此，人们在日常生产和生活中经常利用的能源多数是二次能源。 电能是二次能源中用途最广、使用最方便、最清洁的一种，它对国民经济的发展和人民生活水平的提高起著特殊的作用。提高企业二次能源的利用效率是企业节能减排的重要措施之一。 二次能源存储技术 发展储能技术的意义 1、节省一次能源资源，节约和有效使用化石燃料。通过储能技术，可均匀负载，调节负荷，提高发电机组、送变电设备、空调系统的利用率，或降低设备容量和投资成本。 2、回收和利用在能源生产、输送、分配、使用过程中被浪费的能量，其中最突出的是工业生产排放的大量低品位热能。 3、为了从自然界中获取太阳能、风能、潮汐能、波浪能这类间断性能源并加以有效的利用，必须要配备相应的储能系统。 4、储能技术的发展为科技生产提供了各种间断性能源或特殊紧急用能。例如，氢能汽车、氢能飞机的储氢罐，储能机车的大型蓄电池组，家用空调系统中的蓄冷池，太空梭、人造卫星中的高效电池，乃至由超异储能装置产生巨大的电力脉冲来驱动反飞弹雷射器、电磁炮和粒子束武器等。 热能 热能的储存方法可分为物理蓄热和化学蓄热。 物理蓄热是利用储热介质的热物理性能，如在温度改变时要相应地吸收或释放出一定的热量(显热)，在发生相变时要吸收或释放出相应的潜热(相变热)，以及晶体材料在结晶与溶解过程中产生相应的结构变化热等。最早的热能储存技术是利用物质的显热。水和各种碎石、耐火砖、方镁石块等都是较理想的显热储存介质。显热的储存及释放是一个无相变的非等温过程。近年来，相变储热(特别是固一液相变，获得很大发展，它的优点是吸热、放热时温度变化不大，具有恒定的热力学效率和产热能力，且其贮热密度远高于显热贮热。 化学蓄热：是利用可逆化学反应的热效应进行蓄热。当反应正向进行时吸收热量，将热存储起来；当反应逆向进行时，化学能转变为热能放出。其中，可以利用化学反应时伴随发生的热量吸收来储热，也可以利用可逆吸附或吸收过程的热效应及化学反应时伴随浓度变化的热效应来储热。优点是具有较高的贮热密度与热力学效率，同时，由于具有热效应的化学反应种类繁多、比比皆是，为各种场合下工业和科技的储能需要提供了广阔的选择余地。化学蓄热特别适合于高温蓄热领域，在热管技术化学热泵、太阳能集热装置等技术领域据偶遇广泛的实用价值。 电能 电能由于其易于生产、输送、使用及转变成其它形式能量等突出优点，而成为不业化社会的命脉。水能、核能、风能和一部分化石燃料，都是首先转变为电能之后再提供工农业、交通运输业和居民生活使用的。但是，电能的储存性能极差，一般都要先把电能转换成其它形式的能量再加以储存。 常用的电能转换储存技术包括电能一机械能、电能一静电能、电能一磁能和电能一化学能四大类。其中，近年来发展较快的是高性能蓄电池和超导储能装置。 电能一机械能转换存储。为了解决火力发电站的削峰”问题，早期发展了蓄水发电系统。例如，美国70年代在密执安湖边的悬崖上修建一座高出湖面的人工水库，在发电厂低峰时间，利用剩余电力将湖水抽上水库将电能转受成位能加以储存；用电高峰时通过涵道将水库中的水放回湖里，并利用水位落差开动水轮发电机组，蓄水发电系统的效率高达 67 %。近年来,国外又发展了压缩空气蓄能发电系统 ，利用发电厂附近的夭然岩洞、废弃矿井或人造地下洞窟,在用电低峰时利用多余电力开动空压机, 将压缩空气打入岩洞或洞窟内；高峰时放出压缩空气, 推动备用涡轮机一发电机系统, 将储存的机械能重新转换为电能馈入电网。 电能一静电能转换存储。电容器在充电时能够以静电场能的形式储存电能，放电时再释出电能。由于受到结构方面的限制 ,电容器的储能密度和能通量均比较小，作为储能系统来说用途远不如蓄电池广泛。但它的独特优点是储存的能量能在一瞬间全部释出，这是任何蓄电池都不可能达到的。近年来，由于人造卫星、太空梭等空间技术的发展，以及雷射武器、电磁炮、粒子束武器等新武器的研制，要求配备能够在极短时间内释放出巨大功率的电源。 电能一磁能转换存储，通电线圈能够以磁场形式存储能量。 机械能 在河流上游修筑河坝和蓄水库，蓄水的同时储存水能。 国外研制了用风车带动空气压缩机，有风时利用风能将空气压缩储存在容器中，再利用压缩空气推动小型涡轮发电机组发电。 飞轮储能。质量很大的飞轮在高速转动下储能。 氢能 早期利用高压钢瓶储存氢气或利用杜瓦瓶储存液氢。1969年以来，出现一种新型储氢材料，目前储氢材料主要有以TiFe为代表的钛系、以LaNi 5 为代表的镧系、以Mg 2 Ni为代表的镁系三大系列储氢合金，还有一些混合合金、非结晶合金等。 二次能源在钢铁行业的套用 现状 在钢铁生产流程各工序中，二次能源的产生量很大，理论产生量约为408.73千克标煤/吨(修正的基准温度下)，如果充分利用现有技术，二次能源回收利用率可以达到约85.6%。目前我国钢铁工业在二次能源利用上存在着一定的问题：一是落后产能影响整体能效水平的提高；二是我国钢铁工业在余热余能回收效果上与国外先进水平相比还有一定差距。 提高企业二次能源的利用效率是企业节能减排的重要措施之一，表现为： 1、二次能源回收利用技术的节能效果和普及率有待提高 各企业二次能源利用情况对于工序能耗的影响很大，但部分企业尚未采用有效的二次能源利用技术，已实施的节能技术在各企业间的效果差距也很大。 2、二次能源自发电有待进一步加强 “十一五”期间，我国钢铁企业自发电水平已有较大幅度提高，自发电比例从2005年的19.4%提高至2010年的31.9%，但与自发电水平较高的日本相比仍有较大差距。 目前，发电是钢企利用二次能源的一个重要途径。提高自发电比例目的在于充分利用生产过程中产生的二次能源，但发电并不是唯一途径，还可适当开辟煤气等优质二次能源的利用途径，提高能源使用效率。 解决方法 1、普及和推广现有成熟的节能技术：干熄焦、高炉炉顶余压发电、转炉煤气回收、蓄热式轧钢加热炉、铸坯热装热送等，并着重对已有的节能技术的使用效果进行改进； 2、开发套用一批关键节能技术并实现产业化：包括烧结余热发电、焦化煤调湿、转炉低压饱和蒸汽发电等； 同时关注钢铁工业节能前沿技术的开发与套用：冶金渣显热回收、冶金副产煤气制取清洁能源等。

你好，算是。

相变储能材料将暂时不用的能量储存起来，到需要时再将其释放，从而可以缓解能量供与求之间的矛盾，节约能源，因此受到越来越广泛的重视和深入的研究。介绍了相变材料在太阳能、建筑、纺织行业、农业等工业与民用方面的应用，概括和评述了相变储能复合材料的制备方法厦其研究进展，指出当前存在的问题以厦目前值得深入研究的课题。

随着全球工业的高速发展，自从20世纪70年代出现了能源危机及大量的能源消耗导致的环境污染和温室效应，人们一直在研究高效能源、节能技术、可再生环保型能源、太阳能利用技术等。

相变储能是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，也是常用于缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式，在太阳能的利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用、工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，目前已成为世界范围内的研究热点。利用相变材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，有助于提高能效和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。

相变储能材料是指在其物相变化过程中，可以与外界环境进行能量交换(从外界环境吸收热量或者向外界环境放出热量)，从而达到控制环境温度和利用能量的目的的材料。与显热储能相比，相变储能具有储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点，在航空航天、太阳能利用、采暖和空调、供电系统优化、医学工程、军事工程、蓄热建筑和极端环境服装等众多领域具有重要的应用价值和广阔的前景。

1相变储能材料

20世纪30年代以来，特别是受70年代能源危机的影响，相变储热(LTEs)的基础理论和应用技术研究在发达国家(如美国、加拿大、日本、德国等)迅速崛起并得到不断发展。材料科学、太阳能、航天技术、工程热物理、建筑物空调采暖通风及工业废热利用等领域的相互渗透与迅猛发展为LTEs研究和应用创造了条件。LTES具有储热密度高、储热放热近似等温、过程易控制的特点。潜热储热是有效利用新能源和节能的重要途径。提高储热系统的相变速率、热效率、储热密度和长期稳定型是目前面临的重要课题。研究潜热储热的核心是研究材料的相变传热过程。

2相变储能材料的机理

相变材料从液态向固态转变时，要经历物理状态的变化，在这两种相变过程中，材料要从环境中吸热，反之，向环境放热。

在物理状态发生变化时可储存或释放的能量称为相变热，发生相变的温度范围很窄。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变。大量相变热转移到环境中时产生了一个宽的温度平台，该温度平台的出现体现了恒温时间的延长，并可与显热和绝缘材料区分开来(绝缘材料只提供热温度变化梯度)。相变材料在热循环时储存或释放显热。

相变材料在熔化或凝固过程中虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。以冰一水的相变过程为例，对相变材料在相变时所吸收的潜热以及普通加热条件下所吸收的热量作一比较：当冰融解时，吸收335J／g的潜热，当水进一步加热.每升高1℃，它只吸收大约4J／g的能量。因此，由冰到水的相变过程中所吸收的潜热几乎比相变温度范围外加热过程的热吸收高80多倍。除冰一水之外，已知的天然和合成的相变材料超过500种，且这些材料的相变温度和储热能力各不相同。把相变材料与普通建筑材料相结合，还可以形成一种新型的复合储能建筑材料。这种建材兼备普通建材和相变材料两者的优点。

目前，采用的相变材料的潜热达到170J/g左右，而普通建材在温度变化1℃时储存同等热量将需要190倍相变材料的质量。因此，复合相变材料具有普通建材无法比拟的热容，对于房间内的气温稳定及空调系统工况的平稳是非常有利的。

相变材料应具有以下几个特点：凝固熔化温度窄，相变潜热高，导热率高，比热大，凝固时无过冷或过冷度极小，化学性能稳定，室温下蒸气压低。此外，相变材料还需与建筑材料相容，可被吸收。

3相变储能材料的应用领域

相变储能材料在许多领域具有应用价值，包括太阳能利用、电力调峰、废热利用、跨季节储热和储冷、食物保鲜、建筑隔热保温、电子器件热保护、纺织服装、农业等等。

3.1在太阳能方面的应用

太阳能清洁、无污染，而且取用方便。利用太阳能是解决能源危机的重要途径之一。但是由于到达地球表面的太阳辐射能量密度并不高，而且受地理、昼夜和季节等规律性变化的影响，及阴晴云雨等随机因素的制约，其辐射强度也不断发生变化，而且具有稀薄性、非连续性和不稳定性。所以为了保持供热或供电装置稳定不问断地运行，就需要通过贮热装置把太阳能贮存起来，在太阳能不足时再释放出来，从而满足生产、生活用能连续和稳定供应的需要。一些工业发达的国家昼夜用电存在“谷峰差”，可以利用相变材料在夜间储存能量(电能转化的热能或者冷能)，到白天用电高峰时再释放出来使用，缓解电网负荷。

相变储能材料即可满足这一要求。例如美国管道系统公司(Pipe System Inc.)应用CaCl2·6H2O作为相变储能材料制成贮热管，用来贮存太阳能和回收工业中的余热。该公司称：100根长15cm、直径9crn的聚乙烯贮热管就能满足一个家庭所有房间的取暖需要。法国ElFUnion公司和美国的太阳能公司(SOlar Inc.)用NaSO4·10H2O作相变材料来储存太阳能，也都是应用较成功的实例。

3 2在生态建筑业方面的应用

有关资料显示：社会一次能源总消耗量的1／3用于建筑领域。提高建筑领域能源使用效率，降低建筑能耗，对于整个社会节约能源和保护环境都具有显著的经济效益和社会影响。生态建筑是可持续发展的重要手段之一。在生态建筑中，相变储能复合材料可以帮助利用太阳能、季节温差能等可再生能源，有效降低建筑物室内温度波动、缩减各种热能设备、降低能源支出和提供健康舒适的室内环境}可以利用低峰电力、削峰填谷，降低电能消耗，缓解电力紧张。尤其是近年来，随着高层建筑的快速发展，大量采用轻质建筑材料，而轻质建筑材料的热容比较低，不利于平抑室内温度波动。在轻质建筑材料中加入相变材料是解决这一问题的有效方法。

此外，利用相变材料作为室内保温装置已进入实用阶段。在有暖气的室内安装相变材料蓄热器后，当通人暖气时，它会把热贮存起来；当停止送暖气时，它会放出热量，维持室内的温度较为恒定。如果在室内的地板和天花板使用相变材料，由于相变材料的贮热和放热作用，则可将室内温度梯度降低到小于5℃的舒适状态。相变材料还可用在空调节能建筑上，这是一种比较新的应用，通过在墙、屋顶、门窗、地板中“加人”相变材料，可提高空调的使用效率，节约能源，而且室内环境的舒适度也得到了提高。

相变储能复合材料在建筑领域中一个很有前景的应用方式是将相变材料与现存的通用多孔建筑材料复合，即将相变材料储藏在多孔建筑材料中，使这些建筑材料同时具有承重和储能的双重功能，成为结构一功能一体化建筑材料。采用这样的多功能建筑材料，在为建筑增加功能的同时，无需占用额外建筑空间，降低了建筑成本，是一种性价比较高的新型建筑材料，具有明显的市场竞争力。

3.3在服装纺织品方面的应用

根据人体的冷热舒适特点，结合气候条件的差异，选择相变温度适当的相变材料，可以为人体有效地提供一个舒适的微气候环境，提高生活质量和工作效率。美国Kallsas州立大学的shim等研究表明，含相变材料的纺织品能使人体在较长时间内处于舒适状态。在纺织服装中加入相变储能材料可以增强服装的保暖功能，甚至使其具有智能化的内部温度调节功能。把相变材料掺人纺织品后，如果外界环境升高，则相变材料熔化而吸收热能，使得体表温度不随外界环境升高而升高；如果外界环境降低，则相变材料固化而放出热能，使得体表温度不随外界环境降低而降低。

对以严寒气候，宜选择相变温度为18.3～29.4℃的相变材料；对以温暖气候，宜选择相变温度为26.7～37.7℃的相变材料；对以炎热气候.宜选择相变温度为32.2～43.3℃的相变材料。固液相变储能材料在液态时容易流动散失，所以其应用于纺织品时必须采用微胶囊化的形式，即微胶囊相变材料MPcMs。制备微胶囊的物理工艺主要有：喷射烘干、离心流失床或涂层处理。石蜡类烷烃和聚乙二醇是常用于纺织品的相变材料。目前这方面的代表是Outlast公司发明的相变储能纤维——outlast fiber。0utlast fiber是一种采用微胶囊技术生产的特殊纤维，根据使用要求可以具有不同的相变温度。

3.4在农业上的应用

温室在现代农业中有着举足轻重的地位，它在克服恶劣的自然气候、拓展农产品品种和提高农业生产技翠等方面具有重要的价值。温室的核心是控制适宜农作物生长的温度和湿度环境。1987年11月我国在河北省安国县设计建造了一座农用太阳能温室，内部设置的潜热蓄热增温器就是利用相变材料的潜热特性。潜热蓄热增温器储存农用栽培温室中自天过量的太阳能，当夜晚温度下降到定范围后释放出储存的这部分热能，使天之中温室内温度曲线的高峰区有所下降，而低谷区有所上升，昼夜之间的温差变小。这既保证冬季蔬菜等作物的正常生长，叉不需另设常规燃料增温设备，节约了蒸气锅炉、燃油暖风机等基本建设投资和日常燃料的消耗。结果表明，温室冬季夜间最低温度可以提高6℃，增温效果明显。

日本专利报道，用NaSO4·10H2O、NaCO3·10H2O、CH3COONa·3H2O作相变材料，用硼砂作过冷抑制剂，用交联聚丙烯酸钠作分相防止剂，制成在20℃相变的储能相变材料。该材料可用于园艺温室的保温。

在农业上，最先采用的相变材料是CaCl·6H2O，随后又尝试了NaSO4·10H2O、石蜡等。研究结果表明：相变材料不仅能为温室储藏能量，还具有自动调节温室内湿度的功能，能够减少温室的运行费用和降低能耗。

4相变储能复合材料的研究现状

单一的相变材料存在很多缺点，如绝大多数无机物相变材料具有腐蚀性，相变过程中存在过冷和相分离的缺点。为防止无机物相变材料的腐蚀，储热系统必须采用不锈钢等特殊材料制造，从而增加了制造成本；为抑制无机物相变材料在相变过程中的过冷和相分离，需通过大量试验研究，寻求好的成核剂和稳定剂。因此，相变材料通常是由多组分构成的，包括主储剂和相变点调整剂、防过冷剂、防相分离剂和相变促进剂组分。有机物相变材料则因相变潜热低，易挥发、易燃烧、价格昂贵，特别是其热导率较低、相变过程中的传热性能差，在实际应用中通常采用添加高热导率材料如铜粉、铝粉或石墨等作为填充物以提高热导率，或采用翅片管换热器依靠换热面积的增加来提高传热性能，但这些强化传热的方法均未能解决有机相变材料热导率低的本质问题。

近年来，为了克服单一相变储能材料的缺点，更好地发挥其优点，复合相变材料应运而生。它既能有效克服单一的无机物或有机物相变材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果，拓展其应用范围。目前相变储能材料的复合方法有以下几种。

4.1胶囊型相变材料

为了解决相变材料在发生固一液相变后液相的流动泄漏问题，特别是对于无机水合盐类相变材料还存在的腐蚀性问题，人们设想将相变材料封闭在球形的胶囊中，制成胶囊型复合相变材料来改善应用性能。

其中，溶胶一凝胶法(Sol—gel)就是近年来发展比较迅速的一种。溶胶一凝胶工艺是一种独特的材料合成方法，它是将前驱体溶于水或有机溶剂中形成均质溶液，然后通过溶质发生水解反应生成纳米级的粒子并形成溶胶，溶胶经蒸发干燥转变为凝胶来制备纳米复合材料。它与传统共混方法相比较具有一些独特的优势：①反应用低粘度的溶液作为原料，无机一有机分子之间混合相当均匀，所制备的材料也相当均匀，这对控制材料的物理性能与化学性能至关重要；②可以通过严格控制产物的组成，实行分子设计和剪裁；③工艺过程温度低，易操作；④制备的材料纯度高。

林怡辉等采用溶胶—凝胶法，以二氧化硅作母材、有机酸作相变材料，合成复合相变材料。二氧化硅是理想的多孔母材，能支持细小而分散的相变材料，加入适合的相变材料后，能增进传热、传质，其化学稳定和热稳定性好。有机酸作相变材料克服了无机材料易腐蚀、存在过冷的缺点，而且具有相变潜热大、化学性质稳定的优点。

Lee Hyoen Kook研究出一种球形储热胶囊。其制备方法如下：先将无机水合盐类相变材料(如三水乙酸钠)与一定量的成核剂和增稠剂混合均匀后，制成直径为0.1～3mm的球体作为核，然后再在球形相变材料核的外表面涂覆1层憎水性的蜡膜以及1～3层聚合物膜，最后得到直径在0.3～10mm之间的胶囊型相变材料。

采用胶囊化技术制备胶囊型复合相变材料能有效解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题，但胶囊体的材料大都采用热导率较低的高分子物质，从而降低了相变材料的储热密度和热性能。此外，寻求工艺简单、成本低以及便于工业化生产的胶囊化工艺也是需要解决的难题。

4.2与高分子材料复合制备定形相变材料

为了克服传统的相变材料在实际应用中需要加以封装或使用专门容器以防止其泄漏的缺陷，近年来，出现了将有机相变材料与高分子材料进行复合，制备出在发生相变前后均呈固态而保持形体不变的定形相变材料。

其中一种制备工艺是将相变材料(如石蜡)与高分子物质(如聚乙烯)按一定比例在热炼机上进行加热共混。肖敏等将石蜡与一热塑性体苯乙烯丁二烯苯乙烯三嵌段共聚物(sBs)复合，制各了在石蜡熔融态下仍能保持形状稳定的复合相变材料。复合相变材料保持了纯石蜡的相变特性，其相变热焓可高达纯石蜡的80％。复合相变材料的热传导性比纯石蜡好，因此其放热速率比纯石蜡快，但由于sBs的引人，其对流传热作用削弱，所眦蓄热速率比纯石蜡慢。在复合相变材料中加入导热填料膨胀石墨后，其热传导性进一步提高，以传导传热为主的放热过程更快，放热速率比纯石蜡提高了1.5倍；而在以对

流传热为主的蓄热过程中，由于热传导的加强效应与热对流减弱效应相互抵消，保持了原来纯石蜡的平均蓄热速率。

这样既充分发挥了定形固液相变材料的优点：无需容器盛装，可直接加工成型，不会发生过冷现象，使用安全方便；也克服了固一液相变材料明显的缺陷：在相变介质中加入热导率较低的聚合物载体后，导致本来热导率就不高的有机相变材料的热导率更低了，并且还造成整个材料蓄热能力的下降。

4.3利用毛细管作用将相变材料吸附到多孔基质中

利用具有大比表面积微孔结构的无机物作为支撑材料，通过微孔的毛细作用力将液态的有机物或无机物相变储热材料(高于相变温度条件下)吸人到微孔内，形成有机／无机或无机／有机复合相变储热材料。在这种复台相变储热材料中，当有机或无机相变储热材料在微孔内发生固一液相变时，由于毛细管吸附力的作用，液态的相变储热材料很难从微孔中溢出。

多孔介质种类繁多，具有变化丰富的孔空间，是相变物质理想的储藏介质。可供选择的多孔介质包括石膏、膨胀粘土、膨胀珍珠岩、膨胀页岩、多孔混凝土等。采用多孔介质作为相变物质的封装材料可使复合材料具有结构功能一体化的优点，在应用上可节约空间，具有很好的经济性。多孔介质内部的孔隙非常细小，可以借助毛细管效应提高相变物质在多孔介质中的储藏可靠性。多孔介质还将相变物质分散为细小的个体，有效提高其相变过程的换热效率。

5相变储能材料存在的问题和应用展望

5.1存在的问题

我国现阶段相变储能材料的研究和应用方面仍然存在以下一些问题。

(1)相变储能材料的耐久性问题。这个问题主要分为三类。首先，相变材料在循环相变过程中热物理性质的退化。其次，相变材料从基体材料中泄露出来，表现为在材料表面结霜。另外，相变材料对基体材料的作用，相变材料相变过程中产生的应力使得基体材料容易破坏。

(2)相变储能材料的经济性问题。这也是制约其广泛应用于建筑节能领域的障碍，表现为各种相变储能材料及相变储能复合材料价格较高，导致单位热能的储存费用上升，失去了与其他储热方法的比较优势。

(3)相变储能材料的储能性能问题。储能性能有待更进一步地提高。特别是对于相变储能复合材料来说，为了使储能体更加小巧和轻便，要求相变储能复合材料具有更高的储能性能，目前的槽变储能复合材料的储能密度普遍小于120J／g。有学者预测，通过增加相变物质在复合材料中的含量和选择相变焓更高的相变物质，在未来数年内，将有可能将相变储能复合材料的储能密度提高到150～200J／g。

5.2应用展望

相变储能材料的开发已逐步进入实用阶段，主要用于控制反应温度、利用太阳能、储存工业反应中的余热和废热。低温储能主要用于废热回收、太阳能储存及供暖和空调系统。高温储能用于热机、太阳能电站、磁流体发电及人造卫星等方面。此外，固一固相变储能材料主要应用在家庭采暖系统中，与水合盐相比，具有不泄漏、收缩膨胀小、热效率高等优点，能耐3000次以上的冷热循环(相当于使用寿命25年)}把它们注入纺织物，可制成保温性能好、重量轻的服装}可用于制作保温时间比普通陶瓷杯长的保温杯}含有这种相变材料的沥青地面或水泥路面，可以防止道路、桥梁结冰。因此，它在工程保温材料、医疗保健产品、航空航天器材、军事侦察、日常生活用品等方面具有广阔的应用前景。今后相变储能材料的发展主要体现在以下几个方面：

(1)进一步筛选符合环保的低价的有机相变储能材料，如可再生的脂肪酸及其衍生物。对这类相变材料的深入研究，可以进一步提升相变储能建筑材料的生态意义。

(2)开发复合相变储热材料是克服单一无机或有机相变材料不足、提高其应用性能的有效途径。

(3)针对相变材料的应用场合，开发出多种复合手段和复合技术，研制出多品种的系列复合相变材料是复合相变材料的发展方向之一。

(4)开发多元相变组合材料。在同一蓄热系统中采用相变温度不同的相变材料合理组合，可以显著提高系统效率，维持相变过程中相变速率的均匀性。这对于蓄热和放热有严格要求的蓄能系统具有重要意义。

(5)进一步关注高温储热和空调储冷。美国NAsA Lewis研究中心利用高温相变材料成功地实现了世界上第一套空间太阳能热动力发电系统2kw电力输出，标志这一重要的空间电力技术进入了新的阶段。太阳能热动力发电技术是一项新技术，是最有前途的能源解决方案之一，必将极大地推动高温相变储热技术的发展。另外.低温储热技术是当前空调行业研究开发的热点，并将成为重要的节能手段。

(6)纳米复合材料领域的不断发展为制备高性能复合相变储热材料提供了很好的机遇。纳米材料不仅存在纳米尺寸效应，而且比表面效应大，界面相互作用强。利用纳米材料的特点制备新型高性能纳米复合相变储热材料是制备高性能复合相变材料的新途径。

一、区域能源的定义

区域供暖、区域供冷、区域供电以及解决区域能源需求的能源系统和它们的综合集成统称为区域能源。这种区域可以是行政划分的城市和城区也可以是一个居住社区或一个建筑群还可以是特指的开发区、园区等。总之，人类社会发展至今所有一切用于生产和生活的能源，在一个特指的区域内得到科学的、合理的、综合的、集成的应用，完成能源生产、转换、供应、输配、使用和排放全过程，称之为区域能源。

二、区域能源系统

区域能源系统是局域能源网络，通过该网络向综合建筑物提供热水、蒸汽(区域供热)、冷水(区域供冷)、用电(通常称微网)、或者是综合供应。

区域能源系统可以是锅炉房供热系统冷水机组供冷系统热电厂系统冷热电联供系统热泵供能系统太阳能供能系统风电系统等等。所用的能源还可以是：燃煤、燃油、燃气、可再生能源(太阳能热水系统，地下水源热泵系统，地表水源热泵系统，污水源热泵系统，地能热泵系统，光伏发电系统，风力发电系统)、生物质能等。这些服务的不同形式通常是平行运行，服务相同建筑物的部分或全部。应利用当地的条件和应对当地问题，专门地设计区域能源系统。

区域能源系统要适合特有的情况，能够满足特定的当地多种需求(例如准确可靠的医院需求)或者相适应当地特有的资源条件(例如燃烧当地可用的生物质)。为了提供这些能源服务，通常区域能源系统围绕作为系统心脏的中心站建设。一旦中心站运行，能量通过管线或电线易于与建筑物连接。为了提供这些能源服务，通常区域能源系统围绕作为系统心脏的中心站建设。一旦中心站运行，能量通过管线或电线易于与建筑物连接。很像人的血管系统，通常管线以闭式方式运行，从中心站输送热水到建筑物用户，然后凉水返回心脏再加热，往复循环。区域能源系统可以利用当地的可再生资源，通过高效率的中心站对综合建筑物(工业、商业、住宅)供冷与供热。

三、我国能源消耗现状

目前中国能源消耗高、环境压力大。世界能源平均利用效率为50 . 3 2 %，其中，我国为36.81%，印度为39%，美国为51%，日本为56%,丹麦为72%为应对全球气候变化我国政府承诺：到 2 0 2 0 年单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40%-45%，其中节能提高能效贡献率要达到8 5%以上。2 0 0 9年国际能源署发布报告称，中国消费了32.2亿吨标准煤，而美国消费了31.1亿吨标准煤，中国成为全世界第一大能源消费国。2012年我国一次能源消费量3 6 . 2亿吨标煤，消耗全世界2 0 %的能源(消费了全世界煤炭的一半)，单位 G DP 能耗是世界平均水平的2.5倍，美国的3.3倍，日本的7倍，同时高于巴西、墨西哥等发展中国家。中国每消耗1吨标煤的能源仅创造14000元人民币的GDP，而全球平均水平是消耗1吨标煤创造25000元GDP，美国的水平是31000元GDP，日本是50000元GDP。为解决当前问题，发展区域能源已经势在必行。

四、我国发展区域能源的意义与必要性

1、区域能源能够控制能源消费增加过快，降低能耗

区域能源实现多种能源的科学、合理、综合、集成的应用，在需求侧——应用侧实现品位对应，温度对口，梯级利用，多能互补，可以使各种能源得到适得其所，发挥其特长，可降低总能耗，降低单位产品的能耗，降低单位 GDP的能耗。

2、区域能源能够提升能源利用效率

能源革命的目标就是要提高能源利用效率，区域能源科学合理用能，实现能源的对应、对口、梯级、综合利用，把一次能源多级梯次利用，把各种能源综合、集成利用，把能源“吃干、榨尽”，用最少的能源，完成更多的工作。把我国的能源利用率从 36% 逐步提升到50% → 72% → 90%。

3、区域能源能够推动能源消费革命

区域能源能够推动能源方式的改变，把能源用到合理、合适的地方。例如把供暖温度由95℃降到 75℃→ 60℃→ 50℃ 供暖不用一次燃烧能源的1000 ℃。 用吸收式热泵提升工业20 ～ 40℃余热、废热至 50 ～ 60℃，满足供热需要。

4、区域能源能够推进能源供给革命

区域能源能够督促用户选择利用效率高的能源形式。不同的产业需要不同种类的能源，例如工业冶炼、铸压必须用一次高温的能源，服务纺业的洗染可以用低品低温的余热、废热。居民供暖、地板辐射用30～40℃热水暖风机、风机盘管用50～55℃热水散热器用75～55℃热水区域能源为用户的多种选择提供了可能。

5、区域能源推进天然气的梯级综合利用，实现“三联供”

天然气是一种高效清洁的化石能源，是下一代人类社会的主打能源。但现在人们更多的是将它们一次就烧掉了，不仅能效低(仅有40%左右)，而且排放污染也高。为实现天然气的综合梯级利用，世界各国都在大力发展天然气的分布式能源。利用天然气的高品位——发电产生高品位二次能源再利用天然气发电的余热——低品位，为各种产业和建筑提供能源。实现汽、热、电“三联供”，梯级利用天然气能效可达90%以上。区域能源为天然气分布式能源提供了广阔的空间，它不仅可以自己形成独立的能源系统，同时它还可以和其他形式的能源集成为一个综合高能效的系统。

6、区域能源能够大力发展利用可再生能源

少用或不用一次化石能，少烧或不烧可燃物质获得能源，是节能减排追求的目标。可再生能源的利用提供了这种可能：太阳能可直接转化为电能或热能风能可转化为热能地热能可转化为电能或热能等等。但是可再生能源转化的能源，多是低品位、不连续、不稳定的。人类利用可再生能源时都要考虑辅助措施或辅助能源。区域能源为可再生能源在区域中的利用提供了这种可能和保证。

7、区域能源能够大力发掘、利用各种低品位能源

各种余热、废热及浅层地能等的低品位热的数量是人类社会消耗有效能源的许多倍，但是目前利用率很低，浪费很大。在区域能耗中，需要量最多、最大的还是低品位能源，特别是建筑用能。所以区域能源可以很好地应用低品位能源，把发掘出来的各种低品位热用于区域能源。

五、发展区域能源需要的条件

1、区域能源要求有现代的市场经济体制

能源是一种商品，可以在市场上自由交易，但目前在我国还不能完全做到，因为我们整个国家的市场经济体制还不够完善，还带有一些计划经济的特点。油、气、电、热还没有完全体现它们的商品属性，还不能进行市场交易，区域能源要求建立平等、合理的市场竞争体制。

2、区域能源要求实现能源管理机制的革命

区域能源可以在一个区域内实现多种能源管理体制的协调融合，形成一个有机一体的管理体制，同时也就要求在更大范围内甚至全国建立健全适合中国特色的能源管理体制和机制。

3、区域能源推进要求能源价格的革命

区域能源是多品种、多品位能源在一个区域内的应用，所以各种能源应该有一个合理的价格，应该按质论价、市场定价、随行就市。而目前我国还没有建立起这样一个能源价格的定价机制，水、煤、气、电、热如何定价?要平衡各方利益，从长计议推进能源价格的革命。

4、区域能源要求完善能源的法律法规

能源的规划建设、运营、管理和服务都应该有法律法规来指导和制约，过去我们只有行业的、条条的、地区的、块块的，供电、供热、供气的规定、规范，缺乏总体的、全面的能源法律法规，缺乏适用于区域能源的相关法律法规。只有完善了区域能源的法律法规，才能真正推进节能减排，实现高能效。

5、区域能源应当学习引进国际能源的新概念、新理念、新观念

国际上区域能源发展有一百多年的历史，有很多理念和概念值得我们学习应用。例如城市能效、区域能效、行业能效、系统能效等等再如品位对应、温度对口、梯级利用等等，加强与国际上在区域能源方面的合作就首先要学习理解先进的概念、理念、观念。

6、区域能源推进能源国际合作

区域能源与国际合作就要学习国际上先进的能源技术，能源的生产技术，转换技术，应用技术，运行管理技术，运营服务技术，若实现能源革命必须掌握先进的技术，改进我们的技术，革现有技术的命，包括软硬件。国际合作离不开人才的交流和培养，应该完善我们的能源行业人才培养体系，编写系统、统一的教材，特别是运营管理方面加强人才的培养，把人送出去参加国际上一些能源企业的运营管理。

7、区域能源呼唤有国际水平的能源装备

区域能源提高能源效率，实现能源的综合、集成利用，对各种能源都要吃干榨尽，对各种利用技术和设备都要高效率、低排放。高品位、高温的能源转换为低品位、低温的能源比较容易实现，但将大量低品位、低温的能源转换为我们需要的能源，这需要更过的新技术、新装备。所以必须有世界当今一流的能源生产、使用、转换的装备，而且是有自主知识产权的，区域能源推动能源装备生产、利用的革命。例如：在燃机、制冷机、余热回收等方面的装备，再如采集井能源采集方面的系统设备等。

六、区域能源的发展与展望

在2015年6月29日生态文明贵阳国际论坛2015年会上，联合国环境规划署发布了《城市区域能源：充分激发能源效率和新能源的潜力》报告中文版。这一报告选取包括中国鞍山内在的全球45个区域能源利用示范城市，为世界各国城市的能源利用和转型提供了参考。主题论坛中，联合国环境规划署技术、工业和经济司长丽嘉诺娜表示，目前城市能源的一半用于供暖和制冷，现代化的区域能源体系，将是降低能源需求的关键。《报告》中选取了45个做区域能源最成功的城市，已经有了区域能源利用的最佳实践。这些经验告诉我们，区域能源是一个非常好的尝试，并且可以为全世界有意试验区域能源利用的城市提供范例。

区域能源为能源与互联网相结合提供了广阔前景，区域能源为多能源同时供应给多用户的多种需求提供了可能，在一个区域实现这种功能，没有信息的支撑也是不可能的。当能源已经危及到生存和发展，能源革命的号角已响起，我们应该用互联网技术改造能源，开启能源革命。

南非的太阳辐照资源比西班牙光热电站开发地要高出约50%，比北美光热电站开发地要高出约20%.十分适宜开发光热发电。 南非斯坦陵布什大学的研究者们坚定地认为，光热发电产业将在南非拥有一个光明的未来！光热发电将成为南非21世纪可再生能源利用的最重要组成部分。这对南非来说还意味着一个巨大的经济发展良机。 光热发电的电能是可调可控的，其优点是可进行高效低成本储热和混合发电。该校可再生和可持续能源研究总监WikusvanNiekerk教授强调，光热发电对南非是十分可行的一项可再生能源技术。

地球上的各种能源，有的已被大规模开发和广泛利用，如煤炭、石油、天然气、水力等，称常规能源；还有一些能源，如太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能、生物质能等，是正在研究开发和利用的能源，被通俗地称为新能源。其实太阳能、风能等，人类很早就已开始利用，这里把它称作新能源，是指在新技术的基础上进行大规模开发利用而言。新能源与常规能源的区分也是相对的，今天的新能源将来也会成为常规能源。如核裂变，过去是新能源，现在由于技术基本成熟，许多国家已把它看作常规能源。上述这些新能源都是可再生能源和清洁能源，被作为未来经济和社会可持续发展的能源基础，受到了高度重视。

太 阳 能 利 用

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，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”。但如何合理利用太阳能、降低其开发和转化的成本，是新能源开发中面临的重要问题。太阳能可以通过光－热、光－电、光－化学转换来利用。

太阳能光－热转换是用集热器把太阳辐射能转换为热能以直接利用。集热器有平板式、真空管式、聚焦式等，它可以是直接吸收太阳辐射，也可以是将太阳辐射会聚后集中照射，使传热介质（空气、水或防冻液）升温，用于家庭采暖、供应热水、制冷、烹饪、工业用热、农用温室等。

1955年以色列科学家研制出选择性吸收涂层，它对占太阳光能量90％以上的短波部分具有很高的吸收率，采用这种涂层可显著提高集热器的热效率。太阳辐射的会聚采用平面或凹面的聚光反射镜（定日镜），聚焦后能得到很高的温度，可用于发电和金属熔炼等。发展中的太阳热发电系统有槽式线聚焦系统（用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状接收器上）、碟式系统（用抛物面反射镜聚焦）和塔式系统。

太阳能光－电转换是利用依据光生伏打效应研制的太阳电池，将太阳辐射能转换为电能。1954年美国贝尔实验室研制成光电转换效率达6％的实用单晶硅太阳能电池，1958年被用作“先锋1号”卫星的电源，这一重大突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。此后，很快开发出多种太阳电池，包括多晶硅电池、非晶硅电池、硫化镉电池、砷化镓电池等，光电转换效率已达20％以上。除用于卫星、空间站外，已在灯塔、航标、微波中继站、铁路信号中得到广泛应用，采用太阳电池的汽车、飞机也在积极研制，还建成了太阳电池节能住房和太阳电池电站等。一些发达国家还在探索建造太空太阳能电站，它将巨型太阳电池组送到对地静止轨道上运行，借助微波发生器将电流转换成微波流，输送到地面接收站，再经转换变为电力送入电网。预计这一宏伟工程在不久将来即可实现。

太阳能光－化学转换主要是利用光化学反应研制光化学电池。这种电池由半导体材料和电解液组成，当太阳光照射半导体和电解液界面时，产生化学反应，在电解液内形成电流，并使水电离产生氢气而供应用。这是氢能利用的途径之一。

风 能 利 用

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、致冷和致热等。

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。风力机按旋转轴的位置分为水平轴风力机和垂直轴（立轴）风力机两大类。水平轴风力机按叶片形式有双叶式、三叶式和多叶式，按气流方向分顺风式和逆风式，还有扩散器式、集中器式等。垂直轴风力机有S型叶片式、S型多叶片式、Ф型风轮、太阳能风力透平、偏导器式等。1891年，世界首台风力发电机由丹麦拉库尔（LaCour）教授研制成功，单机容量9千瓦。现在500～600千瓦级的机组已成为风力发电的主力机组，1000千瓦级的机组已商品化。将许多台风力发电机集中安装在一片土地上，称风力发电场，简称风电场或风力田。中国新疆达坂城风电场，总装机容量7.19万千瓦，是我国目前最大的风电场。

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。

地 热 利 用

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，仅地表下10千米厚的一层，储热量就达1.05×1026焦耳，相当于9.95×1015吨标准煤所释放的热量。地热资源按储热的状态分为蒸汽型、热水型、地压型、干热岩型和岩浆型五类，目前可实际利用的只有蒸汽型、热水型、干热岩型三种。

地热的利用除直接用于提供热水和供建筑物取暖外，主要是用于发电。地热发电分直接利用和间接利用两种：直接利用是将地热蒸汽或高温地热水经扩容蒸发后的蒸汽，作为热力循环的工质，推动汽轮发电机组发电；间接利用是用地热水使低沸点工质（如丁烷）气化，用以推动汽轮发电机组发电。1913年，世界首座地热电站在意大利拉德瑞罗投入运行，机组容量250千瓦。目前世界最大的地热电站是美国的盖瑟尔斯地热电站，总装机容量209万千瓦。

海 洋 能 利 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（B．Praceigue）发明了利用海水波浪的垂直运动压缩空气、推动风力发电机组发电的装置，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瓦的多种类型波浪发电装置。

海流能发电是利用海洋中部分海水沿一定方向流动的动能发电海水温差发电是利用海水表层和深层间的温度差实现热循环而发电海水盐差发电是利用河海交接处水中含盐浓度的差异形成的化学电位差来发电。这些现在都还处在试验研究阶段。

开发和利用海洋能的同时，应兼顾水产养殖、交通运输、生态保护等的综合利用。

此外，正在研究开发的还有氢能，主要是用电解法、热化学法、光电化学法、等离子体化学法等制备氢气，用压缩、低温液化或贮氢合金吸收等方法贮存，或直接用作燃料，或制成氢燃料电池，用于发电和用作各种机动车、飞行器燃料及家用燃料等；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，通过压块细密成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。

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