浅谈新能源技术论文
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浅谈新能源技术论文篇一论新能源发电技术
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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能源概论
能源的意义
能源[Source of energy]是人类藉以克服困难,维持生存的原动力,譬如太阳给我们光热,风吹动风车可以发电,燃烧汽油可用以推动汽车,使用瓦斯可以烹调、取暖,凡此种种如太阳、风、汽油、瓦斯等都是能源。
至於能源存在於自然界中,不需经过转换处理,直接可用的称为「初级能源」[Primary Energy],例如太阳能、水力等,但凡必须经过转换才可提供使用的能源,称之为「次级能源」[Secondary Energy],例如:汽油、电能等。
【各类能源转换系统图】
能源的种类众多,近年来,无论核分裂(fission)、核融合(fusion)和太阳能的研究发展,均呈现出一片蓬勃景象,但目前依赖最重,使用最多的还是化石性燃料[Fossil fuel],如煤、石油和天然气等,占有90%以上的今日能源供应市场由於这类燃料其蕴藏量有限且日益枯竭、分布不均,使用时又污染严重,鉴於目前已经投置的生产设备和应用技术,预计化石燃料尚可以维持在能源主流的地位直至本世纪之末,因此人类当务之急便是寻求更好用的燃料,并加紧改良现有能源的利用技术。
由於人口增加,每人耗费的能源用量也不断升高,但自然界的能源蕴藏并非无穷,於传统能源逐渐枯竭之际,[目前的估计是煤大约可再维持100年左右,石油、天然气亦只有数十年的存量],对各种形式再生能源的开发研究正被各国重视,现今社会人类终於体悟到能源不容我们的任意挥霍,因此除了积极开发新能源、改善能源利用的效率外,也应研究如何在不降低生活水准、不减缓工业发进步及经济成长的前题下,努力节约能源。
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地球的能源
一、 地球上可取用的能源:
1. 人类在地球上可取用的能源,绝大部分来自太阳能,如化石燃料(包括石油、煤、天然气)、水 力、风力、生质能。
2. 小部分来自於核能,这是源自於宇宙的演化过程,在地球形成时就已存在的放射性元素,例如铀。
3. 余下的小量来自於地热(地球内部的热量)和月球运动引致的潮汐作用。
二、 能源分类:
地球能源若依起源来分类,可区分成自有能源和外来能源(来自外太空)两种。自有能源主要包括地热和核燃料;外来能源主要包括月球能(月球对地球之万有引力作用而产生潮汐能)和太阳能等。若依使用结果来分类,可分为:
1. 再生能源(非耗竭能源):太阳能、水力、风力、生质能、潮汐、地热、海浪能、海洋热能转换、核融合能等能源,在短期内能自行补充,能反覆使用持续供应者 ,称之。
2. 非再生能源(耗竭能源):煤、石油、天然气、废热、铀等能源,用过即无的,必须另外设法开发转换采取,无法自行补充者,称之。
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能源的开发与应用:
一、 太阳:
1. 每年照射到地球表面的太阳能,估计为1.78×1017瓦-年,约为目前全世界每年所需能量的一万多倍。
2. 其中有30%之太阳能被反射回太空。
3. 约有50%为地球表面吸收后,再重新辐射出去,因此得以维持地球表面的温度。
4. 约20%的太阳能将地表的水蒸发成水蒸气,形成云、雨及空气的流动(水力和风力的由来),同时也造成海洋表面和底层的温差。
5. 只有很小的比例(约0.06%)用於进行植物生长所需的光合作用,太阳能被转化储存在植物体内碳氢化合物的化学能。
6. 太阳能可经由太阳电池直接转换为电能,或是利用反射镜,将太阳光焦聚直接转换为热能。直接取用的太阳能,没有造成任何污染,是非常乾净的能源。(但成本高,经济价值不高,仅适合在沙漠或偏远地带)。
【太阳能板】
二、 水力与风力发电:
本质上都是太阳能的间接利用,发电过程不会产生污染性废物,是相当理想的清洁能源。(在开发中国家,水力发电资源已趋饱和。且造成对生态环境的影响广受争议,风力发电之风车叶片会产生很大的噪音,使人不安,且对自然景观有负面的影响。)
【风力发电】
三、 潮汐与地热发电:
潮汐发电以及地热发电都是善於利用地区和地形的特性,以产生乾净能源。
【潮汐发电】
四、 生质能的应用:
植物本身、农作物的残渣、动物牲畜的排泄物等,可经化学处理合成为液体燃料,或经微生物的发酵作用产生沼气,可用於燃烧产生热能,这种能量称为生质能。
利用甘蔗或玉米可制成酒精,是当今最主要的生质能能源。而生质能的供应需要依赖大面积种植,因此制作成本甚高,不适合地狭人稠的国家。尽管如此,生质能仍是一个值得选择的替代化石燃料的能源。酒精燃烧固然会产生二氧化碳,但因大量植物的种植,经由光合作用,可回收大气中的二氧化碳而达到平衡。
五、 核能反应发电:
核能和一般火力发电一样,从特定的燃料中,发出大量的能,利用核反应产生巨大的核能,制造高温高压的蒸气或气体,导入输机,驱动发电组发电。
核能所用的燃料,乃是可分裂或融合的放射性物质,例如铀235、钸239、铀233等
核能在近年来由於日本和法国研究发展快滋生核反应炉,利用快速中子撞击铀-238,使转化成可分裂的钸-239,作为核反应的燃料。使先前含量高达99.3%的铀-238,可充分的利用。
核分裂:核能的产生首先是以中子撞击可分裂物[如铀235]使分裂,变成钡及氪等原子,并发出能量以及快速中子,这些中子又会去撞击旁的铀原子核使分裂进行下去,称为连锁反应[或链反应],为了有效控制反应速率,因此需要「缓和剂」[例如水、石磨、重水等]来吸收中子的能量,使之减速,以及「控制棒」[例如锆金属管中贮存石墨等可以吸收中子的物质]以使参与反应的中子数降低,直到反应以等速进行,反应时发出的能量是靠「冷却剂」来移走,常用的冷却剂有二氧化碳、水、氦、液态钠等,冷却剂流经「热交换器」把热量送出制造高温蒸气,送往汽机,产生动力。
核融合:目前人类只会应用融合时的巨大核能,当作杀伤武器[如氢弹],由於核子融合[聚变]往往需要摄氏1亿度的高温因此欲将核融合发电,投入的能量比发出的多,迄今能停於研究阶段,但是核融合的生成物很安全,燃料又便宜[例如1m3的水电解所得的天然重氢,采融合反应所发的核能,就超过200吨石油的能量],所以核融合发电仍是很有发展潜力。
核分裂式的反应器种类很多,例如:
1. 沸水反应器[BWR,Boiling Water Reactor],以水为冷却剂及缓和剂,让水在炉心沸腾,所生蒸气亦可直接通往汽涡轮发电机。
2. 压水反应器[PWR,Pressurized Water Reactor],以水为冷却剂及缓和剂,并加压不使水沸腾,极高温的水经热交换器把热量送出,以供制造蒸气,发往汽涡轮发电机发电。
3. 气冷反应器[GCR,Gas-Cooled Reactor],以气体为冷却剂,以石墨为缓和剂,产生能量亦经热交换器送出。
4. 重水反应器[HWR,Heavy-Water Reactor],以重水为缓和剂,又分「重水气冷式[HWGCR]」即气体冷却,「沸腾轻水式[HWLWR]」即重水缓和,一般水冷却及「加压重水式[PHWR]」即以重水为缓和剂及冷却剂并加压。
5. 高温反应器[HTR HTGR,High Temperature Reactor],采用稀有气体为冷却剂,核心采用陶瓷材料,通常采用石墨为缓和剂,其冷却剂出口温度甚高。
6. 钠冷却反应器[Sodium-Cooled Reactor],以液态钠为冷却剂。
7. 轻水反应器[LWR,Light-Wter Reactor]以天然纯水为冷却剂,分沸水式[SWR]及压水式[PWR]。
8. 快孳生反应器[FBR,Fast Breeder Reactor],能进行快速孳生[使铀包围钸经反应后,除发出能量,兼产生钸239,产生的可分裂放射性物多於所分裂的反应物],以液态钠或钠钾为冷却剂,反应生成物仍可再利用。
国内核能发电厂有三,其中金山、国圣附近的核能一厂、二厂所采用的反应器是沸水式,垦丁附近的三厂采用的是压水式。这三个核能电厂发电机组之装机容量,分别为核一厂636MW,核二厂两部各985MW,核三厂两部各951MW。
核能发电成本较火力为低,以核一厂为例每度约4角,燃煤[以深澳、南部火力为例]约每度1元,燃油[以协和、大林火力为例]约每度1.5元。
六、 石油和天然气:
人类应用的最多,依赖得最重的能源,就是石油[又称原油],由於石油和天然气往往相伴而生,又可互相转化或代用,是所有能源中最方便使用的燃料,它可视需要量的多寡而调节生产量,便於输送,也便於储藏,可直接燃烧用於发电或驱动引擎。因此通称之为「油气」,目前在估计石油之蕴藏及产量时,也往往将天然气,合并计算。(可惜地球的蕴藏量有限,人们开采使用石油的速率远远超过它形成的速率。)
石油和天然气不仅是优良的燃料,而且可供做化工生产之原料[如制造肥料等]。石油经沈淀、过滤、离心处理去除水份及固体,再送入蒸馏槽加温,可依次分馏出各种汽化气约200℃时,汽油已经完全分馏出,称为「分馏汽油」,然后再增高温度可分馏出灯油、轻油、机油、重油等,剩下沥青;轻油及重油在高温高压之下再予化学处理又可得汽油,称为「分解汽油」,总共自石油中可提炼日汽油量约30%。
汽油又是目前机械动力最主要的来源,交通工具[车、船、飞机等]大多以汽油为燃料,汽油含碳83~85%、氢14~15%,另含硫磺、抗燥剂等,在10℃遇火即燃,380℃时能自然,燃烧时空气与汽油之混合比为14.5:1,每燃烧1公斤汽油可发出热量约1万千卡。
天然气开发利用较晚,但蕴藏丰富,使用方便且污染较不严重,而且用途广泛,因此能源价值日益升高。天然气是自然界一切天然生成可燃性气体的统称,譬如火山、温泉、矿山、油田、煤田之气体以及地下腐败物质发酵生成之气体,主要成分可说是各类碳氢化合物[ 如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等]及硫化氢等。
天然气液化卸称为液化天然气[LNG],液化是为了缩小体积以利运送及贮存,一般而言,液化天然气主要成分是甲烷。若将丙烷、丁烷液化则称为液化石油气[LPG],俗称煤气,常用做城市住宅工商加热取暖之燃料。目前各国有大量采用天然气取代石油之趋势!
七、 煤:
能源危机主要的是因为石油蕴藏日益短少之故,而煤和石油同样是开发使用历史悠久的燃料,更因为煤具有存量丰富、用途广泛之优点,因此在发电及工业加热应用上,也常用来取代石油,煤及古代植物,埋在地下经长时间作用碳化而成,煤可分无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤等,发热量每磅约可发6300~14000英热单位,比重在1.25~1.7之间,比热在351℉以下约1.32B.T.U./磅℉。
直接利用系采用各种燃烧器[煤炉],转化利用是经液化或气化等手续,先把煤变成燃气或液化燃料[如乙炔、醇类、汽油等]再燃烧使用,加工处理是把煤研磨成煤粉,炼成焦煤,制成碳原料或制煤、油混合燃料,以供燃用。
煤燃烧所产生的污染比石油和天然气严重得多,不过近年来工业界已积极在研究如何将煤转化成便宜的、清洁的液体燃料,或转化为可燃气体,以提升煤的应用价值。
目前世界各留大多设法多用煤、天然气,核能及其他能源,以减轻对石油的依赖;我国在能源供应之长期规画中;亦预备将来提高煤、天然气、核能之供应,预定增加情形为煤11.6%,天然气5%,核能7.3%。
八、 化石燃料:
动植物死亡后,埋葬在地下,经过数百万年以上的地压、地热和细菌引致的化学变化后,累积形成煤、石油、天然气等化石燃料。目前全世界每年消耗的能量约有90%来自於化石能源,其余主要由核能和水力发电提供。
【化石能源形成过程】
http://ge.tcivs.tc.edu.tw/kinds/summary.html
参考.
---生物质能与核能
能源是人类藉以克服困难,维持生存的原动力,譬如太阳给我们光热,风吹动风车可以发电,燃烧汽油可用以推动汽车,使用瓦斯可以烹调、取暖,凡此种种如太阳、风、汽油、瓦斯等都是能源。近年来,无论核分裂、核融合和太阳能的研究发展,均呈现出一片蓬勃景象,但今日能源供应市场燃料其蕴藏量有限且日益枯竭、分布不均,使用时又污染严重,鉴於目前已经投置的生产设备和应用技术,预计主能源维持在能源主流的地位直至本世纪之末,因此人类当务之急便是寻求更好用的燃料,并加紧改良现有能源的利用技术。下面是未来应用较广泛的两种新能源。
一、新能源之生物质能
生物质能是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。 而所谓生物质能,就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能 量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可 转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳,所以从广义上讲,生物质能是太阳能的一种表现形式。目前,很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中,它是由太阳能转化 而来的。
1、生物质能的特点
1) 可再生性生物质属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,资源丰富,可保证能源的永续利用;
2) 低污染性生物质的硫含量、氮含量低; 生物质作为燃料时,由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量, 因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零,可有效地减轻温室效应;
3) 广泛分布性 缺乏煤炭的地域,可充分利用生物质能;
4) 生物质燃料总量十分丰富。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的十倍。
2、生物质能的分类
依据来源的不同,可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等。林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源,包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等。农业生物质能资源是指农业作物;农业生产过程中的 废弃物,如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排 出的废水等,其中都富含有机物。 城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和 少量建筑业垃圾等固体废物构成。
近年来,曾支撑20世纪人类文明高速发展的以石油、煤炭和天然气为主的石化能源出现了前所未有的危机,除其储藏量不断减少外,更严重的是科学研究发现,石化能源在使用后产生的二氧化碳气体作为温室效应气体排放到大气中后,人为地导致了全球变暖,引发了人们对未来社会发展动力来源的广泛关注和思考。不少国家的能源战略都有一个明显的政策导向——鼓励开发新能源,这既是国际市场上石油等传统能源产品价格高昂压力所致(非常时期除外),也是人类可持续发展的客观需要。 因此,新能源开发有可能成为未来最重要的经济增长引擎,成为最有创造就业和财富能力的新经济支柱。目前,全球投向新能源,特别是风能、太阳能和生物质能的资金数量激增。有一种共识正在世界范围内形成:只有在新能源技术革命中走在前面,才有可能在未来的世界经济格局中占据优势地位。尤其在受金融危机的影响全球经济呈现不断下滑严重局面的背景下,有专家认为对新能源的开发与利用将是全球金融危机后世界经济的新一轮竞争热点,对传统能源的改良以及新能源技术和产品的发展,将会催生一个巨大的市场,新能源产业必将成为世界各国培育新的经济增长点的一个重要突破口。
二、发展新能源经济可为青海经济又好又快发展提供支撑
我省有丰富的新能源资源,新能源发展又有了一定的基础,这些条件为我省发展新能源经济提供了支撑。当前,大力促进新能源经济的发展,是青海发展中的重要战略机遇。发展新能源经济不仅可以开辟新的能源供应途径,有效增加新能源供应量,还可以有效降低环境污染,有利于我省实施生态立省战略,建设环境友好型社会。而且,从青海产业结构调整看,发展新能源经济将对调整目前以重化工为主的产业结构、经济结构和发展战略,带动相关的一系列产业的发展,提高经济运行的抗风险能力发挥重要作用。把新能源产业培育成为青海一个特色产业和新的经济增长点,必将有力地推动青海经济又好又快发展,成为有效应对挑战、抓住发展机遇的重要途径。
三、培育青海新能源经济的总体思路
培育青海新能源经济,当前应把重点放在太阳能的开发利用上,要以太阳能产业作为新能源经济发展的龙头,加快发展太阳能、风能、沼气等技术成熟、市场竞争力强的新能源,尽快提高新能源在能源结构中的比重;积极推进技术基本成熟、开发潜力大的生物质能利用、太阳能发电、风能发电等新能源技术的产业化发展,为更大规模开发利用新能源、培育壮大新能源经济奠定扎实的基础。培育新能源经济的线路图要围绕太阳能、风能和生物质能的产业链发展,最终形成光伏产业多晶硅提纯、单晶硅拉制、多晶硅铸锭、晶硅切片、太阳能电池、组件封装、光伏技术系统应用的完整产业链,以及太阳能、风能互补,太阳能、生物质能互补的产业发展模式。
四、加快发展青海新能源经济的几点建议
为了做大做强我省新能源产业,推动新能源经济发展,使之尽快成为青海新的经济增长点。建议:
(一)发展新能源经济,要借鉴和吸取国际经验,进行目标引导、政策激励、产业扶持和资金支持;坚持开发利用与经济、社会和环境相协调,市场开发与产业发展互相促进,近期开发利用与长期技术储备相结合,政策激励与市场机制相结合的原则,按照总体规划、分类实施、突出重点、技术创新、滚动发展的思路,挖掘青海新能源资源优势,加快新能源产业的发展。
(二)要在全面开展新能源资源调查,摸清资源赋存情况的前提下,组织力量编制全省新能源中长期发展规划,提出发展的阶段性目标、产业布局、发展重点,对全省新能源的发展做统筹规划和安排。要明确新能源产业发展的指导思想、发展方向、发展目标和发展重点,制定具体的发展措施,努力推进新能源产业科学化、有序化发展。
(三)开放新能源市场准入条件,加大招商引资力度。新能源依然是国际投资的热点,要把吸引新能源投资作为青海应对危机、扩大投资规模的重要方向,积极促进新能源经济发展,保持新能源投资的适度增长。
(四)新能源生产成本高,目前,提供财政“补贴”是各国政府扶助新能源企业的主要手段。这种支持包括向新能源产品的生产者提供资助和税收减免,以及给产品的购买者提供消费补贴和退税等方面的刺激,鼓励更多民众和企业尝试新能源产品。 目前,青海新能源产业发展仍处在初步发展阶段,从政府决策的角度考虑,一方面政府不仅要有支持新能源开发利用的意向和规划,还需尽早着手实施有力的推动措施,抓紧制定合理的价格补偿机制和直接的财政补贴机制,建立健全支持新能源发展的财税政策体系和风险分担机制。同时,应尽早将新能源经济发展的需要纳入基础设施建设规划,为新能源经济的发展壮大提供强有力的基础保障。
历程及现状 自1973年发生的石油危机以来,西
方国家为减少对世界不稳定地区石油供应
的过分依赖和出于环境保护的要求,都把
提高能源系统的效率、节约能源作为其能
源战略的重要目标和措施。在这一过程
中,信息通信技术始终作为一个重要的辅
助手段被应用于节能的方方面面。
为了避免污染,同时为了避免未来的
能源危机,人们开始寻找更清洁、可再生
的能源。国家在“十一五”期间将把新能
源作为重点产业加以发展,中共中央在《十
一五规划建议》中明确提出:“加快发展风
能、太阳能、生物质能等可再生能源。”
80年代起步阶段
新能源的发展从国家的支持来讲,
是从我国的“六五”计划期间,也就是上
世纪80年代初期,新型可再生能源技术
开始列入国家重点科技攻关计划,由中
央政府拨给资金。这是在国家科委组织
的能源战略研究中第一次把新能源、可
再生能源作为未来国家发展的一个战略
组成部分。
虽然中国也把新能源作为我国的一
个能源发展战略,但是由于中国当时的煤
炭等整个的资源和能源相对来讲还比较丰
富,再加上当时新能源的开发还处在研究
开发的起步阶段,技术还不成熟,成本也
比较高,无法实现大规模应用。在当时还
很难对经济和社会产生重要影响,主要处
在研究开发和应用示范的阶段。当时我们
提出要“近有实效、远有前景”,所谓“近
有实效”主要是指发展农村的小沼气、小
水电,特别是生物质能。这对解决当时我
国农村的好多地区,特别是缺少商品能源
供应的地区起到了很大作用。
当时新能源的发展规模,由于财力
有限而没有发展大型项目。国家“六五”
计划的第一个攻关项目,仅拨给新能源部
300万人民币。由于经费有限,技术力量
薄弱,所以风电主要是发展小型风力发电
机,目标是解决内蒙流动的蒙古包的用电
问题,围绕这个组织攻关。而当时国际上
已经开发了相当大的风电设备。生物质能
方面主要是开发沼气,进一步提高它的商
品化程度,提高产气率。当时也开发了一
些像沼气发电这样的技术,以及后来的沼
气汽化技术。当时太阳能电池厂全国只有
两家,分别位于开封和宁波,这两家的生
产能力加在一起还不到一个兆。这是很低
的生产水平,而且当时也没有什么应用,
其原料就是用半导体厂的废旧单晶硅来
做。热用当时与德国政府开展了国际合
作,在北京大兴区建立了中国第一个新能
源村,在这项中德科技合作计划里,第一
个合作的项目就是建立新能源示范村,就
是把德国的技术综合地拿到这个村,做了
新能源的示范点,通过这个村让人们了解
新能源具体能发挥什么样的作用、怎么来
应用。
可持续发展阶段
随着我国科技的不断进步和经济实
力的不断增强,进入九十年代,国家在这
方面的投入力度也越来越大。这个阶段的
显著标志是在1992年召开的联合国环境
与发展大会上,第一次提出了可持续发展
的问题,提出了环境与发展二者的关系问
题是人类面临的一个重要挑战,而要解决
可持续发展就要改变能源的结构,并再次
提出发展清洁能源、发展可再生能源。
由于第一次提出后国际上石油危机得到缓解,油价很低,所以人们就不可能
再去搞高成本的可再生能源,而只停留在
研究阶段。到了1992年第二次提出是从
可持续发展的角度,不仅是解决当前的能
源问题,还要实现人类的可持续发展,解
决由能源和发展带来的环境问题。
可再生能源是清洁的、没有污染的
能源,因此各个国家都在加大发展力度。
特别在1997年旨在限制发达国家温室气
体排放量以抑制全球变暖的《京都议定
书》通过后,欧美等发达国家由于承担了
减排的义务,因此,他们必须把发展可再
生能源作为常规能源的替代品,这样除了
在减排上就起到了明显的效果,同时这样
做也在客观上推动了西方国家的再生能源
技术发展。
在此期间,我国通过国内研发、组织
国际合作等方式积极发展可再生能源,与
美国、欧洲等很多国家合作,在中国建立
了再生能源试验项目,如内蒙的风能、太
阳能等做了很多研究,也引进了一些国外
先进技术,包括我国在与欧盟委员在浙江
大陈岛成功建成的风能、太阳能、潮汐能
和生物质能的综合性可再生能源示范基地。
21世纪发展现状
到了二十一世纪,我们面临的能源
问题更加凸显,也就是能源环境问题已
成为制约未来经济发展的一个重大因素。
在这种情况下,国家就更加把再生能源
放在一个战略地位。2006年中国通过并
实施了《可再生能源法》,通过立法形式
确立了可再生能源在未来中国经济发展、
可持续发展和能源发展的战略地位,也
确定了它发展的重点和配套的相应的政
策法规。在此之后,发改委和相关政府部
门也陆续制定了一些配套政策,来完善
和实施这项法律。
另外,在2007年国家也制定了相应
的《可再生能源中长期发展规划》,规定
了我国可再生能源发展的目标,即力争到
2010年使可再生能源消费量占到能源消
费总量的10%,2020年提高到15%。具
体目标包括到2020年建成水电3亿千瓦、
风电3000万千瓦、生物质发电3000万千
瓦、太阳能发电180万千瓦。
在节能减排及应对全球环境变化方
面,我国也把发展可再生能源作为一项重
点任务,比如我们的节能工程,其实质就
是通过节能来实现减少化石能源的消耗。
特别是党的十七大报告中提出的2020年
全面小康社会目标,其中一条就是要建设
生态文明。建设生态文明的一个具体内容
就是显著提高可再生能源的比重,进一步
大力发展可再生能源。在节能减排方面也
明确了要积极利用可再生能源,所以十七
大报告也在事实上再次确立了可再生能源
的地位。
在这些政策前提下,从党中央国务
院到发改委、财政部和地方各部门都相应
制定了很多政策,包括财政部建立了可再
生能源发展基金,确定一些基金的管理使
用办法,来鼓励企业、地方政府和各方面
更多地利用可再生能源。发改委也在大的
产业项目上减免税收等。因此这几年我国
的新能源产业发展很快,我们现在风能的
发电装机到目前已超过600万千瓦,到今
年年底有可能达到一千万千瓦,提前实现
“十一五”计划的目标。
在太阳能方面,中国目前是世界上
生产真空管太阳能热水器最多的国家,
我们一年大概生产能力超过一千八百万
平方米。在太阳能发电方面,我国已成为
世界上最大生产光伏电池的国家。生物
质能方面,我国提出“不与人争粮,不与
粮争地”的方针。在这个基础上,进一步
开发生物燃料。通过发展非粮作物和植
物发展生物燃料,做到不占用粮田,不影
响粮食安全。
以上大体是我国目前可再生能源的
现状:我们确定了中长期发展计划和相应
的正在完善中的政策,并形成了一些科技
成果,但总体来讲,创新能力还不足,
许多核心技术仍没有掌握,还走在发达
国家后头。另外各项具体新能源的政策
体系还不健全、很多大型设备还需要进
口、人才缺乏,教育还没有为再生能源
的发展提供强有力的支撑。综上,我们
在政策、培养人才、国际合作和组织好
示范这些方面应该加强。
新能源产业化离不开信息技术
在信息技术的应用方面,虽然信息
化技术已经在规模较大的企业中应用,但
目前整体上在可再生能源产业的应用还相
对滞后于其他成熟的产业。从长远来讲,
可再生能源的发展离不开信息技术,如风
力发电。因为现在大部分的风力发电都是
无人值守自动运行的,它怎么并网与电网
更好地匹配,就需要采用控制技术和网络
管理技术。在太阳能光电方面,特别是进
入电缆的数据采集、整理、分析都需要采
用IT手段。另外,太阳能电池制造过程中
也需要设计开发的系统软件。
新能源产业化,离不开IT技术,离
不开信息化手段。“智能电网”是目前电
力企业说得比较多的词。它的意义并不
限于优化电力公司的管理那么简单。事
实上,它还对“清洁科技”有着重要的作
用。由于各国政府对于环境的日益重视,
以及能源紧缺的压力,通过“清洁科技”
生产的可再生的“清洁能源”有着广阔的
发展前景,如风能、太阳能、燃料电池等
等。而有了各种各样的清洁能源,原来的
电网要和这些能源有机地结合,就需要
电网网络更加智能化,使得能源从生产、
传送到最后使用的过程受到集中监控和
管理。如果能通过成本核算进行更好的
定价,清洁能源就能从中获益,从而更快
地发展。而要进行更好的定价,就得依赖
于更多的数据收集和更好的数据分析处
理,这里智能技术就有了用武之地。