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中国能源统计年鉴,全国各省2003至2009年煤炭、石油、天然气分别用量

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2023-01-25 21:46:23

中国能源统计年鉴,全国各省2003至2009年煤炭、石油、天然气分别用量

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2026-05-04 05:03:04

频繁发生的自然灾害再次敲响了气候变化的警钟,提醒人们必须立即采取有力措施控制全球气候变暖。在艰巨、复杂的挑战面前,中美两国看到了同样的机会——发展可再生能源与提高能效。2009年2月,希拉里访华时强调了美中两国加强清洁能源和气候变化领域合作的重要性,并对两国在清洁能源等领域已开展的合作表示赞赏。对可再生能源政策与重点行业节能的减排效应进行测算,对我国制定进一步的可再生能源发展规划和节能减排政策具有重要的参考价值。

一、中美能源消费结构对比分析

美国能源署对能源大的分类为:液体燃料、煤炭、天然气、可再生能源和生物能源、电力。相对中国来说,美国的能源类型更为多元化,可再生能源和生物能源已经在工业、民用和商业部门广泛应用。图1显示,2008年,美国96%的煤炭用于工业(与中国工业部门耗煤比例基本相当),其他部门的煤耗非常少,其中交通业的煤耗为0。对液体燃料来说,美国70%的液体燃料用于交通,24%的液体燃料用于工业,商业和民用消费的液体燃料非常少。对天然气来说,美国48%的天然气用于工业,30%用于民用。对可再生能源和生物能源来说,79%用于工业,17%用于民用。对电力来说,美国37%的电力用于民用,35%的电力用于商业,28%的电力用于工业,交通的电耗为0。对电损耗来说,37%的电损耗出现在民用部门,36%的电损耗出现在商业部门,27%的电损耗出现在工业部门。

为了便于对比分析中美能源消费,将中国经济系统分为工业、商业、交通和民用四大产业部门。根据数据的可得性,将国内的能源类型分为煤炭、液体燃料、天然气和电力。其中液体燃料按照世界能源委员会的定义,指煤油、柴油、石油及任何同等的液体燃料。

由图2显示,2005年,中国95.3%的煤炭用于工业,0.7%的煤炭用于商业,0.3%的煤炭用于交通业,3.7%的煤炭用于民用部门。对液体燃料来说,中国74.6%的液体燃料用于工业,5.6%的液体燃料用于商业,18.9%的液体燃料用于交通业,0.9%的液体燃料用于民用部门。对天然气来说,中国76%的天然气用于工业,4.3%的天然气用于商业,2.8%的天然气用于交通业,17%的天然气用于民用部门。对电力来说,中国78.6%的电力用于工业,8.4%的电力用于商业,1.7%的电力用于交通,11.3%的电力用于民用部门。4类能源在中国工业部门中的消费都超过了70%,尤其是煤炭,在工业部门的消费比例高达95.3%。可见,中国目前的节能减排潜力将主要存在于工业部门。美国的能源消费结构相对我国来说是较为合理的。对比人均能耗和人均GDP能耗更能说明这种能源消费结构的经济意义。

图3显示,美国和日本这样的发达国家人均能耗远远高于我国,但是美国和日本的人均GDP能耗却非常之低,仅为我国的0.19倍和0.12倍。这主要得益于这些国家工业生产领域能源消费结构的合理性和能源的高效利用,也得益于这些国家的第三产业发展迅猛。印尼的工业特别是重工业发展迟缓,而人均GDP水平与我国较为接近,人均GDP能耗都比我国低很多,仅为我国的0.4倍。人民币币值过低是造成我国人均GDP能耗高的一个原因,但能源消费结构不合理、能源的低效利用仍是我国人均GDP能耗高的主要原因。

另外,从图1、图2对比看,美国民用部门的电消费比例为中国的3.3倍,而且电损耗的比例在4个部门中最高。美国民用部门的天然气消费比例为中国的1.8倍。并且2005~2008年美国能源消费总量年均为中国的1.5倍,美国人口数不及中国的1/4。可见美国的人均居民能源消费远比中国高。根据生产空间和二氧化碳处理空间(与能源消费成正比)算出的2005年人均生态足迹,美国人的为10公顷,世界平均为2公顷,中国人的仅为1公顷。美国的大量生产、大量消费的经济运行方式和生产高效、消费低效的国民文化,是促成美国民用部门能源消费比例较高的主要原因,这一点是不值得我们借鉴的。

下面将分析各类能源在中国42个细分的产业部门之间的消费结构,便于从中观层面掌握我国各类能源的消费结构,制定可操作的产业节能减排计划。

二、2005年中国42个产业部门的能源消费结构分析

参考《中国能源统计年鉴》对九类能源:煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气和电力在48个产业部门的消费量统计,并对照中国2005年62个部门投入产出表的部门分类,根据项目研究需要将中国经济系统分为四大产业、42个部门,通过分析各类能源在各个产业部门间的消费结构以及各个产业部门的单位GDP能耗,便于从产业的角度更进一步研究如何提高能源的使用效率。

煤炭消费

2005年,煤炭消费量在中国各个产业部门间的分布差异很大。80%的煤炭消费量集中在如下几个产业部门中:电力、热力生产和供应业部门煤炭消费量最多,占煤炭消费总量的48.7%。黑色金属冶炼及压延加工业部门的煤炭消费量占煤炭消费总量的8.8%;石油加工、炼焦及核燃料加工部门的煤炭消费量占煤炭消费总量的8.7%;非金属矿物制品业部门的煤炭消费量占煤炭消费总量的7.7%;煤炭开采和洗选业部门的煤炭消费量占煤炭消费总量的6%。4%的煤炭等用于生活消费。相对于煤炭的消费结构来说,焦炭消费量在各个产业部门间的分布更为集中。85.3%的焦炭消费在黑色金属冶炼及压延加工业部门中;6.9%的焦炭消费在化学原料及化学制品制造业部门。

中国煤炭消费较高的几个产业部门主要产品的单位能耗同美国、日本进行比较,2003年,中国和日本水泥的综合能耗之比为1.41,吨钢的可比能耗之比为1.12,火电厂供电综合能耗之比为1.22;1994年,中国和美国原煤耗电之比为1.84。相对于工业节能水平较高的日本和美国来说,中国这几个主要的煤炭消费部门仍存在很大节煤潜力。

各类液体燃料消费

中国86.5%的原油消费在石油加工、炼焦及核燃料加工业部门;8.4%的原油消费在化学原料及化学制品制造业部门。50.9%的汽油消费在交通运输、仓库和邮政业部门;18.9%的汽油消费在其他服务业部门;6.3%的汽油消费在生活消费部门;6.2%的汽油消费在批发、零售业和住宿、餐饮业部门。81.9%的煤油消费在交通运输、仓库和邮政业部门部门;9.9%的煤油消费在其他服务业部门。45.7%的柴油消费在交通运输、仓库和邮政业部门部门;16.7%的柴油消费在农业部门;9.3%的柴油消费在其他服务业部门。27.4%的燃料油消费在交通运输、仓库和邮政业部门部门;26.9%的燃料油消费在电力、热力生产和供应业部门;12.4%的燃料油消费在非金属矿物制品业部门;9.2%的燃料油消费在石油加工、炼焦及核燃料加工部门;7.6%的燃料油消费在化学原料及化学制品制造业部门。各类液体燃料在产业部门间的消费也非常集中,这说明,各类液体燃料的节能工作可以主要集中在其消费量大的几个产业部门。

天然气消费

中国33%的天然气消费在化学原料及化学制品制造业部门;17.8%的天然气消费在石油和天然气开采业部门;17.0%的天然气消费在生活消费部门(用于生活消费);5.6%的天然气消费在非金属矿物制品业部门。

电力消费

中国14.8%的电力消费在电力、热力生产和供应业部门;11.3%的电力消费在生活消费部门(用于生活消费);10.2%的电力消费在黑金属冶炼及压延加工业部门;8.5%的电力消费在化学原料及化学制品制造业部门;5.9%的电力消费有色金属冶炼及压延加工业部门;5.7%的电力消费在非金属矿物制品业部门;5.4%的电力消费在其他服务业部门。电力的消费在产业部门间的分布相对平均。这说明,电力的节能工作涉及的行业较多,实施起来难度也较大。

三、可再生能源发展规划的减排效应

我国已公布的可再生能源中长期发展规划中,确定到2010年实现可再生能源占全国一次能源消费总量的比例为10%,到2020年可再生能源占到能源消费总量的15%。

至2006年底,中国可再生能源年利用量总计为2亿吨标准煤(不包括传统方式利用的生物质能),约占一次能源消费总量的8%,比2005年上升了0.5个百分点,其中水电为1.5亿吨标准煤,太阳能、风电、现代技术生物质能利用等相当于5000万吨标准煤。这为2010年实现可再生能源占全国一次能源消费总量的比例10%的目标迈出了坚实的一步。

假定2010年可再生能源占全国一次能源消费总量的比例为10%(比2005年增加了2.5个百分点),这些可再生能源全部用于替代一次能源消费中煤炭的消费,相当于2010年煤炭消费占全国一次能源消费总量的比例比2005年下降了2.5个百分点,而其他一次能源占全国一次能源消费总量的比例不变。

根据对中国各类能源消费量及其变动趋势分析、中国42个产业部门能源消费结构分析和中国各类能源消费排放二氧化碳的趋势分析,基于中国2005年能源投入占用产出表,在中国2010年实现可再生能源发展规划目标的条件下,可以测算42个产业部门因煤炭、石油和天然气消费而排放的二氧化碳量及可再生能源政策的减排效应(结果表1)。

由表1知,2010年,来源于煤炭消费的二氧化碳排放量中,排在前五位的产业部门及其占因煤炭消费而排放二氧化碳总量的比例分别是:电力、热力的生产和供应业,48.7%;黑色金属冶炼及压延加工业,8.9%;石油加工、炼焦及核燃料加工业,8.7%;非金属矿物制品业,7.7%;煤炭开采和洗选业,6%。

来源于石油消费的二氧化碳排放量中,排在前五位的产业部门及其占因石油消费而排放二氧化碳总量的比例分别是:石油加工、炼焦及核燃料加工业,51.7%;交通运输、仓储和邮政业,18.9%;化学原料及化学制品制造业,5.9%;农业,4%;其他服务业,4%。

来源于天然气消费的二氧化碳排放量中,排在前五位的产业部门及其占因天然气消费而排放二氧化碳总量的比例分别是:化学原料及化学制品制造业,33%;石油和天然气开采业,17.8%;生活消费,17%;非金属矿物制品业,5.6%;石油加工、炼焦及核燃料加工业,4.2%。

总的二氧化碳排放量中,排在前五位的产业部门及其占二氧化碳排放总量的比例分别是:电力、热力的生产和供应业,40.1%;石油加工、炼焦及核燃料加工业,15.7%;黑色金属冶炼及压延加工业,7.3%;非金属矿物制品业,6.7%;化学原料及化学制品制造业,6%。总的二氧化碳排放量高的部门基本上是来源于煤炭消费的二氧化碳排放量高的部门。

如果2010年全国一次能源消费的比例结构与2005年相同,没有新增的可再生能源对煤炭的替代,2010年二氧化碳的排放量将增加19561.11万吨。即2010年可再生能源政策的减排效应可减少19561.11万吨二氧化碳。

四、重点耗能行业节能的减排效应

1.钢铁、有色、化工、建材行业

国办发〔2008〕80号文件“国务院办公厅关于印发2008年节能减排工作安排的通知”中,对重点领域节能提出如下目标:继续推动钢铁、有色、化工、建材等重点耗能行业节能,提高能源利用效率。深入开展千家企业节能行动,力争全年实现节能2000万吨标准煤。这个节能任务相当于2005年钢铁、有色、化工、建材能耗的3.5%。根据测算,如果该目标可以实现,2008年将可减少4592万吨二氧化碳的排放量。

2.电力、热力的生产和供应业

根据对我国产业部门间煤炭消费结构的分析,2005年电力、热力的生产和供应业的煤炭消费量最多,占我国煤炭总消费量的43.9%。如果2008年电力、热力的生产和供应业的煤炭消费相对于2005年节能3.5%,则可节能3696.2万吨标准煤,可减少8486.5万吨二氧化碳的排放量。在相同的节能比例下,电力、热力的生产和供应业比钢铁、有色、化工和建材4个行业总的节能量和减排效果明显很多。

五、政策建议

1. 着重加强各类能源在某些重点行业的节能减排工作

依据测算结果,在按规划发展可再生能源的情景下,二氧化碳的排放量主要集中在几个产业部门,而且重点耗能行业的节能减排效果明显好于其他行业。建议煤炭的节能减排工作重点集中在:电力、热力的生产和供应业、黑色金属冶炼及压延加工业和石油加工、炼焦及核燃料加工业。石油的节能减排工作重点集中在:石油加工、炼焦及核燃料加工业和化学原料及化学制品制造业。汽油、煤油、柴油、燃料油的节能减排工作重点集中在交通运输、仓储和邮政业。

2.加强清洁煤技术的研发与国际合作

根据可再生能源的发展规划,2020年可再生能源占到能源消费总量的15%。长期来看,可再生能源离未来替代传统能源与改善环境重任的角色还有很远的距离。我国可开采的煤炭资源比石油资源多一到两个数量级。大力发展清洁煤技术,用我国相对丰富的煤炭资源弥补石油等能源的不足,是可再生能源替代传统能源的发展过程中,解决我国能源和环境问题的可行选择。美国政府组织并支持对煤炭的洁净利用研究已有30多年的历史,已投入十几亿美元的经费,1986年开始实施洁净煤技术示范计划(CCTDP),2002年开始实施创新技术示范项目——洁净煤发电计划(CCPI)。中国和美国可以在该领域加强技术研发的合作与交流。南非在该领域也有很多成功的经验值得我国借鉴。

3.进一步修改和完善《可再生能源法》

20世纪70年代两次石油危机后,许多国家纷纷加强了能源立法。其中,《美国能源政策法2005》长达1720多页,不但内容非常充实,而且可操作性强,在将各项政策目标尽可能量化的同时,还制定出具体的财税措施、管理程序和奖惩办法。我国现行的《可再生能源法》是部指导性和原则性的法律,可操作性亟须改进。建议各相关部委和各省进一步出台与现行《可再生能源法》条款相匹配的细则;制定有关标准和规范(包括主机、部件、配件、可靠性、使用寿命等方面的标准,以及检测设施及质检手段的配套完善等),增强可再生能源法的可操作性。

4.增加我国对可再生能源的投入

目前,我国能源研究开发费用占GDP的比例非常低,只有日本的1/70、法国的1/30、美国的1/25,占全国研究开发费用比例也大大低于发达国家。由于缺乏足够的资金进行研究和开发,很多可再生能源的关键技术和设备依赖进口。建议将可再生能源的技术难点纳入国家自然科学基金、“973”、“863”和产业化攻关计划;同时将可再生能源的建设项目纳入各级政府的财政预算和计划。走一条自主研发和自主创新的道路。

刘秀丽 汪寿阳(作者分别系中国科学院预测科学研究中心副研究员,预测科学研究中心主任助理;中国科学院数学与系统科学研究院副院长,预测科学研究中心主任,研究员,博士生导师。

本项研究受中华人民共和国住房和城乡建设部课题“建筑节能标准对国民经济和社会发展影响的模型测算”、国家自然科学基金(70701034,60874119)、中国科学院数学与系统科学研究院院长科研基金和中国科学院知识创新工程重大项目(KSCX1-YW-09-04)资助。

最新回答
忧虑的抽屉
务实的老师
2026-05-04 05:03:04

可以用作能源的植物。随着化石能源的不断面临枯竭,人们开始在世界范围内寻找替代能源。

可作为能源的植物种类很多,主要是某些农作物及有机残留物,林木、森林工业残留物,藻类、水生植物也是有待开发的能源植物。使用植物作为能源,可以作为固体燃料,或借助科学方法转换为炭、可燃气或生物原油等。林业能源方面,培植生长快、光合作用效率高、繁殖力强的树木在国外已受到重视。中国林业科学研究院试验研究,列出60余种能源植物。森林能源的利用方法有两种:通过干馏来提取煤气、焦油和炭;直接进行燃烧,石油植物也是近年来开辟的一个新领域。

石油是不可再生的能源,故它的枯竭是不可避免的,必然的。所以许多国家都在进行替代能源的研究,能源植物的研究便应运而生了。美国诺贝尔奖获得者卡尔教授,早在1984年就开发出首个人工石油植物,得到每公顷120-140桶原油的收成。美国现已种植石油植物达几百万亩之多,英国也开发了150万亩,而瑞士更制订计划利用植物石油取代全国半数石油消耗量。

欧洲和北美也大量种植多年生草本植物,作为燃料发电,如象草就是这样一种植物。英国还查明,草原网草,大网茅和高沙草等植物的生长速度快,是种植的重要能源植物。还有大戟科的大戟属,红雀珊瑚属和海漆属,也是理想的燃料植物。

树海桐,又叫石油果 ,是一种潜在的石油代用品。巴西的香波树,在树上挖个洞,油就会流出来。美国的黄鼠草,西海岸的巨型藻,澳大利亚的丛粒藻等也能提炼出石油来。

我国也不乏石油植物,如海南的汕楠树,还有桉树,都能高产石油。经科学家鉴定,有生产价值的能源植物,生长在亚太地区的,就有10多种草本植物,18种灌木,23种乔木和18种灌木。

富含类似石油成分的能源植物

续随子、绿玉树、西谷椰子、西蒙得木、巴西橡胶树等均属此类植物。例如巴西橡胶树分泌的乳汁与石油成分极其相似,不需提炼就可以直接作为柴油使用,每一株树年产量高达40L。我国海南省特产植物油楠树的树干含有一种类似煤油的淡棕色可燃性油质液体,在树干上钻个洞,就会流出这种液体,也可以直接用作燃料油。

富含高糖、高淀粉和纤维素等碳水化合物

利用这些植物所得到的最终产品是乙醇。这类植物种类多,且分布广,如木薯、马铃薯、菊芋、甜菜以及禾本科的甘蔗、高粱、玉米等农作物都是生产乙醇的良好原料。

富含油脂的能源植物

这类植物既是人类食物的重要组成部分,又是工业用途非常广泛的原料。对富含油脂的能源植物进行加工是制备生物柴油的有效途径。世界上富含油的植物达万种以上,我国有近千种,有的含油率很高,如桂北木姜子种子含油率达64.4%,樟科植物黄脉钓樟种子含油率高达67.2%。这类植物有些种类存储量很大,如种子含油达15%~25%的苍耳子广布华北、东北、西北等地,资源丰富,仅陕西省的年产量就达1.35万吨。集中分布于内蒙、陕西、甘肃和宁夏的白沙蒿、黑沙蒿,种子含油16%~23%,蕴藏量高达50万t。水花生、水浮莲、水葫芦等一些高等淡水植物也有很大的产油潜力。

用于薪炭的能源植物

这类植物主要提供薪柴和木炭。如杨柳科、桃金娘科桉属、银合欢属等。目前世界上较好的薪炭树种有加拿大杨、意大利杨、美国梧桐等。近来我国也发展了一些适合作薪炭的树种,如紫穗槐、沙枣、旱柳、泡桐等,有的地方种植薪炭林3~5年就见效,平均每公顷薪炭林可产干柴15t左右。美国种植的芒草可燃性强,收获后的干草能利用现有技术轻易制成燃料用于电厂发电。

可再生能源的发展前景随着越来越多的国家采取鼓励可再生能源的政策和措施,可再生能源的生产规模和使用范围正在不断扩大,2007年全球可再生能源发电能力达到了24万兆瓦,比2004年增加了50%。2007年至少有60多个国家制订了促进可持续能源发展的相关政策,欧盟已建立了到2020年实现可持续能源占所有能源20%的目标,而中国也确立了到2020年使可再生能源占总能源的比重达到15%的目标。

自2006年1月可再生能源法实施以来,中国可再生能源已经进入快速发展时期。2007年中国可再生能源项目的投资总额已达到120亿美元,名列世界第二。2008年11月起陆续公布的4万亿投资计划中,也毫无悬念地出现了发展新型清洁能源的投资计划,天然气、核能、水能已经成为优先发展的目标。

根据中国中长期能源规划,2020年之前,中国基本上可以依赖常规能源满足国民经济发展和人民生活水平提高的能源需要,到2020年全国可再生能源利用总量将相当于6亿吨标准煤,对中国能源结构调整,减少温室气体排放,保护生态环境将发挥更大作用。

生产技术

生物柴油生产

化学法

国际上生产生物柴油主要采用化学法,即在一定温度下,将动植物油脂与低碳醇在酸或碱催化作用下,进行酯交 换反应,生成相应的脂肪酸酯,再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用,生产设备与一般制油设备相 同,生产过程中副产10%左右的甘油。但化学法生产工艺复杂,醇必须过量;油脂原料中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油 得率及质量;产品纯化复杂,酯化产物难于回收,成本高;后续工艺必须有相应的回收 装置,能耗高,副产物甘油回收率低。使用酸碱催化对设备和管线的腐蚀严重,而且使用酸碱催化剂产生大量的废水,废碱(酸)液排放容易对环境造成二次污染等。

生物酶法

针对化学法生产生物柴油存在的问题,人们开始研究用生物酶法合成生物柴油,即利用脂肪酶进行转酯化反应,制备相应的脂肪酸甲酯乙酯。酶法合成生物柴油对设备要求较低,反应条件温和、醇用量小、无污染排放。需以大豆油为原料,采用固定化酶的工艺,酶用量为 油的30%,甲醇与大豆油摩尔比为12:1,反应温度40℃,反应10h生物柴油得率为92%。因酶成本高、保存时间短,使得生物酶法制备生物柴油的工业化仍不能普及。此外,还有些问题是制约生物酶法工业化生产 生物柴油的瓶颈,如脂肪酶能够有效地对长 链脂肪醇进行酯化或转酯化,而对短链脂肪醇转化率较低(如甲醇或乙醇一般仅为40%—60%);短链脂肪醇对酶有一定的毒性,酶易失活;副产物甘油难以回收,不但对产物形成抑制,而且甘油也对酶也有毒性。

超临界法

即当温度超过其临界温度时,气态和液态将无法区分,于是物质处于一种施加任何压力都不会凝聚的流动状 态。超临界流体密度接近于液体,粘度接近于气体,而导热率和扩散系数则介于气体和 液体之间,所以能够并导致提取与反应同时 进行。超临界法能够获得快速的化学反应和很高的转化率。Kusdiana和Saka发现用 超临界甲醇的方法可以使油菜籽油在4min 内转化成生物柴油,转化率大于95%。但反 应需要高温高压,对设备的要求非常严格,在大规模生产前还需要大量的研究工作。

生物乙醇生产

生物乙醇的生产是以自然界广泛存在的纤维素、淀粉等大分子物质为原料,利用 物理化学途径和生物途径将其转化为乙醇的一种工艺,生产过程包括原料收集和处理、糖酵解和乙醇发酵、乙醇回收等三个主要部分。发酵法生产燃料酒精的原料来源很多,主要分为糖质原料、淀粉质原料和纤维素类物质原料,其中以糖质原料发酵酒精的 技术最为成熟,成本最低。木质纤维原料要先经过预处理再酶解发酵,其中氨法爆破(ammonia fiber explosion)技术, 被认为是最有前景的预处理方法。随着耐高温、耐高糖、耐高酒精的酵母的选育和底物流加工艺,发酵分离耦合技术的完善,工业 发酵酒精的成本还将越来越低。

羞涩的钥匙
秀丽的冰淇淋
2026-05-04 05:03:04

建筑中绿色能源的应用

导语:能源就是向自然界提供能量转化的物质(矿物质能源,核物理能源,大气环流能源,地理性能源)。能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲,人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界,能源的发展,能源和环境,是全世界、全人类共同关心的问题,也是我国社会经济发展的重要问题。

一、我国在建筑节能方面的概况

(一)绿色能源是一种与生态环境相协调的清洁能源

新能源和可再生能源的概念是1981年联合国在肯尼亚首都内罗毕召开的能源会议上确定的。它不同于目前使用的传统能源,具有丰富的来源,几乎是取之不尽,用之不竭,并且对环境的污染很小,是一种与生态环境相协调的清洁能源。联合国开发计划署(UNDP)目前将绿色能源分为三类:1.大中型水电2.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3.传统生物质能。

(二)我国建筑能耗方面的概况

统计数据表明,中国建筑能耗的总量逐年上升,在能源消费总量中所占的比例已从上世纪70年代末的10%上升到近年的27.8%.我国是以煤炭为主要能源的国家,由于我国大部分地区的气候条件呈现夏热冬冷的特点,因此我国的建筑耗能量巨大,燃煤排放了大量有害物质,对环境造成了严重的污染和破坏。据统计,早在1999年我国排放CO26.67亿吨,居世界第2位,其中85%是由燃煤排放的2000年我国排放SO21995万吨,居世界第1位,其中90%是由燃煤排放的。由于污染物的排放造成57%的城市颗粒物超过国家标准,48个城市SO2浓度超过国家二级排放标准。种种数据表明,绿色能源在建筑中的应用和推广已经是迫在眉睫了。

(三)我国建筑节能的发展推动着绿色能源的应用

我国的建筑节能工作开始于20世纪80年代初期,通过各方积极努力,到1995年末,全国建成的节能建筑面积已达4700万平方米,到1998年节能建筑面积达到1亿平方米。各地相继建成一些建筑节能示范工程,如北京安苑北里小区、周庄小区、卧龙小区,天津倚华里小区,甘肃建筑科学研究院宿舍等,这些工程在节能方面都取得了良好的效果。为全面推广节能设计,我国制定了一系列的法规和标准,如《中华人民共和国节约能源法》、《民用建筑节能设计标准》、《既有建筑节能改造技术规程》、《采暖居住建筑节能检验标准》、《建筑节能管理规定》等。随着建筑节能法规和标准的逐步完善,我国的建筑节能事业将得到进一步的普及和推广。

二、绿色能源在建筑中的应用的研究

(一)开发利用绿色能源是保护生态环境,走可持续发展道路的重要措施

随着能源需求的不断增加,地球上不可再生能源的资源将进一步减少直至枯竭。为了社会的发展和人类的进步,在提高能源的使用效率、节约能源的同时还必须要开发和利用绿色环保并可再生的新能源。专家预测,到2060年,全球可再生能源的用量将发展到能源总用量的50%以上,成为未来能源结构的主要部分。采用绿色能源是保护生态环境,走可持续发展道路的重要措施。

(二)绿色能源是经济发展的需要

能源是人类生存与发展的重要基础,经济的发展依赖于能源的发展。当今能源问题已经成为全世界共同关注的问题,能源短缺成为制约经济发展的重要因素。从建筑材料的生产到建筑施工和建筑物的使用无时不在消耗着大量能源。资料统计,我国的建筑能源消耗占总能源消耗的25%以上,也就是说在全国总能耗中,有1/3是建筑能耗。太阳能和风能作为绿色能源一旦引入建筑,可以实现节约常规能源25%-30%,相当于建设了2000多个三峡水电站。虽然这是一个庞大的建筑一体化的系统工程,但也是可以逐步实现的。随着全世界对绿色能源的不断开发和利用,在建筑中采用新型能源的课题也是硕果累累。我国近几年在利用太阳能进行建筑供暖方面也取得了成功的经验,实现建筑能耗节省45%左右,效益是很明显的。因此在建筑中推广绿色能源技术势在必行。

(三)绿色能源是建筑节能和环境保护的需要

我们现在应用的能源主要是以煤炭、石油、天然气为主的不可再生能源。这些能源在使用过程中会排放大量的有害物质(二氧化碳、硫、氮氧化合物等),是造成大气污染和生态环境破坏的重要原因。因此,提倡建筑使用绿色能源,减少污染物的排放也是改善生存环境、提高生活质量的一种有效的方法。

(四)绿色能源技术应用于建筑必将在我国的建筑事业中发挥巨大作用

建筑消耗大量能源,当前我国建筑业发展迅猛,把节能、绿色环保、生态技术应用于工程是建筑发展的必然趋势。太阳能、风能、地热能等新型能源在建筑上的有效应用,不仅可以代替资源有限的传统能源,而且可以减少污染物的排放,保护生态环境,它的开发和利用具有广阔的前景和深远的意义。我国具有丰富的新能源资源,目前在太阳能利用方面发展迅速,太阳能电池发电技术在建筑上大量使用,太阳能热水器的用量也以每年20%的速度增长,预计到2015年,太阳能热水器的普及率将达到25%,太阳能发电系统的拥有量将达到320MW.另外,风能、地热能等方面的研发也取得了很大成就,预计新能源必将在我国的建筑事业中发挥巨大的作用。

三、生态节能技术和绿色能源在建筑上的实际应用

(一)生态节能技术在建筑设计上的实际应用

1.建筑规划布局合理。在建筑建设初期做好节能规划,建筑布局要有利于建筑节能。在北方地区尽量让建筑有一个好的向阳面,这样有利于冬季日照。在南方地区建筑通风和遮阳尤其重要,所以在建筑总体布局上应该考虑建筑群体的通风问题,在单体建筑应该考虑夏季遮阳问题。建筑周边绿化的合理布置也能起到建筑节能的作用。

2.建筑体型选择合理。在建筑设计过程中,单体建筑尽量选择外表面较少的建筑形体,因为体形系数较小的建筑能够有效地减少建筑能耗。

3.建筑材料使用合理。建筑的外围护材料对建筑的节能保温起着决定作用,如加气混凝土、粉煤灰砖、陶粒混凝土等材料的使用提高了建筑的节能指标。尤其是近几年采用的聚苯板、挤塑板及复合墙板等建筑外墙材料的使用进一步提高了建筑外墙保温效果,更先进的建筑外墙材料也在不断的被应用于建筑上。门窗也是建筑节能不容忽视的重要部位,因为外门窗的能耗占外墙能耗的一半以上,在建筑节能改造中有“墙改先改窗”的说法。由于我国前几年财力有限,所以门窗的节能改造落后于发达国家。现在随着国家财力的增加和新材料地不断涌现,新型的更加节能的门窗也在不断地应用于建筑上。

4.建筑设备选择及合理使用。建筑设备是建筑内部使用过程中的`主要能耗,选择节能效果好的建筑设备可以大大降低建筑运行成本。节能开关、节能空调、节能水泵等节能设备已经在建筑中普遍使用了,近几年建筑智能化的推广也在为建筑节能起着作用。

(二)绿色能源在建筑使用过程提供能源的应用

1.太阳能光伏发电是我们可利用的最清洁、最丰富的能源。在建筑屋顶及墙面安装太阳能电池发电系统,可以将太阳辐射能直接转换成电能,利用蓄电池组贮存太阳能电池受光照所发出的电能,并可以随时向用电设备供电,从而满足楼内的动力和照明系统的用电需求。太阳能电池发电技术具有许多优点,如安全可靠、无污染、不消耗常规燃料、不受地域限制、维修简便、适合在建筑物上安装等特点,它是当今世界上最具有发展前途的新能源利用技术。

2.太阳能热水系统也在某些地区应用到了冬季建筑采暖,也取得了一些成效。通过铺设在建筑屋顶及阳台下面的太阳能集热管采集热能,再通过循环系统,循环到室内的散热器来进行采暖。

3.地源热泵技术在建筑空调系统上的运用,是利用地表浅层中蓄存的能量,室外空气温度波动很大,但地表面几米以下的地温全年相对恒定的特点(地球表面温度通常保持在15℃左右),在夏季将室内多余的热量不断地排出而为大地所吸收,使建筑物室内保持适当的温湿度。这项技术具有低能耗、对环境影响小、维护费用较低以及设计灵活等突出特点,是一种高效、环保的能源利用系统。

4.将光导纤维技术用于室内应用于室内照明,是通过光导纤维式太阳光导入器和通过光学透镜将太阳光聚焦,用光缆把阳光传送到室内和地下室等地方的一种高科技产品。太阳光导入器安装在室外房顶、阳台、地面、墙壁等能一年四季均照得到太阳光的地方,通过光缆接入室内,这样每天从太阳升起到落下,室内都有固定(可移动)阳光的直射,10多个小时享受免费的太阳光。人们可以在室内阳光下休息、在阳光下工作、在阳光下看书学习、在阳光下用餐……,在人们的卧室、厨房、客厅、书房、办公室等,到处拥有太阳光。光导照明系统把阳光导入到室内来照明,是现如今最健康的照明方式,也是绿色建筑首选产品。

5.垂直风力发电机系统架设在屋顶,可以为建筑提供源源不断的绿色能源,也是多项节能环保措施的一种应用方式。建筑上使用更多科技含量高的新型能源设备和节能设备已经是一个趋势。高技术的绿色能源在建筑上的使用,将为我们节约巨大的资源,是一件造福人类的大事。

纯情的芒果
缥缈的蜻蜓
2026-05-04 05:03:04
1 太阳能与化石能源的简要比较

1.1 化石能源带来的问题

(1)能源短缺

由于常规能源的有限性和分布的不均匀性,造成了世界上大部分国家能源供应不足,不能满 足其经济发展的需要。从长远来看,全球已探明的石油储量只能用到2020年,天然气也只能 延续到2040年左右,即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年〔1〕。因此,如不尽早设法解决化石能源的替代能源,人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。

(2)环境污染

当前,由于燃烧煤、石油等化石燃料,每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空,使大气环境遭到严重污染,直接影响居民的身体健康和生活质量;局部地区形成酸雨,严重污染水土。 这些问题最终将迫使人们改变能源结构,依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。

(3)温室效应

化石能源的利用不仅造成环境污染,同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应,引起全 球气候变化。这一问题已提到全球的议事日程,其影响甚至已超过了对环境的污染,有关国 际组织已召开多次会议,限制各国CO2等温室气体的排放量。

1.2 阳能资源及其开发利用特点

(1)储量的“无限性”

太阳能是取之不尽的可再生能源,可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW,其中到达地球的能量高达8×1013kW,相当于6×109t标准煤。按此计算,一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿t,是目前世界主要能源探明储量的一万倍〔2〕。太阳的寿命至少尚有40亿年,相对于人类历史来说,太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性,太阳能具有储量的“无限性”,取之不尽,用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。�

(2)存在的普遍性

虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀,但相对于其他能源来说,太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性,可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。�

(3)利用的清洁性

太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样,其开发利用时几乎不产生任何污染,加之其储量的无限性,是人类理想的替代能源。

(4)利用的经济性

可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽,用之不竭,而且在接收太阳能时不征收任何“税”,可以随地取用;二是在目前的技术发展水平下,有些太阳能利用已具经济性,如太阳能热水器一次投入较高,但其使用过程不耗能,而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费,有关研究结果表明〔3〕,太阳能热水器已具很强的竞争力。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破,太阳能利用的经济性将会更明显。

1.3 21世纪后期太阳能将占主导地位

世界各国,尤其发达国家对21世纪的能源问题都特别关注。由于化石能源储量的有限性和利用的污染性,各国专家都看好太阳能等可再生能源,尽管目前太阳能的利用仅在世界能源消 费中占很小的一部分。如果说20世纪是石油世纪的话,那么21世纪则是可再生能源的世纪, 太阳能的世纪。据权威专家估计〔4〕,如果实施强化可再生能源的发展战略,到下世纪中叶,可再生能源可占世界电力市场的3/5,燃料市场的2/5。在世界能源结构转换中, 太阳能处于突出位置。美国的马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究结果(如图1所示) 表明,太阳能将在21世纪初进入一个快速发展阶段,并在2050年左右达到30%的比例,次于核能居第二位,21世纪末太阳能将取代核能居第一位〔5〕。壳牌石油公司经过长期 研究得出结论,下一世纪的主要能源是太阳能;日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更 乐观地估计,到2030年,世界电力生产的一半将依靠太阳能〔2〕。正如世界观察研 究所的一期报告所指出:正在兴起的“太阳经济”将成为未来全球能源的主流。其最新一期 报告则指出,1997年全球太阳电池的销售量增长了40%,已成为全球发展最快的能源①①。

2太阳能开发利用技术及其产业化的现状与发展趋势�

人类利用太阳能已有几千年的历史,但发展一直很缓慢,现代意义上的开发利用只是近半个 世纪的事情。1954年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池,从此揭开了太阳能开发 利用的新篇章。之后,太阳能开发利用技术发展很快,特别是70年代爆发的世界性的石油危 机有力地促进了太阳能开发利用。经过近半个世纪的努力,太阳能光热利用技术及其产业异 军突起,成为能源工业的一支生力军。迄今为止,太阳能的应用领域非常广泛,但最终可归 结为太阳能热利用和光利用两个方面。太阳能利用的具体形式和用途如图2所示〔2〕。�

图2太阳能利用系统

2.1太阳能热利用及其产业发展�

根据可持续发展战略,太阳能热利用在替代高含碳燃料的能源生产和终端利用中大有用武之 地。从图2可以看出,太阳能热利用具有广阔的应用领域,可归纳为太阳能热发电(能源产出 )和建筑用能(终端直接用能),包括采暖、空调和热水。当前太阳能热利用最活跃、并已形 成产业的当属太阳能热水器和太阳能热发电。�

2.1.1 太阳能热水器�

在世界范围内,太阳能热水器技术已很成熟,并已形成行业,正在以优良的性能不断地冲击 电热水器市场和燃气热水器市场。国外的太阳能热水器发展很早,但80年代的石油降价,加 之取消对新能源减免税优惠的政策导向,使工业发达国家太阳能热水器总销售量徘徊在几十万平方米。据报道,1992年国外太阳能热水器总量为45万m2,其中日本为20万m2,美国 为12万m2,欧洲为8万m2,其他国家为5万m2。世界环境发展大会之后,许多国家又开 始重视太阳能热水器在节约常规能源和减少排放CO2方面的潜力,仅据美国加州首府萨克 门托市的计划,到2000年太阳能热水器将取代该州47000套家用电热水器;到2000年日本太 阳能热水器的拥有量将翻一番;以色列更是明文规定,所有新建房屋必须配备太阳能热水器 。目前,我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。1992年销售量为50万m2 ,为世界其他各国销售量之和;1995年销售量翻番,达100万m2。据初步统计,1997年我 国太阳能热水器销售量300万m2,目前,我国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装 的企业达到1000余家,年产值20亿元,从业人数1.5万人能源工程,1999 ,(1):59。但从房屋的热水器安装率来说,以色列已达80%,日本为11%,台 湾达2.7%.〔6〕.,我国在千分之几左右,其太阳能热水器的推广应用潜力仍很大。国 际上,太阳能热水器产品经历了闷晒式、平板式、全玻璃真空管式的发展,目前其产品的发 展方向仍注重提高集热器的效率,如将透明隔热材料应用于集热器的盖板与吸热间的隔层, 以减少热量损失;聚脂薄膜的透明蜂窝已在德国和以色列批量生产。.

随着世界范围内的环境意识和节能意识的普遍提高,太阳能热水器必将逐步替代电热水器和 燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素,但 太阳能热水器具有不耗能、安全性、无污染性等优势,而且随着技术的发展其经济性也逐渐 显露出来。表1为三种热水器的经济指标比较结果.〔3〕.,从中可以看出,太阳能热水 器在经济上已具有较强的竞争力。��

表1三种热水器经济指标对比

项目品种寿命(年)

使用天数 (天)

购置费用�(元)

运行费用�(元)

总投资�(元)

备 注

太阳能热水器

10~15

300*2300

250

2550

均以日

产水量电热水器

5~8

300

1000

4500

550080kg

水温40燃气热水器

6

300

5003

700420

0~60℃计算

*有关专家认为该数字应为250天左右。��

2.1.2 太阳能热发电技术�

80年代太阳能热利用技术的最大突破是实现了太阳能热发电的商业化。Luz国际公司在美国 南加州自1984年至1991年共建造了9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站,总功 率为354MW,约占当地电网容量的2%〔7〕。9座电站中最大的容量为80MW,约有900条 聚光槽组成。由于美国政府和州政府先后在1991年取消对太阳能电站的投资减免税优惠政策 ,迫使第10号电站停建,公司宣告破产。另一颇具实力的Solel公司也在致力于太阳能热发 电,它于1992年接收了破产的Luz公司的技术,将开发市场瞄向澳大利亚、以色列和北美洲 。Solel公司自称具有建造300MW大型太阳能热发电站的能力。该公司已开始在澳大利亚建造 一座70MW的槽型太阳能热发电装置,并计划在以色列建一座200MW的电站,同时正在洽谈在 北美洲和另两洲建三座电站,每座200~300MW。Solel公司在澳大利亚的另一目标是2000年 的悉尼奥运会,它和米尔斯公司将合建一个太阳能热发电的联合体,为奥运村旅馆和运动会 主会场提供10MW的电力〔7〕。希腊政府1997年开始实施一项500MW的太阳能热发电 项目,计划于2003年完工,届时将是世界上最大的太阳能电站。此外,它的阿莫科石油公司 将在印度沙漠地区建造一座更大的太阳能热电站沙特阿拉伯《中东报》,1997年12 月1日报道。�

目前,太阳能热发电在技术上和经济上可行的三种形式是:①30~80MW线聚焦抛物面槽式太 阳热发电技术(简称抛物面槽式);②30~200MW点聚焦中央接收式太阳热发电技术(简称塔式 );③7.5~25kW的点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术(简称抛物面盘式)。在上述三种技 术中,抛物面槽式领先一步,美国加州的9座太阳热发电站可以代表槽式热发电技术的发展 现状。塔式太阳热发电技术也是集中供电的一种适用技术,目前只有美国巴斯托建的一座叫 “SolarⅡ”的电站,功率为43MW,该电站成功运行两年后,两家美国电力公司计划建两座1 00MW的电站〔8〕。为了提高塔式电站的效率,有人提出了一种新想法〔8〕, 把带有太阳能塔的定日镜阵列附加到先进联合循环电站上作为燃料节省装置,采用甲烷重整 工艺,以太阳能提高天然气等级。抛物面盘式太阳热发电技术很适合于分散式发电,可以在 偏远地区用作独立系统。作为太阳能供电的一种方式,太阳热发电技术在经济上是可行的, 而且有较大的市场潜力。在美国加州的太阳热发电站建造过程中,由于技术进步及容量的增 大,电站的装机造价和发电成本显著下降,1984年Ⅰ号电站(14MW)造价为5979美元/kW,发 电成本26.5美分/kWh;到1990年的Ⅷ号电站(80MW),造价降至3011美元/kW,发电成本降到 8.9美分/kWh.〔9〕.。因此,抛物面槽式在太阳能丰富的地区,经济上已能与燃油的 火力电站竞争。我国西南电力设计院曾对西藏地区以引进Luz公司太阳能热电站进行估算, 如果考虑设备的折旧和还贷,太阳能热电站和火力发电站的发电成本均为1.1元/kWh,如果 不考虑设备折旧,仅计入运行和维护费用,则太阳能电站的发电成本为0.1元/kWh,而火力 发电站的成本为0.8元/kWh.〔9〕.。有人估算过13种太阳热电站在不同日照射条件下 的发电成本.〔8〕.,结果表明,随着年产电量的增加,主要是随着机组容量的增大、 日射强度的增高、部件和系统的进一步改进,发电成本显著下降。进而对地中海国家的太阳 能热发电应用进行过可行性研究,认为太阳能的热利用在这一地区具有特殊重 要性,具有巨大的市场潜力。一方面,地中海国家技术水平高、资金雄厚,且有很好的太阳 热发电示范和早期商业化基础;另一方面,未来几十年里,地中海国家能源需求量大,每年 要新增5~6GW,加之该地区太阳能资源丰富,年辐射强度大于1700kWh/m\+2的面积达到700 万km\+2,太阳热可发电容量达1200GW,是目前全球电力需求的4倍。所有这一切形成了地中 海地区广阔的太阳能热发电市场。� 2�2太阳能光电技术及其产业�

2.2.1太阳能光电已成为全球发展最快的能源�

50年代第一块实用的硅太阳电池的问世,揭开了光电技术的序幕,也揭开了人类利用太阳能 的新篇章。自60年代太阳电池进入空间、70年代进入地面应用以来,太阳能光电技术发展迅 猛。世界观察研究所在其最近一期研究报告中指出,利用太阳能获取电力已成为全球发展最 快的能量补给方式。报告说,1990年以来,全球太阳能光伏发电装置的市场销售量以年平均 16%的幅度递增,目前总发电能力已达800MW,相当于20万个美国家庭的年耗电量太阳能,1998,(4):22。�

2.2.2提高转换效率、降低成本是光电技术发展的关键�

当前影响光电池大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高。在众多发电技术中,太阳能光 电仍是花费最高的一种形式,因此,发展阳光发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工 艺,设计新的电池结构,开发新颖电池材料等方式降低制造成本,提高光电转换效率。近年 来,光伏工业呈现稳定发展的趋势,发展的特点是:产量增加,转换效率提高,成本降低, 应用领域不断扩大。目前,世界太阳电池年产量已超过150MW,是1944年产量的两倍还多, 如表2所示。单晶硅太阳电池的平均效率为15%,澳大利亚新南威尔士大学的实验室效率已 达24.4%;多晶硅太阳电池效率也达14%,实验室最大效率为19.8%;非晶硅太阳电池的稳 定效率,单结6~9%,实验室最高效率为12%,多结电池为8~10%,实验室最高效率为11.83 %.〔10〕.。表3��〔11〕�为有关研究人员所做的太阳能电池组件的效率预测。由于 生产规模的扩大,生产工艺的改进,晶体硅太阳电池组件的制造成本已降至3~3�5美元/W �p,售价也相应降到4~5美元/W�p;非晶硅太阳能电池单结售价3~4美元,多结售价为4~5 美元/W�p��〔10〕�。与十年前相比,太阳光电池价格普遍降低了20%。最近,瑞士联邦 工学院M·格雷策尔研制出一种二氧化钛太阳能电池,其光电转换率高达33%,并成功地采用 了一种无定形有机材料代替电解液,从而使它的成本比一块差不多大的玻璃贵不了多少,使 用起来也更加简便��〔12〕�。可以预料,随着技术的进步和市场的拓展,光电池成本及 售价将会大幅下降。表4��〔13〕�为地面用光伏组件成本/价格的预测结果,表5为美国 国家可再生能源实验室对太阳电池成本与市场的关系所做的估计��〔14〕�。对比表4, 表5,可以看出,2010年以后,由于太阳能电池成本的下降,可望使光伏技术进入大规模发 展时期。��

表2世界光电组件的产量及年增长率

年份1989199019911992199319941995199619971998

年产量(MW)42.047.054.058.261.070.781.090.612 2150年增长率(%)12%15%8%5%16%15%12%35%23%�

表4地面用太阳能电池组件成本/价格预测(美元)

电池种类1990199520002010

单晶硅3.25/5.402.40/4.001.50/2.501.20/2.00

多晶硅3.00/5.002.25/3.751.50/2.501.20/2.00

聚光电池3.00/5.002.00/3.301.20/2.001.00/1.67

非晶硅3.00/5.002.00/3.331.20/2.000.75/1.25

薄膜硅2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CIS2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CdTe1.50/2.501.20/2.000.75/1.25�

表5太阳能电池成本与市场的关系

太阳能电池成本�(美元/峰瓦)可进入的市场

>6少量应用2~5通信、边远地区

1~2城市屋顶系统<1大规模发电

表3商品化光伏直流组件效率预测(%)

电池技术199019952000 2010

单晶硅12151822

浇铸多晶硅11141620

带状硅12141721

聚光器(光电池)17202530

非晶硅(包括叠层电池)5~67~91014

CuInSe\-2-8~101214

CdTe-8~101214

低成本基片硅薄膜-8~101215

球粒电池-101214\= 2�2�3光伏新技术发展日新月异�

近年来,围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题,光伏技术发展迅速,日新月异。晶体 硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳电池转 换效率的主要技术障碍有:①电池表面栅线遮光影响;②表面光反射损失;③光传导损失; ④内部复合损失;⑤表面复合损失。针对这些问题,近年来开发了许多新技术,主要有:① 单双层减反射膜;②激光刻槽埋藏栅线技术;③绒面技术;④背点接触电极克服表面栅线遮 光问题;⑤高效背反射器技术;⑥光吸收技术。随着这些新技术的应用,发明了不少新的电 池种类,极大地提高了太阳能电池的转换效率,如澳大利亚新南威尔士大学的格林教授采用 激光刻槽埋藏栅线等新技术将高纯化晶体硅太阳能电池的转换效率提高到24.4%,他在1994 年5月表示能用纯度低100倍的硅制成高效光电池,约在10年后采用该类电池的太阳能发电成 本可降至5~8美分/kWh.〔15〕.。光伏技术发展的另一特点是薄膜太阳能电池研究取得 重大进展和各种新型太阳能电池的不断涌现。晶体硅太阳能电池转换效率虽高,但其成本难 以大幅度下降,而薄膜太阳能电池在降低制造成本上有着非常广阔的诱人前景。早在几年 前,澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使太阳能电池成本骤降80%,为此, 澳大利亚政府投资6400万美元支持这项研究,并希望10年内使该项技术商业化.〔16〕.。�

高效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径,近年来,一些 新型高效电池不断问世。专家推断,只要有一二种取得突破,就会使光电池局面得到极大的 改观。�

(1)硒化铜铟(CuInSe\-2,CIS)薄膜太阳能电池..〔17〕.:1974年CIS电池在美国问世,1 993年美国国家可再生能源实验室使它的本征转换效率达16.7%,由于CIS太阳能电池具有成 本低(膜厚只有单晶硅的1/100)、可通过增大禁带宽度提高转换效率(理论值为单晶30%,多 晶24%)、没有光致衰降、抗放射性能好等优点,各国都在争相研究开发,并积极探索大面积 应用的批量生产技术。�

(2)硅-硅串联结构太阳能电池〔18〕:通过非晶硅与窄禁带材料的层叠,是有效利用 长波太阳光,提高非晶硅太阳能电池转换效率的良好途径。研究表明,把1.3ev和1.7ev光 学禁带度组合起来的薄膜非晶硅与多晶硅串联电池转换效率最高。它具有成本低、耗能少、 工序少、价廉高效等优点。�

(3)用化学束外延(CBE)技术生产的多结Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池〔19〕:Ⅲ-Ⅴ族化 合物(如GaAs,InP)具有较高的光电转换效率,这些材料的多层匹配可将太阳能电池转换效率 提高到35%以上。而这种多层结构很容易用CBE法制作,并能以低于1美元/W�p的成本获得超 高效率。�

(4)大面积光伏纳米电池〔20〕:1991年瑞士M.Grtzel博士领导的研究小组 ,用纳米TiO\-2粉水溶液作涂料,和含有过渡族金属有机物的多种染料及玻璃等材料制作出 微晶颜料敏感太阳能电池,简称纳米电池。计算表明,可制造出转换效率至少为12%的低成 本电池。这种电池为大面积应用于建筑物外表面提供了广阔的前景。�

2.2.4各国的光伏计划雄心勃勃�

随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展,太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展 。目前,已建成多座兆瓦级光伏电站,最大的是位于美国加州的光伏电站,容量为6.5MW. p,现正在希腊克里特岛建造的一座阳光电站,容量为50MW.p,估计2003年可建成供电,总 投资1775万美元新能源,1997,19(2):23。而在美国准备建造的另一座电 站规模将达到100MW.p,已与太阳能热发电站容量相匹敌。除此之外,一些国家推出的屋顶 计划将更引人注目,显示了阳光发电的广阔应用前景和强大的生命力。1990年,德国政府率 先推出的“千顶计划”,至1997年已完成近万套屋顶光伏系统,每套容量1~5kW.p,累计 安装量已达33MW.p,远远地超出了当初制定的计划规模。日本政府从1994年开始实施“朝 日七年计划”,计划到2000年安装16.2万套屋顶系统,总容量达185MW.p,1997年又再次 宣布实施“七万屋顶计划”,每套容量扩大到4kW.p,总容量为280MW.p。印度于1997年12 月宣布在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统。意大利1998年开始实施“全国太阳能屋顶 计划”,总投入5500亿里拉,总容量达50MW.p。而最雄心勃勃的屋顶计划当属1997年6月美 国总统克林顿宣布实施的美国“百万屋顶计划”,计划从1997年开始至2010年,将在百万个 屋顶上,安装总容量达到3025MW.p的光伏系统,并使发电成本降到6美分/kWh。上述各国屋 顶计划的实施,将有力地促进太阳能光电的应用普及,使太阳能光电进入千家万户。�

与此相呼应,当前世界上实力雄厚的10家光伏公司,虽然目前的生产能力都不大,但都有雄 心勃勃的扩展计划。各公司年产目标为:Kyocera公司和夏普公司60MW,BP太阳能公司50MW ,西门子公司和Solarex公司30MW,壳牌/Pilington公司和ASE公司25MW,Photo wott公司, AP公司和三洋/Solec公司15MW。据美国Spire公司预测,2003年世界光电池的生产能力将达 到350MW,而2010年的光电池组件交易量将达到700~4000MW/年②�。�

光伏技术发展的趋势,近期将以高效晶体硅电池为主,然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各 种新型太阳能光电池的发展。应用上将从屋顶系统突破,逐步过渡到与建筑一体化的大型并 网光伏电站的发展。�

2.3太阳能光电制氢�

70年代科学家发现:在阳光辐照下TiO2之类宽频带间隙半导体,可对水的电解提供所需能 量,并析出O2和H2,从而在太阳能转换领域产生了一门新兴学科--光电化学。随着光 电化学及光伏技术和各种半导体电极试验的发展,使得太阳能制氢成为发展氢能产业的最佳 选择。�

1995年,美国科学家利用光电化学转换中半导体/电介质界面产生的隔栅电压,通过固定两 个光粒子床的方法,来解决水的光催化分离问题取得成功〔22〕。其两个光粒子床概 念的光电化学水分解机制为:�

H2的光反应4H2O+4M°→2H2+4OH-+4M+�

O2的光反应4OH-+M+→O2+2H2O+4M°�

净结果为:2H2O→2H2+O2(其中M为氧化还原介质)�

近来,美国国家可再生能源实验室还推出了一种利用太阳能一次性分解成氢燃料的装置。该 装置的太阳能转换率为12.5%,效率比水的二步电解法提高一倍,制氢成本也只有电解法的 大约1/4〔23〕。日本理工化学研究所以特殊半导体做电极,铂对极,电解质为硝酸 钾,在太阳光照射下制得了氢,光能利用效率为15%左右〔24〕。�

在太阳能制氢产业方面,1990年德国建成一座500kW太阳能制氢示范厂,沙特阿拉伯已建成 发电能力为350kW的太阳能制氢厂〔24〕。印度于1995年推出了一项制氢计划,投资4 800万美元,在每年有300个晴天的塔尔沙漠中建造一座500kW太阳能电站制氢,用光伏-电解 系统制得的氢,以金属氧化物的形式贮存起来,保证运输的安全新能源,17(3),19 95,19。自90年代以来,德、英、日、美等国已投资积极进行氢能汽车的开发。美 国佛罗里达太阳能中心研究太阳能制氢(SH)已达10年之久,最近用SH作为汽车燃料-压缩天 然气的一种添加剂,使SH在高价值利用方面获得成功〔25〕,为氢燃料汽车的实用化 提供了重要基础。其他,在对重量十分敏感的航天、航空领域以及氢燃料电池和日常生活中 “贮氢水箱”的应用等方面氢能都将获得特别青睐。�

由于氢是一种高效率的含能体能源,它具有重量最轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品 质纯净、贮存便捷等许多优点

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2026-05-04 05:03:04

地热能利用技术分析

地热能是指蕴藏在地壳中能够为人类经济地开发利用的热资源。地热能可分为浅层地温能、常规地热能和干热岩地热能。那么,下面是我为大家整理的地热能利用技术分析,欢迎大家阅读浏览。

一、地热能的概念和优点

第一,地热能的基本概念

地热能是指蕴藏在地壳中能够为人类经济地开发利用的热资源。地热能可分为浅层地温能、常规地热能和干热岩地热能。200米以浅的称为浅层地温能,200米至3000米的称为常规地热能,3000米至10000米的称为干热岩地热能。常规地热能的高温部分和干热岩资源供地热发电利用,常规地热能的低温部分和浅层地温能用作供暖和其他热利用。

第二,地热能的主要优点与其他可再生能源比较

地热能利用的优点是其利用系数最大。中国科学院院士汪集旸指出,地热发电利用系数是0.73,平均一年工作6400小时以上,生物质、水力、潮汐、风力发电和太阳能发电的利用系数分别是0.52、0.42、0.23、0.21和0.14,在同样装机容量下,地热能发电年发电量是风力发电的3.5倍,是太阳能发电的5倍。

二、我国地热能分布及重庆地热资源状况

第一,我国地热能分布

我国是以中低温为主的地热资源大国,全国地热资源潜力接近全球的8%。据国土资源部初步评价,我国浅层地热能资源量相当于95亿吨标准煤,年可利用量约3.5亿吨标准煤常规地热能资源量相当于8530亿吨标准煤,年可利用量约6.4亿吨标准煤干热岩地热能理论资源量相当于860万亿吨标准煤,约为2013年全国能源消费总量的20多万倍。高温(>150℃)对流型地热资源,主要分布在西藏、腾冲现代火山区及台湾地区中温(90~150℃)、低温(<90℃)对流型地热资源,主要分布在沿海一带如广东、福建、海南等省区中低温传导型地热资源,分布在华北、松辽、四川、鄂尔多斯等地的大中型沉积盆地之中。

第二,重庆市地热资源

根据《重庆市地热资源总体规划报告》,全重庆市地热资源总量为3.3×1017千焦,可采水量约为4.64亿立方米/年(约127万立方米/天)。

重庆市浅层地温能资源150米以浅的可利用资源量约为1.26亿千瓦,100米以浅的可利用资源量约为0.77亿千瓦涪陵区、黔江区、万州区、一小时经济圈150米以浅的可利用资源量分别约为7.33万千瓦、221万千瓦、881万千瓦、7220万千瓦涪陵区、黔江区、万州区、一小时经济圈100米以浅的可利用资源量分别约为472万千瓦、142万千瓦、567万千瓦、4640万千瓦。

重庆市钻孔深度取150米则地埋管地源热泵能满足制冷面积约为12.6亿平方米建筑的空调冷负荷,钻孔深度取100米则地埋管地源热菜能满足制冷面积约为7.7亿平方米建筑的空调冷负荷。涪陵区、黔江区、万州区、一小时经济圈150米以浅的可利用资源量分别能满足制冷面积约为7340万平方米、2210万平方米、8810万平方米、7.22亿平方米建筑的空调冷负荷涪陵区、黔江区、万州区、一小时经济圈100米以浅的可利用资源量分别能满足制冷面积约为4710万平方米、1420万平方米、5670平方米、4.64亿平方米建筑的`空调冷负荷。

三、地热能利用途径

地热能利用分为地热发电和地热直接利用两种途径。

第一,地热发电

地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源,把热能在汽轮机中转变为机械能,带动发电机发电的发电技术,适用于高温地热资源的开发利用,可分为蒸汽型和热水型地热发电两大类。

其一,蒸汽型地热发电

蒸汽型地热发电主要应用在温度高于150摄氏度的干热岩资源地热田,把蒸汽田中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组发电,发电方式简单。干蒸汽地热资源较少,且多存于较深的地层,开采难度大,发展受到限制。

其二,热水型地热发电

热水型地热发电主要利用高温热水,温度范围为150摄氏度-100摄氏度,主要有闪蒸地热发电和中间介质法地热发电两种方式。闪蒸地热发电是将高温高压热水抽至地面,部分热水会沸腾并“闪蒸”成蒸汽,蒸汽送至汽轮机做功中间介质法地热发电就是通过热交换器利用热水来加热某种低沸点的工质,使之变为蒸汽,推动气轮机做功发电,该种发电方式能有效利用中低温地热资源,适合温度为低于100摄氏度的地热资源发电。

重庆市地热资源主要以热水型中低温为地热资源主,地下数百米至三千余米的地热水温基本在25至62摄氏度,重庆市推广地热发电还有待相关技术的进一步成熟和投资成本的下降。

第二,地热能直接利用

主要是用于工业加工、建筑采暖制冷、农业温室、农田灌溉、洗浴医疗、旅游等领域。

其一,建筑物采暖制冷。主要是利用地源热泵技术,将土壤、地表或者地下水体中的热量进行转换,供建筑物采暖制冷。如重庆大剧院采用江水源热泵机组,以嘉陵江水作为热源和冷源,实现全年替代常规能源量1502吨标煤,年减排二氧化碳3710吨、二氧化硫30吨、粉尘15吨,年节约运行费用152万元,具有较好的节能效益。

其二,地热能农用技术。主要集中在地热温室种植和水产养殖方面,地热灌溉、地热孵化禽类、地热烘干蔬菜、地热加温沼气池等也在发展之中。

其三,地热能医疗利用技术。地热流体温度较高、含有特殊的化学与其他成分、生物活性离子及放射性物质,对人体器官功能具有医疗、调节作用,可利用地热进行水疗、气疗和泥疗。

其四,地热用于旅游娱乐。温泉与旅游相结合,是我国地热利用发展较快的领域。

四、重庆市地热资源利用状况及问题

第一,利用现状

重庆市地热利用以温泉旅游、地源热泵利用为主。2015年,全市已运营温泉旅游项目33个,预计温泉游客接待量将达2500万人次,地热水开采利用相当节约标准煤8万吨左右,减排二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和悬浮质粉尘分别为23万吨、1600吨、570吨和770吨,节省燃料成本近4000万元,节省治理费用1700万元。

2011年至2015年全市建筑中热泵系统应用面积达到380万平方米,其中水源热泵系统应用面积达到300万平方米,地源热泵系统应用面积达到80万平方米。

第二,存在的问题

其一,投资成本较高。重庆地区地下岩石多,且成片,钻井费用高,目前地热利用工程的投资较大。

其二,老城区建设密度大,地下管网分布复杂,对老城区的空调进行热泵技术改造,施工难度较大,技术要求高。

其三,重庆市地热资源开发利用的基础工作有待加强。一是全市统一的地热资源信息系统需要建立二是需要政府出台地源热泵资源开采区规划及指导意见。

五、相关政策介绍

第一,《关于促进地热能开发利用的指导意见(国能新能〔2013〕48号)》提出,到2015年,全国地热供暖面积达到5亿平方米,地热发电装机容量达到10万千瓦,地热能年利用量达到2000万吨标准煤,到2020年,地热能开发利用量达到5000万吨标准煤中央财政重点支持地热能资源勘查与评估、地热能供热制冷项目、发电和综合利用示范项目按照可再生能源电价附加政策要求,对地热发电商业化运行项目给予电价补贴政策。

第二,《重庆市地热资源管理办法(重庆市人民政府令第256号)》规定,地热资源探矿权、采矿权及其配套开发的经营性土地使用权,应按照国家有关规定通过招标、拍卖或者挂牌方式出让开采地热资源应当依法缴纳采矿权使用费、采矿权价款、矿产资源补偿费和资源税地热资源实行限量开采。

第三,《重庆市可再生能源建筑应用示范工程专项补助资金管理暂行办法(渝财建[2007]427号)》规定,对利用可再生能源热泵机组的空调,按机组额定制冷量每千瓦补贴800元对利用可再生能源提供生活热水的高温热泵机组,按机组额定制热量每千瓦补贴900元。

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2026-05-04 05:03:04

碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称。温室气体中最主要的气体是二氧化碳,因此用碳(Carbon)一词作为代表。虽然并不准确,但作为让民众最快了解的方法就是简单地将“碳排放”理解为“二氧化碳排放”。

碳排放的计算,首先确定排放源,排放源的种类千差万别,比如煤炭燃烧,石油燃烧,天然气燃烧,还有人和动物的呼吸等等。

其次确定碳排放因子,碳排放因子是指某种耗能过程CO2 排放的系数.

比如发电过程,发1度电涉及到的能耗折合的CO2量,就是发电过程的CO2 排放系数。

最后是用排放源的用量乘以该排放源的碳排放因子,就是碳排放量。

附:

计算方法为净发热值缺省值*有效CO2排放因子KG/TJ缺省值=每kg燃料排放CO2多少kg

计算方法直接用材料量*排放因子数值

计算方法直接用距离*排放因子数值

计算方法直接用kwh*排放因子数值

纯手动整理,谢谢!