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论文关键词:生态建筑 研究现状 存在问题 对策 论文摘要:本文对我国生态建筑的研究现状进行了回顾,指出我国生态建筑存在的问题,提出了我国生态建筑的发展的思路与对策。生态化的思想是人类的取向和必然选择,城市和建筑设计的生态化是历史发展的必然趋势。牛态工程是既古老又年轻,既通俗又深奥的一门学科。研究内容涉及到农业生态工程、生态,及生态城镇建设、节水与废水处理及利用、山区小流域治理与开发等众多领域。生态建筑作为其中的一个领域引起建筑界的高度重视,其作为一门学科诞生至今不过40多年的历史,20世纪60年代美籍意大利建筑师保罗·索勒尔把生态学Ecology和建筑学Architecture两词合并成为Arcology,即生态建筑学。此后麦克哈格、吴良墉等建筑师开始了生态建筑的研究,经过几十年的探索,生态建筑在理论与实践方面取得了一定的进展。一、我国生态建筑设计的研究现状在20世纪80年代顾孟潮就提出了“未来的世界是生态建筑学的时代”的观点,1994年5月,中国政府颁布了《中国21世纪议程—中国21世纪人口、环境与发展白皮锄,从我国的具体国情出发提出人口、经济、社会、资源与环境协调、可持续发展的总体战略。1972年斯德哥尔摩联合国人类环境会议以后,我国环境保护运动日益扩大和深人,以追求人与自然和谐共处为目标的绿色革命蓬勃展开。1996年3月,中国国家环保局推出两大举措:一是实行污染物排放总量控制二是实施“中国跨世纪绿色工程计划”—在九五期间重点治理淮河、海河、辽河等的污染。1996年国家自然科学基金委员会正式将“绿色建筑体系研究列为九五重点资助课题”,1998年又将“可持续发展的中国人居环境研究”列为重点资助项目。2000年我国颁布了《建筑节能技术政策》2001年,建设部通过雄录色生态住宅小区建设要点与技术导贝邸首次明确提出了绿色生态小区的概念、内涵2001年开始实行仁夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》2001年我国第一部生态住宅评估标准《中国生态住宅技术评估手删出台,以可持续发展战略为指导,以节约资源、防污染、保护生态为主题,创造健康、舒适的居住环境,推进住宅产业的可持续发展。二、我国生态建筑发展存在的问题1、缺乏对生态建筑的正确理解生态建筑的概念国内外学术界有许多不同的解释,但核心的内容是根据当地的自然环境,运用建筑学、生态学的基本原理,合理安排组织建筑与其他相关因素的关系,使建筑物与其周围环境成为一个有机的结合体,同时具有良好的室内气候条件和建筑物的自我调节能力,并具有节地、节水、节能、减少污染、延长建筑寿命、改善生态环境等优点。但是有人认为只要将建筑物周围加一些绿化就是生态建筑,在建筑物内部点缀一些植物就是生态建筑,建筑物单纯的节能就是生态建筑,还有人认为建筑的平面将来有重新划分的可能就是生态建筑等等。但这些观点只停留在生态建筑的表面,对生态建筑的理解是不全面的。2、缺乏对农村生态建筑的系统研究我国作为发展中国家生态建筑的系统研究不平衡,其中城乡的差别较大。目前各个学科研究的重点大多局限在比较发达的城市,缺乏对农村居住环境的系统研究,特别是东北地区。大部分的研究都从本学科(生态学、环境学、城市规划学、建筑学、农业建筑学、能源学)的专业角度出发,虽然研究的内容较为丰富,但是各个学科之间没有很好的结合起来进行深人的研究,特别是如何在特定地区将人居环境与植物环境工程结合起来是函待解决的课题。3、缺乏生态建筑的广泛实践目前,我国建筑界发表了许多关于生态建筑的论文,这些论文对于宣传可持续发展的思想、推动生态建筑的发展起到了一定的积极作用,但绝大多数的论文都停留在关于生态建筑设计的理论框架、设计原则及生态学理论对建筑学的指导、国外先进生态建筑的经验介绍,缺乏实际工程实践模式、计算机模拟、环境效果的测试分析。三、我国生态建筑设计的发展思路与对策从本质上讲,生态建筑设计是一种由生态伦理观、生态美学观共同驾驭的城市建筑发展观。在实践中的生态建筑设计思路可着重从以下几个方面:1、贯彻以人为本的人文原则。 国际建筑师联合会第十四次会议宣言指出:“经济规划、城市规划、城市设计和建筑设计应当是探索并满足人的各种需求”。满足人类生存和发展的需求,不仅是建筑发展的最终目标,而且是人类社会进步的根本动力。在未来建筑设计中,要充分认识和确定人的主体地位和人与自然的双向互动关系,强调把关心人、尊重人的宗旨具体体现在城市空间的创造中,以适应不同阶层、不同年龄、不同职业的市民的多样化需求。2、善于因地制宜,尊重环境属性。根据生态学的进化论,生态建筑设计包含着资源的经济利用问题,其中首要的是土地的利用问题。今后城市的发展,势必在有限的土地资源内展开,为了节省有限的土地,必须建立高效的空间体系,如在地面上建立亲和大自然、充满人情味的低层高密度建筑利用生态技术建立起巨构城市,向地上空间要效益充分开展城市地下空间的综合利用研究等,使城市地面、地下、空中连接为有机协调的立体网络。生态建筑设计强调与环境具有最佳关系,对环境破坏最小,一并充分发挥环境效益。与环境互选共生、共同增长是生态建筑设计的重要原因之一。建筑的选择做到充分利用原有的地形、地貌,与周围的环境特点以及当地的地理与气候特征相适应,做到“因地制宜”。3、增强使用者与自然环境的结合和协调。建筑物作为联系使用者与自然环境的桥梁,应尽可能多地将自然的元素引人使用者身边,这也是生态原则的一个重要体现。人是自然环境的一分子,人的活动必须建立在生态化的基础上,必须与环境建立起一种新的结合和协调关系。从建筑设计到建筑建造、使用、报废的全过程中,生态建筑对环境的破坏影响最小。与以往建筑设计相同,生态建筑应致力于为人类提供品质最佳的空间和环境,即使建筑本身对环境污染很小,极为节能,但如果人们的各项活动无法在建筑空间中顺利展开,其空间的存在与人的功能需求格格不人,这样的建筑无疑是失败的。生态建筑的功能应更趋合理,空间更加宜人,更有助于使用者与自然环境间的交流。它应该具备更良好的物理环境,尽可能地采用自然采光、自然通风,并具有抵御自然灾害的能力。4、增加“绿色”面积,保护生态平衡生态建筑外部与自然相呼应,内部空间的设计也应绿色化,即通过精心的室内设计,将室外的绿色引人室内环境。绿色植物可以制造氧气,吸收各种有害气体、虑尘、调节湿度、温度、减少噪音等。生态建筑的兴起为绿化环境开辟了广阔天地。通过建筑设计,可以使室内空间室外化,运用绿化、水面等划分空间,这些设计手法在建筑创作上最为常见。如建筑物内的共享大厅、内庭院,在其上部加一个可调节的开启式屋顶,根据时间季节的变化,由计算机或人工控制,达到室内温湿度的调节,又可使室内外空间连成一体。另一种设计手法也被建筑师经常应用:屋面绿化。不仅美化了环境,获得了良好的景观,而且对屋面刚性防水有维护作用。生态建筑在保护生态平衡、提高人居的自然度方面大有作为。根据以上发展思路,生态建筑设计对策可以在以下几个具体环节上进行操作。首先,在宏观环境方面,城市规划设计要根据生态原则了解城市发展的自然过程,用它来指导土地的利用和开发建设,同时协调好城市内部结构与外部环境的关系,在空间利用方式、强度、结构和功能配置等方面与自然生态系统相适应区域规划,则要与城市整体环境所设立的系统相衔接,研究探讨城市改造、更新过程中的复合生态问题等。其次,在微观环境方面,如单体建筑设计、园林景观设计等,要处理好整体与局部、建筑与自然因素的关系。由于微观环境方面极具广泛性和灵活性,所以,其具体途径和式、法非常丰富,蕴含着广阔的创造性生机。另外,要完善生态建筑设计法律和规范。法律规范是建筑设计的基本依,直接影响我国生态建筑研究的战略方向。在生态建设方面,目前我国已颁布了仲华人民共和国节约能源法》、《中华人民共和国大气污染防治M-)、《民用建筑节能管理规Z}、佚于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意R113等法律法规,对我国节约建筑能耗,保护环境,保障人体健康,推进住宅产业现代化起到了积极的推动作用。政府通过立法对建材选择、每平米能耗标准,对生态技术研究、对可再生能源的开发等进行规范,不仅使建筑设计中采用的生态策略具有法律依,而且限制不利于生态环境和人体健康的建设行为,鼓励有利于生态环境和人体健康的建设行为,从而推动生态建筑的发展和小康社会的全面建设。结束语生态化的思想是人类的取向和必然选择,城市和建筑设计的生态化是历史发展的必然趋势。一方面它契合了“可持续发展”的全球共识另一面它为城市设计和建筑设计发展开辟了一条新途径。生态建筑理论的发展将导致建筑科学技术内容的极大丰富与建筑艺术创造的相应发展,推动整个建筑学不断向前发展。
简介: 本文论述了太阳能建筑的定义及其在我国住宅建设中的意义,探讨了住宅建设中影响太阳能建筑发展的相关因素,指出大阳能建筑将成为节能省地型住宅建设的重要途径。
随着我国国民经济和人民生活水平的持续快速发展,能源问题与环境问题一样,已经成为影响中国经济和谐发展的关键因素。我国加入《京都议定书》条约,中央政府对于节能省地住宅的高度重视,以及中国第一部《可再生能源法》的提前出台,等等信息表明我国住宅建设及其相关的能源问题已经成为全局问题。太阳能建筑将在调整住宅能耗结构、保障建筑能源安全,降低温室气体排放、保护大气环境,解决农村和偏远地区用能、提高国民生活质量,以及推进和实施我国住宅产业化政策等诸多方面产生积极的影响。
1、太阳能建筑的定义
传统意义上的太阳能建筑指经设计能直接利用太阳能进行采暖或空调的建筑。比较成熟的是通过太阳能的光热利用,在冬季对室内空气进行加热的太阳能采暖建筑,一般分为主动式和被动式两大类。
随着太阳能利用科技水平的不断提高,太阳能建筑已经从太阳能采暖建筑发展到可以集成太阳能光电、太阳能热水、太阳能吸收式制冷、太阳能通风降温、可控自然采光等新技术的建筑,其技术含量更高,内涵更丰富,适用范围更广。
生态建筑、绿色建筑、节能建筑、低能耗建筑、健康建筑以及我国的康居示范工程等等,都重视太阳能的利用。准确定义太阳能建筑很困难,但从国际和国内的研究和实践经验来看,太阳能建筑(Solar Buildings)至少应该包含以下几个层面的内涵:
太阳能建筑的目标是尽可能的充分利用太阳能来满足建筑能耗和健康环境的需求,降低常规能源在建筑能耗中的比例;
太阳能建筑的实施是今寿命周期的,应体现在建筑物策划、设计、建造、使用、维护以及改造等活动中;
太阳能建筑的推广应因地制宜,针对区域气候特征、经济发达程度以及建筑使用特征等因素,采用适宜的建筑技术和太阳能技术;
太阳能建筑的发展应基于综合的、多角度的比较,包括生态设计、建筑节能、投资平衡、复合其它可再生能源、选择配套的常规能源等;
太阳能建筑的研究是不断发展的,不仅包括应用理论和计算方法,还应向能效评价、工程实测等多方面深入。
显然,以太阳能提供的能源在建筑使用能耗中所占比例来定义太阳能建筑是符合社会和技术发展现状的。但目前的研究还不深入,正在开展的太阳能建筑量化指标与评价体系的研究工作显然非常必要。
我国在太阳能建筑领域进行了长期的、积极的研究与实践。各级政府、太阳能企业、科研院所、设计单位以及开发商等不同利益团体在不同层面、不同行业、不同范围内做了大量细致的工作。其中技术最成熟、应用范围最广泛、产业化发展最兴旺的是家用太阳热水器(系统)、被动式采暖(太阳房)和被动通风技术,并已在提供能源和替代化石燃料中发挥了积极的作用,太阳能产品(系统)的生产企业、工程与系统集成企业、研究开发单位为此做出了卓越的贡献,同时也表明跨行业、跨领域的应用研究尤为迫切。
2、太阳能建筑的理念
高效利用太阳能提供住宅建筑的复合能量系统,以满足住宅的使用功能需求以及安全、便利、舒适、健康的环境需求,是发展太阳能建筑的目标。因此,太阳能建筑不仅关注光热、光伏等现代科技与住宅建筑的和谐应用,而且更加关注生态设计理念的传播和传统被动太阳能建筑理念的提升。
全方位的被动设计理念指不采用特殊的机械设备,而是利用辐射、对流和传导使热能自然流经建筑物,并通过建筑物本身的性能控制热能流向,从而得到采暖或制冷的效果。其显著的特征是,建筑物本身作为系统的组成部件,不但反映了当地的气候特点,而且在适应自然环境的同时充分利用了自然环境的潜能,目的是全面解决建筑设计固有的问题。包括:
最大限度地利用自然采光,降低人工照明的能耗,改善住宅室内光环境,满足生理和心理上的健康需求。
充分利用并控制住宅的日照环境,保证居室卫生、改善居室小气候、提高舒适度。例如,采用建筑遮阳设计,以减少炎热夏季的阳光直射(对深圳地区的建筑节能模拟测试显示,建筑遮阳可减少夏季空调能耗23—32%);按照被动采暖设计,能够充分利用寒冷冬季的太阳直射和辐射能量;创造宜人的建筑光影环境,以暗合和尊重人体的生物节奏;等等。应用最多的活动外遮阳设施不但可以达到上述目标,而且还能够创造丰富的建筑肌理形象。
提高绿化率,减少硬质地面。夏季住区环境温度升高一度,建筑制冷能耗增加10%因此,合理的规划不仅要保证住宅的合理朝向和间距,还要保证住区的绿化率和绿化均匀度,从而达到建筑遮阳、降低环境温度的目的。另外,落叶乔木的冬夏变化,住区水环境的合理设计,同样改变着建筑的外部热环境。因此,回归自然的山水园林景观容易受市场追捧。
加强建筑的保温隔热,这是现代住宅建筑充分利用太阳能的前提条件,同时也有利于创造舒适健康的室内热环境。
优化建筑布局,提高住区的风环境质量,达到夏季通风良好。而在冬季,住区局部最大风速不超过5m/s,建筑物前后压差不大于5Pa,减少冷风渗透。
充分利用自然通风排除室内污浊空气,改善室内环境,保证人与自然交往的心理需求。由于住宅建筑进深较浅,一般多利用风压获得自然通风。
全方位的被动设计方法还包括,住宅屋顶形状和材料选择、屋顶和地下室的换气构造、墙体材料和性能的控制、屋顶冷却等等。
利用太阳能光热、光伏技术除了提供稳定的生活热水供应、制冷与采暖以及电力供应外,还应为住宅提供“值班环境”用能。如采用全自动运行的太阳能通风采暖技术,可以保证无人居住时的室内基本环境质量。当然包括风力发电、地源热泵等可再生能源的应用从更大范畴而言,也可以归纳到太阳能的应用。例如,地表浅层收集了47%的太阳能量,从而成为巨大的太阳能集热器。
3、太阳能建筑在节能省地型住宅建设中的重要作用
3.1是调整住宅建筑能耗结构、保障能源安全的现实需求
2000年的统计结果表明,尽管我国民用建筑的整体舒适度低于世界各发达国家,但我国的建筑能耗已经占到当年全社会终端能源消耗的27.8%,接近发达国家(1/3左右)的水平,采暖和空调为主的建筑能耗已占10%以上。因此,在我国《可再生能源法》的编制报告中指出,到2010年可再生能源利用量不低于全国能源消费总量5%,2020年可再生能源利用量不低于全国能源消费总量10%。
我国具有丰富的太阳能资源,年日照时数在2200小时以上地区约占国土面积的2/3以上。对太阳能应用的预测结果为,在正常发展和生态驱动发展两种模式下,2050年我国太阳能利用在总能源供给中分别达到4.7%和10%
显然,太阳能建筑将在调整建筑能耗结构、保障能源安全的现实需求和心理需求等方面发挥积极作用。
3.2将大大降低温室气体排放和大气环境保护方面的压力
有关资料显示,世界各国建筑能耗中排放的C02约占全球排放总量的l/3。
其中,住宅约占2/3。
事实上,我国目前约90%的二氧化硫和氮氧化物排放来自化石能源的生产和消费。大气污染物造成的酸雨、呼吸道疾病等已经严重威胁经济发展和人体健康。对我国未来C02减排的潜力估计是,到2010年以后,太阳能利用对减排开始有较明显作用,2020年以后开始有较显著作用。
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所谓“绿色建筑”的“绿色”,并不是指一般意义的立体绿化、屋顶花园,而是代表一种概念或象征,指建筑对环境无害,能充分利用环境自然资源,并且在不破坏环境基本生态平衡条件下建造的一种建筑,又可称为可持续发展建筑、生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等。绿色建筑的室内布局十分合理,尽量减少使用合成材料,充分利用阳光,节省能源,为居住者创造一种接近自然的感觉。
特征绿色住宅除须具备传统住宅遮风避雨、通风采光等基本功能外,还要具备协调环境,保护生态的特殊功能。因此,绿色住宅的建造应遵循生态学原理,体现可持续发展的原则,在规划设计、营建方式、选材用料方面按区别于传统住宅的特定要求进行。根据建设部住宅产业化促进中心正在研究制定的有关绿色生态住宅小区的技术导则,衡量绿色住宅的质量大致有以下几条标准:
l、在生理生态方面有广泛的开敞性;
2、采用的是无害、无污、可以自然降解的环保型建筑材料;
3、按生态经济开放式闭合循环的原理作无废无污的生态工程设计;
4、有合理的立体绿化,能有利于保护,稳定周边地域的生态;
5、利用了清洁能源,降解住宅运转的能耗,提高自养水平;
6、富有生态文化及艺术内涵。
具体标准
中国国家建设部和质量监督检疫检验总局发布的《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006首次在国标中对“绿色建筑”进行了定义,还强调必须符合节地、节能、节水、节材以及室内环境采光、隔声、通风以及空气质量都须符合相关标准。
《标准》对住宅建筑和公共建筑的室内环境质量分别提出了要求,特别是在住宅建筑标准中突出强调了有关室内环境的四项要求:采光、隔声、通风、室内空气质量都是与人们日常生活密切相关的。各大指标中的从低到高又分为三个级别:控制项、一般项和优选项三类。按照一般项目,绿色建筑必须符合如下要求:
每套住宅至少有1个居住空间满足日照标准的要求(国家标准《城市居住规划设计规范》中对于城市日照标准做如下要求:大寒日不小于2小时,冬至日不小于1小时。),当有4个及4个以上居住空间时,至少有2个居住空间满足日照标准的要求。卧室、起居室(厅)、书房、厨房设置外窗,房间的采光系数不低于现行国家标准的规定。卧室、起居室(厅)、厨房设置外窗,窗地面积比不小于1/7。当一套住宅设有1个以上卫生间时,至少有一个卫生间设有外窗。
噪声白天不大于45分贝
对建筑围护结构采取有效的隔声、减噪措施。卧室、起居室的允许噪声级在关窗状态下白天不大于45分贝,夜间不大于35分贝。楼板和分户墙的空气声计权隔声量不小于45分贝,楼板的计权标准化撞击声声压级不大于70分贝。户门的空气声计权隔声量不小于30分贝;外窗的空气声计权隔声量不小于25分贝,沿街时不小于30分贝。
住宅能够自然通风
居住空间能自然通风,通风开口面积在夏热冬暖和夏热冬冷地区不小于该房间地板面积的8%,在其他地区不小于5%。居住空间开窗能有良好的视野,且避免居住空间之间的视线干扰。当1套住宅设有2个及2个以上卫生间时,至少有1个卫生间设有外窗。设置通风换气装置或室内空气质量监测装置。
在通风的同时保证节能
设有采暖或空调系统(设备)的住宅,运行时用户可根据需要对室温进行调控。采用可调节外遮阳装置,防止夏季太阳辐射透过窗户玻璃直接进入室内。有条件的住宅建筑卧室、起居室(厅)使用蓄能、调湿或改善室内空气质量的功能材料。
室内环境污染控制
室内游离甲醛、苯、氨、氡和TVOC等空气污染物浓度符合现行国家标准《民用建筑室内环境污染控制规范》的规定。
绿地人均2㎡
比如节地与室外环境的要求,按照控制项目,绿化种植适应当地气候和土壤条件的乡土植物,选用少维护、耐候性强、病虫害少,对人体无害的植物。住区的绿地率不低于30%,人均公共绿地面积1-2㎡/人。采用无公害病虫害防治技术,规范杀虫剂、除草剂、化肥、农药等化学药品的使用,有效避免对土壤和地下水环境的损害。栽种和移植的树木成活率>90%,植物生长状态良好。
节水率不低于8%
水质达到国家或行业规定的标准,且水压稳定、可靠。有完善的排水系统,采用建筑自身优质杂排水、杂排水作为再生水源的,实施分质排水。采用节水器具和设备,节水率不低于8%。按照一般项目,采用非传统水源时,非传统水源利用率不小于10%。(非传统水源指不同于传统市政供水的水源,包括再生水、雨水和海水)。
垃圾分类回收率90%
有智能化系统定位正确,达到安全防范子系统、管理与设备监控子系统与信息网络子系统的基本配置。施工单位制定建筑废弃物管理计划,建筑废弃物回收利用率达到30%以上。垃圾分类回收率(实行垃圾分类收集的住户占总住户数的比例)达90%。
相关政策
2012年,根据住房城乡建设部发布的《“十二五”建筑节能专项规划》,金融机构可对购买绿色住宅的消费者在购房贷款利率上给予适当优惠。《规划》要求,加大绿色建筑规模化推广应用的支持力度,加大中央预算类投资和中央财政节能减排专项资金支持建筑节能和绿色建筑的力度,完善中央财政激励政策体系,设立建筑节能和绿色建筑发展专项资金,重点支持绿色建筑工程及集中示范城(区)建设、既有建筑节能改造、政府办公建筑和大型公共建筑节能监管体系建设、可再生能源建筑应用、供热系统节能改造、墙体材料革新、技术创新、基础能力建设等。地方财政配套资金标准不得少于中央财政补贴标准。
样例
杭州打造首个绿色保障性住房,它位于丁桥镇,名叫“郡枫绿园”,其中有经济适用房1702户,廉租房280户。这些住宅具有多种节能设备,如节能反馈电梯、雨水收集系统、太阳能景观灯等等。
在高层小区,电梯是非常耗电的。但他们使用的节能反馈电梯,就能利用电梯上下产生的势能和动能,通过转化后变成电能,提供给电梯内的通风和照明设备。
房子户均50平方米,每户的阳台上,都有一个2平方米的壁挂式太阳能热水器;另外还有太阳能景观灯,利用光伏发电,白天能将太阳能转化为电能,储存在蓄电池中,供晚上照明;中空玻璃和外墙保温技术的运用,可以御寒和隔热,能常年让室内外温度差保持在相对较小的水平。
另外一项很有用处的是雨水收集系统,它能收集屋顶和地表的雨水,净化过滤后可用于小区水景及绿化的浇灌,能节省不少自来水。
详见百度百科--绿色住宅
可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源 ,是取之不尽,用之不竭的能源,是相对于会穷尽的不可再生能源的一种能源,对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。
对可再生能源利用要遵循以下基本原则:
1、坚持开发利用与经济、社会和环境相协调。
2、坚持市场开发与产业发展互相促进。
3、坚持近期开发利用与长期技术储备相结合。
4、坚持政策激励与市场机制相结合。
扩展资料:
根据国际能源署可再生能源工作小组,可再生能源是指“从持续不断地补充的自然过程中得到的能量来源”。可再生能源泛指多种取之不竭的能源,严谨来说,是人类有生之年都不会耗尽的能源。可再生能源不包含现时有限的能源,如化石燃料和核能。
大部分的可再生能源其实都是太阳能的储存。可再生的意思并非提供十年的能源,而是百年甚至千年的。
除了核能、潮汐能、地热能之外,人类活动的基本能源主要来自太阳光。像生物能和煤炭石油天然气,主要透过植物的光合作用吸收太阳能储存起来。其它像风力,水力,海洋潮流等等,也都是由于太阳光加热地球上的空气和水的结果。
随着能源危机和高油价的出现,对气候变化忧虑,还有不断增加的政府支持,都在推动增加可再生能源的立法,激励和商业化。新的政府支出,法规和政策,协助业界在抵御全球金融危机中的表现中优于其他许多行业。
参考资料来源:百度百科——可再生能源
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。
可再生能源实际上存在于阳光,空气,地下深处和海洋中。它们是地球物理结构的一部分,这意味着它们不断通过自然方式进行更新,周而复始,无法用完。
国家能源局3月30日发布,近年来,我国可再生能源实现跨越式发展,为能源绿色低碳转型提供强大支撑。水电、风电、光伏发电、生物质发电装机分别连续16年、11年、6年和3年稳居全球首位。可再生能源实现跨越式发展,开发利用规模稳居世界第一。
能源资源利用体系的核心是什么?
能源资源利用体系的核心要求是:按照减量化、再利用、资源化的原则,以提高能源资源利用效率为中心,以节能、节水、节地、节材、资源综合利用为重点,通过加快产业结构调整,推进技术进步,加强法制建设,完善政策措施,强化节约意识,建立长效机制,形成节约型的增长方式和消费方式,促进经济社会可持续发展。
再生资源回收产业和利用有什么区别?
简单说,再生资源回收,再生资源回收体系等等。简单的都是回收。不同的是角度。就是铺设的回收环节不同而已。有些是上门回收,有些是中转回收。而再利用则是回收加工。在再生资源行业里算是后端。一般指钢厂,纸浆厂。和一些特殊的再生资源回收利用产业园。含厨余垃圾的堆肥,有色金属回收冶炼,废旧塑料的再生加工。
互联网+的再生资源回收体系
再生资源回收体系建设是一个复杂而艰巨的系统工程,牵涉到方方面面,需要政府的决心和努力,也需要居民素质的不断提高。互联网+废品回收是未来发展的必然趋势废旧物品的处理,废旧物品的回收就是目前非常富有市场前景的行业。在这个万众互联、万物互联的时代,再生资源回收行业也不可避免地受到互联网的影响和改变。如今,废品回收融入互联网基因,为居民百姓、商家店铺解决卖废品难的问题。总而言之,互联网+废品回收的时代已经来临,不再是以虚打实,而是以实打实,四两拨千斤。受限于回收渠道的再生资源回收行业迎来新的发展机遇,加速信息化和智能化的蜕变无疑会为再生资源回收新添强劲驱动力。废品之所以成为垃圾其根本在于“回收”,随意抛弃的是“垃圾”,回收成功的是“资源”。那么究竟该如何提高废品回收率呢?废品回收者给您答案:借势,借互联网之势趟出一条“互联网+资源回收”的新道路。
可再生能源有哪些?
nbsp 能源一般可以分为可再生能源和非可再生能源两大类型。
nbsp 可再生能源是指消耗后可以得到恢复补充,而且不产生或极少产生污染物的能源。
非可再生能源包括煤、原油、天然气、油页岩、核能等。
操作环境
品牌型号:通用
系统版本:通用
可再生能源是重要的能源资源,开发利用可再生能源具有以下重要意义:
1、开发利用可再生能源是落实科学发展观、建设资源节约型社 会、实现可持续发展的基本要求。充足、安全、清洁的能源供应是经 济发展和社会进步的基本保障。我国人口众多,人均能源消费水平低, 能源需求增长压力大,能源供应与经济发展的矛盾十分突出。从根本 上解决我国的能源问题,不断满足经济和社会发展的需要,保护环境, 实现可持续发展,除大力提高能源效率外,加快开发利用可再生能源 是重要的战略选择,也是落实科学发展观、建设资源节约型社会的基 本要求。
2、开发利用可再生能源是保护环境、应对气候变化的重要措施。 目前,我国环境污染问题突出,生态系统脆弱,大量开采和使用化石 能源对环境影响很大,特别是我国能源消费结构中煤炭比例偏高,二 氧化碳排放增长较快,对气候变化影响较大。可再生能源清洁环保, 开发利用过程不增加温室气体排放。开发利用可再生能源,对优化能源结构、保护环境、减排温室气体、应对气候变化具有十分重要的作用。
3、开发利用可再生能源是建设社会主义新农村的重要措施。农 村是目前我国经济和社会发展最薄弱的地区,能源基础设施落后,全 国还有约 1150 万人没有电力供应,许多农村生活能源仍主要依靠秸 秆、薪柴等生物质低效直接燃烧的传统利用方式提供。农村地区可再 生能源资源丰富,加快可再生能源开发利用,一方面可以利用当地资 源,因地制宜解决偏远地区电力供应和农村居民生活用能问题,另一 方面可以将农村地区的生物质资源转换为商品能源,使可再生能源成 为农村特色产业,有效延长农业产业链,提高农业效益,增加农民收 入,改善农村环境,促进农村地区经济和社会的可持续发展。
4、开发利用可再生能源是开拓新的经济增长领域、促进经济转 型、扩大就业的重要选择。可再生能源资源分布广泛,各地区都具有 一定的可再生能源开发利用条件。可再生能源的开发利用主要是利用 当地自然资源和人力资源,对促进地区经济发展具有重要意义。同时, 可再生能源也是高新技术和新兴产业,快速发展的可再生能源已成为 一个新的经济增长点,可以有效拉动装备制造等相关产业的发展,对 调整产业结构,促进经济增长方式转变,扩大就业,推进经济和社会 的可持续发展意义重大。
当前,国际石油价格一再飙升,能源消费大国苦不堪言,因此发展可再生能源成为许多国家关切的问题。
到如今为止,可再生能源在全世界的研究热潮方兴未艾,其原因之一,是能源危机日益临近,照2003年的煤炭开采速度,中国的煤炭还可以开采80多年,而中国,是世界上煤炭储藏量最多的国家。海湾地区的石油,在不足四十年之内,也将枯竭。我们设想,如果这一天到来,我们人类会怎么办呢?
所以,无论那个国家,都在瞄准这一方向努力,希望获得技术突破,从而在真正的危机来临之前,摆脱被动的局面。获得世界的主导权。这是一个国家的战略的问题。有一个西方的政治元老说的好,“二十一世纪的能源科技,将会极大的改变世界的政治格局和地缘政治。”
可再生能源的意义远不止此,它还将改变人们的观念。可再生能源是大自然赋予我们的慷慨的礼物,它能极大的摆脱资源的限制,从而减少资源争夺的争斗,给世界带来和平。天凤海雨,取之不尽,用之不竭。并且能从此摆脱人类发展工业带来的环境困扰。它的意义,无论怎样形容,都是毫不过分的。将会给人类带来不仅是生活方式并且还有观念上的新的革命。
再生能源目前取得突破性进展的是风力发电。我国起步较早,但现在落后了。可以看我的《我国风力发电落后的原因》。目前我国的风力发电机组单机容量不大,而国外正在开发的已经达到了7500千瓦,投入运行的德国的风力发电机组已经达到单机容量5000千瓦。落后了不只一代。这两年我国一窝蜂的上风力发电机组,其主机都是从国外进口的,目前发电的成本还高于火电,要靠国家的财政补贴才能度日,就算这样,完全收回成本,也需要十年时间。也就是说,十年之中,我们是给洋鬼子扛活。做洋奴。
除了风力发电,生物质能发电也方兴未艾,主要是直接燃烧生物质,例如秸秆发电,目前国电集团有很多小热电机组投产,效益不错。它的发电方式和常规火电差不多,使用的是链条炉。没有多少技术创新之处。另外的主要是沼气发电,利用细菌发酵产生沼气,燃烧后推动燃气轮机,发电效率较高。但是造价不菲,光一个发酵容器就需要很大的投资。并且发酵效率就不是那么高了,最好用半发酵的原料,比如用牛粪。国内有一些养殖场建有小型的发电厂,但是技术也主要是引进的,光菌种的使用专利,就是不小的费用。太能能发电,在我国近年也有较快的发展,单晶硅、多晶硅的发电效率有望在较短的时间内,把发电效率提高到百分之二十以上。但目前来说,尽管太阳能电池板价格下降比较快,它发电的成本竟然是火电的五倍多,投入商业运营还有漫长的路要走。
上面说的几种发电方式,其最大的缺点是在电力系统中无法做主力机组,不能满足电力的大量使用,并且稳定性差。比如风力发电,尽管我国的风力资源很丰富,但是由于风力发电的不稳定性,它的电量经过潮流计算,大约只能占到总发电量的百分之十,如果机组过多,就会影响整个电网的稳定运行,因为风力是不可控的。而另外形式的发电机组,发电量又比较小,难以满足需求。
另外,还有潮汐发电,世界上最大的潮汐电站装机容量达到了20多万千瓦,已经十分可观了。以中国的海岸条件来说,能量密度不大。潮头最高的是浙江、广东沿海。最高的地区潮头达到了8.5米左右。另外还有必须建拦海大坝,施工相当复杂、困难。坝体的维护、机器的防海水腐蚀都需要不菲的费用。费用不说,坝址的选择多有困难。目前我国的海洋局作了海水的能源考察报告,认为我国目前可以开发的潮汐电站大约有一千万千瓦。那么这么一点电量,是远远不能满足需求的。
我国的能源政策,以前写入教科书的是:“大力开发水电,适当发展核电,控制发展火电。”主要是关停小的火电机组。热电例外。我国的电网实际状况是:火电发电量占百分之八十,水电占百分之二十。其余是核电,还占不上个零头。别的发电方式基本可以忽略不计。最近的政策我尽管不了解,但是大力发展核电肯定是提上了日程。因为我国的小水电开发的还不错,能够被利用开发的水电资源也不会很多了。火电日益向大机组、大容量发展。目前已经投产运行的最大的火电机组是100万千瓦。
核电的问题大家尽管不太了解,我个人了解的也不是很深入,但是我想谁也不愿意生活在一个原子弹旁边。这是不得已而为之的一种举措。前苏联的切尔诺贝利电站的泄露事件依然让世人心有余悸。
既然那么多发电方式都有问题,难道能源问题就没有出路了吗?答案是否定的,车到山前必有路。能源的短缺其实是相对的。一方面是燃料价格的不断上扬,一方面随着科学的进步,可再生能源的价格在不停的下降。当二者持平的时候,投资必然向后者倾斜。一个新时代就到来了。但是完全满足电力的需要,除核电外,别的只能作为补充。而不能担任主力机组。这是我们面临的主要问题。也就是说,不发展核电,我们是不是另有出路,这是个问题。
目前显现曙光的是海水的波浪能发电和海流发电。这是比较好的发电方式。不仅国家的研究机构,民间的研究机构和个人也都在一直不停的探索。这种探索甚至可以追溯到三十年前,一位福建的农民用波浪发电船发出了7千瓦功率的电。它的大规模实验还是较近的事。英国投入了大量的资金搞这方面的研究,这个国家地域狭小,资源贫乏,但是四面环海,海洋能十分丰富。另外研究波浪能走在前面的是日本鬼子。
全世界波浪利用的机械设计数以千计,获得专利证书的也达数百件。波浪能利用被称为“发明家的乐园”。
最早的波浪能利用机械发明专利是1799年法国人吉拉德父子获得的。1854-1973年的119年间,英国登记了波浪能发明专利340项,美国为61项。在法国,则可查到有关波浪能利用技术的600种说明书。
60年代,日本研制成功用于航标灯浮体上的气动式波力发电装置。此种装置已经投入批量生产,产品额定功率从60瓦到500瓦不等。产品除日本自用外,还出口,成为仅有的少数商品化波能装备之一。
该产品发电的原理就像一个倒置的打气筒,靠波浪上下往复运动的力量吸、压空气,推动涡轮机发电。
日本“海明”波浪发电试验船取得年发电19万度的良好成绩,实现了海上浮体波浪电站向陆地小规模送电。日本已将“海明”波浪发电船列为“离岛电源”的首选方案,继续研究改进。
但是我国政府的重视程度明显是不够的,在三十年的时间里,投入的研究经费才一千万多,够几个干部买几辆轿车的钱。而英国在五年的时间里,就投入了数十亿英镑。
波浪能发电的好处显而易见,就是规律性强,能量周期性变化短,如果有大规模的蓄能装置,(比如水库)是可以大规模发电并且作为主力机组的。如果获得突破,取代火电的地位是完全有可能的。
如果要想使波浪能发电取代火电的话,蓄能环节必不可少,最便宜的蓄能方式就是水库,所以,我个人认为,岸上蓄水库加常规水轮发电机组的模式应该是研究方向。也就是说,利用海水的波浪能提水,送到岸边建立的蓄水库里。理由无他,主要是蓄水库蓄能最经济,并且不象常规拦河坝蓄水库一样需要建立很大的大坝。因为河水随着季节变化很大,有丰水期和枯水期。而大海水面几乎是不变化的。另外的理由是在岸上建立蓄水库施工极为方便,没有工程难度,并且维护费用比拦河坝节省多了。对海水腐蚀的影响也比较小。