可再生能源替代主要从哪几个方面入手?
可再生能源替代主要从新能源开发入手。
新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源,如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
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。
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。
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。
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。过去的研究认为,到2050年,可再生能源可以满足全世界能源需求的40%。如果可再生能源技术所得到的政府关注和财政支持能够达到核能在1970年代和1980年代曾经得到的支持,那么风能和太阳能的成本将分别在2020—2025年和2030年与传统发电技术的成本持平。但到了2014年,此项研究已经过时,因为太阳能及风能的降价速度超乎预期,在许多市场都已经不需要补贴。
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。
电力短缺、煤炭短缺、石油短缺……当前能源短缺正在日益成为制约许多国家经济发展的“瓶颈”,发
展能够替代煤炭、石油、天然气的可再生能源成为人们广泛关注的焦点,认为这是一项涉及子孙后代生存与发展的战略任务。
可再生能源取之不尽
自人类大规模利用矿物能源、特别是石油资源被开发之后,人类生产和生活面貌发生了巨大变化,与此同时,粗放的经济增长方式则造成全球大气、土壤、水源等诸多方面环境质量严重下降,暴露出世界上许多国家以煤炭等为主的能源结构的弊病。特别是自20世纪70年代石油出现危机后,使人们逐步觉醒,矿物能源终有耗尽之时,人类要维持自己的生产生活持续发展,必须开发新的能源,特别是可再生能源。
可再生能源利用价值非常可观。据我国专家推算,每利用一吨可再生资源可以节约原生资源120吨,少产生垃圾废水10吨,增加产值约3000元人民币,产生利润500元。利用可再生资源进行生产不仅可以节约资源,遏制废弃物泛滥,而且具有比利用原生资源进行生产消耗低、污染物排放少的特点。按国际标准测算,一座金矿每吨矿石可提取10多克黄金,而加工废电器每吨可提取50克黄金及其它贵重金属,成本不到金矿的20%,污染仅相当于开矿的几十分之一。
发展可再生资源利用产业几乎涉及所有行业,如果能够得到健康快速发展,便可带动其它相关产业的快速发展,并为城市人口创造大量就业岗位。美国的实践表明,可再生能源发电比传统发电方式劳动密集程度要高。美国全球观察研究所的报告说,10亿千瓦时发电量用煤炭或核燃料需要100到116个工人,而太阳能发电站则提供了248个工作岗位,风电场提供了542个工作岗位。根据国际经验,发展可再生能源可以安排大量剩余劳动力。
发展可再生能源可以降低发展中国家对煤炭的过分依赖,保障能源供应安全。据环境专家测算,大气中90%的二氧化碳和氮氧化物、70%的烟尘来自燃煤,煤炭开发利用过程中产生的大量的矸石、腐蚀性水、煤泥、灰渣和尘垢等,已构成对工农业生产和生态环境的危害,而可再生能源基本上不产生环境污染问题,因而发展可再生能源也是保护大气环境的迫切需要。另外,目前全球有20亿人无法享受正常的能源供应,发展中国家的农村主要依靠直接燃烧秸秆、柴草等提供生活用能,不仅造成严重的环境污染,危害人体健康,还威胁生态环境,发展可再生能源则有利于改善这些国家农村和偏远地区的生产生活条件。
开发与利用方兴未艾
自20世纪80年代以来,开发新能源逐步成为新技术革命的一项重要内容,发达国家竞相投入巨大的人力和物力开发太阳能、风能、潮汐能等可再生能源,一些发展中国家也大力开发替代石油的酒精燃料等新能源。
在可再生能源中太阳能资源取之不尽,清洁安全,是最理想的可再生能源,目前国际上对太阳能的开发十分重视。据有关资料介绍,20世纪80年代美国建成抛物面槽太阳能发电站,俄罗斯、澳大利亚、瑞士相继建立了太阳能发电厂,1992年日本太阳能发电系统和电力公司电网联网,而到2000年已有7万家庭安装了太阳能家庭发电设备。预计到2050年德国消耗的能量半数将来自太阳能。
风能是地球“与生俱来”的丰富资源,加快开发利用风能已成为全球能源界的共识。风能的利用主要是发电,目前风电在全球已发展为年产值超过50亿美元的庞大产业。风能是可再生、无污染的绿色能源,一台单机容量为1000千瓦的风机与同容量火电装机相比,每年可减少排放2000吨二氧化碳、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮,没有常规能源所造成的环境污染。风能还具有一次投资后的追加成本少的特点,凭借其巨大的商业潜力和环保效益,在全球可再生能源行业中创造了最快增速。风力发电技术成熟,单机容量大,建设周期短,完全是一种安全可靠的能源。从长远看,不论工程投资还是发电成本,都会逐步接近火电成本。风力发电是一个极具发展潜力的产业,全球已有50多个国家正积极促进风能事业的发展。
政府支持是发展关键
2004年6月在德国波恩召开的国际可再生能源大会,全球150多个国家和地区的政府、企业以及民间代表聚集商讨全球可再生能源开发和利用大计,这是迄今世界范围内在可再生能源领域召开的最大规模的政府间会议。大会通过的《共同宣言》提出了包含165个具体行动方案的《国际行动计划》,如果能够得到落实,到2015年全球使用可再生能源的人口将达到10亿。
为了解决可再生能源开发利用投资成本高的难题,法国政府在科研投入、技术应用和市场化等各个环节做出了巨大支持。据统计,2002年法国科研机构的能源研发总经费为9.4亿美元,其中5000万美元用于发展可再生能源,其中太阳能和地热能技术研发获科研经费最多。多年来,法国政府一直采取投资贷款、减免税收、保证销路、政府定价等措施扶持企业投资可再生能源的技术应用项目,以解决可再生资源的技术应用初期运营成本高、风险大问题。
利用可再生能源的初期成本高,风险大,其低排放与可循环等优势暂时不能体现在价格上,因此与传统能源竞争处于劣势。美国政府解决这一问题的办法主要是通过财政激励方式促进可再生能源的开发和利用,即通过减税、生产补贴、信托基金、低息贷款和政府的研究、开发项目,降低可再生能源产品和相关服务的成本和价格,培育、扩大市场。根据美国1978年《能源税收法》,购买太阳能和风能能源设备的房屋主人,所付金额中2000美元的30%和其后8000美元的20%可从当年须交纳的所得税中抵扣;开发利用太阳能、风能、地热和潮汐的发电技术投资总额的25%可以从当年的联邦所得税中抵扣。1992年《能源政策法》规定,企业用于太阳能和地热发电投资永久享受10%抵税优惠。
作为能源长期依赖进口的国家,为促进可再生能源的开发,德国政府2000年出台的《可再生能源法》规定,电力运营商有义务以一定价格向用户提供可再生能源电力,政府根据运营成本的不同对运营商提供金额不等的补助。从2004年开始,德国政府还制定了市场刺激措施,用优惠贷款及补贴等方式扶助可再生能源进入市场,迄今已投入研究经费17.4亿欧元。目前政府每年投入6000多万欧元,用于开发可再生能源,推动太阳能、风能和地热的开发。