新能源行业的前景怎么样

新能源是指在新技术基础上，系统地开发利用的可再生能源。包括太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能等。中国风电资源主要是在东北、西北和内蒙古等地区，煤电资源主要在黑龙江、山西、内蒙古和甘肃西北等地。水电资源主要集中在西南地区，川渝云贵以及两湖两广地区。但是电力消费的中心却是在沿海地区，所以说我国能源的产生地区和电力消费中心是不匹配的，这对电网搭设和能源的利用都具有一定的考验。

一、中国经济整体概况

1.中国经济现状

目前世界经济危机并没有改变中国高速经济增长的趋势。中国未来经济依然表现为高储蓄、高投资、高资本与高速度，如表1所示。对于中国经济的分析，主要从出口、房地产、内需三个部分剖析，这三个部分被称为中国的三驾马车，同时日益和国外接轨是中国经济的主流趋势。产业的发展是一个平滑增长的过程，它和消费能力、需求能力紧密相关。产业弥补式的增长特性使得在对待一个产业时需要有收放自如的控制力，不能过分的打压。但是中国经济增长轨迹的变化将被缓慢启动，调整的模式具有明显的需求先导型、产业内部深化等特点。此外，中国经济将步入一个较长时期的“次高速经济增长时期”，人们原来所想象的各种增长模式大转变并非想象得那么迅猛。

2.重点关注的新兴战略产业领域

1)新能源领域：重点关注的对象包括水电、核电、风力发电、太阳能发电、沼气发电、地热利用、煤的洁净利用、和新能源汽车等。此外，核电重大专项、大型油气田和煤层气开发、大型先进压水堆及高温气冷堆核电站也颇受关注。

2)新材料领域：重点关注的对象包括微电子和光电子材料和器件、新型功能材料、高性能结构材料、纳米材料和器件。

3)信息通信领域：重点关注的对象包括传感网、物联网，集成电路、平板显示、软件和信息服务，核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品，新一代宽带无线移动通信网，极大规模集成电路制造装备和成套工艺等专项。

4)生命科学领域：关注的对象包括转基因育种、干细胞研究，生物医药、生物育种，转基因生物新品种培育、重大新药创新、重大传染病防治。

二、新能源分类与特征

全国科学技术名词审定委员会审定公布新能源定义为：在新技术基础上，系统地开发利用的可再生能源。如核能、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等。具体来说，包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。所以概括的说新能源的两个重要的特点就是新技术和可再生。

世界新能源的分类可以分为三类：传统生物质能，大中型水电和新可再生能源。其中新可再生能源具体包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能(潮汐能)。据ICTresearch研究分析表明，未来的新能源有：波能、可燃冰、煤层气、微生物、第四代核能源等能源。

三、新能源行业发展现状

国际能源署(IEA)对2000年～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%。ICTresearch认为，IEA的研究过于保守，到2030年，可再生能源发电至少应占世界总电力的10%以上，要翻10～15倍。

1.中国新能源市场特征

中国风电资源主要是在东北、西北和内蒙古等地区，煤电资源主要在黑龙江、山西、内蒙古和甘肃西北等地。水电资源主要集中在西南地区，川渝云贵以及两湖两广地区。但是电力消费的中心却是在沿海地区，所以说我国能源的产生地区和电力消费中心是不匹配的，这对电网搭设和能源的利用都具有一定的考验。

2.中国新能源市场现状

1)光伏：市场短期的阴霾不掩长期灿烂，光伏辅料的国产化机会备受关注。光伏行业正在经历因产能扩张增速远大于需求增速而导致的供给过剩，全产业链面临价格下跌、利润水平下降的压力。ICTresearch认为短期内，从组件、电池片、硅片到多晶硅均面临利润被压缩的压力但长期看终端价格的下降有利于更早实现光伏平价上网，ICTresearch维持行业长期高景气的判断。

2)风电：行业整合加剧，行业龙头优势将愈加凸显，关注风机材料国产化的蓝海市场。短期供给过剩导致的全行业价格下行压力仍将持续。政策面对于风电制造业门槛的抬高和行业规范化治理的重视，将有利于风电行业走出无序竞争，提升行业集中度，未来行业将呈现强者恒强态势。

3)核电：安全风险巨大，等待政策明朗。由于日本核电事故造成的深远影响，各国相继出台政策计划逐步退役核电站国内政策并未改变目前的核电建设规划，但建设进度可能放缓，未来审批标准将愈见严格。

4)新型电池：新能源汽车和储能市场的量产启动可期，关注电池材料商的业绩释放。政策方面目前以示范运营先行，ICTresearch认为地方政府的扶持力度已经为新能源汽车运营提供了良好的政策环境充电/换电模式并行，为新能源汽车运营提供了必要的硬件设施。

四、细分产品详细分析

1.世界光伏市场发展历程

在能源紧缺、节能减排的格局下，太阳能的安全、无污染和资源无限等优良属性注定了太阳能必将成为人类的终极能源。光伏行业在政策扶持、成本下降、能源优势三大因素的引导下将长期高速发展。如图1所示。

2.中国与世界光伏市场规模现状

如图2、图3所示，中国2015年光伏装机量要达到10GW，这是因为中国政府对日本地震十分重视，重新检讨了能源结构，把新能源(PV)看做了重点。除了ICTresearch传统意义上要求光伏组件价格下降以便在有限的财政补贴内最大限度的推动光伏发展外，另外一个因素是电网建设。这主要是要解决长距离输送的问题，就是电网的建设(电网的覆盖范围要包含新疆、内蒙等)和输电成本的下降(主要包含超高压输电和直流输电等技术的突破)。随着今后国家输电网络的完善，给西北地区大规模光伏电站建设打下基础。但是，2011年多晶硅、硅片附加值、电池片附加值、组件附加值等各光伏产业链走势低位盘整。

3.光伏市场主要驱动因素及博弈方式

2011年8月1日，发改委网站正式发布非招标光伏项目实施统一上网电价。发改委将根据投资成本变化、技术进步情况等因素适时调整。如图4所示。

2011年8月12日，中国资源综合利用协会可再生能源专委会在京发布《中国光伏发电平价上网路线图》。《路线图》分析，按照以下假设：2009年光伏上网电价为1.5元/kWh，以后每年下降8%火电上网电价以后每年上涨6%。则到2014年，中国工商业用电价格首先超过光伏发电上网电价，率先实现“平价上网”。

4.光伏市场的细分产品现状

光伏逆变器是光伏系统核心功率调节组件，占整个并网光伏系统成本的10%～15%，具有较高的技术含量。目前全球逆变器市场主要被SMA所控制，市场份额高达40%以上KACO，FRONIUS，SIEMENS等第二梯队厂商占据了全球约30%的份额。目前，国内光伏逆变器生产企业处在成长阶段，发展潜力很大，但行业集中度高，进入难度大。

5.风电市场现状及分析

中国风电装机容量在经历了从2006至2009年连续4年翻倍成长后，2010年新增风电装机容量为1892万kW，再创历史新高，如图7所示。中国风能市场在未来几年行业增速将会下降，出现风机产能过剩严重的局面，风电采购电价补贴也将取消。ICTresearch预计从2012年开始，中国风电建设速度进入稳定增长期。

6.新型电池市场的细分产品现状

节能与新能源汽车示范推广工作开展两年多以来，示范推广已初具规模。截至目前，25个试点城市节能与新能源汽车总保有量超过1万辆，其中私人购买新能源汽车超过1千辆，建成充/换电站近100座，充电桩4500多个，示范运行总里程超过33000万公里。但节能与新能源汽车示范推广工作任务艰巨，还有较大的挑战，需要加强协作，共同推进。

2011年，国内锂离子电池的累计产量达到约22亿只，同比增长22%镍氢、镍镉等碱性二次电池的累计产量为约5.8亿只，同比增长20%，铅酸蓄电池累计产量为12000万千伏安时，同比增长9%。从单月的情况来看，锂离子电池产量增速从高位逐步回落镍氢、镍镉等碱性二次电池月产量增速触底反弹。铅酸电池的月产增速呈下降态势。

动力电池市场的放量仍需等待。对于市场最为关注的动力电池市场，ICTresearch认为前景不容质疑，但其放量启动的时点应该2013年左右。目前新能源汽车的发展正处在基础设施的完善、相关标准的确定和商业模式的确定等阶段，相关利益集团之间的博弈和定位的过程还都没结束。因此其真正启动拐点的到来仍需要一定的时间。对于空间同样广阔的储能市场，ICTresearch认为其发展时点应该在动力电池大规模应用之后，目前受制于高成本而难给行业带来实质影响。

五、行业整体策略建议

在面对这样一个潜力巨大的市场，新能源的产品厂商较多，种类较多，技术发展也比较快，所以竞争会比较激烈。因此，如何把握客户的需求，如何应对来自国际市场的金融压力，怎样去寻求更好的合作伙伴，怎样保持成本领先，技术领先，并具有环保优势等，这些问题都是我们应该深思熟虑的方面，解决这些问题，才能领跑新能源这个行业。

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。 中国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划， 中华人民共和国可再生能源法

并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。近年来在国家的大力扶持下，中国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。新能源（或称可再生能源更贴切）主要有：太阳能、风能、地热能、生物质能等。生物质能在经过了几十年的探索后，国内外许多专家都表示这种能源方式不能大力发展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展；地热能的开发和空调的使用具有同样特性，如大规模开发必将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，必将引起再一次生态环境变化；而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的健康能源，他们必将成为今后替代能源主流。 太阳能发电具有布置简便以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电，在德国甚至接近全国发电总量的5%-8%，随之而来的问题令我们意想不到，太阳能发电的时间局限性导致了对电网的冲击，如何解决这一问题成为能源界的一大困惑。 风力发电在19世纪末就开始登上历史的舞台，在一百多年的发展中，一直是新能源领域的独孤求败，由于它造价相对低廉，成了各个国家争相发展的新能源首选，然而，随着大型风电场的不断增多，占用的土地也日益扩大，产生的社会矛盾日益突出，如何解决这一难题，成了我们又一困惑。 早在2001年，MUCE就为了开拓稳定的海岛通信电源而开展一项研究，经过六年多研究和实践，终于将一种成熟的新型应用方式MUCE风光互补系统向社会推广，这种系统采用了中国自主研制的新型垂直轴风力发电机（H型）和太阳能发电进行10：3地结合，形成了相对稳定的电力输出。在建筑上、野外、通信基站、路灯、海岛均进行了实际应用，获得了大量可靠的使用数据。这一系统的研究成果将为中国乃至世界的新能源发展带来了新的动力。 新型垂直轴风力发电机（H型）突破了传统的水平轴风力发电机启动风速高、噪音大、抗风能力差、受风向影响等缺点，采取了完全不同的设计理论，采用了新型结构和材料，达到微风启动、无噪音、抗12级以上台风、不受风向影响等性能，可大量用于别墅、多层及高层建筑、路灯等中小型应用场合。以它为主建立的风光互补发电系统，具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点，也解决了太阳能发展中对电网冲击等影响。 随着能源危机日益临近，新能源已经成为今后世界上的主要能源之一。其中太阳能已经逐渐走入我们寻常的生活，风力发电偶尔可以看到或听到，可是它们作为新能源如何在实际中去应用？新能源的发展究竟会是怎样的格局？这些问题将是我们在今后很长时间里需要探索的。

能源是现代社会赖以生存和发展的基础，清洁燃料的供给能力密切关系着国民经济的可持续性发展，是国家战略安全保障的基础之一。可再生能源主要包括太阳能、风能、地热能、生物能海洋能等。全球风电发展最快的国家是德国，菲律宾、萨尔瓦多、肯尼亚、尼加拉瓜

能源是现代社会赖以生存和发展的基础，清洁燃料的供给能力密切关系着国民经济的可持续性发展，是国家战略安全保障的基础之一。可再生能源主要包括太阳能、风能、地热能、生物能海洋能等。全球风电发展最快的国家是德国，菲律宾、萨尔瓦多、肯尼亚、尼加拉瓜和冰岛等国地热能利用率很高，英国积极开发和利用海洋能，德国的生物能利用技术世界领先。

风能

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、制冷和致热等。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，由广阔的开发前景。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。

全球风电发展最快的国家是德国(1697.6万千瓦)、西班牙(826.3万千瓦)、美国(674万千瓦)、丹麦(311.7万千瓦)以及印度(300万千瓦)。德国应用先进的风力发电和光伏发电技术等可再生能源的利用，使得2002年全国6.8%的电力来自可再生能源。到2020年德国将有20%的电力来自可再生能源。

由于风电属于新能源范畴，无论是成本还是技术同传统的火电、水电相比还有较大的差距，因而风电的快速发展需要国家政策的大力扶持。中国对风电的政策支持由来已久，力度也越来越大，政策支持的对象也由过去的注重发电转向了注重扶持国内风电设备制造。

地热

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，仅地下10千米厚的一层，储热量就达1.05×1026焦耳，相当于9.95×1015标准煤所释放的热量。地热能在世界很多地区应用相当广泛。

地热能(资源)可以被用来取暖，也可以用于发电。做何种应用取决于资源的温度范围，资源的经济开发取决于地热田的资源特性和地理位置。地源热泵是低温地热资源的一种利用形式，被广泛用于建筑物的取暖和制冷。地热发电在世界范围内也取得广泛应用，在过去的50内年增长率为7%。目前，利用先进技术，用于发电的地热资源可以低于100℃。2004年，全球25个国家的地热发电装机总计达到873.5万千瓦，每年发电546亿千瓦时。地热发电厂的功率因素在70%-95%之间，适合于带基荷。在有些国家，地热发电开发利用率很高，可达到全部电力供应的13%-16%。这些国家是菲律宾、萨尔瓦多、肯尼亚、尼加拉瓜和冰岛。地热发电成本在可再生能源应用中是最低的，可以低至4-5美分/千瓦时。

目前，我国除青海、云南、贵州等少数省区外，其他省区都在不同程度地推广地源热泵技术。目前，全国已安装地源热泵系统的建筑面积超过3000万平方米。据不完全统计，截至2006年底，中国地源热泵市场年销售额已超过50亿元，并以20%的速度在增长。

海洋能

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。

英国在海洋能利用上走在世界前列。从70年代以来，制定了强调能源多元化的能源政策，鼓励发展包括海洋能在内的多种可再生能源。1992年为实现对资源和环境的保护，又进一步加强了对海洋能源的开发利用，把波浪发电研究放在新能源开发的首位，曾因投资多，技术领先而著称。潮汐发电是潮汐能最主要的利用方式，其原理是利用潮水涨落产生的水位差来发电。SeaGen潮汐能源系统长约37米，好似一个“水下风车”，旋翼由潮汐流带动工作。潮汐发电机的原理与风力发电类似，只不过把风力推动改为潮汐和水流推动，由此而产生更为环保的电力。该系统自2008年5月开始试运行，于2008年7月联入英国国家电网，现发电能力12兆瓦，可满足大约1000户家庭的平均用电需求，位居世界潮汐能系统发电量首位。

我国海洋能开发已有近40年的历史，迄今建成的潮汐电站8座，80年代以来浙江、福建等地对若干个大中型潮汐电站。我国的海洋发电技术已有较好的基础和丰富的经验，小型潮汐发电技术基本成熟，已具备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小，单位千瓦造价高于常规水电站，水工建筑物的施工还比较落后，水轮发电机组尚未定型标准化。

生物能

生物质是一种多样性的能源资源，在世界范围内有着广泛的应用，主要有作物的残余物，例如谷类的秸秆、稻壳、棕榈油、甘蔗渣、城市固体废弃物、森林废弃物，以及来自畜禽养殖场和工业处理过程中的有机废水。生物质能源的主要利用形式有：大型火电系统，例如直接燃烧生物质或与煤混燃产生蒸汽发电和供热；大型生物质气化发电系统(10MW以上)；每年集中处理农场和工业有机废水1万吨以上的厌氧发酵供热发电系统；垃圾填埋气回收供热和发电系统；还有生物油的生产(乙醇、生物柴油等等)。

欧盟15国，2000年全部电力的1.5%来自于生物质能，并计划将生物质能的开发作为其实现2010年22%可再生能源发电目标的主要内容。德国在利用厌氧发酵处理废弃物发电技术方面，走在了世界的前列，目前已有1900个厌氧发酵厂，2004年装机27万千瓦。

目前我国生物质能源的发展面临一些瓶颈问题，包括生物质资源不足、品质不佳、收集困难、难于转化；生物质催化与转化效率低下，过程能耗和水耗高；生物转化工艺难以低成本规模化放大以及生物能源终端产品品质不佳、产品标准欠缺等。

风力发电科技名词定义

中文名称：风力发电 英文名称：wind power generation，wind powerwind power generation 其他名称：风电 定义1：将风所蕴含的动能转换成电能的工程技术。 所属学科：电力（一级学科）；可再生能源（二级学科） 定义2：以风力作为动力，带动发电机将风能转化为电能。 所属学科：资源科技（一级学科）；能源资源学（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。

目录

简介

原理多大的风力才可以发电

风力发电的输出

风力发电的节约程度

种类概述

水平轴风力发电机

垂直轴风力发电机

达里厄式风轮

双馈型感应发电机

马格努斯效应风轮

径流双轮效应风轮

中国的风能资源概况

中国自主知识产权产品的介绍

风能市场概况全球风电市场状况

中国风电总体市场

中国风电区域发展状况

风力发电的前景

优缺点优点

缺点

简介

原理 多大的风力才可以发电

风力发电的输出

风力发电的节约程度

种类 概述

水平轴风力发电机

垂直轴风力发电机

达里厄式风轮

双馈型感应发电机

马格努斯效应风轮

径流双轮效应风轮

中国的风能资源 概况

中国自主知识产权产品的介绍

风能市场概况 全球风电市场状况

中国风电总体市场

中国风电区域发展状况

风力发电的前景

优缺点 优点

缺点

展开

风是一种潜力很大的新能源，十八世纪初，横扫英法两国的一次狂暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦；一马力等于0．75千瓦)的功率!有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。 利用风力发电的尝试，早在二十世纪初就已经开始了。三十年代，丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用，它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。不过，当时的发电量较低，大都在5千瓦以下。 目前，据了解，国外已生产出15，40，45，100，225千瓦的风力发电机了。1978年1月，美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的200千瓦风力发电机，其叶片直径为38米，发电量足够60户居民用电。而1978年初夏，在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置，其发电量则达2000千瓦，风车高57米，所发电量的75%送入电网，其余供给附近的一所学校用。 1979年上半年，美国在北卡罗来纳州的蓝岭山，又建成了一座世界上最大的发电用的风车。这个风车有十层楼高，风车钢叶片的直径60米；叶片安装在一个塔型建筑物上，因此风车可自由转动并从任何一个方向获得电力；风力时速在38公里以上时，发电能力也可达2000千瓦。由于这个丘陵地区的平均风力时速只有29公里，因此风车不能全部运动。据估计，即使全年只有一半时间运转，它就能够满足北卡罗来纳州七个县1%到2%的用电需要。

原理

把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。（大型风力发电站基本上没有尾舵，一般只有小型（包括家用型）才会拥有尾舵） 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同） 由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。 铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内。 发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机＋充电器＋数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

多大的风力才可以发电

一般说来，三级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定，一台55千瓦的风力发电机组，当风速为每秒9.5米时，机组的输出功率为55千瓦；当风速每秒8米时，功率为38千瓦；风速每秒6米时，只有16千瓦；而风速每秒5米时，仅为9.5千瓦。可见风力愈大，经济效益也愈大。 在我国，现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。 我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。

风力发电的输出

风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。 通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率输出。

风力发电的节约程度

使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个15W的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习；城市小高层楼顶也可用风力电机，这不但节约而且是真正绿色电源。家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务，使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。

种类

概述

尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。

水平轴风力发电机

水平轴风力发电机科分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动。对于小型风力发电机，这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。 风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机，风轮在塔架后面的则成为下风向风机。水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的再一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。

垂直轴风力发电机

wind turbine

垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。 利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置；S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。

达里厄式风轮

是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。

双馈型感应发电机

随着电力电子技术的发展，双馈型感应发电机（Double-Fed Induction Generator）在风能发电中的应用越来越广。这种技术不过分依赖于蓄电池的容量，而是从励磁系统入手，对励磁电流加以适当的控制，从而达到输出一个恒频电能的目的。双馈感应发电机在结构上类似于异步发电机，但在励磁上双馈发电机采用交流励磁。我们知道一个脉振磁势可以分解为两个方向相反的旋转磁势，而三相绕组的适当安排可以使其中一个磁势的效果消去，这样一来就得到一个在空间旋转的磁势，这就相当于同步发电机中带有直流励磁的转子。双馈发电机的优势就在于，交流励磁的频率是可调的，这就是说旋转励磁磁动势的频率可调。这样当原动机的转速不定时，适当调节励磁电流的频率，就可以满足输出恒频电能的目的。由于电力电子元器件的容量越来越大，所以双馈发电机组的励磁系统调节能力也越来越强，这使得双馈机的单机容量得以提高。虽然，部分理论还在完善当中，但是双馈反应发电机的广泛应用这一趋势将越来越明显。 风力发电，不合国情国内纷纷上马的风力发电厂大多是形象工程。工信 风力发电原理图

部副部长苗圩近日语出惊人，他认为中国风沙伴存，风电设备受风沙磨损大，上马太多风电项目不合我国国情。苗圩说，国外有风地方没有沙，比如说是海洋风。苗圩说：中国是有风的地方就有沙，风沙对风力发电设备磨损非常厉害。现在风能发电风机应该是20年的寿命，但是如果有风沙的侵蚀寿命还到不了20年。再过5年，寿命肯定要出问题，特别是甘肃那个千万千瓦级的风力发电站典型的形象工程。就此话题，苗圩表示，能源布局的重点，应该是供给端和使用端要做到平衡。而现状是高级能源拉着低级能源运转。苗圩举例说，湖北本来水电是优势，三峡的电应该更多留在湖北用，这是最好的清洁能源。但是现在却把湖北的电运到东部区，湖北再从周边买煤运到湖北，引发一连串的效应，河南就不够用了，就再到山西、山东甚至到新疆去运煤。进行全国大旅行，全国铁路货运一半用来运送煤炭。这是多大的物流成本，多大的浪费。据报道，甘肃酒泉千万千瓦级风电基地于2008年8月全面启动，标志着中国正式步入了打造风电三峡工程阶段。据气象部门最新风能评估结果表明，酒泉风能资源总储量为1.5亿千瓦，可开发量4000万千瓦以上，可利用面积近1万平方公里。

马格努斯效应风轮

马格努斯效应风轮，由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。

径流双轮效应风轮

径流双轮效应或叫双轮效应是一种新型风能转化方式。 首先它是一种双轮结构，相对于水平轴流式风机，它是径流式的，同已有的立轴式风机一样都是沿长轴布设桨叶的，直接利用风的推力旋转工作的,单轮立轴风轮因轴两侧桨叶同时接受风力而扭矩相反，相互抵消，输出力矩不大。设计为双轮结构并靠近安装，同步运转，就将原来的立轴力矩输出对桨叶流体力学形状的依赖进而改变为双轮间的利用转动产生涡流力的利用，两轮相互借力，相互推动；而对吹向两轮间的逆向风流可以互相遮挡，进而又依次轮流将其分拨于两轮的外侧，使两轮外侧获得有叠加的风流，因此使双轮的外缘线速度可以高于风速，双轮结构的这种互相助力，主动利用风力的特点产生了“双轮效应”。 相比有些单轮式结构风机中采用外加的遮挡法、活动式变桨矩等被动式减少叶轮回转复位阻力的设计，体现了积极利用风力的特点。因此这一发明的不仅具有实用作用，促进风力利用的研究和发展，而且具有新的流体力学方面的意义。它开辟了风能发展的新空间，是一项带有基础性质的发明，这种双轮风机具有的设计简捷，易于制造加工，转数较低，重心下降，安全性好，运行成本低，维护容易，无噪音污染等明显特点，可以广泛普及推广，适应中国节能减排需求，大有市场前景。

中国的风能资源

概况

我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。而2003年底全国电力装机约5.67亿kW。 风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。

中国自主知识产权产品的介绍

二十世纪九十年代，我国的独立电源系统主要采用水平轴风力发电机和太阳能光伏系统来供应电力，主要应用于通信基站、边防哨所、海岛部队等特殊场合，主要是面向部队的一套后勤保障系统。 经过一定时间的应用后，发现诸多问题。如台风期间的设备损坏严重；噪音大，影响人员正常休息；对通信设备的干扰，使得某些设备无法正常运转。这些问题的各种风力发电设备(5张)发生使得部队正常通讯受到了影响。 2001年，为了解决这些问题，召集相关单位展开讨论，作为部队通信产品配套厂家的上海模斯电子设备有限公司也受到了邀请。会后，经过一定时间的调研和研究，MUCE公司提出承担此项科研攻关的重任，得到了部队领导的同意，并下达指示，必须尽快拿出技术方案并作出样机。 在西军电、西交大、上复旦、上同济等高校一批专家的配合下，上海模斯电子设备有限公司成功研制出了世界上第一台新型(H型)垂直轴风力发电机，并装机试验成功，获得了基础数据和实际经验。（这也成为了全球首台新型垂直轴风力发电机诞生日）在后续的一年里，MUCE对产品进行无数次改进和测试，2002年底产品通过了各项测试，并达到了各项设计要求。 2002年底至今，MUCE先后在部队安装了60多套垂直轴风力发电机和风光互补系统。 由深圳诚远公司生产的风光互补路灯供电系统是综合利用太阳能和风能的一种新兴的道路照明系统。单独的太阳能或风能供暖系统，由于受时间和地域的约束，很难全天候利用太阳能和风能资源。而太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性，白天光照强时风小，夜间光照弱时，风能由于地表温差变化大而增强，太阳能和风能在时间上的互补性是风光互补路灯供电系统在资源利用上的最佳匹配。该系统节能环保、可再生、取之不尽、用之不竭，必将成为今后替代其它道路照明系统成为主流。系统工作时，太阳能集热器收集太阳辐射能量发电（白天），通过专用线路传入电力控制系统，蓄存、派发。风力发电机全天候使用风能，将风能转化成电能，再通过控制器整流，给蓄电池组充电。 上海麟风风能科技有限公司是一家将会改变行业结构和产业格局的创新型风能科技公司，从2005年起开始进入上海，对垂直轴风力发电机包括从空气动力学，到材料、结构、发电机等多方面进行系统研发，现已在垂直轴风力发电机这一世界级难题的项目中取得突破。2007年12月28日迁入上海市金山工业区进行规模化生产。 上海麟风200瓦、300瓦、500瓦、1000瓦、3000瓦和10千瓦的产品已经开始规模化销售，超小型10瓦机型已完成样机制作并通过风洞实验，进入规模化销售阶段，同时开始已经开始设计、制造可变“攻角”50千瓦风机，并着手500千瓦和1000千瓦产品机构设计。

风能市场概况

全球风电市场状况

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。 随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。自2004年以来，全球风力发电能力翻了一番，2006年至2007年间，全球风能发电装机容量扩大27%。2007年已有9万兆瓦，这一数字到2010年将是16万兆瓦。预计未来20-25年内，世界风能市场每年将递增25%。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。

中国风电总体市场

“十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。2006年，中国风电累计装机容量已经达到260万千瓦，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。2007年我国风电产业规模延续暴发式增长态势，截至2007年底全国累计装机约600万千瓦。2008年8月，中国风电装机总量已经达到700万千瓦，占中国发电总装机容量的1%，位居世界第五，这也意味着中国已进入可再生能源大国行列。 2008年以来，国内风电建设的热潮达到了白热化的程度。2009年，中国（不含台湾地区）新增风电机组10129台，容量13803.2MW，同比增长124%；累计安装风电机组21581台，容量25805.3MW。2009年，台湾地区新增风电机组37台，容量77.9MW；累计安装风电机组227台，容量436.05MW。

中国风电区域发展状况

从各地区发展来看，截止到2009年12月31日，中国风电累计装机超过1000MW的省份超过9个，其中超过2000MW的省份4个，分别为内蒙古（9196.2MW）、河北（2788.1MW）、辽宁（2425.3MW）和吉林（2063.9MW）。内蒙古2009年当年新增装机5545.2MW，累计装机9196.2MW，实现150%的大幅度增长。 省（自治区、直辖市）和地区 2008年累计 2009新增 2009年累计

内蒙古 3650.99 5545.17 9196.16

河北 1107.7 1680.4 2788.1

辽宁 1224.26 1201.05 2425.31

吉林 1066.46 997.4 2063.86

黑龙江 836.3 823.45 1659.75

山东 562.25 656.85 1219.1

甘肃 639.95 548 1187.95

江苏 645.25 451.5 1096.75

新疆 576.81 443.25 1002.56

宁夏 393.2 289 682.2

广东 366.89 202.45 569.34

福建 283.75 283.5 567.25

山西 127.5 193 320.5

浙江 190.63 43.54 234.17

海南 58.2 138 196.2

北京 64.5 88 152.5

上海 39.4 102.5 141.9

云南 78.75 42 120.75

江西 42 42 84

河南 48.75

48.75

湖北 13.6 12.75 26.35

重庆

13.6 13.6

湖南 1.65 3.3 4.95

广西

2.5 2.5

香港 0.8

0.8

小 计 12019.6 13803.2 25805.3

台湾地区 358.15 77.9 436.05

总 计 12377.75 13881.1 26341.35

资料来源：中国风能专业委员会 2010年统计

风力发电的前景

中国新能源战略开始把大力发展风力发电设为重点。按照国家规划，未来15年，全国风力发电装机容量将达到2000万至3000万千瓦。以每千瓦装机容量设备投资7000元计算，根据《风能世界》杂志发布，未来风电设备市场将高达1400亿元至2100亿元。 中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。2009年该行业的利润总额将保持高速增长，经过2009年的高速增长，预计2010、2011年增速会稍有回落，但增长速度也将达到60%以上。 风电发展到目前阶段，其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。风电的优势在于：能力每增加一倍，成本就下降15%，近几年世界风电增长一直保持在30%以上。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。

优缺点

优点

1、清洁，环境效益好； 2、可再生，永不枯竭； 3、基建周期短； 4、装机规模灵活。

缺点

1、噪声，视觉污染； 2、占用大片土地； 3、不稳定，不可控； 4、目前成本仍然很高。

三峡电站初期的规划是26台70万千瓦的机组，也就是装机容量为1820万千瓦，年发电量847亿度。后又在右岸大坝“白石尖”山体内建设地下电站，建6台70万千瓦的水轮发电机。在加上三峡电站自身的两台5万千瓦的电源电站。总装机容量达到了2250万千瓦，年发电量1000亿度。

2009年底,全国发电装机总量8.74亿千瓦,2009年全国发电量为34334亿千瓦时,火电占到总发电量的82．6％。水电装机占总装机容量的24．5％，核电发电量占全部发电量的2．3％，可再生能源主要是风电和太阳能发电，总量微乎其微。

所以三峡电站的装机容量大概占全国装机容量的2%，发电量占全国发电量的2.5%。

三峡水电站，即长江三峡水利枢纽工程，又称三峡工程。中国湖北省宜昌市境内的长江西陵峡段与下游的葛洲坝水电站构成梯级电站。

三峡水电站是世界上规模最大的水电站，也是中国有史以来建设最大型的工程项目。而由它所引发的移民搬迁、环境等诸多问题，使它从开始筹建的那一刻起，便始终与巨大的争议相伴。三峡水电站的功能有十多种，航运、发电、种植等等。三峡水电站1992年获得中国全国人民代表大会批准建设，1994年正式动工兴建，2003年六月一日下午开始蓄水发电，于2009年全部完工。

人类生存和发展的三要素

物质、能量与信息。

因此，能源的发展史直接影响人类的发展史。

我们人类生存与发展中最具有决定性意义的要素是三个：¾¾ 物质、能量和信息。

组成我们的世界是物质；人类生存活动决定于对信息的认知和反应；而维持生命，从事发展的活动又地要通过消耗能量来进行。

一切能量来自能源，人类离不开能源。能源是人类生存、生活与发展的主要基础。能源科学与技术，能源利用的发展在人类社会进步中一直扮演着及其重要的角色。

能源发展的里程碑可以这么说，每一次能源利用的里程碑式发展，都伴随着人类生存与社会进步的巨大飞跃。几千年来，在人类的能源利用史上，大致经历了这样四个里程碑式的发展阶段：原始社会火的使用，先祖们在火的照耀下迎来了文明社会的曙光；18世纪蒸汽机的发明与利用，大大提高了生产力，导致了欧洲的工业革命；19世纪电能的使用，极大地促进了社会经济的发展，改变了人类生活的面貌；20世纪以核能为代表的新能源的利用，使人类进入原子的微观世界，开始利用原子内部的能量。

未来对能源的要求

有足够满足人类生存和发展所需要的储量，并且不会造成影响人类生存的环境污染问题。

未来对能源的需求 未来的人类社会依然要依赖于能源，依赖于能源的可持续发展。因此，我们须现在就很清楚地了解地球上的能源结构和储量，发展必须开发的能源利用技术，才能使人类的生存得于永久维持。

而我们赖于生存的能源是取之不尽用之不完的吗？回答是：不是，也是。事实上，进入21世纪后，人类目前技术可开发的能源资源已将面临严重不足的危机，当今煤、石油和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，甚至不能维持几十年。因此，必须寻找可持续的替代能源。而近半世纪的核能和平利用，已使核能已成为新能源家属中迄今为止能替代有限矿石燃料的唯一现实的大规模能源。而且，未来如能实现核能的彻底利用，人类的能源将是无穷的。

除了物质、能量和信息三大因素外，人类对安全的要求也越来越重要了。安全包括社会安全、健康安全和环境安全等。它们同能源的关系也是非常密切的。现在利用的能源已造成了大量的环境污染问题，严重影响了人类的生存。因此，未来对能源的要求将不仅是储量充足，而且还必须是清洁的能源。相对其它化石能源而言，核能的和平利用已充分证明了核能是清洁的能源之一。

u 能源的定义与源头

究竟什么是“能源”呢？《科学技术百科全书》是这样说的：“能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源”；《大英百科全书》说：“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”。可见，能源是呈多种形式的、可以相互转换的能量的源泉。简而言之，能源是自然界中能为人类提供能量的物质资源。

能源的源头

来自地球以外天体的能源（如太阳能）、地球本身蕴藏的能源（如地热、核能）、地球与其它天体相互作用产生的能源（如潮汐）。

而能源是产生能量的源头。

人们通常按形态与应用方式对能源进行分类。一般分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中，前三类统称化石燃料或化石能源。已被人类认识的这些能源，在一定条件下可以转换为人们所需的各种形式的能量。比如薪柴和煤炭，加热到一定温度，能和氧气化合并放出大量热能，可以直接用来取暖，也可用来产生蒸汽推动汽轮机，再带动发电机，使热能变成机械能，再变成电能。把电送到工厂、机关和住户，又可以转换成机械能、光能或热能。

在我们生活的地球上，能源形形色色。总起来说有三个初始来源。

太阳能

地球

来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。

地球本身蕴藏的能量 通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。

与地球内部的热能有关的能源，我们称之为地热能。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。地壳就是地球表面的一层，一般厚度为几公里至70公里不等。地壳下面是地幔，它大部分是熔融状的岩浆，厚度为2900公里。火山爆发一般是这部分岩浆喷出。地球内部为地核，地核中心温度为2000度。可见，地球上的地热资源贮量也很大。

与原子核反应有关的能源正是本书要介绍的核能。原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量，称为原子核能，简称核能，俗称原子能。它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源，以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外，还可以用作其它类型的动力源、热源等。

来自星球引力的能量指由于地球与月球、太阳等天体相互作用的形成的能源。地球、月亮、太阳之间有规律的运动，造成相对位置周期性的变化，它们之间的引力随之变化使海水涨落而形成潮汐能。与上述二类能源相比，潮汐能的数量很小。全世界的潮汐能折合成煤约为每年30亿吨，而实际可用的只是浅海区那一部分，每年约可折合为6000 万吨煤。

u 能源结构与储量

地球上有哪些能量资源可供我们使用？它们还能维持多久？我们该怎么办？

能源的种类

一次能源：煤炭、石油、核能等自然界天然能量资源；

二次能源：汽油、电力、蒸汽等人工制造的能量资源，

一次能源和二次能源能源按其生成方式，分为天然能源（一次能源）和人工能源（二次能源）两大类。天然能源是指自然界中以天然形式存在并没有经过加工或转换的能量资源，如煤炭、石油、天然气、核燃料、风能、水能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等；人工能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，如煤气、汽油、煤油、柴油、电力、蒸汽、热水、氢气、激光等。

常规能源和新能源其中，已被人类广泛利用并在人类生活和生产中起过重要作用的能源，称为常规能源，通常是指煤炭、石油、天然气、水能等四种。而新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。

煤的时代

能源结构的变迁历史上，伴随着新的化石资源的发现和大规模开采与应用，世界的能源消费结构经历了数次变革。18世纪的以煤炭替代柴薪，到19世纪中叶煤炭已经逐渐占主导地位。20世纪20年代，随着石油资源的发现与石油工业的发展，世界能源结构发生了第二次转变，即从煤炭转向石油与天然气，到20世纪60年代，石油与天然气已逐渐称为主导能源，动摇了煤炭的主宰地位。但是，20世纪70年代以来两次石油危机的爆发，开始动摇了石油在能源中的支配地位。以此同时，大部分化学能源的储量日益减少，并伴随着许多环境污染问题。

而人类对能源的需求却在与日俱增。例如主要能源形式 地球能源的储量估计

煤炭：～200年

石油、天然气：～50年

核能：无穷多

之一的电力消耗逐年增加。根据统计，人口若每30年增加一倍，电力的需求量每八年就要增加一倍。

于是，20世纪末，能源结构开始经历第三次转变，即从以石油为中心的能源系统开始向以煤、核能和其它再生能源等多元化的能源结构转变。特别是随着时间的推移，核能的比例将不断增长，并将逐步替代石油和天然气而成为主要的大规模能源之一。

化学能的储存量煤炭、石油、天然气还有多少年可以让人类开采利用？据世界能源会议统计，世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨，预计还可开采200年。探明可采石油储量共计1211亿吨，预计还可开采30～40年。探明可采天然气储量共计119万亿立方米，预计还可开采60年。必须指出的是，煤炭、石油等直接燃烧用来生产电能与热能实在太可惜了，且不说可能带来的环境污染，它们还是很好的化工原料呢！

水能及新能源的潜力那么水能呢？我们知道，水力是可以长期开发利用的。但是，在那些大面积缺水、水力资源不丰富的国家和地区怎么办？再说，水能还有个季节性的问题。这些都使水能无法成为世界能源结构中唯一的主力军。新能源中，太阳能虽然用之不竭，但代价太高，并且就目前的技术发展情况来看，在一代人的时间里不可能迅速发展和广泛使用。其它新能源也是如此。其它一些能源与水能相似，它们的规模受到环境、季节、地理位置等条件的限制，如风能、潮汐能、地热能等等。

易裂变核素

易发生裂变的原子只有铀-235（U235）、钚-239（Pu239）、铀-233（U233）三种。而天然存在的易裂变元素只有铀-235，钚-239可由铀-238生成，铀-233可由钍-232（Th232）生成。

易聚变核反应

氘（D2）-氚（D3）反应。氘和氚都是氢原子的同位素。氘天然存在，而氚极少，必须由人工生成（如由锂制造）。

核能--无穷的能源 核能分为裂变能和聚变能两种。目前人类能正在用于和平利用的只有裂变能。可控聚变能利用技术正在攻克。

天然铀的成份

天然铀中占99.3%为难裂变的铀-238，仅有0.714%为易裂变的铀-235。铀-238可通过吸收一个中子变成易裂变的钚-239。

作为发展核裂变能的主要原料之一的铀，世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨。如果利用得好，可用2400～2800年。

聚变反应主要来源于氘-氚的核反应，氘来可大量自海水，氚可来自锂。因此聚变燃料主要是氘和锂，海水中氘的含量为0.03克／升，据估计地球上的海水量约为138亿亿米3，所以世界上氘的储量约40亿万吨；地球上的锂储量虽比氘少得多，也有2000多亿吨，用它来制造氚，足够满足人类对聚变能的需求。这些聚变燃料所释放的能量比全世界现有能源总量放出的能量大千万倍。按目前世界能源消费的水平，地球上可供原子核聚变的氘和氚，能供人类使用上千亿年。如果人类实现了氘-氚的可控核聚变，核燃料就可谓“取之不尽，用之不竭了”，人类就将从根本上解决能源问题，这正是当前核科学家们孜孜以求的所以。聚变能源不仅丰富，而且安全、清洁。聚变产生的放射性比裂变小的多。

专家们预测，核能在未来将成为人类取之不尽的持久能源。

1.2 变脏的地球与干净的核电

本节要点：回答的问题以下问题：现有的能源还能维持多久？能源利用可以不污染环境吗？核能真是可持续能源吗？

u 能源的可持续发展

必须寻找一些既能保证有长期足够的供应量又不会造成环境污染的能源。

而目前人类面临的问题正是：能源资源枯竭；环境污染严重。

能源利用与环境的可持续发展

能源危机

目前世界上常规能源的储量有的只能维持半个世纪（如石油），最多的也能维持一、二百年（如煤）人类生存的需求。

今天，几乎所有的工业化国家都面临着两个关系到可持续发展的紧密相连的挑战：保证令人满意的长期能源供应和减少人类活动带给环境的影响。能源利用与环境的可持续发展已成为关系到人类未来生存与文明延续的一个重要问题。

能源供应危机今天的世界人口已经突破60亿，比上个世纪末期增加了2倍多，而能源消费据统计却增加了16倍多。无论多少人谈论“节约”和“利用太阳能”或“打更多的油井或气井”或者“发现更多更大的煤田”，能源的供应却始终跟不上人类对能源的需求。当前世界能源消费以化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部分则是以石油与天然气为主。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一二百年。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。

浓烟滚滚的火电厂

能源对环境的污染 另一方面，特别是利用化石能源的过程也直接影响地球的环境，使大气和水资源遭受严重污染。大气中主要的五种污染物是：氮氧化物（如NO与NO2）、二氧化硫（SO2）、各种悬浮颗粒物、一氧化碳（CO） 大气污染的主要源头

目前世界上最严重的大气污染来自化石能源燃烧造成的大气中二氧化碳量的增加。带来的主要后果是：酸雨、温室效应和臭氧层破坏。

和碳氢化合物（如CH4、C2H6、C2H4等）。其来源主要有三个方面：① 煤、石油等化石燃料的燃烧；② 汽车排放的废气；③ 工业生产（如各种化工厂、炼焦厂等）产生的废气。而其中燃烧化石燃料的火力发电厂是最大的固定污染源。

1. 多元化

世界能源结构先后经历了以薪柴为主、以煤为主和以石油为主的时代，现在正在向以天然气为主转变，同时，水能、核能、风能、太阳能也正得到更广泛的利用。可持续发展、环境保护、能源供应成本和可供应能源的结构变化决定了全球能源多样化发展的格局。天然气消费量将稳步增加，在某些地区，燃气电站有取代燃煤电站的趋势。未来，在发展常规能源的同时，新能源和可再生能源将受到重视。在欧盟2010年可再生能源发展规划中，风电要达到4000万千瓦，水电要达到1.05亿千瓦。2003年初英国政府公布的《能源白皮书》确定了新能源战略，到2010年，英国的可再生能源发电量占英国发电总量的比例要从目前的 3%提高到10%，到2020年达到20%。

2. 清洁化

随着世界能源新技术的进步及环保标准的日益严格，未来世界能源将进一步向清洁化的方向发展，不仅能源的生产过程要实现清洁化，而且能源工业要不断生产出更多、更好的清洁能源，清洁能源在能源总消费中的比例也将逐步增大。在世界消费能源结构中，煤炭所占的比例将由目前的26.47%下降到2025年的21.72%，而天然气将由目前的23.94%上升到2025年的28.40%，石油的比例将维持在37.60%～37.90%的水平。同时，过去被认为是“脏”能源的煤炭和传统能源薪柴、秸杆、粪便的利用将向清洁化方面发展，洁净煤技术（如煤液化技术、煤气化技术、煤脱硫脱尘技术）、沼气技术、生物柴油技术等等将取得突破并得到广泛应用。一些国家，如法国、奥地利、比利时、荷兰等国家已经关闭其国内的所有煤矿而发展核电，它们认为核电就是高效、清洁的能源，能够解决温室气体的排放问题。

3. 高效化

世界能源加工和消费的效率差别较大，能源利用效率提高的潜力巨大。随着世界能源新技术的进步，未来世界能源利用效率将日趋提高，能源强度将逐步降低。例如，以1997年美元不变价计，1990年世界的能源强度为0.3541吨油当量/千美元，2001年已降低到0.3121吨油当量/千美元，预计 2010年为0.2759吨油当量/千美元，2025年为0.2375吨油当量/千美元。

但是，世界各地区能源强度差异较大，例如，2001年世界发达国家的能源强度仅为0.2109吨油当量/千美元，2001～2025年发展中国家的能源强度预计是发达国家的2.3～3.2倍，可见世界的节能潜力巨大。

4. 全球化

由于世界能源资源分布及需求分布的不均衡性，世界各个国家和地区已经越来越难以依靠本国的资源来满足其国内的需求，越来越需要依靠世界其他国家或地区的资源供应，世界贸易量将越来越大，贸易额呈逐渐增加的趋势。以石油贸易为例，世界石油贸易量由1985年的12.2亿吨增加到2000年的21.2 亿吨和2002年的21.8亿吨，年均增长率约为3.46%，超过同期世界石油消费1.82%的年均增长率。在可预见的未来，世界石油净进口量将逐渐增加，年均增长率达到2.96%。预计2010年将达到2930万桶/日，2020年将达到4080万桶/日，2025年达到4850万桶/。世界能源供应与消费的全球化进程将加快，世界主要能源生产国和能源消费国将积极加入到能源供需市场的全球化进程中。

5. 市场化

由于市场化是实现国际能源资源优化配置和利用的最佳手段，故随着世界经济的发展，特别是世界各国市场化改革进程的加快，世界能源利用的市场化程度越来越高，世界各国政府直接干涉能源利用的行为将越来越少，而政府为能源市场服务的作用则相应增大，特别是在完善各国、各地区的能源法律法规并提供良好的能源市场环境方面，政府将更好地发挥作用。当前，俄罗斯、哈萨克斯坦、利比亚等能源资源丰富的国家，正在不断完善其国家能源投资政策和行政管理措施，这些国家能源生产的市场化程度和规范化程度将得到提高，有利于境外投资者进行投资。

三、启示与建议

1. 依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，走高效、清洁化的能源利用道路

中国有自己的国情，中国能源资源储量结构的特点及中国经济结构的特色，决定在可预见的未来，我国以煤炭为主的能源结构将不大可能改变，我国能源消费结构与世界能源消费结构的差异将继续存在，这就要求中国的能源政策，包括在能源基础设施建设、能源勘探生产、能源利用、环境污染控制和利用海外能源等方面的政策应有别于其他国家。鉴于我国人口多、能源资源特别是优质能源资源有限，以及正处于工业化进程中等情况，应特别注意依靠科技进步和政策引导，提高能源效率，寻求能源的清洁化利用，积极倡导能源、环境和经济的可持续发展。

2. 积极借鉴国际先进经验，建立和完善我国能源安全体系

为保障能源安全，我国一方面应借鉴国际先进经验，完善能源法律法规，建立能源市场信息统计体系，建立我国能源安全的预警机制、能源储备机制和能源危机应急机制，积极倡导能源供应在来源、品种、贸易、运输等方式的多元化，提高市场化程度；另一方面应加强与主要能源生产国和消费国的对话，扩大能源供应网络，实现能源生产、运输、采购、贸易及利用的全球化.

为了实现人类的可持续发展，我们必须减少CO2及其它有害气体的排放，创造一个绿色家园。从另外一个角度看化石能源的储量有限，根据有关数据分析，再过40年左右，石油将消耗所剩无几.

　为了实现人类的可持续发展，我们必须减少CO2及其它有害气体的排放，创造一个绿色家园。从另外一个角度看化石能源的储量有限，根据有关数据分析，再过40年左右，石油将消耗所剩无几；再过60年左右，天然气也将宣布告竭而煤炭资源按目前的消耗量也只能供人类使用200年左右。从人类自身生存环境和能源消耗两方面看，都迫使我们寻找其它可再生能源替代现在的常规化石能源。

新能源是指传统能源之外的各种能源形式。目前技术比较成熟，已经开始大规模利用的新能源是风能、太阳能、沼气、燃料电池这四种。本文介绍沼气、燃料电池等几种发电技术。

1燃料电池

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。按燃料电池所用原始燃料的类型，大致分为氢燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池和汽油燃料电池。燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。

使用燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，没有转动部件，理论上能量转换率为100%，装置无论大小实际发电效率可达40%～60%，可以实现热电联产联用，没有输电输热损失，综合能源效率可达80%，装置为集木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比，非常灵活。

燃料电池其原理与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极（负极即燃料电极和正极即氧化剂电极）以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名副其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。

燃料电池具有高效率、无污染、建设周期短、易维护以及成本低的特点，它不仅是汽车最有前途的替代清洁能源，还能广泛用于航天飞机、潜艇、水下机器人、通讯系统、中小规模电站、家用电源，又非常适合提供移动、分散电源和接近终端用户的电力供给，还能解决电网调峰问题。随着燃料电池的商业化推广，市场前景十分广阔。人们预测，燃料电池将成为继火电、水电、核电后的第四代发电方式，它将引发21世纪新能源与环保的绿色革命。

2005年，从事燃料电池开发的公司总投资额已超过10亿美元。据统计，2005年全球拥有50万个固定的（静止式）燃料电池装置，到2010年，将有250万户家庭使用燃料电池，同时全球拥有60万台燃料电池汽车，占世界汽车生产量的1%。

2沼气发电

沼气具有较高热值，与其他燃气相比，抗爆性能较好，是一种可再生的清洁能源。沼气一般在农村比较多使用，传统上大多利用沼气取暖、炊事和照明。沼气发电是随着沼气综合利用的不断发展而出现的一项新型沼气利用技术，它将沼气用作发动机燃料，驱动发电机产生电能。由于城市化进程大城市，利用垃圾沼气发电也成为了可再生能源的一大热点。在我国，上海，北京，深圳等大城市正在或准备建立垃圾沼气发电厂。我国第一家垃圾沼气发电厂是在1998年10月，在杭州天子岭垃圾填埋场建成。在我国，目前拥有1000万座沼气池。但总体上沼气应用范围不够广，利用率也比较低。我国城市垃圾量以每年6%～7%的速度递增，而我国90%以上的城市处理垃圾的方式采取的是填埋方式，许多大城市垃圾填埋场日处理垃圾在千吨以上，如果能变废为宝，我国可以明显减少对化石能源的依赖，减少石油进口。

在国外，沼气发电也是蓬勃发展，在2006年12月12日，世界上最大规模的利用垃圾沼气发电站在韩国建成并正式投入运营，发电规模为50MW级，这座沼气发电站生产的电力可为18万户家庭供电，它将替代韩国每年50万桶重油进口。在此之前，全世界50MW级的沼气发电站仅在美国有1座。

随着沼气发电站的容量提高，沼气发电并网运行将会对整个电力系统造成冲击，继电保护相关问题也会随着容量提高而变得突出。文献[沼气发电机并网一次主接线及继电保护配置的探讨]阐述了沼气发电机并网的接线方式及保护配置问题。

3潮汐发电

潮汐能发电的工作原理与一般的水力发电原理差不多。它建筑一条大坝把靠海的河口或者海湾与大海隔开，形成一个大水库，发电机组安装在拦海大坝里面，大部分机器在地面下，利用潮汐涨落的位能差来推动水力涡轮发电机组发电。

潮汐发电与水力发电的原理相似，它是利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程。具体地说，由于潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的，因此就使得潮汐发电出现了不同的型式，例如：（1）单库单向型，只能在落潮时发电。（2）单库双向型：在涨、落潮时都能发电。（3）双库双向型：可以连续发电，但经济上不合算，未见实际应用。

世界上第一座潮汐电站是法国的郎斯河口电站，其装机容量为240MW，年均发电量为544GWh。中国沿海已建成9座小型潮汐电站，1980年建成的江厦潮汐电站是我国第一座双向潮汐电站，也是世界上较大的一座，其总装机容量为3200kW，年发电量为10.70GWh。

世界较大的潮汐电站至今运行正常，证明潮汐发电在技术上是可行的，可是从20世纪80年代至今，近20年来几乎没有建新的潮汐电站，100MW级的潮汐电站没有一个建设投产。没建新的潮汐电站的原因主要是考虑电站的经济性和潮汐大坝对环境的影响。

4地热发电

地球是一个巨大的热仓库。其内部的热能根据科学家的推算，全球潜在地热能源的资源量约4×1013MW，相当于现在全球能耗的45×104倍。地热是一种洁净的可再生能源。地热发电是利用超过沸点的中、高温地热（蒸汽）直接进入并推动汽轮机，并带动发电机发电，或者通过热交换利用地热来加热某种低沸点的工作流体，使之变成蒸气，然后进入并推动汽轮机，带动发电机发电。最近发展起来的“热干研过程法”地热发电法不受地理限制，可以在任何地方进行地热开采。原理是首先将水通过压力泵压入地下4到6km深处，在此处岩石层的温度大约在200℃左右。睡在高温岩石层被加热后通过管道加压被提取到地面并输入一个热交换器中。热交换器推动汽轮发电机将地热转化成电能。而推动汽轮机工作的热水冷冻后再重新输入到地下供循环使用。

世界上第一座地热发电站要算是1904年在意大利的拉德雷诺建成的小型地热电站，它是用地热蒸汽推动涡轮机发电的，但功率很小，只点亮了5盏电灯。后来经过充实发展，目前该电站的装机容量已达548MW。当初这座电站虽然只能点亮5盏电灯，却开创了地热发电的历史。目前世界上最大的地热发电站装机容量已经达到了1000MW，位于美国加利福尼亚盖瑟尔斯。

我国地热发电在新中国成立后开始研究，于1970年，中国科学院在广东省丰顺县汤坑镇邓屋村建起了发电量60kW的地热发电站。这是我国第一座地热试验发电站。1976年，全世界海拔最高的地热发电站在我国羊八井盆地建成发电，现已兴起了一座崭新的地热城，地热开发利用正向综合性方向发展。目前，该电厂已有8台3000kW机组，总装机25MW，年发电量在拉萨电网中占到45％。羊八井地热发电站目前是我国最大的地热发电站。

结束语

本文综述了各种新能源发电技术的原理和研究现状，成本过高是限制它们大量推广应用的瓶颈，因此通过技术革新降低成本将是今后新能源发电技术的重要研究方向。虽然能源发电为未来人类解决能源短缺问题描绘了令人振奋的前景，但要使这幅蓝图真正成为现实的确还面临着诸多问题，需要科学家、研究人员和政府部门等来共同解决。相信随着科技的进步，电路电子器件的发展，新能源发电技术将会发挥出它们巨大的潜力，在电力系统中占据更重要的地位，为人类的持续发展铺平道路。