可再生能源包括哪些
可再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。
可再生能源(英语:Renewable Energy)是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能等非化石能源,是清洁能源。
可再生能源是绿色低碳能源,是中国多轮驱动能源供应体系的重要组成部分,对于改善能源结构、保护生态环境、应对气候变化、实现经济社会可持续发展具有重要意义。
这些能源在自然界可以循环再生,取之不尽,用之不竭,是清洁、绿色、低碳的能源。在人类历史进程中,有相当长的一段时间是完全依靠可再生能源的,如薪柴用于炊事、取暖、风力用于提水、磨面等。
历史发展:
随着蒸汽机和内燃机的发明,煤炭和石油逐渐成为主要能源,石油更是成为了各国争夺的对象。20世纪70年代初,国际上一些盛产石油的国家为了保护本国利益,纷纷联合起来,以石油为武器,与发达国家抗衡,于是西方一些人惊呼世界发生了“石油危机”。
这场“危机”在客观上激发了人们对能源供应安全的忧患意识,一些发达国家投入大量人力、物力和财力,制定并实施“阳光计划”,以摆脱在能源供应中依赖石油进口的被动局面,从而掀起了一场开发利用太阳能和其他可再生能源取代石油的科技创新发展热潮。
不同经济发展阶段的国家,能源发展战略有其不同的立足点。各国政府依据本国经济发展和能源状况,阶段性地调整发展战略目标以及自身的能源政策。综合分析,发达国家的能源发展战略代表了世界能源发展的新潮流;发展中国家的能源发展战略存在着重视各自国情,积极跟踪世界潮流的共性。不同经济发展阶段的国家,能源发展战略有其不同的立足点。而且,各国政府都在依据本国经济发展和能源状况,阶段性地调整发展战略目标以及自身的能源政策。综合分析,发达国家的能源发展战略代表了世界能源发展的新潮流;发展中国家的能源发展战略存在着重视各自国情,积极跟踪世界潮流的共性,也有我们可以借鉴之处,需要注意加强研究。1、当前世界各国能源战略的主要特点
1.1 能源安全是最重要的战略目标
在当前全球气候变化的形势下,以及意识到不可再生资源总有一天会日渐耗竭的背景下,随着紧缺的石油资源问题突出,国际油价持续攀升、各国对能源资源安全关注程度也随之普遍上升。维护国家能源安全是当今世界各国面临的重大课题,无论是发达国家,还是发展中国家都将保障能源安全作为国家能源战略的首要目标。
发达国家人均能耗高,需要大量进口补充境内能源资源的短缺,因此,能源发展战略除了考虑本国的资源因素外,极为注重涉及到国外资源开发利用的国际因素影响,甚至关注其他国家能源需求变化对国际能源市场的影响及对自身的影响程度。在历年的石油危机后,针对当前石油资源紧张的形势,发达国家以其较充沛的经济实力逐渐加大石油战略储备力度,建立和加强战略石油储备是发达国家保障能源安全的主要措施。而且,由于国家的经济实力强,对能源发展战略的考虑既重视近期的能源供应安全问题,又重视长远的能源可持续发展。发展中国家在国际竞争中处于弱势,多偏重于建立当前自身的能源安全供应体系。能源资源充裕的发展中国家已认识到利用资源优势发展国家经济的重要性,逐步加大了国家对国外企业开采和资源输出的控制。菲律宾明确国家能源和经济安全的底线是“确保实现国家能源60%自给自足”。巴基斯坦战略目标明确,突出增加本土能源比重,减少对外进口依赖的重要性,并对落实目标,做出了详尽的项目规划。乌克兰在经历了能源供应危机后,能源战略更加强调节能降耗、提高能源自主供应能力的必要性。墨西哥强调能源立法,同时,要及时分析阻碍国家能源发展的主要障碍,进行能源战略调整。
石油战略储备曾是以石油消费为主的发达国家应付石油危机的最重要手段,作为保障石油供应安全的这一战略措施也逐渐为发展中国家所效仿。现在,具有一定经济实力的国家为减少供应风险,都开始着手石油战略储备。石油战略储备已超出一般商业周转库存的意义,更重要的是取得主动,避免受制于人,有利于稳定国内经济发展,增强国际竞争力。
各国能源战略最突出的变化特点就是以减少石油消费、减少进口能源依存度为主要目标。在当前可再生能源尚未能够实现全面替代的形势下,节能是实现这个目标最现实、收效最快的措施。历史上,发达国家曾以减少石油消费的战略赢得了更大的市场利益,在20世纪70年代石油危机的后的20年内,迫使石油价格处于甚至低于10美元/桶的低价运行时期。当前更加强调综合利用法律、经济和技术等手段鼓励节能,从开采、加工、运输、利用和消费等多环节深挖节能潜力,发展节能产业。为达到节能目的,利用市场和企业、消费者行为开发节能机械、节能汽车等;取消石油价格管制,主张由市场机制调节能源供求关系,对能源企业进行私有化改革,提高资源配置能力,加强勘探等措施。
各国经济持续发展和人民生活水准提高的要求,必将加大能源资源的消费量。如何减缓能源消费的增速,只有提高能源效率、加强节能。各国不同程度地采取立法、经济激励、政府补贴、自愿协议和广泛宣传等各种政策措施,并且相互借鉴有成效的举措,体现在各自的能源发展战略中。近年来全球气候变暖,生物多样性锐减,气候灾害频繁的形成与人类过度地消耗化石能源存在密切的因果关系。虽然能源给当代人的生活带来了一定的舒适和便利,但是全球能源消耗量持续增加的趋势不仅对世界能源供应是严峻的挑战,而且给全球减少温室气体排放带来巨大压力。当人类生存环境遭到严重破坏后,很难逆转。
越来越多的国家在制定本国能源战略和政策时,已将环境因素放在优先考虑的地位。不少国家的能源战略强调发展新能源替代化石能源和实现《京都议定书》的温室气体控制目标。在《京都议定书》建立的减、限排温室气体总量机制下,大气中温室气体排放空间凸显为一种稀缺性的经济资源,拥有了这种资源就等于拥有了温室气体排放权和经济发展空间。依据《京都议定书》的规定,可以出售多余的二氧化碳排放配额。美国为了国内集团利益拒绝批准《京都议定书》,俄罗斯于2004年11月批准了《京都议定书》。
由此可见,能源的战略选择不仅是能源本身的问题,也是经济利益的问题,环境保护和人类生存的问题。能源发展在经济发展的推动下,正越来越受到环境因素的制约,能源战略目标由单纯强调能源供应向3E(Energy,Economy,Environment)方向发展,即能源、经济与环境的协调发展转变。 各国的国家能源战略均加重强调实现保障能源安全需要全方位的措施,不过度依赖单一的能源形式,减少经济发展对石油、煤炭、天然气的依赖程度,战略的核心是安全、环境和效益。各国的能源战略都出现了“多元化”的宇样,其含义是非常深刻的:一是能源资源种类的多元化,这可以带来能源产业的繁荣,同时将促进能源科学技术的飞速发展;二是以保障石油安全为核心,积极开拓新的石油供应基地,实现能源进口渠道的多元化,并且各国都有意识地避开主要从中东地区进口的做法,将多元化进口的目标锁定在其他具有一定油气资源输出能力的拉美、非洲或东欧地区。三是关注全球资源状况,将资源开发重心由境内移向境外。无疑,这一策略的普遍采用,又必然将带来新的矛盾和问题。虽然对于能源资源出口国,是本国经济发展的太好契机,但是也会相应带来一些争端,如国内资源保护派的激烈反对,或者贸易国之间各种各样的资源争夺战,由此可能会引发出新的一类局势不稳定问题。
由于石油价格的暴涨,各发达国家的能源结构逐渐发生了变化。坚定不移地奉行能源多元化战略,积极寻求替代石油资源,开发核能、氢能和其他新能源,甚至适度发展国内的煤炭工业,以降低对进口石油的过度依赖程度。重新认识煤炭,加快洁净煤技术的研发和推广。
为确保能源供给的自主性,能源发展的可持续性,21世纪以来全世界已形成转变以石油为主的能源经济,积极开发可再生能源的新高潮。各国能源发展战略措施各有侧重,有的国家积极发展风电、有的国家积极发展核电,但都是以逐步替代油气资源为核心展开的一系列研究方案。可再生能源技术和清洁能源技术的创新将成为世界能源未来发展的制高点,世界能源市场将由目前的资源型转向未来的技术型,是一场更具竞争性的挑战。
从可再生能源发展的状况分析,欧盟是世界上最推崇发展可再生能源的国家集团,其发展可再生能源的战略是:在全面发展的同时,突出风力发电、太阳能发电、生物质液体燃料技术的开发和应用。发展可再生能源方面所采取的主要措施是:制定具体目标、落实经济政策、建立研发队伍、培育产业基础、建立市场氛围、鼓励企业竞争。目前欧洲已成为风力发电、光伏发电技术和市场发展的中心。
印度和巴西是发展中国家发展可再生能源的榜样。印度注重根据自身条件,寻找突破口,所采取的策略是:风力发电以市场换技术,市场规模和产业技术同步发展;适度发展太阳能;生物质能源则以解决农村能源为主;氢能研发有所投入,跟随国际潮流。巴西坚持能源多样化和多渠道,因地制宜发展生物质能源的能源发展战略:依靠水电和生物液体燃料资源优势,减少石油进口,保障国家能源安全,2004年的生物液体燃料产量达到了1500万t,处于世界领先地位,甚至出口生物质能源促进经济发展。
不但一个国家的不可再生能源资源是有限的,而且全球的不可再生能源资源也是有限。资源的有限性与各国能源战略区域向境外转移的特点,意味着国际间的能源资源争夺正在加剧。与过去不同,各国发展所面临的外部环境发生了重大的变化,不能再靠殖民地的方式掠夺资源。资源与市场的国际化,使各国政府意识到,必须加强与能源生产国的外交往来,保证能源供应的来源;同时,必须加强能源消费国之间能源合作,形成联盟,增强话语权,抵御能源价格的上涨。资源进出口国之间的外交关系、资源国之间的战略联盟(如OPEC)的合作以及资源进口国之间的战略联盟(如IEA)的竞争与合作关系更加微妙。突出体现在国际石油问题上,焦点集中在中东。为保障能源安全,能源外交成为能源消费国家21世纪以来的外交重点。各国能源战略普遍出现加强国际化的趋势。例如,韩国对内制定正确的能源政策;对外开展有效的能源外交,实施能源进口多元化。积极倡导区域间的能源合作,加强与产油国的谈判力度。非洲各国强调需要进一步加强团结和合作,协调各国能源政策,明确能源发展战略。无论是产油国还是消费国,积极推动国际合作都是十分必要的。油气出口是印度尼西亚的经济支柱,巩固与邻近国家间的互补合作机制成为国家能源战略的主要目标。
由于能源对国家社会经济发展和国计民生具有重要作用,能源的市场性质已从一般商品转为重要的战略商品,能源问题已呈现出日益全球化和政治化的趋势。由一国自主的能源发展向境外资源的拓展是各国能源需求数量和品种的要求,为避免国家之间对世界有限能源资源的恶性竞争,积极开展能源外交,将能源作为处理国际关系的重,要战略因素,强调能源生产大国之间以及消费大国之间的对话机制,发展多国的能源国际合作是十分必要的。而且,由此也将会进一步促进经济全球化的发展。
欧盟的能源战略就突出体现了以上国际能源战略的特点。欧盟的能源战略重点是保证“经济安全、国防安全、生活安全”,提出“保障能源供应、保护环境和维护消费者利益”的基本原则。在确保本国能源供应方面以节能和发展可再生能源和生物燃料为主要战略措施,加强能源共同体的建设。
欧盟各国的能源战略虽各具特点,但是总体上是一致的。例如,德国的能源战略锁定长远目标,从能源资源利用的经济效益出发,有效控制国内有限的能源资源开发;持续不断地节能;积极开发风能等可再生能源,占据能源新技术的制高点,实现传统能源的替代。能源进口多元化,石油储备法定化,保障安全供应。面对本国不可再生能源资源递减的趋势和全球气候变化的挑战,英国新的能源战略基点是低碳。强调在市场框架和政策相互影响下,培育市场竞争力,实现提高能源效率、发展可再生能源促进能源多样性的战略。能源技术的研发不局限于本国的能源资源,着眼于世界主要的能源应用技术,以实现未来的能源技术出口换能源资源进口的发展战略。法国立足国情,因地制宜地发展能源多样化,积极发展核电,提高能源供应独立性,实现安全供应。比利时的能源战略长远目标是使用更利于环保的能源,逐步向全部使用可再生能源过渡。波兰在长期能源战略目标下,针对当前问题,突出过渡期的能源战略重点。依据国家能源法,明确政府与企业的职责,国家财政将不直接参与能源项目投资,只在法律和税收政策、贷款担保等方面为企业提供支持。美国能源战略的核心是提高能源供应自主性,突出特点是一个具有长期性和综合性的国家战略。战略目标明确,并辅有相应详细的政策和对策目标、措施,易于操作、监管。实际上,美国能源战略还有一个极为重要内容就是充分开发利用全球的油气资源。观察美国国家外交战略圈,几乎囊括了地下埋藏着丰富的石油等战略资源的国家,特别是中东地区。在不断努力巩固海外石油来源的同时,逐渐明确要减少对石油的依赖。发展新技术,包括燃料的替代技术和设备的更新技术。
能源战略和政策是日本政府一贯的工作重点,能源战略的稳定性促进能源政策的有效实施。虽然日本能源资源贫乏,目前日本一次性能源的自给率不足20%,但是政府立足于技术创新致力节能,成立“节能中心”,健全能源管理体系,指导国民和企业的节能以及节能技术的研究开发,积极发展太阳能等新能源;着眼于全球能源资源的利用,坚持实施以保障能源安全为重点的外交策略,以及国内企业联合一致对外,参与国际竞争的做法,不断提高开发国外石油资源的份额。随着社会经济的发展和外部环境的变化,日本不断完善能源构成多样化、进口多元化和以石油储备为依托的能源战略,从政治、外交、经济、科技等全方位考虑能源战略的发展,确保了自身能源的长期安全供给,保障了国家的经济安全,并使得日本成为世界能源效率最高的国家。俄罗斯能源发展战略制定经历了较长的时间。能源战略目标明确,所关系到的对象明确。能源区域发展具有地域资源特点,相应的能源政策针对性强,每一种能源,如石油、天然气、煤、电能(包括核能和热能)、能源输送等的发展预测都提出了经济体制改革问题以及为实现改革所应该创造的必要条件。同时,指明了能源工业和其他工业部门的相互关系,能源工业科技和创新的重要意义。并且明确了能源战略实施系统,包括:联邦政府行动计划,实施国家能源政策的指标体系,原有相关规划的修订,利用国家信息资源建立的能源战略实施监控系统。实现可持续发展已经成为世界各国的共同课题,而对人口众多的中国来说,具有更大的特殊性和挑战。为实现全面建设小康社会的目标和应对能源长远发展遇到的严峻挑战,我国采取正确的能源战略具有决定性意义。只有实现可持续发展的能源战略,才能保证在“能源消耗最少,环境污染最小”的基础上,实现经济社会快速发展和人民,水平的提高。我国必须汲取西方发达国家的成功经验,学习其他发展中国家根据具体国情发展的经验,建立符合中国特色的、能源效率不断提高和环境保护日益加强的中、长期可持续发展能源战略。
即海洋波浪能。这是一种取之不尽、用之不竭的无污染可再生能源。据推测,地球上海洋波浪蕴藏的电能高达9x104TW。在各国的新能源开发计划中,波能的利用已占有一席之地。尽管波能发电成本较高,需要进一步完善,但进展已表明了这种新能源潜在的商业化年,电厂的发电成本虽高于其他发电方式,但对于边远岛屿来说,可节省电力传输等投资费用。美、英、印度等国家已建成几十座波能发电站,且均运行良好。
2.可燃冰(图1 -4)
可燃冰是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物,它的外型与冰相似,故称“可燃冰”。可燃冰在低温高压下呈稳定状态,冰融化所释放的可燃气体相当于原来固体化合物体积的100倍。据测算,可燃冰的蕴藏量比地球上的煤、石油和天然气的总和还多。
3煤层气
煤在形成过程中由于温度及压力增加,在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。从泥炭到揭煤、每吨煤产生8m%:从泥笑到肥煤,每吨煤产生10m气:从泥发炎到无烟煤每的吨煤产00。科学家估计,地球上煤层气可达200m。
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。
新能源主要有: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。
据世界断言,石油,煤矿等资源将加速减少。核能、太阳能即将成为主要能源。
联合国开发计划署(UNDP)把新能源分为以下三大类:大中型水电;新可再生能源,包括小水电(Small-hydro)、太阳能(Solar)、风能(Wind)、现代生物质能(Modern biomass)、地热能(Geothermal)、海洋能(Ocean)(潮汐能);传统生物质能(Traditional biomass)。
一般地说,常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源,而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此,煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源,而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。随着技术的进步和可持续发展观念的树立,过去一直被视作垃圾的工业与生活有机废弃物被重新认识,作为一种能源资源化利用的物质而受到深入的研究和开发利用,因此,废弃物的资源化利用也可看作是新能源技术的一种形式。
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。
按类别可分为:太阳能 风力发电 生物质能 生物柴油 燃料乙醇 新能源汽车 燃料电池 氢能 垃圾发电 建筑节能 地热能 二甲醚 可燃冰等。
太阳能
太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式
广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。
利用太阳能的方法主要有:太阳电能池,通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能;太阳能热水器,利用太阳光的热量加热水,并利用热水发电等。
太阳能可分为3种:
1.太阳能光伏 光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分,故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋照明,并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状,而组件又可连接,以产生更多电力。近年,天台及建筑物表面均会使用光伏板组件,甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分,这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
2.太阳热能 现代的太阳热能科技将阳光聚合,并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外,建筑物亦可利用太阳的光和热能,方法是在设计时加入合适的装备,例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。
3.太阳光合能:植物利用太阳光进行光合作用,合成有机物。因此,可以人为模拟植物光合作用,大量合成人类需要的有机物,提高太阳能利用效率。
核能
核能是通过转化其质量从原子核释放的能量,符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc^2,其中E=能量,m=质量,c=光速常量。核能的释放主要有三种形式:
A.核裂变能
所谓核裂变能是通过一些重原子核(如铀-235、铀-238、钚-239等)的裂变释放出的能量
B.核聚变能
由两个或两个以上氢原子核(如氢的同位素—氘和氚)结合成一个较重的原子核,同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应,其释放出的能量称为核聚变能。
C.核衰变
核衰变是一种自然的慢得多的裂变形式,因其能量释放缓慢而难以加以利用
核能的利用存在的主要问题:
(1)资源利用率低
(2)反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素,其最终处理技术尚未完全解决
(3)反应堆的安全问题尚需不断监控及改进
(4)核不扩散要求的约束,即核电站反应堆中生成的钚-239受控制
(5)核电建设投资费用仍然比常规能源发电高,投资风险较大
海洋能
海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源,包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点,是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。
波浪发电,据科学家推算,地球上波浪蕴藏的电能高达90万亿度。目前,海上导航浮标和灯塔已经用上了波浪发电机发出的电来照明。大型波浪发电机组也已问世。我国在也对波浪发电进行研究和试验,并制成了供航标灯使用的发电装置。将来的世界,每一个海洋里都会有属于我们中国的波能发电厂。波能将会为我国的电业作出很大贡献。
潮汐发电,据世界动力会议估计,到2020年,全世界潮汐发电量将达到1000-3000亿千瓦。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站,发电能力24万千瓦,已经工作了30多年。中国在浙江省建造了江厦潮汐电站,总容量达到3000千瓦。
风能
风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比,具有明显的优势,它蕴藏量大,是水能的10倍,分布广泛,永不枯竭,对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。
风力发电,是当代人利用风能最常见的形式,自19世纪末,丹麦研制成风力发电机以来,人们认识到石油等能源会枯竭,才重视风能的发展,利用风来做其它的事情。
1977年,联邦德国在著名的风谷--石勒苏益格-荷尔斯泰因州的布隆坡特尔建造了一个世界上最大的发电风车。该风车高150米,每个浆叶长40米,重18吨,用玻璃钢制成。到1994年,全世界的风力发电机装机容量已达到300万千瓦左右,每年发电约50亿千瓦时。
生物质能
生物质能来源于生物质,也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式,它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富,而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨,其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍,但目前的利用率不到3%。
生物质能利用现状
2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口,生活污水净化沼气池14万处,畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处,年产沼气约90亿立方米,为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。
中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉,以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台,村镇级秸秆气化集中供气系统近600处,年生产生物质燃气2,000万立方米。
地热能
地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。我国地热资源丰富,分布广泛,已有5500处地热点,地热田45个,地热资源总量约320万兆瓦。
氢能
在众多新能源中,氢能以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出,将成为21世纪最理想的新能源。氢能可应用于航天航空、汽车的燃料,等高热行业。
海洋渗透能
如果有两种盐溶液,一种溶液中盐的浓度高,一种溶液的浓度低,那么把两种溶液放在一起并用一种渗透膜隔离后,会产生渗透压,水会从浓度低的溶液流向浓度高的溶液。江河里流动的是淡水,而海洋中存在的是咸水,两者也存在一定的浓度差。在江河的入海口,淡水的水压比海水的水压高,如果在入海口放置一个涡轮发电机,淡水和海水之间的渗透压就可以推动涡轮机来发电。
海洋渗透能是一种十分环保的绿色能源,它既不产生垃圾,也没有二氧化碳的排放,更不依赖天气的状况,可以说是取之不尽,用之不竭。而在盐分浓度更大的水域里,渗透发电厂的发电效能会更好,比如地中海、死海、我国盐城市的大盐湖、美国的大盐湖。当然发电厂附近必须有淡水的供给。据挪威能源集团的负责人巴德·米克尔森估计,利用海洋渗透能发电,全球范围内年度发电量可以达到16000亿度。
水能
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。目前世界上水力发电还处于起步阶段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。
可以利用电解水分子和光以及化学分解水分子的方式,来分解到可燃烧的氢气,它可作为新的,多用途的能源来替代现有的矿物质能源。水分子的分解过程简而易行,投资少见效快。这给水能的综合利用带来了广泛的前景,在地球上,水是一种到处可见的液态物质。通过水的分解装置,制备出氢燃料,可用于汽车,航天航空,热力发电等工业和民用方面,在较大的程度上,缓解了人类对矿物质资源的过分依赖。
新能源的发展现状和趋势
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。
我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,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,我国在风力发电、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,这种系统采用了我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我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。
新能源的环境意义和能源安全战略意义
我国能源需求的急剧增长打破了我国长期以来自给自足的能源供应格局,自1993年起我国成为石油净进口国,且石油进口量逐年增加,使得我国接入世界能源市场的竞争。由于我国化石能源尤其是石油和天然气生产量的相对不足,未来我国能源供给对国际市场的依赖程度将越来越高。
国际贸易存在着很多的不确定因素,国际能源价格有可能随着国际和平环境的改善而趋于稳定,但也有可能随着国际局势的动荡而波动。今后国际石油市场的不稳定以及油价波动都将严重影响我国的石油供给,对经济社会造成很大的冲击。大力发展可再生能源可相对减少我国能源需求中化石能源的比例和对进口能源的以来程度,提高我国能源、经济安全。
此外,可再生能源与化石能源相比最直接的好处就是其环境污染少。
未来的几种新能源
波能:即海洋波浪能。这是一种取之不尽,用之不竭的无污染可再生能源。据推测,地球上海洋波浪蕴藏的电能高达9×104TW。近年来,在各国的新能源开发计划中,波能的利用已占有一席之地。尽管波能发电成本较高,需要进一步完善,但目前的进展已表明了这种新能源潜在的商业价值。日本的一座海洋波能发电厂已运行8年,电厂的发电成本虽高于其它发电方式,但对于边远岛屿来说,可节省电力传输等投资费用。目前,美、英、印度等国家已建成几十座波能发电站,且均运行良好。
可燃冰:这是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物,它的外型与冰相似,故称“可燃冰”。可燃冰在低温高压下呈稳定状态,冰融化所释放的可燃气体相当于原来固体化合物体积的100倍。据测算,可燃冰的蕴藏量比地球上的煤、石油和天然气的总和还多。
煤层气:煤在形成过程中由于温度及压力增加,在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。从泥炭到褐煤,每吨煤产生68m3气;从泥炭到肥煤,每吨煤产生130m3气;从泥炭到无烟煤每吨煤产生400m3气。科学家估计,地球上煤层气可达2000Tm3。
微生物:世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等,利用微生物发酵,可制成酒精,酒精具有燃烧完全、效率高、无污染等特点,用其稀释汽油可得到“乙醇汽油”,而且制作酒精的原料丰富,成本低廉。据报道,巴西已改装“乙醇汽油”或酒精为燃料的汽车达几十万辆,减轻了大气污染。此外,利用微生物可制取氢气,以开辟能源的新途径。
第四代核能源:当今,世界科学家已研制出利用正反物质的核聚变,来制造出无任何污染的新型核能源。正反物质的原子在相遇的瞬间,灰飞烟灭,此时,会产生高当量的冲击波以及光辐射能。这种强大的光辐射能可转化为热能,如果能够控制正反物质的核反应强度,来作为人类的新型能源,那将是人类能源史上的一场伟大的能源革命。
据美国能源部能源情报署《国际能源展望2004》基准状态预测,全球能源消费总量将从2001年的102.4亿吨油当量增加到2025年162亿吨油当量,世界能源消费在2001-2025年将增加54%。日本、欧盟等能源机构预计,全球能源消费峰值将出现在2020-2030年。全球化石能源的枯竭是不可避免的,将在本世纪内基本开采殆尽。《BP世界能源统计2006》的数据表明,全球石油探明储量可供生产40多年,天然气和煤炭则分别可以供应65年和155年。国际能源署2005年分析认为,到2030年世界能源需求将增长60%,届时仍将有“足够”的资源可满足需求。预测未来石油需求增长的大多数将来自运输部门,运输部门占全球石油需求的份额将从现在的47%增加到2030年的54%。同时指出,C02排放也将增多,减排温室气体是一个严峻的挑战。
国际能源署认为,中东将增加投资以扩增常规石油资源产能,非常规石油资源如油砂等将得到加快开发利用,氢能将有少量应用,可再生能源将有更大发展潜力。到2030年,替代能源尤其是可再生能源,不仅将成为不可或缺的重要能源,而且将成为降低温室气体排放的重要举措。作为全球能源市场日趋重要的一个组成部分,目前中国的能源消费已占世界能源消费总量的13.6%,世界能源消费将越来越向中国和亚太地区聚集。
据预测,目前中国主要能源煤炭、石油和天然气的储采比分别为约80、15和近50,大致为全球平均水平的50%、40%和70%左右,均早于全球化石能源枯竭速度。未来5-10年,中国煤炭国内生产量基本能够满足国内消费量,原油和天然气的生产则不能满足需求,特别是原油的缺口最大。注重能源资源的节约,提高能源利用效率,加快可再生能源的开发利用,对于中国来说既重要又迫切。
二、世界可再生能源发展趋势
世界大部分国家能源供应不足,各国努力寻求稳定充足的能源供应,都对发展能源的战略决策给予极大的重视,其中可再生能源的开发与利用尤为引人注目。化石能源的利用会产生温室效应,污染环境等,这一系列问题都使可再生能源在全球范围内升温。
从目前世界各国既定能源战略来看,大规模的开发利用可再生能源,已成为未来各国能源战略的重要组成部分。自上个世纪90年代以来可再生能源发展很快,世界上许多国家都把可再生能源作为能源政策的基础。从世界可再生能源的利用与发展趋势看,风能、太阳能和生物质能发展最快,产业前景最好,其开发利用增长率远高于常规能源。
风力发电技术成本最接近于常规能源,因而也成为产业化发展最快的清洁能源技术,风电是世界上增长最快的能源,年增长率达27%。国际能源署的研究资料表明,在大力鼓励可再生能源进入能源市场的条件下,到2020年新的可再生能源(不包括传统生物质能和大水电)将占全球能源消费的20%,可再生能源在能源消费中总的比例将达30%,无论从能源安全还是环境要求来看,可再生能源将成为新能源的战略选择。
三、世界部分国家可再生能源发展目标
2004年,美国、德国、英国和法国可再生能源发电占总发电量的比重分别为1%、8%、4.3%和6.8%;到2010年将分别达到7.5%、20.5%、10%和22%;到2020年将都提高到20%以上;到2050年,德国和法国可再生能源发电将达到50%。韩国可再生能源消费比重将由2004年的2.1%提高到2010年的5%。日本和中国的可再生能源消费比重将由2004年的3%和7.5%提高到2010年的10%左右,2020年分别达到20%和15%。
四、世界部分国家可再生能源利用进展
美国正在加大可再生能源研发和利用力度,2005年美国能源部能源研发总投资7.66亿美元,其中可再生能源研发投资占了42%。美国制定了庞大的太阳能发电计划,克林顿政府出台的“百万屋顶计划”将在1997年到2010年里,安装总容量达4.6亿兆瓦的光伏发电系统。
德国新的《可再生能源法》,为投资可再生能源提供了可靠的法律保障。德国制定了《未来投资计划》以促进可再生能源的开发,迄今投入研发经费17.4亿欧元。2004年,德国可再生能源发电量占总发电量的8%,年销售额达100亿欧元。风力发电占可再生能源发电量的54%,太阳能供热器总面积突破600万平方米。法国。法国推出了生物能源发展计划,2007年之前将生物燃料的产量提高3倍,使起成为欧洲生物燃料生产第一大国。具体内容是建设4个生物能源工厂,年均生产能力达到20万吨,生物燃料的总产量将从目前的45万吨上升到125万吨,用于生产生物燃料的作物面积也将达到100万公顷。由于生物燃料目前成本比汽油和柴油贵2倍,法国已出台一系列优惠措施,鼓励生物燃料的生产和消费。
英国把研究海洋风能、潮汐能、波浪能等作为开发新能源的突破口,设立了5000万英镑的专项资金,重点开发海洋能源。不久前,在苏格兰奥克尼群岛的世界首座海洋能量试验场正式启动。英国第一座大型风电场一直在不断发展,目前风电装机总量已达650兆瓦,可满足44万多个家庭的电力需求,近期还将建设10座类似规模的风电场。
日本官方报告,将从2010年正式启动生物能源计划,并与美国和欧盟共同开发可再生能源,建设500个示范区。预计将投资2600亿日元,而与之有关的产品和技术将成为日本新工业战略的重要组成部分。
其他国家和地区。一些发展中国家如中国、印度、印度尼西亚和巴西等国家,越来越重视可再生能源对满足未来发展需求的重要性。中国制定实施了《可再生能源法》,编制了《可再生能源中长期发展规划》,将大力发展可再生能源并确定了明确目标。印度成立了可再生能源部,政府全力推动可再生能源资源的开发利用,目前印度在风电和太阳能利用规模方面已居于世界前列。东盟国家也开始重视可再生能源的开发工作。10个成员国各自都有了发展可再生能源的计划,包括地热、水电、风能、太阳能和来自棕榈或椰子油的植物燃料等。按东盟计划,到2010年各成员国的可再生能源电力将达到2.75万兆瓦,其中印尼、菲律宾和泰国将成为领先者。
新能源(NE):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。新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源。
1按来源分
为3类: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。 ①来自地球外部天体的能源(主要是太阳能)。除直接辐射外,并为风能、水能、生物能和矿物能源等的产生提供基础。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。 ②地球本身蕴藏的能量。如原子核能、地热能等。 ③地球和其他天体相互作用而产生的能量。如潮汐能。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。
2按能源的基本形态分
分类,有一次能源和二次能源。前者即天然能源,指在自然界现成存在的能源,如煤炭、石油、天然气、水能等。后者指由一次能源加工转换而成的能源产品,如电力、煤气、蒸汽及各种石油制品等。一次能源又分为可再生能源(水能、风能及生物质能)和非再生能源(煤炭、石油、天然气、油页岩等)。根据产生的方式可分为一次能源(天然能源)和二次能源(人工能源)。一次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,一次能源包括可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气资源,其中包括水、石油和天然气在内的三种能源是一次能源的核心,它们成为全球能源的基础;除此以外,太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及核能等可再生能源也被包括在一次能源的范围内;二次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,例如:电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等能源都属于二次能源。 能源 分类
3按能源性质分
有燃料型能源(煤炭、石油、天然气、泥炭、木材)和非燃料型能源(水能、风能、地热能、海洋能)。人类利用自己体力以外的能源是从用火开始的,最早的燃料是木材,以后用各种化石燃料,如煤炭、石油、天然气、泥炭等。现正研究利用太阳能、地热能、风能、潮汐能等新能源。当前化石燃料消耗量很大,但地球上这些燃料的储量有限。未来铀和钍将提供世界所需的大部分能量。一旦控制核聚变的技术问题得到解决,人类实际上将获得无尽的能源。
4根据能否造成污染分
根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源,污染型能源包括煤炭、石油等,清洁型能源包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等。
5根据能源使用的类型
又可分为常规能源和新型能源。 利用技术上成熟,使用比较普遍的能源叫做常规能源。包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。 新近利用或正在着手开发的能源叫做新型能源。新型能源是相对于常规能源而言的,包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、氢能以及用于核能发电的核燃料等能源。由于新能源的能量密度较小,或品位较低,或有间歇性,按已有的技术条件转换利用的经济性尚差,还处于研究、发展阶段,只能因地制宜地开发和利用但新能源大多数是再生能源。资源丰富,分布广阔,是未来的主要能源之一。
6人们通常按能源的形态特征或转换与应用的层次对它进行分类。
世界能源委员会推荐的能源类型分为: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,前三个类型统称化石燃料或化石能源。已被人类认识的上述能源,在一定条件下可以转换为人们所需的某种形式的能量。比如薪柴和煤炭,把它们加热到一定温度,它们能和空气中的氧气化合并放出大量的热能。我们可以用热来取暖、做饭或制冷,也可以用热来产生蒸汽,用蒸汽推动汽轮机,使热能变成机械能;也可以用汽轮机带动发电机,使机械能变成电能;如果把电送到工厂、企业、机关、农牧林区和住户,它又可以转换成机械能、光能或热能。
7商品能源和非商品能源
凡进入能源市场作为商品销售的如煤、石油、天然气和电等均为商品能源。国际上的统计数字均限于商品能源。非商品能源主要指薪柴和农作物残余(秸秆等)。1975年,世界上的非商品能源约为0.6太瓦年,相当于6亿吨标准煤。据估计,中国1979年的非商品能源约合2.9亿吨标准煤。
8再生能源和非再生能源
人们对一次能源又进一步加以分类。凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为再生能源,反之称为非再生能源。风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源;煤、石油和天然气等是非再生能源。地热能基本上是非再生能源,但从地球内部巨大的蕴藏量来看,又具有再生的性质。核能的新发展将使核燃料循环而具有增殖的性质。核聚变的能比核裂变的能可高出 5~10倍,核聚变最合适的燃料重氢(氘)又大量地存在于海水中,可谓“取之不尽,用之不竭”。核能是未来能源系统的支柱之一。 随着全球各国经济发展对能源需求的日益增加,现在许多发达国家都更加重视对可再生能源、环保能源以及新型能源的开发与研究;同时我们也相信随着人类科学技术的不断进步,专家们会不断开发研究出更多新能源来替代现有能源,以满足全球经济发展与人类生存对能源的高度需求,而且我们能够预计地球上还有很多尚未被人类发现的新能源正等待我们去探寻与研究。
太阳能和其他能源相比有很多优势。由于广袤的沙漠,阿拉伯世界最丰富的清洁能源是太阳能,该地区的非石油国家已经首先利用了这一优势。摩洛哥已经从可再生能源中获得了超过33%的能源(欧盟的平均水平是18%)。石油生产国也在迎头赶上,阿拉伯联合酋长国、阿曼、卡塔尔和其他国家正在建设大型清洁发电厂。在过去的十年里,中东地区的太阳能发电量已经从91兆瓦增加到9000兆瓦,而投资则增加了12倍。分析家们说,可再生能源正变得越来越有竞争力。与传统能源相比,太阳能发电厂在建造和维护方面更便宜、更快捷、更安全。在阿拉伯联合酋长国,新的太阳能发电厂的成本大约是天然气的三分之二,是石油的三分之一。
该地区的许多政府政策是不一致的。例如,沙特阿拉伯将可再生能源作为其经济改革的支柱,并宣布计划建造世界上最大的光伏发电站,但六个月后却看到该项目搁浅了。中东地区的动荡局势让投资者感到担忧。此外,廉价的石油最近抑制了中东地区对太阳能发电的热情--低原油价格使得用石油发电变得极其便宜,而油价下跌带来的收入减少则迫使各国搁置新的太阳能项目。
随着世界对更多能源的渴求,以及对能源造成的损害越来越警惕,太阳能可能是答案:一种廉价和无尽的清洁能源。通过对拥有最多太阳能容量的10个国家进行排名,你可以看到哪些国家目前做得最好,哪些可以做得更好。
来自国际能源署的光伏趋势报告的数据显示,虽然他们的调查只到2014年,但这是最新的数据。(这些数据告诉我们的是谁生产的原始太阳能最多,而不是谁生产的太阳能容量占其国家的比例最高)。而且它显示了哪些国家拥有最多的太阳能装机容量,而不是实际产生了多少太阳能)。名单中令人惊讶的部分是包括领土相对较小的国家。德国、日本、意大利 -- 他们都在美国之前,尽管我们有更多的土地。