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浅谈新能源技术论文篇一

论新能源发电技术

摘要：本文从全球能源的现状，介绍了中国能源发电技术的应用情况，发现中国新能源发电对现代化建设具有重要战略意义。进一步介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统两种新能源发电技术。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是近期发展的重点。燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置，它能量转化效率高，几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。

关键词：新能源风能燃料电池发电技术

中图分类号： F206 文献标识码： A

能源紧缺已成为制约各国经济发展的瓶颈，如何开发先进安全的新能源使用技术、如何提高能源利用率也随之成为世界各国关心的课题。欧盟就首先提出了20-20-20计划：到2020 年，可再生能源占欧盟总能源消耗的20%。2007年12月，美国前总统布什也签署了《能源独立和安全法案》(EISA)，从而大力推动新能源的使用和节能计划。另外，从环境的角度来看，为了保护人们赖以生存的地球，开发新能源也是必由之路。

一、我国能源和发电技术的现状

2011年，我国新能源发电继续保持快速发展态势，并网装机容量持续增长，发电量不断增加。截至2011年底，我国新能源安装容量达到7000万kW，居世界首位，并网新能源装机容量达到5409万kW，同比增长47.4%，约占全部发电装机容量的5.1%。其中，风电并网容量约占并网新能源装机总量的85.5%并网太阳能光伏装机容量约占并网新能源装机总量的4.4%生物质及其他新能源发电装机容量约占并网新能源装机总量的10.1%。

2011年，我国新能源发电量约为1016亿kW?h，同比增长29.9%，约占全部发电量的2.2%。其中，风电发电量约占新能源发电总量的72.0%太阳能光伏发电约占0.9%生物质及其他新能源发电约占27.1%。2011年我国新能源发电量按发电煤耗320g/(kW?h)计算，相当于节约3241万tce，减排二氧化碳9030万t。

电能是国民生活和生产的根基，无论是从能源角度，还是电力系统自身方面来看，研究新能源发电技术对于我国的现代化建设和人民生活都具有相当大的现实意义和战略意义。

二、风力发电技术

风能资源主要包括陆地资源与近海离岸资源两部分。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是目前新能源发展的重点方向。

1.发展现状

近年来，我国风力发电产业取得了长足发展，这与我国的风能资源丰富密不可分。据有关资料显示，陆地上离地面10米高度处，我国风能资源理论储量约为43亿千瓦，技术可开发量约为3亿千瓦，离地面50米，估计可能增大一倍近海资源10米高经济可开发量约7.5亿千瓦，50米高约15亿千瓦。从我国联网风电场总装机量来说，到2006 年底，我国已建成约91个风电场，装机总容量达到约260万千瓦，比2005年新增装机134万千瓦，增长率为105%。根据国家中长期规划，2015年风能发电要达到1500万千瓦，2020年要达到3000万千瓦。但是，与风电发达国家相比，我国的发展规模还很小，发展速度也较缓慢。制约我国风电发展的重要因素包括技术和制度两个方面。技术方面，风电机组的制造水平较低，风电机组性能测试设备和技术也相对落后，并缺少相应的认证机构制度方面，风电场的运行维护水平和制度与国外风电场及国内火电生产相比有明显差距，缺乏对运行过程中出现的问题和故障的详细记录、分析。

2.对电力系统的影响

风力发电机是以风作为原动力，风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的电能输出也是波动和间歇的。所以，风电场的大规模接入将会带来波动功率，从而加重电网负担，影响电网供电质量和电网稳定性等。

(1)对电能质量的影响。空气气流运动导致的风速波动周期一般为几秒到几分钟，这种短周期的风速波动以及风电机组本身的运行特性可能影响电网的电能质量。首先会对频率产生影响：风力发电有功功率波动引起电磁功率的波动，由于发电机组转子惯性，调节系统很难跟上电磁功率的瞬时变化，造成功率不平衡，使发电机转速变化，系统频率也将改变。此外，风电还会对电压产生影响：并网风电机组输出功率的波动导致电压的波动，而其输出功率的频率范围正处于电压闪变的范围之内(25Hz)，因此又会造成电压闪变，最后会产生谐波电压和谐波电流。

(2)对电网稳定性的影响。对较为薄弱的电网，风电功率波动将导致瞬间电压跌落以及风力发电机的频繁掉线。在故障清除之后，发电机的磁化和转差率的增加会消耗大量无功，导致电网电压恢复困难。

(3)对调频调峰能力的影响。气流长时间、季节性运动导致的风速波动周期一般为数小时，甚至数天、数月，这种长周期的风速波动会增加现有电网调频调峰的负担。负荷曲线的低谷期常常对应了风电出力的高峰期，风电场的并网发电使电网的等效负荷峰谷差增大，大大增加了电网调频调峰负担。

三、太阳能光伏电池发电技术

1. 1 太阳能光伏电池

太阳能光伏电池发电也简称为太阳能光伏发电，被认为是未来世界上发展最快和最有前途的一种可再生新能源技术。太阳能光伏电池的基本原理是利用半导体的“光生伏打效应”( 光伏效应) 将太阳的光能直接转换成电能。能利用光伏效应产生电能的物质，称为光伏材料。利用光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件叫太阳能光伏电池或光伏电池。光伏电池是太阳能光伏发电的核心组件。

1839 年，法国物理学家贝克勒尔 ( Edmond Bec-qurel) 发现: 将两片金属浸入电解液中所构成的伏打电池，当接收到太阳光照射时电压升高，他在所发表的论文中把这种现象称为“光生伏打效应( PhotovohaicEffect) ”。“光生伏打效应”是不均匀半导体或半导体与金属混合材料在光照作用下，其内部可以传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，因而在不同部位之间产生电位差的现象。1941 年，奥尔在硅材料上发现了光伏效应，从而奠定了半导体硅在太阳能光伏发电中广泛应用的基础。1954 年，美国贝尔实验室的科学家恰宾( Darryl Chapin) 和皮尔松( Gerald Pearson) 研制成功世界上第一个实用的单晶硅光伏电池。同年，韦克尔发现砷化镓具有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成世界上第一块薄膜光伏电池。我国2010 年 12 月投入运行的大丰 20 MW 光伏电站，是目前全国最大的薄膜光伏电站，年发电量2 300 万 kW·h。

太阳能光伏电池的工作原理如图 1 所示。

在半导体中掺加杂质制成 PN 结，以形成在平衡状态时具有的内建电场，在该内建电场的作用下分离由外界激发而生成的过剩载流子，从而形成外部电压。在光照条件下，半导体中的电子吸收光子能量从价带跃入导带，形成电子———空穴对，成为载流子。生成载流子所需要的最低能量是半导体的禁带宽度 Eg，使用禁带宽度较小的材料制作的太阳能电池可以形成较大的电流。

基于单晶硅的第一代光伏电池是目前太阳能光伏电池市场的主流，其光电转换率已达 24. 7%基于薄膜技术的第二代光伏电池的光电转换效率已达到16. 5% ～ 18. 8% 。由于薄膜光伏电池大大减少了半导体材料的消耗，因此具有很好的发展前景。应该指出，光伏电池在光电转换过程中，光伏材料既不发生任何化学变化，也不产生任何机械磨损，因此太阳能光伏电池是一种无噪音、无气味、无污染的理想清洁能源。2006 年，我国太阳能电池生产总量首次达到400 MW，从而超过美国成为全球第三大生产国，也是世界上发展最快的国家。

1. 2 太阳能光伏电站

太阳能光伏电站是将若干个光伏转换器件即光伏电池封装成光伏电池组件，再根据需要将若干个组件组合成一定功率的光伏阵列，并与储能、测量、控制装置相配套，构成太阳能光伏电站。

太阳能光伏电池具有很大的灵活性，不仅可以用其建设零星规格的电站，而且可以组成应用于小型、分散电力用户的太阳能光伏发电系统。这种独立运行的太阳能光伏发电系统称之为离网型太阳能光伏发电系统。

由于受昼夜日照变化及天气的影响，离网型光伏发电系统通常需要和其他电源形式联合使用，比如柴油发电机组以及蓄电池组，从而增大了电站的投资和维护费用。离网型光伏发电系统往往建在距离电网较远的偏远山区及荒漠地带，向独立的区域用户供电。西藏措勒 20 kW 光伏电站是我国建设较早的离网型光伏电站，总投资 290 万元，1994 年 12 月正式投产发电。

离网型太阳能光伏电站系统如图 2 所示。

电站的发电系统由太阳能光伏电池方阵、蓄电池组、直流控制器、直流 - 交流逆变器、交流配电柜和备用电源系统( 包括柴油发电机组和整流充电柜) 等组成。其工作原理为太阳能光伏电池方阵经过直流控制柜向蓄电池组供电，并根据需要整定蓄电池组的上限和下限电压，由直流控制柜自动控制充电。蓄电池组通过直流控制柜向直流 - 交流逆变器供电，经逆变器将直流电变换成三相交流电，再通过交流配电柜以三相四线制向用户供电。当蓄电池组的电压下降到下限电压时，为不造成蓄电池组的过渡放电，直流控制柜将自动切除其输出电路，使直流 - 交流逆变器停止工作。柴油发电机组为电站的备用电源，必要时由备用电源通过整流充电柜向蓄电池组充电，或在光伏发电系统出现故障及停运时直接通过交流配电柜向用户供电。直流 - 交流逆变器和柴油发电机组不能同时向用户供电，为此必须在交流配电柜中设置互锁装置以保证供电电源的唯一性。

当太阳能光伏电站的容量达到一定规模时，还可与电网相联，即所谓的并网型光伏电站。这时，如果本地负荷不足，则可将多余的电能输送给电网。当本地太阳能发电量不足时，则由电网向用户提供电能。因此，并网型光伏电站可以不需要使用蓄能装置，减少系统投资和维护费用。同时由于与电网的互济，提高了发电设备的利用率和供电用电的安全可靠性，是大规模开发太阳能发电技术的必然趋势。我国第一座并网型光伏电站是 2006 年建成投运的西藏羊八井可再生能源基地 100 kW 高压并网光伏电站。2010 年底全国首个光伏并网发电项目敦煌 2 ×10 MW 光伏发电项目建成投产。

四、结论与展望

本文从全球和我国的能源现状出发，分析说明了新能源发电技术是当前迫切而有实际价值的研究课题，进而具体介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统的特点以及我国在这两个方面的发展现状。新能源不仅仅指风能和燃料电池，还包括生物质能、海洋能、地热能和光伏电池等。我国乃至全世界的新能源发电技术发展的潜力都是巨大的。在人类明天的舞台上，新能源将取代化石燃料，扮演重要的角色。

参考文献：

[1] 徐德鸿 . 新能源电力电子导论 [D]. 杭州 : 浙江大学 ,2009.

[2] 郝伟, 舒隽, 张粒子. 新能源发电技术综述 [C].华北电力大学第五届研究生学术交流年会 ,2007.

[3] 施涛.燃料电池发电系统的建模与仿真 [D].南京:东南大学,2007:5-6,63-64.

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本醋液是生物质热解的主要副产品，成分比较复杂，难以处理，对环境也构成较大威胁，一直是生物质热解气化技术发展的瓶颈。实际上，木醋液是一种宝贵的资源。有广泛的用途，尤其可以制成醋酸钙镁盐（CMA）环保型融雪剂，取代氯盐融雪剂。 本书系统介绍了木醋液的组成、性质、精制分离技术及其利用技术，并以实例的方式全面介绍了作者及课题组所研究的将木醋液转化成醋酸钙镁盐（CMA）类环保型融雪剂的工艺方法（专利号：ZL 2005 1 0054964．5）以及日本在木醋液应用领域的研究开发成果。 本书可作为从事和关心生物质能开发工作的科研人员、工程技术人专院校师生的实用型技术读物或参考书。 目录 第l章 绪论 1.1 能源的种类及其特征 1.2 生物质能源的利用 1.2.1 国外对生物质能源的开发利用 1.2.2 国内对生物质能源的开发利用 1.3 生物质热解气化技术 1.4 我国开发利用木醋液的意义 第2章 木醋液的组成与性质分析 2.1 木醋液的种类和特征 2.1.1 不同木醋液的紫外一可见光谱特征 2.1.2 不同木醋液的组分特征 2.2 木醋液的化学成分分析 2.2.1 Gc／MS法测定木醋液的化学成分 2.2.2 木醋液中酚类物组分分析 2.3 木醋液的理化性质分析 2.4 精制木醋液的安全性 第3章 木醋液的精制分离技术 3.1 吸附法 3.1.1 吸附种类 3.1.2 吸附过程 3.1.3 常用吸附剂 3.1.4 吸附剂的基本特性 3.1.5 工业吸附对吸附剂的要求 3.2 有机络合萃取法 3.2.1 实验方法 3.2.2 不同萃取剂对木醋液中醋酸的萃取平衡影响 3.2.3 络合萃取历程的表征 3.3 其他方法 3.3.1 静置法 3.3.2 蒸馏法 3.3.3 过滤法 3.3.4 分配法 第4章 由木醋液制环保型融雪剂的工艺技术 4.1 由木醋液制环保型融雪剂的工艺方法 4.1.1 原理 4.1.2 工艺方案选择的基本原则 4.1.3 分析方法 4.2 常用设备 4.2.1 反应搅拌釜 4.2.2 过滤机 4.2.3 蒸发器 4.3 用活性炭作吸附剂的脱色工艺技术 4.3.1 脱色工艺方法 4.3.2 不同的脱色工艺对脱色效果的影响 4.3.3 木醋液吸附脱色动力学模型 4.3.4 木醋液（转化液）脱色的工业设计 4.3.5 木醋液脱色厂区设计 4.3.6 木醋液脱色工艺特点及注意事项 4.4 由木醋液制环保型融雪剂的干燥工艺技术 4.4.1 干燥基础理论 4.4.2 喷雾干燥的工艺流程 4.4.3 工艺计算 4.4.4 辅助设备选型设计 4.5 木醋液中醋酸钙（镁）盐的结晶方法 4.5.1 结晶过程的原理 4.5.2 木醋液（转化液）中结晶醋酸钙（镁）盐的工艺方法 4.6 由木醋液制CMA环保型融雪剂的性能及应用前景 4.6.1 最低融雪温度 4.6.2 融雪效率 4.6.3 腐蚀性与毒性 4.6.4 由木醋液制CMA环保型融雪剂的应用前景 第5章 木醋液的其他应用技术 5.1 从木醋液中制取醋酸 5.1.1 粗木醋液预蒸馏 …… 第6章 木醋液的研究开发新动向 参考文献 书摘插图 第1章 绪论 1.2 生物质能源的利用 1.2.2 国内对生物质能源的开发利用 我国对生物质能的应用技术研究，是从国家“六五”计划设立研究课题开始的，主要在生物质气化、固化、热解等方面进行了重点攻关。 （1）生物质气化技术生物质气化技术是利用农林生物质原料进行热解气化反应，产生的煤气供居民生活用气、供热和发电方面。中国林业科学研究院林产化学工业研究所从20世纪80年代初期开始研究开发木质原料和农业剩余物的气化和成型技术。先后承担了国家、部、省级重点项目和国际合作项目近10项，研究开发了以林业剩余物为原料的上吸式气化炉，已先后在黑龙江、福建等建成工业化装置，气化炉的最大生产能力达6.3×106kJ／h（消耗木片量为300kg／h）。产生的木煤气作为集中供热和居民家庭用气燃料，从原料计算气化热效率达到70％以上。同时在出热量达4.18×104kJ／h的中试装置中，进行了气化发电试验研究，电的转化率为13％左右。广州能源研究所开发了外循环流化床生物质气化技术，制取的木煤气作为干燥热源和发电，已完成了目前国内最大发电能力为1Mw的气化发电系统，为木材加工厂提供附加电源。辽宁能源所与意大利合作引进了一套下吸式气化炉发电装置，发电能力30kw。另外，北京农业机械化科学研究院、浙江大学热能工程研究所和大连市环境科学研究院等单位先后开展了生物质气化技术的研究工作。 （2）生物质固化技术 生物质固化技术是将纤维素生物质（锯末、木屑、稻壳、秸秆等）经压缩成型和炭化，加工成燃料的技术。……

在世界金融危机肆虐，国际格局大变动，国际秩序大调整的背景下，中国政府和能源企业利用时代发展的新机遇，化解国际社会出现的新挑战，能源外交有声有色，能源国际合作取得重大进展。

总结今年中国能源外交面临的新机遇新形势，主要表现在以下几个方面：

第一，世界金融危机对部分能源资源国造成严重冲击，资源国的强势地位相对下降。

发端于美国的世界金融危机对全球经济造成沉重打击，包括美国、欧盟、日本在内的发达国家经济体生产大幅下滑，东欧、独联体等国家经济增长也急剧减速，就连新兴发展中大国经济也受到不同程度的冲击。世界经济的大面积滑坡导致国际市场石油需求明显下降，出现了多年来少有的供大于求的情况。

与此同时，多个资源国的金融系统陷入困境，投机大宗商品的风险增大，利润减少，致使金融资本大规模抽离石油市场，国际油价波动幅度明显加大。能源金融因素的重大变化导致国际油价大幅度下跌，能源资源国出口收入锐减，同时，由于能源资源国一些大型国有公司，近年来盲目借贷扩张，特别像俄罗斯这样独立的石油输出国，巨额债务缠身，在石油出口收入锐减的情况下，资金链发生断裂，因而陷入严重的资金短缺危机，导致开发投资萎缩，剩余产能减少，股值大幅贬值，有些公司为了还债不得不压价出售资产。

虽然最近两个月国际油价大幅反弹，但能源界普遍认为，这种反弹并非供需失衡所致，事实上，石油供应和需求库存等仍然温和看跌，本轮反弹实际上是投机资本在对世界经济危机即将触底反弹的过分乐观预期趋势下，看涨石油期权重返国际石油市场，以及美元贬值等因素所导致的。专家预测，今后一段时间，国际油价仍有可能继续走高，但持续高涨的可能性不大。主要原因是，一方面，世界经济是否已经见底，能否避免长时间的谷底徘徊，现在很难预料，另一方面，世界各国加强对金融投机监管的呼声高涨，投机资本兴风作浪的空间明显缩小，国际石油市场再次出现剧烈震荡的危险性有可能降低。

上述情况导致能源资源国在近年高油价条件下不断强化的强势地位明显下降。尽管我们不能说现在的国际石油市场不再是卖方市场，但可以肯定的是，在今后一段时间，资源国要回复上年咄咄逼人的气势十分困难。

这种情况显然有利于能源消费国的能源安全。就是在这种形势下，中国充分利用充足的外汇储备，以及深化国际能源合作，一方面大幅提升了国家的能源安全水平，另一方面给资源国能源产业的生存和发展提供了强有力的支撑，同时，也为金融危机后，国际能源市场的稳定作出了重要的贡献，可以说，中国的举措，具有双赢和多赢的性质，这是新的形式第一点。

第二，气候变化问题凸显，成为国际合作的新焦点。

与世界金融危机的发生几乎同时，国际社会对应对气候变化挑战的重视大幅增高。气候变化成为大国关系、南北关系的重大课题，成为国际战略博弈的新焦点。世界各国节能减排的呼声强烈，对于哥本哈根气候变化大会寄予厚望。因为温室气体的排放，80%都跟人类能源活动密切有关。所以，世界各国都把应对气候变化的关注重点放在了采用节能技术减少二氧化碳的排放上，放在了开发清洁能源、可再生能源的能源问题上。

于是，一场新的能源革命，一场低碳经济革命，一场绿色产业革命蓬勃兴起。在这场革命中，美国奥巴马政府率先推出了能源新政，包括中国在内的其他主要经济体刺激经济计划也都高度重视能源产业结构的调整。无论即将召开的哥本哈根气候变化大会能否就减排量化指标问题达成妥协，它对可再生清洁能源的发展都会产生极大的推动作用，不久的将来，新能源完全可能以人类意想不到的速度取代世界经济对一次能源的部分需求，我们可以设想对石油等化石能源的需求即使减少百分之十几，也不会对国际石油市场产生极大的冲击、极大的震撼，从而可能大大缓解石油供需的矛盾，引起国际能源格局的重大变化。

这种情况有利于世界能源的安全，对能源需求大国中国来说，更是一种福音。中国实现工业化、城市化、现代化的能源成本因此有望大幅降低，如果中国能在新能源革命中争取到主动，国家的能源安全受制于他人的状况会得到实质性的改变。

第三，中国的崛起势头强劲，应对危机表现突出，在国际能源关系中地位有所增强。

中国经济快速增长，能源需求持续旺盛，中国在国际能源领域必将继续占据战略买家的地位，任何国际能源主体都不能不重视中国日益增强的影响力，从而渴望大幅度扩展中国的能源外交空间。中国的外汇储备充足，世界主要能源国普遍看重中国的投资能力，这种情况有望为中国增强在国际能源市场地位，加强以资源国在能源金融领域的合作创造新的条件。

中国应对金融危机措施坚决，化危为机，成效显著，表现突出。有望率先走出危机，而率先走出危机赢得的主动地位，有望为中国对国际能源关系的运筹提供有利的支撑。

中国的国际地位快速上升，世界普遍看好中国，重视发展对中国的关系，有望大幅增强中国在现行国际格局中的地位，为中国开展更具活力的能源外交提供新的依托。

上述这三个方面的有利因素对中国能源外交的运筹已经并将继续起到重要的作用。中国战略石油储备的建立，商业石油储备的充盈，能源企业走出去步伐的加快，海外资产并购力度的加大，陆上油气管道建设的突破，长期石油供应合同的签订，能源领域全面合作的战略都是在这种有利条件下发生的。

然而，我们在看到有利条件的同时，必须重视不利因素的存在。

例如：中国经济的发展对境外能源资源的依赖度还在增大，至少在2030年对化石能源的需求难以减少，势必影响到国家能源安全的维护。

再如，中国在能源金融领域的运筹能力有限，特别是在应对国际金融投机资本操纵能源市场方面缺少经验。势必增大中国维护能源安全的代价和成本。

还有，中国在现行国际能源秩序中可能长时间处于一种弱势地位，中国维护能源安全可能面临着重重困难。

基于以上有利和不利因素的分析，我认为中国能源外交必须从以下几个方面作出新的努力。

首先，要加紧后金融危机时期能源战略的谋划。在这次金融危机中，我国受到的冲击相对较轻，应对危机的思路对头，措施得力，因而完全有希望率先赢得走出危机的先机。充分利用这一先机的前提是，切实做好具有前瞻性的后金融危机时期的能源战略谋划。要分析金融危机对世界能源形势的影响以及危机过后我国在世界能源格局地位中可能的变化，既要有高瞻远瞩的战略思维，又要立足于现实国情，既要确立明确的战略目标战略战略布局和战略重点，又要制定各领域各阶段实施方略和具体举措，从而指引各个能源合作主体开展纵横捭阖的能源外交，深化多方位的国际能源合作，特别下大力推动我国周边区域和次区域能源合作，取得实质性进展。

其次，要大力推动新的国际能源金融秩序的形成。在推动新的更加公正合理的国际能源秩序形成方面，特别要关注国际能源金融秩序，要充分认识金融因素对国际能源关系的重大影响，研究这种影响，寻求利用其积极方面规避其消极方面的有效途径，建议从扩大本地结算比例入手，逐步形成新的一揽子货币结算体系，充分利用外汇储备充足的优势，加大对境外资源开发、周边油气管道建设的投资力度，贷款换石油的成功经验值得我们认真总结。

第三，要力争在绿色产业革命中走在世界前列。新能源技术是21世纪最具发展潜力的技术，是为经济可持续发展创造新的经济繁荣的重要引擎，也是应对气候变化的重要钥匙。谁率先掌握了新能源技术谁就有希望占据世界经济发展的制高点，成为世界经济革命的领头羊。我们应当从本国国情和长远利益出发，采取积极而又稳妥的措施，争取在这项革命中走到世界的前列。

与此同时，我们必须继续重视传统能源安全问题。在新能源开发尚处于起步阶段，而且在中短期内难以规模化利用的情况下，我们对一次能源的利用难以有实质性减少。因此，必须抓住后金融危机的有利时机，强化国家的传统能源安全，与世界主要油气资源国建立更加广泛的战略合作关系，尽可能多的并购油气资产，以确保我国长期而又稳定的油气供应，同时，为世界经济发展作出我们应有的贡献。

能源资源的战略属性日益突出，国际能源合作越来越离不开外交运筹，离不开对对象国政治环境、经济环境、人文环境、法律环境、社会环境、安全环境等宏观环境的研究，以及机动灵活的外交运筹。

摘 要：主要论述了生物质热解技术的原理、热解反应过程、热解工艺类型及影响因素。在分析国内外发展现状的基础上，提出生物质热解技术主要存在的不足，对生物质热解技术的发展前景进行了展望。

关键词：生物质热解；研究进展；发展现状；展望

0 引 言

通过生物质能转换技术可高效地利用生物质能源， 生产各种清洁能源和化工产品，从而减少人类对于化石能源的依赖，减轻化石能源消费给环境造成的污染。 目前，世界各国尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。

生物质热解是指生物质在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸气等）存在或只提供有限氧的条件下，加热到逾500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（固态炭、可燃气、生物油）的热化学转化技术方法。生物质热解的燃料能源转化率可达95.5%，最大限度的将生物质能量转化为能源产品，物尽其用，而热解也是燃烧和气化必不可少的初始阶段[1]。

1 热解技术原理

1.1 热解原理

从化学反应的角度对其进行分析， 生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。木材、林业废弃物和农作物废弃物等的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。热重分析结果表明，纤维素在52℃时开始热解，随着温度的升高，热解反应速度加快，到350～370℃时，分解为低分子产物，其热解过程为：

(C6H10O5)n→nC6H10O5

C6H10O5→H2O+2CH3-CO-CHO

CH3-CO-CHO+H2→CH3-CO-CH2OH

CH3-CO-CH2OH+H2→CH3-CHOH-CH2+H2O

半纤维素结构上带有支链，是木材中最不稳定的组分，在225～325℃分解，比纤维素更易热分解，其热解机理与纤维素相似[2]。

从物质迁移、能量传递的角度对其进行分析，在生物质热解过程中，热量首先传递到颗粒表面，再由表面传到颗粒内部。热解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速裂解成木炭和挥发分。其中，挥发分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解，形成不可冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分气体离开生物颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。生物质热解过程最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质[3，4]。

1.2 热解反应基本过程

根据热解过程的温度变化和生成产物的情况等， 可以分为干燥阶段、预热解阶段、固体分解阶段和煅烧阶段。

1.2.1 干燥阶段（温度为120～150℃），生物质中的水分进行蒸发，物料的化学组成几乎不变。

1.2.2 预热解阶段（温度为150～275℃），物料的热反应比较明显，化学组成开始变化，生物质中的不稳定成分如半纤维素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。上述两个阶段均为吸热反应阶段。

1.2.3 固体分解阶段（温度为275～475℃），热解的主要阶段，物料发生了各种复杂的物理、化学反应，产生大量的分解产物。生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇（冷却时析出来）；气体产物中有CO2、CO、CH4、H2等，可燃成分含量增加。这个阶段要放出大量的热。

1.2.4 煅烧阶段（温度为450～500℃），生物质依靠外部供给的热量进行木炭的燃烧，使木炭中的挥发物质减少，固定碳含量增加，为放热阶段。实际上，上述四个阶段的界限难以明确划分，各阶段的反应过程会相互交叉进[5，6]。

2 热解工艺及影响因素

2.1 热解工艺类型

从对生物质的加热速率和完成反应所用时间的角度来看，生物质热解工艺基本上可以分为两种类型：一种是慢速热解，一种是快速热解。在快速热解中，当完成反应时间甚短（＜0.5s）时，又称为闪速热解。根据工艺操作条件，生物质热解工艺又可分为慢速、快速和反应性热解三种。在慢速热解工艺中又可以分为炭化和常规热解[5]。

慢速热解（又称干馏工艺、传统热解）工艺具有几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程，低温干馏的加热温度为500～580℃，中温干馏温度为660～750℃， 高温干馏的温度为900～1100℃。将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热，可以得到占原料质量30%～35%的木炭产量。

快速热解是将磨细的生物质原料放在快速热解装置中，严格控制加热速率（一般大致为10～200℃/s）和反应温度（控制在500℃左右）， 生物质原料在缺氧的情况下，被快速加热到较高温度，从而引发大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，成为生物油或焦油，其比例一般可达原料质量的40%～60%。

与慢速热解相比，快速热解的传热反应过程发生在极短的时间内，强烈的热效应直接产生热解产物，再迅速淬冷，通常在0.5s内急冷至350℃以下，最大限度地增加了液态产物（油）。

常规热解是将生物质原料放在常规的热解装置中，在低于600℃的中等温度及中等反应速率（0.1～1℃/s）条件下，经过几个小时的热解，得到占原料质量的20%～25%的生物质炭及10%～20%的生物油[7～9]。

2.2 热解影响因素

总的来讲，影响热解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次反应和二次反应；物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。具体的操作条件表现为：温度、物料特性、催化剂、滞留时间、压力和升温速率[10]。

2.2.1 温度

在生物质热解过程中，温度是一个很重要的影响因素， 它对热解产物分布、组分、产率和热解气热值都有很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭各占比例的多少，随反应温度的高低和加热速度的快慢有很大差异。一般地说，低温、长期滞留的慢速热解主要用于最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别达到30%和50%（质量分数）[11～13]。

温度小于600℃的常规热解时，采用中等反应速率，生物油、不可凝气体和炭的产率基本相等；闪速热解温度在500～650℃范围内，主要用来增加生物油的产量，生物油产率可达80%（质量分数）；同样的闪速热解，若温度高于700℃，在非常高的反应速率和极短的气相滞留期下，主要用于生产气体产物，其产率可达80%（质量分数）。当升温速率极快时，半纤维素和纤维素几乎不生成炭[5]。

2.2.2 生物质材料的影响

生物质种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解行为和产物组成等有着重要的影响[3]。这种影响相当复杂，与热解温度、压力、升温速率等外部特性共同作用，在不同水平和程度上影响着热解过程。 由于木质素较纤维素和半纤维素难分解，因而通常含木质素多者焦炭产量较大；而半纤维素多者，焦炭产量较小。在生物质构成中，以木质素热解所得到的液态产物热值为最大；气体产物中以木聚糖热解所得到的气体热值最大[5]。

生物质粒径的大小是影响热解速率的决定性因素。粒径在1mm以下时，热解过程受反应动力学速率控制，而当粒径大于1mm时，热解过程中还同时受到传热和传质现象的控制。大颗粒物料比小颗粒传热能力差，颗粒内部升温要迟缓，即大颗粒物料在低温区的停留时间要长，从而对热解产物的分布造成了影响。 随着颗粒的粒径的增大，热解产物中固相炭的产量增大。从获得更多生物油角度看，生物质颗粒的尺寸以小为宜，但这无疑会导致破碎和筛选有难度，实际上只要选用小于1mm的生物质颗粒就可以了。

2.2.3 催化剂的影响

有关研究人员用不同的催化剂掺入生物质热解试验中，不同的催化剂起到不同的效果。如：碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物油的产量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中的H2/CO增大；K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影响H2O的生成；NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成；加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分子量变小。

另外，原料反应得到的产物在反应器内停留时间、反应产出气体的冷却速度、原料颗粒尺寸等，对产出的炭、可燃性气体、生物油（降温由气体析出）的产量比例也有一定影响[5]。

2.2.4 滞留时间

滞留时间在生物质热解反应中有固相滞留时间和气相滞留时间之分。固相滞留时间越短，热解的固态产物所占的比例就越小，总的产物量越大，热解越完全。在给定的温度和升温速率的条件下，固相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越少，气相产物的量就越大。气相滞留期时间一般并不影响生物质的一次裂解反应过程，而只影响到液态产物中的生物油发生的二次裂解反应的进程。当生物质热解产物中的一次产物进入围绕生物质颗粒的气相中，生物油就会发生进一步的裂化反应，在炽热的反应器中，气相滞留时间越长，生物油的二次裂解发生的就越严重，二次裂解反应增多，放出H2、CH4、CO等，导致液态产物迅速减少，气体产物增加。所以，为获得最大生物油产量，应缩短气相滞留期，使挥发产物迅速离开反应器，减少焦油二次裂解的时间[3～5]。

2.2.5 压力

压力的大小将影响气相滞留期，从而影响二次裂解，最终影响热解产物产量的分布。随着压力的提高，生物质的活化能减小，且减小的趋势渐缓。在较高的压力下，生物质的热解速率有明显的提高，反应也更激烈，而且挥发产物的滞留期增加，二次裂解较大；而在低的压力下，挥发物可以迅速从颗粒表面离开，从而限制了二次裂解的发生，增加了生物油产量[14，15]。

2.2.6 升温速率

升温速率对热解的影响很大。一般对热解有正反两方面的影响。升温速率增加，物料颗粒达到热解所需温度的相应时间变短，有利于热解；但同时颗粒内外的温差变大，由于传热滞后效应会影响内部热解的进行。随着升温速率的增大，温度滞后就越严重，热重曲线和差热曲线的分辨力就会越低，物料失重和失重速率曲线均向高温区移动。热解速率和热解特征温度（热解起始温度、热解速率最快的温度、热解终止温度）均随升温速率的提高呈线形增长。在一定热解时间内，慢加热速率会延长热解物料在低温区的停留时间，促进纤维素和木质素的脱水和炭化反应，导致炭产率增加。气体和生物油的产率在很大程度上取决于挥发物生成的一次反应和生物油的二次裂解反应的竞争结果，较快的加热方式使得挥发分在高温环境下的滞留时间增加，促进了二次裂解的进行，使得生物油产率下降、燃气产率提高[16～18]。

3 热解技术研究现状

3.1 国内研究现状

与欧美一些国家相比，亚洲及我国对生物质热解的研究起步较晚。近十几年来，广州能源研究所生物质能研究中心、浙江大学、东北林业大学等单位做了一些这方面的工作。

广州能源研究所生物质能研究中心，目前研究方向重点为生物质热化学转化过程的机理及热化学利用技术。其研究内容为：（1）高能环境下的热解机理研究：等离子体热解气化、超临界热解等；（2）气化新工艺研究：高温气化、富氧气化、水蒸汽气化等；（3）气化技术系统集成及应用：新型气化装置、气化发电系统等；（4）生物质气化燃烧与直接燃烧：气化燃烧技术、热解燃烧技术、直接燃烧等。

浙江大学着眼于流化床技术在生物质清洁能源规模化利用上显示出的巨大潜在优势，在上世纪末成功开发了以流化床技术为基础的生物质热裂解液化反应器，并在先期成功试验的基础上，针对已有的生物质热裂解液化工艺中能源利用率不高以及液体产物不分级等缺点，采用独特的设计方案研发了生物质整合式热裂解分级制取液体燃料装置，得出了各运行参数对生物质热解产物的得率及组成的影响程度，适合规模化制取代用液体燃料。目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。

东北林业大学生物质能研究中心研究方向： 转锥式生物质闪速热解液化装置。经过一系列的调试、实验和改进后，现已经探索出了一些基本的设计规则和经验。现阶段设备制造已完成，即将进入实验阶段，为今后设备改进及技术推广打好坚实的基础。

另外在快速热裂解研究上，沈阳农业大学在联合国粮农组织（FTO）的协助下，从荷兰的BTG集团引入一套50 kg/h旋转锥闪速热解装置并进行了相关实验研究；上海理工大学、华东理工大学、浙江大学、中国科学院广州能源研究所、清华大学、哈尔滨工业大学和山东理工大学等单位也开展了相关实验研究，目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。在现在技术的支持下，用于商业运行的只有输运床和循环流化床系统[19，20]。

河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室也长期进行了生物质热解方面的研究。“YNO4型生物质燃气脱焦机”的诞生解决了现有生物质热解气化机组净化装置复杂、脱焦效率低且焦油难收集等问题，结构简单，操作方便，避免了二次污染，系统运行可靠，维护费用低，经济效益显著，适用于各类生物质热解气化机组的配套及其商业化应用，已于2001年11月通过省科技厅技术鉴定，并已在许昌机电厂投入批量生产。

同时，该实验室与河南商丘三利新能源有限公司对生物质热解产物进行了综合利用的研究，并形成了配套设备。根据农作物秸秆资源存在着季节性、分散性的特点和运输、储存难的矛盾，采取了分散和集中的模式，即在农作物秸秆易收集的范围内建造小型生物质热解装置，就地使用生物质燃气， 然后将便于运输的生物质炭、焦油、木醋液收集，建设若干集中加工厂，生产多种产品以供各种用途，较适合我国的国情。

3.2 国外研究现状

生物质热解技术最初的研究主要集中在欧洲和北美。20世纪90年开始蓬勃发展，随着试验规模大小的反应装置逐步完善，示范性和商业化运行的热解装置也被不断地开发和建造。欧洲一些著名的实验室和研究所开发出了许多重要的热解技术，20世纪90年代欧共体JOULE计划中生物质生产能源项目内很多课题的启动就显示了欧盟对于生物质热解技术的重视程度。

但较有影响力的成果多在北美涌现，如加拿大的Castle Capital有限公司将BBC公司开发的10Kg/h～25Kg/h的橡胶热烧蚀反应器放大后，建造了1500Kg/h～2000 kg/h规模的固体废物热烧蚀裂解反应器，之后，英国Aston大学、美国可再生能源实验室、法国的Nancy大学及荷兰的Twente大学也相继开发了这种装置。

荷兰Twente大学反应器工程组及生物质技术（BTG）集团研制开发了旋转锥热裂解反应器，由于工艺先进、设备体积小、结构紧凑，得到了广泛的研究和应用；Hamberg木材化学研究所对混合式反应器鼓泡床技术进行了改进和发展，成功地采用静电扑捉和冷凝器联用的方式，非常有效地分离了气体中的可凝性烟雾。ENSYN基于循环流化床的原理在意大利开发和建造了闪速热解装置（RTP），还有一些小型的实验装置也相继在各研究所安装调试。

传统的热解技术不适合湿生物质的热转化。针对这个问题，欧洲很多国家己开始研究新的热解技术，这就是Hydro Thermal Upgrading（HTU）。将湿木片或生物质溶于水中，在一个高压容器中，经过15min（200℃，300bar）软化，成为糊状，然后进入另一反应器（330℃，200bar）液化5～15min。经脱羧作用，移去氧，产生30%CO2、50%生物油，仅含10%～15%的氧。荷兰Shell公司证明：通过催化，可获得高质量的汽油和粗汽油。这项技术可产生优质油（氧含量比裂解油低），且生物质不需干燥，直接使用[21，22]。

4 前景与展望

面对化石能源的枯竭和环境污染的加剧，寻找一种洁净的新能源成了迫在眉睫的问题。现在全世界都把目光凝聚在生物质能的开发和利用上。生物质能利用前景十分广阔，但真正实际应用还取决于生物质的各种转化利用技术能否有所突破。

随着技术的不断完善，研究的方向和重点也在拓宽，以前侧重热解反应器类型及反应参数，以寻求产物最大化，而现在整体利用生物质资源的联合工艺以及优化系统整体效率被认为是最大化热解经济效益、具有相当大潜力的发展方向；除此之外，提高产物品质，开发新的应用领域，也是当前研究的迫切要求。

我国生物质热解技术方面的研究进展缓慢，主要是因为研究以单项技术为主，缺乏系统性，与欧美等国相比还有较大差距。 特别是在高效反应器研发、工艺参数优化、液化产物精制以及生物燃油对发动机性能的影响等方面存在明显差距。同时，热解技术还存在如下一些问题：生物油成本通常比矿物油高，生物油同传统液体燃料不相容，需要专用的燃料处理设备；生物油是高含氧量碳氢化合物，在物理、化学性质上存在不稳定因素，长时间贮存会发生相分离、沉淀等现象，并具有腐蚀性；由于物理、化学性质的不稳定，生物油不能直接用于现有的动力设备，必须经过改性和精制后才可使用；不同生物油品质相差很大，生物油的使用和销售缺少统一标准，影响其广泛应用。以上问题也是阻碍生物质高效、规模化利用的瓶颈所在[6]。

针对以上存在的差距和问题，今后的研究应主要集中在如何提高液化产物收率，寻求高效精制技术，提高生物油品质，降低运行成本，实现产物的综合利用和工业化生产等方面。同时加强生物质液化反应机理的研究，特别是原料种类及原料中各种成分对热化学反应过程及产物的影响。在理论研究的基础上，将现有设备放大，降低生物油生产成本，逐渐向大规模生产过渡，完善生物油成分和物理特性的测定方法，制定统一的规范和标准，开发生物油精制与品位提升新工艺，开发出用于热化学催化反应过程中的低污染高效催化剂，使其能够参与化石燃料市场的竞争[23]。?

参考文献

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这是从一篇叫做《太阳能简介》的论文中写到的，原文如下。

太阳能简介

摘要

太阳能作为一种取之不尽用之不竭的能源，受到世界各国的重视。太阳能广泛用于发电、制冷、制热等方面，已经和世界的经济生活联系在一起

关键词

太阳能污染硅电池

1. 前言

太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电，是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。广义太阳能包括:地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能，化石燃料（如煤、石油、天然气等）。狭义太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

太阳能源自太阳。太阳是一个炽热的气态球体，它的直径约为1.39×106km，质量约为2.2×l027t，为地球质量的3.32×105倍，体积是地球的1.3×106倍，平均密度为地球的1/4。太阳作为一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（3.75×10^26KW）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。

总的说来太阳能具有能量十分巨大、供应时间长、分布广阔、获取方便、安全、干净、不污染环境的优点。但也存在问题：1）能量分散，能量密度低；2）稳定性差，受日夜季候、地理纬度等影响，太阳能不断地生变化；3）装置成本过高；4）制造过程中污染严重，使用中可能有视觉污染。

我国的太阳能资源和分布广泛，有着十分丰富的太阳能资源。根据中国气象科学研究院的研究，有2/3以上国土面积，年日照在2000小时以上，年平均辐射量超过0.6GJ/cm2，各地太阳年辐射量大致在930～2330kW·h/m2之间。

从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。

2. 太阳能利用历史

人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀作功而抽水的机器。在1615年～1900年之间，世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光，发动机功率 不大，工质主要是水蒸汽，价格昂贵，实用价值不大，大部分为太阳能爱好者个人研究制造。

20世纪太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段 :

第一阶段(1900-1920)

太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，且开始采用平板集热器，装置逐渐扩大，最大输出功率达73.64kW，实用目的比较明确，造价仍然很高。建造的典型装置有：

1. 1901年，在美国加州建成一台太阳能抽水装置

2. 1902 -1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机，采用平板集热器和低沸点工质；

3. 1913年，在埃及开罗以南建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵，每个长62.5m，宽4m，总采光面积达1250m2。

第二阶段（1920-1945）

在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战（1935-1945）有关，太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。

第三阶段（1945-1965）

　二战结束后的20年中，一些有远见的人士注意到石油和天然气资源正在迅速减少，呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展。比较突出的研究进展有：

1955年，以色列泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条件；

1954年，美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础。

这一阶段里还有其它一些重要成果，比较突出的有：

1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kW的太阳炉。

1960年，在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨-水吸收式空调系统，制冷能力为5冷吨。

1961年，一台带有石英窗的斯特林发动机问世。在这一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展，建成一批实验性太阳房。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。

第四阶段(1965-1973）

这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。

第五阶段(1973-1980）

“能源危机”（有的称“石油危机”）在客观上使人们认识到：现有的能源结构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。

1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。

日本在1974年公布了政府制定的“阳光计划”，其中太阳能的研究开发项目有：太阳房 、工业太阳能系统、太阳热发电、太阳电池生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。

这一时间太阳能研究领域不断扩大，研究工作日益深入，取得一批较大成果，如CPC、真空集热管、非晶硅太阳电池、 光解水制氢、太阳能热发电等。

太阳热水器、太阳电他等产品开始实现商业化，太阳能产业初步建立，但规模较小，经济效益尚不理想。

第六阶段（1980-1992）

开发利用太阳能热潮，进入80年代后逐渐进入低谷。世界上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费，其中美国最为突出。

导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用

第七阶段（1992-今）

由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》、《21世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了 可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在 一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。世界环发大会之后，中国政府对环境与发展十分重视，提出10条对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源”，制定了《中国21世纪议程》，进一步明确 了太阳能重点发展项目。

3. 太阳能利用方式

3.1 光－热能转换

光热转换是利用太阳辐射加热物体而获得热能的一种太阳能利用方式。常见应用有太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉、地膜、大棚、温室等。

3.1.1集热器

太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获得足够的能量，或者为了提高温度，必须采用一定的技术和装置（集热器），对太阳能进行采集。太阳能集热器是把太阳辐射能转换成热能的设备，它是太阳能热利用中的关键设备。常见有可分为聚光型和非聚光型。

3.1.1.1非聚光型集热器

非聚光型集热器常见有平板和真空管集热器。

平板集热器

平板集热器是非聚光类集热器中最简单且应用最广的集热器。它吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相等，能利用太阳的直射和漫射辐射。按工质划分有空气集热器和液体集热器，目前大量使用的是液体集热器；按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料及其它非金属集热器等； 按结构划分有管板式、扁盒式、管翅式、热管翅片式、蛇形管式集热器，还有带平面反射镜集热器和逆平板集热器等；按盖板划分有单层或多层玻璃、玻璃钢或高分子透明材料、透明隔热材料集热器等。

目前，国内外使用比较普遍的是全铜集热器和铜铝复合集热器。铜翅和铜管的结合，国外一般采用高频焊，国内以往采用介质焊，1995年我国也开发成功全铜高频焊集热器。1937年从加拿大引进铜铝复合生产线，通过消化吸收，现在国内已建成十几条铜铝复合生产线。 为了减少集热器的热损失，可以采用中空玻璃、聚碳酸酯阳光板以及透明蜂窝等作为盖板材料，但这些材料价格较高，一时难以推广应用。

真空管集热器

为了减少平板集热器的热损，提高集热温度，国际上70年代研制成功真空集热管，其吸热体被封闭在高真空的玻璃真空管内，大大提高了热性能。将若干支真空集热管组装在一起，即构成真空管集热器，为了增加太阳光的采集量，有的在真空集热管的背部还加装了反光板。

真空集热管大体可分为全玻璃真空集热管，玻璃-U型管真空集热管，玻璃-金属热管真空集热管，直通式真空集热管和贮热式真空集热管。最近，我国还研制成全玻璃热管真空集热管和新型全玻璃直通式真空集 热管。

我国已经建立了拥有自主知识产权的现代化全玻璃真空集热管的产业，用于生产集热管的磁控溅射镀膜机在百台以上，产品质量达世 界先进水平，产量雄居世界首位。我国自80年代中期开始研制热管真空集热管，经过十几年的努力，攻克了热压封等许多技术难关，建立了拥有全部知识产权的热管真空管生产基地，产品质量达到世界先进水平，生产能力居世界首位。

真空管平板集热器

它是将单根真空管装配在复合抛物面反射镜的底面，兼有平板和固定式聚光的特点，它能吸收太阳光的直射和80%的散射。

3.1.1.2聚光集热器

聚光集热器通常由聚光器、吸收器和跟踪系统三部分组成。其工作原理是，自然阳光经聚光器聚焦到吸收器上，并加热吸收器内流动的集热介质，跟踪系统则根据太阳的方位随时调节聚光器的位置，以保证聚光器的开口面与人射太阳辐射总是互相垂直的。

在反射式聚光集热器中应用较多的是旋转抛物面镜聚光集热器（点聚焦）和槽形抛物面镜聚光集热器 （线聚焦）。前者可以获得高温，但要进行二维跟踪；后者可以获得中温，只要进行一维跟踪。这两种聚光集热 器在本世纪初就有应用，几十年来进行了许多改进，如提高反射面加工精度，研制高反射材料，开发高可靠性 跟踪机构等，现在这两种抛物面镜聚光集热器完全能满足各种中、高温太阳能利用的要求，但由于造价高，限制了它们的广泛应用。

3.1.2 太阳能热水器

基本原理：通过集热，促使管内水温高于水箱水温，热水比冷水轻，形成对流，最终使水箱中的温度达到使用所需的温度。

太阳能热水器通常由平板集热器、蓄热水箱和连接管道组成。按照流体流动的方式分类，可将太阳能热水器分成三大类：闷晒式、直流式和循环式。

3.1.3 太阳能采暖

太阳能采暖可以分为主动式和被动式两大类。主动式是利用太阳能集热器和相应的蓄热装置作为热源来代替常规热水（或热风）采暖系统中的锅炉。被动式则是依靠建筑物结构本身充分利用太阳能来达到采暖的目的，因此它又称为被动式太阳房。

被动式太阳房构造简单，取材方便，造价便宜，无需维修，有自然的 舒适感，特别适合发展中国家的广大农村。

主动式太阳房利用集热器产生的热水采暖，结构简单，蓄热器置于室外，室内又是由地板供暖，故不占用室内居住面积是这种系统的一大优点。

3.1.4 太阳能干燥

太阳能干燥按干燥器（或干燥室）获得能量的方式可分为：

1.集热器型干燥器

2.温室型干燥器

3.集热器—温室型干燥器

实际中还有集热器与常规能源、集热器与储热装置、集热器与热泵等各种组合式太阳能干燥装置。

集热器型干燥器是利用太阳能空气集热器，先把空气加热到预定温度后再送入干燥室，干燥室视干燥物品的类型多种多样，如箱式、窑式、固定床式或流动床式等。

温室型干燥器其温室就是干燥室，它直接接受太阳的辐射能。

集热器—温室型干燥器则是上述两种形式的结合。其温室顶部为玻璃盖板，待干燥物品放在温室中的料盘上，它既直接接受太阳辐射加热，又依靠来自空气集热器的热空气加热。

属于光热转化的还有：太阳能海水淡化、太阳能制冷和空调、太阳能热动力发电、太阳坑发电技术、太阳能热推进等。

3.2 光－电转换

原理是根据光电效应，利用太阳能直接转化为电能。应用包括为无电场所提供电池，包括移动电源和备用电源、太阳能日用电子产品等。

世界上，1941年出现有关硅太阳电池报道，1954年研制成效率达6％的单晶硅太阳电池，1958年太阳电池应用于卫星供电。在70年代以前，由于太阳电池效率低，售价昂贵，主要应用在空间。70年代以后，对太阳电池材料、结构和工艺进行了广泛研究，在提高效率和降低成本方面取得较大进展。

目前，世界上太阳电他的实验室效率最高水平为：单晶硅电池24％（100px2)，多晶硅电池18.6％（100px2）， InGaP／GaAs双结电池30．28％（AM1），非晶硅电池14．5％（初始）、12．8（稳定），碲化镉电池15．8％， 硅带电池14．6％，二氧化钛有机纳米电池10．96％。

我国于1958年开始太阳电池的研究，40多年来取得不少成果。目前，我国太阳电他的实验室效率最高水平为：单晶硅电池20．4％（50px×50px），多晶硅电池14．5％（50px×50px）、12％（250px×250px），GaAs电池 20．1％（lcm×cm），GaAs／Ge电池19．5％（AM0），CulnSe电池9％（lcm×25px），多晶硅薄膜电池13．6％ （lcm×25px，非活性硅衬底），非晶硅电池8．6％（250px×250px）、7．9％（500px×500px）、6．2％（750px×750px）， 二氧化钛纳米有机电池10％（25px×25px）。

由于各种不同材料制成的太阳电池所吸收的太阳光谱是不同的，因此将不同材料的电池串联起来，就可以充分利用太阳光谱的能量，大大提高太阳电池的效率，因此叠层串联电池的研究已引起世界各国的重视，成为最有前途的太阳电池。

太阳电池重量轻，无活动部件，使用安全。单位质量输出功率大，即可作小型电源，又可组合成大型电站。目前其应用已从航天领域走向各行各业，走向千家万户，太阳能汽车，太阳能游艇，太阳能自行车，太阳能飞机都相继问世，它们中有的已进入市场。然而对人类最有吸引力的是所谓太空太阳站。

3.2.1 太阳空间电站

空间电站实际上是利用太阳能发电的卫星，这些卫星表面覆盖有太阳能电池板，能够吸收积聚大量太阳能并将其转化为电能，通过微波束将电能传送回地面。

它是由永远朝向太阳的太阳电池列阵，能把直流电转换成微波能的微波转换站，发射微波束能的列阵天线等三部分组成，通过天线以微波形式向地面输电。在地面上则要建一个面积达几十平方公里的巨型接受系统。

空间发电有两大优点：一是可以充分利用太阳能，同时又不会污染环境，二是 不用架设输电线路，可直接向空中的飞船和飞机提供电力，也可向边远的山区、沙漠和孤岛送电。科学家预测，一旦建成空间电站，人类可以不断获得能源，地球能源利用将产生革命性变化。

问题：一是空间运输成本问题，按推测，至少空间运输成本要降低99%才有可能；二是能量转换的效率问题。

3.2.2 太阳能发电系统

太阳能电源是由太阳能电池发电，经蓄电池贮能，从而给负载供电的一种新型电源，广泛应用于微波通讯、基站、电台、野外活动、高速公路、也可为无电山区、村庄、海岛提供电力。 有以下好处：

1.不必拉设电线，不必挖开马路，安装使用方便；

2.一次性投资，可保证二十年不间断供电（蓄电池一般为5年需更换）；

3.免维护，无任何污染。

太阳能电源可分为直流供电系统和交直流供电系统二种。

我们预计太阳能光伏发电在不久的将来将会占据世界能源消费的重要席位，它的发展不但要替代部分常规能源，而且还将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源的消耗将占总能源消耗比例的30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占有比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源消耗将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源消耗将占总能耗的80%以上，太阳能发电将占到60%以上。以上这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域所占有的重要地位。根据《可再生能源中长期发展规划》报道，到2020年，我国将力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW（百万千瓦），到2050年将达到600GW（百万千瓦）。预计到2050年，我国可再生能源的电力装机将占全国总电力装机容量的25%，其中光伏发电装机将占到5%。未来十几年，将是我国太阳能光伏产业发展继续迅猛的一个阶段。

3.3 光－化学能转化

这种转换技术包括半导体电极产生电而电解水产生氢，利用氢氧化钙或金属氢化物热分解储能等形式。太阳能制氢问题解决了，才有真正意义上的氢能利用(包括燃料电池)，这将引起时代的变革。

正在研究的太阳能制氢。有以下几种方式：

1）太阳能电解水制氢。电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法，效率较高（75％-85％），但耗电大，用常规电制氢，从能量利用而言得不偿失。所以，只有当太阳能发电的成本大幅度下降后，才能实现大规模电解水制氢。

2）太阳能热分解水制氢 。将水或水蒸汽加热到3000K以上，水中的氢和氧便能分解。这种方法制氢效率高，但需要高倍聚光器才能获得如此高的温度，一般不采用这种方法制氢。

3）太阳能热化学循环制氢。为了降低太阳能直接热分解水制氢要求的高温，发展了一种热化学循环制氢方法，即在水中加入一种或几种中间物，然后加热到较低温度，经历不同的反应阶段，最终将水分解成氢和氧，而中间物不消耗，可循环使用。热化学循环分解的温度大致为900-1200K，这是普通旋转抛物面镜聚光器比较容易达到的温度，其分解水的效率在17．5％-75．5％。存在的主要问题是中间物的还原，即使按99．9％-99． 99％还原，也还要作0.1％-0.01％的补充，这将影响氢的价格，并造成环境污染。

4）太阳能光化学分解水制氢 。这一制氢过程与上述热化学循环制氢有相似之处，在水中添加某种光敏物质作催化剂，增加对阳光中长波光能的吸收，利用光化学反应制氢。日本有人利用碘对光的敏感性，设计了一套包括光化学、热电反应的综合制氢流程，每小时可产氢97升，效率达10％左右。

5）太阳能光电化学电池分解水制氢。1972年，日本本多健一等人利用n型二氧化钛半导体电极作阳极，而以铂黑作阴极，制成太阳能光电化学电池，在太阳光照射下，阴极产生氢气，阳极产生氧气，两电极用导线连接便有电流通过，即光电化学电池在太阳光的照射下同时实现了分解水制氢、制氧和获得电能。这一实验结果引起世界各国科学家高度重视，认为是太阳能技术上的一次突破。但是，光电化学电他制氢效率很低，仅0．4％，只能吸收太阳光中的紫外光和近紫外光，且电极易受腐蚀，性能不稳定，所以至今尚未达到实用要求。

6）太阳光络合催化分解水制氢。从1972年以来，科学家发现三联毗啶钉络合物的激发态具有电子转移能力，并从络合催化电荷转移反应，提出利用这一过程进行光解水制氢。这种络合物是一种催化剂，它的作用是吸收光能、产生电荷分离、电荷转移和集结，并通过一系列偶联过程，最终使水分解为氢和氧。络合催化分解水制氢尚不成熟，研究工作正在继续进行。

7）生物光合作用制氢。40多年前发现绿藻在无氧条件下，经太阳光照射可以放出氢气；十多年前又发现，兰绿藻等许多藻类在无氧环境中适应一段时间，在一定条件下都有光合放氢作用。目前，由于对光合作用和藻类放氢机理了解还不够，藻类放氢的效率很低，要实现工程化产氢还有相当大的距离。据估计，如藻类光合作用产氢效率提高到10％，则每天每平方米藻类可产氢9克分子，用5万平方公里接受的太阳能，通过光合放氢工程即可满足美国的全部燃料需要。

3.4 太阳能-生物质能转换

太阳能-机械能转换。 20世纪初，俄国物理学家实验证明光具有压力。20年代，前苏联物理学家提出，利用在宇宙空间中巨大的太阳帆，在阳光的压力作用下可推动宇宙飞船前进，将太阳能直接转换成机械能。科学家估计，在未来10～20年内，太阳帆设想可以实现。通常，太阳能转换为机械能，需要通过中间过程进行间接转换。

3.5 太阳能利用中的污染

太阳能电池在使用过程中确实具有无排放，无噪音，无能耗的清洁能源称号，但当今主流却忽略了太阳能电池光鲜表面背后生产过程中的高污染、高能耗的问题。　

一、高污染

主要是生产硅过程中带来的四氢化硅污染和其它易燃易爆有毒气体污染和蓄电池带来的污染。

现太阳能电池90%为晶体硅电池，其原材料为多晶硅，由金属硅(工业硅)提纯而来，目前国内均采用化学法(改良西门子法)：先将金属硅转变为三氯氢硅，再进行分馏和精馏提纯，得到高纯度的三氯氢硅 (具有毒性、腐蚀性和易爆炸) 后，最终由氢气还原而成；这一过程中只有约25%的三氯氢硅传化成多晶硅，其余基本直接排放；而污染最严重的，则是在还原过程中产生的副产品——四氯化硅(一种腐蚀性极强、难以保存的有毒液体，具有急毒性。由于四氯化硅不能自然降解，如果将四氯化硅倾倒或掩埋，水体将会受到严重污染，土地会变成不毛之地)。这还不包括大量氯气等其它易燃易爆有毒气体。

每生产1KW太阳能电池板需耗费10Kg多晶硅，产生80Kg以上四氯化硅。而国内能通过氢化还原闭环工艺循环减小四氯化硅排放的仅有一家；而即使通过氢化还原闭环工艺循环，四氯化硅的排放仍到达50%；四氯化硅虽然也是化工原料，但下游的化工厂消化十分有限。国内绝大多数多晶硅生产厂家的四氯化硅少部分以低价卖给下游厂家，一部分存储，一部分则偷偷掩埋。

这还不包括硅片后期处理的其它辅料。如制绒过程中用到的各种强酸强碱溶液、扩散使用的三氯氧磷、PECVD中使用的硅烷等，这些辅材的消耗不比主材料少。

由于太阳电池具有时效性，只有阳光照射才会产生电能；所以必须用蓄电池在有阳光时蓄电，无阳光时维持供电。而蓄电池又以铅酸蓄电池为主，其污染程度是相当大的。

二、高能耗

硅石冶炼为金属硅、金属硅提纯为多晶硅、多晶硅片处理需要耗费大量的电能，主要集中在硅石冶炼、多晶硅的铸锭和扩散这几个流程；每生产1KW太阳能电池板需要耗费5800-6000度电(国内平均数)。我们可以这样计算：按平均光照时间4小时/天，太阳能电池是寿命为15至20年(按20年)，1KW太阳能电池总的发电量为4x365x20=29200KW• h；与耗掉的6000度电相比，其电能再生比只有4.87，这还没有算上光照效率以及逆变电源的损耗和控制电路的损耗；远远低于水电和风电。如果再加上超白玻璃、铝合金、钢材、电缆等辅件，其电能再生比是相当低的。

更大的问题是现国内生产的太阳能电池板90%以上用于出口，他国享受清洁能源，而我国却饱受能耗和污染之苦。

写在最后

据有关部门对2050年各种一次能源在世界能源构成中所占的比例预测结果显示，其构成为：石油0，天然气13％，煤20％，核能10％，水电5％，太阳能(含风能、生物质能)50％，其它2％，以太阳能为代表的新能源与可再生能源将在可持续发展中发挥重要作用。

中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的76%，已成为中国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。

参考文献

1、百度百科http://baike.baidu.com/view/21294.htm

2、太阳能干燥技术概况及应用前景张璧光

3、太阳能利用与可持续发展姚伟

4、太阳能热泵系统简介禚 静

5、我国太阳能利用进展陆维德 罗振涛

6、我国太阳能资源利用区划王炳忠

7、太阳能发电尚无经济可行性葛伟民