可再生能源有哪些
在19世纪中叶煤炭发展之前,所有使用的能源都是可再生能源,其主要来源是人力和畜力的形式利用牛,骡,马,水磨和风磨粮食,和柴火。在右边的美国能源使用的两幅曲线图中,直到1900年的石油和天然气的重要性,和风能和太阳能在2010年发挥一样的重要性。
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。
木材
柴是最早使用的典型的生物质能源,烧柴在煮食和提供热力很重要,它可让人们在寒冷的环境下仍可生存。
役用动物
传统的农家动物如牛、马和骡除了会运输货物之外,亦可以拉磨、推动一些机械以产生能源。
水能
磨坊就是采用水能的好例子。而水力发电更是现代的重要能源,尤其是中国、加拿大等满是河流的国家。
风能
人类已经使用了风力几百年了。如风车,帆船等。
太阳能
自古人类懂得以阳光晒干物件,并作为保存食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。
地热能
人类很早以前就开始利用地热能,例如利用温泉沐浴、医疗,利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。
海洋能
海洋能即是利用海洋运动过程来生产的能源,海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能、海洋温差能和海水盐差能等,一些沿海国家的海岸线,就很适合用来作潮汐发电。
生物能
生物质能是指能够当做燃料或者工业原料,活着或刚死去的有机物。生物质能最常见于种植植物所制造的生质燃料,或者用来生产纤维、化学制品和热能的动物或植物。许多的植物都被用来生产生物质能,包括了芒草、柳枝稷、麻、玉米、杨属、柳树、甘蔗和沼气(甲烷)牛粪等。
1、中粮科技000930:10月29日消息,中粮科技开盘报价9,69元,收盘于10,64元。3日内股价下跌0,75%,总市值为198,51亿元。
公司聚乳酸产品处于建设期内,聚乳酸(PLA)产品是一种以可再生植物资源如蔗糖、玉米、木薯或秸秆等为原料,通过糖化、发酵、聚合而生成的全生物基、可生物降解的聚酯产品,可替代化石基来源的塑料聚酯,为环境友好型材料。
2、吉鑫科技601218:10月29日消息,吉鑫科技收盘于5,32元,涨9,92%。7日内股价上涨13,53%,总市值为52亿元。
3、中利集团002309:10月29日消息,中利集团开盘报价5,48元,收盘于5,67元,涨7,8%。当日最高价5,79元,最低达5,39元,总市值49,43亿。
根据《关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》,2020年之前,国家将重点在16个省的471个县约3,5万个建档立卡贫困村,如采用村级光伏电站方式,每位扶贫对象的对应项目规模标准为5KW,这无疑是一个巨大的市场容量。
4、北巴传媒600386:10月29日消息,北巴传媒开盘报价3,45元,收盘于3,62元。5日内股价上涨0,55%,总市值为29,19亿元。
公告显示,银隆新能源主要从事钛酸锂材料、钛酸锂动力电池、电动汽车核心部件、电动汽车整车、电动汽车充电设备的研发、生产及销售;同时,珠海银隆基于在钛酸锂电池领域的技术积累,将业务拓展至储能领域,为电网、可再生能源发电系统、移动通信营运商等提供储能及调峰调频系统设备的系统集成服务。
5、*ST猛狮002684:10月29日,ST猛狮开盘报价6,49元,收盘于6,49元,涨5,02%。今年来涨幅上涨53%,总市值为36,82亿元。
拓展资料: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、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。
煤炭、石油、天然气、风能、潮汐能等。
1、煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。煤炭被人们誉为黑色的金子,工业的食粮,它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一,进入二十一世纪以来,虽然煤炭的价值大不如从前。
但毕竟目前和未来很长的一段时间之内煤炭还是我们人类的生产生活必不可缺的能量来源之一,煤炭的供应也关系到我国的工业乃至整个社会方方面面的发展的稳定,煤炭的供应安全问题也是我国能源安全中最重要的一环。
2、石油,地质勘探的主要对象之一,是一种粘稠的、深褐色液体,被称为“工业的血液”。地壳上层部分地区有石油储存。主要成分是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。
石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成,属于生物沉积变油,不可再生;后者认为石油是由地壳内本身的碳生成,与生物无关,可再生。石油主要被用来作为燃油和汽油,也是许多化学工业产品,如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。
3、天然气是指自然界中天然存在的一切气体,包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体(包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等)。
而人们长期以来通用的“天然气”的定义,是从能量角度出发的狭义定义,是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物。在石油地质学中,通常指油田气和气田气。其组成以烃类为主,并含有非烃气体。
4、风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量,属于可再生能源(包括水能,生物能等)。空气流具有的动能称风能。空气流速越高,动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机,以产生电力,方法是透过传动轴,将转子(由以空气动力推动的扇叶组成)的旋转动力传送至发电机。
5、潮汐能海水周期性涨落运动中所具有的能量。其水位差表现为势能,其潮流的速度表现为动能。这两种能量都可以利用,是一种可再生能源。由于在海水的各种运动中潮汐最守信,最具规律性,又涨落于岸边,也最早为人们所认识和利用,在各种海洋能的利用中,潮汐能的利用是最成熟的。
回答者:wawncdd - 试用期 一级 4-13 11:31
现在说的绿色能源就是说利用了以后不会给环境造成很大的污染.像氢 太阳能 水能、生物能、太阳能、风能这些能源利用以后所产生的副产物都是一些水等对环境没有污染的东西,所以称为绿色能源.
回答者:zombilangzi - 见习魔法师 二级 4-13 11:34
太阳能
太阳是一个巨大、久远、无尽的能源,同时也是许多能源的来源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量(约?3.75×1026W)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於500万吨煤。 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都是来源於太阳;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能,所以广义的太阳能所包括的范围非常大,狭义的太阳能则限於太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它的资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境没有任何污染。但太阳能也有两个主要缺点:一是能流密度低;二是其强度受各种因素(季节、地点、气候等)的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。
地热能
地热能是来自地球深处的可再生热能,它起源於地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变,其利用可分成地热发电和直接利用两大类。 地热能的储量比目前人们所利用的总量多很多倍,而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度,那麼地热能便是可再生的。地热能在世界很多地区应用相当广泛,据估计,每年从地球内部传到地面的热能相当於100PW·h。 不过,地热能的分布相对来说比较分散,开发难度较大。
风能
风是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面,地球表面各处受热不同,生温差,从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能,但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74X109MW,其中可利用的风能为2X107MW,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
风能是一种有巨大发展潜力的无污染可再生能源,特别是对沿海岛屿,交通不便的边远山区,地广人稀的草原牧场,以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆,作为解决生产和生活能源的一种可靠途径,有著十分重要的意义。即使在已开发国家,高效洁净的风能也日益受到重视。
海洋能
大海,不仅为人类提供航运、水源和丰富的矿藏,而且还蕴藏著巨大的能量,它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水裏,不像在陆地和空中那样容易散失。
海洋能指依附在海水中的可再生能源,海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量,这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、海流等形式存在於海洋之中,分述如下:
潮汐与潮流能来源於月球、太阳引力,其他海洋能均来源於太阳辐射,海洋面积占地球总面积的71%,太阳到达地球的能量,大部分落在海洋上空和海水中,部分转化成各种形式的海洋能。
海水温差能是热能,低纬度的海面水温较高,与深层冷水存在温度差,而储存著温差热能,其能量与温差的大小和水量成正比。
潮汐、潮流,海流、波浪能都是机械能,潮汐能是地球旋转所产生的能量通过太阳和月亮的引力作用而传递给海洋的,并由长周期波储存的能量,潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比;潮流、海流的能量与流速平方和通流量成正比;波浪能是一种在风的作用下产生的,并以位能和动能的形式由短周期波储存的机械能,波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。
河口水域的海水盐度差能是化学能,入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差,若隔以半透膜,淡水向海水一侧渗透可生渗透压力,其能量与压力差和渗透流量成正比。因此各种能量涉及的物理过程开发技术及开发利用程度等方面存在很大的差异。
生物能
生物质是指由光合作用而产生的各种有机体,生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式,一种以生物质为载体的能量,它直接或间接地来源於植物的光合作用。在各种可再生能源中,生物质是独特的,它是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态和气态燃料。
据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2x1011t,含能量达3x1021J,因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能,相当於全世界每年耗能量的10倍。生物能是第四大能源,生物质遍布世界各地,其蕴藏量极大。世界上生物质资源数量庞大,形式繁多,其中包括薪柴,农林作物,尤其是为了生产能源而种植的能源作物,农业和林业残剩物,食品加工和林?品加工的下脚料,城市固体废弃物,生活污水和水生植物等等。
氢能
氢能是一种二次能源,因为它是通过一定的方法利用其他能源制取的,而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采,这种能源总有枯竭的一天,而氢能若能从中生产,则可望能抒解能源危机的警戒。
在自然界中,氢已和氧结合成水,必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。燃料电池即是将氢与氧直接通过电化学反应产生电与水,一个步骤就可发电,发电较传统方式有效率。商品化后,这样的发电系统不但适合一般家庭使用,其副产品所产生的热水,大约在摄氏40到60度间,相当适合家庭洗澡与厨房利用,一举两得。
如果用煤、石油和天然气等燃烧所产生的热或所转换成的电支分解水制氢,那显然是划不来的。现在看来,高效率的制氢的基本途径,是利用太阳能。如果能用太阳能来制氢,那就等於把无穷无尽的、分散的太阳能转变成了高度集中的乾净能源了,其意义十分重大。
动植物的生长、人类的活动都无法离开太阳。这个发光发热的大火球已经存在了50亿年之久。你是否了解太阳?人类是否能够从距离地球1.5×108km的太阳上获取所需的能源?
答案是肯定的。
地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能等能源都来自于太阳,即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等),从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能。
世界上最丰富的永久能源是太阳能。地球攫取的太阳辐射能通量为1.7×1014kW,比核能、地热和引力能储量总和还要大5000多倍。其中约30%被反射回宇宙空间,47%转变为热,以长波辐射形式再次返回空间,约23%是水蒸发、凝结的动力以及风和波浪的动能,植物通过光合作用吸收的能量不到0.5%。地球每年接收的太阳能总量为10×1018kW?h,相当于5×1014bbl原油,是探明原油储量的近千倍,是世界年耗总能量的一万余倍,正如通常所说的“取之不尽、用之不竭”。虽然太阳辐射能的通量密度较低,太阳光通过大气层会进一步衰减,还会受到天气、昼夜以及空气污染等因素的影响呈现间歇性质,但如果系统配置储热装置,做到热能能级的合理匹配,就可以使太阳能发挥最佳效益。在能源和环境问题日益凸现的今天,太阳能作为一种可再生的清洁能源被人们誉为21世纪最有希望的能源(赵斌等,2012)。
太阳能是指太阳的热辐射能,主要表现形式为太阳光线。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。太阳能是由太阳内部氢原子发生聚变释放出巨大核能而产生的辐射能量。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳;植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳,并将太阳能转变成化学能在植物体内储存下来;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演变形成的。此外,水能、风能等也都是由太阳能转换来的。
生命自地球上诞生以来,就主要以太阳提供的热辐射能生存,在化石燃料日趋减少的情况下,太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分,并不断得到发展。太阳能既是一次能源,又是可再生能源。它既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染,为人类创造了一种新的生活形态,使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。
一、太阳能的特点
(一)太阳能的优点
(1)普遍:太阳光普照大地,没有地域的限制。无论陆地或海洋,无论高山或岛屿,处处皆有,可直接开发和利用,且无须开采和运输。
(2)无害:开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁能源之一,在环境污染越来越严重的今天,这一点是极其宝贵的。
(3)巨大:每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130×1012t煤,其总量为现今世界上可以开发的最大能源。
(4)长久:根据目前太阳产生的核能速率估算,其氢的储量足够维持上百亿年,而地球的寿命也约为几十亿年,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的。
(5)经济:太阳能的长期发电成本低,是21世纪最清洁、最廉价的能源。
(二)太阳能的缺点
(1)分散性:到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大,但是能流密度很低。平均说来,北回归线附近,夏季在天气较为晴朗的情况下,正午时太阳辐射的辐照度最大,在垂直于太阳光方向1m2面积上接收到的太阳能平均有1000W左右;若按全年日夜平均,则只有200W左右。而在冬季大致只有一半,阴天一般只有1/5左右,这样的能量密度是很低的。因此,在利用太阳能时,想要得到一定的转换功率,往往需要面积相当大的收集和转换设备,造价较高。
(2)不稳定性:由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响,到达某一地面的太阳辐照度既是间断的,又是极不稳定的,这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源,从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源,就必须很好地解决蓄能问题,即将晴朗白天的太阳辐射能尽量储存起来,以供夜间或阴雨天使用,但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。
(3)效率低和成本高:目前太阳能利用的发展水平,有些方面在理论上是可行的,技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置,因为效率偏低、成本较高,总的来说经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内,太阳能利用的进一步发展,主要受到经济性的制约(闫云飞等,2012)。
二、太阳能的分布
我国幅员辽阔,有着十分丰富的太阳能资源。据估算,我国陆地表面每年接收的太阳辐射能约为50×1015MJ。全国各地太阳辐射总量为3350~8370MJ/cm2,平均值为5860MJ/cm2。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西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。青藏高原地区的太阳辐射总量最大,四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小(王峥等,2010)。
我国太阳能资源分布的主要特点有:太阳辐射总量的高值中心和低值中心都处在北纬22°~35°这一带,青藏高原是高值中心,四川盆地是低值中心;太阳年辐射总量,西部地区高于东部地区,而且除西藏和新疆地区之外,基本上是南部低于北部;由于南方多数地区云、雾、雨多,在北纬30°~40°地区,太阳辐射总量的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反,太阳能不是随着纬度的增加而减少,而是随着纬度的增加而增加。按接受太阳能辐射量的大小,全国大致上可分为5类地区(表4-1)。
表4-1 我国太阳能分布状况(据王峥,2010)
一类地区:年日照时数为3200~3300h,年辐射总量为6690~8360MJ/cm2。相当于225~285kg标准煤燃烧所发出的热量,主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地。这是我国太阳能资源最丰富的地区,与印度和巴基斯坦北部的太阳能资源相当。特别是西藏,地势高,太阳光的透明度也好,太阳辐射总量最高值达9210MJ/cm2,仅次于撒哈拉大沙漠,居世界第二位,其中拉萨是世界著名的阳光城。
二类地区:年日照时数为3000~3200h,年辐射总量为5852~6690MJ/cm2,相当于200~225kg标准煤燃烧所发出的热量,主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地,此区为我国太阳能资源较丰富区。
三类地区:年日照时数为2200~3000h,年辐射总量为5016~5852MJ/cm2,相当于170~200kg标准煤燃烧所发出的热量,主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地。
四类地区:年日照时数为1400~2200h,年辐射总量为4180~5016MJ/cm2。相当于140~170kg标准煤燃烧所发出的热量。主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区,春夏多阴雨,秋冬季太阳能资源还可以。
五类地区:年日照时数约1000~1400h,年辐射总量为3344~4180MJ/cm2。相当于115~140kg标准煤燃烧所发出的热量,主要包括四川、贵州两省。此区是我国太阳能资源最少的地区。
一、二、三类地区,年日照时数大于2000h,年辐射总量高于5852MJ/cm2,是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区,面积较大,约占全国总面积的2/3以上,具有利用太阳能的良好条件,四、五类地区虽然太阳能资源条件较差,但仍有一定的利用价值。
三、太阳能的利用
太阳能的利用是指太阳能的直接转化和利用。中国蕴藏着丰富的太阳能资源,太阳能利用前景广阔。目前,我国已是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家以及重要的太阳能光伏电池生产国。
(一)利用太阳能的方式
太阳能的利用主要包括光—热转换、光—电转换和光—化学转换三种方式。
1.光—热转换
太阳能的光热利用是最主要的利用方式,其基本原理是将太阳辐射能收集起来,直接或间接转化成热能加以利用。其中太阳能的收集装置——太阳能集热器(图4-1),是太阳能热利用的核心。目前使用最多的太阳能集热器为平板型集热器和聚焦型集热器。
图4-1 太阳能集热器的原理
太阳光热利用根据所能达到的温度和用途的不同,又分为低温利用(<200℃)、中温利用(200~800℃)和高温利用(>800℃)。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等;中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等;高温利用主要有高温太阳炉等。
太阳辐射光源透过玻璃盖板,被太阳能热水器集热板吸收后沿肋片和管壁传递到太阳能热水器吸热管内的水。太阳能热水器吸热管内的水吸热后温度升高,密度减小而上升,形成一个向上的动力,构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部,同时通过下循环管不断补充温度较低的水,如此循环往复,最终太阳能热水器整箱水都升高至一定的温度。现有的平板式太阳能热水器集热器,基本上都采用结合良好的多管组合方式,如滚压或压延方法等,其中走水管子与吸热板之间的热阻几乎可以忽略。影响平板式集热器板芯性能的主要因素,一是结构设计,二是表面吸收涂层。
太阳能热水器的技术要求不高,但其经济性、实用性却很高。近年来在中国,太阳能热水器生产企业已超过千家,年产值超过1000万元的较大型企业约100家,从事生产的职工包括营销人员超过50万人。中国已成为全世界太阳能热水器年产销量及保有量最大的国家。但家庭太阳能热水器全国平均普及率仍未超过10%,所以很有市场前景(官贞珍等,2009)。
2.光—电转换
未来太阳能的大规模利用是太阳能发电。利用太阳能发电的方式有多种,目前已经使用的主要有以下两种:(1)光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽,然后由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换,后一过程为热—电转换。(2)光—电转换。其基本原理是借助光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能,即太阳能光伏发电,其转换元件为太阳能电池(图4-2)。
将太阳能转化为电能,一直是人类美好的理想。1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一块单晶硅太阳能电池,从此,人类这一理想就逐渐转变为现实。太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置,是由各种具有不同电子特性的半导体材料制成的平面器件,具有强大的内部电场。内部电场在太阳光的照射下,发生了电子和空穴的分离,电子和空穴分别向两个相反的方向移动,正、负电荷分别聚集而产生电动势,即在太阳能电池的正面和背面之间产生电压,接通外电路后就能输出直流电流。近年来,太阳能电池已发展为以硫化镐、砷化稼等新型半导体材料为基础的无机太阳能电池和以份菁(又称都花菁)、酞菁及叶绿素等为基础的有机太阳能电池。太阳能电池的效率(即光能转化为电能的比例)也得到很大的提高,例如单晶硅太阳能电池的效率从最初的6.0%提高到24.7%;薄膜碲化镉太阳能电池的效率为16.4%;在单晶硅片上、下表面分别沉积P型和N型非晶硅薄膜制成的HIT型电池,效率已达21.0%。当今世界上光电转化效率最高的当属砷化镓多结太阳能电池,它在聚光265倍的阳光条件下,光电转化效率已高达35.0%,并向40.0%的高峰攀升。
图4-2 太阳能电池及其原理
太阳能电池的应用非常广泛,可较好地应用于交通工具。美国研制了一种新型的太阳能电池驱动的飞行器,称“太阳神原型机”。该机质量只有700kg,翼展74m,机翼上面装有6.5万块太阳能电池板,首次试飞就成功地升到24.7km的高空,理论飞行高度可达30.9km。该飞行器的研制是航天航空技术领域的一次革命,显示了太阳能电池在飞行器上的广阔应用前景。太阳能电池在车、船上的应用研究也相当成功,例如,日本京瓷株氏会社和Kitami理工学院共同研制开发的太阳能汽车“蓝鹰”号,在第五届世界太阳能汽车拉力赛上表现非常突出。澳大利亚的太阳能汽车Aurora101,外形新颖别致,像个飞碟,行程3010km,仅耗时41.1h,平均速度达72.96km/h。2013年12月15日,中国首辆月球车“玉兔号”顺利在月球着陆,玉兔号就是通过太阳能电池板(由两个太阳电池阵、一组锂离子电池组、休眠唤醒模块、电源控制器组成),利用太阳能为车上仪器和设备提供电源,耐受月球表面真空、强辐射、-180~150℃极限温度等极端环境,显示了太阳能电池在我国航空航天事业上的应用,为中国探月科技发展进步做出重大贡献。这都充分显示了太阳能电池的广阔应用前景(胡赛纯等,2003)。
太阳能电池也能向建筑供电,其形式非常灵活,既可安装太阳能电池屋顶,也可将房屋的墙壁做成太阳能幕墙,或将窗台做成太阳能窗沿。安装在美国纽约第四时代广场3548层的太阳能幕墙为整栋大楼提供了1.5%的电力,而目前太阳能利用最常见的形式是将太阳能电池铺设在倾斜的屋顶上。
太阳能电池的应用远不止上述各方面,自1973年能源危机爆发后,太阳能电池的应用领域不断扩展。目前,已建立了很多完全由太阳能电池供电的设施,如微波中转站、航海灯塔、路灯、捕虫器、公共汽车站牌等等,太阳能电池的应用可见一斑。
由于太阳辐射的能量密度低且不稳定,易受地域和气候条件影响,导致其收集、存储装置制造成本高,且转换效率低,太阳能发展经过多次的高潮低谷。而光电作为唯一一种能满足全球长期能源需求又不会排放温室气体及污染物的能源技术,必将带来太阳能的持续繁荣。随着人类对能源需求的日益增加以及环保压力的不断增大,相信不久的将来,人们对化石类能源的依赖性将逐步转向太阳能(段晓飞,2010)。
3.光—化学转换
光化学过程是地球上最重要的化学过程之一,它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。其中光合作用为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质和能源来源,其实质是植物、藻类和某些细菌通过叶绿素,利用光能,将二氧化碳和水转化成储存能量的有机物(如淀粉),并释放出氧气的过程(图4-3)。所谓“万物生长靠太阳”,光合作用对制造有机物(为人类和动物提供食物)、储存太阳能、维持地球碳氧平衡和生物进化具有重要意义。
光合作用是把太阳能以化学能形式储存在生物中的一种生物能,其蕴藏量极大,仅地球上的植物,每年生产量就像相当于目前人类消耗矿物能的20倍。在各种可再生能源中,生物质能是储存的太阳能,更是唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态和气态燃料。据估计,地球上每年植物光合作用固定的碳达2×1011t,含能量达3×1021J。由此可见生物能具有巨大的潜力,只要充分开发利用,能源问题将不再是难题。
光电化学反应是指光照后就能引发的电化学反应。光电材料经光线照射后,如果光的能量大于光电材料本身的电子能隙,就能把光电材料的价带中受束缚的电子激发至传导带,产生电子电洞对,进而跃迁至材料的表面,与环境进行氧化还原的电化学反应。整体运作牵涉两个重要的过程:首先是材料照光后产生电子电洞对的光电效应,其次是光电效应产生的电子电洞对与环境产生氧化还原作用的电化学反应。符合上述机制的反应,基本上都称为光电化学反应。
图4-3 光合作用过程
光电化学反应和传统电化学反应有相同的氧化还原反应特色,但传统电化学反应须由外界给予电能来提供反应所需的能量,光电化学反应则直接利用太阳能代替电能,是一种完整结合太阳能及电化学反应的设计,类似植物进行光合作用,对于人类在太阳能应用上具有显著的影响。光电化学装置种类繁多,目前的主要应用不外乎照光生电的太阳能电池、照光分解水生主氢气的装置、照光后可分解污染物和病菌的光触媒。此外,近年来也有许多生化科技和光电化学结合的研究。
四、太阳能产业发展
(一)太阳能产业发展存在的问题
1.太阳能技术发展不平衡,光伏发电技术落后
太阳能热能利用虽然在我国发展较为成熟,在同类技术、市场上都处于世界领先地位,但是利用主要集中在传统的热水器方面,在发电、高分子材料、太阳能与建筑相结合等技术应用领域没有突破,与发达国家的产业发展相比,产业强而不大。在光伏发电方面,笼罩在“高科技”“新能源”等诸多光环之下的中国太阳能光伏企业在全球产业链中仍只是“加工厂”而已。
2.产业畸形发展,远未形成良性循环式的产业结构
在发展迅速的太阳能热能利用方面,我国上千家相关产业厂家还大多集中在太阳能集热器生产方面,用一句形象的话说“遍地是造真空管的”,而很少在环境保护、楼宇智能温控系统、生物孕育与孵化等各领域进行卓有成效的探索,结果造成集热器生产企业竞争激烈,不能实现利润效益最大化。
在光伏发电产业方面只能说是用半条腿走路。近年来,虽然我国光伏发电产业的发展已初具规模,但在总体水平上同国外相比还有很大差距。太阳能企业自主研发能力很弱,关键技术基本掌握在外企手里,国内企业目前还处在来料加工的组装阶段,仅承担了产业链中污染高、耗能高的生产环节,赚取的仅为5%~6%的加工利润。由于国内企业目前技术水平较低,电池效率、封装水平同国外存在一定差距,结果造成我国电池组件成本较高,缺乏市场竞争力(王峥等,2010)。
(二)太阳能产业前景展望
在煤炭、石油、天然气等常规能源日益减少,而人类对能源的需求越来越大的情况下,太阳能作为取之不尽、用之不竭、清洁环保的可再生能源,备受各国政府重视。国际太阳能利用技术和产品的日趋成熟,更为太阳能推广利用创造了条件。目前,可持续发展观念被普遍接受,太阳能开发、利用的研究也将掀起热潮。世界范围内的能源问题、环境问题的最终解决将依靠可再生洁净能源特别是太阳能的开发利用,随着越来越多国家的政府和有识之士的重视,太阳能的利用技术也有望在短期内获得较大进展。
近几年在全球变暖、低碳经济等的推动下,太阳能等新能源的开发利用备受关注。为应对全球气候变化,中国政府已承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40%~45%,新能源约占一次能源消费比重的15%。纵观世界及中国对太阳能的开发和利用,为促进太阳能产业的高效发展,应从以下几方面采取相应措施:
(1)太阳能热利用技术相对更为成熟,应以太阳能热利用为主,光伏为辅的策略推广太阳能利用市场。适度降低太阳能热水器、太阳灶、太阳能空调、太阳能路灯等太阳能产品的价格,不断开发新产品,实现产业升级换代,并促进太阳能与建筑的结合。
(2)加大科技投入与攻关,培养研发人才,围绕太阳能利用关键技术、绿色生产工艺、系统集成技术等重要问题层层攻关,形成具有自主知识产权的太阳能利用核心技术,增强竞争力。
(3)大力发展中、低温太阳能集热器,努力研发高温太阳能集热器;促进太阳能能源的综合梯级利用,提升太阳能能源品位;加强太阳能和其他能源系统互补的综合利用研究。
(4)健全太阳能资源利用相关法规,加强可再生能源领域的国际合作。从国外经验来看,太阳能行业的发展离不开政策支持,特别是在发展初期政府提供的法律约束、电价补贴、财政资助等保障措施和激励政策,极大地推动了其规模化发展。作为发展中国家,我国太阳能利用行业总体还处于起步阶段,而太阳能发电成本也远远高于传统方式发电的成本,市场竞争力弱,且能源消费总量将进一步增加。因此,为实现可再生能源发展和节能减排目标,我国必须加快开发利用太阳能等新能源技术,学习和借鉴国外的成功经验,强化中国可再生能源法规及制度体系,促进太阳能利用行业的发展。
(5)加快太阳能相关产业链的发展。太阳能产业的发展必然会涉及电网、建筑、物管等相关产业。目前我国缺乏太阳能产业与其相关产业的统筹安排与规划,相关产业链发展滞后,导致我国虽然有强大的生产能力,但约有90%的产品却只能销售到国外市场,急需尽快引导相关产业链的形成,拓宽国内市场,使太阳能真正成为我国重要的新能源之一(闫云飞等,2012)。
人类对能源需求的增长将越来越快,对能源的可持续性和清洁程度的要求将越来越高,而对使用能源引起的负面效应,例如污染环境、破坏地球的生态平衡等,将有越来越严格的限制和要求。因此,加大对太阳能利用的研究和开发,缩短研究—开发—应用的周期,重点扶持和支持一批有实际应用前景的太阳能研究项目已属当务之急。在我国人口密度不大、居住分散、地域广大且太阳能资源丰富的西部地区,更应加大太阳能研究和开发的速度,并尽快进行区域性试点。例如,利用沙漠边缘地域成本低和太阳能资源充足的独特优势,进行小型太阳能热力发电,以解决居住分散、地域广大造成的输送电困难的问题,并不断提高太阳能热力发电量在总电力中的比例。在太阳光发电方面,应研制能够作为家用电器、通信器材电源的太阳能电池以替代干电池,利用光化学转换产生二次清洁能源,例如氢能源等。在我国西部大开发中,应使太阳能开发利用与工业、商业等其他行业的发展同步,并以西部为重点,带动我国太阳能开发利用的整体水平和规模(宫自强等,2000)。
新的世纪需要新的能源。可以预言,21世纪将开始一个以太阳能为主要能源的新世纪。
公司名称入选理由无锡尚德电力控股有限公司尚德是中国最大的太阳能电池生产商,也是全球最大的太阳能电池生产商之一。作为全球及中国光伏产业的领军企业之一,在光伏自主技术创新以及国际市场开拓方面取得了公认的成就。尚德是第一家在纽交所上市的光伏企业,推动了行业的发展。比亚迪汽车股份有限公司比亚迪是全球最大汽车动力电池供应商之一,是中国乃至全球新能源汽车的领跑者。作为中国新能源汽车的领军企业,比亚迪在锂电池及电动汽车研发领域引领国际先进水平,并且率先生产出双模纯电动和纯电动汽车,在电动汽车行业处于领先地位。该公司获得了投资大师巴菲特的亲睐。华锐风电科技(集团)股份有限公司华锐是中国最大的风电整机生产企业,中国风电产业的领军企业之一,在大功率风电机组及海上风电方面具备国际领先水平,为我国风电机组制造的国产化作出了很大贡献。华锐也是全球最大的风电设备供应商之一。新疆金风科技股份有限公司金风科技是中国风电行业的先行者,坚持自主研发,具备3MW风机的自主研发技术,为推动中国风电产业发展做出很大贡献。金风是行业内第一家上市的风电企业,推动了行业的发展。金风还是全球最大的风电设备供应商之一。英利绿色能源控股有限公司英利是全球最大的太阳能纵向整合企业之一,中国光伏产业的领军企业之一,以垂直整合产业链取得了行业领先优势。英利积极投身参与公共事业,累计向边远地区捐助1500万元,很好地履行了企业的社会责任。江西赛维LDK太阳能高科技有限公司赛维LDK是全球最大的太阳能电池硅片生产商。在光伏晶硅原料和硅片领域具备国内领先的规模和技术水平,通过产业链纵向延伸进一步确立了行业竞争优势。该公司在2009年成功投产万吨级高纯硅项目,打破了国外在此项技术上的垄断。赛维LDK是较早在海外上市的新能源企业之一,推动了行业的发展。皇明太阳能股份有限公司皇明是中国最大的太阳能热水器生产商之一,国内光热产品行业的龙头企业,近年来在光伏及节能建筑领域不断创新开拓,成为国内新能源产业的领军企业之一。中航惠腾风电设备股份有限公司中航惠腾是中国最大的风机叶片生产商,全球知名的叶片生产商之一。其大型风机叶片已经打入国际市场。该公司在开发新产品的过程中,从产品设计、工艺到模具研制、试验检测等各个方面,取得了一系列关于风电叶片的科研成果,同时也拥有了一批具有自主知识产权的核心技术,使企业在激烈的行业竞争中具备了绝对优势。广东明阳风电产业集团有限公司明阳风电是中国排名靠前的知名风电企业,中国民营风电企业中领军者之一。该公司研发的超紧凑型风机技术为今后大功率风电机组的研发提供了技术基础。明阳风电获得多家国际著名VC投资,即将登陆资本市场。苏州阿特斯阳光电力科技有限公司阿特斯是中国光伏产业著名企业,是行业内较早在海外上市的新能源企业之一,近年发展速度很快,其产能在行业中排名靠前。该公司研发的UNG硅组件系列已正式下线,新产品正式投放市场,填补了光伏市场的空白,有利于光伏电池的成本下降。江苏太阳雨新能源集团有限公司太阳雨是中国最大的太阳能热水器供应商之一。产品已销往全球100多个国家。2008年,凭借 “保热墙”技术,太阳雨为行业发展作出重要贡献,哈丁博士也因此荣获世界太阳能行业最高奖“霍特尔奖”。 阳光电源股份有限公司合肥阳光是中国最大的逆变器生产商,技术水平处于国内领先地位。拥有逆变器行业国内唯一的自主创新技术,为解决光伏和风电并网提供了关键性解决方案。晶澳太阳能光伏科技有限公司晶澳是较早海外上市的光伏企业之一,国内光伏产业领军企业之一。晶澳在单晶硅电池领域具备国际一流的技术水平和综合竞争力。该公司坚持自主研发,单晶硅电池转换效率达到了18.7%,在全球大规模光伏电池生产商中处于领先水平。湘电集团有限公司湘电集团是国内电力和新能源装备领域的领先企业,开创中国机电产品的多项第一,在风电直流电机等技术领域位居国内前列。该公司是我国机电一体化装备制造的骨干企业,在我国大功率风电机组研发方面处于领先地位。中国广东核电集团有限公司中广核是国内核电运营的重点企业之一,同时也大规模投资建设风电、并网光伏电站,是国内领先的清洁能源综合服务集团。新奥集团新奥是中国最早致力于清洁能源的民营企业之一,国内领先的新能源综合技术研发服务企业,在生物质能、光伏等可再生能源利用领域具备国内一流的技术水平。新奥还是国内最大的城市燃气运营商之一。常州天合光能有限公司天合光能是国内晶硅电池领域领先的企业之一,是光伏建筑一体化领域的领先者。天合光能积极开拓下游应用市场开发,由其研发的原材料回收及废料专有加工技术提高了原材料的利用率,符合低碳经济理念。是行业的推动者之一。中国核工业集团公司中核集团是中国最大的核能企业之一。拥有完整的核科技工业体系,是中国核科技工业的主体,同时也是我国核工业发展的核心保障力量。该公司是我国核电行业的领军企业,目前已完全具备了四代核电技术的研发能力。今年该公司第四代核能技术获重大突破,实验快堆首次临界。龙源电力集团股份有限公司龙源电力是中国最早从事新能源开发的电力企业之一,目前是国内最大的风电运营商。在我国风电并网发电突破和生物质能开发方面,建立了从发电到服务的整合化核心竞争力。到2009年底,该公司的风机装机总量达到亚洲第一,世界第五。保利协鑫能源控股有限公司保利协鑫是中国领先、亚洲第一、世界知名的多晶硅生产商。是中国光伏产业的领军企业之一。胜利油田胜利动力机械集团有限公司胜动集团是我国最大的可再生能源燃气发电机组生产企业,该企业具有强大技术研发团队,成功研发了适用于低浓度煤层气、沼气、秸秆燃气等系列燃气发电机组。南京高精齿轮集团有限公司南京高齿是中国最大的风电齿轮箱供应商之一。国内生产风力发电主传动及偏航变桨传动设备主要厂商,在大功率风机齿轮技术方面取得国内领先水平。中国大唐集团公司大唐集团是我国最大的电力企业之一,担负着可再生能源发电配额的重任。作为中国五大发电集团之一,大唐集团近年来在清洁煤利用、生物质能、光伏和风力发电、碳交易等新能源相关领域表现突出,致力于成为中国领先的清洁能源集团浙江正泰太阳能科技有限公司正泰太阳能是国内非晶硅薄膜电池行业的领先企业之一,通过吸收国际先进技术突破技术瓶颈,在薄膜光伏领域取得领先水平。上海杉杉科技有限公司杉杉科技是中国第一、世界最大的锂电池正负极材料供应商之一,是汽车动力电池重要的材料供应商。杉杉科技从锂电池负极材料起步,相继建立起锂电池正极材料、电解液等完整锂离子电池材料生产线。致力于成为动力电池领域全球领先的企业之一。中通客车控股股份有限公司中通客车是中国新能源客车的领跑者。是我国唯一一家纯电动及混合动力大型客车的生产企业。中国电力投资集团公司中电投集团是五大发电集团之一,清洁能源已占集团总发电量30%,居五大发电集团首位。中电投还是电力装备行业的重点龙头企业,为我国智能电网建设的装备升级作出了重要贡献。中国华能集团公司华能是中国五大发电集团之一,除在火电清洁煤利用领域取得新的突破之外,同时在新能源领域积极拓展。近年大规模投资风能和太阳能电站,致力于成为中国领先的清洁能源集团之一。常州亿晶光电科技有限公司亿晶光电是全球排名前列的具备垂直一体化的光伏企业,其电池片产量已跻身全国前十位,是全球最大的单晶垂直一体化光伏企业。2009年,亿晶光电荣获福布斯“2009中国潜力企业榜”。该公司自行研制的低成本高效率太阳能电池银浆技术填补了国内空白,打破了国际垄断。该公司在国内主板上市。江苏林洋新能源有限公司林洋新能源是国内光伏产业著名企业,是一家集硅棒、硅片、太阳能电池片、电池组件、BIPV的研发、系统集成于一体的国内领先企业之一。公司于2006年12月21日在美国纳斯达克成功上市,公司产品质量均达到国际同类产品的先进水平,市场占有率和知名度居行业前列。