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新能源与未来发展趋势研究概况

新能源与未来发展趋势研究概况摘要:通过简单介绍能源的概念与内涵,引出了新能源的内涵及其在国内外的应用。

然后又介绍了未来几种新能源的发展和应用趋势,并且对新能源的现状及发展趋势进行了分析,论述了新能源在减少二氧化碳中的地位和作用,最后对新能源提出了未来展望。

关键词:能源;新能源;未来的新能源;新能源发展愿景一能源概念及内涵能源亦称能量资源或能源资源。

是指可产生各种能量(如热量、电能、光能和机械能等)或可作功的物质的统称;是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源,包括煤炭、原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源,以及其他新能源和可再生能源。

能源是整个世界发展和经济增长最基本的驱动力,是人类赖以生存的基础。

自工业革命以来,能源安全问题就开始出现。

在全球经济高速发展的今天,国际能源安全已上升到了国家的高度,各国均制定了以能源供应安全为核心的能源政策。

在此后的二十多年里,在能源稳定供应的支持下,世界经济规模取得了较大增长。

但是,人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时,也遇到了一系列无法避免的能源安全挑战,能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题正在威胁着人类的生存与发展。

能源种类繁多,而且经过人类不断的开发与研究,更多的新型能源已开始能够满足人类的需求。

根据不同的划分方式,能源可分为不同的类型。

1 按能源来源分类(1)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而来。

(2)地球本身蕴藏的能量。

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70km不等。

地壳下面是地幔,其大部分为熔融状的岩浆,厚度为2900km,火山爆发一般就是由这部分岩浆喷出。

地球内部为地核,地核中心温度为2000℃。

可见,地球上的地热资源贮量也很大。

(3)地球和其他天体相互作用而产生的能量。

如潮汐能。

2 按能源的基本形态分类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。

后者系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)。

根据其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,它们构成了全球能源的基础;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、激光和沼气等能源均属于二次能源。

3 根据能源使用的类型分类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称为常规能源。

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被称为新型能源。

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,尚处于研究、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。

4 再生能源和非再生能源。

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看,其又具有再生的性质。

核能的新发展将使核燃料循环具有增殖的性质。

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。

二新能源概况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;是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。

新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部所产生的热能。

包括太阳能、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。

也可以说,新能源包括各种可再生能源和核能。

相对于传统能源,新能源普遍具有污染少、储量大的特点,对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源(特别是化石能源)枯竭问题具有重要意义。

同时,由于很多新能源分布均匀,对于解决由能源引发的战争具有重要意义。

1 新能源资源概况据估算,每年辐射到地球上的太阳能为17.8亿KW,其中可开发利用500~1000亿KW。

但因其分布很分散,目前能利用的甚微。

地热能资源系指陆地下5000m深度内的岩石和水体的总含热量。

其中全球陆地部分3km深度内、150℃以上的高温地热能资源相当于140万t标准煤。

世界风能的潜力约为3500亿kw,但因风力断续分散,难以经济地利用,今后输能储能技术如有重大改进,风力利用将会大幅度增加。

海洋能包括潮汐能、波浪能、海水温差能等,理论储量十分可观,但限于技术水平,现尚处于小规模研究阶段。

当前,由于新能源的利用技术尚不成熟,故对新能源的使用只占世界所需总能量的很小部分,今后有很大的发展前途。

2 新能源形式(1) 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为太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。

太阳能是最重要的基本能源,生物质能、风能、潮汐能、水能等均来自太阳能。

太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,不断地向宇宙空间辐射能量,这就是太阳能。

太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长时间,据估计约有几十亿至几百亿年,相对于人类的有限生存时间而言,太阳能可以说是取之不尽,用之不竭的。

太阳能包括以下三类: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。

由于其没有活动的部分,故可以长时间操作而不会导致任何损耗。

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手段收集太阳能外,建筑物亦可利用太阳的光和热能,其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。

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,从而提高太阳能的利用效率。

(2) 核能核能是20世纪人类的一项伟大发现,并已取得了十分重要的成果。

1942年12月2日,著名科学家费米领导几十位科学家,在美国芝加哥大学启动成功了世界上第一座核反应堆,标志着人类从此进入了核能时代。

在这之前,人类利用的能源只涉及到物理变化和化学变化,当核能进入人们的生产和生活后,一种通过原子核变化而产生的新能源从此诞生。

核能的利用存在的主要问题:第一,资源利用率低。

第二,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。

第三,反应堆的安全问题尚需不断监控及改进。

第四,核不扩散要求的约束,即核电站反应堆中生成的钚一239受控制。

第五,核电建设的投资费用仍比常规能源发电高,投资风险较大。

(3) 海洋能海洋能系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、海流等形式存在于海洋之中。

潮汐与潮流能来源于月球、太阳引力,其他海洋能均来源于太阳辐射。

海洋面积占地球总面积的7l%,太阳到达地球的能量大部分落在了海洋上空和海水中,部分转化为各种形式的海洋能。

(4) 波浪能波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。

波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。

波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。

波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的,其实质是吸收了风能而形成的。

能量传递速率和风速有关,也和风与水相互作用的距离(即风区)有关。

当水团相对于海平面发生位移时,使波浪具有势能,而水质点的运动则使波浪具有动能。

所贮存的能量通过摩擦和湍动而消散,其消散速度的大小取决于波浪特征和水深。

深水海区大浪的能量消散速度很慢,从而导致了波浪系统的复杂性,使其常常伴有局地风和几天前在远处产生的风暴的影响。

(5) 潮汐能潮汐能是以位能形态出现的海洋能,是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。

海水涨落的潮汐现象是由地球和天体运动以及它们之间的相互作用而引起的。

在海洋中,月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。

当太阳、月球和地球在一条直线上时即产生大潮;当它们成直角时就产生小潮。

除了半日周期潮和月周期潮的变化外,地球和月球的旋转运动还产生了许多其他的周期性循环,其周期可以从几天到数年。

同时,地表的海水又受到地球运动离心力的作用,月球引力和离心力的合力正是引起海水涨落的引潮力。

世界上潮差的较大值约为13一15m,但一般来说,平均潮差在3 m以上就具有实际应用价值。

(6) 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lO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。

风力发电有三种运行方式:一是独立运行方式。

通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力,使用蓄电池蓄能,以保证无风时的用电;二是风力发电与其他发电方式(如柴油机发电)相结合,向一个单位或一个村庄或一个海岛供电;三是风力发电并入常规电网运行,向大电网提供电力,常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机,这是风力发电的主要发展方向,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。

(7) 地热能地热能是来自地球深处的可再生热能。

起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。

地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后,把热量从地下深处带至近地表层。

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