新能源技术课程论文

新能源技术

1.当今世界能源现状

当今世界，人类社会发展日益加速，无论是在工业，农业，还是第三产业服务业，高新技术产业，都是处于人类历史上空前发展最快的一个阶段。社会的发展提高了人类的生活水平，大大加强了社会生产力，同时对能源（如煤，石油）的需求和使用也大幅提高，从汽车内燃机到家用用电器，无不需要能源去运作。

能源是人类生存和发展的重要物质条件。18世纪前，人类只限于对风力、水力、畜力、木材等天然能源的直接利用，尤其是木材，在世界一次能源消费结构中长期占据首位。蒸汽机的出现加速了18世纪开始的产业革命，促进了煤炭的大规模开采。到19世纪下半叶，出现了人类历史上第一次能源转换。1860年，煤炭在世界一次能源消费结构中占24％，1920年上升为62％。从此，世界进入了“煤炭时代”。

19世纪70年代，电力代替了蒸汽机，电器工业迅速发展，煤炭在世界能源消费结构中的比重逐渐下降。1965年，石油首次取代煤炭占居首位，世界进入了“石油时代”。1979年，世界能源消费结构的比重是：石油占54％，天然气和煤炭各占18％，油、气之和高达72％。石油取代煤炭完成了能源的第二次转换。因此，石油是现在世界上利用最多的能源，并且面临着枯竭的危机。

由于供给少于需求，而且世界主要能源产地与主要能源消费国相距遥远，石油资源的国度消耗越来越严重，并面临着枯竭的危险，并由此导致环境污染加重、环保压力加大等一系列问题。不仅如此，人类对与煤、天然气等其他不可再生能源的开采和使用也已几乎达到极限，人类如今正面临着一场越来越严重的全球范围内的能源危机。随着世界经济的不断发展，能源和环境问题日益突出。如果能源和环境问题得不到有效解决，不仅人类社会可持续发展的目标难以实现，而且人类的生存环境和生活质量也会受到严重影响。面对能源资源和环境问题，国际社会采取了积极的应对措施，特别是1992年召开的联合国环境与发展大会和2002年召开的可持续发展世界首脑会议，使可持续发展思想逐渐成为国际社会的共识。目前，提高能源利用效率、开发利用可再生能源、保护生态环境、实现可持续发展已成为国际社会的共同行动。加强全球合作，妥善应对能源和环境挑战，实现可持续发展，是世界各国的共同愿望，也是世界各国的共同责任。

可再生能源丰富、清洁，可永续利用。加强可再生能源开发利用，向多能源结构的过渡，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。

2.我国的能源现状与政策

中国能源资源有以下特点：能源资源总量比较丰富、人均能源资源拥有量较低、能源资源赋存分布不均衡、能源资源开发难度较大。中国是世界第二大能源生产国和第二大能源消费国，其中，煤炭消费量1. 9亿吨，原油 3. 1 亿吨，天然气423 亿立方米。2006 年底，中国发电装机容量达到5 亿干瓦左右，居世界第二位，发电盐2 . 89 亿千瓦时。中国有世界第一位的水能资源蕴藏茧，世界第三位的煤炭探明储盐，世界第10 位的石油探明储量和世界第19 位的天然气探明储量，同时中国具有丰'前的可再生能源资源。但中国人口众多，能源资源的人均占有旦只相当于世界平均数的51%。由此可知中国是一个能源资源相对贫乏的国家。油气资源依赖进口，能源开发和运输成本较大，能源消费引起的环境污染严重。

基于中国能源特点，中国能源发展坚持节约发展、清洁发展和安全发展，坚持立足国内的基本方针和对外开放的基本国策，以国内能源的稳定增长，保证能源的稳定供应，促进世界能源的共同发展。中国能源战略的基本内容是：坚持节约优先、立足国内、多元发展、依靠科技、保护环境、加强国际互利合作，努力构筑稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系，

以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展。中国政府制定了全面推进能源节约、提高能源供给能力、加快推进能源技术进步、促进能源与环境协调发展、深化能源体制改革、加强能源领域的国际合作的能源政策。中国能源政策的制定综合考虑了国际因素和需要吸取的世界上其他国家的经验和教训。能源市场，特别是石油市场，是一个全球化的市场。但能源产品并不是一个像大米和小麦那样的产品，它有很大的地缘政治成分。如果不考虑国际市场的局势，不了解发展趋势，不充分分析并吸取别的国家在能源市场体制改革上的经验或教训，光看国内的情况，这样制定出来的能源政策可能是很不现实的。中国能源政策的国际影响：中国目前在能源生产和消费，石油消费，电力市场，二氧化碳排放等方面都是世界第二，仅次于美国。在煤炭生产和消费以及二氧化硫排放方面还是世界第一。随着中国经济的持续发展，对能源需求的不断增加，对世界能源市场的影响也将大大地加大。以石油市场为例。从1995到2002年的7年中，中国的石油需求以每年7%的速度递增，需求增量占全世界同期石油消费增加总量的30%。有些年份，如2002年，这一比例还达到三分之二。中国作为一个在全球化市场里的消费大国，目前所制定的有关今后发展趋势的能源政策必将对全球市场产生巨大影响。由于能源与环境的紧密联系，中国的能源政策也将对本国和全球的环境产生巨大影响。

3.新能源发展概况

面对当前日益枯竭的化石资源，面向日益紧迫的能源危机，目前有多种新能源不断被利用开发。新能源一般包括太阳能、风能、核能、地热能、海洋能、生物质能和氢能等，其中以太阳能和风能最为热门。

1）太阳能技术

太阳能是一种巨大且对环境无污染的能源。太阳能的转换和利用方式有：光－热转换、光－电转换和光－化学转换。

①太阳能热利用和热发电技术。太阳能热利用是太阳辐射能量通过各种集热部件转变成热能后被直接利用，它可分低温（100—300℃）：工业用热、制冷、空调、烹调等；高温（300℃以上）：热发电、材料高温处理等。

太阳能节能建筑分主动式或衩动式两种。前者与常规能源采暖系统基本相同，仅以太阳能集热器作为热源代替传统锅炉。后者是利用建筑本身的结构，吸收和储存太阳能，达到取暖的目的。

太阳能热发电技术是利用太阳能产生热能，再转换成机械能的发电过程。发电系统主要同集热系统、热传输系统、蓄热器、热交换器以及汽轮发电机系统等组成。美国LUZ公司已建了9个电站，总装机容量为35万千瓦，平均效率达14％，电价约8美分／千瓦时。太阳能热发电技术涉及光学、传热学、材料科学、自动化等学科，是一门综合性交叉性很强的高新技术，也是太阳能开发和研究领域的难点。太阳能热发电技术的关键问题是太阳能的光辐射吸收和高效传热技术。

②太阳能光电转换技术。太阳电池类型很多，如单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、硫化电池、化电池等。美国、德国、日本都将太阳能光电技术列为新源首位，制造和发电成本已在特殊应用场合有一定竞争能力。当前发展主要障碍是光电池成本高。我国已能生产，年产达1000千瓦，能量转换率达14％。多晶硅电池采用熔化浇铸，定向凝固方法制造，有可能在现有基础上降低成本30％，向实用化推进一步，但要使成数量级下降，需改变制造工艺，制造硅膜太阳能电池和发电系统，需大力加强基础研究。

③光化学转换技术。光化学是研究光和物质相互作用引起的化学反应的一个化学分支。光化学电池是利用光照射半导体和电解液界面，发生化学反应，在电解液内形成电流，并使水电离直接产生氢的电池。

2）风能技术

风能(wind energy)是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。风能量是丰富、近乎无尽、广泛分布、干净与缓和温室效应，存在于地球表面一定范围内。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，风能方法是透过传动轴，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。到2008 年为止，全世界以风力产生的电力约有94.1 百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源，但在1999 年到2005 年之间已经成长了四倍以上。

现在世界上最大的新型风力发电机组已在夏威夷岛建成运行，其风力机叶片直径为97.5m，重144t，风轮迎风角的调整和机组的运行都由计算机控制，年发电量达1000 万kw·h。根据美国能源部的统计至1990 年美国风力发电已占总发电量的1%。在瑞典、荷兰、英国、丹麦、德国、日本、西班牙，也根据各自国家的情况制定了相应的风力发电计划。如瑞典1990 年风力机的装机容量已达350MW，年发电10 亿kw·h。

美国早在1974 年就开始实行联邦风能计划。其内容主要是：评估国家的风能资源；研究风能开发中的社会和环境问题；改进风力机的性能，降低造价；主要研究为农业和其他用户用的小于100kw 的风力机；为电力公司及工业用户设计的兆瓦级的风力发电机组。美国已于80 年代成功地开发了100、200、2000、2500、6200、7200kw 的6 种风力机组。目前美国已成为世界上风力机装机容量最多的国家，超过2X104MW，每年还以10%的速度增长。

丹麦在1978 年即建成了日德兰风力发电站，装机容量2000kw，三片风叶的扫掠直径为54m，混凝土塔高58m，预计到2005 年电力需求量的10%将来源于风能。德国1980 年就在易北河口建成了一座风力电站，装机容量为3000kw，到本世纪末风力发电也将占总发电量的8%。英国，英伦三岛濒临海洋，风能十分丰富，政府对风能开发也十分重视，到1990 年风力发电已占英国总发电量的2%。

在日本，1991 年10 月轻津海峡青森县的日本最大的风力发电站投人运行，5 台风力发电机可为700 户家庭提供电力。中国位于亚洲大陆东南、濒临太平洋西岸，季风强盛。季风是中国气候的基本特征，如冬季季风在华北长达6 个月，东北长达7 个月。东南季风则遍及中国的东半壁。根据国家气象局估计，全国风力资源的总储量为每年16 亿kw，近期可开发的约为1．6 亿kw，内蒙古、青海、黑龙江、甘肃等省风能储量居中国前列，年平均风速大于3m/s 的天数在200 天以上。

中国风力机的发展，在50 年代末是各种木结构的布篷式风车，1959 年仅江苏省就有木风车20 多万台。到60 年代中期主要是发展风力提水机。70 年代中期以后风能开发利用列入“六五”国家重点项目，得到迅速发展。进入80 年代中期以后，中国先后从丹麦、比利时、瑞典、美国、德国引进一批中、大型风力发电机组。在新疆、内蒙古的风口及山东、浙江、福建、广东的岛屿建立了8座示范性风力发电场。1992 年装机容量已达8MW。新疆达坂城的风力发电场装机容量已达3300kw，是全国目前最大的风力发电场。至1990 年底全国风力提水的灌溉面积已达2．58 万亩。1997 年新增风力发电10 万kw。目前中国已研制出100 多种不同型式、不同容量的风力发电机组，并初步形成了风力机产业。尽管如此，与发达国家相比，中国风能的开发利用还相当落后，不但发展速度缓慢而且技术落后，远没有形成规模。在进入21 世纪时，中国应在风能的开发利用上加大投入力度，使高效清洁的风能能在中国能源的格局中占有应有的地。

德意志银行最新发布的研究报告预计，全球风电发展正在进入一个迅速扩张的阶段，风能产业将保持每年20%的增速，到2015 年时，该行业总产值将增至目前水平的5 倍。从目前的技术成熟度和经济可行性来看，风能最具竞争力。从中期来看，全球风能产业的前景相当乐观，各国政府不断出台的可再生能源鼓励政策，将为该产业未来几年的迅速海上风能的开发发展提供巨大动力。

根据预计，未来几年亚洲和美洲将成为最具增长潜力的地区。中国的风电装机容量将实现每年30%的高速增长，印度风能也将保持每年23%的增长速度。印度鼓励大型企业进行投资发展风电，并实施优惠政策激励风能制造基地，目前印度已经成为世界第5 大风电生产国。而在美国，随着新能源政策的出台，风能产业每年将实现25%的超常发展。在欧洲，德国的风电发展处于领先地位，其中风电设备制造业已经取代汽车制造业和造船业。在近期德国制定的风电发展长远规划中指出，到2025 年风电要实现占电力总用量的25%，到2050 年实现占总用量50%的目标。

3）核能

核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。实现链式反应是核能发电的前提。核能发电优点：1.核能发电不会造成空气污染。2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。4.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。5.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低。核能发电是一种相当理想的新能源，但由于技术要求高，危险性大，目前发展仍然受到制约。

4）地热能

地热能〔Geothermal Energy〕是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW·h。不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度大。据美国地热资源委员会（GRC）1990年的调查，世界上18个国家有地热发电，总装机容量5827.55兆瓦，装机容量在100兆瓦以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印尼。我国的地热资源也很丰富，但开发利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省区。

5）海洋能

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、海流等形式存在于海洋之中。各种海洋能的蕴藏量是非常巨大的，据估计有780多亿千瓦，其中波浪能700亿千瓦，潮汐能30亿千瓦，温度差能20亿千瓦，海流能10亿千瓦，盐度差能10亿千瓦。科学家曾作过计算，沿岸各国尚未被利用的潮汐能要比目前世界全部的水力发电量大一倍。如果将波浪的能量转换为可利用的能源，那真是一种理想的巨大的能源。沿海各国，特别是美国、俄罗斯、日本、法国等国都非常重视海洋能的开发。从各国的情况看，潮汐发电技术比较成熟。利用波能、盐度差能、温度差能等海洋能进行发电还不成熟，目前仍处于研究试验阶段。

6）生物质能

生物质能(又名生物能源)是利用有机物质(例如植物等)作为燃料，通过气体收集、气化(化固体为气体)、燃烧和消化作用(只限湿润废物)等技术产生能源。只要适当地执行，生物质能也是一种宝贵的可再生能源，但要看生物质能燃料是如何产生出来。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%。目前全球范围正在炒做用玉米、小麦、食糖等粮食来制造汽油等能源来满足日益增长的需求，以及过高成本带来的过高价格。

7）氢能

氢是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，因此氢能被称为人类的终极能源。水是氢的大“仓库”，如把海水中的氢全部提取出来，将是地球上所有化石燃料热量的9000 倍。氢的燃烧效率非常高，只要在汽油中加入4% 的氢气，就可使内燃机节油40%。

目前，氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。美国政府已明确提出氢计划，宣布今后4年政府将拨款17亿美元支持氢能开发。美国计划到2040年美国每天将减少使用1100万桶石油，这个数字正是现在美国每天的石油进口量。因此氢能发展前景十分大，有望成为取代化石燃料的新能源。