新能源[能源資源學術語]

新能源[能源資源學術語]

新能源,英文名:New Energy,( NE)又稱非常規能源。是指傳統能源之外的各種能源形式。指剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源,如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等。

基本信息

定義

新能源新能源
1980年(庚申年)聯合國召開的“聯合國新能源和可再生能源會議”對新能源的定義為:以新技術和新材料為基礎,使傳統的可再生能源得到現代化的開發和利用,用取之不盡、周而復始的可再生能源取代資源有限、對環境有污染的化石能源,重點開發太陽能風能生物質能潮汐能地熱能氫能核能(原子能)。新能源一般是指在新技術基礎上加以開發利用的可再生能源,包括太陽能、生物質能、風能、地熱能、波浪能、洋流能和潮汐能,以及海洋表面與深層之間的熱循環等;此外,還有氫能、沼氣、酒精、甲醇等,而已經廣泛利用的煤炭、石油、天然氣、水能等能源,稱為常規能源。隨著常規能源的有限性以及環境問題的日益突出,以環保和可再生為特質的新能源越來越得到各國的重視。
在中國可以形成產業的新能源主要包括水能(主要指小型水電站)、風能、生物質能、太陽能、地熱能等,是可循環利用的清潔能源。新能源產業的發展既是整個能源供應系統的有效補充手段,也是環境治理和生態保護的重要措施,是滿足人類社會可持續發展需要的最終能源選擇。
一般地說,常規能源是指技術上比較成熟且已被大規模利用的能源,而新能源通常是指尚未大規模利用、正在積極研究開發的能源。因此,煤、石油、天然氣以及大中型水電都被看作常規能源,而把太陽能、風能、現代生物質能、地熱能、海洋能以及氫能等作為新能源。隨著技術的進步和可持續發展觀念的樹立,過去一直被視作垃圾的工業與生活有機廢棄物被重新認識,作為一種能源資源化利用的物質而受到深入的研究和開發利用,因此,廢棄物的資源化利用也可看作是新能源技術的一種形式。
新近才被人類開發利用、有待於進一步研究發展的能量資源稱為新能源,相對於常規能源而言,在不同的歷史時期和科技水平情況下,新能源有不同的內容。當今社會,新能源通常指太陽能、風能、地熱能、氫能等。
按類別可分為:太陽能、風能、生物質能、氫能、地熱能、海洋能、小水電、化工能(如醚基燃料)、核能等。

概況

風能風能

據《中國新能源產業園區發展模式與投資戰略規劃分析報告前瞻》分析,2001年以來我國能源消費結構並沒有發生顯著的改變。石化能源,特別是煤炭消費在一次能源消費中一直居於主導地位,所占的比重分別達到九成和六成以上。
對於新能源行業而言,認為這為其提供了福音。綜合觀察中國的股市行業,也正說明了這一點,中國綠色能源類股票價格飛揚,更多的閒散資金紛紛投入新能源以及環保行業。同時,中國將超過歐洲,成為世界最大的可替代能源增長市場。在此背景下,前瞻網認為新能源行業應該抓住這次契機,積極發展風電、太陽能等,提高新能源的比重。
據估算,每年輻射到地球上的太陽能為17.8億千瓦,其中可開發利用500~1000億度。但因其分布很分散,能利用的甚微。地熱能資源指陸地下5000米深度內的岩石和水體的總含熱量。其中全球陸地部分3公里深度內、150℃以上的高溫地熱能資源為140萬噸標準煤,一些國家已著手商業開發利用。世界風能的潛力約3500億千瓦,因風力斷續分散,難以經濟地利用,今後輸能儲能技術如有重大改進,風力利用將會增加。海洋能包括潮汐能、波浪能、海水溫差能等,理論儲量十分可觀。限於技術水平,現尚處於小規模研究階段。當前由於新能源的利用技術尚不成熟,故只占世界所需總能量的很小部分,今後有很大發展前途。

分類

聯合國開發計畫署(UNDP)把新能源分為以下三大類:

大中型水電;新可再生能源,包括小水電、太陽能、風能、現代生物質能、地熱能海洋能;傳統生物質能(生質燃料)。

其他分類:

水能水能
1、新能源按其形成和來源分類:

(1)、來自太陽輻射的能量,如:太陽能、水能、風能、生物能等。
(2)、來自地球內部的能量,如:核能、地熱能。
(3)、天體引力能,如:潮汐能。

2、新能源按開發利用狀況分類:

(1)、常規能源,如:水能、核能
(2)、新能源,如:生物能、地熱、海洋能、太陽能、風能。

3、新能源按屬性分類:

(1)、可再生能源,如:太陽能、地熱、水能、風能、生物能、海洋能。
(2)、非可再生能源,如:核能。

4、新能源按轉換傳遞過程分類:

(1)、一次能源,直接來自自然界的能源。如:水能、風能、核能、海洋能、生物能。
(2)、二次能源,如:沼氣、蒸汽、火電、水電、核電、太陽能發電、潮汐發電、波浪發電等。

形式

太陽能

(圖)新能源新能源太陽能

太陽能一般指太陽光的輻射能量。太陽能的主要利用形式有太陽能的光熱轉換、光電轉換以及光化學轉換三種主要方式,廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源,如風能,化學能,水的勢能等由太陽能導致或轉化成的能量形式。利用太陽能的方法主要有:太陽電能池,通過光電轉換把太陽光中包含的能量轉化為電能;太陽能熱水器,利用太陽光的熱量加熱水,並利用熱水發電等。

太陽能可分為2種:

太陽能光伏 

光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產生直流電的發電裝置,由幾乎全部以半導體物料(例如矽)製成的薄身固體光伏電池組成。由於沒有活動的部分,故可以長時間操作而不會導致任何損耗。簡單的光伏電池可為手錶及計算機提供能源,較複雜的光伏系統可為房屋照明,並為電網供電。 光伏板組件可以製成不同形狀,而組件又可連線,以產生更多電力。近年,天台及建築物表面均會使用光伏板組件,甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分,這些光伏設施通常被稱為附設於建築物的光伏系統。

太陽能熱利用

現代的太陽熱能科技將陽光聚合,並運用其能量產生熱水、蒸氣和電力。除了運用適當的科技來收集太陽能外,建築物亦可利用太陽的光和熱能,方法是在設計時加入合適的裝備,例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建築材料。目前,太陽能熱發電是開發利用的重點。

太陽光合能:植物利用太陽光進行光合作用,合成有機物。因此,可以人為模擬植物光合作用,大量合成人類需要的有機物,提高太陽能利用效率。

核能

核能發電站核能發電站

核能是通過轉化其質量從原子核釋放的能量,符合阿爾伯特·愛因斯坦的方程E=mc^2;,其中E=能量,m=質量,c=光速常量。核能的釋放主要有三種形式:

核裂變能

所謂核裂變能是通過一些重原子核(如鈾-235、鈾-238、鈽-239等)的裂變釋放出的能量

核聚變能

由兩個或兩個以上氫原子核(如氫的同位素—氘和氚)結合成一個較重的原子核,同時發生質量虧損釋放出巨大能量的反應叫做核聚變反應,其釋放出的能量稱為核聚變能。

核衰變

核衰變是一種自然的慢得多的裂變形式,因其能量釋放緩慢而難以加以利用。
核能的利用存在的主要問題:
資源利用率低
反應後產生的核廢料成為危害生物圈的潛在因素,其最終處理技術尚未完全解決
反應堆的安全問題尚需不斷監控及改進
核不擴散要求的約束,即核電站反應堆中生成的鈽-239受控制
核電建設投資費用仍然比常規能源發電高,投資風險較大

海洋能

(圖)新能源海洋能

海洋能指蘊藏於海水中的各種可再生能源,包括潮汐能、波浪能、海流能、海水溫差能、海水鹽度差能等。這些能源都具有可再生性和不污染環境等優點,是一項亟待開發利用的具有戰略意義的新能源。波浪發電,據科學家推算,地球上波浪蘊藏的電能高達90萬億度。海上導航浮標和燈塔已經用上了波浪發電機發出的電來照明。大型波浪發電機組也已問世。中國在也對波浪發電進行研究和試驗,並製成了供航標燈使用的發電裝置。潮汐發電,據世界動力會議估計,到2020年,全世界潮汐發電量將達到1000-3000億千瓦。世界上最大的潮汐發電站是法國北部英吉利海峽上的朗斯河口電站,發電能力24萬千瓦,已經工作了30多年。中國在浙江省建造了江廈潮汐電站,總容量達到3000千瓦。

風能

風能是太陽輻射下流動所形成的。風能與其他能源相比,具有明顯的優勢,它蘊藏量大,是水能的10倍,分布廣泛,永不枯竭,對交通不便、遠離主幹電網的島嶼及邊遠地區尤為重要。風力發電,是當代人利用風能最常見的形式,自19世紀末,丹麥研製成風力發電機以來,人們認識到石油等能源會枯竭,才重視風能的發展。

1977年,聯邦德國在著名的風谷--什勒斯維希-霍爾斯坦州的布隆坡特爾建造了一個世界上最大的發電風車。該風車高150米,每個漿葉長40米,重18噸,用玻璃鋼製成。到1994年,全世界的風力發電機裝機容量已達到300萬千瓦左右,每年發電約50億千瓦時。

生物質能

生物質能來源於生物質,也是太陽能以化學能形式貯存於生物中的一種能量形式,它直接或間接地來源於植物的光合作用。生物質能是貯存的太陽能,更是一種唯一可再生的碳源,可轉化成常規的固態、液態或氣態的燃料。地球上的生物質能資源較為豐富,而且是一種無害的能源。地球每年經光合作用產生的物質有1730億噸,其中蘊含的能量相當於全世界能源消耗總量的10-20倍,但利用率不到3%。

地熱能

地球內部熱源可來自重力分異、潮汐摩擦、化學反應放射性元素衰變釋放的能量等。放射性熱能是地球主要熱源。中國地熱資源豐富,分布廣泛,已有5500處地熱點,地熱田45個,地熱資源總量約320萬兆瓦。

氫能

在眾多新能源中,氫能以其重量輕、無污染、熱值高、套用面廣等獨特優點脫穎而出,將成為21世紀的理想能源。氫能可以作飛機、汽車的燃料,可以用作推動火箭動力。

海洋滲透能

如果有兩種鹽溶液,一種溶液中鹽的濃度高,一種溶液的濃度低,那么把兩種溶液放在一起並用一種滲透膜隔離後,會產生滲透壓,水會從濃度低的溶液流向濃度高的溶液。江河裡流動的是淡水,而海洋中存在的是鹹水,兩者也存在一定的濃度差。在江河的入海口,淡水的水壓比海水的水壓高,如果在入海口放置一個渦輪發電機,淡水和海水之間的滲透壓就可以推動渦輪機來發電。

海洋滲透能是一種十分環保的綠色能源,它既不產生垃圾,也沒有二氧化碳的排放,更不依賴天氣的狀況,可以說是取之不盡,用之不竭。而在鹽分濃度更大的水域裡,滲透發電廠的發電效能會更好,比如地中海、死海、中國鹽城市的大鹽湖、美國的大鹽湖。當然發電廠附近必須有淡水的供給。據挪威能源集團的負責人巴德·米克爾森估計,利用海洋滲透能發電,全球範圍內年度發電量可以達到16000億度。

未來新能源

(圖)新能源波能示意圖

波能:即海洋波浪能。這是一種取之不盡,用之不竭的無污染可再生能源。地球上海洋波浪蘊藏的電能高達9×104TW。近年來,在各國的新能源開發計畫中,波能的利用已占有一席之地。儘管波能發電成本較高,需要進一步完善,但進展已表明了這種新能源潛在的商業價值。日本的一座海洋波能發電廠已運行8年,電廠的發電成本雖高於其它發電方式,但對於邊遠島嶼來說,可節省電力傳輸等投資費用。美、英、印度等國家已建成幾十座波能發電站,且均運行良好。

可燃冰:這是一種與水結合在一起的固體化合物,它的外型與冰相似,故稱“可燃冰”。可燃冰在低溫高壓下呈穩定狀態,冰融化所釋放的可燃氣體相當於原來固體化合物體積的100倍。據測算,可燃凍的蘊藏量比地球上的煤、石油和天然氣的總和還多。

煤層氣:煤在形成過程中由於溫度及壓力增加,在產生變質作用的同時也釋放出可燃性氣體。從泥炭到褐煤,每噸煤產生68m3氣;從泥炭到肥煤,每噸煤產生130m3氣;從泥炭到無煙煤每噸煤產生400m3氣。科學家估計,地球上煤層氣可達2000Tm3。

微生物:世界上有不少國家盛產甘蔗、甜菜、木薯等,利用微生物發酵,可製成酒精,酒精具有燃燒完全、效率高、無污染等特點,用其稀釋汽油可得到“乙醇汽油”,而且製作酒精的原料豐富,成本低廉。據報導,巴西已改裝“乙醇汽油”或酒精為燃料的汽車達幾十萬輛,減輕了大氣污染。此外,利用微生物可製取氫氣,以開闢能源的新途徑。

發展現狀

美國是能源消耗大國,也是全球人均溫室氣體排放水平最高的國家。為降低對其他國家的能源依賴以及尋求可持續發展的道路,美國近年來不斷出台多項能源政策,以立法和財政補貼的形式扶持可再生能源產業的發展。美國國會議員表示將推動稅法改革,促進可再生能源項目享受到與石油項目一樣的稅收政策。稅法改革提案的發起者認為,可再生能源發展勢頭強勁,應該允許風能、太陽能、生物燃料等可再生能源項目以“業主有限合夥制企業”的性質徵稅。這種形式的稅收結構允許企業從股票市場募集資金,並使企業可以避免繳納收入所得稅。
歐盟是世界上可再生能源發展最為迅速的地區。目前歐盟能源的進口依存度達50%。隨著經濟不斷發展,這一數字將不斷增加,歐盟能源安全令人擔憂。為此,歐盟制定了相關策略,積極開發可再生能源。歐盟1997年頒布可再生能源發展白皮書,提出到2050年,可再生能源在整個歐盟國家的能源構成中要達到50%。白皮書中提到的計畫包括歐盟內部的市場手段,進一步鼓勵可再生能源利用的政策,以及各國在可再生能源領域中的投資及信息共享,對此歐盟各國紛紛採取對應措施來回響。
以德國為例,2011年9月,德國經濟部、環境部和科技部等部門曾聯合頒布了德國第6個能源研究計畫,重點集中在可再生能源技術研發、提高能源效率、能源存儲技術和電網技術改進等方面。德國聯邦經濟部、環保部等部門聯合制定了長期能源轉型戰略,規劃了未來40年德國能源轉型的主要目標。
德國在2004年、2008年曾兩次修訂《可再生能源法》,明確提出要在考慮規模效應、技術進步等因素的影響後,逐年減少對可再生能源新建項目的上網電價補貼,促進可再生能源市場競爭能力的提高。2012年1月1日,德國再次修改《可再生能源法》,提出到2020年,35%以上的電力消費必須來自可再生能源,到2030年50%以上、2050年80%以上的電力消費必須來自可再生能源。有數據顯示,2012年德國可再生能源行業投資總額達到了266億歐元。截至2011年年底,德國在可再生能源行業就業的人數也達到了創紀錄的38.2萬人,比上一年度增加4%。
日本作為人口密度較大、資源緊張的國家,可再生能源的利用也是其經濟發展的重要方向。日本政府曾在2012年8月公布了實現可再生能源飛躍發展的新戰略,目標是到2030年使海上風力、地熱、生物質、海洋等四個領域的發電能力擴大到2010年度的6倍以上。

發展分析

中國未來新能源發展的戰略可分為三個發展階段:第一階段到2010年,實現部分新能源技術的商業化。第二階段到2020年,大批新能源技術達到商業化水平,新能源占一次能源總量的18%以上。第三階段是全面實現新能源的商業化,大規模替代化石能源,到2050年在能源消費總量中達到30%以上。
新能源作為中國加快培育和發展的戰略性新興產業之一,將為新能源大規模開發利用提供堅實的技術支撐和產業基礎。
1、風能無論是總裝機容量還是新增裝機容量,全球都保持著較快的發展速度,風能將迎來發展高峰。風電上網電價高於火電,期待價格理順促進發展。
2、生物質能有望在農業資源豐富的熱帶和亞熱帶普及,主要問題是降低製造成本,生物乙醇、生物柴油以及二甲醚燃料套用值得期待。
3、太陽能隨著中國國內光伏產業規模逐步擴大、技術逐步提升,光伏發電成本會逐步下降,未來中國國內光伏容量將大幅增加。
4、汽車新能源環境污染、能源緊張與汽車行業的發展緊密相聯,國家現在大力推廣混合動力汽車,汽車新能源戰略開始進入加速實施階段,開源節流齊頭並進。

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