新能源技术综述

新能源技术综述
摘要:本文介绍了全球新能源的格局及我国新能源技术的发展状况，分析了国内新能源技术开发存在的问题。

关键字：新能源；发展格局；开发技术
前沿
能源是人类文明赖以生存和发展的重要物质基础之一。

然而，目前能源危机日益严峻，不但带来了生态环境问题，而且阻碍了经济的持续发展。

在能源危机出现端倪时，人们试图通过利用新能源来解决这一严峻问题，实现人类文明的延续。

此时，新能源技术为人们摆脱危机带来了新希望。

石油等传统资源的逐步枯竭，已经预示着以石油资源为代表的旧能源时代开始走下坡路。

然而人类工业文明时代还在如火如荼地进行着，对能源的需求越来越大；与此同时这些传统能源储量有限、不可再生等性质使其在经过长期开采以后已经逐渐不能满足社会发展对能源的需求；由于开采方式不合理，再加上一些地区能源利用率低，导致能源浪费的同时还严重破坏了生态环境，使资源和自然环境的承受力达到了极限，人与自然的关系处在有史以来最为紧张的时期。

面对这样严峻的形式，世界各国就新能源的研究与开发开展了一系列的工作[1]。

能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源[2]。

按不同的分类标准，能源可分为一次能源和二次能源、常规能源和新能源、不可再生能源和可再生能源，图1清楚地描述了能源的种类划分:
新能源是相对时间而言的一个相对概念。

新能源又称非常规能源，它们是刚开始被开发利用或正在积极研究、有待推广的能源。

包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、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，还包括对常规能源进行创新利用而产生的能源[3]。

新能源技术包括核能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能、氢能和风能等开发技术。

随着技术的进步和可持续发展观念的树立,过去一直被视做垃圾的工业与生活有机废弃物被重新认识,作为一种能源资源化利用的物质而受到深入的研究和开发利用,因此,废弃物的资源化利用也可看作是新能源技术的一种形式[4]。

本文主要综述了几种新能源的应用技术。

1 全球新能源技术发展格局[5]
煤炭等化石能源的消耗以及化石能源对环境污染的加剧促使世界各国高度重视以人类可持续发展为目标的新能源开发, 在世界范围内新能源技术，特别是太阳能、风能、生物质能等可再生能源技术发展十分迅速，已进入商业化发展阶
段。

1.1 太阳能方面
太阳能发展的主要方向是热利用和光伏发电。

太阳能热水器技术已经完成商业化过程，2005年太阳能热水器/供热总容量达88GW th,覆盖面积12500万m2。

太阳能热发电技术还处于示范和接近工业化发展阶段，2005年发电总容量仅为400 MW。

目前，并网太阳能光伏电池（PV）依然是世界上增长最快的技术。

近10年来，太阳能电池/组件生产的年平均增长率达到33%。

2005年世界光伏生产达到170万kW，日本是光伏电池最大生产国，产量领先增长到83万kW，其次是欧洲（47万kW）、中国（20万kW）和美国（15万kW）。

光伏发电的主要市场是发达国家的并网发电和发展中国家偏远地区的独立供电。

世界上3个最主要的光伏应用市场。

2005年全球（88GW ）安装太阳电池组件1 460 MW，比前一年增长了34%。

德国安装837MW，比前一年增长了53%，占世界安装量的57% ；日本安装292 MW，比前一年增长了14%，占世界安装量的20% ；美国安装102MW，占世界安装量的7% ；欧洲其它地区安装88MW，占世界安装量的6% ；世界其它地区安装146MW，占世界安装量的10% 。

1.2 风电方面
2006年世界风电继续蓬勃发展，截至年底全球风力发电装机容量约达到7422万kW，比上年新增1520万kW，增长25.6% 。

欧洲是全世界风力发电发展速度最快，也是风电装机最多的地区。

2006 年底欧洲地区累计风电装机容量为4855万kW，占世界风电装机65.4% ；美洲地区风电装机容量达1357万kW，占世界风电装机的18.3%；亚太地区风力发电装机容量为1167万kW，占世界的15.7%。

非洲地区风电装机为44.1万kW，占世界0.6%。

但从世界范围看，小水电20年来整体进程不尽人意[6] 。

1.3 生物质能方面
生物质能发电技术已经基本成熟,在全世界应用广泛,2005年底总容量达
44GW。

欧盟15国2000年全部电力的1.5%就来自于生物质能，生物质能的开发已经作为其实现2010年22%可再生能源发电目标的主要内容。

德国在利用厌氧发酵（沼气工程）处理废弃物发电技术方面走在了世界的前列，目前已建成1900个沼气工
程，2004年沼气发电装机27万kW。

生物质能的另一项重要应用是开发生物油，
主要包括生产乙醇、甲醇和柴油燃料。

生物质燃料（乙醇和生物柴油）2005年生产量超过369亿L，其中乙醇产量从305亿L上升至330亿L，增长率为8% ；生物柴油产量达39亿L，比上年增产18亿L，增长率达85%。

尽管欧盟的燃料乙醇生产还处于较低水平，但2005年产量增加70% ，且欧盟又新增3个生产燃料乙醇的国家。

总体而言，得益于技术进步及各国的激励政策、措施，全球范围内新能源技术发展迅速，新能源发电容量2005年达182 GW（不含大水电），比上年增长22GW。

排名前6位的国家分别是中国、德国、美国、西班牙、印度和日本。

全球化打破了地域界限，加快了能源利用的进程。

全球主要能源生产国和消费国积极地融入能源供需市场的全球化进程中。

在新的社会历史背景下，任何国家、企业、组织都不可能作为“技术孤岛”而生存，无法完全从内部获得所需要的所有技术，这迫使他们重新考虑能源技术发展战略。

抢占新能源战略制高点成为世界各国新一轮角斗的焦点，核心在于新能源技术，尤其是新能源技术创新能力。

2 我国新能源技术开发现状
2.1 太阳能开发技术
目前, 我国太阳能光电池的研究还处于低级阶段, 以产品开发为主, 技术
研究较差。

在太阳能热电技术方面,研究开发也进展缓慢。

1 KW级的太阳能试验热电站已投入运行, 5KW级正在研究, 太阳池热发电技术才开始起步。

太阳热能直接利用技术发展较快, 其中尤以太阳能热水器为最快。

全国现有生产厂家
140-150 家, 年产量30-40万米2。

太阳能温室、太阳能干燥器、太阳灶等产品已进入实用阶段。

我国已建成60座太阳能试验型和生产型干燥装置, 总面积达5687 米2, 太阳干燥器应用10178米2, 太阳灶10.8万台。

建立太阳房18万米2(628栋), 在西藏及甘南, 已形成使用太阳房的小气候。

这些方面的研究和应用人员也较多, 已初步形成了产业[7]。

2.2 风能开发技术
我国小型风力发电机发电技术开发应用发展比较快。

小型风力发电机机型已成系列, 性能、结构工艺、制造质量和可靠性已接近国外先进水平。

国内现有小
型风机生产厂近50家,年生产风机约2.2万台, 研究单位不下30多家,小型风电技术已商品化, 风力发电已初步形成产业。

全国现已安装小型风力发电机6 万多台, 总装机容量达7兆瓦。

我国在大中型风力发电机的设计、制造和材料方面均落后于丹麦、荷兰、英、美等国。

我国千瓦级风机在机型设计上已有多项成果, 性能达国际先进水平, 但制造工艺不及国外。

千瓦级中型风力发电机还处于试用阶段, 100千瓦以上级大型机还是空白。

风力田发电才开始起步。

2.3 生物质能开发技术
我国沼气技术（厌氧消化技术）研究水平较高, 可与世界先进水平相比。

近年来, 在大型沼气池的供气或发电及环境的综合治理技术开发、廉价商品化组合式沼气池研制与开发, 沼气发酵微生物和生物化学发酵工艺研究等方面, 都取
得了较好的研究成果。

在沼气技术的推广应用上, 我国居世界领先地位。

全国农村有沼气池500万口, 年产沼气10亿米3以上, 受到国际上的重视。

大中型沼气工程已建成l000多处, 且普遍采用高效型池型。

20多年大规模的沼气技术开发,培养了大量人才, 形成沼气技术开发的中坚。

2.4 地热能开发技术
地热能开发包括地热发电技术和地热直接利用技术, 前者属于高技术。

地热能实质上是一种以流体为载体的热能，地热能发电与火力发电大同小异，所有一切可以把热能转化成机械功再转化为电能的最实用的方法只有通过热力循环，用热机来实现这种转化。

利用不同的工质，或不同的热力过程，可以组成各种不同的热力循环。

目前，使用较多的是双工质发电，较成熟的有两种：有机朗肯循环和卡林那循环。

干热岩(EGS)开发利用技术在中国已经起步[8]。

干热岩(增强型地热系统)开
发的关键技术是：深部地热资源的圈定和储量评价;干热岩选址、调查的描述；降低成本和提高效率的技术(如数值模拟)。

部分其他技术也同样重要，例如深井开采、断裂特征、高温测井、液体成像、激发预测模型、示踪试验和数据解释及层间封闭技术。

未来的干热岩开发与目前高温水热型地热田均面临钻井技术这一难题[9]。

水热型地热田的回灌式开采是实现地热资源可持续开发利用的必不可少的
技术。

但是,地热回灌非常复杂，不但要考虑地热水的运移，还要考虑热运移。

如果回灌过程中出现不成熟的热突破，即回灌水很快回到开采井，就会极大地危及到地热田的寿命[10]。

因此，地热大规模的回灌前必须进行地热回灌试验，确定热储的联通性以及回灌井与开采井之间的水力联系是非常必要的。

同时，需要借助数值模拟的手段对不同生产和回灌情景下热储压力的温度变化进行预测，指导地热资源的可持续开发利用。

中低温地热发电技术在中国拥有悠久的历史，积累了丰富的实践经验[11-14]。

20世纪70年代在地热发电方面, 我国主要开发了地热蒸气发电技术, 已建成8 座地热电站, 总装机容量14.586兆瓦, 列世界第14位。

在地压地热、干热岩体和岩浆型高温地热的发电技术开发研究上,我国尚属空白。

据不完全统计, 我国的地热直接利用的利用总量相当于74.3×104千瓦。

其中工业用l 5.8×104千瓦, 农业用17.2×104千瓦, 生活用41.3×104千瓦。

2.5 核能开发技术
我国核工业已有近40年的历史, 现已形成比较完整的核科研和核工业体系。

但在20世纪70年代才开始由纯军用转入民用开发, 致使核能开发的主体核电起步较晚,至今还未有一座建成的核电站投入使用。

正在建设中的秦山核电站一期工程预计在1990年可并网发电, 从而结束我国的核电空白。

20世纪90年代我国将相继建成一系列核电站,如秦山核电站二期工程,广东大亚湾核电站等。

在核能开发研究上,我们已能自行设计、制造和建设大、中型热堆核电站,并建成了一批重要的研究试验装置。

在核快堆发电技术方面,建了快堆另功率装置及一些其它试验装置,还建立了专门研究所。

在快堆物理、钠回路方面作了许多研究,取得了一批科研成果。

2.6 海洋能开发
我国潮汐能发电技术巳取得一定成就, 相继建成一批中小潮汐电站, 总装机容量已超过10000千瓦,列世界第3位。

在灯泡式贯流机组研制、防腐防垢、沉箱施工筑堤和电站自动化运行等方面积累了成功的经验,开始了小型全贯流式机组的研究,对单机容量为万千瓦级的潮汐电站也进行了论证研究。

在波浪能发电方面, 我国已研制出BDl02型航标灯用波力发电装置,性能达20世纪80年代世界先进水平,并已成批生产。

装机容量为8千瓦的珠江波力试验电站即将建成,年内试发电。

潮流发电、温差发电的研究尚处实验室模拟阶段。

3 我国新能源技术开发利用中存在的主要问题
我国发展新能源大部分从引进技术开始，逐步消化吸收，部分实现了自主化。

目前，我国的新能源门类较齐全，但与国际先进水平相比，技术及其应用存在较大差距。

主要存在的以下5个问题[15]。

3.1 新能源技术的研究开发缺乏长期规划和持续稳定的支持。

一方面，新能源技术的研究开发投入相对不足；另一方面，缺乏稳定的研究开发支持。

如，从20世纪50年代起，我国就开始进行煤制油技术的研究开发，经历了四上三下的过程。

直到21世纪初，仍然没有进行工程化试验。

而美国联邦政府对煤制油技术的研究开发和示范项目持续支持了30多年，至今还没有规模化和商业化发展。

3.2研究开发与产业脱离，基础研究较多，转化能力较弱，应用滞后。

我国新能源技术的研究开发以政府投入为主，大部分国家科技计划项目由大学与科研院所承担。

由于大学和科研院所与企业分离，研究成果距离可应用的程度较远，加上缺乏技术转移机制，成果的产业化滞后。

3.3 满足于设备制造国产化，缺乏技术储备，不掌握核心技术。

如，在太阳能光伏电池和风能设备制造领域，通过引进技术消化吸收，我国已经基本实现了风能设备和太阳能光伏电池制造国产化，但因没有掌握核心技术，与国际先进水平相比，国产设备和装置的能源转化效率较低。

尽管目前我国的太阳能光伏电池及组建的加工规模居世界第三位，但不掌握硅材料的核心技术，加工光伏电池及其组件的设备主要靠进口。

由于国外控制硅材料的核心技术，引进硅材料生产线，单位产品耗能高；光伏电池的效率普遍与国际先进水平相差4%。

3.4 研究开发投入不足，生产工艺较落后。

在一些技术比较成熟的领域，已经实现产业化和规模化发展，但研究开发基本停滞。

如，太阳能热水器技术成熟，但由于企业分散竞争，研究开发投入严重不足，技术进步较慢，能源利用效率有待进一步提高。

3.5 缺少自主创新能力，虽然研究开发投入和专利不少，但是大都是外围技术和非核心技术。

因此，我们往往只能制造一些配套设备，核心技术和关键设备还要依靠进口。

存在上述问题的主要原因，一是国家的新能源战略目标不明确，政策不稳定，一些研究项目上马又下马。

二是没有形成完整的研究开发与示范、推广相结合的体系。

由于资源分割，基础研究与成果转化脱节，研究开发与试验示范脱节，技术引进与消化吸收脱节，已有的研究成果和专利没能及时得到应用；由于缺少中试资金，有些新产品没有经过严格的试验考核就批量用于工程。

三是缺少共性技术联合研究与利益分享机制，导致一些具有共性的研究项目低水平分散重复，造成资源浪费。

4 结束语
通过综述各种新能源技术的国际发展格局和国内发展现状，我们很容易意识到目前大部分发达国家的新能源技术发展已经领先一步，对新能源技术发展的支持力度非常大，而且掌握了一定的核心技术[16]。

我国正处于工业化阶段，对能源的需求在不断增加，以煤炭为主的能源结构短时间内得不到根本解决；新能源技术的发展才刚刚启动，政策激励机制也不够完善。

因此，我国政府首先要有明确的能源技术发展规划方向，不断完善能源技术创新机制，增强技术自主创新能力，加强与发达国家的技术合作，为新能源技术发展提供更多的平台。

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