新能源种类及最新技术
2011-12-19 08:32:00  来源:《时事报告》
 

  

    全球化石能源日渐短缺和应对气候变暖任务加重,凸显了开发利用新能源的重要性。2009,国家主席胡锦涛在联合国气候变化峰会上提出,中国将大力发展可再生能源和核能,争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。温家宝总理向首都科技界发表题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话,也强调要高度重视和发展新能源产业等新兴战略性产业。在国际金融危机的背景下,面对新一轮的国际竞争,新能源被赋予了抢占未来战略制高点的重任。

  一、新能源概念及其主要特点

  新能源又称非化石能源、清洁能源,主要包括太阳能、风能、海洋能、核能、生物质能、氢能和地热能等新的能源利用方式。

  与传统能源相比,新能源具有以下特点:(1)污染小——以氢能为例,燃烧时除生成水以外,不会产生二氧化碳、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质。(2)储量大——全球风能若全部可以利用,每年可发电53万亿度,是目前世界电力需求量15万亿度的3.5倍。(3)分布广——传统能源分布极其不均衡,仅中东地区就占世界石油总储量的62%,而太阳能、风能、生物质能等遍布全球。

  依托新能源发展起来的光伏发电、风电、新能源汽车等产业,具有资源消耗低、清洁程度高、潜在市场大、综合效益好的优势,正在成为富有活力、最具前景的战略性新兴产业。

  二、新能源的利用形式及其发展现状

  目前,新能源利用技术发展迅速,太阳能、风能、核能、生物质能以及水力发电、地热能等的利用技术已得到广泛应用。

  ■太阳能

  太阳能,一般指的是太阳光辐射带来的能量。中国可再生能源学会常务理事马学禄用一组数字说明了太阳能的巨大开发潜力:太阳每秒钟照射到地球上的能量,相当于燃烧500万吨标准煤;人类一年消耗的能源是130万亿千瓦时,而地球接受的太阳能每年是120万万亿千万时,几乎是人类耗能的一万倍,其中可以利用的约6000万亿千瓦时,约是人类能耗的50倍。

  目前,对太阳能的利用主要有光热转换、光电转换、光化学转换三种方式。其中,利用太阳能发电(又称“光伏发电”),已经在世界范围内形成新兴产业,是发达国家激烈竞争的主要热点。太阳能发电有两种利用途径,一是在荒漠地带建设大规模的太阳能电站,利用高压输电线向城市输电;二是和建筑结合,直接满足家庭或小区用电。世界第一大太阳能发电国是德国。这既得益于德国大规模的太阳能电站建设,也离不开德国不遗余力地在独栋别墅、体育馆、学校、工业园区中推广和建筑结合的小型太阳能发电装置。

  太阳能广受青睐,还有一个很少被人们提及、但同样非常重要的原因,是它恰好符合用电峰谷规律。人们的用电峰谷以24小时为一个周期,其中上午、下午和前半夜是用电高峰,下半夜则是用电低谷,中国的峰谷差达到50%-60%。对于中国这样仍以火电为主要能源的国家来说,由于火力发电启动周期为48-72小时,火电厂在用电低谷期仍然无法“关机”,需要继续消耗燃料,因此耗费了大量能源。而太阳能发电的高峰是在白天,夜间则停止发电,基本和用电峰谷符合,不会浪费产能。

  发达国家对太阳能光伏发电有多种政策扶持。如:德国政府补贴企业70%光伏发电成本,允许太阳能光电入网;新加坡对进入国内的光伏企业免10年税收,企业研发资金的50%由政府提供。从全世界来看,太阳能光伏产业正快速发展。2009年,太阳能电池总产量达到10000兆瓦,是2004年产量的8倍多。预计2010年~2020年,全球光伏产业的年增长率将达到34%。目前,制造太阳能电池的关键环节——多晶硅提炼技术(三氯氢硅还原法)被美国、德国、日本等国家的企业垄断,中国企业没有掌握核心技术。

  我国太阳能资源丰富,全国2/3国土年平均日照2000小时以上,特别是青藏高原和新疆、甘肃、内蒙古一带。西藏年平均日照时数达3000小时左右,太阳能利用规模、覆盖面积,位居全国第一。我国已是生产太阳能热水器、太阳能光伏电池最多的国家,太阳能光伏产业发展潜力巨大。预计到2030年,我国光伏装机容量将达1亿千瓦,年发电量可达1300亿千瓦时,相当于少建30多个大型煤电厂。

  目前,太阳能光伏发电还没有得到大规模应用,主要原因有三:第一,太阳能本身具有分散性、不稳定性的弱点,需要使用大面积的收集和转换设备。发电成本较高,大约是传统煤电方式的1118倍,靠政府补贴运行;第二,生产太阳能电池要耗费大量能源。多晶硅是太阳能电池的重要原料,属于高耗能、高污染产品——生产1千瓦的太阳能电池,约需10公斤的多晶硅,耗电近6000度。同时,还会产生一种四氯化硅的有毒液体,腐蚀性强,无害化处理成本高;第三,太阳能发电的稳定性比传统电力差,进入现有的电网体系难度大。

  从长远来看,要使太阳能光伏发电具有更大的市场,一是要降低太阳能电池的生产成本,提高光电转换效率。二是要有政府的协调管理,通过发展智能电网解决储电、并网等难题。目前,我国太阳能光伏发电成本为1.3/度—2.0/度,远高于普通火电平均不到0.30/度左右的发电成本。专家认为,随着光伏发电安装规模扩大和行业技术进步,我国光伏发电成本有望在2015年—2020年间实现平价上网。

  ■风能

  19世纪末,丹麦研制成风力发电机后,人们就开始重视风能的发展。与其他新能源相比,风能蕴藏量大,是水能的10倍,且分布广泛,永不枯竭。据测算,全世界每年燃烧煤所获得的能量,只是风力在一年内所提供能量的1/3

  1977年,联邦德国在著名的风谷——布隆坡特尔建造了一个当时世界上最大的发电风车,高150米,重18吨,用玻璃钢制成。在过去近30年里,全球风电装机容量一直保持着每年20%的增长速度。根据全球风能协会发布的数据,2009年全球风能发电装机容量达到3.75万兆瓦,相当于23EPR(欧洲压水堆)核电机组发电量,足够满足2.5亿人的生活用电需求,每年可以减少2.04亿吨的二氧化碳排放量。

  风电技术装备是风电产业发展的基础,许多国家采取激励措施推动本国风电技术装备行业发展。

  2009年,美国奥巴马政府推行“刺激经济”计划以及对“绿色经济”大量补贴,推进了美国风能发电的发展。2009年末,美国累计风电装机容量达35000兆瓦,比上年末增加39%,居世界第一位。

  2009年,欧盟约有130亿欧元投入风能发电建设,新装机容量连续两年超过天然气和太阳能发电装机容量。截止2009年底,欧盟4.8%的电力供应来自风能发电。德国政府近20年来一直推行风电上网固定价格收购政策,目前以26000兆瓦的装机容量而拥有欧洲最大的风力发电能力。此外,全球海上风电场主要在欧洲。2009年,欧洲有近600兆瓦的海上风电项目在建,其中包括世界上最大的工程——位于北海的海上风力发电厂。英国的海上风力发电装机容量占全球的40%,居于世界首位。

  我国风能资源丰富,主要分布在两个风带区,一是“三北”(东北、西北、华北北部)地区,二是东部沿海及附近岛屿地区。可开发利用的风能储量约10亿kW。其中,陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度计算),海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW2009年底,全国共建设423个风电场,约占全国发电装机的2.6%,以25000兆瓦的装机容量位于世界第三位,仅次于美国和德国。按照国家风电发展规划,2020年,我国风电装机容量有望达到1.5亿千瓦。当然,要实现2030年风能发电占全国总发电量4%5%的目标,我国还要不断完善风电政策体系,解决风电稳定性和并网等难题。

  ■核能

  核能是国际公认的清洁能源,包括核裂变能、核聚变能等。与化石燃料相比,具有体积小能量大、燃料充足、价格可预见等优势。据统计,仅1公斤铀—235全部裂变放出的能量,就相当于2700吨标准煤燃烧放出的能量。核电站一年产生的二氧化碳,仅是同等规模燃煤电站排放量的1.6%

  核电站的开发与建设始于上世纪50年代。1954年,前苏联建成世界上第一座装机容量为5兆瓦()的核电站。目前,全世界使用核能的国家已达30个,拥有440多座运营中的核电站,。截至2008年底,核电在全世界发电量中占比约17%,法国、美国和日本三国的核电装机容量占全世界的57%。其中,法国核发电量在本国总发电量中所占份额超过70%。我国核发电量相对较低,仅为总发电量的2.2%

  世界发展核电技术有以下几种类型:(1)自主开发型。美国、前苏联是在军用堆的基础上开发试验堆和原型堆,技术定型后形成商业堆的制造能力。英国和加拿大则分别开发了石墨气冷堆和重水堆技术,并建成了商业堆。(2)引进消化技术型。法国、日本、德国、西班牙、韩国等把购买设备与引进技术结合起来,在引进技术的基础上,进行消化吸收和改进创新。(3)设备进口自主型。通过设备进口,购买商业堆,实现建造和安全运行自主化,如芬兰和匈牙利等国以及我国台湾省。

  核电站的造价比较高,是同等火电站的24倍。但核燃料价格稳定,费用便宜,运输方便。一座100万千瓦的核电站每年只需要30吨铀燃料,一节火车皮就能拉走。而相同容量的火电站,每年要烧掉200万吨标准煤,要用10040节车皮的列车运输。随着核浓缩技术的发展,核电成本优势日益突出。目前,法国核电成本是煤电成本的0.57倍,美国在1962年就已经低于煤电成本。专家测量,生活在核电站周围的居民,受到的辐射量一年为0.01毫希,相当进行一次 x光胸透的辐射剂量,低于天然辐射。

  中国自1985年开工建设第一座核电站──秦山一期核电站至今,采取了“自主开发”加“引进消化技术创新”型的路线。目前,我国已建成的核电站有:浙江省杭州湾的( 秦山)核电站、广东省的( 大亚湾)核电站、江苏省连云港市田湾核电站、广东大亚湾岭澳核电站。截至200911月底,我国已建成运行11座核电机组,总装机容量910万千瓦;核准在建核电机组24台,总装机容量2540万千瓦,是目前世界上核电在建规模最大的国家。到2020年,中国将力争使核电装机容量占全国电力总装机容量的4%

  从未来看,核聚变是更理想的战略新能源。与核裂变相比,核聚变有三大优势:1. 以氘氚为燃料。氘大量存在于海水之中。1海水中所含的氘,经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。以此推算,核聚变能可供人类使用数亿年。2.热值更高。1千克氘相当于4千克-2358600吨汽油或11000吨煤。3.干净安全。按照物理学家计算,核裂变产生的核废料对环境的污染危害可以持续100万年。而核聚变不会产生高核辐射,不产生核废料。目前,中国、俄罗斯、日本、美国、欧盟等国都在积极参与迄今为止世界最大的热核聚变实验项目——国际热核实验反应堆(ITER“人造太阳”)计划,模拟太阳的核聚变来提供清洁能源。科学家们估计,到2025年以后,核聚变发电厂有可能投入商业运营。

  ■海洋能

  海洋被认为是地球最后的资源宝库,也被称作“能量之海”。由海水所产生的能量,都可视为海洋能,它包括潮汐能、波浪能、温差能和盐差能等,广泛存在于占地球表面积71%的海洋中。由于这些资源丰富、清洁干净、可再生性强,被联合国环境组织视为目前最理想、最有前景的替代能源之一。专家预计,在2020年后,全球海洋能源的利用率将是目前的数百倍。

  我国有18000公里的海岸线、6000多个岛屿、300多万平方公里的管辖海域,海洋能资源丰富,总蕴藏量约为8亿多千瓦,开发前景可观。其中,潮汐能蕴藏量最为丰富,占世界总蕴藏量的15%左右,可供开发的年发电量达800多亿度。著名的钱塘江大潮,潮差高达9米,如用来发电,几乎等于三门峡水电站的50%。浙江温岭江厦潮汐电站,是目前国内最大的潮汐电站,总装机为3900千瓦,已正常运行近20年。现在,我国潮汐发电量仅次于法国、加拿大,位居世界第三位,但整体开发规模和单机容量还很小。预期到2020年前,我国海洋能开发的总装机容量有望达到或超过20万千瓦,对改善我国能源结构意义重大。

  根据目前的勘测设计水平,我国水电有247万亿千瓦时的技术可开发量。如果开发充分,至少每年可以提供10亿到13亿吨原煤的能源。2009年,中国水电装机容量达到了1.97亿千瓦,居世界第一位,年发电量达6456亿千瓦时,约替代标准煤1.96亿吨,减排二氧化碳4.9亿吨。                     

  ■生物质能

  生物质能来自动植物和微生物等有机物,包括林业副产品、农业废弃物、生活污水、禽畜排泄物、工业有机废物等,从陆地到海洋,分布广泛。它是仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源。

  根据生物学家估算,地球陆地每年生产10001250亿吨生物质,海洋年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量相当于目前世界总能耗的10倍,但利用率很低,还不到3%。我国生物质能丰富,理论上年产能可达到相当于约9亿吨标准煤。

  开发生物质能意义重大,许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等。到2008年底,全世界生物质发电总装机容量约为5000万千瓦,主要集中在北欧和美国;生物燃料乙醇年产量约3000万吨,主要集中在巴西、美国;生物柴油年产量约200万吨,主要集中在德国;沼气利用技术成熟,欧洲、中国和印度等地建设了大量沼气工程。

  目前,国外的生物质能技术和装置多达到商业化应用程度,实现了规模化产业经营,以美国、瑞典和奥地利三国为例,生物质转化为高品位能源利用已相当可观,分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和10%。

  ■地热能

  地球是一个大热库,蕴藏着巨大的热能,这种热能通过火山爆发、温泉、间歇喷泉、岩石的热传导等形式源源不断地带出地表,这就是地热能。据专家推算,如果把地球上储存的煤炭全部燃烧释放出来的热量作为100,那么地球内蕴藏的地热能总量约为煤的17亿倍。

  从地表向地球内部深入,温度逐渐上升。地壳的平均温升为2030/千米,大陆地壳底部的温度为5001000,地球中心的温度约6000。地热能的开发利用包括发电和非发电利用两个方面。经验表明:高温地热资源(150以上)主要用于发电,发电后排出的热水可进行逐级多用途利用;中温(150以下90以上)和低温(90以下)的地热资源则以直接利用为主,多用于采暖、干燥、工业、农林牧副渔业、医疗、旅游及日常生活等方面。

  对地热能开发利用,从1904年意大利建成世界上第一座地热发电站算起,已有100多年的历史了。目前,世界上已有120多个国家和地区发现和打出地热泉与地热井7600多处。地热能的利用,当前主要有采暖、发电、育种、温室、栽培、洗浴等方面。2008年底,全世界地热发电总装机容量约900万千瓦,主要在美国、冰岛、意大利等国家。在冰岛,89%的房屋供暖来自地热能,仅此一项,每年可节约1亿美元。地热发电占冰岛总发电量的19%以上,热能直接利用人均世界第一。对地热的研究和开发,终将使人类能使用含在不同深度的岩石中而不单单是火山地区中的巨大地热能。一旦进入这一阶段,地热能将供应全世界所需电与热量的25%50%

  我国地热资源丰富,分布广泛,已有5500处地热点,地热田45个,地热资源总量约320万兆瓦。我国适于发电的高温地热资源主要分布在西藏、云南、台湾等地区,著名的西藏羊八井地热电站累计发电超过24亿度。

  ■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。

  作为能源,氢有以下特点:(l)所有气体中,氢气的导热性最好,比大多数气体的导热系数高出10倍,是极好的传热载体。(2)是一种高效燃料。只要在汽油中加入4%的氢气,就可使内燃机节油40%。(3)氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种环境要求。燃料电池是氢能利用最好的技术,使用氢能燃料电池的汽车排放出的是水,可真正实现零排放。

  美国一直重视氢能。早在1970年,美国通用汽车公司的技术研究中心就提出了“氢经济”(Hydrogen Economics)的概念。2003年,布什政府投资17亿美元,启动氢燃料开发计划。2004年,美国建立了第一座氢气站。目前,美国能源部正在实施“自由汽车计划”和“氢燃料导入计划”,到2020年时投入37亿美元用于氢能的研发、示范等。  

  在氢能和燃料电池研发上,欧盟也不断加大投入。2003年,欧盟发布了《欧盟氢能路线图》,5年内投入20亿欧元,力争在2020年前建立一个燃料电池和氢能源的庞大市场。对新能源开发从不落后的日本,从1993年起就开始实施“世界能源网络”计划。近5年来,日本产业经济省平均每年投入约2.7亿美元用于燃料电池相关项目研究,全国各地建造了不少“加氢站”。计划到2030年,氢燃料电池车发展到1500万辆。

  近年来,我国也大力开展对氢能和燃料电池技术的研究。国家“863”计划设立了氢能技术和系统技术开发课题,“973”计划设立了氢能基础研究项目。目前,我国在氢能和燃料电池技术领域研发水平排在第一梯队,仅次于日本、美国、加拿大、德国。上海是我国氢能产业最领先的地区,预计2012年前有望达到万辆级氢能汽车的产能。

  目前液氢已广泛用作航天动力的燃料,但氢能的大规模商业应用还有待解决两个关键问题:一是要解决制氢问题。氢是一种二次能源,现有的电解水制氢方式要耗用大量的电力,效率很低。二是要解决氢的贮存及运输问题。氢易气化、着火,安全可靠的贮氢和输氢方法很关键。专家认为,随着制氢技术和贮运方式的突破,氢能的大量利用将在10多年后进入千家万户。

  三、各国积极开发新能源

  在世界能源发展史上,一种新的能源占能源总供应量的比重由1%上升到50%,替换周期平均需100年。大规模能源系统的建设周期一般需要2030年,新能源从开始研究到推广应用的周期则需要3050年。根据联合国环境规划署的最新报告,预计2012年世界各国对能源领域的投资将达到4500亿美元,2020年将超过6000亿美元。报告指出,对新能源的投资不断增加充分显示出各国对能源安全关注。

  美国:利用新能源稳固霸主地位   从小布什政府开始,美国就把对未来战略产业的设想纳入宏观规划,并把目光锁定在以新能源为核心的新兴战略产业上。美国总统奥巴马上台后,亦将能源作为经济结构的基轴,他在《无畏的希望》一书中说:“一个控制不了自己能源的国家,也控制不了自己的未来。”20092月,奥巴马签署了7870亿美元的经济刺激计划,其中600多亿美元投入新能源领域。针对美国能源消耗的主要两个方面——汽车能源消耗和住宅能源消耗,奥巴马政府推出“美国复兴与再投资计划”:前者将采取排放要求和电动方式来改变,后者主要采取太阳能方式进行。计划到2015年新增100万辆混合动力汽车;到2025年做到风能和太阳能发电量占美国发电总量25%2009年,美国全国电力生产的1/3来自非碳能源。此外,作为对新能源开发的补充,美国还大力发展各种节能技术。今年5月,美国商务部部长骆家辉率团访问中国和印尼,推广在清洁能源领域的合作。奥巴马期望在5年内实现美国出口额翻倍;为美国创造200万个就业岗位。  

  欧盟:强化新能源领域优势   德国、法国和英国,是欧盟新能源领域发展的“三驾马车”。德国每年投入6000多万欧元用于清洁能源和其他可再生能源的研发。利用废热、废气发电量每年可达到81亿度,相当于整个钢铁工业耗能量的35%。可再生能源发电量所占比例已达到14%;法国是全球核能利用第一大国,电力供应的80%来自核能。法国还大力发展可再生能源,主攻风能、太阳能和生物能源。预计到2010年,法国可再生能源消费将增加50%;英国已把北海当成“未来之湾”,投资约6亿英镑建设欧洲最大的风力发电场。此外,200812月,欧洲议会批准了欧盟能源气候一揽子计划,保证欧盟到2020年把新能源和可再生能源在能源总体消耗中的比例提高到20%

  日本:寻找新能源领域的突破口 作为世界第二大经济体,日本是世界上主要能源消耗大国之一,能源严重依赖进口。但近年来,节能技术的推广和新能源的开发利用,日本大幅降低了对传统能源的依赖,已成为世界上新能源利用最多的国家。日本尤为重视太阳能发电技术,目前世界上太阳能发电的专利主要由日本厂家掌握。到2005年底,日本累计安装使用太阳能发电量就已达到142万千瓦,占世界市场的44%20066月,日本政府正式出台《2030年的能源战略》长远规划提出,使日本对石油的依赖降低到40%,核电比重要提高到30%40%,成为世界最节约能源的国家,发展各类新能源等战略构想。200941日,日本开始实施“绿色税制”,适用对象包括纯电动汽车、混合动力车等获得认定的低排放且燃油消耗量低的车辆。

  巴西:生物燃料技术独树一帜  1975年,巴西政府启动了乙醇发展计划,通过补贴、设置配额等手段鼓励民众使用乙醇燃料。从甘蔗中提炼乙醇燃料和从蓖麻、向日葵中提炼生物柴油,是目前巴西两大类生物燃料。生物质能在巴西能源利用量中约占25%左右,有一半以上的汽车使用价格便宜的乙醇燃料。另外,巴西政府还注重在国际上推广生物能源。2007年,巴西与多个拉丁美洲和非洲国家签署协议,由巴西提供技术,共同发展生物燃料。

  据国际能源署不完全统计,目前已有50多个国家和地区制定了激励新能源发展的政策。澳大利亚于200812月公布了新能源立法草案,到2020年该国新能源占总能源的比例将升至20%。韩国将在2030年之前投资1030亿美元用于开发新能源,将化石能源(煤、石油、天然气)的比例从目前的83%减少到61%,将可再生能源的比例从目前的2.4%提高到11%。                   

  四、我国新能源发展现状

  谈起我国的能源问题,中国科学院院士王大中曾连用几个“排名”来说明紧迫性:中国已成为世界第二能源生产与消费国、第一煤炭生产与消费国、第二石油消费国及石油进口国、第二电力生产国。

  而我国能源的现有状况是:1.资源储量和布局不均衡,“富煤、缺油、少气”。全国铁路运量的1/2和水运的1/3都用于运煤,仍无法满足对能源的需求。2.能源需求与人均能源资源不足的矛盾。我国的煤可采储量占世界可采储量的12%,但人均储量仅为世界人均储量的1/2,美国的1/10。石油和天然气人均储量更少。3.能源结构不合理。在能源消费总量中,煤炭、石油、天然气等化石能源的占比为91.6%,而水电、核电和其他可再生能源的占比仅为8.4%。与此同时,电源结构仍以火电为主,占总装机的75%,火电发电所排放的二氧化碳占全国排放量的30%以上。

  从科技发展趋势来看,2020年到2050年将是从传统化石能源向新能源转换的关键时期。目前,我国正积极抓住能源发展战略转型的机遇,加快结构调整,成为在新能源领域增长速度最快的国家。2009年,中国在清洁能源经济方面的投资超过346亿美元,而位居第二的美国为186亿美元,水电装机容量、太阳能热水器集热面积、光伏发电容量均居世界第一位。在风能发电方面,全世界每3台新增风电机组中就有一台是安装在中国的。去年中国新增风电装机容量超过美国,成为全世界风电发展最快的市场。

  10年来,我国政府陆续出台多项大力调整能源结构、支持清洁能源发展的法规政策。

  20008,国家经贸委资源节约与综合利用司颁布《2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划》,系统分析了中国新能源和可再生能源产业化发展的基础、市场开发的潜力等问题。

  200311,《中华人民共和国清洁生产促进法》正式施行,提出了清洁生产的概念,同时制定了财税激励措施和清洁或不清洁生产的产品目录及标准。

  200611日,《可再生能源法》正式施行,确定了制订和实施可再生能源开发利用总量目标的基础、机构等。

  20078月,国家发改委公布了《可再生能源中长期发展规划》,明确将进一步加快水能、风能、太阳能和生物质能的开发利用,不断提高可再生能源在能源消费中的比重,提出到2010年使可再生能源消费量达到能源消费总量的10%,到2020年达到15%的发展目标。

  20083月,国家发改委印发《可再生能源发展“十一五”规划》,进一步明确了中国可再生资源的发展目标。根据发展规划,到2010年,全国可再生能源年利用量要达到3亿吨标准煤。

  200912月,十一届全国人大常委会第十二次会议表决通过了《可再生能源法(修正案)》,该法已于201041日起施行。相比2005年的版本,修订后的《可再生能源法》有两大亮点,一是确立了可再生能源的全额保障性收购制度,二是建立可再生能源发展基金。2010年,国家能源局制定的新能源振兴规划也在酝酿推出,预计总投资超过3万亿元。计划到2020年,光伏发展规模要达到1000万千瓦-2000万千瓦,风电总装机达到1.5亿千瓦。同时,国家“十二五科技发展规划”也将可再生能源和新能源的科技进步提升到了最首要的位置,未来将投入更大的力度予以支持。

  今后一段时期,我国新能源产业的发展重点主要在四个重点领域:太阳能、风能和生物质能为代表的可再生能源的广泛应用;煤、油、气等传统能源向清洁化升级;先进核能进入新一轮发展热潮;清洁动力促进汽车技术大换代。与发达国家相比,我国新能源平均技术水平偏低、利用成本较高,产品竞争力弱。以新能源汽车为例,目前在电池充放电次数方面,国际先进水平能达到3500次,国内所有厂商普遍不超过2000次。  

  具体来看,我国新能源产业表现出如下特点:

  1.太阳能热水器:有技术、有产业、有市场。太阳能热水器是我国为数不多的具有完全自主知识产权专利技术的产业,带动了我国太阳能热水器产业的发展。近5年来,太阳能热水器产业以每年30%35%的速度增长。根据2009年中国太阳能光热利用行业发展综述,当年中国太阳能热水器和热水系统总保有量达到了1.45亿平米。从经济效益上来说,按普通煤的市场价格来计算,相当于节省了225亿人民币;按商业用电的市场平均价格来计算,相当于节省了560亿元人民币。同时1.45亿平米的集热面积,一年可减排二氧化碳4451万吨。预计到2015年,全国住宅用太阳热水器将达到2.32亿平方米,行业产值超过1000多亿元。

  2.太阳能光伏发电:不完整的产业。光伏产业链主要有五个环节——多晶体硅原材料制造、硅锭/硅片生产、太阳电池制造、组件封装、光伏系统应用。同国际先进水平相比,国内多晶硅生产企业的差距表现在:1.缺乏核心技术。多晶硅技术和市场牢牢掌握在美、日、德等国的企业手中,形成技术封锁、市场垄断。国内大部分企业以来料加工为主。2.生产规模小。美、日、德等国大企业,年生产能力可达30005000吨,国内企业离此规模差距很大。3.工艺设备落后,与国际水平相比,国内多晶硅生产能耗高出1倍以上,多数小企业生产成本达到了每公斤50-70美元/公斤,而国外大企业的成本只有20美元/公斤左右。目前,我国太阳能电池近95%的产能用于出口,国内市场还未真正形成。这意味着我们消耗大量的能源,却在为国外输出绿色,为别人的环境打工。20101月,国家颁布了《多晶硅行业准入标准》规定:新建多晶硅项目规模必须大于3000/年,太阳能级多晶硅还原电耗小于60千瓦时/千克,还原尾气中四氯化硅、氯化氢、氢气回收利用率不低于98.5%99%99%等等。随着国家提高多晶硅行业的准入门槛,在未来两年内,国内将会形成几个万吨级生产能力的大企业,小企业将会逐步被淘汰。

  3.风力发电:市场大、产业小、发展快。2002年开始,我国风力发电装机容量增速逐年加快, 2008年比2003年增长了22倍。计划从2006年到2020年,平均每年装机增加1900兆瓦,投资约152亿元。目前,我国风力发电主要集中在新疆、内蒙和广东,风力发电技术和装备的研制水平有很大提高。但风电消纳不足。除金风、华锐、东汽等实力较强的企业外,绝大多数风机制造商只是通过国外技术转让的方式进行整机组装,不具备国际竞争力。最近,在吉林召开了国家电网风电工作座谈会,拟全面实施对风电上网的严格准入。智能电网的建设将是今后10年的发展重点,对提高电力运输效率,解决各种电力入网难题等起到巨大作用。

  4.水电:小水电迎来投资热潮。小水电是指装机容量5万千瓦以下的水电站。我国小水电资源十分丰富,可开发量达8700kW,居世界第一位,分布在全国1600多个山区县。目前我国已建成小水电站45000座,总装机容量5512万千瓦,年发电量1600多亿千瓦时,约占国内水电装机和年发电量的30%,累计解决了3亿多无电人口的用电问题,小水电地区的户通电率从1980年的不足40%提高到2009年的99.6%。开发小水电资源,实现农村电气化,是推动农村经济发展的重要途径。目前,我国平均上网电价价格在0.35-0.50/kwh,而小水电的发电成本一般在0.2-0.250/kwh,市场紧俏。

  5.生物质能:沼气和燃料乙醇起步阶段。沼气作为我国政府推广最早的新能源项目之一,已经形成成熟的技术。截止到2009年,全国户用沼气池300万户,约70亿立方米。燃料乙醇仍在试点,但生产成本过高,基本上还是停留在生物质的直接燃烧阶段,商业化程度低。

  6.新能源汽车:驶入产业化“快车道”。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等各类别产品。其中,混合动力汽车和纯电动汽车开发较好。

  目前,我国的汽车保有量在8000万-9000万辆之间,如果新能源汽车能够替换10%,一年就能够减少二氧化碳排放3700多万吨。在上海世博会上精彩亮相的新能源汽车,分为超级电容车、燃料电池汽车、纯电动车和混合电动汽车四种类型、共计1017辆。世博会期间,将节约传统燃油约1万吨,减少有害物质排放约118吨,减少温室气体排放约284万吨。按照有关部门的计划,2010年新能源汽车要推广到20个城市。中国汽车工业协会提出,到2015年,纯电动汽车应用达50万辆以上;不同程度的混合动力汽车比例达到年产量的30%以上;新车平均单车油耗下降30%以上,达到国际先进水平。

  将节能视为与煤炭、石油、天然气、电力同等重要的“第五能源”,是国际能源界一个通行的做法。中国工程院副院长杜祥琬院士在“中国的能源问题和新能源发展前景”的报告中指出,与先进国家相比,我国能源在总体上约有20%的节能空间,开发与节约并重、把节约放在首位应成为我国解决能源问题的基本方针——

  从国际比较来看,我国能源利用效率总体水平不高。根据国际能源署的统计,2007年中国单位GDP能耗为0.82吨标准油/千美元(按2000年不变价计算),而世界平均水平是0.30吨标准油/千美元,美国和日本分别是0.200.10吨标准油/千美元。从地区比较来看,我国能源利用效率差异明显。2008年我国单位地区生产总值能耗最低的是北京,为0.66吨标准煤/万元(按2005年不变价计算),其次是广东和浙江,分别为0.720.78吨标准煤/万元;能源强度最高的是宁夏,为3.69吨标准煤/万元,其次是青海和贵州,分别为2.942.88吨标准煤/万元。最高省份是最低省份的5.57倍。

  2020年我国全面实现小康社会的发展目标下,如果采取节能措施,能源需求约为24亿吨标准煤;而在目前政策环境下,能源需求约为32亿至33亿吨标准煤。两相比较,可少用8亿吨至9亿吨标准煤的能源,价值约为8000亿元,相当于中国原煤年产量的80%、北京市13年的用煤量。

  本世纪上半期是中国能源发展的战略过渡期、转型期,将目前比较低效、粗放、污染的能源体系逐步转型为洁净、高效、节约、多元、安全的现代化能源体系,能源结构、颜色和质量将发生革命性变革。今后20年是这个转型期中的攻坚期(困难期):新型洁净能源要突破,煤炭洁净化利用需付出巨大努力,节能、提效要花大力气,石油替代需攻关,电力系统要解决一系列重大问题,农村的能源形态要逐步现代化,能源的供需模式需要转型……2020年前的10年是全面转向科学发展轨道的关键期。

  五、未来的几种新能源

  波能:即海洋波浪能。这是一种取之不尽,用之不竭的无污染可再生能源。据推测,地球上海洋波浪蕴藏的电能高达9×104TW。近年来,在各国的新能源开发计划中,波能的利用已占有一席之地。尽管波能发电成本较高,需要进一步完善,但目前的进展已表明了这种新能源潜在的商业价值。日本的一座海洋波能发电厂已运行8年,电厂的发电成本虽高于其它发电方式,但对于边远岛屿来说,可节省电力传输等投资费用。目前,美、英、印度等国家已建成几十座波能发电站,且均运行良好。

  可燃冰:一种甲烷与水结合在一起的固体化合物,它的外型与冰相似,故称“可燃冰”。可燃冰在低温高压下呈稳定状态,冰融化所释放的可燃气体相当于原来固体化合物体积的100倍。据测算,可燃冰中的甲烷气含量要比地球上已知的石油、天然气和煤炭的资源量多出一倍以上,可满足人类1000年的需求。中国从1999年起开始对可燃冰开展实质性的调查和研究,并取得重大进展。目前,中国海域内已经发现大量可燃冰储量,仅南海北部的可燃冰储量估计相当于中国陆上石油总量的一半左右。在未来 10年里,中国将投入8.1亿元进行勘探研究,2010年到2015年实行试开采。

  煤层气:煤在形成过程中由于温度及压力增加,在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。从泥炭到褐煤,每吨煤产生68m3气;从泥炭到肥煤,每吨煤产生130m3气;从泥炭到无烟煤每吨煤产生400m3气。科学家估计,地球上煤层气可达2000Tm3

   微生物:世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等,利用微生物发酵,可制成酒精,酒精具有燃烧完全、效率高、无污染等特点,用其稀释汽油可得到“乙醇汽油”,而且制作酒精的原料丰富,成本低廉。据报道,巴西已改装“乙醇汽油”或酒精为燃料的汽车达几十万辆,减轻了大气污染。此外,利用微生物可制取氢气,以开辟能源的新途径。

  第四代核能源:当今,世界科学家已研制出利用正反物质的核聚变,来制造出无任何污染的新型核能源。正反物质的原子在相遇的瞬间,灰飞烟灭,此时,会产生高当量的冲击波以及光辐射能。这种强大的光辐射能可转化为热能,如果能够控制正反物质的核反应强度,来作为人类的新型能源,那将是人类能源史上的一场伟大的能源革命。

  结束语

  人类使用能源有着悠久的历史,有过多次变革。自18世纪以来,能源结构就发生了三次大的变革。

  第一次能源结构的大变革,是在18世纪资本主义产业革命后发生的。产业革命以蒸汽机的发明和纺织机的推广应用为标志,导致世界第一次技术革命,使世界生产力得到飞速的发展,同时也改变了以薪柴为主的传统的能源结构。煤炭这种不可再生的初级能源成为工业的主要能源。煤炭在能源结构中所占比重逐步上升:19世纪70年代为24%,到20世纪初就急剧地猛增到 45%。因此,这个时期被称为“煤炭时期”。这期间,煤炭被大量开采和使用,促进了资本主义社会工业的高速发展。出现了机器和大工业生产。同时,以煤烟型污染为主的环境问题开始逐渐显现。

  第二次能源结构大变革是在20世纪初开始的。19世纪末期发展起来的电力、钢铁工业和铁路技术,迅速风靡欧洲和美国,同时带动了汽车和内燃机技术的推广发展,煤炭作为主要能源已越来越不适应需要,而开始用石油逐渐取代煤炭的地位。石油迅速登上了能源舞台,并得到了急速发展。特别是二战以后,全球石油消费急剧上升,在世界能源结构中,到1965年时,石油已成为主要能源,70年代逐步上升到约占总能源的50%左右。这就是被称为世界能源的“石油时期”。石油的大量使用,不仅使石油工业迅速发展,同时带动了科学技术的飞快进步。新技术革命促成了一大批高技术群体的涌现,引发了以石油为主要能源的石油争夺战,并日益激烈复杂。应该肯定,石油和天然气的使用创造了人类历史上空前灿烂的物质文明。然而,环境污染问题同时也越来越严重,成为制约人类社会发展的一种反作用力。

  第三次能源结构大变革是从20世纪70年代开始的。自1973年开始,国际上接连出现两次石油大危机,这使世人认识到,石油是一种蕴藏量极其有限的宝贵能源,必须一方面设法提高利用率,尽量节省这种能源;另一方面也必须采用新的方法寻求新替代能源。在其他相关高技术群体(例如微电子技术、计算机技术、遥感遥测技术、新材料技术、核技术、航天技术等)的支持下,开始了新型能源开发应用的新时期。能源结构逐步过渡到开发应用太阳能、原子能、地热能和潮汐能等多种综合新能源结构上来。目前的能源结构类型,还是处于能源替代的过渡时期,能源结构由较单一的石油、煤炭等不可再生能源为主向可再生新型能源与常规能源并存的多样化结构过渡。

责任编辑:贾璐
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